MUROS DE CONTENCIÓN - Conceptos PDF

 

ANALISIS Y DISEÑO DE MUROS DE CONTENCIÓN Los muros de contención son elementos que se usan para  contener  tierra, agua, granos y diferentes minerales, cuando hay desniveles que cubrir.

“El   concepto inicial es que la tierra, los granos o el agua   producen un empuje lateral sobre los muros  y esa carga produce diferentes efectos en

el elemento estructural, comportándose este como un elemento sometido a flexión, cortante y flexocompresión” y  flexocompresión”..

 

El proyecto de los Muros de Contención contempla: Muros de Gravedad. Seleccionar el tipo de Muro y sus dimensiones.

Muros en voladizo. Muros con contrafuertes. Muros de estribos de puente.

Verificación al Deslizamiento.  Análisis de la estabilidad del Muro.

Verificación al Volteo. Chequeo de presiones en el suelo. Diseño a corte y flexión de

Diseño de los elementos o partes de Muro.

los elementos.

 

MUROS DE GRAVEDAD Son estructuras donde el peso propio es responsable por soportar el empuje del macizo a contener, basan su estabilidad en su peso propio.   Para su diseño se establece un dimensionamiento preliminar, para luego verificar que se satisfagan las condiciones de estabilidad y resistencia. •

Mampostería de piedra.

•

Concreto Ciclópeo. (40% de piedra + 60% de concreto)

•

Muros de gaviones.

 

MUROS EN VOLADIZO Los muros en voladizo son siempre de co conc ncre reto to arma armado do   pues los esfuerzos a los cuales están sometidos no pueden ser resistidos por el concreto simple.

 

MUROS CON CONTRAFUERTES Son muy similares a los muros en voladizo, siendo la única diferencia la presencia de los

apoy ap oyos os vert vertic icale aless o cont contra rafu fuer erte tess, pero estos modifican completamen completamente te el comportamie comportamiento nto de la pantalla vertical y del talón posterior. Ya no funcionan como volados sino que trabajan como losas apoyadas en tres lados. Ubicar lo Ubicar loss cont contraf rafuert uertes es cad cada a 3 m. para para muros de hasta 9 m. de altura y cada 2.5 m. cuando la altura es de has has ta 12 m. S u es pe pess or varia entre entre 20 y 30 cm.

 

  Si

están separados una una distancia muro , se comportará  distancia igual a la altura del muro,

como una losa en dos direcciones, apoyada en Tres bordes.   Si los contrafuertes están separados   una distancia igual a la mitad de la altura del muro, muro, el diseño de la pared se hará como una losa continua trabajando en la dirección horizontal.   Los

momentos serán 1/11, 1/10, 1/16wl2, al igual que losas continuas por el

método de coeficientes, ya que las luces son iguales.   Hay

que diseñar varias franjas horizontales, pues arriba hay menos empuje

y abajo más. Sin embargo la zona inferior trabajará en dos direcciones debido a la restricción de la zapata.

 

   Si

los contrafuertes están separados   más de la mitad de la altura altura,, la pared

trabaja como una losa en dos direcciones, empotrada hacia los costados y empotrada en la base, con el borde superior libre.   Hay

que distinguir el tramo extremo, que puede considerarse articulado en el

primer contrafuerte.    El contrafuerte puede ser analizado como una viga en voladizo, de peralte variable. Tendrá momento y cortante, producto de los empujes del terreno, para una distancia igual a la que hay entre contrafuerte y contrafuerte, como ancho tributario.    Si

el muro muro trab trabaj aja a co como mo lo losa sa en dos dos dire direcc ccio ione nes, s, habr habrá á qu que e ob obte tene nerr las las

reacciones de las tablas de losas.

 

  Al

tener los fierros traccionados inclinados en relación a la cara inte interi rior or en comp compre resi sión ón,, la eval evalua uaci ción ón del del ár área ea requ requer erid ida a se será rá

mayor a la que normalmente uno calcula, para el caso normal donde el fierro y la compresión son paralelas. Este fierro puede tener bastones.   Para

cortante hay que calcular Estribos.

   Hay

que colocar además fierro vertical repartido, dado el gran

peralte de esta viga.

