Empuje de tierras, ¿mejor Coulomb o Rankine?

Figura 1. Coulomb y Rankine, autores de dos de los modelos clásicos de empuje de tierras.

El empuje de tierras sobre estructuras de contención ha sido un problema clásico en Geotecnia, pero que es complejo, pues existen numerosas incertidumbres asociadas al comportamiento de los distintos tipos de terreno. Tanto la dificultad en la determinación de las características mecánicas del terreno real como la complejidad en las hipótesis de cálculo han llevado a la utilización de simplificaciones útiles en una gran mayoría de casos. Las dos teorías clásicas en la estimación de los empujes del terreno se deben al francés Charles-Agustin de Coulomb (1736-1806) y al escocés William John Macquorn Rankine (1820-1872). Ambos métodos se sustentan en hipótesis diferentes y los resultados que proporcionan no coinciden, salvo en algún caso muy particular.

En cualquier libro de Geotecnia se puede comprobar cómo integrando las ecuaciones diferenciales de las condiciones de equilibrio interno de un elemento diferencial de un terreno horizontal, homogéneo, isótropo y con un comportamiento elástico, la tensión horizontal depende de la vertical. En el caso de que el terreno estuviera confinado lateralmente, con deformación lateral nula, la ley de Hooke proporciona una solución al problema, siendo la relación entre la tensión horizontal y la vertical constante. En cualquier caso, la condición de utilizar una ley de esfuerzo-deformación conveniente constituye el mayor obstáculo para obtener una solución exacta al problema.

Las presiones que soporta un muro o una pantalla reciben el nombre de empujes, que en el caso más general, será la suma del empuje hidrostático más el empuje efectivo ejercido por las partículas del terreno. Se define el coeficiente de empuje como la relación entre la tensión efectiva horizontal y la vertical, y en el caso de que no exista deformación lateral, se denomina coeficiente de empuje al reposo, K0. De esta forma se podría calcular el empuje sobre un muro que no se deformara lo más mínimo. Sería el caso de un muro de sótano en edificación. Pero los muros no son infinitamente rígidos, se deforman, y dependiendo de si la deformación lateral es negativa (el terreno “se descomprime”) o positiva (el terreno “se comprime”), tendríamos los denominados empujes activos Ka, o pasivos Kp, (Ka<K0<Kp). Para movilizar el empuje pasivo son necesarios movimientos del muro contra el terreno muy superiores a los necesarios para llegar a una situación de empuje activo. Cuando el empuje pasivo es favorable, debido a la imprecisión en la determinación de su valor real, por seguridad suele despreciarse su efecto o bien se aplica un coeficiente reductor (por ejemplo, de 1,5). Dejamos al lector investigar sobre este asunto en la literatura habitual.

Figura 2. Relación entre empuje del terreno y los movimientos necesarios para su desarrollo (Código Técnico de Edificación)

Lo que nos interesa en esta entrada es conocer las diferencias entre el método de Coulomb y el de Rankine e intentar interpretar cuándo sería mejor utilizar uno u otro método. Las fórmulas se pueden deducir de cualquier libro o manual de geotecnia. En ambos casos se puede generalizar la formulación al caso de terrenos cohesivos, presencia de nivel freático, cargas uniformes sobre el trasdós e inclinación del relleno tras el muro.  Siendo σv es la tensión efectiva vertical y c‘ la cohesión efectiva del terreno o relleno del trasdós, el empuje activo Pa se define como la resultante de los empujes unitarios σa que puede determinarse mediante la siguiente fórmula:

y de forma análoga, el empuje pasivo Pp  se define como la resultante de los empujes unitarios σp que puede determinarse mediante:

La cohesión es un aspecto favorable para disminuir el empuje del terreno, pero si al final no se acaba desarrollando, nos deja del lado de la inseguridad; por tanto, como a veces es difícil estimar su efecto de forma adecuada, es habitual despreciarla para quedar del lado de la seguridad. Por tanto, se aconseja ser muy cuidadoso a la hora de considerar la cohesión.

