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Ingeniera Civil EPN, 2014, Quito Ecuador
ESCUELA POLITCNICA NACIONAL, FACULTAD DE INGENIERA CIVIL - MECNICA DE SUELOS II
Anlisis y comparacin de los diferentes muros de contencin.
Patricio Palacios Benavides, Estudiante 4to semestre EPN, Mayo 2014. Quito Ecuador
Resumen.- El objetivo del siguiente
documento investigativo es presentar las
diferentes ventajas y desventajas de la
construccin de los diferentes muros de
contencin para una determinada situacin
mediante el anlisis sustentado en la base
terica que se presenta, obteniendo as lamejor opcin para la seleccin y diseo del
muro, garantizando economa y seguridad a
la estructura y que adems cumpla
conjuntamente los requerimientos a los
cuales se la solicitar. Mediante una serie de
iteraciones se establecer el mejor diseo
para cada tipo de muro, el cual se presentar
a continuacin con las respectivas
dimensiones que cumplir con los
requerimientos antes mencionados.
I. Introduccin.
Los muros de contencin se utilizan para
detener masas de tierra u otros materiales
sueltos cuando las condiciones no permiten
que estas masas asuman sus pendientes
naturales. Por ejemplo, en la construccin de
vas frreas o de carreteras, el ancho de
servidumbre de la va es fijo y el corte o
terrapln debe estar contenido dentro de
este ancho. De manera similar, los muros de
los stanos de edificios deben ubicarse
dentro de los lmites de la propiedad y
contener el suelo alrededor del stano.
El uso de los muros de contencin es cada
vez ms grande para las diferentes
solicitaciones que presenta la topografa
local, en nuestro medio es comn ver la
elaboracin de muros de contencin de
manera no profesional, es decir, sin la
intervencin de un ingeniero, por otro ladotenemos los muros que se crean bajo
diferentes criterios de personas
profesionales, aunque a veces son criterios
errados; por esta razn, la presente
investigacin propone crear un criterio
mayor al obtenido en las aulas para el
reconocimiento de muros de contencin y
verificar de manera analtica su estabilidad.
Se puede visualizar en la figura 1 un muro decontencin elaborado para la retencin de
una masa de tierra, ubicado en la autopista
Simn Bolvar, luego de un deslizamiento de
tierras; el diseo utilizado debe ser
resistente al volcamiento y deslizamiento
producido por las diferentes presiones
existentes.
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Figura 1
II. Base Terica
Teora de la presin de tierra de Coulomb
Coulomb present hace ms de 200 aos sus
teoras para la presin de tierra activa y
pasiva, tomando en cuenta que la superficie
de falla es un plano y adems la friccin fue
tomada en consideracin.
Caso activo
Figura 2
Si se considera un muro como el mostrado
en la figura 2 (a), bajo las condiciones que la
masa de suelos se trate de un relleno sin
cohesin, granular y que forme una
pendiente con la horizontal, se puede
obtener el tringulo de fuerzas para la cua
que se muestra en la figura 2 (b), donde:
(1)
Reemplazando los ngulos expuestos en la
cua de falla de la figura 2 (b) y bajo un
proceso matemtico, se obtiene:
(2)
Para simplicidad de los clculos y para hacer
referencia al coeficiente activo de la teora
de Coulomb, tendremos las siguientes
expresiones que servirn para los clculos
para las presiones activas:
(3)
(4)
Caso pasivo
Figura 3
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Ante un muro de retencin como el
mostrado en la figura 3 (a), con un relleno sin
cohesin inclinado, el polgono de fuerzas
por equilibrio de la cua ABC pasa al estado
pasivo, donde se tiene:
(5)
(6)
III.
Muros de contencin
El muro de contencin es una estructura
slida hecha a base de mampostera y
cemento armado que est sujeta a flexin
por tener que soportar empujes horizontales
de diversos materiales, slidos, granulados y
lquidos. Estos muros proporcionan soporte
lateral permanente a taludes verticales o cas
verticales de suelo. A veces los trabajos de
construccin requieren excavaciones deterreno con caras verticales como los
stanos de edificios, las cuales necesitas
estabilidad que se puede lograr mediante la
introduccin de un muro correctamente
escogido.
Muros de contencin GENERALIDADES
Muros de gravedad.
Se construyen en concreto simple o
mampostera de piedra, ellos dependen de
su propio peso y del suelo que descansa
sobre la mampostera para su estabilidad.
Este tipo de construccin no es econmica
para muros altos. Su propio peso
contrarresta elempuje del terreno. Dadas
sus grandes dimensiones, prcticamente no
sufre esfuerzos flectores, por lo que no
suelearmarse.
Figura 4
Muros en voladizo.
