5. Empujes y Muros de Contención

Ingeniería Civil Faculta de Ingeniería Universidad Católica de la Santísima Concepción

5. Empuje del terreno y muros de contención

Empuje del terreno y Muros de Contención Índice I. II. III. IV. V. VI. VII.

Introducción Empuje de suelo Empuje con superficie de rotura curva Empujes de agua, sobrecarga y cohesión Desplazamientos que movilizan empujes Muros de contención Diseño de entibaciones

1. Introducción Estados límites últimos i.

Deslizamiento

∑ ∑

ii.

Vuelco

∑ ∑

Tomada de Seguridad estructural. Cimientos, CTE, España, 2008

iii. Hundimiento

1. Introducción Estados límites últimos v.

iv. Estabilidad Global

Tomada de Seguridad estructural. Cimientos, CTE, España, 2008

Capacidad estructural

1. Introducción Estados de servicio i.

Movimientos admisible

ii.

Tomada de Seguridad estructural. Cimientos, CTE, España, 2008

Asentamiento inducidos

1. Introducción Estados de servicio Concepto a tener presente para la determinación de movimientos admisibles en una fundación i. ii.

Grado de fiabilidad en la estimación de los movimientos Posibles movimientos del terreno y su evolución en el tiempo iii. Tipo de estructura y materiales del edificio iv. Distribución de las cargas v. Proceso constructivo del edificio vi. Uso que se le vaya a dar

Tipo de estructura

Límite

Estructuras isostáticas y muros de contención

1/3000

Estructuras reticulados con tabiquería de separación

1/5000

Estructuras de paneles pre-fabricados

1/7000

Muros de carga sin armar con flexión cóncava hacia arriba

1/10000

Muros de carga sin armar con flexión cóncava hacia abajo

1/20000

Distorsión angular máxima

Tomada de Seguridad estructural. Cimientos, CTE, España, 2008

1. Introducción ¿Cuando se requiere un muro de contención? Cuando no ha sido posible proyectar un talud lo suficientemente estable, en obras que precisan tener un desnivel Rígido

Flexible

1. Introducción Partes que conforman un muro de contención

Tomada de “Guía de Cimentaciones de obras de Carreteras” (2002), España

2. Empuje del suelo Empuje en reposo

Empuje activo

Empuje Pasivo

2. Empuje del suelo Empuje en reposo

SUELO Normalmente consolidado 1" (Jáky, 1944)

∅

Sobreconsolidado & ' ( % α: 0,25-0,60; valor medio 0,41 (Schmidt, 1944)

Empuje en reposo & '

σ´ σ´+

σ’h0 = σ’v0· K0

2. Empuje del suelo Hipótesis Teoría de Rankine

• • • • •

Suelo homogéneo Superficie en el trasdós del muro horizontal Empuje sólo por condiciones hidrostáticas (No flujo) No existe rozamiento tierras -muro No considera sobrecargas concentradas

2. Empuje del suelo Empuje activo (Teoría de Rankine) Δεh

Relajación horizontal progresiva de σ’ho hasta alcanzar la rotura

σ’ha

Empuje activo

σ’ha = σ’v0· Ka Estado activo TENSIÓN HORIZONTAL MÍNIMA

2. Empuje del suelo Empuje activo (Teoría de Rankine)

EMPUJE ACTIVO LINEAL

/′+ " /′1 2 sen ∅ /′+ 3 /′1 2 /′1 1" ∅ 7 ∅′ tan6 " /′+ 13 ∅ 4 2

(1)

(2)

2. Empuje del suelo Empuje pasivo (Teoría de Rankine) Δεh

Compresión horizontal progresiva de σ’ho

σ’hp

Empuje Pasivo

σ’hp = σ’v0· Kp Estado pasivo TENSIÓN HORIZONTAL MÁXIMA

2. Empuje del suelo Empuje pasivo (Teoría de Rankine)

:

/′19 " /′+ 2 sen ∅ /′+ 3 /′19 2 /′1: 1 3 ∅ 7 ∅′ tan6 3 /′+ 1" ∅ 4 2

EMPUJE PASIVO LINEAL

(1)

(2)

2. Empuje del suelo Empuje activo, pasivo y en reposo con cohesión (Teoría de Rankine)

/′1

· / < + " 2=′ ·

/′1:

:

· / < + " 2=′ ·

:

2. Empuje del suelo Aplicabilidad de RANKINE al empuje de muros RELAJACIÓN

(trasdós)

COMPRESIÓN

(intradós)

• Se requiere MOVIMIENTO del muro

• ¿Plastifica TODO el muro?

