MUROS DE CONTENCIÓN

Como lo indica el nombre, los muros de contención son elementos estructurales

diseñados para contener algo; ese algo es un material que, sin la existencia del muro,

tomaría una forma diferente a la fijada por el contorno del muro para encontrar su

equilibrio estable. Tal es el caso de la arena que se amontona libremente, la cual

forma un ángulo determinado con la horizontal (o la vertical, según la definición) al

quedar en equilibrio, ese ángulo se denomina generalmente “ángulo de reposo” o

“talud natural” (Φ) o, por extensión, “ángulo de fricción interna”; estando todo el

montón de esa arena en equilibrio, cualquier grano en la sección -mn- también lo

estará por recibir igual presión de ambos lados; pero si quitamos la parte de la

izquierda, la arena tenderá a adquirir su ángulo de reposo y por lo tanto la parte de la

derecha ejercerá una presión sobre la sección mn, presión que deberá ser resistida

por el muro de contención.

Algunos casos prácticos en que se necesitan muros de contención son los siguientes:

Son muchos los factores que intervienen en el diseño de un muro de contención, pero

el principal es el empuje del relleno. Para determinar el valor de este empuje existen

varias teorías más o menos aceptadas hoy en día, con las cuales el estudiante debe

familiarizarse para comprender hasta donde se puede ir en las aproximaciones. La

literatura existente es muy amplia e incluye todos los textos de mecánica de suelos por

su aplicación directa a los problemas estructurales recomendamos especialmente las

obras de “Foundation Engineering” de Peck Hanson y Thormburn y “Earth Pressures

and Retaining Walls” de W.C. Huntington.

Las teorías más comúnmente usadas son las C.A. Coulomb (Francia 1776), y W.J.M.

Rankine (Inglaterra 1857), las cuales pueden sintetizarse diciendo que el empuje

activo de tierra es una fricción del empuje hidrostático debido a la misma altura de

agua, la cuantía de la fricción depende del ángulo formado por la tierra del relleno con

el horizontal trazada en el extremo superior del muro (d) y del ángulo de fricción

interna (Æ) del mismo material de relleno, (el empuje de tierra actúa paralelo al

relleno, o sea formando el mismo ángulo d con la horizontal ); para una altura h de

agua, el empuje hidrostático vale:

Siendo , el peso unitario del relleno y ka un factor menor que la unidad cuya

expresión varía según la teoría que se esté aplicando; para materiales granulares

puros, es decir, sin ninguna cohesión, las teorías de Coulomb y Rankine coinciden y la

expresión de ka según Rankine es:

En la Tabla siguiente se dan los valores de Ka para los casos que más se presentan

en la práctica de los ángulos y :

Los ángulos de fricción interna de los materiales generalmente usados como relleno

dependen especialmente de su grado de compactación y de su contenido de

humedad; así por ejemplo, el f de una arena bien gradada puede variar de 460 a 340

dependiendo de si está bien compactada o suelta; por otra parte es bien difícil

garantizar que el relleno detrás de un muro de contención consistirá siempre de un

material bien definido o que su contenido de humedad será constante; generalmente el

relleno consistirá de un conglomerado que contiene especialmente arenas de

diferentes tamaños, gravas, limos y aún algo de arcilla; en estas condiciones y a falta

de datos más exactos, deben tomarse los siguientes valores para el ángulo de fricción

interna Φ para efectos de diseño:

Carbón piedra 500

Conglomerado 330 a 350

Arena con buen drenaje 300

Arena con drenaje pobre 350

Las mismas observaciones pueden hacerse respecto al peso unitario de los materiales

de relleno, estos varían generalmente entre 1500 y 1900 Kg/m3; tomando: = 1800

Kg/m3 para los casos normales, se está por el lado de la seguridad sin mayor

exageración.

No importa cuan largo sea el mismo, para efectos de diseño se toma siempre un largo

unitario, o sea un metro, de modo que si se toma en t/m3 y h en mts., el empuje total

estará dado en ton/m.

Este empuje total se considera que actúa paralelo al relleno y su punto de aplicación

está al tercio de la altura a partir de abajo.

