1. 1. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERA ESCUELA DE GEOLGICA DEPARTAMENTO DE GEOMECANICA MUROS Integrantes: CHAVARRI YUSMEIRI MARQUEZ MAYELA ZAMBRANO GISELL
2. 2. Mrida, 14 de julio de 2015 INTRODUCCIN Los muros de gravedad y contencin han existido siempre y para construirlos se han tomado en cuenta importantes variables, como la conveniencia de su utilizacin, las condiciones originales del terreno, la ubicacin del mismo, costo esfuerzo y tiempo. Se han utilizado materiales tradicionales como el concreto armado; pero la evolucin social necesita aprovechar mejor del tiempo con la celeridad de la construccin y dadas las circunstancias econmicas contemporneas, hay necesidad de aprovechar mejor los recursos mediante la optimizacin de su uso y la bsqueda de nuevas tecnologas. El ahorro de estos dos elementos: tiempo y dinero, ha llevado a la bsqueda de nuevos materiales de construccin que satisfagan las mencionadas expectativas. Precisamente, para alcanzar estos objetivos, se considera conveniente la utilizacin de geosintticos como muros de gravedad, tierra armada, anclajes, aptos para cumplir la funcin que de ellos se espera para alcanzar la prolongada duracin, para ser realizados en el menor tiempo posible y con una inversin monetaria ms reducida. Los materiales y mtodos de estabilizacin han despertado gran inters en la construccin actual porque adems de las ventajas de orden econmico y de tiempo, ofrecen maleabilidad, variedad de usos y aplicaciones, calidad y resistencia a la degradacin biolgica y qumica. Un aspecto esencial para la comprobacin de un muro, con sus condiciones de contorno, es la estimacin de los empujes (activos y pasivos) en funcin de la configuracin del propio muro, de las caractersticas y condiciones del terreno y de las acciones que le afecten segn el caso. En los apartados siguientes se explicarn las diferentes teoras de obtencin de empujes (activos y pasivos) con distintas posibilidades en cuanto a condiciones de contorno as como planteamientos especficos segn tipologas estructurales varias. Al final del tema se har especial nfasis en la vertiente ms prctica del diseo y construccin de estructuras de contencin.
3. 3. MUROS Los muros son estructuras de ingeniera muy antiguas, que seutilizan para contener el terreno, ganar espacio en taludes o crearniveles en el desarrollo de terrenos con pendiente.Modernamente se ha establecido una diferencia entre los muros,hoy en da se habla de muros de gravedad, muros de concreto armado,muros de tierra armada y muros de gaviones armados. MUROS DE CONTENCION Estructuras, capaces de contener o soportar las presiones laterales o empujes de tierra generadas por terrenos generadas naturales o rellenos artificiales. As mismo son elementos constructivos que cumplen la funcin de cerramiento, soportando por lo general los esfuerzos horizontales producidos por el empuje de tierras. En otros tipos de construccin, se utilizan para contener agua u otros lquidos en el caso de depsitos. Un muro de contencin no solo soporta los empujes horizontales trasmitidos por el terreno, debe tambin recibir los esfuerzos verticales trasmitidos a pilares, paredes de carga y forjados que apoyan sobre ellos. La mayora de los muros de contencin se construyen de hormign armado, cumpliendo la funcin de soportar el empuje de tierras, generalmente en desmontes o terraplenes, evitando el desmoronamiento y sosteniendo el talud. CLASIFICACION DE LOS MUROS DE CONTENCION. 1.- DE ACUERDO A SU DISEO: Muros con Taln y Puntera: para construir este muro es necesario sobrepasar la lnea de edificacin, a nivel de los cimientos. Muros sin Taln: por lo general al construirlo resulta con un aumento de dimensin en la puntera de la zapata. Muros con Taln: en el primer caso, necesitan sobrepasar la linea de edificacin. El resultado es similar al muro sin taln, pero trabaja de otra manera; esta es la mejor solucin ante inestabilidades por posible vuelco. 2.- DE ACUERDO A SU FUNCION: Contencin de tierras: cuando el muro se destina a contener slidos, stos por lo general son tierras; la impermeabilizacin y el drenaje son dos aspectos importantes para controlar el paso de agua del terreno hacia el interior de la edificacin. Contencin de lquidos: para esta funcin es necesario conseguir la continuiad del hormign a fin de lograr una buena impermeabilizacin. Para ello se efecta un vibrado con un control adecuado, para evitar huecos y juntas.
