1 Muro de contención y Terraplenes Gabriela Armijos Ingeniería Civil, Universidad Estatal del Sur de Manabí Mecánica de Suelos I Ing. Digna Elizabeth Loor Sierra 27 de febrero de 2023 2 Muro de contención Generalidades y criterios de muros de contención Los muros de contención son estructuras para soportar el peso del suelo y mantenerlo en su lugar. Son utilizados comúnmente en áreas con pendientes pronunciados, donde el terreno necesita ser nivelado para la construcción de edificios o infraestructuras. Rojas Martínez (2009) plantea que el propósito de los muros de contención es de soportar fuerzas proporcionadas por masas de tierra, en posible deslizamiento de tierra el muro ejercera una fuerza para contener la masa incestable y asi transmitir esa fuerza hacia una cimentación o zona de anclaje por fuera de la masa en estado de deslizamiento. Los muros de contención son estructuras para retener y contener el suelo en una posición determinada, impidiendo que se deslice o se desplace de manera no deseada. A continuación, se presentan algunas generalidades sobre los muros de contención: - Los muros de contención pueden ser construidos con diferentes materiales, como concreto, ladrillo, piedra, madera, entre otros. - La elección del tipo de muero de contención dependerá del tipo de suelo, la inclinación de la pendiente y la altura del muro. - Es importante que la construcción del muro de contención se realice correctamente y siguiendo las normas de seguridad establecidas. El incumplimiento de estas normas puede poner en riesgo la estabilidad del muro y la seguridad de las personas cercanas. - El mantenimiento del muro de contención es fundamental para garantizar su durabilidad y estabilidad a largo plazo. 3 - Es posible utilizar los muros de contención para crear terrazas en terrenos inclinados, lo que se puede ser una solución efectiva para aprovechar el espacio y mejorar la apariencia de los jardines y parques. Tipos de muros de contención Existen diferentes tipos de muros de contención, y los más frecuentes según Calavera (1990): Muros de gravedad Son muros de hormigón en masa en los que la resistencia se consigue por su propio peso. Normalmente carecen de cimento, aunque pueden tenerlo. Figura 1 Muros de gravedad. Nota: La figura representa muros de gravedad sin cimentación y con cimentación. Fuente: Calavera (1990). Muros de ménsula Son los de empleo más corriente y aunque su campo de aplicación depende, lógicamente, de los costes relativos de excavación, hormigón, acero, encofrados y relleno, puede en primera aproximación pensarse que constituyen la solución económica hasta alturas de 10 o 12 metros. 4 Figura 2 Muros ménsula. Nota: La figura representa muros de ménsula. Fuente: Calavera (1990). Muros de contrafuertes Constituye una forma mejora de los muros de ménsula en la que crecer la altura y por lo tanto los espesores de hormigón, compensa el aligerar las piezas. Esto conduce a ferralla y encofrados más complicados y a un hormigonado más difícil y por lo tanto más costoso, al manejarse espesores más reducidos. Sin embargo, a partir de los 10 o 12 metros de altura es una solución que debe tantearse para juzgar su interés. Pueden tener contrafuertes en trasdós o en intradós, aunque la primera solución es técnica y económicamente mejor, por disponer el alzado en la zona comprimida de la sección en T que se forma. La segunda solución, al dejar los contrafuertes visto produce, además, generalmente, una mala sensación estética. 