Empuje de tierra.

En proyectos de ingeniería civil es muy común tener queContener los empujes del suelo. Es necesario estimar estos empujes para poder diseñar Las estructuras de contención

Las tres principales situaciones de diseño se puedenResumir en:1. Excavaciones2. Muros de contención3. Estabilización de taludes

• Es necesario distinguir las estructuras de contenciónTemporales de las permanentes.• La estabilidad debe mantenerse en todas las etapas.• Control de deformaciones es por lo general el problemamás importante en la práctica.• Problemas asociados a la napa.• El relleno es especificado.• La compactación y el drenaje son aspectos importantes

Objetivo: Permite evaluar requisitos para el diseño de estructuras de contención

Seguridad ante el deslizamiento• Seguridad contra falla por vuelco• Factor de Seguridad respecto a la base (1/3 central)• Estructura segura contra asentamientos excesivos• Presión bajo la base no debe exceder la presión admisible

Empujes de tierra La presión del terreno sobre un muro está fuertementeCondicionada por la deformabilidad del muro.

Si el muro y el terreno sobre el que se fundan son tales quelas deformaciones son prácticamente nulas, se está en elcaso de empuje en reposo.

Si el muro se desplaza, permitiendo la expansión lateral delSuelo se produce una falla por corte del suelo retenido y secrea una cuña. El empuje disminuye desde el valor delempuje al reposo hasta el denominado valor del empujeActivo, que es el mínimo valor posible del empuje.

Por el contrario, si se aplican fuerzas al muro de forma queéste empuje al relleno, la falla se produce mediante unacuña mucho más amplia. Este valor recibe el nombre deempuje pasivo y es el mayor valor que puede alcanzar elempuje.

Caso en reposo

• La expresión propuesta por Jaky (obtenidaexperimentalmente) utiliza el ángulo de fricción en lafalla (peak).• En algunos casos esta expresión puede no ser la másadecuada, sin embargo tiende a entregar buenosresultados.

Caso activo

Si el muro se mueve (traslación o rotación) hacia fueralos esfuerzos horizontales disminuyen.• Finalmente se puede alcanzar la falla por corte,desarrollándose una cuña activa.

Caso pasivo• Si el muro se mueve hacia el suelo, los esfuerzoshorizontales aumentan.• Finalmente se puede alcanzar la falla por corte,desarrollándose una cuña activa.

Teoría Coulomb - Rankine 1857

Teorías: Las más empleadas son las de Coulomb y Rankine. Sus resultadosSon conservadores (permiten el cálculo de estructuras deContención hasta 5 ó 6 m).

Hipótesis de cálculo:

• Suelo homogéneo• Posibilidad de desplazamiento del muro• Superficie de rotura del suelo es plana• Empuje es normal al muro (pared lisa yvertical)• Coronamiento horizontal

Empuje de tierras: Teoría de rankine y el equilibrio plástico

ESTADO EN REPOSO:

• Estado de equilibrio elástico• La deformación vertical por efecto de la carga, es sinExpansión lateral debido al confinamiento del suelo.• Empuje en reposo: sh ‘ = Ko * s v’• En muros impedidos de deformación y movimiento:Eo =_ sh·dz = _Ko (gz) dzEo = 0.5 g H2 KoH Eo2H3Ko = coef. de distribución de carga en reposoKo = 1 - sen f => f = ángulo de roce internoKo = m / ( 1 - m ) => m = coeficiente de PoissonKo = 0,5 Arena naturalKo = 0,8 Arena compactadaKo = 0,7 Arcilla

Estados de Rankine (en suelos cohesivos)

h activo a v a s ' K s ' 2c Kh p v p ' K ' 2c K pasivo s s 31

La distribución de esfuerzos en ambos casos es:

