ESCUELA MILITAR DE INGENIERIA Capitulo X Muros de Contención 10.1.- Introducción Los muros de contención son estructuras que tienen la función de sostener e impedir el deslizami ent o de materiale s sól idos, como tierras, are nas, grav as, piedras, cereales, cemento, etc. Estos elementos deben ser lo suficientemente resistentes para resistir tanto las cargas externas como el empuje del suelo. Los muros deben ser diseñados como estructuras que deben permanecer estables y seguras, sus características básicas de diseño son: a)El muro debe ser capaz de resistir los empujes del suelo y las cargas externas b)Los asentamientos del muro no deben superar los valores admisibles c)El muro debe ser capaz de evitar su deslizamiento y volcamiento 10.2.- Clasificación de Muros de Contención 10.2.1.- Muros de Gravedad En general los muros de contención que tengan poca altura, es más recomendable diseñarlos como muros de gravedad t1 = H/12 t1 ≥ 30 cm t2 = h1 – h1 /2 h1 = H/8 – H/6 B = 0.50 - 0.70 H FUNDACIONES CIV 250 ING. JUAN CARLOS MOJICA A. Lo s muros de gr avedad son aquell os que resisten el empuje del suel o y las ca rgas externas, solamente con su propio peso. Dependiendo de su altura, estos muros son ba st ante vo luminosos, ge neralmen te se pueden construir de Ho Co, de mampostería de piedra o ladrillo, de muros de gaviones, de tierra armada, etc. E B h1 H t1 2 100 t2
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5/17/2018 Cap. 10 - Muros de Contención - slidepdf.com
Los muros de contención son estructuras que tienen la función de sostener e impedir eldeslizamiento de materiales sólidos, como tierras, arenas, gravas, piedras, cereales,cemento, etc. Estos elementos deben ser lo suficientemente resistentes para resistir tantolas cargas externas como el empuje del suelo.
Los muros deben ser diseñados como estructuras que deben permanecer estables yseguras, sus características básicas de diseño son:
a) El muro debe ser capaz de resistir los empujes del suelo y las cargas externas
b) Los asentamientos del muro no deben superar los valores admisibles
c) El muro debe ser capaz de evitar su deslizamiento y volcamiento
10.2.- Clasificación de Muros de Contención
10.2.1.- Muros de Gravedad
En general los muros de contención que tengan poca altura, es más recomendablediseñarlos como muros de gravedad
t1 = H/12 t1 ≥ 30 cm t2 = h1 – h1 /2
h1 = H/8 – H/6
B = 0.50 - 0.70 H
FUNDACIONES CIV 250 ING. JUAN CARLOS MOJICA A.
Los muros de gravedad son aquellos que
resisten el empuje del suelo y las cargasexternas, solamente con su propio peso.
Dependiendo de su altura, estos muros sonbastante voluminosos, generalmente sepueden construir de Ho Co, de mampostería depiedra o ladrillo, de muros de gaviones, detierra armada, etc.
E
B
h1
H
t1
2
100
t2
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Es difícil estimar las dimensiones aproximadas de estos muros, puesto que es necesario
conocer con precisión las cargas externas que inciden, por ejemplo la altura del estribo, lacarga que transmite el puente P, la sobrecarga vehicular que incide en el muro q y elempuje hidrostático del río o el canal Ew.
10.2.3.- Muros de Hormigón Armado
Los muros de hormigón armado son los más utilizados en nuestro medio, tanto por suresistencia como por su esbeltez y dependiendo de su altura o de las cargas externas queincidan en su estructura, estos pueden ser muros en voladizo o muros reforzados concontrafuertes.
El diseño de todos sus elementos del muro se realizará de acuerdo a lo establecido en laNorma ACI 318-95, tanto para los esfuerzos de flexión y corte.
10.2.3.a) Muros en voladizo (Muros Cantilever)
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Los muros de contención también se puedeutilizar como estribos para puentes, estpueden ser construidos como muros dgravedad o muros de Ho Ao.
Estas estructuras deben ser capaces de resisel empuje del suelo y las cargas externas qules transmite el puente.