Este tipo de muro resiste el empuje de tierra
por medio de la accin en voladizo de una
pantalla vertical empotrada en una losa
horizontal (zapata), ambos adecuadamente
reforzados para resistir los momentos y
fuerzas cortantes a que estn sujetos. Estos
muros por lo general son econmicos para
alturas menores de 8 metros, para alturas
mayores, los muros con contrafuertes suelen
ser ms econmicos.
http://es.wikipedia.org/wiki/Empuje_de_tierrashttp://es.wikipedia.org/wiki/Hormig%C3%B3n_armadohttp://es.wikipedia.org/wiki/Hormig%C3%B3n_armadohttp://es.wikipedia.org/wiki/Empuje_de_tierras -
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Figura 5
Figura 6
Muros con contrafuertes.
Son similares a los muros en voladizo, con la
diferencia que a intervalos regulares, se tiene
la presencia de losas verticales delgadas de
hormign conocidas como contrafuertes,
estas losas son uniones entre la pantalla
vertical del muro y la base. La pantalla de
estos muros resiste los empujes trabajando
como losa continua apoyada en los
contrafuertes, es decir, el refuerzo principalen el muro se coloca horizontalmente. La
finalidad de los contrafuertes es reducir las
fuerzas cortantes y los momentos
flexionantes.
Figura 7
Figura 8
IV.
Drenajes
Los muros de contencin fallan por una mala
condicin del suelo de fundacin y por un
inadecuado sistema de drenaje. Cuando
parte de la estructura del muro de
contencin se encuentra bajo el nivel
fretico, bien sea de manera ocasional o
permanente, la presin del agua acta
adicionalmente sobre l. En la zona
sumergida la presin es igual a la suma de la
presin hidrosttica ms la presin del suelo
calculada.
Resulta ms econmico proyectar muros de
contencin que no soporten empujes
hidrostticos, colocando drenes que
canalicen el agua de la parte interior del
muro a la parte exterior.
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Figura 9
V.
Estabilidad
El anlisis de la estructura contempla la
determinacin de las fuerzas que actan por
encima de la base de fundacin, tales comoempuje de tierra, peso propio que acta en
el centro de gravedad de la seccin, peso de
la tierra de relleno, cargas y sobrecargas.
Estabilidad al volcamiento y deslizamiento
Para estudiar la estabilidad al volcamiento,
los momentos se toman respecto a la arista
inferior de la zapata en el extremo de la
puntera
Figura 10
La relacin entre la suma de los momentos
de las fuerzas que tienden a volcar la
estructura respecto a C, Mr y la suma de los
momentos de las fuerzas que tienden a
resistir el volteo respecto a C, Mo, se conoce
como factor de seguridad al volcamiento FSv,
esta relacin debe ser mayor de 1,5 en
suelos granulares y mayor a 2 en suelos
cohesivos
(7)
El momento de volteo es:
(8)
Donde:
(9)
Para el clculo del momento resistente, un
mtodo que es de gran utilidad, es el
elaborar una tabla como se muestra en la
figura 11, teniendo en consideracin que el
peso del suelo arriba del taln y el peso delconcreto tambin contribuyen al momento
resistente.
La componente vertical de Pa, produce un
momento con respecto a C igual a
(10)
Una vez conocida la sumatoria de momentos
resistentes, se puede calcular el FSv
(11)
El factor seguridad contra el desplazamiento
es:
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(12)
Fr:Fuerzas resistentes horizontales.
Fd:Fuerzas actuantes horizontales.
Figura 11
La resistencia cortante de suelo debajo de la
losa de base es:
(13)
Por unidad de longitud, se tiene que:
(14)
Sin embargo;
(15)
Figura 12
(16)
Debido a que Ppes tambin una fuerza
resistente, tenemos:
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(17)
Existe una nica fuerza actuante que
produce el deslizamiento del muero, la cual
es la fuerza activa:
(18)
El factor de seguridad al deslizamiento FSd
queda expresado como:
(19)
Esta relacin debe ser mayor de 1,5 en
suelos granulares y mayor a 3 en suelos
cohesivos.
Presiones de contacto
La capacidad admisible del suelo de
fundacin adm debe ser mayor que el
esfuerzo de compresin mximo o presin
de contacto maxtransferido al terreno por
el muro para todas las combinaciones de
carga.
En los muros corrientes, es necesario que
toda el rea de la base quede tericamente
sujeta a compresin.
Figura 13
Para la determinacin de maxy min, se
procede de la siguiente manera:
Primeramente es necesario encontrar la
resultante que est actuando.
(20)
El momento neto de estas fuerzas es:
(21)
Mr y Mo ya fueron determinadas
anteriormente.
La excentricidad queda determinada por la
expresin:
(22)
Figura 14
La distribucin de presiones bajo la losa de
base se determina mediante:
(23)
M neto:
I:inercia por unidad de longitud de la seccin
de base.
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Para determinar maxy min, el valor de y
es B/2 y bajo clculos matemticos se
obtiene
(24)
El factor de seguridad contra la falla por
capacidad de carga se determina mediante la
expresin:
(25)
Este factor, generalmente, es requerido bajo
el valor de 3.
