Diseño Muros de Contencion Blasco

8/10/2019 Diseo Muros de Contencion Blasco

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CONFERENCIA SOBRE MUROS DE

CONTENCIN.

ANTONIO BLANCO BLASCO

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LOS MUROS DE CONTENCIN SONELEMENTOS QUE SE USAN PARA

CONTENER TIERRA, AGUA, GRANOS YDIFERENTES MINERALES, CUANDO HAYDESNIVELES QUE CUBRIR.

LOS TIPOS MS USADOS SON:EN VOLADIZO.

DE GRAVEDAD

CON CONTRAFUERTES

DE STANO



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EN CADA UNO DE ELLOS SE TIENENVARIANTES.

EL CONCEPTO INICIAL ES QUE LATIERRA, LOS GRANOS O EL AGUAPRODUCEN UN EMPUJE LATERAL SOBRELOS MUROS Y ESA CARGA PRODUCE

DIFERENTES EFECTOS EN EL ELEMENTOESTRUCTURAL, COMPORTNDOSE ESTECOMO UN ELEMENTO SOMETIDO AFLEXIN, CORTANTE YFLEXOCOMPRESIN.



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MUROS EN VOLADO



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EL MURO ES UN ELEMENTO EN VOLADO,LIBRE EN SU PARTE SUPERIOR Y

EMPOTRADO EN SU BASE O ZAPATA.

EL EMPUJE ACTUANTE ES EL EMPUJEACTIVO DEL TERRENO (Ka).

EN SENTIDO CONTRARIO SE TIENE ELEMPUJE PASIVO (Kp) Y LA FUERZA DE

ROZAMIENTO QUE HAY ENTRE ELTERRENO Y LA ZAPATA.

Ka Y Kp SON DATOS DEL SUELO:



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Donde: = Peso especfico del terrenoz = Altura desde la superficie

= ngulo de friccin interna del terrenoKa = Coeficiente de empuje activo del terrenoKp = Coeficiente de empuje pasivo del terrenoc = Cohesin del terreno

s/c = sobrecarga actuante

a

pK

KN1

245tan

1

2

Fuerzas Distribuidas Fuerzas TotalesAKz

N

zEa

22

22AKH

N

HEa

AKcsN

cscEs /

//

2

///

2HKcsH

N

cscEs A

N

c

Cohesin

2

HNcCohesin 2



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EL CLCULO DE UN MURO ENVOLADIZO CONSISTE EN EVALUAR

PRIMERO SU ESTABILIDAD:

SUMA DE FUERZAS EN X-X:BUSCAR QUE LAS FUERZAS CONTRARIASAL EMPUJE SEAN MAYORES PARA

TENER UN FACTOR DE SEGURIDAD DE1.5 AL DESLIZAMIENTO.



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SUMA DE FUERZAS EN Y-YBUSCAR QUE LAS CARGASVERTICALES ACTUANTES

PRODUZCAN PRESIONES SOBRE EL

TERRENO QUE SEAN MENORES A LACAPACIDAD ADMISIBLE DEL SUELO.EN ESTE CASO YA NO SE CONSIDERA

UN FACTOR DE SEGURIDAD , PUES ENEL ESTUDIO DE SUELOS YA SE

CONSIDER



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SUMA DE MOMENTOS

BUSCAREMOS QUE LOS MOMENTOSRESISTENTES SEAN MAYORES A LOS

MOMENTOS ACTUANTES, DE MODO DETENER UN FACTOR DE SEGURIDAD AL

VOLTEO DE 1.5.



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EXPLIQUEMOS LOS EMPUJES LATERALESQUE SE PRESENTAN SOBRE UN MURO

DE CONTENCIN:

SE TIENE UN EMPUJE LATERAL DEFORMA TRIANGULAR CUYA MAGNITUD

DEPENDE DE:

PESO UNITARIO DEL TERRENO,NGULO DE FRICCIN INTERNO DELTERRENO,

COHESIN DEL TERRENO,

SOBRECARGA EN EL TERRENOVECINO.