Teoría de Coulomb (método de la cuña), 1776

• El método de Coulomb considera la fricción entre el muro(trasdós) y el terreno, y es mas general que el desarrolladopor Rankine.• El método considera una cierta cuña de suelo, la cual ejerceuna fuerza P sobre el muro, fuerza que satisface lascondiciones de equilibrio.• La fuerza real que actuará sobre el muro en el caso activoserá el valor máximo de P obtenido al considerar todas lascuñas posibles.• A pesar de que el empuje activo es el mínimo posible con elque el terreno puede estar en equilibrio, debemosdeterminar la cuña correspondiente al máximo valor de esteempuje.Método de la cuña 33N tan(f)( ) 12g H2 cotg qCaso sencillo

• En caso sencillo de un muro de contención vertical, sin roce atrasdós, relleno horizontal y sin cohesión.Fuerzas que actúan sobre la cuña:W : peso del suelo =P : Resultante de las presiones existentes entre el suelo y el muro.N : Resultante de los esfuerzos normales sobre el plano de falla elegido.T : Resultante de los esfuerzos tangenciales sobre el plano de fallaelegido =18

Muros de contención y su funcionamiento

Los muros de contención se utilizan para detener masas de tierra u otros materiales sueltos cuando las condiciones no permiten que estas masas asuman sus pendientes naturales. Estas condiciones se presentan cuando el ancho de una excavación, corte o terraplén está restringido por condiciones de propiedad, utilización de la estructura o economía.

Por ejemplo, en la construcción de vías férreas o de carreteras, el ancho de servidumbre de la vía es fijo y el corte o terraplén debe estar contenido dentro de este ancho. De manera similar, los muros de los sótanos de edificios deben ubicarse dentro de los límites de la propiedad y contener el suelo alrededor del sótano.

Tipos de muros de contención

Los principales tipos de muros de contención son:

Muros de gravedadSon aquellos cuyo peso contrarresta el empuje del terreno. Dadas sus grandes dimensiones, prácticamente no sufre esfuerzos flectores, por lo que no suele armarse. Los muros de gravedad a su vez pueden clasificarse en:

Muros prefabricados o de elementos prefabricados. Se pueden realizar mediante bloques de hormigón previamente fabricados.

Muros jardinera. Si los bloques huecos de un muro aligerado se disponen escalonadamente, y en ellos se introduce tierra y se siembra, se produce el muro jardinera, que resulta mucho más estético, y de menor impacto, ver rocalla.

Muros cantiléver

• El muro cantilever (de hormigón armado) consta de unCuerpo vertical o alzado que contiene la tierra y se mantiene en posición gracias a la zapata o losa base.

• El peso del relleno por encima del talón, además delPropio peso del muro, contribuye a la estabilidad de la estructura.

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Muros criba

• El sistema está formado por vigas entrelazadas lasCuales forman un armazón que se rellena con sueloGranular.• El conjunto actúa como un muro de gravedad y tieneLas ventajas de permitir una tolerancia de asentamientosDiferenciales apreciables.

Gaviones • Los muros de gaviones están formados por cajasMetálicas apiladas llenas de rocas o agregados, que porlo general tienen dimensiones de 1 m x 1 m de secciónTransversal por 2 m de largo.

Tablestacas • Están formados por delgados pilotes (entrelazados) queson hincados en el suelo.• Son estructuras flexibles cuya estabilidad depende delanclaje en la parte empotrada, del soporte lateral, o dela fijación a una estructura rígida.

Muros pantalla

• Los muros pantalla se construyen en zanjas sostenidasMediante el uso de lodo bentonítico.• Después de introducir la armadura se introduce elhormigón, el cual desplaza el lodo bentonítico.• Finalmente se realiza la excavación.

Tierra armada

• Se introducen bandas de refuerzo horizontales en unsuelo granular con el fin de estabilizar la masamediante la movilización de la resistencia a la fricciónque tiene lugar en el suelo del entorno

Muros estructurales

Son muros de hormigón fuertemente armados. Presentan ligeros movimientos de flexión y dado que el cuerpo trabaja como un voladizo vertical, su espesor requerido aumenta rápidamente con el incremento de la altura del muro. Presentan un saliente o talón sobre el que se apoya parte del terreno, de manera que muro y terreno trabajan en conjunto.