Incumplimiento de las condiciones de
estabilidad
En caso de no cumplir con la estabilidad al
volcamiento y/o con las presiones decontacto, se puede recurrir a las siguientes
alternativas:
1.
Colocar dentelln o diente que se
incruste en el suelo, de tal manera que
la friccin suelomuro cambie en parte
por friccin suelo-suelo, generando
empuje pasivo frente al dentelln. Se
recomienda colocar el dentelln a una
distancia 2Hdmedida desde el extremo
de la puntera, Hd es la altura deldentelln y suele escogerse en la
mayora de los casos mayor o igual que
el espesor de la base.
Figura 15
2. Aumentar el tamao de la base, para de
esta manera incrementar el peso del
muro y la friccin suelo de fundacin
muro.
3.
Hacer uso del empuje pasivo Ep, su
utilizacin debe ser objeto de
consideracin, puesto que para que ste
aparezca deben ocurrir desplazamientos
importantes del muro que pueden ser
incompatibles con las condiciones de
servicio, adems se debe garantizar la
permanencia del relleno colocado sobre
la puntera del muro, de no poderse
garantizar durante toda la vida til del
muro, solo se podr considerar el
empuje pasivo correspondiente a la
altura del dentelln.
VI.
Verificacin de la resistencia a corte
y flexin de los elementos que
componen el muro (pantalla y
zapata)
Verificacin de los esfuerzos de corte
Debe estar basada en:
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Vu es la fuerza cortante mayorada en la
seccin considerada y Vnes la resistencia al
corte nominal calculado mediante:
(26)
Vc es la resistencia al corte proporcionado
por el concreto y Vses la resistencia al corte
proporcionado por el acero de refuerzo, se
toma como nula.
El cdigo ACI 318S-05, indica que la
resistencia al cortante para elementos
sujetos nicamente a cortante y flexin
puede calcularse con la siguiente ecuacin:
(27)
Verificacin de los esfuerzos de flexin
Debe estar basada en:
Mu es el momento flector mayorado en la
seccin considerada y Mn es el momento
nominal resistente.
En zonas ssmicas la cantidad de acero debe
estar basada en el p mximo que se obtiene
de la siguiente manera:
(28)
VII.
Predimensionamiento
El predimensionado de los muros decontencin se hace en funcin de la altura H
del muro, pueden ser necesarias varias
iteraciones si se pretende lograr la
estabilidad y la optimizacin de la estructura.
En la figura se indican las recomendaciones
para el predimensionado de muros en
voladizo en general, el diseador puede
proponer dimensiones razonables segn su
experiencia, dimensiones que luego deber
verificar. Se puede apreciar las sugerencias
para un muro de gravedad en la figura 16.
Figura 16
En la figura 17 tenemos el
predimensionamiento de un muro en
voladizo
Figura 17
Para un muro con contrafuertes, se tiene las
siguientes sugerencias:
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Figura 18
VIII.
Muros de gaviones
Se entiende como gavin a cajas modulares
elaboradas de mallas metlicas hexagonales
de triple o doble torsin de diferente
tamao, el cual lleva tratamientos especiales
de proteccin como la galvanizacin y la
plastificacin. Estos muros son flexibles,
permeables y monolticas.
La piedra dentro de ellas no lleva cemento, lo
que le permite sufrir deformaciones sin
perder eficacia. Asimismo, es una estructura
drenante, cualidad que permite disipar la
energa del agua y disminuir presiones
hidrostticas, un claro ejemplo es el
observado en la figura 19.
Figura 19
La caracterstica bsica del enrejado de malla
hexagonal de triple torsin es facilitar la
absorcin de los esfuerzos que soportan
estas estructuras de gravedad
Figura 20
Figura 21
Diseo
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Ante la experiencia de profesionales y un
conjunto de datos recolectados, se ha podido
determinar las siguientes recomendaciones
para el prediseo de un muro de gaviones:
Coeficiente de rozamiento entre
Gaviones: 0,8. Peso especfico de la piedra de relleno: n
2-3 Tn/m3
Tanto por ciento de huecos: 20%-30%
Peso medio por m3 de Gavin (segnpiedra de relleno): 1,8 Tn/m3
Coeficiente de rozamiento entre elterreno y el Gavin: 0,7
Coeficiente mximo de compresin: 30MPa
Reduccin de 0,5 m en cada hilada
superior. La hilada de la coronacin deber tener
como mnimo 1 m de ancho.
Se recomienda dejar un escaln mnimode 0,15 m en el paramento exterior parapoder utilizar encofrados en la fase demontaje.
Figura 22
Modo de colocacin
La superficie explanada debe ser alisada y
nivelada, aparte de compactada congolpeteo de piedra o en el mejor de los casos
con equipos de compactacin.
Para soportar la primera hilera de muro de
contencin de gaviones, se prev colocar una
carpeta de hormign pobre solamente en un
20% de los casos.
