3. muros de contención.

3. MUROS DE CONTENCIÓN.
3.1.
CLASIFICACIÓN
Y
FUNCIONES
DE
LAS
ESTRUCTURAS DE CONTENCIÓN.- Las estructuras de contención
pueden clasificarse en rígidas o flexibles.
Estructuras
de
contención
rígidas.Se
corresponden
fundamentalmente con los muros. En general son aquellas que cumplen con el
cometido para el que fueron diseñadas sin variar sensiblemente su forma.
Apenas aparecen variaciones en su forma. Las estructuras de este tipo se
desplazan y giran en todo su conjunto.
Estructuras de contención flexibles.- En ellas se aprecian
deformaciones importantes de flexión. Se corresponden con los tablestacados
y las pantallas continuas.
Las funciones para las que han sido proyectadas son:
Soportar los empujes del terreno y las cargas exteriores (en el caso de
paredes de depósitos soportan el empuje de líquidos o materiales granulares)
sin sufrir excesivas deformaciones, desplazamientos o giros.
Transmitir al terreno, a través de su zona mas baja, las acciones
anteriores de manera que sea capaz de soportarlas.
3.2. CLASIFICACIÓN DE MUROS DE CONTENCIÓN.Pueden clasificarse en función de su forma de trabajo y del material con el que
se construyen. Los muros de gravedad se construyen con hormigón en masa,
o mediante fábricas de piedra o de ladrillos. El efecto estabilizador de estos
muros se consigue debido a su peso propio. Los muros en T invertida se
construyen en hormigón armado y el efecto estabilizador se consigue debido al
peso propio y al de parte de las tierras que contienen. De esta manera se logra
aligerarlos y las armaduras embebidas en el hormigón se encargan de
absorber los esfuerzos de tracción que se producen en el fuste, la puntera y el
talón. En ocasiones y por razones constructivas dichos muros se construyen
suprimiendo la puntera o el talón. Los muros de contrafuertes se construyen
también en hormigón armado cuando la altura es considerable y permiten el
aligeramiento de la sección. El empuje es transmitido a los contrafuertes a
través de la losa de hormigón. Una variante de los muros de hormigón armado
son los muros de sección mixta en los que se combina atendiendo a razones
estéticas el hormigón armado en tracción con mampostería en la cara vista
comprimida. Las pantallas continuas de hormigón armado ancladas o no, de
tablestacas metálicas, de pilotes, las de paneles prefabricados, las de tierra
armada o los muros de sótano son otros tipos de estructuras de contención.
De gravedad
De mampostería
De sotano
T invertida
Con contrafuertes
Pantalla continua
Intradós
Fuste
Sin talón
Con tacón
Pantalla anclada
Sin puntera
Tierra armada
Tablestacado
Coronación
Trasdós
Puntera
Talón
Algunos tipos de muro
3.3. EMPUJE DE TIERRAS.- Supongamos un terreno horizontal y
que en él introducimos una pantalla muy rígida y a continuación excavamos la
parte que queda a su izquierda. El empuje unitario de las tierras sobre ella es
lineal y aumenta con la profundidad alcanzando un determinado valor. Según la
teoría de Coulomb, se produce por el deslizamiento de una cuña de terreno
que pasa por el pie del muro, queda limitada por el trasdós y tiene una
determinada inclinación con la horizontal. Este valor que alcanza sin haber
sufrido deformación alguna la pantalla corresponde al estado inicial o de
reposo.
Lo que realmente ocurre es que la pantalla cede, las tierras se deforman
y las tensiones horizontales en el terreno próximo a la pantalla decrecen
disminuyendo el empuje unitario. Estamos entonces en el estado activo.
Ocurrirá en ocasiones que se forzará al muro a moverse contra las tierras. El
terreno reaccionará oponiéndose a dicho movimiento, las tensiones en el
terreno próximo a la pantalla aumentan encontrándonos en un estado pasivo.
Si se representan gráficamente la relación existente entre deformaciones y
empujes estaríamos ante el gráfico de la figura.
Estado activo
Estado pasivo
EA
ER
EP
Empujes
En reposo
Desplazamientos
El caso mas frecuente que se presenta en la práctica es el que
corresponde al estado activo aunque existen casos como el empotramiento de
pantallas continuas en que interesará conocer el valor del empuje pasivo.
Igualmente ocurre en los estribos de un puente en arco en que se los fuerza a
desplazarse contra el terreno. Un efecto a tener muy en cuenta es el provocado
por el empuje hidrostático del agua. Dicho empuje es muy superior al del
terreno. Se procurará reducirlo al máximo drenando el trasdós del muro.
Pt
Ea
P
Ep
Rt
Acciones y reacciones sobre un muro
3.4. SELECCIÓN Y PREDIMENSIONADO.- Los muros de
gravedad se construyen cuando la altura del desnivel a salvar es poco
importante. Hasta 10 metros de altura los muros de hormigón armado con
puntera y talón son los más construidos por ser económicamente los mas
rentables. Los muros sin puntera provocan tensiones sobre el terreno mas
uniformes que el de T invertida, aunque también mas altas, por lo que a veces
limitan la altura del mismo cuando las tensiones admisibles sobre el terreno son
bajas. Los muros sin talón se construyen por razones de diseño,
fundamentalmente deslindes. En ellos las tensiones sobre el extremo de la
puntera son fuertes y, debajo del cuerpo del muro, débiles como consecuencia
de la falta del peso de tierras que lo estabilice. Debido a esta circunstancia las
fuerzas de rozamiento también son pequeñas Para evitar estos inconvenientes
se aumenta el canto de la zapata y se les añade un tacón. Los muros de
contrafuertes son rentables a partir de alturas superiores a los 10 m.