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PARA CONSEGUIR QUE EL MURO NO SEDEZLICE, QUE NO SE VOLTEE Y QUE NOSE TENGAN PRESIONES MAYORES A LACAPACIDAD DEL SUELO,

HAY QUE TENER UNA ZAPATA GRANDE, DEMODO DE CONSEGUIR PESO HACIA LAPARTE POSTERIOR Y DE ESA MANERAMEJORAR LA FUERZA DE ROZAMIENTO,LOGRAR MAYORES MOMENTOSRESISTENTES CONTRARIOS AL VOLTEO.



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LOS DIMENSIONAMIENTOS RECOMENDADOSSON LOS SIGUIENTES:LA ZAPATA DEBE TENER UNA LONGITUD DELORDEN DE 0.4 A 0.6 DE LA ALTURA DEL MURO.LA ZONA POSTERIOR (TALN) DEBE SER EL

DOBLE DE LA ZONA ANTERIOR (PUNTA).LA PROFUNDIDAD DE CIMENTACIN DEBE SERDE MNIMO 1m.EL PERALTE DE LA ZAPATA DEBE SER DELORDEN DE 0.1 LA ALTURA DEL MURO,RECOMNDNDOSE 60CM PARA MUROMAYORES A 3 o 4m.



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EL ESPESOR DEL MURO ES DELORDEN DE 0.10 LA ALTURA DELMURO.

PARA 1.50m o MENOS 15cmPARA 2 o 2.5m 20 a 25cmPARA 3 o 3.5m 30 a 35cm.PARA 4 o 4.5m 40 a 45cm.

PARA 5 o 6m 50 a 60cm



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PARA ALTURAS HASTA DE 3m, LO USUALES MANTENER CONSTANTE EL ESPESORDEL MURO.

PARA ALTURAS MAYORES, SE SUELECONSIDERAR UN ESPESOR DEL MUROVARIABLE, CON 25cm EN LA CRESTA Y, ELESPESOR RECOMENDADO EN EL CUADROANTERIOR, EN LA ZONA DE CONTACTOCON LA ZAPATA



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UNA VEZ PREDIMENSIONADO EL MURO YLA ZAPATA, SE PROCEDE A CALCULARLAS FUERZAS ACTUANTES EN EL MURO,PARA PROCEDER A VERIFICAR VOLTEO,DESLIZAMIENTO Y PRESIONES.SE CONSIDERA EL PESO PROPIO DECONCRETO DEL MURO Y LA ZAPATA, ELPESO DE LA TIERRA QUE EST ENCIMA DELA ZAPATA, LA SOBRECARGA ACTUANTE,LOS EMPUJES ACTIVOS Y PASIVOS Y LAFUERZA DE ROZAMIENTO.



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INTERESA CONOCER LOS PUNTOS DEAPLICACIN DE LAS CARGAS, PUESLUEGO SE PROCEDER A TOMARMOMENTOS RESPECTO AL PUNTOEXTREMO DE LA PUNTA Y OBTENER LAUBICACIN DE LA RESULTANTE.

CONOCIDA ESTA Y SU VALOR TOTAL (N),SE PROCEDE A VERIFICAR PRESIONES ENEL TERRENO.



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SI HAY CARGA Y MOMENTO

ACTUANTES, LAS PRESIONES EN ELTERRENO SERN:



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SI EL MOMENTO ES GRANDE ENRELACIN A LA CARGA, SE PUEDEN

OBTENER TERICAMENTETRACCIONES EN LO CUALFSICAMENTE ES IMPOSIBLE,PORQUE NO HAY NADA QUE UNA AL

SUELO CON LA ZAPATA.EN ESTOS CASOS, LO QUE DEBEHACERSE ES TRABAJAR CON UNDIAGRAMA DE PRESIONES QUE SOLOTENGA COMPRESIONES (DIAGRAMA

TRIANGULAR).