  • Coulomb propuso un modelo para estimar los empujes del terreno planteando el equilibrio de una masa de terreno en forma de cuña al deformarse o moverse el muro. La rotura se produce a lo largo de dos planos, el formado por el interface suelo-muro y el plano de deslizamiento en el terreno. La cuña, formada por los dos planos, se comporta como un bloque rígido. De todas las cuñas posibles, una es la que produce el empuje activo máximo, y ese es el problema resuelto por este ingeniero francés en 1776. El método supone que las superficies de deslizamiento son planas, pero esta hipótesis es muy discutible en el caso del empuje pasivo. El problema queda resuelto para un muro cualquiera, con un trasdós que no necesita ser vertical, y un terreno con una determinada inclinación y con unas cargas sobre su superficie. Se supone conocido el peso específico del terreno, el ángulo de rozamiento interno y el ángulo de rozamiento muro-suelo. Es actualmente el método más empleado para el diseño de muros por métodos de equilibrio límite. Hoy día se emplea con gran efectividad en el cálculo de muros de gravedad, lo que permite considerables ahorros de material. Las fórmulas que siguen indican los coeficientes de empuje activo y pasivo, con las figuras que definen cada uno de los ángulos correspondientes:

  • El método de Rankine (1857) es más elegante desde el punto de vista matemático, explicando el empuje en términos de rotura por cortante del terreno. Se obtienen los empujes partiendo de un semiespacio infinito que se encuentra en “estado de Rankine“, es decir, un estado de equilibrio plástico y en donde el muro no produce ninguna perturbación. Se supone que el terreno es homogéneo e isótropo y en estado de equilibrio plástico, es decir, se acepta que toda la masa en el trasdós del muro está en situación de rotura y, por tanto, en cualquier punto el estado tensional pertenece a un círculo de Morh que es tangente a la línea de rotura de este suelo; además, como hipótesis adicional, no hay variación de tensiones en los puntos de cualquier plano paralelo a la superficie del semiespacio. Este modelo puede resultar un tanto conservador, pues solo considera el ángulo de rozamiento interno del terreno, olvidando el efecto favorable del rozamiento entre el muro y el terreno. Este método tiene muchas aplicaciones prácticas, por ejemplo, en muros ménsula, donde la suposición de Rankine no supone grandes desventajas y simplifica enormemente los cálculos. El cálculo de empujes sobre un muro con el modelo de Rankine se reduce a obtener las presiones efectivas a la profundidad correspondientes y aplicar las fórmulas correspondientes. De esta forma es muy sencillo calcular terrenos estratificados y considerar la existencia de una carga uniforme en coronación. Además, el método permite estimar si existen grietas de tracción y su profundidad en un terreno que sea cohesivo.  Los coeficientes de empuje activo y pasivo para un terreno que forma un ángulo i con la horizontal  teniendo en cuenta que la resultante forma un ángulo i con la horizontal, son los siguientes:

Aplicando el teorema de los estados correspondientes de Caquot, se puede generalizar la teoría de Rankine a suelos cohesivos: “Si a un suelo con cohesión que está en situación límite de rotura, simultáneamente le quitamos la cohesión y sumamos a todas las tensiones un término (c’ · cotg Φ’), el suelo sigue estando en la misma situación límite de rotura” (y se le aplican las hipótesis de los suelos sin cohesión).

Figura 3. Círculo de Mohr considerando suelos cohesivos

De las fórmulas deducidas para el empuje activo y pasivo, las fórmulas en ambos modelos coinciden únicamente en el caso de un trasdós vertical del muro, no hay rozamiento suelo-estructura y la superficie del terreno es horizontal. En este caso, los coeficientes de empuje activo y pasivo son los siguientes:

Resumiendo los aspectos básicos expuestos anteriormente, podríamos decir lo siguiente:

  • En caso de terrenos estratificados, la inclinación del plano de deslizamiento depende de cada terreno, con lo que el problema puede ser indeterminado si utilizamos el modelo de Coulomb. En este caso, Rankine es de más fácil formulación, que suele ser recomendable en el caso de muros ménsula.
  • El método de Coulomb no tiene en cuenta la presencia de grietas de tracción, por lo que con terrenos cohesivos el cálculo de la profundidad de estas grietas se debe hacer con Rankine.
  • Si no existe cohesión en el terreno ni adherencia entre muro y terreno, con la teoría de Coulomb se puede determinar que la resultante del empuje activo está situada, desde la base del muro, a un tercio de la altura del muro. Si no es así, entonces el método no proporciona directamente la posición del empuje.
  • El método de Rankine es difícil de aplicar con geometrías mínimamente complejas (trasdós quebrado, superficies del terreno en el trasdós no planas, cargar arbitrarias sobre éste último) y no es mucho más preciso que el método de Coulomb para estos casos.
  • El método de Coulomb no estima bien el empuje pasivo, pues la superficie real de rotura no es plana (se asemeja a una espiral logarítmica) y la distribución de empujes difiere bastante de la triangular, proporcionando valores sobredimensionados (del lado de la inseguridad). El método de Rankine es más conservador para el cálculo de empujes pasivos.
  • El método de Rankine no considera el rozamiento entre el muro y el terreno, lo cual es conservador. Es un aspecto importante en muros de gravedad, cuyos empujes activos se prefieren calcular con Coulomb.
  • En el método de Coulomb permite la consideración de sobrecargas en el trasdós de cualquier tipo (constante, puntual, triangular, etc.) siempre que sean indefinidas en el sentido longitudinal del muro, pues basta introducirlas en las ecuaciones de equilibrio. Con Rankine es sencillo si se trata de una sobrecarga constante.

