Ing. MSc. GONZALO HINCAPIE AGUDELO
ASPECTOS COMPLEMENTARIOS PARA EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE ESTRUCTURAS DE RETENCION
OBJETIVO
Sensibilizar a los diseñadores y constructores en aspectos que pasan inadvertidos pero que inciden en la estabilidad de las estructuras diseñadas.
AGENDA Introducción
De donde los factores de seguridad
Beneficio de la altura critica hc
El problema de la fricción en la base
Distribución Sísmica
Plano de desgarre
Plano de falla preexistente
Concepto del muro bandeja
Concepto de la rotación en la base
Beneficio de la base inclinada
Ubicación cardinal de un talud
Capacidad de carga del dado
Separación entre dados
Inclinación del anclaje
Introducción De donde los factores de seguridad
Beneficio de la altura critica hc
El problema de la fricción en la base
Distribución sísmica
Plano de desgarre
Plano de falla preexistente
Concepto del muro bandeja
Concepto de la rotación en la base
Beneficio de la base inclinada
Ubicación cardinal de un talud
Capacidad de carga del dado
Separación entre dados
Inclinación del anclaje
INTRODUCCION TIPOS DE MUROS SEGÚN SU FUNCIONAMIENTO
Muros de Recubrimiento. Su función principal es crear una protección superficial contra los agentes erosivos y/o la meteorización.
Muros de Sostenimiento. Su función es mantener estable la infraestructura que se pretenda construir. Se realizan alejados del terreno natural, para posteriormente rellenar el espacio, que queda, con material adecuadamente seleccionado.
Muros de Contención. Su función es la de contener el terreno natural, el cual puede inducir, sobre el muro, esfuerzos mayores que los activos, como son los tectónicos
Introducción
De donde los factores de seguridad Beneficio de la altura critica hc
El problema de la fricción en la base
Distribución sísmica
Plano de desgarre
Plano de falla preexistente
Concepto del muro bandeja
Concepto de la rotación en la base
Beneficio de la base inclinada
Ubicación cardinal de un talud
Capacidad de carga del dado
Separación entre dados
Inclinación del anclaje
DE DONDE LOS FS
Tierras en Reposo Tierras en
Estado Activo
O2
O K H γ21E A
2A K H γ
21E
sen
sen
sen
sen
K
K
K
K
E
E
a
o
a
o
a
o
1
111
H 21
H 21
FSD2
2
FACTOR DE SEGURIDAD AL DESLIZAMIENTO. F.S.D.
φSen1FSD
Entonces el factor de seguridad al deslizamiento esta dado por la expresión:
Si el ángulo de fricción interna del suelo de base es φ= 30º entonces:
5.15.0130Sen1FSD o
Para un suelo de base con un = 30º el F.S.D. = 1.5
DE DONDE LOS FS
FACTOR DE SEGURIDAD AL VUELCO. F.S.V.
H E
B W 2
3H E3B 2W
FSV A
2
H EBW H E
B W 2
FSVFSV
O
A
Para muros donde la sumatoria de fuerzas verticales está localizada aproximadamente en
el borde del tercio interior, el F.S.V., es :
F.S.V
< 2.00 – HAY TRACCIÓN (-)
= 2.00--DISTRIB. TRIÁNGULAR
> 2.00 – HAY COMPRESIÓN (+)
H EBW
3H E3BW
FSV O
DE DONDE LOS FS
H E 2B W 3
3H E2BW
FSV A
H E 2BW
3H E6BW
FSV O
3
H E 2BW H E 2B W 3
FSVFSV
O
A
Para muros macizos(rectangulares) en donde la sumatoria de fuerzas verticales esta ubicada
aproximadamente en el centro de la base, el F.S.V., es :
F.S.V
< 3.00 – HAY TRACCIÓN (-)
= 3.00 --DISTRIB. TRIÁNGULAR
> 3.00 – HAY COMPRESIÓN (+)
DE DONDE LOS FS
FACTOR DE SEGURIDAD AL VUELCO. F.S.V.
Introducción
De donde los factores de seguridad
Beneficio de la altura critica hc El problema de la fricción en la base
Distribución Sísmica
Plano de desgarre
Plano de falla preexistente
Concepto del muro bandeja
Concepto de la rotación en la base
Beneficio de la base inclinada
Ubicación cardinal de un talud
Capacidad de carga del dado
Separación entre dados
Inclinación del anclaje
ALTURA CRITICA
En el caso de suelos cohesivos, en la cresta del muro es decir en la parte superior, la presión que se ejerce es negativa; este valor permanecerá negativo hasta que la profundidad alcance un valor hc.
Se le llama altura critica a la profundidad teórica que podría alcanzar una zanja sin que sea necesario recubrirla o apuntalarla.