Armar las cajas con mucho cuidado, ya que
las cajas de gavin en acero vienen
desarmadas y dobladas, al desdoblarlas y
colocarlas en posicin existen pequeos
traslapes y puntos de apoyo simple
amarrado que se debe cuidar.
Una vez armada la caja deber colocarse
vaca en el lugar dispuesto, colocada en su
posicin el obrero desde la parte interior
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deber empezar a colocar las piedras en
hileras.
Estas hileras deben realizarse de manera
consecutiva hasta llenar en su totalidad la
caja del gavin, colocando y disponiendo filas
verticales de cajas llenas de gavin para
apoyar las filas superiores.
En todos los casos las filas de gaviones deben
colocarse de manera entrelazada con las
inferiores, no permitindose colocar juntas
lineales para este sistema por no poseer
rigidez.
El muro de gavin podr someterse a
esfuerzos inmediatamente despus de haber
cerrado la malla, ya que en su interior noexisten aglomerantes que requieran proceso
de fraguado.
IX.
Muros de tierra armada
Figura 23
La tierra armada es una tcnica francesa, fue
inventada por el ingeniero y arquitecto
Henry Vidal, alrededor de 1967.El nombre de tierra armada nace a partir de
la composicin fundamental de los
materiales que la conforman; como son: la
tierra y elementos lineales.
Son estructuras de suelo estabilizado,
reforzado mecnicamente con geomallas
uniaxiales de polietileno de alta densidad en
los que se introducen armaduras metlicas
con el fin de resistir los movimientos.
Figura 24
La importancia de esta armadura consiste en
brindarle cohesin al suelo, de modo quedisminuye el empuje de tierra que tiene que
soportar el muro.
La estabilidad interna de la masa de tierra
armada puede analizarse por los mtodos
de: Coulomb y Rankine, debe comprender
principalmente dos clases de anlisis:
Tomar el elemento como un muro
convencional del tipo de gravedad.
Hacer anlisis de estabilidad internabsicamente para definir la longitud
de las tiras de refuerzo y separacin
horizontal y vertical, esto para que
no se produzca deslizamiento del
material trreo respecto a las tiras.
Geodrenes
Un geodrn o geocompuesto colocadosobre el talud de corte consiste en
disear con un geosinttico especializadoque servir para evitar la infiltracin deagua desde la ladera de corte hacia eltalud reforzado y por tanto evitar unincremento de los esfuerzos de empujeen el muro, funciona como una capafiltrante que conduce el agua hacia el piedel talud reforzado donde se encuentra
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una capa de grava en la base diseadapara drenar y darle mayor soporte a laestructura.
Figura 25
Un geotextil no tejido que sirve para separar,retener y evitar la fuga de finos del relleno
compactado hacia la capa de grava colocada
en la base. La capa de grava tiene dos
funciones, la primera consiste en drenar el
agua de las infiltraciones captada a travs del
geodrn hacia un punto especfico dado por
la topografa del terreno. La segunda
consiste en proporcionar una base ms rgida
y resistente que distribuya mejor y reduzca
las cargas verticales del relleno sobre el suelofirme natural sobre el que se construir el
muro.
Figura 26
X. Resultados
Muros de gravedad.
Ventajas
Su uso genera empleos temporales, son ms
econmicas que otras estructuras, su clculo
y construccin son fciles; no requieren de
mantenimiento sofisticado, es fcil conseguir
los materiales con que se construyen,
protegen las vas y casas de las reas
urbanas, tienen mayor durabilidad y
resistencia al deterioro ambiental, evitan
prdidas econmicas de los insumos que setransportan por va terrestre.
Desventajas
Al construirlos, debido a su peso, no se
pueden establecer en terrenos de baja
consistencia y cohesin (muy hmedos). Se
deben de eliminar todos los materiales
indeseables tales como: fragmentos de roca,
material vegetal, suelos arenosos e
inestables (derivados de cenizas volcnicas).
Muros en voladizo.
Ventajas
El material utilizado es poco en comparacin
de un muro a gravedad, el factor econmico
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juega un papel importante; se recomienda
este tipo de muros para alturas no mayores a
8m, ya que en este caso sera costoso.
El peso para la estabilidad del muro es
proporcionado por el material de relleno del
talud que se encuentra sobre la losa de l aln
del muro.
Desventajas
El hormigonado presenta dificultades ya que
al tratarse de una estructura que est
formada por varias partes, es necesario
introducir el hormign de manera conjunta,
labor que se vuelve dificultoso, adems el
cuidado necesario con la estructura de acero
vuelve el trabajo un oficio para personasexperimentadas.
Para grandes alturas el volumen de
hormign se incrementa y los costos de
sobre excavacin son significativos lo que
provoca el aumento de los costos de la obra
Muros con contrafuerte.
VentajasLos contrafuertes ofrecen una mayor
resistencia al deslizamiento y volteo del
muro brindando mayor estabilidad, permiten
al muro resistir empujes, sirven para
contener alturas de tierra mayores a los 9m,
ya que resultan econmicos para este tipo de
condiciones.
