ANEJO Nº 4 DE: ESTRUCTURAS.

ÍNDICE DEL ANEJO.

1.- OBJETO DEL ANEJO.

2.- MURO DE SOSTENIMIENTO DE ESCOLLERA.

2.1.- INTRODUCCIÓN.

2.2.- ANÁLISIS TEÓRICO DEL MURO. HIPÓTESIS UTILIZADAS.

2.3.- RESULTADOS.

3.- MUROS DE CONTENCIÓN DE HORMIGÓN ARMADO.

3.1.- INTRODUCCIÓN.

3.2.- RESULTADOS.

1.- OBJETO DEL ANEJO.

El objeto de este Anejo in cluido en el proyecto de “ Prolongación del Vial Urki Hegoalde y su conexión con la N-636” es la descripción de cada una de las obras de fábrica que se precisan eregir en varios de las nuevas calzadas, denom inadas Vial-1 y Vial-4 (acceso a la industria Ona) .

Seguidamente se expo nen las características m ás representativas de cada

estructura, los cond icionantes geo técnicos existentes, las hipótesis de carga y acciones consideradas en el cálculo y los modelos numéricos de análisis utilizados.

En concreto, en esta actuación existen dos (2) grupos claramente diferenciados

de estructuras: por un lado están los m uros sostenim iento de escollera y en segundo término los m uros en “ménsula”, de hormigón armado tipo HA-25, para contención de terrenos en desmonte.

La ejecución de la fábrica de sostenim iento de escollera surge por la necesidad

de no invadir, con la am pliación de la pl ataforma que requiere la creación de ese nuevo acceso al cem enterio m unicipal ( Vial-1), desde la Rotonda-1, los terrenos contiguo de titularidad privada.

Se empleará, en la ejecu ción de estos m uros de sostenimiento escollera caliza

procedente de voladura, sana y no alterable por los agentes atmosféricos. Su a rista media será mayor de 100 cm., lo que supone un peso su perior a 2.500 kgr.. El posible em pleo de otros tipos de roca requerirá un estudio m ás detallado, con el fin de garantizar su estabilidad e inalterabilidad. En principio, pueden ser válidas las rocas consideradas como adecuadas. “Rocas adecuadas”.

En otras zonas de la obra que son objet o de excavación será necesario, para no

afectar las edificaciones cer canas, eregir m uros de horm igón armado (en tipología de “T” ó ménsula) con taludes en su trasdós re lativamente suaves. Las inclinaciones oscilarán entre valores de 3(H):1(V) a 2(H) : 1 (V) en los viales nº 1 y nº 4.

.

2.- MURO DE SOSTENIMIENTO DE ESCOLLERA.

2.1.- INTRODUCCIÓN.

El elemento principal que interviene en la ejecución de la topología de m uro contemplada en este documento es el bloque de escollera, unidad básica a partir de la cual, por agregación, se construye el muro. Es por ello que las propiedades de los bloques tienen una especial incidencia en el com portamiento de la obra. Los bloques de escollera deben provenir de macizos rocosos sanos1, de canteras, de préstamos, o de las excavaciones de la propia obra y se obtendrán mediante voladuras2.

En este capítulo se es tablecen las propiedades m ás relevantes qu e deberán

reunir los bloques para su em pleo en m uros de escollera colocada, que se han clasificado atendiendo a los siguientes tipos de características:

Geométricas.

Físicas.

Químicas y de durabilidad.

Para muchas de estas propiedades se to ma como referencia la norma UNE EN 13.383 Escolleras.

2.1.1.- CARACTERÍSTlCAS GEOMÉTRICAS.

2.1.1.1.- GRANULOMETRÍA.

En la norm a UNE EN 13383-1 se def inen tres tipos de granulom etria3 para la escollera:

Escollera gruesa.

Escollera media.

Escollera fina.

Dado el tam año de los bloques de la s escolleras m edia y gruesa, su granulometría se establece por distribución de masas, según el procedimiento descrito en la norma UNE EN 13383-2.