BENEFICIO DE ALTURA CRITICA
𝐻
ℎ = 2𝐶𝛾
(𝐻−ℎ)
𝐸 𝐸
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Beneficio de la altura critica hc
El problema de la fricción en la base Distribución sísmica
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Concepto del muro bandeja
Concepto de la rotación en la base
Beneficio de la base inclinada
Ubicación cardinal de un talud
Capacidad de carga del dado
Separación entre dados
Inclinación del anclaje
FRICCION EN LA BASE
Queda a criterio del diseñador permitir el deslizamiento o no de la estructura.
Si desliza menor empuje (Ka) y posibles grietas.
Si no desliza mayor empuje (Ko).
𝑃
𝐹𝑠 = 𝐴𝑎. 𝑃
𝑃
𝐹𝑓𝑟 = 𝜇. 𝑃 𝐹𝑓𝑟 ≥ 𝐹𝑠
𝜇. 𝑃 ≥ 𝐴𝑎. 𝑃 𝜇 ≥𝐴𝑎ℎ
1 − 𝐴𝑎𝑣 𝜇 ≥ 𝐴𝑎
PROBLEMA DE LA FRICCION EN LA BASE
SOLADO
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Beneficio de la altura critica hc
El problema de la fricción en la base
Distribución sísmica Plano de desgarre
Plano de falla preexistente
Concepto del muro bandeja
Concepto de la rotación en la base
Beneficio de la base inclinada
Ubicación cardinal de un talud
Capacidad de carga del dado
Separación entre dados
Inclinación del anclaje
3𝐵
4
3𝐵
4
R
R 𝑄1𝐸 =𝑄𝑚𝑎𝑥.𝐵.1,0
2 = 𝐹𝑣 = 𝑅
𝑄1𝑆 =𝑄𝑚𝑎𝑥 𝑠𝑖𝑠.
3𝐵
4.1,0
2 = 𝐹𝑣 = 𝑅
1
2
COMPORTAMIENTO SISMICO
1 = 2
𝑄1𝐸 =𝑄𝑚𝑎𝑥.𝐵.1,0
2 = 𝐹𝑣 = 𝑅
𝑄1𝑆 =𝑄max 𝑠𝑖𝑠 .
3𝐵
4.1,0
2 = 𝐹𝑣 = 𝑅
𝑄1𝐸 .𝐵
2= 𝑄1𝑆.
3𝐵
4
2
3
4𝑄1𝐸 = 𝑄1 𝑆
𝑄1𝑆 = 1,33 𝑄1𝐸
COMPORTAMIENTO SISMICO
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Distribución sísmica
Plano de desgarre Plano de falla preexistente
Concepto del muro bandeja
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Beneficio de la base inclinada
Ubicación cardinal de un talud
Capacidad de carga del dado
Separación entre dados
Inclinación del anclaje
PLANO DE DESGARRE
Es el plano que forma la recta de ángulo 𝜗 desde el extremo exterior del talón hasta el trasdós del sistema de retención con la horizontal.
Todo el material depositado por debajo de dicha recta se convierte en parte integral del sistema de retención.
PLANO DE DESGARRE
𝜗 = 90 − 45 −𝜑
2. 1 −
𝛽
𝜑
PLANO DE DESGARRE
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Distribución sísmica
Plano de desgarre
Plano de falla preexistente Concepto del muro bandeja
Concepto de la rotación en la base
Beneficio de la base inclinada
Ubicación cardinal de un talud
Capacidad de carga del dado
Separación entre dados
Inclinación del anclaje
PLANOS DE FALLA PREEXISTENTES
𝛽 𝛽 45 +
𝜑
2 45 +
𝜑
2
P𝑙𝑎𝑛𝑜 𝑑𝑒 𝑓𝑎𝑙𝑙𝑎 𝑑𝑒 Rankine P𝑙𝑎𝑛𝑜 𝑑𝑒 𝑓𝑎𝑙𝑙𝑎 𝑑𝑒
Rankine
Terreno Natural
Terreno Natural
45 +𝜑𝑚2= 𝛽
𝜑𝑚 = 𝛽 − 45 . 2
𝜑𝑚 = 2. 𝛽 − 45 ≥ 0
45 +𝜑𝑚2= 𝛽
𝜑𝑚 = 2. 𝛽 − 45 ≥ 0
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El problema de la fricción en la base
Distribución sísmica
Plano de desgarre
Plano de falla preexistente
Concepto del muro bandeja Concepto de la rotación en la base
Beneficio de la base inclinada
Ubicación cardinal de un talud
Capacidad de carga del dado
Separación entre dados
Inclinación del anclaje
MUROS BANDEJAS
En lugar de transmitir todo el peso del terreno al talón, el relleno que actúa sobre las bandejas proporciona unos momentos compensadores o restauradores a los producidos por el empuje de tierras.