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SE UBICA LA RESULTANTE DE LASCARGAS Y MOMENTO ACTUANTES Y

SE HACE COINCIDIR ESTE PUNTOCON EL CENTRO DE GRAVEDAD DELTRINGULO, OBTENINDOSE:



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EL SIGUIENTE PASO ES VERIFICARFACTOR DE SEGURIDAD AL VOLTEO Y ALDESLIZAMIENTO.PARA DESLIZAMIENTO:SE SUMAN TODAS LAS FUERZAS EN X-X:Ea+Ea(s/c) (ACTUANTES)Ep + Frozamiento (RESISTENTES).LAS RESISTENTES DEBEN SER MAYORES(1.5 MAYORES A LAS ACTUANTES).



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PARA VERIFICAR VOLTEO HAY QUE TOMARMOMENTOS EN EL EXTREMO DE LA PUNTA EIMAGINARSE QUE EL MURO SE ESTARAVOLTEANDO. ES EN ESE MOMENTO, EL MUROSOLO SE APOYARA EN EL EXTREMO DE LAPUNTA.Se suman los momentos actuantes: M Ea + M Es/cMomentos resistentes: M(W1)+M(W2)+..M(Wn)+MEp+M (S/C).LA REACCIN DEL TERRENO Y LA FUERZA DEROZAMIENTO NO PRODUCEN MOMENTOS.



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AL VERIFICARSE LA ESTABILIDAD DELMURO SE PROCEDE A LA SEGUNDA PARTEDEL DISEO:

DISEO EN CONCRETO ARMADO.

EL MURO SERN TRES LOSAS ENVOLADIZO:

MURO, PUNTA Y TALN.



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PARA DISEAR ESTAS LOSAS DE CONCRETOARMADO HAY QUE TRABAJAR CON CARGASAMPLIFICADAS.UN CAMINO ES COMENZAR DE NUEVO

AMPLIFICANDO CARGAS Y VOLVIENDO ATOMAR MOMENTOS Y DETERMINANDO LAPRESIN LTIMA DEL SUELO ACTUANTO SOBRELA ZAPATA.OTRO CAMINO, APROXIMADO, ES SIMPLEMENTEAMPLIFICAR LA PRESIN ACTUANTE EN ELTERRENO Y LAS CARGAS.



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LAS TRES LOSAS EN VOLADIZO TENDRN QUEDISEARSE POR CORTE Y POR FLEXIN

PARA CORTANTE LA IDEA ES QUE NO SENECESITE ESTRIBOS, ES DECIR QUE Vu SEA

MENOR A Vc ().CON EL DIMENSIONAMIENTO RECOMENDADOSUELE CUMPLIRSE CON ESTE REQUISITO.PARA FLEXIN SE CALCULA EL MOMENTO EN LACARA DE LA PUNTA, DEL TALN Y DEL MURO Y ,SI SE VA A CONSIDERAR BASTONES, EN UNO ODOS PUNTOS ADICIONALES.



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EN EL MURO SE TENDR UN DIAGRAMADE MOMENTOS CON PARBOLA CBICAPARA EL EMPUJE ACTIVO Y EL PASIVO,UNA PARBOLA CUADRTICA PARA EL

EMPUJE DE LA SOBRECARGA.MUCHAS VECES SE DESPRECIA ELMOMENTO DEL EMPUJE PASIVO.EL FIERRO A CALCULAR SER ELUBICADO EN LA CARA DEL TERRENO

(TRACCIN POR FLEXIN).



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SIN EMBARGO LOS MUROS TIENENGENERALMENTE DOS MALLAS.HAY UN FIERRO VERTICAL EN LA CARAEXTERIOR (CARA EN COMPRESIN) Y HAY

FIERROS HORIZONTALES EN LAS DOS CARAS.LA NORMA PERUANA E060 INDICA :FIERRO MNMO HORIZONTAL 0.002 BTFIERRO MNIMO VERTICAL 0.0015 BT.SE PUEDE COLOCAR MS FIERRO EN LA CARAEXTERIOR.