Desventajas
La construccin de estos muros requiere
encofrados ms complicados y un
hormigonado ms difcil y ms costoso al
tener que reducir espesores e incluir
pequeas losas que son los contrafuertes. El
armado puede presentar problemas y su
costo aumentara sin los correctos clculos.
Estas estructuras tienden a "abrirse", y
empujar transversalmente al muro que la
sustenta. Por ese motivo, dicho muro debe
reforzarse en esa misma direccin para no
volcar.
Muros de gaviones.
Ventajas
Son flexibles, rpidos, competitivos, tiene
una gran facilidad de diseo, son
respetuosos con el medio ambiente, adems
son estticos, ofrecen una granpermeabilidad, generalmente no requieren
cimentacin, a menos que el suelo no tenga
una capacidad deseada. En su ejecucin, se
lo puede hacer por fases y puede soportar
carga apenas se acabe de construir. Son
capaces de colaborar en la labor de
encauzamiento y canalizaciones de ros de
ptimo rendimiento
Desventajas
En caso de que el muro se lo requiera en un
lugar alejado del centro de obtencin de
material de relleno, el costo del muro ser
excesivamente alto debido al transporte de
material, es por esto que es recomendable
construirlo para la contencin de tierras
cerca de una cantera.
Si se construye con un galvanizado pobre, el
deterior del alambre se ver afectado por el
paso del tiempo y las condicionesempeorarn si se encuentran bajo el efecto
de un flujo de agua constante.
El relleno con gaviones puede convertirse en
un lugar de proliferacin de plantas y
animales, que si no es algo incluido en los
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diseos, puede convertirse en un problema
que afecta la estabilidad.
Muros de tierra armada.
Ventajas
La principal ventaja de estabilizar un suelo,
con cualquier tipo de tcnica o muro, es la
seguridad de la estructura, lo que deriva en
seguridad para las personas que habitan en
ella o cerca de ella, disminuyendo as el
riesgo para la vida humana que se presenta
cuando una obra civil no brinda las garantas
requeridas por las normas de construccin.
Reducen los costos entre un 30 a 60
% en comparacin con los muros de
retencin tradicionales, como ser los
muros de mampostera y los de
concreto reforzado.
Fcil, prctico y rpido sistema
constructivo, no requiere de equipos
especiales
No necesitan de Mano de Obra
Especializada
Gran Tolerancia a Asentamientos
Diferenciales y Totales
No requiere cimentacin rgida nimantenimiento.
Puede ser vegetado para darle un
realce ms esttico y paisajstico
Flexibilidad: que le permite
adaptarse a terrenos con
caractersticas geotcnicas
mediocres.
Tiene un excelente comportamiento
ante las vibraciones y temblores de
tierra. Precio reducido: el costo de una obra
en tierra armada es inferior al de una
obra clsica, siendo la diferencia ms
importante cuanto mayor es la altura
(3050 %).
En el caso de cimentaciones
mediocre, la diferencia es todava
ms notable debido a que la solucin
tierra armada suprime las
cimentaciones especiales.
Rapidez de ejecucin: debido a que
el montaje de las escamas se efecta
sin necesidad de andamios. Las escamas de hormign permiten
realizar paramentos estticos que se
integran perfectamente a la
topografa de la zona de ubicacin de
la obra.
Desventajas
Los problemas principales que presentan
estos tipos de contenciones sonprincipalmente en su ejecucin, ya que debe
cuidarse metdicamente, teniendo especial
relevancia la eleccin del material de relleno,
que debe cumplir unas prescripciones
tcnicas especficas, as como la
compactacin, que debe hacerse de forma
correcta.
En los muros de tierra armada, tambin hay
que hacer hincapi en la proteccin de las
armaduras frente a la corrosin que puedeponer en peligro todo el sistema.
XI.
Conclusiones
Los mtodos de estabilizacin de suelos
deben emplearse cuando existe la amenaza
de que se desarrollen en el terreno fuerzas
mecnicas peligrosas de traccin o
compresin. En tales casos, se necesita
inmediatamente una estabilizacin a fondodel suelo. Los muros de contencin 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
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excavacin, corte o terrapln est restringido
por condiciones de propiedad, utilizacin de
la estructura o economa
Cuando el muro falla a deslizamiento debido
a un suelo de cimentacin desfavorable y no
se desea alterar en mayor medida sus
dimensiones, es conveniente realizar una
reposicin de suelo (material granular).
En el anlisis estructural de un muro a
gravedad se debe comprobar que todas sus
secciones se encuentren sometidas a
esfuerzos de compresin y de tensin
menores o a lo ms iguales a los valores
establecidos por el Cdigo Ecuatoriano de la
Construccin.