 

REFERENCIAS:

  • GARCÍA VALCARCE, A. (dir.) (2003). Manual de edificación: mecánica de los terrenos y cimientos. CIE Inversiones Editoriales Dossat-2000 S.L. Madrid, 716 pp.
  • GONZÁLEZ CABALLERO, M. (2001). El terreno. Edicions UPC, Barcelona, 309 pp.
  • IZQUIERDO, F.A. (2001). Cuestiones de geotecnia y cimientos. Editorial Universidad Politécnica de Valencia, 227 pp.
  • LAMBE, T.W.; WHITMAN, R.V. (1996). Mecánica de suelos. Limusa, México, D.F., 582 pp.
  • MINISTERIO DE FOMENTO (2002). Guía de Cimentaciones. Dirección General de Carreteras.
  • MINISTERIO DE LA VIVIENDA (2006). Código Técnico de la Edificación
  • YEPES, V. (2016). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia. Editorial Universitat Politècnica de València, 326 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-457-9.

 

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Curso en línea de “Procedimientos de Construcción de cimentaciones y estructuras de contención en obra civil y edificación”

La Universitat Politècnica de València, en colaboración con la empresa Ingeoexpert, ha elaborado un Curso online sobre “Procedimientos de Construcción de cimentaciones y estructuras de contención en obra civil y edificación”. El curso, totalmente en línea, se desarrollará en 6 semanas, con un contenido de 50 horas de dedicación del estudiante. Empieza el 9 de septiembre de 2019 y termina el 21 de octubre de 2019. Hay plazas limitadas.

Toda la información la puedes encontrar en esta página: https://ingeoexpert.com/cursos/curso-de-procedimientos-de-construccion-de-cimentaciones-y-estructuras-de-contencion-en-obra-civil-y-edificacion/?v=04c19fa1e772

Os paso un vídeo explicativo y os doy algo de información tras el vídeo.

Este es un curso básico de construcción, cimentaciones y estructuras de contención en obras civiles y de edificación. Se trata de un curso que no requiere conocimientos previos especiales y está diseñado para que sea útil a un amplio abanico de profesionales con o sin experiencia, estudiantes de cualquier rama de la construcción, ya sea universitaria o de formación profesional. Además, el aprendizaje se ha escalonado de modo que el estudiante puede profundizar en aquellos aspectos que más les sea de interés mediante documentación complementaria y enlaces de internet a vídeos, catálogos, etc.

En este curso aprenderás las distintas tipologías y aplicabilidad de los cimientos y las estructuras de contención utilizados en obras de ingeniería civil y de edificación. El curso índice especialmente en la comprensión de los procedimientos constructivos y la maquinaria específica necesaria para la ejecución de los distintos tipos de cimentación (zapatas, losas de cimentación, pilotes, micropilotes, cajones, etc.) así como los distintos tipos de estructuras de contención (muros pantalla, pantallas de pilotes y micropilotes, tablestacas, entibaciones, muros, etc.). Es un curso de espectro amplio que incide especialmente en el conocimiento de la maquinaria y procesos constructivos, y por tanto, resulta de especial interés desarrollar el pensamiento crítico del estudiante en relación con la selección de las mejores soluciones constructivas para un problema determinado. El curso trata llenar el hueco que deja la bibliografía habitual donde los aspectos de proyecto, geotecnia, estructuras de hormigón, etc., oscurecen los aspectos puramente constructivos. Además, está diseñado para que el estudiante pueda ampliar por sí mismo la profundidad de los conocimientos adquiridos en función de su experiencia previa o sus objetivos personales o de empresa.