4. 4. 3.- DE ACUERDO A SU FORMA DE TRABAJO: Muros de contencin por gravedad: soportan los empujes con su peso propio. Los muros construidos con hormign en masa u hormign ciclpeo, por ser ms pesados, se utilizan habitualmente como muro de gravedad ya que contrarrestan los empujes con su propia masa. Las acciones que reciben, se aplican sobre su centro de gravedad. Este tipo de muro de contencin de gran volumen, se realiza de poca altura y con una seccin constante; aunque tambin existen los de tipo ataluzados o escalonados. Muros de contencin ligeros (a flexin): cuando el muro trabaja a flexin podemos construirlo de dimensiones ms livianas. Dado que aparecen esfuerzos de flexin, la construccin se efecta con hormign armado, y la estabilidad est en relacin a la gran resistencia del material empleado. El diseo del muro debe impedir que flexione, ni produzca desplazamientos horizontales o vuelque, pues debido a los empujes, el muro tiende a deformarse. En la flexin aparecen esfuerzos de traccin y compresin. Por ello existen formas particulares para disponer las armaduras en estos muros. OTROS TIPOS DE MUROS DE CONTENCION Muros de mamposteras de piedras. Muros de concreto ciclpeo. Gaviones Tablestacados. Muro pantalla. Muros prefabricados. Pantallas o muros anclados. Muros en voladizos de concreto armado. Muros con contrafuertes. MUROS DE GRAVEDAD. Son estructuras donde el peso propio es responsable por soportar el empuje del macizo a contener. Mecnicamente el peso W del muro aplicado en el centro degravedad de la estructura genera un momento estabilizante ME = W x e,que debe ser mayor que el momento volcante provocado por el empujedel terreno que protege. El cociente entre estos dos valores se conocecomo Factor de Seguridad FS, universalmente se considera FS > 1.5, para que la estructura sea estable. Los muros de gravedad pueden serde concreto sin armar, de piedras en arreglos horizontales cementadas,de concreto ciclpeo o de gaviones. Muros de piedra en arreglos horizontales: los encontramos en las obras de arte de las viejas carreteras de principios del siglo 20 y consistan en ordenados arreglos de rocas de forma prismtica, colocadas horizontalmente e incipientemente cementadas con mezclas de cal y arcillas de sitio, o mezclas de suelos con cemento en perodos
5. 5. ms recientes. En las carreteras maracay - ocumare de la costa, choron -maracay y la carretera vieja valencia-puerto cabello, todava podemos observar estas rudimentarias, pero extraordinarias obras del ingenio humano. La llegada masiva del concreto permiti la construccin de los Muros de concreto ciclpeo: son estructuras donde se vaca concreto fluido de baja resistencia y posteriormente se colocan piedras brutas dentro de la masa, estas piedras son cubiertas con una nueva capa de concreto fluido, que da como resultado una estructura de gran resistencia. pasos en la construccin de un muro ciclpeo los muros de gaviones son una versin ms moderna de la ingeniera; su avance ha sido vertiginoso en los ltimos aos con el desarrollo de las aleaciones de metales ms resistentes al ambiente y el uso del plstico y el polipropileno de alta densidad. Gaviones: un gavin es una cesta metlica, armada en forma prismtica de dimensiones generales 1 x 1 x 2 1 x 1 x 3; el alambre puede venir recubierto con pvc, una vez armada la cesta se rellena con rocas, bsicamente prismticas densamente arregladas y protegidas por tensores que mantienen la estructura a medida que se van armando, la seleccin de la piedra y su colocacin dentro de la cesta, en nuestra experiencia en campo hemos podido observar asentamientos por reacomodo de la roca hasta 30 cm en una estructura de 5 metros de altura. Desde el punto de vista clsico, los gaviones se construyen segn dos tipos de arreglos: triangulares y piramidales, la seleccin de cada tipo de muro depende bsicamente de los siguientes factores: Tipo de terreno de apoyo. Tipo de suelo a contener. Ubicacin y calidad de los materiales. Los muros de piedra y los muros de concreto ciclpeo requieren un terreno de apoyo firme y no susceptible a sufrir asentamientos por consolidacin de las capas del suelo, esto es una condicin indispensable. Recientemente se