PA1- Checcori Yucra Fredy, Imata Cañari Alfredo, Velasquez Gutierrez Porfirio K. De la Cruz Panocca Edgar E. Bolaños Rojas Kevin S. Condori Huarachi Jayme

KLFJLBLBDVKLBF
FACULTAD DE INGENIERIA
ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL
MECANICA DE SUELOS 2
DOCENTE: Ing. EIGNER ROMAN VILLEGAS
TEMA
: MURO DE CONTENCION
INTEGRANTES DEL GRUPO 08:
o FREDY CHECCORI YUCRA
o ALFREDO IMATA CAÑARI
o PORFIRIO KOLBERT VELASQUEZ GUTIÉRREZ
o EDGAR ELIAS DE LA CRUZ PANOCCA
o KEVIN SILVERIO BOLAÑOS ROJAS
o JAYME CONDORI HUARACHI
o JHONATAN HUAMAN ALLENDE
o IRWIN CHUQUIPURA CCANSAYA
1
INDICE:
I.
II.
III.
IV.
A.
B.
C.
D.
E.
F.
G.
V.
VI.
VII.
VIII.
CONTENIDO
INTRODUCCION ............................................................................................... 3
OBJETIVOS ...................................................................................................... 3
ASPECTOS GENERALES................................................................................. 3
MARCO TEÓRICO ............................................................................................ 4
DEFINICIÓN DE EMPUJE DE TIERRAS ........................................................... 4
FACTORES QUE INFLUYEN EN EL EMPUJE DE TIERRAS ............................ 4
TIPOS DE EMPUJE ........................................................................................... 4
TEORÍA DE EMPUJE DE TIERRAS DE RANKINE.............................................5
TEORÍA DE EMPUJE DE TIERRAS DE COULOMB .......................................... 6
PALABRAS CLAVES .......................................................................................... 6
ORGANIZADOR VISUAL................................................................................... 6
ANÁLISIS ........................................................................................................... 7
CONCLUSIONES ................................................................................................ 8
REFERENCIAS .................................................................................................. 9
ANEXOS ............................................................................................................ 9
2
I.
INTRODUCCION
Los muros de contención son estructuras que se utilizan para mantener la diferencia
de nivel de dos superficies y dar soporte lateral a las masas de suelo, en general el
diseño y construcción de estas estructuras depende de muchos condiciones y
requerimientos a lo largo de su vida útil, pero principalmente depende de las fuerzas
de empuje a las que se encuentra sometido. Su diseño es de suma importancia ya
que se encarga de aislar de cargas externas laterales al terreno donde se va a
construir. En proyectos de ingeniería civil es muy común tener que contener los
empujes del suelo, por ello es necesario estimar estos empujes para poder diseñar
las estructuras de contención.
El empuje de tierras sobre estructuras de contención ha sido un problema clásico en
Geotecnia, debido a que es complejo, pues existen numerosas incertidumbres
asociadas al comportamiento de los distintos tipos de terreno.
La construcción de este tipo de estructuras está ligado a un riesgo muy alto, ya que
según las estadísticas la mayoría de los accidentes que ocurren en la construcción
son por derrumbes en la excavación para la construcción de muros de contención.
En el presente trabajo se aborda el estudio del empuje causado por las masas de
suelos, así como los diferentes principios y teorías que sustentan este estudio, para
posteriormente poder analizar el colapso del muro de contención en un sótano,
explicando las posibles causas que produjeron su colapso, y finamente se presentará
las posibles soluciones para evitar este tipo de accidentes.
II.
OBJETIVOS
•
Explicar las causas del derrumbe de un muro de contención de un sótano
según la teoría de empuje.
•
Explicar las posibles soluciones del derrumbe de un muro de contención de un
sótano.
•
Identificar las palabras claves.
•
Realizar un organizador visual
III.
ASPECTOS GENERALES
Tipo de Edificación: Muro de contención de un sótano.
Problema: Colapso del muro de contención de un sótano, así como el posterior
derrumbe de una edificación aledaña.
Posibles Causas:
•
Estudio de Mecánica de Suelos inadecuado.
•
Diseño de Muro de contención deficiente.
•
Corte inapropiado del talud de la base del muro de contención.
•
Saturación del Suelo.
Posibles Soluciones:
•
Estudio de Mecánica de Suelos Adecuado
3
IV.
•
Diseño estructural de acuerdo con los estudios previos y al tipo de estructura.
•
Elaborar un adecuado sistema de drenaje para evitar la saturación del Suelo.
•
Diseñar teniendo en cuenta los empujes del Suelo.
MARCO TEÓRICO
A. Definición de empuje de tierras.
El empuje de tierras es la fuerza que ejerce el suelo sobre una estructura de
contención, como un muro o una zapata, debido a las deformaciones y las