El contenido del curso está organizado en 20 unidades didácticas, que constituyen cada una de ellas una secuencia de aprendizaje completa. La dedicación aproximada para cada unidad se estima en 2-3 horas, en función del interés del estudiante para ampliar los temas con el material adicional. Además, al finalizar cada unidad didáctica, el estudiante afronta una batería de preguntas cuyo objetivo fundamental es afianzar los conceptos básicos y provocar la duda o el interés por aspectos determinados del tema abordado. Al final se han diseñado cuatro unidades didácticas adicionales cuyo objetivo fundamental consiste en afianzar los conocimientos adquiridos a través del desarrollo de casos prácticos, donde lo importante es desarrollar el espíritu crítico y la argumentación a la hora de decidir la conveniencia de un procedimiento constructivo. Por último, al finalizar el curso se realiza una batería de preguntas tipo test cuyo objetivo es conocer el aprovechamiento del curso, además de servir como herramienta de aprendizaje.

El curso está programado para una dedicación de 50 horas de dedicación por parte del estudiante. Se pretende un ritmo moderado, con una dedicación semanal de 6 a 10 horas, dependiendo de la profundidad de aprendizaje requerida por el estudiante, con una duración total de 6 semanas de aprendizaje.

Objetivos

Al finalizar el curso, los objetivos de aprendizaje básicos son los siguientes:

  1. Comprender la utilidad y las limitaciones de las cimentaciones y estructuras de contenciónempleadas en la construcción de obras civiles y de edificación
  2. Evaluar y seleccionar el mejor tipo de cimentación y estructura de contención necesario para una construcción en unas condiciones determinadas, considerando la economía, la seguridad y los aspectos medioambientales

Programa

  • – Unidad 1. Concepto y clasificación de cimentaciones
  • – Unidad 2. Cimentaciones superficiales. Parte 1
  • – Unidad 3. Cimentaciones superficiales. Parte 2
  • – Unidad 4. Cimentaciones por pozos y cajones
  • – Unidad 5. Conceptos fundamentales y clasificación de pilotes
  • – Unidad 6. Pilotes de desplazamiento prefabricados
  • – Unidad 7. Pilotes de desplazamiento hormigonados “in situ”
  • – Unidad 8. Pilotes perforados hormigonados “in situ”. Parte 1
  • – Unidad 9. Pilotes perforados hormigonados “in situ”. Parte 2
  • – Unidad 10. Equipos para la perforación de pilotes
  • – Unidad 11. Estructuras de contención de tierras. Muros
  • – Unidad 12. Pantallas de hormigón
  • – Unidad 13. Estabilidad de las excavaciones. Entibaciones.
  • – Unidad 14. Tablestacas y anclajes
  • – Unidad 15. Hinca de pilotes y tablestacas
  • – Unidad 16. Descabezado de pilotes y muros pantalla
  • – Unidad 17. Caso práctico 1
  • – Unidad 18. Caso práctico 2
  • – Unidad 19. Caso práctico 3 d
  • – Unidad 20. Cuestionario final del curso

Profesorado

Víctor Yepes Piqueras

Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos (1982-1988). Número 1 de promoción (Sobresaliente Matrícula de Honor). Especialista Universitario en Gestión y Control de la Calidad (2000). Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos, Sobresaliente “cum laude”. Catedrático de Universidad en el área de ingeniería de la construcción en la Universitat Politècnica de València y profesor, entre otras, de las asignaturas de Procedimientos de Construcción en los grados de ingeniería civil y de obras públicas. Su experiencia profesional se ha desarrollado fundamentalmente en Dragados y Construcciones S.A. (1989-1992) como jefe de obra y en la Generalitat Valenciana como Director de Área de Infraestructuras e I+D+i (1992-2008). Ha sido Director Académico del Máster Universitario en Ingeniería del Hormigón (2008-2017), obteniendo durante su dirección la acreditación EUR-ACE para el título. Profesor Visitante en la Pontificia Universidad Católica de Chile. Investigador Principal en 5 proyectos de investigación competitivos. Ha publicado más de 84 artículos en revistas indexadas en el JCR. Autor de 8 libros, 22 apuntes docentes y más de 250 comunicaciones a congresos. Ha dirigido 12 tesis doctorales, con 4 más en marcha. Sus líneas de investigación actuales son las siguientes: (1) optimización sostenible multiobjetivo y análisis del ciclo de vida de estructuras de hormigón, (2) toma de decisiones y evaluación multicriterio de la sostenibilidad social de las infraestructuras y (3) innovación y competitividad de empresas constructoras en sus procesos. Tiene experiencia contrastada en cursos a distancia, destacando el curso MOOC denominado “Introducción a los encofrados y las cimbras en obra civil y edificación”, curso que ya ha tenido tres ediciones con más de 4000 estudiantes inscritos.