En muros de hormigón armado el espesor en la coronación suele ser de
25 cm como mínimo ya que espesores inferiores pueden dar lugar a problemas
durante el hormigonado. La altura del muro será función de la altura del terreno
que vaya a contener y la cota de cimentación. La anchura de la sección del
fuste en el empotramiento con la zapata suele tomarse como 0,1H siendo H la
altura del fuste. Este mismo valor se le asigna al canto de la zapata salvo en
los muros sin talón en los que se aumenta hasta 0,20H. El ancho de la zapata
oscila entre 0,4H y 0,8H. Con puntera y talón puede llegarse al ancho mínimo y
en muros sin talón se recurrirá a la máxima dimensión. En muros sin puntera se
optará por un ancho de zapata intermedio. En muros de hormigón en masa se
parte de un espesor mínimo de coronación de 30cm y un espesor en el
empotramiento con la zapata doble del considerado en muros de hormigón
armado.
3.5. CÁLCULO SIMPLIFICADO DE LA ESTABILIDAD DE
MUROS DE CONTENCIÓN.- Como acabamos de exponer, la estabilidad
en los muros de contención se consigue al oponerse mediante su propio peso
al empuje de las tierras ejercido sobre ellos. Suelen construirse en
mampostería hormigonada, hormigón en masa o en hormigón armado. Los
cálculos que a continuación se exponen se realizan para un metro lineal de
muro.
De manera simplificada, si el terreno en su coronación sobre el muro es
horizontal y el trasdós del muro es vertical, cosa que ocurre habitualmente, y se
desprecia el rozamiento sobre el trasdós, el empuje al que se encuentra
sometido un muro bajo la acción de las tierras que contiene es horizontal y se
encuentra situado a un tercio de la base. Se supone que todo el terreno
situado tras el muro se encuentra en estado de rotura (Rankine). Se desprecia
el valor del empuje pasivo, en el caso que existiera, colocándonos del lado de
la seguridad. El valor unitario del empuje a una profundidad h a partir de la
coronación del muro es:
α⎞
⎛
e z = p ⋅ h ⋅ tag2 ⎜ 45 o − ⎟
2⎠
⎝
El empuje total por m.l. valdrá:
α⎞
⎛
Ea = 0,5 ⋅ p ⋅ H2 ⋅ tag2 ⎜ 45o − ⎟
2⎠
⎝
Ea = Empuje de las tierras por metro lineal de muro en kg.
h = Altura del muro en metros.
α = Ángulo de talud natural del terreno.
h
p = Peso específico de la tierra que contiene en kg/m3.
ez
H
Pt
1/3 H
Ea
P
A
O
B
Cálculo simplificado de la estabilidad
El ángulo de talud natural del terreno es la inclinación de las tierras con
relación a la horizontal. En la tabla siguiente se indican sus valores, así como
los del peso específico, según el terreno de que se trate.
TERRENO
P.e. kg/m3
α
Arena fina seca.
1400
10º a 20º
Arena fina mojada.
1600
15º a 25º
Grava lig. húmeda.
1900 a 2100
30º a 40º
Tierra veg. húmeda.
1600 a 1700
30º a 45º
Tierra muy compacta.
1600 a 1800
40º a 50º
Escombros.
1500 a 1700
40º a 50º
Arcilla seca.
1600
30º a 50º
Arcilla húmeda.
1800 a 2100
0º a 20º
Marga seca
1500 a 1600
30º a 45º
Las CONDICIONES DE ESTABILIDAD que han de cumplirse son las
siguientes, detalladas en un documento aparte:
1. Comprobación a vuelco.
2. Comprobación a deslizamiento.
3. Comprobación de las tensiones sobre el terreno.
σ tmáx < σ adm
Una vez comprobada la estabilidad del muro se realiza el cálculo
estructural correspondiente.
3.6. CONSTRUCCIÓN.- La cota de cimentación tendrá una
profundidad mínima de un metro ya que en cotas superiores el terreno puede
estar afectado por variaciones de temperatura y humedad que pueden afectar a
su resistencia. En cualquier caso la profundidad de la cimentación se realizará
donde se encuentre un estrato de terreno lo suficientemente firme y
homogéneo donde transmitir las cargas a través de la cimentación. La
excavación se realiza a máquina. A continuación se compacta y se nivela,
virtiéndose una capa de hormigón pobre en el fondo de la excavación de unos
10 cm. Posteriormente se procede a colocar las armaduras y se hormigona.
Se dispondrán juntas de dilatación para reducir las tensiones provenientes
de variaciones térmicas (distancia variable según el material empleado en la
construcción y el clima), juntas de contracción normalmente coincidentes con
las de hormigonado y juntas de asiento en zonas donde puedan producirse
asientos diferenciales.
El trasdós del muro se impermeabilizará con el fin de que no se
produzcan filtraciones o aparezcan manchas de humedad en el fuste.
Como armadura de montaje para las armaduras del fuste, el talón y la
puntera se dispondrán barras de diámetro 6 mm en dirección perpendicular a la
armadura principal separadas 35 cm entre sí. En la cara vista del fuste se
dispondrá de una armadura de fisuración formada por barras de diámetro 6 mm
en dirección horizontal y vertical, separadas 35 cm entre sí.
Como armadura de coronación se disponen como mínimo 2 ∅ 12mm.
El drenaje es importantísimo ante la presencia de agua. Si el relleno no es
permeable resulta inútil. La recogida de aguas también puede efectuarse en la
coronación.
Pte. 2%
Sellado de arcilla
A A
Tubos verticales
de hormigon sin finos
Conexion a arqueta
del colector general
Impermeabilizacion
Sección A-A
Sistema de drenaje
Lámina asfáltica
Poliestireno expandido
Juntas
Armaduras
Sellado
Perfil de estanqueidad