presiones que se generan en el terreno. El empuje de tierras depende de varios
factores, como el tipo de suelo, el ángulo de rozamiento interno, la cohesión,
la inclinación del terreno y del muro, el nivel freático y el grado de movimiento
o deformación de la estructura. Existen diferentes teorías y métodos para
calcular el empuje de tierras, como la teoría de Rankine, la teoría de Coulomb,
la teoría de Terzaghi o el método de las cuñas
B. Factores que influyen en el empuje de tierras.
i. Tipo de suelo
El suelo puede ser granular o cohesivo, lo que determina sus propiedades
mecánicas, como el ángulo de rozamiento interno, la cohesión, el peso
específico y la permeabilidad. Estas propiedades afectan al comportamiento
del suelo ante las deformaciones y las presiones que se generan en el terreno.
ii. El ángulo de rozamiento interno
Es el ángulo que forma el plano de falla del suelo con la dirección horizontal
cuando el suelo está sometido a una carga. Este ángulo indica la resistencia al
corte del suelo y su capacidad para soportar esfuerzos sin deformarse. Cuanto
mayor sea el ángulo de rozamiento interno, menor será el empuje de tierras.
iii. La cohesión
Es la fuerza de atracción entre las partículas del suelo que le confiere una
resistencia interna al corte. La cohesión es mayor en los suelos finos y
arcillosos que en los suelos gruesos y arenosos. La cohesión también reduce
el empuje de tierras al aumentar la estabilidad del suelo.
iv. La inclinación del terreno y del muro
La inclinación del terreno respecto a la horizontal se denomina i, y la inclinación
del muro respecto a la vertical se denomina β. Estos ángulos modifican las
condiciones de equilibrio del suelo y afectan al empuje de tierras. Por lo
general, cuanto mayor sea la inclinación del terreno o del muro, mayor será el
empuje de tierras.
v. El nivel freático
Es la superficie que separa el suelo saturado de agua del suelo no saturado.
El nivel freático influye en el peso específico y la presión hidrostática del suelo,
lo que altera el empuje de tierras. Por lo general, cuanto mayor sea el nivel
freático, mayor será el empuje de tierras.
vi. El grado de movimiento o deformación de la estructura
4
El movimiento o deformación de la estructura puede ser hacia afuera o hacia
adentro del terreno, lo que provoca una variación en las presiones laterales del
suelo. Según el sentido y la magnitud del movimiento o deformación, se
distinguen tres tipos de empuje de tierras: activo, pasivo y en reposo. El empuje
activo es el mínimo que se produce cuando la estructura se desplaza hacia
afuera del terreno, provocando una disminución de las presiones laterales. El
empuje pasivo es el máximo que se produce cuando la estructura se desplaza
hacia adentro del terreno, provocando un aumento de las presiones laterales.
El empuje en reposo es el intermedio que se produce cuando la estructura no
se desplaza ni hacia adentro ni hacia afuera del terreno, manteniendo las
presiones laterales iniciales.
C. Tipos de empuje
i.
Empuje en Reposo
Se trata de un estado intermedio a los anteriores empujes donde la estructura
prácticamente no sufre deformación y el empuje es similar al del estado
tensional del terreno inicial. Es de aplicación, por ejemplo, en muros de sótano
o marcos donde se impide el desplazamiento de la estructura.
ii.
Empuje activo
Se produce este tipo de empuje cuando la estructura de contención se
desplaza o gira hacia el exterior y por tanto, el terreno se descomprime.
Presenta un valor mínimo respecto a los otros dos empujes de terreno. Se
aplica, por ejemplo, a muros en ménsula donde existe libertad de movimiento.
iii.
Empuje pasivo
Este empuje se produce cuando el elemento de contención se desplaza o rota
hacia el interior del terreno y, por tanto, lo empuja y comprime. Al contrario del
anterior, presenta unas condiciones de empuje máximo. Se usa, por ejemplo,
en muros anclados y testados contra el terreno.
5
D. TEORÍA DE EMPUJE DE TIERRAS DE RANKINE
Esta teoría fue desarrollada por Rankine a mediados del siglo XIX, donde se
asume lo siguiente:
▪
▪
▪
▪
▪
•
El suelo es homogéneo e isotrópico.
•
La superficie de la falla es plana.
•
La superficie posterior del muro es vertical.
•
No existe fricción entre el suelo y la parte posterior del muro.
Rankine para w=β=m=0. Ejemplo de cálculo
Empujes en muros con paramento inclinado. Rankine w  0.
Empujes en muros con terrenos inclinados. Rankine para β
Efecto de las sobrecargas
Deformación y condiciones de frontera
0, suelo φ
Objetivo
Esquema básico para analizar.
Diagrama de solicitaciones sobre el muro o diagrama de empujes
6
Donde:
WT : Peso total del suelo comprendido en la cuña
Wm : Peso del muro
Pp : Empujes pasivos
Pa : Empujes activos
Pw : Empuje debido al agua
Pwsp : Empuje de supresión
Coeficiente de
empuje de tierra
K0
Tipo de
Empuje
Estado
Tensional
Condición
del suelo
Empuje
Reposo
(Po)
Alejado de
la falla
Equilibrio
elástico
Po = K0 z
Ko =