El muro de tierra armada, si bien acta como
una gran estructura a gravedad, el
comportamiento estructural depende de la
interaccin que se desarrolla entre el suelo y
las tiras de refuerzo, mientras que los
paneles cumplen una funcin de cobertura
frontal para evitar la erosin del relleno
reforzado, que se puede desencadenar por
agentes externos. Esto hace que en este tipo
de estructuras, los diseos en materiales
compuestos se optimicen al mximo.
Las fuertes lluvias, comunes en la localidad
en los meses donde el invierno tiene gran
impacto, constituyen el principal factor
desencadenante del movimiento de tierras
en taludes provocando fallas en los muros
que los contienen. Los aportes de agua
tienden a saturar los suelos arcillosos y
limosos, as como las zonas de rocas
meteorizadas, alteradas o fracturadas, lo que
incrementa su peso, incrementa las
presiones de poros y redice su resistencia al
esfuerzo cortante, principalmente cuando el
drenaje es muy pobre, provocando as la
activacin de los deslizamientos que se
observan.
Se debe evitar totalmente la proliferacin de
cualquier material vegetal en la estructuradel muro de contencin. La limpieza de la
maleza se puede lograr por remocin ma-
nual, por medio de chorros de agua a presin
o usando herbicidas apropiado.
El proceso de diseo consiste en suponer,
con base a la experiencia, las dimensiones
que requiere el muro, luego de esto, es
necesario verificar la estabilidad del muro, en
la mayora de casos este anlisis sugiere un
redimensionamiento, pero luego de dos o
tres iteraciones el proceso tendr xito.
XII.
Recomendaciones
Bajo los aspectos ya mencionados, es
necesario la correcta seleccin del tipo de
muro a construir para que cumpla los
requerimientos a los cuales se lo someter.En zonas donde la temperatura llega a
alcanzar valores bajo cero grados
centgrados, la profundidad de fundacin
debe ser suficiente para evitar los
movimientos producidos por la congelacin y
el deshielo del agua contenida en el suelo, se
debe verificar que el estrato de suelo tenga
una capacidad de carga adecuada para
resistir las presiones de contacto que origina
el muro de contencin.
Los sismos aplican cargas dinmicas de corta
duracin con deformaciones unitarias
asociadas a este tipo de carga que pueden
inducir efectos que modifican la resistencia
al corte, esta propiedad puede ser utilizada
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en el anlisis y diseo de muros de
contencin cuando se empleen cargas
ssmicas.
En arenas sueltas saturadas, el problema delicuacin o licuefaccin desencadena la
siguiente problemtica; cuando se vibra una
arena seca o hmeda, sta se densifica, pero
si est saturada, la tendencia a disminuir el
volumen incrementa la presin de poros, si
esta se hace igual a la presin total resulta en
esfuerzos efectivos nulos, en consecuencia la
resistencia al corte se pierde
completamente, transformndose la arena
en un fluido (arena movediza).
La excentricidad ex de la fuerza resultante,
medida respecto al centro de la base, no
debe exceder el sexto de ella, en este caso el
diagrama de presiones es trapezoidal y no se
tendra una distribucin como se requiere.
Segn recomendaciones de la norma
AASHTO 2002, la profundidad de fundacin,no ser menor de 60 cm (2 pies) en suelos
slidos, sanos y seguros. En otros casos y en
terrenos inclinados la profundidad de
fundacin no ser menor de 120 cm (4 pies).
Si el muro de contencin se apoya sobre un
suelo rocoso, el uso del dentelln resulta ser
un medio muy efectivo para generar
resistencia adicional al deslizamiento.
Se deben efectuar revisiones con
periodicidad para detectar proliferacin de
material vegetal en la estructura, prin-
cipalmente en la poca de lluvias.
Se recomienda la canalizacin de agua desde
el interior hacia el exterior mediante
mtodos de drenaje para as asegurar que no
se produzca un incremento de presiones
sobre el muro, las mismas que no son
tomadas en cuenta en el anlisis, por lo quepueden desencadenar fallas en los muros.
Siempre se deber valorar el costo del diseo
emplear, la disponibilidad de los equipos y
materiales necesarios, pues muchas veces las
tecnologas son muy modernas y por ende
bastante costosas, se recomienda buscar la
economa y seguridad, estas dos condiciones
deben estar presentes conjuntamente.
XIII.
Bibliografa
http://www.murodecontencion.com/
http://www.mailxmail.com/muro-
contencion-gavion-informacion-basica_h
http://www.icainversiones.com/uploaded/co
ntent/category/1369953748.pdfLUIS I. GONZALES DE VALLEJO, Ingeniera
geolgica (2002) Madrid Espaa.
ANLISIS Y DISEO DE MUROS DE
CONTENCIN Lucero Pardo Franklin
Hernn, Pachacama Caiza Edgar Alfredo,
Rodrguez Montero William Arturo, 2012,
Universidad Central del Ecuador.
Braja M. Das, Fundamentod de la ingeniera
Geotcnica. CAP 9 Presin lateral de tierraGAVIONES, sistemas de correccin fluvial,
muros de contencin, urbanismo, BIANCHINI
INGENIERO
Muros de contencin en tierra armada,
Leandro Arguedas-Luis Ortiz
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XIV.