haca referencia a la durabilidad de los muros de las carreteras construidas en la poca de Juan Vicente Gmez destacando que los muros de piedra y concreto ciclpeo de estas carreteras siempre se apoyaban sobre suelos muy duros y resistentes en su mayora rocas que afloran en la cordillera. Los sistemas de drenaje de los muros son rudimentarios pero eficientes; la mayora de las carreteras son de montaa con vegetacin exuberante y con abundantes enredaderas parsitas que se han convertido en factor estabilizante de la estructura, en la actualidad tratamos con mayor tecnologa imitar las bondades de estas obras practicando lo que llamamos bioingeniera. La presencia de suelos arcillosos, algunos de carcter expansivo han destruido estas mismas estructuras, lo que habla claramente de la importancia de la calidad del terreno de
6. 6. apoyo. Los muros de gaviones son conceptualmente muros flexibles, stos muros permiten ciertos asentamientos del terreno de apoyo, que son absorbidos por su flexibilidad, que bsicamente forma parte de la estructura de la calzada de la va, los muros de gaviones en arreglos tradicionales deben mantener una zona de seguridad o proteccin con la zona afectada por el trfico automotor. Otro factor importante que debemos considerar es el suelo que contiene el muro, los suelos granulares y los macizos rocosos fracturados o meteorizados generalmente son permeables. Los suelos granulares deben su permeabilidad a la gran cantidad de intersticios entre su estructura granular y las rocas fracturadas y meteorizadas a las discontinuidades que provocan las diaclasas, fracturas y fisuras. Cuando se construyen muros para contener este tipo de suelos y rocas, generalmente no hay movimiento de materiales finos por la circulacin del agua a travs de los vacos del suelo. Sin embargo, cuando tenemos suelos de grano fino como arcillas y limos, el flujo del agua del suelo provoca el lavado de finos y la formacin de canales que llamamos comnmente tubificaciones y son las responsables de la destruccin de muchas obras de arte en las carreteras nacionales, hay un detalle importante de mencionar a las nuevas generaciones, ya que constantemente omos hablar de las virtudes de la ingeniera de principios de siglo y es que: han visto ustedes obras de ingeniera vieja en suelos expansivos o dispersivos?, han perdurado estas obras en los caminos y carreteras afectadas por este tipo de suelos?. La experiencia del autor es que existe muy poca evidencia de xito de los ingenieros de principio de siglo al tratar con suelos de complejo comportamiento; por el contrario muchas obras de ingeniera construidas en ciudades como coro y valle de la pascua han tenido que ser reforzadas con tcnicas modernas de recalce de fundaciones. Ubicacin y calidad de los materiales uno de los principales problemas que comnmente se le presentan a los ingenieros es la ubicacin de materiales y la calidad de stos. En la regin central del pas, el acelerado crecimiento de la poblacin ha provocado la creacin de muchas zonas de proteccin ambiental que cada vez hacen ms difcil obtener materiales de buena calidad para obtener materiales de una calidad aceptable es necesario transportarlos desde lejanas canteras que hacen que el costo de transporte sea superior al costo en s del material, es por esto que muchas veces la verdadera seleccin del muro ms conveniente va a depender de la disponibilidad en el sitio de los materiales para la construccin de los muros. Cuando no es factible obtener materiales en el sitio de buena calidad debemos recurrir a los muros de concreto armado. Muros de tierra armada: La tierra armada es una asociacin de tierra y elementos lineales capaces de soportar fuerzas de tensin. Importantes; estos ltimos elementos suelen ser tiras metlicas o de plstico. El refuerzo de tales tiras da al conjunto una resistencia a tensin de la que el suelo carece en s mismo, con la ventaja adicional de que la masa puede reforzarse nica o principalmente en las direcciones ms convenientes. La fuente de esta resistencia a la tensin es la friccin interna del suelo, debido a que las fuerzas que se producen en la masa se transfieren del suelo a las tiras de refuerzo por friccin.