Pa = ka..z
Ka=tg2 
c
Pa = z – 2c
Activo
(Pa)
Falla
c, 

Pa= kaz-2c
Ps = Kaq
o

Kp=tg  45 +  


2

q
hs =
Pp  10 . Pa
2
Pasivo
(Pp)
Falla
c
c, 
Pp = z + 2c
Pp=kpz+2c
Efecto de
sobrecarga
(Ps)
  0,05
ko  0,1
 45 − 
2


ka
Pp = kpz

1−
Observación
kp

Ps = Kpq
o
q
hs =

Rankine para w=β=m=0. Ejemplo de cálculo: Determinar los empujes que
solicitan al muro.
7
Activo
(Pa)
Pasivo
(Pp)

Pa = ka..z
c
Pa = z – 2c
c, 
Pa= kaz-2c

Pp = kpz
c
Pp = z + 2c
c, 
Pp=kpz+2c

 45 − 
2

K =tg2 
a
ka
Kp=tg2  45 +  
kp



2
Rankine para w=β=m=0. Ejemplo de cálculo
1.- Determinación de las tensiones efectivas por peso propio
’1 = 0
’2 = ’1 + γ z = 0 + 4(17) = 68 kPa
’3 = ’2 + γ z = 68 + 1(19) = 87 kPa
’4 = ’3 + γ´z = 87 + 1(19-10) = 96 kPa
’5 = 0
’6 = 1 (19) = 19 kPa
’7 = ’6 + γ’ z = 19 + 1(19-10) = 28 kPa
Observen que:
γ ' = γ sat – 10 kN/m3 = 19-10
γ ' = 9 kN/ m3
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2.- Determinación de los empujes de tierras y agua (w = β = m = 0)
Estrato 1-2. Estado Activo. Suelo φ.
w = β = m = 0
Pa = γ. z. Ka
; Ka = tg2 (45 - φ /2) = tg2 (45- 30/2) Ka = 0,333
Pa1 = ’1.Ka = 0 kPa
Pa2 = ’2.Ka = 68 (0,333) = 22.66 kPa
Estrato 2’- 4. Estado Activo. Suelo C.
w = β = m = 0 Pa = γz – 2C
Pa2’ = ’2 - 2C = 68 – 2(30) = 8kPa Pa3 = ’3 - 2C = 87
– 2(30) = 27kPa Pa4 = ’4 - 2C = 96 – 2(30) = 36kPa
Pw3 = Yw.z = 0
Pw4 = Pw3+Ywz= 0+10(1) = 10kPa
Estrato 5 - 7. Estado Pasivo. Suelo C. Pp = γz + 2C
Pp5 = ’5 + 2C = 0 + 2 (30) = 60kPa Pp6 = ’6 + 2C = 19 + 2(30) = 79kPa
Pp7 = ’7 + 2C = 28 + 2 (30) = 88kPa
Pw6 = γw.z = 0
Pw7 = Pw6+γwz= 0+10(1)=10kPa
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3. Construcción de los Gráficos de empujes de tierras
Considerando la isotropía de la partícula de agua para el cálculo de supresión;
geometría del muro como 3.0 m de base y corona de 1.0 m, se pide calcular el
Mo. (“o” en extremo izquierdo de la base.
E. TEORÍA DE EMPUJE DE TIERRAS DE COULOMB
Este método también es llamado método de la cuña, y se considera lo
siguiente:
•
Se considera la fricción entre el muro y el terreno.
•
Se considera una cierta cuña en el suelo, la cual ejerce una fuerza P sobre
el muro, fuerza que satisface las condiciones de equilibrio.
•
La fuerza real que actuará sobre el muro en el caso activo será el valor
máximo de P obtenido al considerar todas las cuñas posibles.
•
A pesar de que el empuje activo es el mínimo posible con el que el terreno
puede estar en equilibrio, debemos determinar la cuña correspondiente al
máximo valor de este empuje
F. Palabras claves.
▪
Empuje activo, empuje pasivo y empuje en reposo
▪
Coeficientes de presión de tierras en reposo
▪
Suelos de grano fino, suelos de grano grueso
▪
Peso de la cuña
▪
Angulo de fricción interna
▪
Estructura de retención
▪
Equilibrio elástico
10
▪
Teoría de empuje de tierras de coulomb
▪
Teoría de empuje de tierras de Rankine
G. Organizador visual.
Empuje de tierras sobre estructura rígida.
V.
ANÁLISIS
•
Explicar las causas del derrumbe de un muro de contención de un sótano
según la teoría de empuje.
11
Realizando un análisis del video mostrado es necesario recordar la teoría de
empuje de tierras.
Dicha teoría se basa en la idea de que cuando una estructura, como un muro
de contención o una presa, o una edificación como en el video está en contacto
con un suelo o una masa de tierra, el suelo ejerce una fuerza lateral sobre la
estructura en respuesta al peso y la presión del suelo. Esta fuerza lateral se
conoce como "empuje de tierras" o fuerza activa y se debe a la cohesión y la
