CAPÍTULO H.6 ESTRUCTURAS DE CONTENCIÓN

NOMENCLATURA

H = altura total del muro o estructura de contención

h = tramo de altura en la estructura de contención

K_A = coeficiente de presión de tierras, estado activo

K_h = coeficiente de presión de tierras para fuerzas horizontales

Ko = coeficiente de presión de tierras en reposo

Koh = coeficiente de presión de tierras horizontal, en reposo

Kp = coeficiente de presión de tierras, estado pasivo

Pex = Empuje lateral debido a cargas externas

Ph = empuje lateral, horizontal, como suma de los demás empujes

Pw = empuje debido al agua

Ph ′ = empuje efectivo debido al suelo

RSC = relación de sobre consolidación

β = ángulo de inclinación del terreno por contener, positivo hacia arriba, negativo hacia abajo

φ′ = ángulo de fricción interna

γt = peso unitario total

σ′h = esfuerzo efectivo horizontal

σv′ = esfuerzo efectivo vertical

σ1′ = esfuerzo efectivo principal

σ′3 = esfuerzo efectivo secundario o menor

Las estructuras de contención proporcionan soporte lateral, temporal o permanente, a taludes verticales o cuasi verticales de suelo, enrocado o macizos rocosos muy fracturados o con discontinuidades desfavorables. Las estructuras de contención pueden ser autónomas, ó involucrar a dichos materiales con ayuda de refuerzos, para que participen con sus propiedades en el soporte.

Muro de conteción. Tomada de construyored.com

ESTADOS LÍMITE

ESTADOS LÍMITE DE FALLA — Son: la rotura estructural, las deformaciones de la estructura, el volteo, la falla por capacidad de carga, la pérdida de apoyo por erosión del terreno, el deslizamiento horizontal de la base del mismo bajo el efecto del empuje del suelo y, en su caso, la inestabilidad general del talud en el que se encuentre desplantado el muro.

ESTADOS LÍMITE DE SERVICIO — Se presenta cuando las deformaciones del sistema de contención afecten el funcionamiento o muestran procesos de fallas en estructuras vecinas. Pueden ser asentamientos, giros o deformaciones excesivas en el muro.

CONSIDERACIONES DE DISEÑO

Se deben tener en cuenta las condiciones externas a que puede estar sometida, tales como las sobrecargas por otras estructuras, los procesos de construcción, las presiones hidrostáticas, las cargas de anclaje, las cargas de tráfico, las características del relleno, el sistema de drenaje, procesos de socavación o de oleaje (en vecindad de cuerpos de agua), efectos sísmicos y efectos de temperatura. También debe tenerse en cuenta el tiempo de servicio esperado de la estructura.

Las fuerzas actuantes sobre un muro de contención se considerarán por unidad de longitud. Las acciones que se deben tomar en cuenta, según el tipo de muro serán: el peso propio del muro, el empuje de tierras, la fricción entre muro y suelo que contiene, el empuje hidrostático o las fuerzas de filtración en su caso, las sobrecargas en la superficie del relleno y las fuerzas sísmicas.

PRESIÓN DE TIERRAS

De forma natural se genera una interacción de presiones entre las tierras y la estructura que las contiene, que depende del desplazamiento del conjunto, así: en el estado natural sin deformaciones laterales, se dice que la presión es la del reposo; si el muro cede, la presión disminuye hasta un mínimo que se identifica como el estado activo, K_A; si por el contrario, el muro se desplaza contra el frente de tierra, la presión sube hasta un máximo que se identifica como el estado pasivo, K_p. Si el desplazamiento del muro es vertical o implica un giro sobre la base, su distribución debe ser lineal o similar a la hidrostática; si el giro se efectúa alrededor del extremo superior del muro, la distribución debe adoptar una forma curvilínea. Los desplazamientos relativos se presentan en la figura H.6.1, y se cuantifican en la tabla H.6.1.

Figura H.6.1 – Variación del coeficiente de presión
de tierras, K, con el desplazamiento

Tabla H.6.1 Movimientos horizontales en el muro de contención conducentes a los estados activo y pasivo.