Ello permite construir muros sin talón o con talón muy reducido, con alzados muy esbeltos y baja relación B/H
MUROS BANDEJAS
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Plano de desgarre
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Concepto de la rotación en la base
Beneficio de la base inclinada
Ubicación cardinal de un talud
Capacidad de carga del dado
Separación entre dados
Inclinación del anclaje
ROTACION EN LA BASE
El empuje al cual se encuentra sometido un sistema de retención apoyado en un suelo blando, puede ocasionar pequeñas rotaciones en la base del sistema, las cuales en su desarrollo consumen una porción de la magnitud del momento de vuelco producido por el empuje de tierras. Por lo tanto el momento de diseño de la estructura de retención se reduce, y a su vez las cuantías de acero correspondientes también.
ROTACION EN LA BASE
∆
𝜃
𝒕𝒂𝒏𝜽= 𝑴𝑩𝟐𝑳
𝟏−𝝁𝟐
𝑬𝒔 I𝜽
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Beneficio de la base inclinada Ubicación cardinal de un talud
Capacidad de carga del dado
Separación entre dados
Inclinación del anclaje
BASE INCLINADA La inclinación en la base de un sistema de retención permite la descomposición de las fuerzas actuantes en el sistema en función de la magnitud de ángulo de la inclinación, por lo tanto las fuerzas desestabilizadoras pueden llegar a realizar aportes para la estabilidad del sistema, lo que aumenta significativamente los factores de seguridad al vuelco y al deslizamiento.
BENEFICIO DE LA BASE INCLINADA
𝜶
9𝐻
20
2𝐵
3
𝑤 𝑤 sen 𝛼
𝑤 cos 𝛼
𝐸
E sen 𝛼
𝐸 cos 𝛼
δ = tan−1𝐸
𝑊
𝑵𝑺𝑹 − 𝟏𝟎 𝑯. 𝟔. 𝟕
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Plano de desgarre
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Ubicación cardinal de un talud Capacidad de carga del dado
Separación entre dados
Inclinación del anclaje
UBICACIÓN CARDINAL DE UN TALUD
𝑎𝐶
𝑎𝐶
𝑉𝑁
𝑉𝑆
𝑤 𝑤
𝑤 𝑤
𝑎𝐶
𝑎𝐶
𝑉𝐸
𝑉𝑊
𝑤
𝑎𝑐 = 2 𝑉 ×𝑊
UBICACIÓN CARDINAL DE UN TALUD
𝑎𝑐 𝑣𝑠
𝑣0
𝑣𝑁
𝑣𝑊
𝑎𝑐
𝐼
𝐼𝐼
𝐼𝐼𝐼
𝐼V
𝐼 = Inestable 𝐼𝐼 = Semi-Inestable III = Semi-Estable IV = Estable
𝑁
𝐸 𝑤
𝑠
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Distribución sísmica
Plano de desgarre
Plano de falla preexistente
Concepto del muro bandeja
Concepto de la rotación en la base
Beneficio de la base inclinada
Ubicación cardinal de un talud
Capacidad de carga del dado Separación entre dados
Inclinación del anclaje
CAPACIDAD DE CARGA DEL DADO
𝑄𝐴𝐷𝑀 = 𝐶𝑁𝑐 + 1
2 𝛾 𝐵 𝑁𝛾
𝑄𝐴𝑃𝐿𝐼 =𝑇
𝐴𝐷𝑎𝑑𝑜
𝑄𝐴𝑃𝐿𝐼 ≤ 𝑄𝐴𝐷𝑀
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El problema de la fricción en la base
Distribución sísmica
Plano de desgarre
Plano de falla preexistente
Concepto del muro bandeja
Concepto de la rotación en la base
Beneficio de la base inclinada
Ubicación cardinal de un talud
Capacidad de carga del dado
Separación entre dados Inclinación del anclaje
Rf
Ro
B
Ѳ
Fr
S
SEPARACION ENTRE DADOS
𝑆 = 𝑅0 𝑒𝜃 tan 𝜑 + 𝐵
2
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El problema de la fricción en la base
Distribución sísmica
Plano de desgarre
Plano de falla preexistente
Concepto del muro bandeja
Concepto de la rotación en la base
Beneficio de la base inclinada
Ubicación cardinal de un talud
Capacidad de carga del dado
Separación entre dados
Inclinación del anclaje
INCLINACIÓN DEL ANCLAJE
𝜔 𝑇
𝛽𝐸 𝛼 𝜔
𝑆𝐼 𝜔 ≥ 𝜑𝑆𝑈𝑃 El Dado desliza
𝐻
𝑁
𝛼
INCLINACION DEL ANCLAJE
𝜔 𝑇
𝛽𝑖 𝛼 𝜔 𝐻
𝑁
𝛼
a = 90 − (𝛽𝑖 − 𝜔)
𝛼𝑚𝑎𝑥 ≤ 90 − 𝛽𝑖 Estático
𝛼𝑚𝑎𝑥 ≤ 90 − 𝛽𝑖 − 𝜃 Sísmico
MUCHAS GRACIAS…..