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Muros de Contención y muros de sótano – J. Calavera

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La contención de un terreno ha sido realizada desde que los humanos han comenzado construcciones, ya sea con la utilización del terreno como campos de cultivo, la construcción caminos transitables y la edificación de viviendas donde se ha requerido sujetar terreno y mantenerlo estable a diferente cota.

Los muros de contencion son estructuras que estabilizan al terreno natural o cuando su talud natural es modificado. Además, los muros de contencion pueden soportar rellenos, productos de la minería y agua.

Cuando los trabajos de construcción requieren movimientos de tierra que deja caras verticales o casi verticales, como cuando se construyen los sótanos de los edificios en las áreas urbanas o suburbanas y la edificación de estaciones de transporte publico de uso subterráneo se deben construir muros de contencion.

Para el diseño un muro de contención de calidad , hay una variedad de factores a considerar, independientemente de si está destinado a uso residencial o comercial. Se debe aplicar el mismo estándar de cuidado a los muros contencion como a un puente, ya que ambas son estructuras.

Dependiendo de la aplicación y desde su experiencia, es posible que se pregunte qué estilo de muro de contencionfuncionará mejor para el sitio, a qué profundidad se debe enterrar la zapata, si es necesario reforzarla o incluso qué material es mejor para la ubicación.

Antes de comenzar a diseñar su muro de contencion y elegir la estética, debe comprender la ubicación y los factores ambientales que pueden hacer que su muro de contencion falle. La construcción de un muro de contenciónrequiere una planificación avanzada y un diseño cuidadoso para evitar que se convierta en un peligro o se derrumbe. Por ello, en ABC CHILE contamos con el mejor personal calificado para el diseño de muro de contencion.

Para el diseño de un muro de contención de forma correcta, un ingeniero debe conocer los parámetros del suelo, es decir, el peso unitario, el ángulo de fricción y la cohesión del suelo retenido en el trasdósy del suelo debajo de la placa base. El conocimiento de las propiedades del suelo,le permite al ingeniero determinar la distribución de la presión lateral que debe ser considerada en el diseño.

El diseño de muro de contencion se debe realizar en dos fases:

1. Con la presión lateral de la tierra conocida, con la estructura en su conjunto se verifica la estabilidad, incluida la verificación del posible vuelco, deslizamiento y fallas en la capacidad de carga.
2. Verificación del componente de la estructura para una resistencia adecuada, y se determina el refuerzo de acero de cada componente.

El propósito de todos los muros de contención es mantener el suelo o terreno detrás de ellos. Las necesidades específicas dependerán del proyecto. Los muros pueden variar desde pequeños muros de piedra de paisaje para rodear un jardín hasta enormes proyectos de retención de suelo a lo largo de una carretera. Otros pueden ayudar a controlar la erosión de las fuertes lluvias o crear un patio en terrazas para reducir el mantenimiento. Cuando se inicia la planificación, hay varias consideraciones que impactaran en el material a utilizar para la construcción y el tipo de muro que se debe construir. A continuación, analizamos cuatro de ellos.

1.- Ubicación: una vez definida la ubicación para el muro de contencion, se deben conocer detalladamente los límites de la propiedad y de los servicios públicos subterráneos y aéreos, incluidos los sistemas de gestión de aguas pluviales y de riego. Adicionalmente se pueden considerar otros factores sobre la ubicación, que pueden ser: Si el muro de contención está en una pendiente, ¿dónde almacenará relleno adicional que debe llevarse al sitio? Exceso de suelo, esto cuando se va a cortar una ladera, ¿dónde se almacenará el exceso de tierra? Identificar patrones de drenaje natural. Dependiendo de sus dimensiones, un muro de contención puede obstaculizar el patrón de drenaje natural y con las respectivas consecuencias ambientales aguas abajo. Si el muro de contencion está a lo largo del límite de la propiedad, ¿el sistema de refuerzo invadirá el límite de la propiedad? Cargas de recargo. ¿Habrá peso adicional o fuerzas verticales sobre la pared, como cercas, barandas, entradas para vehículos, estacionamientos o piscinas? Sin dejar de lado los equipos de construcción temporales.