Anexos
A partir de lo expuesto y en base al fundamento terico mencionado, se dimensionar un muro
por cada opcin redactada, tomando en cuenta las recomendaciones citadas en la seccin
anterior. Se preceder a realizar una discusin de los datos obtenidos y por ende las
consecuencias de los mismos. Los datos iniciales son los siguientes:
Datos iniciales
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H 6
h 1
14
22
1,7
concreto 2,4
NF 4
ka 0,5285
kp 1,7814
Pa 28,371
Pp 31,428
Pav 6,8635
Pah 27,5282
qu suelo (T/m2) 24,0
Diseo muro de contencin en voladizo
-
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Diente 0,5
Seccin N rea (m2) Peso/longitud Brazo de Momento
unitaria (T/m) momento C (m) (T-m)
1 1,8 4,32 1,85 7,992
2 0,6 1,44 1,633 2,352
3 2,4 5,76 2,4 13,824
4 10 18,5 3,25 60,125
5 5 8,5 3,25 27,625
6 0,779 1,325 3,666666667 4,857
7 0,25 0,6 0,25 0,15
Pv 6,864 4,8 32,945
V 47,30810375 Mr 149,870
Mo 60,632
FS (v) 2,47 OK
k1 0,666666667
k2 0,666666667
k1* 14,66666667
tan(k1*) 0,261723367
FS (d) 1,59 OK
e 0,5137 OK
q punta1,6498
OK
q taln0,3595
OK
-
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qu suelo 24,0
FS (cap carga) 14,55 OK
DISEO FINAL
Discusin.
Las dimensiones escogidas son acertadas para que la estructura no falle ante deslizamientos ni
volcamientos, presenta factores de seguridad que permiten la afirmacin que bajo las condiciones
iniciales no fallar. Por otro lado tenemos el factor de seguridad por la carga que representa el
peso de la estructura misma y del material de relleno, este factor cumple las normas establecidas
en la base terica en la que se fundamenta este texto, pero podemos observar que es bastante
grande ante las exigencias establecidas, las otras medidas pueden ser modificadas, pero lo que se
busca es que toda la base est sometida a compresin, as que se cumple las condiciones
establecidas. La presencia del diente, es necesaria para brindar mayor estabilidad ante el
deslizamiento a la estructura, ya que sin esto, no se cumpla el factor de seguridad deseado. Antecualquier caso de no cumplimento de este factor, ser necesario el tratamiento del suelo a utilizar
con cualquier mtodo, el tratamiento con cal y cemento es recomendado por su bajo costo y
buenos resultados. La presencia de sistemas de drenaje en la base del muro es recomendada para
la eliminacin de la presin de poro ejercida por la presencia de agua y as asegurar un estado de
equilibrio sin que se produzcan fallas.
-
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Diseo muro de contencin a gravedad
Diente 0,5
Seccin N rea (m2) Peso/longitud Brazo de Momento
unitaria (T/m) momento C (m) (T-m)
1 1,8 4,32 1,85 7,992
2 1,5 3,6 1,633 5,88
3 0,96 2,304 2,4 5,530
4 1,5 3,6 3 10,8
5 8 14,8 3 44,4
6 2,000 3,400 3,333333333 11,333
7 0,499 1,196774414 0,25 0,29919368 0,25 0,6 0,25 0,15
Pv 6,052 4,8 29,048
V 39,8725388 Mr 115,433
Mo 50,271
-
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FS (v) 2,30 OK
k1 0,666666667k2 0,666666667
k1* 14,66666667
tan(k1*) 0,261723367
FS (d) 1,59 OK
e 0,5137 OK
q punta 1,6498 OK
q talon 0,3595 OK
qu suelo 24,0
FS (cap carga) 14,55 OK
DISEO FINAL
-
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Discusin.
Como se mencion en las secciones anteriores del texto presente, un muro a gravedad resulta
costoso de construir, se puede ver que los factores de seguridad son cumplidos, pero la masa de
hormign a utilizar es mayor que en un muro a voladizo, resulta en un muro que cumple con las
aspiraciones de seguridad pero ante la economa no es una opcin para ser construida. Como en
el caso anterior se recomienda mejorar el suelo en caso de que no se cumplan las expectativas
sobre el factor de seguridad por cargas. Como es evidente, la utilizacin de un diente ha sido
necesaria, esto se lo hizo con el propsito de darle mayor estabilidad al deslizamiento a la
estructura, ya que sin este complemento, la estructura no cumpla los requerimientos. Al igual que
en caso anterior, se recomienda la presencia de sistemas de drenaje para asegurar una integridad
fsica a la estructura y que no se vea comprometida por el aumento de la presin de poro.