5 Figura 3 Muro de contrafuertes. Nota: La figura representa muros de contrafuertes. Fuente: Calavera (1990). Muros de bandejas Este tipo de muro reduciendo los momentos flectores debidos al relleno mediante los producidos por la carga del propio sobre las bandejas. Su inconveniente fundamental radica en la complejidad de su construcción. Puede resultar una alternativa al muro de contrafuertes para grandes alturas. Figura 4 Muros de Bandejas. Nota: La figura representa muros de bandeja. Fuente: Calavera (1990). 6 Muros cribas y otros muros prefabricados El concepto de muro de criba de piezas prefabricadas tiene su origen en muros análogos realizados antiguamente con troncos de árboles. El sistema emplea piezas prefabricadas de hormigón de muy diversos tipos que forman una red espacial que se rellena con el propio suelo. Figura 5 Muros de criba y prefabricados. Nota: La figura representa muros de criba con piezas de madera y muro prefabricados de hormigón. Fuente: Calavera (1990). Diseño de muros El empuje de tierra es una fuerza que se genera en las estructuras de contención de tierra, como muros de contención o taludes, debido a la presión ejercida por el suelo sobre la estructura. Este mismo es importante considerar en el diseño y construcción de estructuras de contención. Existen varios métodos para calcular el empuje de tierra, pero los más comunes son el método de Rankine y el método de Coulomb. 7 Presión activa y pasiva de tierra de Coulomb Esta teoría se base en que los empujes que recaen sobre el paramento de un muro se deben al peso parcial de la tierra que se desliza, provocada por falla del suelo por cizallamiento o fricción. El deslizamiento se produce comúnmente a lo largo de una superficie curva, en forma de espiral logarítmica, esta se la supone plana y así se designa por plano de falla, de rotura o de cizallamiento. La cuña de tierra, limitada por las superficies de esfuerzo cortante, se desliza hacia la parte inferior y en la dirección del muro. El peso de la cuña 𝑊se obtiene suponiendo que el plano de falla forma un ángulo 𝜌 con la horizontal, y que la dirección de 𝑊es vertical. Esta se descompone en dos; la fuerza de empuje contra el muro 𝐸 y forma el ángulo 𝛿 con la normal del paramento interno de éste, y la fuerza 𝑄, que forma el ángulo 𝜃 con la normal al plano de falla (Lucero Pardo et al., 2012). Figura 6 Plano de falla. Nota: La figura representa el plano de falla representativo, y la intervención de sus componentes. Fuente: Lucero Pardo et al. (2012). 8 El ángulo de fricción del suelo con el muro vale aproximadamente 𝛿 = 𝜃 2 2 𝑎 𝜃 para 3 superficies parcialmente rugosas de concreto, en piedras rugosas 𝛿~𝜃. Cuando la superficie del muro es lisa, pulida, o ha sido pintada con aceite resulta 𝛿 = 0. Las ecuaciones para hallar los empujes activo y pasivo de tierras, según la teoría de Coulomb son: 1 𝐸𝑎 = 𝛾𝐻2𝐾𝑎 2 1 2 𝐸𝑝 = 𝛾𝐻 𝐾𝑝 2 Y los coeficientes de los empujes resultan respectivamente: 𝐾𝑎 = sin2(𝛼 + 𝜃) 2 sin(𝜃 + 𝛿) sin(𝜃 − 𝛽) sin2 𝛼 sin(𝛼 − 𝛿) [1 + √ ] sin(𝛼 − 𝛿) sin(𝛼 + 𝛽) sin2(𝛼 − 𝜃) 𝐾𝑝 = sin(𝜃 + 𝛿) sin(𝜃 + 𝛽) 2 sin2 𝛼 sin(𝛼 + 𝛿) [1 − √ ] sin(𝛼 + 𝛿) sin(𝛼 + 𝛽) (Lucero Pardo et al., 2012). Figura 7 Ángulos que intervienen en el muro. 9 Nota: La figura representa los ángulos que intervienen en muro. Fuente: Lucero Pardo et al. (2012). En resumen, la teoría de Coulomb se base en la fricción entre las partículas del suelo y proporciona una forma de calcular la presión activa y pasiva de la tierra sobre las estructuras de soporte. Presión activa y pasiva de tierra de Rankine Esta teoría es más sencilla que la de Coulomb, y se diferencia de ella es porque en esta se asumió que no había fricción entre el muro y el suelo. Los