1.- De acuerdo con los criterios de cl asificación de rocas de la Sociedad Internacional de Mecán ica de Rocas s e recomienda que, con carácter general el grado de meteorización del macizo sea el correspondiente a las categorías de roca sana o fresca, o bien ligeramente meteorizada, es decir: grado ISRM < II.

2.- Excepcionalm ente podrán utilizarse bloques p étreos obtenid os de las excavaciones de la propia obra que aparezcan de form a natural, fundamentalmente en coluviones, siem pre que cum plan las características especificadas en este capítulo.

3.- Se puede distinguir entre:

Granulometría gruesa (escollera fina): Designación de granulometría con un lím ite nom inal superior defini do por un tam año de tam iz entre 125 mm. y 250 mm., ambos inclusive. Granulometría lig era (escollera m edia): Desig nación de gran ulometría con un límite nominal superior definido por una masa entre 80 kg. y 500 kg., ambos inclusive.

Granulometría pesada (escollera gr uesa): Designación de granulom etría con un límite nominal inferior definido por una masa de más de 500 kg.. Fragmento: Trozo de escollera en la fracción más fina de gran ulometrías gruesas o la fracción m ás ligera de granulometrías ligeras y pesadas para las cuales se aplican los requisitos de distribución de tamaño o de masas.

Las principales aplicaciones de estas granulometrías en obras de carretera son: Escollera gruesa HMB 1.000/3.000, con m asa com prendida entre m il y tres m il kilogramos (1.000/3.000).

Muros de escollera colocada, con función de contención o sostenimiento.

Escollera gruesa HM 300/1.000 con m asa com prendida entre trescientos y m il kilogramos (300/1.000).

Muros de escollera colocada de es casa altura o som etidos a pequeños empujes, normalmente de contención en desmontes de poca altura. Material para relleno de huecos en los muros de escollera co locada del huso inmediatamente superior (es decir, el 1.000/3.000). Encachados, protecciones, elem entos de disipación, m antos d renantes y otras aplicaciones en obras de d renaje de la ca rretera (no con stituyen el objeto del docum ento “Guía para el Proyecto y la Ejecución de muros de Escollera en obras de carretera”. Ministerio de Fomento 2.006). Empleo como peso estabilizador, sin función estructural, en aplicaciones diversas (no constituyen el objeto del docum ento “ Guía para el Proyecto y la Ejecución de muros de Escollera en obras de carretera”. Ministerio de Fomento 2.006).

Escolleras media y fina:

Empleo para la construcción de re llenos compactados (no constituyen el objeto del docu mento “Guía para el Proyecto y la Ejecució n de muros de Escollera en obras de carretera”. Ministerio de Fomento 2.006).

Ciertos tam años podrían em plearse como relleno de huecos de la granulometría inmediatamente superior.

CATEGORÍA (*) HMB300/1.000

HMB1.000/3.000

Granulometría

(kg.) 300 a 1.000 1.000 a 3.000

Masa (kg.)

Porcentaje (en masa) de partículas con masa menor de:

4.500 - - 97-100% 3.000 - - 70-100% 1.500 97-100% - - 1.000 70-100% 0-10% 650 - - 0-5% 300 0-10% - - 200 0-5% (**) - -

(*) Conforme a la UNE EN 13.383-1.

(**) Únicamente fragmentos.

La obtención en obra de husos granulom étricos como los referidos no resulta sencilla, apuntándose como principales posibilidades:

Ajuste iterativo de la retícula que define la voladura en cantera. Debe tenerse en cuenta que no podrá reducirse por debajo de un cierto valor, en función de las características de fracturación del macizo rocoso.

Taqueo, o fragmentación de grandes bloques mediante empleo de explosivos.

Obtención de bloques por medios mecánicos.

En la prá ctica suele res ultar habitual la obtención de tam años propios de los tres (3) tipos genéricos de granulom etría: que deben separarse y acopiarse convenientemente para su empleo en las aplicacio nes a que se ha hecho referencia. De las granulometrías pesadas definidas en UNE EN 13.383-1, las más adecuadas para su empleo en muros de escollera colocada, so n las que se in dican en la tab la 3.1, si bien el proyecto podrá justificar el empleo de granulometrías diferentes.