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PARA LA PUNTA Y TALN ES LO MISMOQUE DISEAR UNA ZAPATA AISLADA. EL

EL MOMENTO EN LA CARA.

PARA EL TALN HAY QUE TENERCUIDADO QUE MUCHAS VECES LA TIERRACOLOCADA ENCIMA DE LA ZAPATAGANA A LA PRESIN DEL TERRENO.EN LA PUNTA S GOBIERNA LA PRESIN

DEL TERRENO.



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HAY QUE RECORDAR QUE EN EL DISEO-10CM.

EN EL MURO EL RECUBRIMIENTO EN LA

CARA EN CONTACTO CON LA TIERRA ES

-5 O H-6cm.

PARA EL FIERRO SUPERIOR DEL TALN

SER IGUAL QUE EN EL MURO.



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Muros de gravedad



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LOS MUROS DE GRAVEDAD SON MUROSEN VOLADO HECHOS CON CONCRETOCICLPEO O CONCRETO SIMPLE.

AL NO TENER FIERRO NI CONCRETO DECALIDAD, EL ESPESOR DEL MURO ES MUYIMPORTANTE Y VARIABLE.

EL TALN YA NO EXISTE Y LA PUNTADEBE SER PEQUEA.



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LA NORMA PERUANA DE CONCRETOARMADO TIENE UN CAPTULO DECONCRETO SIMPLE Y EN L SEMENCIONA:

EL CONCRETO CICLPEO SE COLOCACONJUNTAMENTE CON PIEDRADESPLAZADORA, DEBE TENER UNMNIMO DE 100KG/CM2 DE RESISTENCIA

EXCEDER EL 30% DEL VOLUMEN TOTAL.



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LA MAYOR DIMENSIN DE LA PIEDRADESPLAZADORA NO EXCEDER DE LAMITAD DE LA MENOR DIMENSIN DELELEMENTO NI SER MAYOR DE 25cm.

EL USO DE CONCRETO CICLPEO ESTLIMITADO A CIMIENTOS,SOBRECIMIENTOS ,FALSAS ZAPATAS YMUROS DE CONTENCIN DE GRAVEDAD.



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LA PUNTA DEBE TENER UN VOLADOPEQUEO.

LA IDEA ES QUE EL VOLADO SEA MENOR

A LA MITAD DEL PERALTE DE LA PUNTAY DE ESA MANERA USAMOS CONCRETOCICLPEO SIN VERIFICAR CORTE NIFLEXIN.

CUANDO NO SEA AS HAY QUE USAR

CONCRETO SIMPLE Y NO CICLPEO.



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EL DIMENSIONAMIENTO DE MUROS DEGRAVEDAD ES SIMILAR AL DE UN MUROEN VOLADIZO.EN LUGAR DE TENER MURO Y TALN,TODO SE CONVIERTE EN UNA MASA DECONCRETO (MURO DE ESPESORVARIABLE).SE HACEN LAS MISMAS VERIFICACIONESDE PRESIONES, VOLTEO Y

DESLIZAMIENTO .



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MUROS CON CONTRAFUERTES

CUANDO LOS MUROS EN VOLADIZOTIENEN ALTURAS SUPERIORES A 6m, SEUSAN CONTRAFUERTES, CON EL OBJETODE CAMBIAR EL COMPORTAMIENTO DEL

MURO PROPIAMENTE DICHO Y REDUCIREL FIERRO Y ESPESOR DEL MURO OPARED.LOS CONTRAFUERTES ESTNESCONDIDOS EN LA TIERRA Y UNEN ALMURO CON EL TALN



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EL COMPORTAMIENTO EXTERIOR DE UNMURO CON CONTRAFUERTES ESPRCTICAMENTE IGUAL AL MURO ENVOLADIZO.

SE PUEDE VOLTEAR, SE PUEDE DESLIZARY SE PUEDE HUNDIR O SUPERAR LASPRESIONES DEL TERRENO.EL CONTRAFUERTE CAMBIA ELCOMPORTAMIENTO INTERIOR DEL MURO

O PARED Y DEL TALN.