resultados obtenidos mediante su utilización en suelos no cohesivos ofrecen criterios favorables. Según la teoría de Rankine, los empujes activo y pasivo son respectivamente: 1 𝐸𝑎 = 𝛾𝐻2𝐾𝑎 2 1 𝐸𝑝 = 𝛾𝐻2𝐾𝑝 2 Y los coeficientes de los empujes resultan: 𝐾𝑎 = cos 𝛽 𝐾𝑝 = cos 𝛽 cos 𝛽 − √cos2 𝛽 − cos2 𝜃 cos 𝛽 + √cos2 𝛽 − cos2 𝜃 cos 𝛽 + √cos2 𝛽 − cos2 𝜃 cos 𝛽 − √cos2 𝛽 − cos2 𝜃 (Lucero Pardo et al., 2012). Terraplenes Generalidades y usos de terraplenes Los terraplenes o diques de tierra se construyen para evitar inundaciones o para proporcionar un nivel de suelo más alto para infraestructuras como carreteras, vías férreas o 10 edificios. A menudo se construyen acumulando capas de tierra, grava y otros materiales sobre una base sólida como un lecho rocoso o tierra compactada. En una generalización de problemas podemos reconocer los efectos de los deslizamientos de tierra, los cuales van desde perdidas de vidas hasta económicas. El volumen de construcciones hace necesario alterar constantemente la superficie natural del terreno; como ejemplo tenemos la construcción de terraplenes, excavaciones de desmontes y la creación de superficies artificiales. A todo esto, los factores como los esfuerzos producidos por el suelo, el mal mantenimiento y las sobrecargas naturales generan un gran problema dentro de estas construcciones (Garnica Anguas y Ramírez Culebro, 2014). Terraplenes ante carga sísmica En cuanto a la resistencia de los terraplenes ante carga sísmica, pueden ser estos vulnerables a los terremotos debido a la naturaleza flexible de su construcción y su capacidad limitada para disipar la energía sísmica. Los terremotos están causados por la súbita liberación de energía que se acumula lentamente a lo largo de una falla dentro de la corteza terrestre generándose una serie de vibraciones que se propagan como ondas de diferentes frecuencias cuya aceleración origina fluctuaciones en el estado de esfuerzos en el interior del suelo afectando al equilibrio. Debido a que se pueden desencadenar deslizamientos en suelos con todo tipo de pendientes, tanto pronunciadas como prácticamente planas, en suelos formados por materiales resistentes, en suelos de relleno y de acumulación de residuos de minas; así como en condiciones de humedad del suelo tanto secas o muy húmedas. También se puede producir la licuación del suelo en determinadas áreas. De hecho, en las regiones 11 sísmicamente activas, los terremotos son la causa predominante de los movimientos de suelos en laderas y taludes. (Garnica Anguas y Ramírez Culebro, 2014) Para contrarrestar las afectaciones de las cargas sísmicas existen técnicas de diseño y construcción que pueden mejorar su resistencia; como lo es la selección de materiales adecuados, la compactación del relleno, la utilización de taludes con una pendiente adecuada y la consideración de la ubicación y la frecuencia de la actividad sísmica de la región. En general, el desarrollo actual nos permite llegar a monitorear los terraplenes para así detectar y evaluar daños en estos luego de la presencia de actividad sísmica. 12 Bibliografía Calavera, J. (1990). Muros de contención y muros de sótano. Madrid: Instituto Técnico de Materiales y Construcciones (INTEMAC). Garnica Anguas, P., & Ramírez Culebro, J. A. (2014). Gestión de terraplenes y riesgos ante la inestabilidad. INSTITUTO MEXICANO DEL TRANSPORTE. Lucero Pardo, F. H., Pachacama Caiza, E. A., & Rodríguez Montero, W. A. (2012). Análisis y diseño de muros de contención. Quito, Ecuador. Rojas Martínez, S. (2009). DISEÑO DE MUROS DE CONTENCIÓN SECTOR. Valdivia: UNIVERSIDAD AUSTRAL DE CHILE.