7. 7. Los muros de tierra armada son sistemas en los cuales se utiliza materiales trreos como elementos de Construccin. La estabilidad de un muro de retencin que se construya con tierra armada debe comprender principalmente dos clases de anlisis. Un muro de contencin de tierra armada est constituido por un suelo granular compactado en el que se colocan bandas de refuerzos horizontales y verticales a intervalos regulares. Por lo general las bandas son de acero galvanizado, pero tambin pueden ser en acero inoxidable, aluminio, plstico o materiales no biodegradables. La estabilidad interna de la masa de tierra armada puede analizarse por los mtodos de: Coulomb y Rankine. Teora de Rankine: Rankine hace referencia a las variaciones de tensiones que se producen en una masa de suelos, cuando se produce un relajamiento o un aumento de la tensin horizontal; considera esos dos casos extremos e impone ciertas condiciones de borde para un prisma elemental que se encuentra dentro de una masa semi infinita. Las condiciones de borde impuestas por Rankine para determinar la relacin entre tensiones principales en cada estado, fundamentalmente son: 1- Masa semi infinita y homognea. 2- Superficie horizontal del terreno. 3- Superficie vertical del borde que admite desplazamiento. 4- Tensiones de corte nulas en el contacto entre la superficie que se desplaza y el suelo. No existe un caso prctico en el cual se cumplan estrictamente con las condiciones de borde impuestas por la teora de Rankine. El estudio terico de Rankine se caracteriza entonces, como habamos dicho anteriormente, por dos estados lmites de equilibrio plstico. El estado original del terreno se presenta por un prisma elemental sometido a cierta profundidad a una presin vertical v, igual al peso de la tapada de suelo que est por encima, y que vale el producto de su peso unitario por la profundidad en la cual se encuentra el elemento prismtico estudiado v = . z A esta presin vertical v, le corresponde una tensin horizontal h. La relacin entre ambas es un coeficiente K, que en el estado original denominado estado de reposo se denomina K0. Si se permite que este paramento vertical se traslade una cierta magnitud a presin constante, se producir una reduccin de la presin horizontal. A medida que nos desplazamos a presin constante, para cierto corrimiento, toda la masa de suelo entra en equilibrio plstico; cada punto llega al lmite de rotura, y en ese momento la relacin entre las presiones horizontal y vertical se indica por el coeficiente de empuje activo de Rankine, Ka. Este coeficiente es entonces la relacin entre las tensiones principales, cuando por disminucin de la presin horizontal toda la masa semi infinita de suelo est al borde de la rotura, este es el primer estado lmite. Si se corriera el paramento vertical hacia el lado contrario la presin vertical prcticamente se mantendra constante, pero se producira un
8. 8. incremento de la presin horizontal. Tambin se llegara al borde de la rotura, pero con una inversin de tensiones principales: ahora la tensin horizontal sera mayor que la vertical. Es otro estado lmite caracterstico de Rankine, para el cual la relacin entre las dos presiones est dada por el coeficiente de empuje pasivo, Kp. Teora de Coulomb: Otra teora que tiene aplicacin prctica es la de Coulomb, completamente diferente a la de Rankine en cuanto a su enfoque. Coulomb introduce una simplificacin importante para calcular el empuje: supone que la superficie de rotura se produce en el suelo, no a travs de lneas sino de planos. La falla se producira entonces a travs de un plano potencial de rotura, lo cual no es cierto de acuerdo a lo ya explicado, pero permite calcular con rapidez el empuje. Por lo tanto, la teora de Coulomb permite calcular problemas en los cuales el paramento no es vertical, y la superficie de relleno tiene cualquier forma. Introduce la superficie de rotura plana, y estudia el problema como el equilibrio de una cua del suelo que falla, limitada de un lado por el paramento, y del otro por una superficie plana. La resolucin es por tanteos, buscando cul de todas las superficies planas posibles conduce por ejemplo el empuje activo mximo que constituye el valor ms desfavorable. Muros de Concreto Armado: Estn bsicamente compuestos por dos losas de concreto dispuestas en forma de "L" o "T " invertida de concreto armado Constituye otro tipo de muro que contribuye notablemente a darle fortaleza a la estructura de una edificacin y que se est utilizando frecuentemente en nuestro medio, ms conocido como "placa".Al igual que los muros portantes de albailera, las placas soportan las cargasssmicas. Sin embargo, a diferencia de otros muros estructurales, son ms resistentes y ms durables en el tiempo, si estn bien diseadas y bien construidas.Las placas de concreto armado son consideradas como elementos estructurales bidimensionales planos, es decir, su espesor es pequeo en comparacin a sus otras dos dimensiones (largo, alto) (Figura 1)