 

 

 

Muro de fábrica

Figura 1. Muro de mampostería. Fuente: http://www.generadordeprecios.info/

Los muros de fábrica están constituidos por piedras naturales, ladrillos o bloques de hormigón, que se construyen de forma manual.

Se denominan muros de sillería aquellos formados por piedras labradas finamente, de forma que las piedras se sostienen mutuamente por yuxtaposición, asentándose sobre otras mediante mortero.

Los muros de mampostería están formados por piedras sin labrar o labradas toscamente, que se colocan en dos paramentos, realizándose posteriormente su relleno (Figuras 1 y 2). La forma en la que se disponen las piezas se denomina aparejo. Los mampuestos pueden unirse mediante una argamasa o mortero o bien sin ella, en los llamados muros secos.

Figura 2. Arquitectura popular. Muro de mampostería de granito, La Torre (Ávila). Fuente: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Mamposter%C3%ADa_1.JPG

Os dejo a continuación un vídeo corto sobre cómo se construye un muro de piedra.

Aquí os dejo cómo se hace un muro de piedra en Los Pedroches. Destaca este oficio que se pierde en el tiempo.

Hay intentos de industrialización de este tipo de muros, pero no acaban de generalizarse. Os dejo un artículo al respecto, pero en este caso, restringido a la técnica del tapial.

Descargar (PDF, 2.44MB)

Referencias:

VON MAG, A.; RAUCH, M. (2011). Paredes de tapial y su industrialización (encofrados y sistemas de compactación). Informes de la Construcción, 63:523, 35-40.

YEPES, V. (2016). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia. Editorial Universitat Politècnica de València, 202 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-457-9.

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Muros de gaviones flexibles

Gaviones flexibles. Fuente: http://gavionesflexibles.com/

Los muros de gaviones propiamente dichos consisten en un recipiente de forma prismática rectangular, relleno de material granular de distintos tamaños, de enrejado metálico de malla hexagonal, que puede ser de triple torsión o electrosoldada dependiendo de las características de la obra.

Sin embargo, se pueden fabricar muros flexibles utilizando la misma idea pero con otros materiales. Son los llamados muros de gaviones flexibles. Consisten en unas celdas realizada con materiales geosintéticos, que permiten su relleno con tierras u otros materiales como mezclas de grava-cemento, de tierras con cal, etc. Se obtiene de esta forma un muro de tierra sostenida, que funciona por gravedad. Además, constituyen barreras de contención muy flexibles que pueden resultar de gran interés en actuaciones de emergencia como ante desbordamiento de ríos. También pueden ser de gran interés como complemento de obras civiles o ambientales.

Gaviones flexibles. Fuente: http://gavionesflexibles.com/

Os dejo unos vídeos de la empresa Contflexdique gaviones flexibles donde se puede ver cómo se monta un muro flexible de estas características. Espero que os gusten:

Referencia:

YEPES, V. (2016). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia. Editorial Universitat Politècnica de València, 202 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-457-9.

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Muros de gaviones

Muro de gaviones. Imagen: V. Yepes

Los gaviones consisten en un recipiente de forma prismática rectangular, relleno de material granular de distintos tamaños, de enrejado metálico de malla hexagonal, que puede ser de triple torsión o electrosoldada dependiendo de las características de la obra. Estas estructuras, con forma cilíndrica, se utilizaron por primera vez en 1893 por la empresa Maccaferri para el cerramiento de la rotura de un embalse en el río Reno, en la ciudad de Bolonia.

Son muros que presentan una elevada resistencia, puesto que al ser totalmente permeables alivian las tensiones que se acumulan en el trasdós de los muros tradicionales. Asimismo debido a su gran flexibilidad, soportan movimientos y asientos diferenciales sin pérdida de eficiencia. Además, son muros que se construyen de forma sencilla y económica. Sin embargo, hay que tener presente que las mallas de acero galvanizado se corroen en ambientes ácidos, por lo que la falta de control de calidad en los amarres de la malla pueden provocar problemas.