2.- Suelo: el suelo que crea los cimientos, o base, debe examinarse antes de la construcción del muro de contención para asegurarse que cumpla con la resistencia requerida para soportar el muro. Debe determinar el tipo, la capacidad de carga (la capacidad del suelo para soportar una carga), parámetros de tensión y ángulo de fricción (resistencia al movimiento) del suelo utilizado para la base y la zona reforzada junto con la zona de suelo retenido.

En general, el suelo donde se construirá un muro de contencion debe ser firme, fuerte, sólido y estar seco o con poca humedad. Para el relleno, tampoco deben utilizarse tierras húmedas como en el caso de los suelos arcillosos, ya que están saturados de agua, por lo que la humedad adicional no puede llegar a los canales de drenaje. Además, en áreas donde hay congelación, el suelo húmedo puede expandirse y contraerse, lo que podrá ocasionar daños en el muro de contención. Los suelos arenosos permiten un buen drenaje. Es por ello que en ABC Geotechnical Consulting, contamos con un gran equipo para realizar estudios de suelo que describe los suelos en el sitio, suelos expansivos, malas propiedades químicas, condiciones del agua subterránea y más.

3.- Diseño: para comenzar el diseño, es preciso calcular la altura del tallo o cuerpo del muro de contencion, el tamaño de la placa base, las pendientes y el ángulo de retroceso que dependerá de la elevación y el nivel del terreno. Se debe considerar que la gravedad hará que todo material retenido se desplace naturalmente hacia abajo. Estos aspectos deben contrarrestarse dentro del diseño del muro de contencion para minimizar la cantidad de presión de tierra lateral detrás del cuerpo o tallo del muro, que finalmente puede volcar el muro. La altura del muro de contención dependerá del suelo y de la pendiente.

Refuerzo para un muro de contencion: si la gravedad por sí sola no soporta el muro, existen métodos de refuerzo disponibles que dependen del tipo de muro, altura, diseño, fricción, ángulo de retroceso, el material del suelo y más. El terreno estabilizado mecánicamente, es suelo con algún medio de refuerzo artificial como acero o geosintéticos (como geomallas). Éstas a menudo están hechas de una tela de alta resistencia tejida en un patrón de cuadrícula. Se coloca entre las capas de bloques del muro de contención y la tierra contenida. También se pueden incluir clavos de suelo, anclajes de tierra, pernos de roca, como alternativa de refuerzo.

4.- Drenaje: teniendo en cuenta que el agua es la razón más común por la que fallan los muros de contención, es esencial asegurarse de que el muro tenga un buen drenaje y que no se acumule agua detrás del tallo o cuerpo. Se deben identificar las posibles fuentes de agua superficial y asegurarse de que se haya tenido en cuenta el drenaje adyacente al sitio del tallo o cuerpo. Es importante nivelar el sitio para los patrones de drenaje y construir un sistema de drenaje detrás del muro de contencion para minimizar la cantidad de presión hidrostática que podría crear el agua subterránea. Un ejemplo de sistema de drenaje podría incluir el relleno con grava, el uso de tuberías de drenaje y el uso de orificios de «drenaje» para permitir que el agua pase a través de la pared. Los proyectos de muros más grandes, como los de transporte, deben tener un análisis hidrológico.

El calculo de un muro de contención requiere tener claras las características del terreno que se quiere contener para así establecer el empuje que ofrece la tierra y la presión lateral del terreno, considerando las presiones que puede presentar la tierra cuando contiene agua. Una vez claro esto, se debe tener presente el tipo de muro de contención del que se desea tener el cálculo.

