6.muro de contencion

MUROS DE CONTENCIÓNMUROS DE CONTENCIÓN

MUROS DE CONTENCIONMUROS DE CONTENCION

• Los Muros de Contención son estructuras que sirven para contener terreno u otro material en desnivel. Son usados para estabilizar el material confinado evitando que desarrollen su ángulo de reposo natural. Se les utiliza en cambios abrupto de pendiente, cortes y relleno en carreteras y ferrocarriles, muros de sótano, alcantarillas, estribos de puentes, etc.

Los muros son de varios tipos:

• Muros de gravedad• Muros en Voladizo• Muros con contrafuertes posteriores• Muros con contrafuertes anteriores• Muros de sótano• Estribos de puentes


• MUROS DE GRAVEDAD

Basa su carga en su propio peso. Son económicos para salvar desniveles hasta 3 m. Por lo general son de concreto simple o mampostería


• MUROS EN VOLADIZO

Son siempre de concreto armado y se utilizan para alturas de hasta 8 metros. En este caso la estabilidad no solo se logra con el peso de la estructura sino principalmente con el peso del relleno.

MUROS DE CONTENCIONMUROS DE CONTENCION• MUROS CON CONTRAFUERTES

Se utilizan para desniveles mayores a 6 metros. Son similares al muro en voladizo pero la pantalla principal presenta apoyos, denominados contrafuertes, cada ciertos tramo. Estos apoyos dan rígidez a la estructura y reducen los esfuerzos en la base del muro, de modo que pueden salvar alturas mayores a 6 metros. Los contrafuertes trabajan a tracción lo cual no es conveniente pues el concreto es mas eficiente a compresión, En ocasiones para mejorar la eficiencia de la estructura se colocan los contrafuertes adelante, de modo que estos elemento trabajan a compresión . Sin embargo esta opción presenta el inconveniente que los contrafuertes quedan a la vista.

MUROS DE CONTENCIONMUROS DE CONTENCION• MUROS DE SÓTANO

Los muros de sótano resisten el empuje del suelo, pero además pueden recibir cargas verticales de la edificación.

MUROS DE CONTENCIONMUROS DE CONTENCION• ESTRIBOS DE PUENTE

Los estribos son muros de sostenimiento que además de las cargas propias de éste, resisten las cargas de la superestructura del puente.


• CARGAS QUE ACTÚAN SOBRE LOS MUROS DE CONTENCIÓN

• Empuje activo y pasivo del suelo• Peso propio• Peso del relleno• Reacción vertical del terreno• Fricción en la base• Eventuales cargas en el relleno y• Subpresión


• EMPUJE DEL SUELO

El empuje del suelo es un parámetro difícil de estimar. Existen muchas teorías en Mecánica de suelos para su determinación. El comportamiento de los suelos granulares es diferente que el de los suelos cohesivos. A continuación veremos la teoría de Rankine, la cuál es válida para suelos granulares, incompresibles y homogéneos. Esta teoría desprecia la fricción entre el muro y el suelo.


• SEGÚN RANKINE

La resultante del empuje activo es igual a:

Donde:

w: Peso específico del suelo

fi: ángulo de fricción interna del suelo.

H: Altura del relleno que ejerce el empuje activo.


• SEGÚN RANKINE

La resultante del empuje pasivo es igual a:

En la siguiente tabla se muestran algunos valores referenciales del peso específico y ángulo de fricción interna para algunos tipos de terrenos.


• Si el terreno tiene cierta pendiente, entonces los coeficientes Ca y Cp están dados por:

En este caso la resultante tiene una inclinación similar a la pendientedel relleno, como se muestra en la figura.


• PESO DEL RELLENOEl peso del relleno puede determinarse con los valores presentados en la tabla anterior.