Siempre que sea posible, una extensión en el puntal o la punta con una dimensión entre un tercio y un cuarto del ancho de la base suministra una solución más económica.

Tipos distintos de muros estructurales son los muros "en L", "en T".

En algunos casos, los límites de la propiedad u otras restricciones obligan a colocar el muro en el borde delantero de la losa base, es decir, a omitir el puntal. Es en estas ocasiones cuando se utilizan los muros en L.

Como se ha indicado, en ocasiones muros estructurales verticales de gran altura presentan excesivas flexiones. Para evitar este problema surge el 'muro con contrafuertes', en los que se colocan elementos estructurales (contrafuertes) en la parte interior del muro (donde se localizan las tierras). Suelen estar espaciados entre sí a distancias iguales o ligeramente mayores que la mitad de la altura del muro. También existen muros con contrafuertes en la parte exterior del mismo.

En ocasiones, para aligerar el contrafuerte, se colocan elementos con un tirante (cable metálico) para que trabaje a tracción. Surgen así los 'muros atirantados'

Muros de tierra armada y de suelo reforzadoLos muros de tierra armada son mazacotes de terreno (grava) en los que se introducen armaduras metálicas con el fin de resistir los movimientos. Con ello se consigue que el material trabaje como un todo uno. La importancia de esta armadura consiste en brindarle cohesión al suelo, de modo de actuar disminuyendo el empuje de tierra que tiene que soportar el muro. La fase constructiva es muy importante, ya que se tiene que ir compactando por capas de pequeño espesor, para darle una mayor resistencia al suelo.

Muro de contención armado con geotextil.

Se le suelen colocar escamas (planchas de piedra u hormigón), sin fin estructural alguno, sino para evitar que se produzcan desprendimientos.

Los muros de tierra armada pueden rematarse también con bloques de hormigón huecos, rellenos de tierra, y sembrados, creando muros jardinera.

Un 'muro de suelo reforzado' es un muro de tierra armada en que se sustituyen las armaduras metálicas, por geotextil. Es una solución más barata, a pesar de que será menos resistente.

Análogamente a los muros de tierra armada, se pueden recubrir con escamas, o rematarlos con muros jardinera. Aunque existe otra alternativa, que consiste en colocar un geotextil sobre la ladera del muro, y cubrirlo de tierra y semillas. Surge así un 'muro vegetal izado'.

Verificaciones típicas en el cálculo y presiones que actúan sobre los muros de contención

Fuerzas que actúan sobre un muro de contención.Para el cálculo de un muro de contención de tierras es necesario tener en cuenta las fuerzas que actúan sobre él como son la presión lateral del suelo o la supresión y aquellas que provienen de éste como son el peso propio. Con estos datos podemos verificar los siguientes parámetros:

Verificación de deslizamiento: Se verifica que la componente horizontal del empuje de la tierra (Fh) no supere la fuerza de retención (Fr) debida a la fricción entre la cimentación y el suelo, proporcional al peso del muro. En algunos casos, puede incrementarse (Fr) con el empuje pasivo del suelo en la parte baja del muro. Normalmente[1] se acepta como seguro un muro si se da la relación: Fr/Fh > 1.3 (esta relación se puede llamar también coeficiente de seguridad al deslizamiento).

Verificación de volteo o vuelco: Se verifica que el momento de las fuerzas (Mv) que tienden a voltear el muro sea menor al momento que tienden a estabilizar el muro (Me) en una relación de por lo menos 1.5.[2] Es decir: Me/Mv > 1.5 (coeficiente de seguridad al volteo).

Verificación de la capacidad de sustentación: Se determina la carga total que actúa sobre la cimentación con el respectivo diagrama de las tensiones y se verifica que la carga trasmitida al suelo (Ta) sea inferior a la capacidad portante (Tp), o en otras palabras que la máxima tensión producida por el muro sea inferior a la tensión admisible en el terreno. Es decir: Tp/Ta > 1.0[2] (coeficiente de seguridad a la sustentación).