Sin embargo, tal y como podemos ver en la siguiente fotografía del blog de Pablo Nieto, resulta imprescindible evitar el lavado del terreno sobre el que asienta para evitar descalzarlos. Para ello se debería proteger el intradós con un geotextil.

Actividad propuesta:

Tras el visionado de los vídeos que podéis ver a continuación, estaréis en condiciones de responder de forma razonada a las siguientes preguntas:

  1. ¿Cómo se ejecuta un muro de gaviones? Describe y secuencia las fases constructivas.
  2. ¿Necesitan mechinales los muros de gaviones?
  3. ¿Cómo se hace la excavación necesaria para realizar el muro de gavión?
  4. ¿Se pueden utilizar los muros de gaviones en terrenos blandos e inestables, que presenten asentamientos apreciables? Justifica la respuesta.
  5. ¿Qué diferencias existen entre los diques de gaviones y los de mampostería cuando se utilizan como obras de diques de retención en la cuenca de un barranco?

Referencia:

YEPES, V. (2016). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia. Editorial Universitat Politècnica de València, 202 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-457-9.

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Laboratorio virtual: empuje de tierras sobre un muro según Coulomb

Empuje activoEl ingeniero militar francés Charles-Augustin de Coulomb (1776) fue el primero en estudiar el problema de las presiones laterales del terreno y estructuras de retención. Este autor introduce una simplificación importante para calcular el empuje: se limitó a usar la teoría de equilibrio que considera que una cuña de terreno en rotura imitada por el trasdós y por un plano que pasa por el pie del muro como un cuerpo en movimiento para determinar la presión lateral limitante. La presión limitante horizontal en fallo en extensión o compresión se determinan a partir de Ka y Kp respectivamente. Se supone que la superficie de deslizamiento es plana, el drenaje del muro funciona bien y que no hay presiones intersticiales en el terreno. Aunque con simplificaciones, esta teoría permite calcular problemas en los cuales el paramento no es vertical y la superficie de relleno tiene cualquier forma.

 K_a = frac{ cos ^2 left( phi - theta right)}{cos ^2 theta cos left( delta + theta right) left( 1 + sqrt{ frac{ sin left( delta + phi right) sin left( phi - beta right)}{cos left( delta + theta right) cos left( beta - theta right)}} right) ^2}

 K_p = frac{ cos ^2 left( phi + theta right)}{cos ^2 theta cos left( delta - theta right) left( 1 - sqrt{ frac{ sin left( delta + phi right) sin left( phi + beta right)}{cos left( delta - theta right) cos left( beta - theta right)}} right) ^2}

 

Para que se pueda estudiar de forma cualitativa el efecto del empuje, se aporta un Laboratorio Virtual. El objetivo de este objeto de aprendizaje consiste en entender cómo varía el empuje activo horizontal sobre un muro aplicando la teoría de Coulomb. Éste coeficiente varía en función del ángulo de rozamiento interno del terreno, del ángulo de rozamiento de terreno y muro, y de la inclinación del muro. Supondremos un relleno horizontal sobre el muro.

Enlace al laboratorio virtual: https://laboratoriosvirtuales.upv.es/eslabon/EmpujeHorizontal/

Coulomb

 

Referencias:

Coulomb C.A., (1776). Essai sur une application des regles des maximis et minimis a quelques problemes de statique relatifs a l’architecture. Memoires de l’Academie Royale pres Divers Savants, Vol. 7

 

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¿Cómo predimensionar un muro sin calculadora?

Fuerzas actuantes sobre muro de contención

Los muros de contención de tierras constituyen una de las estructuras más frecuentes en la construcción de obras civiles y de edificación, siendo habitual la tipología de muros ménsula de hormigón armado. El proyecto de estos elementos de contención constituye un problema de interacción entre el suelo y la estructura cuya finalidad consiste en retener un material de forma suficientemente segura y económica.

Los muros se proyectan basándose en la validación de un diseño inicial que se modifica sucesivamente hasta cumplir con todas las exigencias. En primer lugar, se adopta una geometría previa empleando reglas de predimensionamiento sancionadas por la práctica o referencias de casos similares. Sobre este diseño tentativo se analiza el cumplimiento de determinados requisitos de seguridad (estabilidad y resistencia) y durabilidad. Si la estructura no cumple estos requerimientos, o si lo hace de forma muy holgada, se modifica el esquema inicial y se repite el proceso.

