UNIVERSIDAD SAN PEDRO - CARAZESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

CURSO:

MECANICA DE SUELOS

INTRODUCCIÓN

Los muros de contención tienen como finalidad resistir

las

ANÁLISIS DE

DISEÑO DE

MUROS DE CONTENCIÓ

N

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presiones laterales o empuje producido por el material retenido detrás de ellos, su estabilidad la deben fundamentalmente al peso propio y al peso del material que está sobre su fundación. Los muros de contención se comportan básicamente como voladizos empotrados en su base.

Designamos con el nombre de empuje, las acciones producidas por las masas que se consideran desprovistas de cohesión, como arenas, gravas, cemento, trigo, etc. En general los empujes son producidos por terrenos naturales, rellenos artificiales o materiales almacenados.

Hasta finales del siglo XIX, se construían muros de mampostería y piedra, a partir del siglo XX se comenzó a construir muros de concreto en masa y de concreto armado, desplazando en muy buena parte a los materiales anteriormente utilizados. Para proyectar muros de sostenimiento es necesario determinar la magnitud, dirección y punto de aplicación de las

presiones que el suelo ejercerá sobre el muro.

Son muchos los factores que intervienen en el diseño de un muro de contención, pero el principal es el empuje del relleno.

El presente trabajo consiste en poder compartir los conocimientos adquiridos a

través de manuales e investigaciones realizadas.

FACTORES QUE INTERVIENEN EN EL DISEÑO DE UN MURO DE

CONTENCION

Hay siete factores a considerar cuando se piensa en diseñar un muro de contención: materiales,

tipo de muro, diseño o lugar donde se construirá, drenaje, cimientos, inclinación o talud, y

anclaje y soportes.

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1. Materiales. Cuando vaya a seleccionar materiales, seleccione el

tipo que mejor vaya con los resultados deseados. Existen muchos

tipos de materiales de gran resistencia, diseñados por ejemplo para el

uso en jardinería, incluyendo roca laminada, postes tratados hechos

de concreto para pavimentos reciclado, postes verticales, unidades

modulares de concreto prefabricadas, concreto industrial listo para colar, y carátulas de ladrillo.

2. Tipo de muro. El tipo de muro que usted elija debe ser determinado por sus necesidades.

Decida si usted necesitará un muro "estructural" hecho con concreto industrial o un muro más

económico hecho con un material más barato como "láminas para pared prefabricadas"

consistentes de materiales de armaduras abiertas, etc.

3. Determine el diseño o la ubicación del muro. El planear con anterioridad le ayudará a evitar

gastos innecesarios de dinero y tiempo en caso de que hubiera una necesidad

de reubicar la pared o modificar algunas secciones ya instaladas.

En lo que refiere al terreno de cimentación las propiedades relevantes son:

Su resistencia al esfuerzo cortante, su compresibilidad y su permeabilidad.

- La resistencia al esfuerzo cortante es la propiedad que determina la capacidad de carga del

suelo.

- La comprensibilidad es indicativa de las posibilidades de asentamientos considerables.

- La permeabilidad se define por el coeficiente k (cm/seg) indispensable para la selección

del filtro.

Cuando la superficie del terreno no es horizontal existe una componente del peso que tiende a

provocar el movimiento del suelo.

Si a lo largo de una superficie potencial de deslizamiento, los esfuerzos tangenciales debido al

peso propio o a cualquier otra causa superan la resistencia al corte del suelo, se produce un

deslizamiento de una parte del terreno.

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El incremento de esfuerzos tangenciales provocado por una estructura y la posible disminución

de la resistencia al corte del terreno por el agua infiltrada desde aquel puede ocasionar una falla

del talud, el cual pudo ser estable muchos años antes de la construcción.

La mitigación de la inestabilidad se puede realizar entre otros métodos con la construcción de

estructuras de contención (muros de diversa índole).

4. Drenaje. La mayoría de las paredes de retención fallan debido a la presión que la pared tiene

que resistir, causadas por el agua o por el incremento de humedad en la tierra detrás de la pared.

Todas las paredes deben de poder permitir la circulación de agua en dirección contraria a la

pared. Esto se logra rellenando la parte posterior de la pared con grava, o con cubiertas para

drenar prefabricadas y conductos para drenaje. Las paredes estructurales requieren hoyos

"escurrideros" para permitir que el agua se drene de detrás de la pared.

5. Cimientos. Un muro solo es tan bueno como sus cimientos y, por esto, los muros de

retención deben ser construidos sobre sólidos cimientos hechos de materiales altamente

compactos. Rellenos de tierra y grava emparejados y compactados son aceptables. El material

del cimiento deberá extenderse al menos un pie más allá de los lados frontal y posterior de la

base de la pared. Cuando se construyan muros de piedras sobrepuestas, coloque las más

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grandes, y más estables, en la base del muro y tenga en cuenta que el ancho de la base tal vez

necesitará ser tan grande como la altura del muro.

6. Anclaje. Los muros de madera y otros tipos de muros hechos de

materiales sólidos horizontales, generalmente necesitan unos ganchos

con forma de "T". Estos ganchos, por lo general, se extienden desde la

parte posterior del suelo a desnivel, desde la tierra de la zona sin

molestar. Estos soportes ayudan a que las paredes resistan las presiones

que las fuerzan hacia afuera, presiones que pueden causar que ellas se

desplacen, especialmente en zonas de mucho tráfico. La mejor de las soluciones es proveer, al

menos, un gancho "T" por cada 16 pies de pared expuesta.