2.2.- ANÁLISIS TEÓRICO DEL MURO. HIPÓTESIS UTILIZADAS.

Se analizan a continuación los fundam entos teóricos utilizados para el cálculo y diseño de los muros de escollera según las siguientes publicaciones: “Recomendaciones para el diseño y construcción de muros de escollera en obras de carreteras” Ministerio de Fomento 2.006 y la “Guía para el Proyecto y la Ejecución de muros de Escollera en obras de carretera” Ministerio de Fomento 2.006.

La escollera utilizada e n la construcción de m uros se clasif ica en función de

los resultados obtenidos en los ensayos y tom ando com o variables su colocación, compacidad y trabazón entre los bloques, en dos (2) grupos cuyas características son:

Tipo Tang. E E

kg./m3.

A 2,00 1.900 B 1,50 1.700

Son dos los tipos de suelos que se va n a estudiar, atendiendo a su cohesión:

granulares y cohesivos. Estos suelos son el objeto de sostenimiento del muro, y para cada tipo, las hipótesis y teorías aplicadas son di ferentes. La cimentación se supone idéntica en todos los casos, con vertido de horm igón entre la escollera de la zapata, lo cual origina un reparto de cargas y unos asentamientos más uniformes sobre el terreno.

2.2.1.- Suelos granulares.

Se utiliza la teoría de C oulomb para e studiar la estab ilidad de los m uros bajo la acción de suelos granulares. D icha teoría establece que el em puje unitario activo producido por un terreno hom ogéneo no cohesivo sobre el trasdós de un muro, en el caso de trasdós plano y superficie libre plana ex enta de sobrecarga, responde a una ley lineal cuya expresión es:

ea = Ka * T * Z

Siendo Z la profundidad medida desde la coronación del muro, T la densidad

del terreno, Ka el coeficiente de empuje activo y ea el empuje activo unitario por unidad de longitud medida según la vertical.

El empuje activo por unidad de longitud del muro será: Ea = 2

1 * Ka * T * H2 Coeficiente de empuje al reposo: K0 = 1 – sen( )

Coeficiente de empuje activo (Rankine): Kar. = tang.2

24 )( El coeficiente del em puje activo (Coulomb) viene dado por la expresión (Ver

J. A. Jiménez Salas, et al. Geotecnia y Cimientos II) :

Ka =

2

)cos(

)cos(sec

)cos()()(

sensen

denominando: = ángulo de rozamiento interno terreno.

= ángulo de rozamiento terreno – trasdós del muro.

= ángulo del talud del terreno sobre el muro.

= ángulo del trasdós del muro.

En el caso de que sobre el terreno actúe una sobrecarga indefinida de valor P (Toneladas/metro lineal), el valor que adopta el empuje activo unitario es el siguiente:

e = Ka * T * H + Ka * )( )cos()cos()cos(

p

Siendo el empuje activo:

Ea = Ea1 + Ea2 = 21 * Ka * T * H2 + Ka * )( )cos(

)cos()cos(

p

2.2.1.1.- Estudio de la estabilidad del Muro.

La estabilidad del muro se comprueba considerando su base como una zapata con carga excéntrica e inclinada y con las zonas plásticas que se representan en la figura, debida a Kézdi (1.962).

Redes de líneas características en el entorno de un m uro, según Kézdi (1.962). (“Geotecnia y Cimientos II” Jiménez Salas).

Pero dad a la com plejidad de este m étodo, se acep ta, bajo la garantía de la experiencia, la ap licación de u nos procedim ientos sem iempíricos m ás sencillos, consistentes en realizar las siguientes comprobaciones:

a. Coeficiente de seguridad al vuelco.

b. Coeficiente de seguridad al deslizamiento.

c. Ausencia de tracciones en la base.

d. Equilibrio interno del muro.

a. Coeficiente de Seguridad al vuelco. Viene dado por el coeficiente entre lo s momentos estabilizadores, respecto al

pie del m uro (punto O), y los m omentos volcadores. La acción del vuelco se debe a los empujes actuantes sobre el muro, y la acción estabilizadora al peso propio del muro.