Diseño estructural por el método de prueba y error
Diseño estructural por el método de prueba y error

Continue reading “¿Cómo predimensionar un muro sin calculadora?”

Suelo reforzado con geotextiles

Una forma interesante de reforzar un suelo es mediante el empleo de geotextiles. Con este sistema se puede construir de forma económica y sencilla un muro de contención con el propio suelo. Los únicos inconvenientes es que son muy flexibles, el propio geotextil puede formar una capa débil que facilite el deslizamiento y hay que tener ciertas precauciones con la descomposición del geotextil debido a la luz solar.

Os dejo un pequeño vídeo donde podemos ver cómo se ejecuta esta unidad de obra.

 

Muros de escollera

Ejemplo de definición geométrica. http://construblogspain.wordpress.com/

Las obras hechas con grandes bloques de piedra son habituales en la construcción civil. Una primera clasificación atiende a su modo de ejecución. Así tenemos las vertidas (diques rompeolas), las compactadas (pedraplenes, presas, etc.) o las colocadas (muros). A este último caso nos referimos en esta entrada.

Los muros de escollera son los formados por grandes bloques pétreos, obtenidos generalmente mediante voladura y de forma más o menos prismática y superficies rugosas.

El Ministerio de Fomento ha editado una guía  (descargar) para el proyecto y la ejecución de este tipo de muros. En dicho documento, se entienden por muros de escollera colocada, los constituidos por bloques de roca  irregulares, de forma poliédrica, sin labrar y de gran tamaño (masa comprendida entre 300 y 3000 kg), que se colocan uno a uno mediante maquinaria específica, con funciones de contención o sostenimiento.

Os paso a continuación algunos vídeos para que veáis el proceso constructivo de esta unidad de obra.

Referencias:

YEPES, V. (2016). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia. Editorial Universitat Politècnica de València, 202 pp. ISBN: 978-84-9048-457-9.

 

Montaje de muros prefabricados

La prefabricación de muros con hormigón armado permite competir con los sistemas tradicionales de hormigón “in situ”. De hecho, numerosas casas de prefabricados se dedican a este menester por la gran versatilidad y ligereza del sistema, capaz de dar una gran calidad de acabados y presentando en numerosas ocasiones ventajas económicas.

Con estos sistemas, no se hace necesario el uso de paneles de encofrado, ni tampoco se tiene que renovar el tablero de madera fenólico de los paneles. Así, un muro prefabricado tipo podría colocarse mediante autogrúa en 10-20 minutos. Por contra, un muro tradicional de unos 6 m de altura y 15 m de longitud, tardaría unos 3 días en ejecutarse y precisaría de un andamio para ejecutar la segunda altura del muro. No son necesarias ni reglas alineadoras ni latiguillos o barras tipo dywidag.

Un aspecto relevante en este tipo de montajes es el relativo a la seguridad. Es muy importante que se realice un estudio del montaje y de cómo realizar tal operación (posicionamiento de grúas, manipuladores telescópicos, gatos y puntales de montaje, etc.). El diseñador de los prefabricados debe considerar las acciones de carga de viento, sismicas, lluvia con lavado de cimientos, y otras, para evitar que se desplome la estructura durante su montaje con el peligro que conlleva. Os sugiero una publicación de la Asociación Nacional  de la Industria del Prefabricado de Hormigón (ANDECE) denominada “Recomendaciones de seguridad en la ejecución de estructuras de edificación con elementos prefabricados de hormigón“.

Una buena alternativa a los muros nervados que vemos en las fotografías anteriores, es el muro doble prefabricado. Consiste en dos placas de hormigón armado de unos 6 cm de espesor unidas entre sí por celosías metálicas. Forman un sándwich que realiza a la vez función de encofrado, armado y acabado superficial del muro. En obra basta con rellenar con hormigón la parte central del mismo. Os dejo un dossier técnico de la firma Isotravis.

 

Os dejo un vídeo explicativo para que veáis el montaje. En este vídeo me gustaría que os fijaseis en las medidas de seguridad, para poder realizar un análisis crítico de las mismas. Desgraciadamente, los accidentes son graves si no se sigue un protocolo preestablecido en relación al montaje. Espero que sirva de ayuda su visualización para evitar errores irreparables.