A partir de ello, se deben tener presente los tres criterios que influyen en el calculo de un muro de contencion:

1. Datos Generales: en este criterio se deben considerar: densidad del suelo, ángulo de fricción o ángulo de corte del suelo, resistencia del concreto a las fuerzas de compresión, fluencia del acero (en caso de requerir en el muro), resistencia del terreno a cargas axiales, altura del muro de contención libre, factor de seguridad a deslizamiento y factor de seguridad a volteo.
2. Cálculo de Esfuerzos: entre los cálculos de esfuerzo se encuentran el factor del suelo a comportamiento triangular, espesor de la pantalla del muro de contención y peralte efectivo del trabajo del fierro del muro.
3. Verificación de estabilidad y resistencia a través de los siguientes parámetros: a) verificación de deslizamiento: donde la fuerza horizontal de empuje del terreno nunca supere la fuerza de retención. Esto puede ocurrir cuando hay fricción entre el suelo y la cimentación siendo proporcional al peso del muro. Una relación Fr/Fh>1.3 (coeficiente de seguridad para deslizamiento) es considerada normal; b) verificación de volteo: el momento de fuerza de volteo del muro debe ser inferior al momento de fuerza que estabiliza el muro. Para ello, la relación idónea debería ser: Me/Mv>1.5, valor del coeficiente de seguridad para volteo; c) verificación de la capacidad de sustentación: se relaciona a la carga total que actúa sobre la cimentación del muro, que sea mucho menor a la capacidad portante. Es decir, que la máxima tensión que sea producida por el muro sea menor a la tensión en el terreno. Tp/Ta>1.0 (coeficiente de seguridad para la sustentación) y d) verificación de la estabilidad global: en este parámetro, todos los aspectos respecto al muro de contención deben tener un buen coeficiente de seguridad global.

Son tres las partes de un muro de contencion: de arriba hacia abajo: la corona, el tallo y la placa base.

La corona es la parte más superior del muro de contension y su grosor debe ser al menos de 30 centímetros.

El tallo, que también se le llama alzado o cuerpo, es el segmento del muro que se levanta desde los cimientos y su altura dependerá de la función del muro y de la carga que éste vaya a soportar. La altura del tallo de un muro se utiliza para calcular las dimensiones de su placa base o cimientos. En el tallo se describen también dos caras, una llamada intradós, que es la cara visible del muro, y la otra, llamada trasdós, que es la cara del muro en contacto con el material contenido.

Algunas características físicas como la flexibilidad o la rigidez, permiten establecer una clasificacion de muros en dos grupos:

• Muros de contencion rígidos: en los que las deformaciones producidas por el terreno contenido son muy pequeñas. En este grupo se encuentran los muros de concreto, concreto reforzado, muros de contención de mamposteria.
• Muros de contension flexibles: son los construidos por elementos poco rígidos en su estructura que se pueden deformar bajo cargas exteriorescomo los muros de contencionde gaviones, pedraplenes y muros de tierras con llantas usadas.

Los muros de contenciónsegún su forma de construcción pueden ser de diferentes tipos, y se suelen agrupar en 3 tipos principales:

1. Muros de contencion de gravedad: el muro de contención de gravedad, trabaja con su peso propio y el del suelo sobre la punta, para garantizar la estabilidad del mismo por lo cual son bastante robustos y voluminosos, lo que también influye en que no sufran esfuerzos de flexión, o que estos sean mínimos y por tanto no requieren refuerzo. La placa base debe ser lo más angosta posible, pero debe ser lo suficientemente ancha para proporcionar estabilidad contra el volcamiento y deslizamiento, y para originar presiones de contacto no mayores que las máximas permitidas.
2. Muro de contencion en voladizo, en ménsula o cantiléver, se construyen en concreto u hormigón, reforzado el tallo con acero y trabaja como un voladizo, es decir, soporta grandes esfuerzos de flexión (siendo esta la razón por la que se requiere el refuerzo). Son viables económicamente hasta una altura de ocho metros, para alturas mayores, los muros con contrafuertes suelen ser más económicos.
3. Muro de contención con contrafuerte: los muros de contensioncon contrafuertes, son uniones entre la pantalla vertical del muro y la base. La pantalla de estos muros resiste los empujes trabajando como losa continua apoyada en los contrafuertes, es decir, el refuerzo principal en el muro, se dispone de manea horizontal, de esta manera, se vuelve un muro de contención economico, sobre todo en alturas mayores a 10 metros. Tanto el tallo del muro o pantalla, como los contrafuertes, están conectados a la placa base del muro de contención. Los contrafuertes pueden ubicarse en el intradós (estéticamente no conveniente) o en el trasdós.