Esta es la forma característica de trabajo de los muros de gravedad: únicamente

con el peso propio se compensan todas las acciones desestabilizadoras.

Momento al vuelco Mv = Ea * d2

Momento estabilizador Me = W * d1

Coeficiente de seguridad frente al vuelco:

FV = 2

1dEdW

MM

aV

e

b. Coeficiente de seguridad al deslizamiento Se ha co mprobado que la sección pés ima de deslizamiento coincide en todas

las situaciones, con la sección que pasa por la base del m uro. El coeficiente de seguridad frente al deslizam iento se calcula m ediante el cociente entre la resistencia al corte en el contacto entre base y terreno y la fuerza tangenc ial en dicha base. Las fuerzas actuantes se proyectan sobre las direcciones normal y tangencial al plano de la base. Con estos datos se realiza el balance entre esfuerzos favorables y desfavorables.

Fuerza que produce el deslizamiento: T= Et- Wt * Fuerza que resiste el deslizamiento: R = (En + Wn) * tang. E * Coeficiente de seguridad frente al deslizamiento:

Fd = TR

= TT

TZnn

WEgWE

).(tan)(

c. Ausencia de Tracciones en la base La distribución probable de tensiones en la cim entación rígida de un m uro

sigue una ley indeterm inada. Sin em bargo las com probaciones de los m uros se hacen aceptando la simplificación. que supone la hipótesis de Winkler de que hay una proporción entre el asiento y la presión entre la base y el terreno. Al considerar la cim entación del muro prácticamente rígida, la ley de presiones estará representada por una recta.

(a) (b) Distribución de tensiones en la cim entación de un m uro. a) D istribución

probable. b) Simplificación supuesta. (“Geotecnia y Cimientos II”, Jiménez Salas)

Se acepta com únmente que la resultante debe pasar por el núcleo central, asegurando la ausencia de tracciones en la base. Sobre ésta actuarán:

N = Wn + En M = (Et - Wt) * d2 La distribución tensional en el plano de la base vendrá dada por la expresión:

IyM

AN T

Siendo:

MT = Momento Resultante = M + N* ( 2B

- d1) N = Fuerza Normal sobre la base de la cimentación. B = Ancho de la base de la cimentación. A = Área de la base. y = Distancia al núcleo central de la sección estudiada. I = Inercia de la base. = Tensiones normales.

En los m uros estudiado s se ha com probado la ausencia de traccio nes en la base.

d. Equilibrio Interno del Muro En todos los casos estudiados se ha ob tenido que los círculos de deslizam iento

pésimos afectan a la estabilidad g lobal del m uro, no produciéndose, salvo s ituaciones especiales de cargas actuando en el muro, que deberán estudiarse aparte, roturas parciales del m ismo, gracias a la trabazón existente en tre los bloques de escollera dada por la

tang.( E ) m ayor que 1,50. P or lo tanto, e l estudio de la estabilidad d el m uro se simplifica al de un muro de gravedad con las características resistentes y friccionales de la escollera y el terreno adyacente.

2.2.2.- Suelos Cohesivos.

En la pu blicación “Recomendaciones para el diseño y construcción de muros de escollera en obras de carreteras” (Ministerio de Fomento 1.998) se establece que p ara el estudio de los m uros, cuyo m aterial del trasdós s ea cohesivo, s e utiliza el método de Bishop, m ediante la utilización de un program a de ordenador desarrollado por Enrique Castillo (1. 975) y m odificado por Rafael Arroyo (1.9 86). El citado programa analiza la estabilida d de taludes heterogé neos, previa introdu cción de la g eometría y características mecánicas de los dis tintos materiales que la com ponen, a partir del estudio de diferentes círculos posibles de rotura (dis tintos radios y coordenadas de sus centros), ya que el método de Bishop supone que la superficie de deslizamiento es circular.