P
E
PunteraTalon
Pie
Paramento interno
Paramento externo
Pantalla o fuste
Ew
Zapata Interior Zapata Exterior
Coronamiento o Tope
B
H
q
B
H
t1
t2h1
1:50
t3
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Estos muros estructuralmente se los dimensiona como voladizos, capaces de resistir laflexión y el corte producto de la incidencia de las cargas externas y el empuje del suelo
La carga gravitacional del suelo que actúa sobre el pie del muro, es fundamental para laestabilidad del muro, en caso de que el deslizamiento y el volcamiento sean críticos en eldiseño, se pueden añadir dientes a la base del muro. Así mismo también se puedenconstruir voladizos (paramento interior) en la pantalla del muro, disminuyen los esfuerzosde tracción y con ello se reduce la cuantía necesaria de armadura en la pantalla del muro.
Las dimensiones del muro deben ser lo suficientes para resistir los esfuerzos de flexión ycorte, para resistir la flexión se colocará la armadura y el corte solamente será resistido
por la sección del hormigón.
10.2.3.b) Muros con contrafuertes
Cuando la altura de los muros supera los 6 metros de altura, los esfuerzos de flexión y
corte son muy elevados en la base de la pantalla, para disminuir estos esfuerzos secolocan elementos intermedios, transversales a la dirección del muro, estos elementos selos conoce como contrafuertes. Los contrafuertes pueden ubicarse tanto en la parteinterior como exterior del muro.
Para el diseño estructural se considera el muro como una losa continua, que se encuentraapoyadas en los contrafuertes, para el diseño se utilizaran dos criterios: la teoría de laplaca y el otro consistente en un método aproximado.
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Contrafuertesde Ho Ao
Zapata Interior Zapata Exterior
Pantalla o fuste
B
s s s
Contrafuertes de Ho Ao
H
S = 0.50 – 1.50 H
t
t ≥ 20 cm
B = 0.40 – 0.70 H
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No se permiten esfuerzos de tracción en la zapata del muro, además la presión máxima nodebe exceder de la capacidad admisible del suelo, es muy importante en el diseño
considerar que la resultante de las cargas actúe en el núcleo central de la zapata
10.5.- Empuje debido a sobrecargas externas uniformes
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B
σmaxσmin
Momento volcador
Mayores esfuerzos de tracciónEsfuerzos de compresión
R
q = tn/m2
α
H
hq
hq =)( β α
β
γ + sen
sen
s
q
β
B/2e
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En el diseño de los muros de contención, en primera instancia se asumen las dimensionesdel muro y posteriormente se procede a verificar su estabilidad, para ello deberá tomarseen consideración los siguientes aspectos
10.6.1.- Verificación del Asentamiento
Las tensiones que se presentaran en el suelo de fundación, debido al peso propio y a lascargas externas, será la siguiente:
))((
))((6
))(( 2max L B
eV
L B
V ∑∑+=σ
))((
))((6
))(( 2min L B
eV
L B
V ∑∑ −=σ
∑ H
∑ ∑+= 22 )()( H V R x =∑−
V
Mv MeMe = Momentos estabilizantes (tn m)
Mv= Momentos de volcamiento (tn m)
SV = Sumatoria Cargas Verticales (tn) e = excentricidad (m)
SH = Sumatoria Cargas Horizontales (tn) e =2
B- x e ≤
6
B
FsA=max
σ
qa≥ 3 Fs A= Factor de seguridad por el asentamiento
qa = Capacidad portante admisible (tn/m2)
σmax = Tensión máxima del suelo (tn/m2)
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B/2ex
B
B/6
R∑V R
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Para evitar la falla por volcamiento en el muro de contención, los momentos estabilizantesdeben ser mayores a los momentos de volcamiento, cuando ambos momentos se calculancon respecto al borde exterior del muro de contención.
FsV= Mv
Me≥ 2 FsV= Factor de seguridad al volcamiento
Me = Momentos estabilizantes (tn m)
Mv = Momentos de volcamiento (tn m)
Los momentos estabilizantes son aquellos esfuerzos que logran estabilizar al muro decontención, principalmente son producidos por el peso propio del muro y el peso propio del
suelo que actúa en el pie de la zapata del muro.
Los momentos volcadores son aquellos esfuerzos que actúan tratando de volcar al murode contención, estos esfuerzos son producidos principalmente por el empuje del suelo ylas cargas externas que actúen en el mismo sentido
Mv = E (H/3)
Me = Ws (X1) + P pantalla (X3) + P zapata (X2)
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Mv
Me
A
WsPp
Pz
EH
H/3
X1
X2
X3
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La fuerza que tiende a originar el deslizamiento del muro en su base, es la componentehorizontal del empuje Eh y la fuerza que se resiste a este deslizamiento es el peso propiodel muro multiplicado por el coeficiente de rozamiento.