Los materiales para muros no estructurales terminados

cuestan por lo general entre 180 y 315 dólares por metro

cuadrado de muro expuesto. El costo variará

considerablemente dependiendo en el material usado y la

altura del muro. El costo de un muro estructural varía aún

más, ya que puede costar entre dos y diez veces más que un

muro hecho de piedras o ladrillos.

7. Soporte. El tipo de empuje que se desarrolla sobre un muro está fuertemente condicionado

por la deformabilidad del muro. En la interacción muro-terreno, pueden ocurrir en el muro

deformaciones que van desde prácticamente nulas, hasta desplazamientos que permiten que el

suelo falle por corte. Pueden ocurrir desplazamientos de tal manera que el muro empuje contra

el suelo, si se aplican fuerzas en el primero que originen este efecto.

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Si el muro de sostenimiento cede, el relleno de tierra se expande en

dirección horizontal, originando esfuerzos de corte en el suelo, con lo que la

presión lateral ejercida por la tierra sobre la espalda del muro disminuye

gradualmente y se aproxima al valor límite inferior, llamado empuje

activo de la tierra, ver figura 3.

Si se retira el muro lo suficiente y pierde el contacto con el talud, el empuje

sobre él es nulo y todos los esfuerzos de corte los toma el suelo, ver figura

4.

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Si el muro empuja en una dirección horizontal contra el relleno de tierra,

como en el caso de los bloques de anclaje de un puente colgante, las tierra

así comprimida en la dirección horizontal originan un aumento de su

resistencia hasta alcanzar su valor límite superior, llamado empuje pasivo

de la tierra, ver figura 5. Cuando el movimiento del muro da origen a uno

de estos dos valores límites, el relleno de tierra se rompe por corte.

Si el muro de contención es tan rígido que no permite desplazamiento en

ninguna dirección, las partículas de suelo no podrán desplazarse,

confinadas por el que las rodea, sometidas todas ellas a un mismo régimen

de compresión, originándose un estado intermedio que recibe el nombre de

empuje de reposo de la tierra, ver figura 6.

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Se puede apreciar que los empujes de tierra se encuentran fuertemente

relacionados con los movimientos del muro o pared de contención.

Dependiendo de la interacción muro-terreno se desarrollaran empujes

activos, de reposo o pasivos, siendo el empuje de reposo una condición

intermedia entre el empuje activo y el pasivo.

Con el estado actual del conocimiento se pueden estimar con buena

aproximación los empujes del terreno en suelos granulares, en otros tipos

de suelos su estimación puede tener una mayor imprecisión.

Los suelos arcillosos tienen apreciable cohesión, son capaces de mantener

taludes casi verticales cuando se encuentran en estado seco, no ejercen

presión sobre las paredes que lo contienen, sin embargo, cuando estos

suelos se saturan, pierden prácticamente toda su cohesión, originando

empuje similar al de un fluido con el peso de la arcilla, esta situación nos

indica que si se quiere construir un muro para contener arcilla, este debe

ser diseñado para resistir la presión de un líquido pesado, más resistente

que los muros diseñados para sostener rellenos no cohesivos. En caso de

suelos mixtos conformados por arena y arcilla, es conveniente despreciar la

cohesión, utilizando para determinar el empuje de tierra solo el ángulo de

fricción interna del material.

MATERIAL DE RELLENO

Las propiedades para que se tomen en cuenta para el

diseño del muro son:

El peso volumétrico y el ángulo de talud natural son

factores de los cuales depende directamente la intensidad

de empuje del material de relleno sobre el muro y es de

importancia fundamental la permeabilidad del material

para un adecuado funcionamiento del drenaje que elimina

cualquier exceso de agua detrás del muro.

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Si la estructura carece de los elementos filtro y drenes, para eliminar cualquier acumulación de

agua se tendrá que soportar además del empuje de tierras un empuje de hídros.

Las dimensiones del muro deben ser tales que proporcionen una resistencia capaz de soportar

las condiciones que intervienen en la estabilidad de un muro.

CONDICCION CONTRA VOLTEAMIENTO

Para satisfacer la condición contra el voltea miento sea por lo menos 1.5 veces el momento de

volteo.

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 sub presión 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 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.

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

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admisible en el terreno. Es decir: Tp/Ta > 1.0 (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 global > 2.

LAS RECOMENDACIONES GENERALES PARA DISEÑAR MUROS DE CONTENCION POR GRAVEDAD, SON LAS SIGUEINTES:

1. Se recomienda su uso solo hasta 3mts de altura.

2. Se deben dimensionar de manera que no se produzcan esfuerzos de tracción, decimos

que la excentricidad debe ser menor o igual a b/6.

3. Se debe de verificar la estabilidad del muro, por deslizamiento y por volteo, los factores

de seguridad son 1.50 y 1.75 respectivamente.

4. Tomar en cuenta la posibilidad de tener esfuerzos de presión en la pantalla y sub-

presión en la base producidos por el agua.

5. Se debe de verificar la presión máxima que debe ser menor o igual a la capacidad

admisible del terreno de fundación.

6. Tener muy en cuenta el material de relleno que usaremos en nuestros muros. una

manera de diseñar muros económicos es utilizar material selecto para el relleno de los

muros, este material puede ser un gp, sw, gp, o sp los cuales son de fácil drenaje y su

ángulo de reposo es del orden de 35º.

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7. Tener en cuenta que a menor ángulo de reposo del material de relleno mayores seran las

dimensiones del muro.

8. Se aconseja rellenar en forma de cuña a 45 grados de la cara interior de la pantalla del

muro.