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BAJO ESTA PREMISA, LAS DIMENSIONES DE LAZAPATA SON LAS MISMAS.EL ESPESOR DEL MURO S DISMINUYE PUES YA

NO ES UN VOLADO, SINO AHORA SECOMPORTAR COMO UNA LOSA APOYADA EN

TRES BORDES, LIBRE ARRIBA.SI LOS CONTRAFUERTES ESTN MUY JUNTOS, ELMURO TENDR UN COMPORTAMIENTO COMOLOSA HORIZONTAL.SI ESTN SEPARADOS UNA DISTANCIA IGUAL ALA ALTURA DEL MURO, SE COMPORTAR COMOUNA LOSA EN DOS DIRECCIONES, APOYADA EN

TRES BORDES.



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SI LOS CONTRAFUERTES ESTN SEPARADOS UNADISTANCIA IGUAL A LA MITAD DE LA ALTURA

DEL MURO, EL DISEO DE LA PARED SE HARCOMO UNA LOSA CONTINUA TRABAJANDO ENLA DIRECCIN HORIZONTAL.LOS MOMENTOS SERN 1/11, 1/10, 1/16WL2, ALIGUAL QUE LOSAS CONTINUAS POR EL MTODODE COEFICIENTES, YA QUE LAS LUCES SONIGUALES.

HAY QUE DISEAR VARIAS FRANJASHORIZONTALES, PUES ARRIBA HAY MENOSEMPUJE Y ABAJO MS.SIN EMBARGO LA ZONA INFERIOR TRABAJAREN DOS DIRECCIONES DEBIDO A LARESTRICCIN DE LA ZAPATA.



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SI LOS CONTRAFUERTES ESTN SEPARADOS MSDE LA MITAD DE LA ALTURA, LA PAREDTRABAJA COMO UNA LOSA EN DOSDIRECCIONES, EMPOTRADA HACIA LOSCOSTADOS Y EMPOTRADA EN LA BASE, CON ELBORDE SUPERIOR LIBRE.HAY QUE RECURRIR A TABLAS DE LOSAS DELIBROS COMO KALMANOK Y BARES.HAY QUE DISTINGUIE EL TRAMO EXTREMO, QUEPUEDE CONSDIERARSE ARTICULADO EN ELPRIMER CONTRAFUERTE.



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EL CONTRAFUERTE PUEDE SER ANALIZADOCOMO UNA VIGA EN VOLADIZO, DE PERALTEVARIABLE.TENDR MOMENTO Y CORTANTE, PRODUCTO DE

LOS EMPUJES DEL TERRENO, PARA UNADISTANCIA IGUAL A LA QUE HAY ENTRECONTRAFUERTE Y CONTRAFUERTE, COMOANCHO TRIBUTARIO.SI EL MURO TRABAJA COMO LOSA EN DOSDIRECCIONES, HABR QUE OBTENER LASREACCIONES DE LAS TABLAS DE LOSAS.



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AL TENER LOS FIERROS TRACCIONADOSINCLINADOS EN RELACIN A LA CARA

INTERIOR EN COMPRESIN, LAEVALUACIN DEL REA REQUERIDASER MAYOR A LA QUE NORMALMENTEUNO CALCULA, PARA EL CASO NORMALDONDE EL FIERRO Y LA COMPRESIN SONPARALELAS.

ESTE FIERRO PUDE TENER BASTONES.PARA CORTANTE HAY QUE CALCULARESTRIBOS.HAY QUE COLOCAR ADEMS FIERROVERTICAL REPARTIDO, DADO EL GRANPERALTE DE ESTA VIGA.



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EMPUJE SSMICO DE TIERRAMTODO DE MONONOBE-OKABE

El mtodo desarrollado por Mononobe-Okabe(1926) es el usado con ms frecuencia para elclculo de las fuerzas ssmicas del empuje sobreun muro de contencin. Se consideran las

siguientes hiptesis:

1) La cimentacin se desplaza lo suficiente para que sedesarrollen las condiciones de presin activa del suelo

2) El relleno es granular, con un ngulo de friccin3) El relleno no est saturado.