fricción entre las partículas del suelo tema que se habló bastante en clases. El
empuje de tierras puede ser significativo y debe ser tenido en cuenta en el
diseño y la construcción de estructuras para garantizar su estabilidad.
CAUSAS:
Las causas pueden variar, pero en su mayoría de los casos involucran factores
como la saturación del suelo, la sobrecarga en la parte superior del muro y la
falta de drenaje adecuado, siendo así que nuestro trabajo se enfatizó en las
causas más frecuentes que se presentan las cuales mencionaremos a
continuación:
1) Presión del suelo no equilibrada: El principio de empuje de tierras implica
que, cuando un muro de contención retiene tierra o suelo detrás de él, el
suelo ejerce una presión lateral sobre el muro. Si esta presión lateral no se
equilibra adecuadamente con la resistencia estructural del muro, puede
provocar su colapso. Esto podría ocurrir si el muro no está diseñado o
construido adecuadamente para resistir la carga de tierra.
2) Saturación del suelo: Cuando el suelo detrás del muro de contención se
satura con agua, puede volverse más pesado y menos cohesivo, lo que
aumenta la presión sobre el muro. Si no se ha previsto un sistema de
drenaje adecuado para aliviar esta presión, el muro puede ceder bajo la
carga adicional de agua.
fuente: https://ocw.ehu.eus/file.php/84/tema-8/teoria-tema-8.pdf
3) Sobrecarga en la parte superior: Si se aplica una sobrecarga excesiva
en la parte superior del muro de contención, como estacionar vehículos
pesados o construir estructuras pesadas cerca de él, esta carga adicional
puede superar la capacidad de resistencia del muro y provocar su colapso
a continuación se muestra una figura donde se observa las fuerzas
actuantes.
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fuente: https://ocw.ehu.eus/file.php/84/tema-8/teoria-tema-8.pdf
4) Diseño deficiente: Un diseño inadecuado del muro de contención en
términos de su capacidad estructural, ángulo de inclinación, materiales
utilizados o sistema de drenaje puede contribuir a su colapso. La falta de
refuerzo o anclajes adecuados también puede ser un factor.
5) Erosión: La erosión del suelo detrás o alrededor del muro de contención
puede debilitar su base y exponerlo a un mayor riesgo de colapso.
•
Explicar las posibles soluciones del derrumbe de un muro de contención
de un sótano
Posibles Soluciones.
1) Para prevenir el derrumbe de un muro de contención según la teoría de
empuje, es esencial un diseño y construcción adecuados, que tengan en
cuenta las características del suelo, la carga prevista y los sistemas de
drenaje. Además, el monitoreo y el mantenimiento regulares son importantes
para detectar y abordar cualquier problema antes de que se convierta en
una amenaza para la seguridad.
2) Estudio de suelos adecuado, como hemos podido ver en estudio de suelos,
las presiones generadas por el suelo dependen de si estas son drenadas o
no drenadas y que finalmente influyen en la presión causada en el muro de
contención.
3) Para evitar el derrumbe de un muro de contención, lo que se podría hacer
es cubrir el terreno que es colindante al muro y que no presenta construcción
para así prevenir que se moje el suelo, ya que como vimos el suelo mojado
ejerce mayor empuje, también se tiene que preveer la instalación de un
sistema de drenaje o evacuación de aguas ya que por cualquier motivo el
agua puede infiltrarse en esa zona del terreno.
4) Tomar en cuenta las sobrecargas de los suelos colindantes a la