El m étodo consiste en dividir el bl oque deslizante en fajas verticales, estableciendo el equilibrio vertical de las fuerzas que actúan sob re cada rebanada. De esta forma se elim inan correctam ente las fuerzas F, horizontales, en general m ucho m ás importantes que las T verticales. Se tom an m omentos de todas las fuerzas que actúan sobre dicho bloque respecto al centro del círculo, resultando:

)()( RlxW FF

Siendo: F: coeficiente de seguridad. 1: longitud de la base de la figura. R: radio del círculo de rotura. Pero la definición del círculo pésimo es un proceso iterativo y laborioso, lo que

hace que no sea un buen m étodo operativo en la búsqueda de este círculo en función de distintas geometrías y m ateriales, resultando, sin embargo, una eficaz herram ienta para el estudio de casos co ncretos. Asim ismo la u tilización de este sistem a de cálcu lo perm ite realizar estudios de muros mixtos (hormigón-escollera), o de secciones no uniformes.

2.3.- RESULTADOS.

Se adjun tan los resulta dos, relativos al muro de sostenim iento de escollera definido en este proyecto de “ Prolongación del Vial Urki Hegoalde y su conexión con la N-636” para alturas de 3,50 m etros, 3 m etros y 2,50 m etros. Se han obtenido mediante una hoja de cálculo del program a MATHCAD, del cual se posee la pertinente licencia, aplicado sobre la siguiente tipología de fábrica de mampuestos.

Las tensiones no superan la adm isible P hund. = 45 ton. /m 2. para la zapata

corrida, de donde Padm. = 45/3= 15 ton./m2. (0.15 N./mm2.) .

3.- MUROS DE CONTENCIÖN DE HORMIGÓN ARMADO.

3.1.- INTRODUCCIÓN.

En el diseño de los muros en “ménsula” de hormigón armado los programas y normativas empleadas en el cálculo han sido los siguientes:

El programa MAwinEHE (Muros Ménsulas) de la em presa de software Procedimientos Uno.

Instrucción de Hormigón Estructural EHE-08.

La “Instrucción sobre las acciones a considerar en el Proyecto de Puentes de Carretera (IAP-96)” del Ministerio de Fomento.

“La Guía de Cimentaciones en obras de carretera” (Ministerio de Fomento, 2.003).

Se establecen los siguiente valores: Nivel de control de ejecución: Normal

Coeficiente Situación Persistente o Transitoria

Situación Accidental o Sísmica

Acciones 1.50 1.00 Hormigón 1.50 1.30

Acero 1.15 1.00 Materiales: Tipo de Hormigón: HA-25 / P / 25 / IIa Resistencia característica (N/mm²): 25 Tipo de consistencia: Plástica Diámetro máximo del árido (mm): 25

Ambiente: Tipo de Ambiente: IIa Ancho máximo de fisura (mm): 0.30 Recubrimiento nominal (mm): 35 Tipo de Acero: B500S Resistencia característica (N/mm²) 500 Naturaleza: Terrenos coherentes Característica: Arcillosos duros Profundidad de cimentación (m): 0.30 Presión admisible (N/mm²): 0.15 Coeficiente de balasto (N./mm3): 0.08 Ángulo de rozamiento interno (º): 20.0 Peso específico aparente (kN./m3): 21.00 Ang. rozamiento cimentación – terreno (º): 20.0 Índice de huecos (%): 50.0 Cohesión (N/mm²): 0.05 Asiento máximo permitido (mm): 75 Datos del terreno de Trasdós/Intradós: Tipo: Rellenos Clase: Terraplén Peso específico aparente (kN./m3): 18.00 Ángulo de rozamiento interno (º): 30.0 Índice de huecos (%): 40.0 Cohesión (N/mm2): 0.00 Ángulo de rozamiento terreno/muro (º): 20.00

3.2.- RESULTADOS.

Se adjunta seguidam ente la correspondi ente Nota de Cálculo extraída del programa citado.