• FRICCIÓN EN LA BASELa fricción en la base es igual a la reacción del suelo multiplicada por el coeficiente de fricción entre el suelo y el concreto. Los coeficientes de fricción son, aproximadamente:Concreto o mampostería contra arena limosa media a gruesa, grava limosa………………………………………………………………………u=0.55Concreto o mampostería con grava limpia, arena gruesa……………u=0.45Limo no plástico…………………………………………………………...u=0.35Roca sólida sana…………………………………………………………..u=0.60


• SOBRE CARGA EN EL RELLENOEl efecto de la sobrecarga en el relleno produce un efecto similar al generado por un incremento hs, en la altura de relleno, donde:

• Ws Sobre carga en el relleno• W peso específico del suelo


• SUBPRESIÓNSi el nivel freático es elevado entonces se genera subpresión en la base. Esta fuerza puede atentar contra la estabilidad de la estructura. Si el líquido no fluye de un lado a otro del muro, la subpresión del agua puede estimarse por las leyes de la hidrostática. Si la presión es diferente a uno y otro lado del muro, entonces el agua tenderá a fluir de la zona en que esta mayor a la zona donde es menor En este caso la distribución de presiones en la base es mas difícil de estimar.

CRITERIOS DE ESTABILIDADCRITERIOS DE ESTABILIDAD

• 1. El muro no se voltee.• 2. El muro no se deslice• 3. La reacción del suelo generada por las cargas aplicadas sobre el muro

no exceda el esfuerzo admisible del mismo• 4. El talud no pierda estabilidad y el muro se deslice conjuntamente con el

relleno


• 1. El muro no se voltee.Se garantiza considerando un factor de seguridad al volteo de, por lo menos 2. Este factor de seguridad se define como:

• Los momentos actuantes se producen por el empuje activo del relleno y por el empuje de la sobrecarga que pueda existir sobre él. Los momentos resistentes o estabilizantes son debidos al peso de la estructura y del suelo que esta apoyado sobre el talón y la punta del muro. El empuje pasivo del relleno sobre la punta y la sobre carga, también generan momentos resistentes que contribuyen a la estabilidad del muro.


• 1. Deslizamiento.Se garantiza considerando un factor de seguridad de:

• Las fuerzas actuantes se producen por el empuje activo del relleno y por el empuje de la sobrecarga que pueda existir sobre él. Las fuerzas resistentes son el empuje pasivo y la fricción en la base. La falla por deslizamiento puede producirse en la interfase en las capas inferiores. El coeficiente de seguridad por deslizamiento debe ser mayor que 1.5 si no se toma en cuenta el efecto del empuje pasivo y mayor que 2 si se considera.

• Al igual que para el dimensionamiento de zapatas, se debe verificar que la reacción del suelo no exceda la capacidad portante del terreno. Debe procurarse que la excentricidad de la carga vertical actuante en el muro no sea mayor que B/6 para de ese modo repartir eficientemente la reacción del terreno a lo largo de la base de la estructura.

• Finalmente, es necesario evaluar la estabilidad del talud generado por el muro. En este caso el factor de seguridad debe ser mayor que 2. Se debe definir una superficie probable de falla, la cuál por simplicidad se toma circular.

•


• Los momentos se toman alrededor del centro de la superficie de falla asumida. Así se tiene:

• Donde: R: Radio del círculo que corresponde a la superficie de falla.c : Cohesión del sueloli: Longitud de la superficie de falla correspondiente a la rebanada i-ésima.Wi: Peso de la rebanada i-ésima.


• El procedimiento requiere que se evalúe varias superficies de falla hasta que se ubique aquella que corresponde al menor factor de seguridad:

DISEÑO DE MUROS DE CONTENCION EN VOLADIZODISEÑO DE MUROS DE CONTENCION EN VOLADIZO

• Criterios para el predimensionamiento de muros en voladizo:

• Definidas las dimensiones del muro se diseña la armadura por flexión . Para ello la pantalla vertical y los talones posterior y delantero se consideran como volados.