• Rozamiento tierras-muro

2. Empuje del suelo Equilibrio Límite Hipótesis (Método de Coulomb) • Terreno alcanzó la rotura a lo largo de una o varias superficies, suponiéndose el suelo como bloques rígidos • Resolución se realiza mediante el equilibrio de fuerzas

2. Empuje del suelo MÉTODO DE COULOMB (1773) empuje activo (sin cohesión)

Tomada de Laboratorio de Geotecnia, UPM, Madrid, España

2. Empuje del suelo MÉTODO DE COULOMB (1773) Empuje activo (sin cohesión) Rotura de ab > ? /′ ? · tan @′ A ? B′ ? · tan @′

Rotura de bc >? /′? · tan ∅′ A? B′? · tan ∅′

OBSERVACIONES • W conocido • Se puede cerrar el polígono de fuerzas y determinar Ea, pero no su punto de aplicación

Leyenda α: ángulo de inclinación del trasdós β: pendiente del talud en coronación δ: ángulo de rozamiento suelo/muro φ: ángulo de rozamiento del suelo Tantear distintos θ hasta conseguir Ea MÁXIMO

2. Empuje del suelo MÉTODO DE COULOMB (1773) Empuje activo (sin cohesión)

C

6

sec G cos ∅< " G

1 · 2

· D′ · E 6

(∅< 3 @

′ 3 /′ · tan @ ′

2· 13

C · cos @ <

1 · 2

′ 7 ∅′ tan " =′ 4 2 · D · E6 3

·S·E"

· =′ · E

Tomadas de Apuntes Master en Mecánica del suelo e Ingeniería Geotecnia, Ortuño. (2010) Madrid, España

Tomadas de Jiménez Salas et al. (1976), Madrid, España

4. Empujes de agua, sobrecarga y cohesión Suelos cohesivos (sin drenaje) Suelo (cohesión) > UU =V

Tierras/muro (adhesión) > UW V

Condición SIN DRENAJE ∅ @ 0 Ka=1 Valores de = X 50

=

= Z 50

50 [\

SIN grietas de tracción C

1 V · D · E 6 " 2 · =V · E · 1 3 2 =V CON grietas de tracción

Tomadas de Apuntes Master en Mecánica del suelo e Ingeniería Geotecnia, Ortuño. (2010) Madrid, España

C

1 · D · (E6 " 6 ) " 2 · =V · (E " 2

6

)· 13

V

=V

5. Desplazamientos que movilizan los empujes Movimientos en muros de contención Giro

Traslación

Tomadas de Villalobos (2014), Concepción, Chile

Giro + Traslación

5. Desplazamientos que movilizan los empujes Empuje del suelo

Tomadas de Apuntes Master en Mecánica del suelo e Ingeniería Geotecnia, Ortuño. (2010) Madrid, España

Tomadas de Jiménez Salas et al. (1976), Madrid, España

5. Desplazamientos que movilizan los empujes Empuje del suelo

Tipo de suelo junto a compacidad o consistencia

ROTACIÓN (x/H) Estado Activo

Estado Pasivo

Granular denso

10-3

2·10-2

Granular suelto

4·10-3

6·10-2

Cohesivo duro

10-2

2·10-2

Cohesivo blando

2·10-2

4·10-2

Tomada de Seguridad estructural. Cimientos, CTE, España, 2008

5. Desplazamientos que movilizan los empujes Parámetros movilizados

Tomada de Apuntes curso “Geotecnia I”, profs. Sagaseta, Cañizal, Da Costa y Castro, (2010) Santander España. (http://ocw.unican.es/ensenanzas-tecnicas/geotecnia-i)

5. Desplazamientos que movilizan los empujes Parámetros movilizados

∅

] 4%; 32º, = 0 [\

∅

] 3%; 31º, = 12 [\

∅ ∅

2%; ] 30,5 º, = 12 [\ ] 1%; 30º, = 15 [\

Adaptada de Apuntes curso “Geotecnia I”, profs. Sagaseta, Cañizal, Da Costa y Castro, (2010) Santander España. (http://ocw.unican.es/ensenanzas-tecnicas/geotecnia-i)

5. Desplazamientos que movilizan los empujes Parámetros movilizados

Tomada de Ortigosa, 2005, Santiago, Chile

6. Muros de contención Diseño de muros de contención por gravedad

Tomadas de Lancelotta, 1987

Tomadas de Lancelotta, 1987

Tomadas de Jiménez Salas et al. 1976 y Lancelotta, 1987

6. Muros de contención Diseño de muros de contención por gravedad

Tomadas de Jiménez Salas et al. (1976), Madrid, España

6. Muros de contención Diseño de muros de flexibles

Tomadas de Jiménez Salas et al. (1976), Madrid, España

Tomadas de Villalobos (2014), Concepción, Chile

6. Muros de contención Diseño de muros de flexibles

Tomadas de Jiménez Salas et al. (1976), Madrid, España

Tomadas de Apuntes Master en Mecánica del suelo e Ingeniería Geotecnia, García Oliva. (2010) Madrid, España

7. Diseño de tablestacas

Tomada de “Código Técnico de la Edificación (Cimientos)” (2008), España