Verificación de la estabilidad global: Se verifica que el conjunto de la pendiente que se pretende contener con el muro tenga un coeficiente se seguridad globar > 2

METODO DE TERZAGHI Y PECK (1967)

Suposicionesa. ρa = 1 pulgada, en base a ρmax = 1¨ entonces δmax= 3/4”b. Δqa para ρa = 1” en la Fig.54.4 (Terzaghi y Peck) yFig.14.28 (Lambe y Whitman)para dw ≥ 2BLas curvas se aproximan por:2( lg) )13 ( ) ( 2BBNq tsf apu +Δρ =c. Efecto de nivel freático alto (dw/B=0)ρ se incrementa por 2.0 si d/B=0.0 (reduzca Δqa por 50%)ρ se incrementa por 1.5 si d/B=1.0 (reduzca Δqa por 33%)

Pasos en el Diseño

a. Determine el valor de N promedio (se recomienda SPT cada 0.75m) a lo largo de z=Bpara todos los sondajes.b. Utilice para el diseño el valor promedio más bajo de N de un solo sondaje.Nota: Si N<5 en arena saturada, densifique o emplee pilotes.c. Determine de la Fig.54.4 el valor de Δqa para el valor mayor de B. Ajuste dicho valor porel nivel freático si dw < B.d. Emplee el valor de Δqa determinado en c para dimensionar las otras zapatas.e. Verifique que qult >2-3q en base a QDL + max QLLf. Vea el libro de Terzaghi y Peck, pp 508-510 para:- Verificar el efecto de max Qnet en ρ- Ajustar Δqa por el tamaño de la zapata

Terzaghi y Peck (1967) consideran que no es práctica una estimación precisa del asentamiento, yaque existen numerosos factores a ser considerados (propiedades del suelo, tamaño de zapata,profundidad de cimentación, ubicación del nivel freático,etc). En condiciones normales se debenutilizar reglas simples y prácticas. Los cálculos refinados sólo se justifican si el sub-suelo contieneestratos de arcilla blanda.

Terzaghi y Peck recomiendan un factor de seguridad de 3 contra la falla por capacidad portante. Lasatisfacción de este requisito depende si la arcilla es normalmente consolidada (NC) osobreconsolidada (OC). Si la arcilla es NC los asentamientos total y diferencial serán grandes. Elasentamiento variará en función del ancho de zapata y la carga. Los procesos de reducir elasentamiento al reducir la carga son inefectivos y costosos (es mejor utilizar plateas). Si la arcilla esOC, el valor de qa que corresponde a un FS=3 será siempre menor que la presión de preconsolidación.El valor de Δρ en estas arcillas es aproximadamente igual a los valores de Δρ dezapatas en arenas adecuadamente diseñadas.El asentamiento en arcillas puede estimarse de los resultados de ensayos de consolidaciónunidimensional en muestras inalteradas. El asentamiento así calculado debe reducirse utilizando elfactor de corrección de Skempton y Bjerrum(1957), (ver Figura).Los datos de Bjerrum (1963) de máxima distorsión angular con máximo asentamiento diferencial nose aplican cuando la cimentación está en depósito profundo de arcilla compresible.El asentamiento diferencial en arenas tiende a ser más irregular que en arcillas en proporción, perono en magnitud.

Bibliografía.

www. Suelos.com

www.c ingeniería 2009

Google.

Método de Rankine

BLUEFIELDS INDIAN & CARIBBEAN UNIVERSITY

(BICU)

Mecánica de suelos 2

IV Año De Ingeniería Civil Nocturno.

18 DE Mayo de 2011

DOCENTE.

ING. Omar Aburto

ELABORADO:

Giovanni medina

Julio lopes

Juan carlos obando

Juan Nelo Martínez Fúnez

”La Educación es la mejor Opción para el Desarrollo de los Pueblos Indígenas”