Tipo de suelo	Estado activo	Estado pasivo
Granular denso	0.001 H	0.020 H
Granular suelto	0.004 H	0.060 H
Cohesivo firme	0.010 H	0.020 H
Cohesivo blando	0.020 H	0.040 H

COEFICIENTE DE PRESIÓN LATERAL DE TIERRAS — Se define como la relación entre el esfuerzo efectivo horizontal y el esfuerzo efectivo vertical en cualquier punto dentro de la masa de suelo, así que: K_h = σ′_h / σ′_v          (H.6.1)

EMPUJE LATERAL DE TIERRAS — Se define como la fuerza lateral ejercida por el suelo y se define como: P_h' = ∑ K_h  σ_v Δh     (H.6.2)

ESTADO EN REPOSO — El coeficiente de presión de tierras en reposo está definido como

K₀ = 1  - sin σ′ = σ′₃  / σ′₁               (H.6.3) 

• Suelo normalmente consolidado — cuando K_oh = K_o
• Suelo preconsolidado — En este caso este coeficiente debe evaluarse como se indica a continuación: K_h = (1 – sin ϕ′) RSC ^{sin ϕ} ′           (H.6.4)
• Terreno inclinado — Cuando el terreno por contener no es horizontal sino que posee una inclinación β, este valor se convierte en  K_h = (1 – sin ϕ′) RSC ^{sin ϕ} ′ (1 + sen β)  (H.6.5) 

MUROS ATIRANTADOS O APUNTALADOS — Para este caso particular se ha verificado que la presión de tierras aparente adopta una distribución de tipo trapezoidal. Para hacer un prediseño de estas estructuras se pueden evaluar las presiones con las siguientes expresiones:

(a)    Suelos Granulares  Ph = 0.65K _A γ _T H                                                (H.6.6)

(b)   Suelos Cohesivos

Ph = 0.2 γ _T H para Su ≥ 100 kPa (10.0 tonf/m²)                                        (H.6.7)

Ph = 0.3 γ _T H para 25 kPa (2.5 tonf/m²)  < Su < 100 kPa (10.0 tonf/m2 )   (H.6.8)

Ph = 0.4 γ _T H para  Su ≤ 25 kPa (2.5 tonf/m²)                                           (H.6.9)

En caso de presencia de agua libre o nivel freático, su influencia debe calcularse por separado.

OTROS MÉTODOS — En casos donde se requiera un estricto control de las deformaciones se permite el empleo, con el mejor criterio posible, de metodologías tales como elementos finitos, diferencias finitas o elementos de borde.

EMPUJES DEBIDOS AL AGUA

Cuando no sea posible minimizar estos empujes con obras de drenaje y despresurización deben sumarse a los empujes de tierra, además, es necesario ubicar siempre sistemas de filtros y drenajes detrás del muro. Cuando la permeabilidad de la estructura sea superior a 1 cm/seg, como en el caso de gaviones o cribas, la estructura de contención en si puede usarse para la captación y conducción del agua, pero se debe evitar la erosión del suelo que soporta con filtros y desagüe.

EMPUJES POR CARGAS EXTERNAS

Para especificar y controlar en el campo la compactación por capas de los materiales cohesivos empleados en rellenos, se recurrirá a la prueba Proctor estándar, vigilando el espesor, contenido de agua y tasa de colocación en altura de las capas colocadas. En el caso de materiales no cohesivos, el control se basará en el concepto de compacidad relativa en la prueba Proctor estándar o en métodos especiales para materiales muy gruesos. Los rellenos se compactarán con procedimientos que eviten el desarrollo de empujes superiores a los considerados en el diseño.

CAPACIDAD ANTE FALLA

Debe verificarse la estabilidad al deslizamiento, la estabilidad al volcamiento, la capacidad portante del suelo de apoyo, la estabilidad general del conjunto terreno-estructura de contención y la estabilidad propia intrínseca de la estructura de contención. Para muros de gravedad o muros en voladizo se tienen condiciones especiales.

EMPUJES SÍSMICOS

Se deben incluir los empujes originados por efectos sísmicos, mediante métodos de reconocida aceptación técnica y las consideraciones de acuerdo con las zonas de amenaza sísmica del numeral A.2.3 y de los parámetros del numeral H.2. Se deben emplear los coeficientes sísmicos indicados en H.5.2.5 con las salvedades y métodos allí indicados.