Fr = SV (f) + (c´) (B) + Ep Fd = Eh
Fd = Fuerza de deslizamiento (tn)Fr = Fuerza de resistencia al deslizamiento (tn) SV = Ev +Ws + Pp + PzSV = Sumatoria de las cargas verticalesf = coeficiente de fricción tan ∅ < f < 0.67 tan ∅∅ = ángulo de fricción interna del sueloc´= coeficiente modificado de la cohesión (tn/m2) 0.50 c < c´< 0.75 cB = Base del muro de contención (m)Ep = Empuje pasivo del suelo (tn)FsD= Factor de seguridad al deslizamiento
Para que el muro de contención sea estable al deslizamiento deberá cumplirse lo siguiente
FsD= Fd
Fr ≥ 1.5 Este factor se utiliza cuando no se toma en consideración
el empuje pasivo
FsD= Fd
Fr ≥ 2 Este factor se utiliza cuando se toma en consideración el
empuje pasivo
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E
Eh
Ev
Empuje Activo
Empuje Pasivo
Ep
WsPp
Pz α
Fr
α
α
B
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10.9.- Diseño y Construcción para Muros de Contención
El procedimiento de diseño para los muros de contención, consiste en suponer inicialmente las dimensiones y materiales del muro, verificando posteriormente suestabilidad respecto a las posibles fallas indicadas anteriormente.
Los muros de poca altura son invariablemente del tipo de muro por gravedad. Los muroscon contrafuertes son por lo general económicos para alturas mayores a 6 metros,mientras que los muros de altura intermedias es preferible considerarlos como muros envoladizo o cantilever.
Los costos de los materiales y de la mano de obra, son factores importantes que puedendeterminar la selección del tipo de muro de contención, que sea el más recomendablepara el medio en que se construirá esta estructura.
Constructivamente para los muros de hormigón armado y hormigón ciclópeo, debenconstruirse juntas de expansión en lo posible a no más de 10 metros de separación entre
ellas, de la misma manera es recomendable colocar juntas de expansión para dilatación ycontracción del hormigón cada 50 metros.
Para evitar presiones excesivas hidrostáticas, es recomendable colocar barbacanas quepermitan salir el agua de los niveles freáticos, para ello se recomienda utilizar tuberíasplásticas de PVC D = 10 cm cada 3 metros de longitud, protegidas con geotextil.
Ejemplo de Muro de Contención de Gravedad
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h1
h2
1
2
σw
σ1
σ2
γ ∅ ka
γ sat
γ sat = γ – γ w
σw = γ w (h2)
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Diseñe el muro de contención de Ho So que se indica en la figura, el cual tiene una alturatotal de 5.4 m., las características del suelo contenido son las siguientes: γs= 1900 kg/m3,∅1 = 32o, talud con α = 10º. El suelo de fundación del muro tiene las siguientescaracterísticas: γs = 1800 kg/m3, ∅2 = 26o, qa = 1.70 kg/cm2. Las características delhormigón es de f´c = 200 kg/cm2 y su γc = 2400 kg/m3
1.- Dimensiones del muro de contención por gravedad
t1 = H/12 ≥ 30 cm t1 = 5.40m/12 = 0.45m asumimos t1 = 0.50 m
h1 = H/8 – H/6 h1 = H/8 = 5.40m/8 h1 = 0.675 m asumimos h1 = 0.70 m
Diseñe el muro de contención de Ho Ao que se indica en la figura, el cual soporta unacarga distribuida igual a q = 1000 kg/m2 (carga camión Tipo HS20), el muro tiene unaaltura total de 6.00 m., las características del suelo contenido por el muro son lassiguientes: γs= 1900 kg/m3, ∅1 = 32o.
El suelo de fundación del muro tiene las siguientes características: capacidad portanteadmisible igual a qa = 1.50 kg/cm2, γs = 1850 kg/m3, ∅2 = 34o,. Las características del
hormigón es de f´c = 210 kg/cm2, fy = 4200 kg/cm2 y su γc = 2500 kg/m3