DISEÑO DE MURO EN DISEÑO DE MURO EN VOLADIZOVOLADIZO


• Cargas que actúan sobre la pantalla y los talones del muro.


• Criterios para el detallado final del refuerzo del muro en voladizo

REFUERZO MINIMOREFUERZO MINIMO


EJEMPLO• Diseñar el muro en voladizo que se presenta. Utilizar f’c= 210 Kg/cm2 y fy=

4200 kg/ cm2. El coeficiente de fricción concreto-terreno es 0.55 y el correspondiente a terreno-terreno es 0.70. considerar el peso específico del relleno 1600 kg/m3.


Predimensionamiento del muro• Del coeficiente de empuje activo del suelo es:

De la tabla interpolando se obtiene:

El parámetro hs es: hs = 1500/1600 =0.94 H+hs = 6.5+0.94 =7.44

B = 0.46*7.44= 3.42 m. B/3 = 1.15 m.


VERIFICACIÓN DE LA ESTABILIDAD DEL MURO• Los cálculos para verificar la estabilidad del muro se muestran en la

siguiente tabla:


La segunda columna indica la fuerza ejercida por el efecto indicado en la primera.En el caso del empuje activo es la resultante del mismo y en caso del elemento 1 es su peso.La tercera columna indica la distancia entre el punto de paso de la fuerza y el punto de giro del muro, respecto al cual se analiza la estabilidad.Finalmente, la cuarta columna muestra el momento de la fuerza considerada, actuante en la primera tabla y estabilizante en la segunda.

Los factores de seguridad del muro serán:- Factor de seguridad al volteo: F.S. = Sum(Mr)/Sum(Ma) =

75315/28380=2.65 >2- Factor de seguridad al deslizamiento: F.S. = u .Sum(Fv) /

Sum(Fh) =

0.55x34290/11765=1.60>1.50

- Presión del suelo: Punto de paso de la resultante =(75315 -28380)34290 =

1.37e=3.6/2-1.37=0.43<b/6=3.6/6=0.6 m

q=34290/100/360+-34290x43x180/(1/12x100x(360)3)=1.64<2=0.27<2


Es conveniente verificar el muro sin considerar el efecto favorable de la sobrecarga. En este caso:

-Sum(Fv)=34290-3384=30906 Kg.-Sum(Mr)=75315-8375=66940 Kg. – m.

Factor de seguridad al volteo: F.S. = Sum (Mr)/Sum (Ma)= 2.36<2Factor de seguridad al deslizamiento: F.S.= uSum (Fv)/Sum (Fh)= 1.44<1.5Por la carga y debido a que no es excesivo, se considera que el dimensionamiento es conveniente.

Diseño de la armadura de la pantalla vertical: la altura de la pantalla vertical es de 6.10. Y las cargas que actuán sobre ella son debidas al empuje activo del suelo y a la sobrecarga sobre el terreno:

H1=0.5x(1600x0.27x6.1)x6.1=8037 Kg.H2=406x6.1=2477Kg.

El momento en la base de la pantalla será:Mu= 1.7x(8037x6.1/3+2477x6.1/2)=40624 Kg.-m

El recubrimiento del refuerzo es 5cm. El peralte efectivo de la pantalla será: d=45-6= 39 cm.

Ru=4062400/100/(39)2=26.71p=0.78%As=30.42 cm2


El refuerzo mínimo de muro es:Asmín( Vertical) = 0.0015x100x45/2=6.75cm2<30.42 cm2As mín(Hor. abajo) =0.0025x100x45=11.25cm2As mín(Hor. arriba) =0.0025x100x37=9.25cm2

El refuerzo vertical estará constituído por varillas N°8 cada 0.30 cm.