Con frecuencia se presenta el caso de que el relleno detrás de un muro de contención

está sometido a una sobrecarga (por ejemplo una carretera); esa sobrecarga causa un

empuje adicional sobre el muro que se considera constante, lo mismo que en el caso

de una sobre presión aplicada a un líquido, pero tratándose de una presión trasmitida

a través de un suelo se toma:

TIPOS DE MUROS DE CONTENCIÓN

Los muros de contención se clasifican por su perfil y los usados con mayor

Frecuencia son los siguientes:

1. Muros de gravedad, son los que tienen en general un perfil trapezoidal y

dependen principalmente de su peso propio para asegurar la estabilidad; se

hacen generalmente de concreto ciclópeo o aún de piedras y no llevan ningún

refuerzo: debe proporcionarse de tal manera que no haya esfuerzos de tracción

en ninguna de las secciones; son muros muy económicos para alturas bajas

(hasta 3 ó 3.50 metros aproximadamente).

2. Muros de semi-gravedad, son un poco más esbeltos que los anteriores porque se

toleran esfuerzos de tracción pequeños que se absorben con pequeñisimas

cuantías de refuerzo y que en general pueden resultar aún más económicas que

los muros de gravedad para alturas hasta de 4.00 mts.

3. Muros de voladizo, son muros en Concreto reforzado cuyo perfil común es el de

una T o L y están compuestos por mayoría de los caso, utilizan por lo menos

parte del peso del relleno para asegurarse la estabilidad; este es el tipo de muro

que con mayor frecuencia se presenta en la práctica del calculista y su utilización

resulta económica hasta alturas de 6.00 mts. aproximadamente.

4. Muros con contrafuerte son los que están constituidos por placas verticales

que se apoyan sobre grandes voladizos espaciados regularmente que se

denominen contrafuertes; este tipo de muro es conveniente cuando las alturas

por vencer son en general, mayores de 6.00 mts.

Cualquiera de los tipos anteriores de muros pueden utilizarse para soportar una carga

vertical además del empuje de tierras; como por ejemplo los muros extremos para

soportar un puente, que se conocen con el nombre de estribos.

La escogencia de un tipo determinado de muro dependerá, como es obvio, en primer

lugar de la función que debe cumplir además de las condiciones del terreno,

materiales de construcción que pueden conseguirse, economía general, etc. por lo

cual la mayoría de las veces habrá que hacer varios diseños alternativos con base en

predimensionamientos rápidos; con ello se podrá determinar con bastante seguridad el

tipo de mano más adecuado para el caso y entonces proceder al diseño completo.

DIMENSIONAMIENTO DE MUROS DE CONTENCIÓN

El diseño se inicia con la selección de dimensiones tentativas, las cuales se analizan

por requerimientos de estabilidad y estructurales, revisándose luego las dimensiones.

Este un proceso de iteraciones sucesivas, que se optimiza mediante programas de

cómputo.

Muros Cantiléver

Muros con Contrafuertes

Muros de Gravedad

Figura 12-3 dimensiones de diseño tentativo para un muro de contención en voladizo

Figura 12-4 dimensiones de diseño provisionales para un muro de contención

contrafuerte. Profundidad de la base debe ser adecuada para las heladas y por debajo

de los suelos que se someten a cambio de volumen. Esta pared puede no ser

económica a menos H ≥ 6 a 7 m.

Figura 5.12 (a) dimensiones provisionales para un muro de gravedad ; ( b ) roto -back

muro de contención .

Figura 12-6 Diagrama de Presión en muros de contención muy rígidas. Si algunos el

movimiento lateral puede tener lugar la resultante R puede ser colocado a 1/3 punto;

sin lugar a movimiento R ½ punto. Nota uso de Ko, no Ka.

ESTABILIDAD DE MUROS

Se debe proporcionar un adecuado factor de seguridad contra el deslizamiento. El

empuje pasivo delante del muro puede omitirse si ocurrirá socavación.

Se puede utilizar llaves en la cimentación para aumentar la estabilidad. La mejor

localización es en el talón.

Figura 12-7 fuerzas implicadas en la estabilidad de deslizamiento de un muro de

contención.

Figura 12-8 Estabilidad contra deslizamiento mediante una clave de base. (a) Base

clave cerca vástago de modo que el acero tallo se puede ejecutar en la llave ; pero (b)

la superficie de deslizamiento se puede desarrollar como se muestra aquí en poco

ayuda es adquirida con la tecla ; ( c ) clave talón que presenta dos posibles modos de

fallo (pasivo y el deslizamiento a lo largo del plano ) .