 

Profundidad de Cimentación Suelos Sólidos, Sanos y Seguros: Df ≥ 60 cm (2 pies).

Otros casos y suelos inclinados: Df ≥ 120 cm (4 pies).

 

Drenaje

 

Juntas de Dilatación

 

Métodos para la Estabilidad y Diseño de. los elementos ele mentos estructurales. Se de deb be co cont ntro rola larr lo loss es esfu fuer erzo zoss en el Estado Limite de Servicio.    ≤    =



concreto y en la armadura de refuerzo para limitar el fisuramiento.

..

La re resi sist sten enci cia a no nomi mina nall re redu duci cida da   Estado Limite de Resistencia.

debe

ser

superior

actuantess factorada actuante factoradas. s. 

  Flexión.



  Corte.

a

las

FRn

cargas

 

PREDIMENSIONADO DE MUROS VOLADIZO • •

  Si   =B/3 (económico).   Si    =B =B/2 /2 (el (elev eva a el cos costo, to, ca capac pacid idad ad por porta tant nte e muy baja y la reacción del suelo casi uniforme).

•

  Co Cond ndic ició ión n cr crit itic ica a es el de desl sliz izam amie ient nto o po porr su menor peso. (incrementar la longitud de la base y se eleva la fricción)

•

  Se suele c colocar olocar un di diente ente en la pa parte rte inferior inferior de la base, sometido al empuje pasivo. Es Esta ta fu fuer erza za re resi sist sten ente te co cola labo bora ra co conn la fr fric icci ción ón pa para  ra  equilibrar el empuje activo del suelo y puede  considerarse en el diseño pues el suelo que lo genera no  será removido durante la vida útil de la estructura.

 

Se podría podría tomar tomar la siguien siguiente te rec recome omenda ndació ción n par para a el predim predimens ension ionado ado de muros.

 

Verificación erific ación al Volteo Volteo

Debe verificarse la esta es tabi bili lida dad d de dell mu muro ro de contención ante las fuerzas que   pueden causar que este rote.

   =

 ≥ . .  

 

Verificación al Deslizamiento En el aná anális lisis is exi existe sten n fu fuerz erzas as que tie ti ende den n a desp spla laza zarr el muro de contención (como el empuje activo o el empuje causado por la sobrecar sobr ecarga). ga). A cont contrapa raparte, rte, existe existen n fuerza fue rzas s qu que e ma manti ntien enen en el mur muro o de contención en su posición original.

   =  ≥ . .  

  = (   + )   +  ′ .  +   = tta an  2 = ∅ 3  ′ = 0 .5  0 .7 . 

 

Verificación por Capacidad Portante La dimensión de la base del muro de contención debe diseñarse para cumplir las condiciones de cimentación, es decir, los esfuerzos transmitidos al terreno deben ser menores a la presión admisible por corte, que resulta de dividir la capacidad portante por un adecuado factor de seguridad. En el caso de  suelos cohesivos , la “Debe

  verifica verificars rs e la es tabil bilida idad d de dell muro de cont muro conten ención ción ant nte e la lass fue fuerza rzass que pueden causar que este se hunda” .

capa ca paci cida dad d po port rtan ante te de dell su suel elo o de cimentación,   depende   de de cohesión

en

condiciones

la no

drenadas del suelo de cimentación, el ti tipo po de ca carg rgas as tr tran ansm smit itid idas as y la geometría de la base.

 

  6.    )    =   (1 ±  

    =

   −





   = (      )

   =

2.   3. (       ) 2

   = 0

 

Verificación por Estabilidad Global En el diseño de muros de contención, resulta de vital importancia verificar la estabilidad global mediante “un an anáálisis de estab stabiilidad de taludes” taludes”,, debido a que la superficie de falla puede pasar bajo el muro.

 

Diseño Estructural de los Elementos de Concreto Armado Verificación por Flexión:

 

Verificación por Corte:

∅.    ≥     =  + =     = 0.53. ′ .  .  ≥

∅.    ≥ 

 ∅. (0.53). ′ . 

 

Cargas de diseño para la pantalla vertical .