MUROS DE CONTENCIONMUROS DE CONTENCIONEl corte en la base de la pantalla es:

Vu=1.7x(8037+2477)=17874 K.fiVc=0.85x0.53x14.5x100x39=25476 Kg>Vu

La longitud del gancho estándar de una varilla N°8 es 55 cm. , sin embargo, el área de acero provista es mayor que la requeridda y además se cumplen las condiciones presentadas . Por recubrimiento del concreto la longitud del gancho será :

ldh=55x0.7x30.42/(5.1x100/15)=34cm<40-5=35cm

Puesto que el recubrimiento requerido para concreto vaciado directamente sobre terreno no es satisfecho, se hace necesario el uso de un solado para el vaciado de la zapata del muro. Otra solución es incrementar el peralte de la zapata del muro.Diseño de la armadura del. Sobre el talón posterior actúan, hacia abajo su peso propio y el del terreno sobre él, y hacia arriba la reacción del terreno. La carga hacia abajo es:

Wul=1.4x(1600x6.1+0.4x2400)+1.7x1500=17558Kg/mEn la cara de la pantalla la reacción del suelo es 11300 Kg/m2 y en el borde, 2700 Kg/m, El momento en la cara del talón es:Mu=17558x(2.25)2/2-1.7x(11300x(2.25)2/6+2700x(2.25)2/3)=20490 Kg.m

Ru=2049000/100/(34)2=17.72p=0.50%

MUROS DE CONTENCIONMUROS DE CONTENCIONLa fuerza cortante en la cara del talón posterior es:

Vu=17558x2.25-1.7x(11300+2700)x2.25/2=12731 KgfiVc=0.85x0.53x14.5x100x34=22210 Kg>Vu

Diseño de la armadura del talón anterior: la presión en el borde del talón anterior es 16400 Kg/m3. El momento flector ultimo es:

Mu=1.7x(16400x(0.90)2/3+13000x(0.90)2/6)=10511 Kg. M

Ru=1051100/100/(34)2=9.09p=0.25%

As=0.25/100x100x34=8.5cm2>Asmín=7.2cm2

La fuerza cortante en la cara del talón anterior es:Vu=1.7x0.9/2(16400+13000)=2249 KgfiVc=0.85x0.53x14.5x100x34=22210 Kg<Vu

Puesto que la reacción de la pantalla actúa en sentido contrario a la carga aplicada sobre el talón, se puede efectuar la reducción de la fuerza cortante a d de la cara. Dado que Vu y fi Vc son muy parecidos, al reducir la cortante, la carga ultima aplicada resultará menos que la resistencia del talón.


Detallado final del refuerzo es:

DISEÑO DE MUROS DE GRAVEDADDISEÑO DE MUROS DE GRAVEDADPREDIMENSIONAMIENTOPREDIMENSIONAMIENTO

PREDIMENSIONAMIENTO DE PREDIMENSIONAMIENTO DE MUROS DE GRAVEDADMUROS DE GRAVEDAD

MUROS DE GRAVEDADMUROS DE GRAVEDAD

DISEÑO DE CONCRETO DISEÑO DE CONCRETO SIMPLESIMPLE

DEBE VERIFICARSE:DEBE VERIFICARSE:

• Esfuerzo actuante < esfuerzo admisible

σc < fcc

σt < ftc

amplificado

Con φ = 0.65

DRENAJEDRENAJE

MUROS DE CONTENCION DE GAVIONESMUROS DE CONTENCION DE GAVIONES

EJEMPLO 2:

DATOS INICIALES

• Datos sobre el muro

• Inclinación del muro : 0.00 grad.

• Peso esp. de las piedras : 2.40 tf/m³

• Porosidad de los gaviones : 30.00 %

• Geotextil en el terraplén : Si

• Reducción en la fricción : 10.00 %

• Geotextil en la base : Si

• Reducción en la fricción : 10.00 %

• Malla y diám. del alamb.: 10:x12, ø 2.4 mm CD


• Datos sobre el suelo del terraplén

• Inclinación del primer trecho : 0.00 grad.