construcción, para el correcto diseño del muro de contención.
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VI.
CONCLUSIONES
Para el video en Análisis, creemos que la causa principal del derrumbe del muro de
contención es la saturación del suelo, ya que como se puede observar existe restos
de agua que filtran a través del muro de contención, esto puede ser causado por una
tubería rota o el mismo clima ya que como se pudo notar el muro de contención se
encuentra en una zona húmeda donde llueve bastante.
según el análisis de muro de contención que Colapso de muro de contención de una
edificación que provoca el derrumbe de una vivienda colindante, por ende es por la
Presión del suelo no equilibrada: El principio de empuje de tierras implica que, cuando
un muro de contención retiene tierra o suelo detrás de él, el suelo ejerce una presión
lateral sobre el muro así mismo la erosión del suelo detrás o alrededor del muro de
contención puede debilitar su base y exponerlo a un mayor riesgo de colapso que en
el lugar hay también hay filtración de agua de posible ruptura de tubería de desagüe
que pasa por ahí provocó el colapso del muro de contención.
Las causas que ocasionaron el derrumbe son por los factores de saturación del suelo
por posible ruptura de tubería de desagüe y así mismo por la sobrecarga en la parte
superior del muro y la falta de drenaje adecuado.
Así mismo para la evaluación del empuje de tierras debemos tener en cuenta los
diferentes factores como la configuración y las características de deformabilidad del
muro para prevenir el derrumbe de un muro de contención según la teoría de empuje,
es esencial un diseño y construcción adecuados, que tengan en cuenta las
características del suelo, la carga prevista y los sistemas de drenaje. En todos los
casos se debe procurar que el material de relleno sea granular y de drenaje libre para
evitar empujes hidrostáticos que pueden originar fuerzas adicionales no deseables.
Finalmente, la presencia de agua freática ha tenido como efecto probable una
disminución del valor de los parámetros resistentes, tanto de la cohesión como del
ángulo de fricción.
Se ha analizado a partir de toda la información disponible que se ha mostrado en los
capítulos anteriores y a través de técnicas de retro análisis simular situaciones que
conduzcan a la fluidez de la estructura con el fin de estudiar la sensibilidad del
conjunto a la variación de los parámetros del terreno.
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VII.
REFERENCIAS
➢ https://www.studocu.com/pe/document/universidad-nacional-decajamarca/mecanica-de-suelos/resumen-empuje-de-tierras/9241214
➢ https://upcommons.upc.edu/bitstream/handle/2099.1/6218/09.pdf;sequence=1 0
➢ Ballon Benavente A. y Echenique Sosa J. (2017). Análisis de estabilidad de
muros de contención de acuerdo a las zonas sísmicas del Perú. (Tesis de
titulación, Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas).
https://repositorioacademico.upc.edu.pe/bitstream/handle/10757/621687/ballon
_ba.pdf?sequence=5&isAllowed=y
➢ Guarin Leyva, G., L. (2018). Análisis de las fallas del muro de contención
de la carrera 7 con calle 14 y 11 de Girardot, Cundinamarca. (Tesis de
titulación, Corporación Universitaria Minuto de Dios).
VIII.
ANEXOS
➢ https://claudiarauz.files.wordpress.com/2018/07/unidad-iii-suelos.pdf
➢ https://repository.uniminuto.edu/bitstream/10656/6788/1/T.IC_GuarinLeyvaGabrielLeonard
o_2018.pdf
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