Los muros de contención de concreto armadoson estructuras que están diseñadas para resistir la presión lateral del suelo en los casos en que hay un cambio en la elevación del suelo.

El muro de contencion de concreto armado, es un muro donde el principal material utilizado para su construcción es el concreto. Este material permite hacer el muro de contención más delgado y así optimizar más el espacio. Además, un muro de contencion de concreto armado, es más económico y rápido de construir, sobre todo si su presencia se requiere en regiones naturales donde no abunden las rocas. Por otra parte, el concreto armado confiere versatilidad para el diseño y construcción de diferentes tipos de muros de contencion, siendo los más comunes, los muros de contención con contrafuertes, cantiléver y de concreto proyectado.

Los muros de contenciónen voladizo funcionan según los principios del apalancamiento y, a menudo, se construyen en forma de T invertida con hormigón armado o mampostería con mortero. Se requiere menos material de construcción para una pared en voladizo que una pared de gravedad, y se pueden verter en el sitio o fabricar en una instalación de hormigón prefabricado. Consisten en un tallo relativamente delgado y una losa de base, que se divide en dos partes: el talón y la puntera. El talón es la parte de la base debajo del relleno, mientras que la punta es la otra parte. Se requiere una base de concreto rígido para estos muros que generalmente tienen menos de 25 pies de altura.

Se recomienda construir estos muros en excavaciones profundas con alturas de hasta 6metros.

Los muros de contencionde láminas o pilotes, están hechos de hormigón prefabricado, acero, vinilo o tablones de madera y se utilizan en suelos blandos y espacios reducidos. Los tablones se clavan en el suelo mediante vibración y martilleo para garantizar su estabilidad y se pueden unir mediante una ranura y una lengüeta. Las paredes más altas requieren un ancla de algún tipo que se ata a la pared y luego se construye en el suelo. Son buenos para usar a lo largo de los frentes de agua y pueden ayudar con la erosión de la playa, apuntalamiento, excavaciones o ataguías.

Los pilotes perforados se utilizan a menudo cuando las vibraciones de los martinetes son demasiado fuertes para que las láminas las resistan. A veces se necesitan anclajes para sostener las paredes, pero no siempre.

Los muros de contencion de malla de gaviones, usan cajas de malla de alambre que se llenan con piedra y rocas y luego se apilan juntas. Las cajas se atan con alambre y se inclinan hacia la pendiente. Los muros de contención de gaviones tienen una vida útil siempre que el cable utilizado para mantenerlos unidos (el cable eventualmente se corroerá).

Es recomendable construirlos en zonas de arroyos o agua donde la erosión es una preocupación. También se puede utilizar en aplicaciones militares para proteger contra el fuego de artillería o en un entorno residencial o comercial moderno donde la malla de alambre se rellena con un material reciclado o estéticamente agradable.

Los muros de gravedad se construyen cuando se requieren paredes rectas o curvas típicamente de menos de al menos 1.2 metros de altura, pero dependerá de las especificaciones del producto.

Un muro de gravedades un muro de contencioncon gran masa, que resiste el empuje del material que contiene mediante su propio peso y con el peso del suelo en el que se apoya; suelen ser muros de contencion economicos para alturas menores de 5 m, con dimensiones generosas, que no requieren de refuerzo.

Los muros de gravedad pueden construirse en mampostería, piedra, gavioneso concreto ciclópeo. Estos muros de contención tienen una gran ventaja y es la que estabilidad que brinda su propio peso, por lo que requiere gran tamaño.Los muros de gravedad deben serde base angosta (de ser posible), pero suficientemente ancha para proporcionar estabilidad contra el volcamiento y deslizamiento.