9. 9. Es recomendable usar estas placas en los casos de viviendas nuevas que tienen deficiencias de densidad de muros portantes de albailera, en cualquiera de sus direcciones principales. Tambin las placas se pueden usar en los casos de reparacin de viviendas que han sido daadas por un sismo. Los materiales a utilizarse en la construccin de estos muros son los siguientes: CONCRETO + FIERRO = CONCRETO ARMADO. Recomendaciones Generales al momento de trabajar con muros de Concreto Armado Las placas deben construirse estrictamente de acuerdo a lo especificado en los planos estructurales. b. Si la edificacin es de dos pisos o ms, las placas deben ser coincidentes en todos los niveles (Figura 2).
10. 10. c. Cuando se construyan placas de concreto armado que sean colindantes a predios con muros de ladrillo o adobe, estos muros del vecino no debern ser utilizados como encofrados para el vaciado de la placa (Figura 3). d. No se debe colocar ninguna clase de tubera (agua, desage, elctrico) ni accesorios dentro de la placa, porque se debilita. e. Las especificaciones del refuerzo a colocarse (dimetro de barras, cantidad, espaciamiento, numero de capas), tanto vertical como horizontalmente, deben estar claramente indicadas en los planos. f. El refuerzo vertical debe ingresar totalmente en la cimentacin, respetndose un recubrimiento de 7.5 cm. g. Si la placa contina en los niveles superiores, no olvides dejar las mechas con la longitud de empalme apropiado.(Cuadro 1). h. Antes de vaciar el concreto, asegrate de que los dados estn bien colocados, para darle el importante y necesario recubrimiento al refuerzo de la placa (Figura 4).
11. 11. En la preparacin del concreto debes tener cuidado con el tamao de piedra chancada que vas a utilizar, de preferencia usa solo de " (no debe estar mezclada con " y 1"), en especial cuando se trate de placas delgadas (10 a 15 cm.). A fin de evitar la formacin de cangrejeras, el concreto no debe ser muy seco pero tampoco muy aguado, debe tener la fluidez apropiada (consistencia(1)), para que se meta hasta el ltimo rincn del encofrado. Puedes utilizar la siguiente mezcla por cada metro cbico de concreto a preparar: k. Es sumamente importante que compactes el concreto conforme vas haciendo el vaciado. l. Debes realizar el curado del concreto luego de desencofrar, lo puedes hacer humedecindolo constantemente con agua (mnimo 3 das) o utilizando aditivos (Figura 5).
12. 12. m. Tu encofrado no debe permitir la fuga de la lechada de cemento(2), ya que deteriora la calidad del concreto. n. A fin de que la placa tenga un espesor uniforme, asegrate de usar templadores, ya que la fuerte presin del concreto fresco sobre el encofrado lo empuja hacia fuera. Esta presin puede hacer colapsar al encofrado (Figura 6). . Debes apuntalar el encofrado para proporcionarle estabilidad (Figura 6). o. Verifica el aplomado. ASPECTOS GENERALES PARA CALCULAR LA ESTABILIDAD DEL MURO. Es de suma importancia para el clculo del empuje activo sobre los muros, el tener la seguridad de que no existirn presiones hidrostticas en el parmetro interior del mismo, ya que ello podra llegar a quintuplicar el valor del empuje activo. Para ello tenemos que ser cuidadosos al disear el sistema de drenaje que nos evite este incremento de presiones. El agua puede acceder al parmetro interno del muro, fundamentalmente de dos maneras; la primera es por un aporte directo de la napa de agua o por un ascenso fuera de lo comn de la misma, la segunda se produce por el aporte pluvial en la superficie del terreno natural
13. 13. que se filtra a travs de un relleno permeable, (rellenos por refulado) o por las grietas de desecacin que comnmente se observan en la superficie de los rellenos cohesivos, sobre todo en la cercana del muro y paralelas a la lnea de coronamiento. Para evitar la acumulacin del agua, en estos casos debemos disear un sistema de drenaje que nos asegure un rpido escurrimiento de las mismas ya sea por gravedad hacia el parmetro externo del muro o por gravedad o bombeo mediante tubos colectores hacia otros sectores de la obra. Ejercicios sobre Muros. Ejemplo 1.