En la pa actúan an el empu empuje je acti activo vo del del pant ntal alla la verti ertica call, actú terr terren eno o y el ef efec ecto to de la sobr sobrec ecar arga ga en el rell rellen eno. o.  Amplificando cargas se determina el refuerzo principal vertical.

El refuerzo se debe corta tarr de acuerdo al diagrama de momentos mome ntos flect flectores ores.. Las 2/3 del ref refuer uerzo zo hor horizo izonta ntall  deben distribuirse en el bord bo rde e

ext exter erio iorr

del del

muro muro (may (mayor ores es vari variac acio ion nes

de

debe ser ser el míni mínimo mo temperatura temper atura). ). El acer o ver erti tica call   debe acero suficiente para sostener las varillas horizontales durante el armado. Sección crítica para el corte ubicada a   “d”  de la zapata del muro.

 

Cargas de diseño para la punta y el talón. La pu punt ntaa  se diseña para resistir la reacción del suelo. Si existe relleno en esta zona, es mejor no considerarlo. El refuerzo se coloca en la cara inferior. También se verifica el corte a d de la cara del apoyo.

El ta taló lón n se diseña de modo similar a la punta, pero en este caso las cargas son el peso del terreno, el peso de la zapata y la sobrecarga que actúan hacia abajo, y la reacción del suelo que actúa hacia arriba. El refuerzo en

este el eleemen entto se ubica en la cara superior. En este caso, la verificación del corte no se efectúa en una sección crítica ubicada a d de la pantalla vertical, sino en la cara del apoyo, debido que la reacción sobre el talón es de tracción. Tanto en el talón como en la punta, se coloca refuerzo de temperatura perpendicularr a la armadura principa perpendicula principall similar al empleado en losas.

 

Resumen de consideraciones del análisis de un muro en voladizo

 

CLASIFICACION DE LA PRESION DE TIERRA Reposo. Empuje al Reposo. 1.Presión Estática

2.Presión Forzada

Empuje Activo. Activo. (en ambos casos la tierra empuja al muro) Empu pujje Pas asiivo vo,, en este caso el muro empuja en

dire di recc cció iónn ho hori rizo zont ntal al co cont ntra ra la ti tier erra ra..

3.Incremento de presión Dinámica por efectos sísmicos

Teor Te oría ía de Mo Mono nobe be-O -Oka kabe be

 

Empuje Activo El em empu puje je ac acti tivo vo se co cons nsid ider era a en la las s zonas donde el mo movi vimi mien ento to re rela lati tivo vo del del

muro y el relleno es de separación. Si este mov este movimi imien ento to es lo suf sufici icien entem temen ente te gr gran ande de,, el re rell llen eno o ro romp mpe e se segú gún n un una a superficie de deslizamiento. En el estado limite final la presión sobre el muro mu ro al alca canz nza a un va valo lorr mí míni nimo mo qu que e se conoce como empuje activo.

 

1    = 2    Coulomb:

Rankine:

 

Empuje al Reposo En este caso, el mov movimi imient ento o rel relati ativo vo

entre ambos elementos debe ser   nulo. Esta situación se produce en la mayo ma yorí ría a de zo zona nas s de dell mu muro ro ba bajo jo la acci ció ón

de

cargas

permanentes

y

uniformes.  A la hora de cuantificar su valor valor,, es importante definir el grado de sobrecon sobr econsolid solidación ación-com -compact pactación ación relleno.

del

 

   =

1 2

  

  = 1  sin ∅     = 1  

 

Empuje Pasivo El empuje pasivo se produce cuando el

movimiento del muro es hacia el relleno.

Se

necesita

que

este

movi mo vimi mien ento to su supe pere re un va valo lorr mí míni nimo mo para poder contar con el empuje pasivo del relleno. El valor máximo del empuje esta es ta li limi mita tado do po porr la re resi sist sten enci cia a de dell re rell lle eno y se co cono noce ce co com mo empuj uje e pasivo.