Para muros de gravedad de más de 1.2 metro de alto y menos de 3 metros, se puede usar el sistema de muros de contención segmentados masivos que usa conectores que crean integridad estructural tanto en paredes curvas como rectas. Las unidades frontales tienen doce texturas para elegir y el sistema viene con plantillas para ayudar a sostener la pared durante la construcción.

Los muros de contención segmentados están diseñados para usarse como muro de gravedad con o sin refuerzo y pueden tener alturas superiores a los 12 metros. Los muros de contención segmentados son bloques modulares hechos de hormigón que a menudo se apilan en seco sin mortero. Las unidades individuales se entrelazan entre sí para evitar vuelcos y deslizamientos. Dado que se fabrican en una planta, cumplen con los estándares de la industria y son uniformes en peso, resistencia y durabilidad. También vienen en una variedad de colores, tamaños y texturas para cumplir con los requisitos estéticos de su proyecto. Algunas marcas ofrecen alfileres o clips para ayudar a crear un sistema de revestimiento continuo.

Los muros de contención segmentados se construyen ya sea que van a tener uso comercial o residencial, utilizados tanto para diseños rectos como curvos. Pueden diseñarse para adaptarse a cualquier forma y, al mismo tiempo, maximizar el espacio utilizable del sitio, especialmente en terrenos de gran pendiente. Cuando se refuerzan, normalmente no tienen limitaciones de altura.

El proceso constructivo de muro de concretoarmado lleva ocho pasos fundamentales:

1. Planificación y diseño del muro de contención. Elaboración del proyecto de construcción y trazado de la placa base.
2. Movimientos y excavación de terreno, en la zona trazada, procurando que la zanja quede simétrica y limpia, sin restos orgánicos de raíces o animales.
3. Aplicación del solado (capa pequeña de concreto pobre) para generar la una superficie plana donde se colocará la armadura de la placa base.Esta armadura estará separada del suelo a través de dados o montículos de concreto pobre.
4. Encofrado y vaciado de concreto de la placa base. Es importante que evitar que se afecte la verticalidad de la parrilla del tallo o cuerpo del muro del conjunto de varilla de la armadura de la placa base.
5. Ubicación de los tubos de drenaje en el tallo o cuerpo del muro luego de corroborar la verticalidad de la armadura vertical.
6. Encofrado del tallo o cuerpo del muro, utilizando dados de concreto para separar la madera de la armadura de manera simétrica.
7. Vaciado del hormigón o concreto en el encofrado, utilizando vibrador o varillas para garantizar la distribución uniforme dentro del encofrado
8. Desencofrado del muro al día siguiente del vaciado de concreto u hormigón.

El Método de los Elementos Finitos (FEM) es un procedimiento para la solución numérica de las ecuaciones que presentan los problemas encontrados en la naturaleza. Por lo general, el comportamiento de la naturaleza se puede describir mediante ecuaciones expresadas en diferencial o de forma integral. Por esta razón el Método de los Elementos Finitos se entiende en matemática como una técnica numérica para resolver el diferencial parcial o integral de las ecuaciones, como las utilizadas en el diseño y calculo de muros de contención.

Generalmente, el Método de los Elementos Finitos permite a los usuarios obtener la evolución en espacio-tiempo de variables que representan el comportamiento de un sistema físico. Cuando se refiere al análisis de estructuras, el Método de los Elementos Finitos es un poderoso método para calcular los desplazamientos, tensiones y deformaciones en una estructura bajo un conjunto de cargas como en el caso de los muros de contención, que son sometidos a cargas y desplazamientos laterales por parte del terreno que contienen, y están sometidos a fuerzas de flexión en su estructura.

