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 T invertida Sin talón Sin puntera De mampostería Con contrafuertes Con tacón Tierra armada De sotano Pantalla continua Pantalla anclada Tablestacado Intradós Coronación Fuste 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. En reposo Estado activo Estado pasivo E A E R E P Empujes 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.
P t Ea P E p R t 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: e E z a 2 o α = p h tag 45 2 El empuje total por m.l. valdrá: 2 2 o α = 0,5 p H tag 45 2 E a = Empuje de las tierras por metro lineal de muro en kg. h = Altura del muro en metros. α = Ángulo de talud natural del terreno. p = Peso específico de la tierra que contiene en kg/m 3. h P t H e z Ea A P O B 1/3 H 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/m 3 α Arena fina seca. 1400 10 º a 20 º Arena fina mojada. 1600 15 º a 25 º Grava lig. húmeda. 1900 a 2100 30 º a 40 º Tierra veg. húmeda. 1600 a 1700 30 º a 45 º Tierra muy compacta. 1600 a 1800 40 º a 50 º Escombros. 1500 a 1700 40 º a 50 º Arcilla seca. 1600 30 º a 50 º Arcilla húmeda. 1800 a 2100 0 º a 20 º Marga seca 1500 a 1600 30 º a 45 º
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 < σ tmáx 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 Armaduras Lámina asfáltica Poliestireno expandido Sellado Perfil de estanqueidad Juntas