 

   =

1 2

  

 

Empu Em pujje Din Dinámic ámico o de Tierra erras: s: Teorí eoríaa de Monobe nobe-O -Oka kabe be La presión horizontal en estructuras de retención es amplificada durante el evento sísmico debido a la aceleración en la masa de tierra contenida. El método de Mononobe-Okabe Mononobe-Okabe es un método de análisis que permite determinar una presión de tierras estática equivalente.

El método desarrollado desarrollado por Mononobe-Okabe (1926) es el usado con más frecuencia para el cálculo de las fuerzas sísmicas del empuje sobre un muro de contención. Se consideran las siguientes hipótesis: 1) La cimentación cimentación se desplaza desplaza lo suficient suficiente e para que se desarrollen desarrollen las condicione condiciones s de presión presión activa del suelo. 2) El relleno relleno es granular, granular, con un ángulo de fricción fricción   Φ. 3) El relleno relleno no está está saturado saturado..

 

Coeficientes de Aceleración Horizontal y Vertical •

  Para utiliza utilizarr este método se define un coeficien coeficiente te de aceler aceleración ación hori horizont zontal al (kh) y un coeficiente de aceleración vertical (kv).

•

  El valor de kh pue puede de tomarse tomarse como la aceleración aceleración de de diseño / 2.

•

  Es Esta ta acel aceler erac ació ión n ho hori rizo zont ntal al de dise diseño ño   “kh kh””   es el mismo facto ctor de Zona   “Z” considerado en la Norma E.030 de Diseño Sismorresistente dividido entre 2 (0.4, 0.3 ó 0.15 para las zonas 3, 2 y 1)

•

  Est Estee método método conside considera ra que la ace aceler leraci ación ón ver vertica ticall actúa actúa en contra contra de la grave gravedad dad,, disminuyendo la estabilidad ante volteo y deslizamiento proporcionada por el peso del muro y el relleno.

  La aceleración vertical de diseño  diseño  kv  puede tomarse como 2/3 kh.  

Coeficientes Activo y Pasivo de Empuje Sísmico

∅ =    ó ó  . “Estas  formulas

 = 

  ℎ ). tan(−

 =    ó ó        .  =   .  =       .

con iguales a las que

se utilizan para hallar Ka y Kp, pero

añaadiendo el fa añ faccto tor  r    que tiene que ver con las aceleraciones  sísmicas”.

 

•   Para hallar

los valor valores es de Ka y Kp, norma normalment lmentee se desp desprecia recian n los valo valores res de

b  (pendiente de la pantalla con la vertical) y   d   (ángulo de fricción entre el terreno y el muro), y considerando un relleno horizontal (i=0º), se obtienen los valores de Ka y Kp dependiendo solamente del valor   valor   f  del terreno. Lo mismo mism o pued puedee aplicarse aplicarse para hallar los valores de K AE AE y K PE PE. •   Para

valores típicos de   f, considerando kh=0.2 y kv=2/3kh, se obtienen los

siguientes valores: Φ

 



 



 

 

 



30

0.333

3.00

0.434

2.57

33

0.295

3.39

0.390

2.94

 

Empujes Sísmico Activo y Pasivo 

  Los empujes activo y pasivo en condiciones sísmicas se calculan de manera similar a los empujes en condición estática: Condición Sísmica

 

Condición Estática

EAE = ½ K AE g  H 2 (1-kv) EPE = ½ K PE PE g  h 2 (1-kv)

   

EA = ½ K A g  H 2 EP = ½ K P g  h 2

Conocido Cono cido el total de    y   , se halla la diferencia entre estas fuerzas resultan resultantes tes Donde: g  : peso específi específico co del terreno H : altura total del relleno que empuja desde la base del cimiento h : altura total del relleno que contiene el empuje desde la base del cimiento

 

Puntos de Aplicación de los Empujes Sísmico Activo y Pasivo  

El punto de aplicación del emp El empuje pasivo sísmico se puede ede considerar como 1/3 de la altura del relleno.

Para el empuje activo sísmico, este debe dividirse en dos partes: EAE = EA +  D  DE EAE   DEAE = EAE – EA  E  A : es el empuje estático y actúa a H/3 D E  AE : es el

empuje empu je adicio adicional nal ocasionado ocasionado por la cond condición ición sísmica y actúa a 0.6H 

 

  = ( (    )) 