Diseo muro de contencin con gaviones
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H 6
L 0,9
h 1
Bloques 6
Base 5,4
Bloques rea (m2) Peso/longitud Brazo de Momento
unitaria (T/m) momento C (m) (T-m)
1 0,9 2,52 1,8 4,536
2 0,9 2,52 1,350 3,402
3 0,9 2,52 2,25 5,670
4 0,9 2,52 0,9 2,268
5 0,9 2,52 1,8 4,536
6 0,9 2,52 2,7 6,804
7 0,9 2,52 0,45 1,134
8 0,9 2,52 1,35 3,402
9 0,9 2,52 2,25 5,670
10 0,9 2,52 3,15 7,938
11 3,6 6,66 4,95 32,967
12 5,4 9,18 4,95 45,441
13 0,22045 0,374767257 5,1 1,911
Pv 4,978 5,4 26,883
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V 46,39309136 Mr 152,562
Mo 37,084
FS (v) 4,11 OK
k1 0,666666667
k2 0,666666667
k1* 14,66666667
tan(k1*) 0,261723367
FS (d) 1,62 OK
e 0,2109 OK
q punta 1,0810 OK
q talon 0,6706 OK
DISEO FINAL
Discusin.
Se plate un diseo preliminar en el cual se contempla la utilizacin de una roca con un peso
unitario especificado, el cual es de 2,8 T/m3, a partir de este supuesto se realiza el clculo. Como
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se puede observar el diseo es bastante sencillo y cumple con los requerimientos propuestos
haciendo de este muro la mejor opcin para la construccin que soporte las condiciones
impuestas, ya que ofrece un drenaje bastante beneficioso tratndose de la presencia de un nivel
fretico bastante alto, esto conlleva a la eliminacin de presiones de poro indeseables y por ende
esfuerzos que provocan el fallo de la estructura. Ante la construccin de este muro de contencin,el nico inconveniente que se presenta es el costo por transporte de material, si se trata de un
lugar cercanos a una cantera o de un lugar donde se produzca la extraccin de material, se
recomienda la construccin de un muro de gaviones como el diseado, por otro lado, si el
abastecimiento de material resulta costoso, este modelo de muro debe ser desechado.
Diseo muro de contencin con contrafuerte
Seccin N rea (m2) Peso/longitud Brazo de Momento
unitaria (T/m)momento C
(m) (T-m)
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1 1,8 4,32 2,35 10,152
2 3 5,55 1,967 10,915
3 0,96 2,304 2,4 5,530
4 3 7,2 3 21,6
5 4 7,4 3 22,2
6 1,000 1,700 3,16666667 5,3837 0,125 0,299193603 0,25 0,0747984
8 0,25 0,6 0,25 0,15
Pv 5,696 4,8 27,338
V 35,06869816 Mr 103,343
Mo 45,574
FS (v) 2,27 OK
k1 0,666666667
k2 0,666666667
k1* 14,66666667
tan(k1*) 0,261723367
FS (d) 1,62 OK
e 0,7527 OK
q punta 1,4455 OK
q talon 0,0440 OK
qu suelo 24,0
FS (cap carga) 16,60 OK
DISEO FINAL
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Discusin.
El diseo de un muro de contencin con contrafuertes revel que lo impuesto en este texto se
cumple, ya que los contrafuertes brindaron mayor estabilidad a la estructura permitindonos
disminuir las dimensiones que se tenan como diseo preliminar, esto se debe a que ofrecen un
mayor momento resistente debido a su mayor brazo de palanca, esto cumple uno de los apartados
mencionados, pero contrariamente tenemos el mtodo de construccin, el cul es uno de los
principales inconvenientes, el encofrado y hormigonado de esta estructura compleja se torna
difcil ya que esta debe ser construida como un solo sistema para que no falle por juntas
imprevistas en el diseo. Si se cuenta con una especial maquinaria para la fcil colocacin de
hormign y su desencofrado, se sugiere este mtodo ya que muestra ventajas en el precio de
material empleado.
Recomendaciones finales.
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Dado que se encuentra el nivel fretico a una gran altura, se recomienda instalar drenajes en la
parte inferior de los muros diseados, as se elimina la presin de poro y el muro puede trabajar
bajo la accin de esfuerzos efectivos que reducen las solicitaciones a las que est expuesto,
brindando as un mejor factor de seguridad. Un muro de gaviones es la solucin recomendada
para la situacin presente ya que permite la eliminacin de poro por sus propiedades de drenajeque son necesarias. Si el caso se presentara con un muro que tenga drenajes en su estructura, se
recomienda la construccin de muro en voladizo dado que representa la menor cantidad de
material y por lo tanto un costo menor en su construccin. Las dimensiones especificadas brindan
seguridad para muros sin la presencia de drenes, por lo tanto es lgico pensar que si agregamos
dichas estructuras para la canalizacin de agua, la estructura quedar mucho ms segura.
Para la utilizacin de cualquier diseo impuesto, se recomienda un reclculo de los mismos y para
que se proceda a la construccin y ejecucin de cada uno de ellos, es necesaria la aprobacin del
ingeniero a cargo.