• Largo del primer trecho : 3.00 m

• Inclinación del segundo trecho : 24.00 grad.

• Peso específico del suelo : 1.70 tf/m³

• Ángulo de fricción del suelo : 6.00 grad.

• Cohesión del suelo : 3.85 tf/m²


• Datos sobre la fundación• Profundidad de la fundación : 0.00 m• Largo horiz. en la fundación : 0.30 m• Inclinación de la de fundación : 16.00 grad.• Peso específico del suelo : 1.50 tf/m³• Ángulo de fricción del suelo : 0.00 grad.• Cohesión del suelo : 3.85 tf/m²• Presión aceptáble en la fundación : 8.00 tf/m²• Nivel del agua : m


• Datos sobre la napa freática• Altura inicial : m• Inclinación del primer trecho : grad.• Largo del primer trecho : m• Inclinación del segundo trecho : grad.• Largo del segundo trecho : m

• Datos sobre las cargas• Cargas distribuidas sobre el terraplén Primer trecho : tf/m²• Segundo trecho : tf/m²• Cargas distribuidas sobre el muro Carga : tf/m²• Línea de carga sobre el terraplén• Carga 1 : tf/m Dist. al tope del muro : m• Carga 2 : tf/m Dist. al tope del muro : m• Carga 3 : tf/m Dist. al tope del muro : m


• Línea de carga sobre el muro

• Carga : tf/m Dist. al tope del muro : m

• Datos sobre efectos sísmicos

• Coeficiente Horizontal : 0.00 Coeficiente Vertical :


• RESULTADOS DE LOS ANALISIS DE ESTABILIDAD• Empuje Activo y Pasivo• Empuje Activo : 0.00 tf/m• Punto de aplicación con ref. al eje X : 0.00 m• Punto de aplicación con ref. al eje Y : 0.00 m• Dirección del empuje con ref. al eje X : 90.00 grad.• Empuje Pasivo : 0.00 tf/m• Punto de aplicación con ref. al eje X : 0.00 m• Punto de aplicación con ref. al eje Y : 0.00 m• Dirección del empuje con ref. al eje X : 0.00 grad.• Deslizamiento• Fuerza normal en en la base : 4.20 tf/m• Punto de aplicación con ref. al eje X : 0.85 m• Punto de aplicación con ref. al eje Y : 0.00 m• Fuerza de corte en la base : 0.00 tf/m• Fuerza resistente en la base : 2.89 tf/m


• Coef. de Seg. Contra el Deslizamiento : OK*• *No aplicable. Empuje activo muy pequeño• Vuelco• Momento Activo : 0.00 tf/m x m• Momento Resistente : 3.57 tf/m x m• Coef. de Seg. Contra el Vuelco : OK*• *No aplicable. Momento activo negativo• Tensiones Actuantes en la Fundación• Excentricidad : -0.10 m• Tensión normal a la izquierda : 1.68 tf/m²• Tensión normal a la derecha : 3.92 tf/m²• Máx. Tensión aceptable en la Fundación : 8.00 tf/m²


• Estabilidad Global

• Distancia inicial a la izquierda : 2.00 m

• Distancia inicial a la derecha : 5.00 m

• Profundidad inicial con ref. a la base : 0.50 m

• Máx. profundidad aceptable para el cálculo : m

• Centro del arco con referencia al eje X : -0.22 m

• Centro del arco con referencia al eje Y : 7.42 m

• Radio del arco : 8.11 m

• Número de superficies analizadas : 1

• Coef. de Seg. Contra la Rotura Global : 6.79


• REFERENCIAS:

• G. Winter y A. Nilson, Proyecto de Estructuras de Concreto, Editorial Reverté, S.A.

• P. García y F. Morán, Concreto Armado, Mateu Cromo, Artes Gráficas, S. A.

• "Building Code Requirements for Reinforced Concrete", American Concrete Institute.

• Teodoro Harsen, Concreto armado.

6.muro de contencion

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