1. Puede sugerir la reducción del modelo en caso de simetría o antisimetría.
2. La semejanza en el desplazamiento y discontinuidad requerida, están asegurada en los nodos y también a lo largo de los bordes de la estructura, particularmente cuando los elementos adyacentes son de diferentes tipos, materiales o espesores, como al construir muros de contención de concreto armado u hormigón.
3. El comportamiento de los elementos finitos, debe capturar las acciones dominantes del sistema real, tanto a nivel local como global.
4. La malla del elemento debe ser lo suficientemente fina para producir la precisión mínima requerida. Para evaluar la precisión de los elementos finitos, la malla se afina hasta que los resultados significativos muestren pocos cambios. para tener mayor precisión, la relación de aspecto de los elementos serán lo más cercano posible a la estructura como sea posible, utilizando elementos más pequeños en las partes de mayor gradiente de tensión.
5. Pueden imponer reducciones de soporte idóneas con énfasis en los nodos en los ejes de simetría.
6. Los paquetes de software comercial a gran escala a menudo proporcionan maquetas para generar la malla y la visualización gráfica tanto de entrada como de salida, facilitando la verificación de los datos ingresados y la interpretación de los resultados.

Las aplicaciones de software de análisis de elementos finitos están diseñadas para probar cómo responderán las estructuras a fuerzas externas. Por ejemplo, una empresa podría utilizar el software FEA para probar qué tan bien reaccionará un nuevo diseño de producto a la vibración, el calor y el flujo de fluidos.

El desarrollo de modelos físicos y prototipos puede requerir mucho tiempo y dinero. Por esta razón, a las empresas les encanta tener acceso a software de simulación de análisis de elementos finitos. Pueden configurar rápidamente entornos virtuales que tienen propiedades del mundo real para ver qué tan bien sus productos pueden soportar el estrés mecánico.

A continuación se mencionan seis software para el análisis de elementos finitos:

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1. ¿Cómo se clasifican los muros de contención?

Los muros de contención se pueden agrupar en cuatro clasificaciones:

• Muros de contención de gravedad.
• Muros de contención de semigravedad.
• Muros de contención en voladizo.
• Muros de contención con contrafuertes.

2. ¿Cual es el propósito de una estructura o muro de contención?

El propósito de una estructura de contención es resistir las fuerzas ejercidas por la tierra contenida y transmitir esas fuerzas a la fundación o a un sitio por fuera de la masa analizada de movimiento. En el caso de un deslizamiento de tierra el muro ejerce una fuerza para contener la masa inestable y transmite esa fuerza hacia una cimentación o zona de anclaje por fuera de la masa susceptible de moverse.

3. ¿Cuáles son los muros de contención en corte?

Los muros en corte se clasifican en:

• Muros pantalla, pilotes, tablestacas.
• Muros anclados.

4. ¿Cuál es el procedimiento para el diseño de un muro de contencion?

Para proceder al diseño una vez conocida la topografía del sitio y la altura necesaria del muro de contención debe procederse a:

• Escoger el tipo de muro a emplearse.
• Dibujar a escala la topografía en perfil de la sección típica del muro.
• Conocidas las propiedades del suelo y escogida la teoría de presiones a usarse, se deben calcular las fuerzas activa y pasiva, su punto de aplicación y dirección.
• Calcular los factores de seguridad por capacidad de carga, deslizamiento y volcamiento.
• Si los factores de seguridad no satisfacen los requerimientos deben variarse las dimensiones supuestas y repetir los pasos anteriores.

5. ¿Dónde se hace el trazo de lacimentacióndel muro de contención en el terreno?

Se traza todo el contorno de la base del cimiento, en toda su extensión.

6. ¿En donde se utilizan los muros de contención?

Losmuros de contención se utilizanpara detener masas de suelo u otros materiales sueltos manteniendo pendientes que naturalmente no pueden conservar.

7. ¿De que estan hechos los muros de contencion?

La mayoría de losmuros de contenciónse construyen de hormigón armado y cumplen la función de soportar el empuje de tierras, generalmente en desmontes o terraplenes, evitando el deslizamiento y sosteniendo el talud.

8. ¿Qué materiales lleva un muro de contención?

Losmuros de contenciónpueden ser construídos con hormigón, mampostería común, en masa o armado, previa ejecución del encofrado correspondiente. Aunque, actualmente casi todos se construyen en hormigón armado.

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