14. 14. Ejemplo 2 Ejemplo 3
15. 15. Ejemplo 4
16. 16. Ejemplo 5
17. 17. Ejemplo 6.
18. 18. Ejemplo 7.
19. 19. Ejemplo 8.
20. 20. CONCLUSION Los muros de tierra armada son mazacotes de terreno en los que se introducen armaduras metlicas con el fin de resistir los movimientos. Con ello se consigue que el material trabaje como un todo uno. La importancia de esta armadura consiste en brindarle cohesin al suelo, de modo de actuar disminuyendo el empuje de tierra que tiene que soportar el muro. La fase constructiva es muy importante, ya que se tiene que ir compactando por capas de pequeo espesor, para darle una mayor resistencia al suelo. Se le suelen colocar escamas (planchas de piedra u hormign), sin fin estructural alguno, sino para evitar que se produzcan desprendimientos. Un muro de suelo reforzado es un muro de tierra armada en que se sustituyen las armaduras metlicas, por geotextil. Es una solucin ms barata, a pesar de que ser menos resistente. Los mtodos de estabilizacin de suelos deben emplearse cuando existe la amenaza de que se desarrollen en el terreno fuerzas mecnicas peligrosas de traccin o compresin. En tales casos, se necesita inmediatamente una estabilizacin a fondo del suelo. Los muros de contencin se utilizan para detener masas de tierra u otros materiales sueltos cuando las condiciones no permiten que estas masas asuman sus pendientes naturales. Estas condiciones se presentan cuando el ancho de una excavacin, corte o terrapln est restringido por condiciones de propiedad, utilizacin de la estructura o economa. Los muros de contencin tienen como finalidad resistir las presiones laterales empuje producido por el material retenido detrs de ellos, su estabilidad la deben fundamentalmente al peso propio y al peso del material que est sobre su fundacin. Los muros de contencin se comportan bsicamente como voladizos empotrados en su base. En general los empujes son producidos por terrenos naturales, rellenos artificiales o materiales almacenados. Los muros de tierra armada son mazacotes de terreno en los que se introducen armaduras metlicas con el fin de resistir los movimientos. Con ello se consigue que el material trabaje como un todo uno. La importancia de esta armadura consiste en brindarle cohesin al suelo, de modo de actuar disminuyendo el empuje de tierra que tiene que soportar el muro. La fase constructiva es muy importante, ya que se tiene que ir compactando por capas de pequeo espesor, para darle una mayor resistencia al suelo. Se le suelen colocar escamas (planchas de piedra u hormign), sin fin estructural alguno, sino para evitar que se produzcan desprendimientos. Un muro de suelo reforzado es un muro de tierra armada en que se sustituyen las armaduras metlicas, por geotextil. Es una solucin ms barata, a pesar de que ser menos resistente.
21. 21. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS http://es.wikipedia.org/wiki/Muro_de_contenci%C3%B3n. http://www.concretonline.com/index.php?option=com_content&view=article&id=2356 &catid=55:articulos-tecnicos&Itemid=38. http://www.concretonline.com/index.php?option=com_content&view=article&id=235 6&catid=55:articulos-tecnicos&Itemid=38. LUIS I. GONZALES DE VALLEJO, Ingeniera geolgica ( 2002) Madrid Espaa.