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Para utilizar este mtodo se define un coeficiente de

aceleracin horizontal (kh) y un coeficiente de aceleracinvertical (kv).El valor de kh puede tomarse como la aceleracin dediseo / 2.

Diseo Sismorresistente dividido entre 2 (0.4, 0.3 0.15para las zonas 3, 2 y 1)Este mtodo considera que la aceleracin vertical acta encontra de la gravedad, disminuyendo la estabilidad antevolteo y deslizamiento proporcionada por el peso del muroy el relleno.

como 2/3 kh.

Coeficientes de Aceleracin Horizontal y Vertical



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= ngulo de friccin del terreno

= arc tan(kh/(1-kv))

ngulo de friccin entre terreno y muro

i = Pendiente del relleno

Pendiente de pantalla con la vertical

Estas frmulas soniguales a las que seutilizan para hallar Ka yKp, pero aadiendo elfactor que tiene que

ver con lasaceleraciones ssmicas.

Con los valores de kh y kv definidos, se hallan los coeficientes deempuje ssmico KAEy KPE. Estos valores son similares a los factores Kay Kp hallados para calcular los empujes en condicin esttica.

Coeficientes Activo y Pasivo de Empuje Ssmico



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Para hallar los valores de Ka y Kp, normalmente se

desprecian los valores de (pendiente de la pantalla con lavertical) y (ngulo de friccin entre el terreno y elmuro), y considerando un relleno horizontal (i=0), seobtienen los valores de Ka y Kp dependiendo solamentedel valor del terreno. Lo mismo puede aplicarse parahallar los valores de KAEy KPE.

Para valores tpicos de , considerando kh=0.2 ykv=2/3kh, se obtienen los siguientes valores:

Ka Kp KAE KPE30 0.333 3.00 0.434 2.57

33 0.295 3.39 0.390 2.94

Coeficientes Activo y Pasivo de Empuje Ssmico



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Los empujes activo y pasivo en condiciones ssmicas secalculan de manera similar a los empujes en condicin

esttica:

Condicin Ssmica Condicin EstticaEAE= KAE H2 (1-kv) EA= KA H2

EPE= KPE h2 (1-kv) EP= KP h2

Conocido el total de Eae y Ea, se halla la diferencia entreestas fuerzas resultantes

Donde:= peso especfico del terreno

H = altura total del relleno que empuja desde la base del cimientoh = altura total del relleno que contiene el empuje desde la base del

cimieno

Empuje Ssmico Activo y Pasivo



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Esquema mostrando todas las fuerzas aplicadas

sobre el muro para la condicin ssmica

Considerando estas fuerzas se procede a la verificacin defactores de seguridad al volteo y deslizamiento, presiones

sobre el terreno y luego al diseo del muro y zapata.



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El punto de aplicacin del empuje pasivossmico se puede considerar como 1/3 de laaltura del relleno.

Para el empuje activo ssmico, este debedividirse en dos partes:

EAE= EA+ EAE EAE= EAE -EA

EAes el empuje esttico y acta a H/3

EAEes el empuje adicional ocasionado por

la condicin ssmica y acta a 0.6H

Empuje Ssmico Activo y Pasivo Puntos de Aplicacin



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Tambin se deben considerar las fuerzas ssmicasadicionales generadas por peso propio del muro y suzapata. Estas fuerzas pueden estimarse como kh xPeso, aplicadas a la mitad de la altura del muro ozapata

Para la verificacin del factor de seguridad aldeslizamiento, se debe considerar en el clculo de lafuerza de rozamiento que el peso del muro y surelleno es reducido por el coeficiente kv.

Fuerza de rozamiento = P (1-kv), donde P es el

peso considerado.

Consideraciones AdicionalesRozamiento y Fuerzas de Inercia



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