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UNIVERSIDAD AUSTRAL DE CHILE
Facultad de Ciencias de la Ingeniería
Escuela de Ingeniería Civil en Obras Civiles
DISEÑO DE MUROS DE CONTENCIÓN SECTOR
LA AGUADA COMUNA DE CORRAL
Memoria para optar al título de: Ingeniero Civil en Obras Civiles
Profesor Patrocinante: Sr. Luis Collarte Concha. Ingeniero Civil M. Sc. en Ingeniería Civil
Susana Rojas Martínez Valdivia-Chile 2009
….. A mi madre, por su esfuerzo y aliento que han hecho posible el termino de este camino y el comienzo de otro.
INDICE
Resumen
Introducción
Estabilidad de taludes Medidas mitigadoras Objetivos Estructura y contenido de la memoria
Capitulo I : Marco Teórico – Conceptual.
1.1 Métodos de estabilización de taludes. 1
1.1.1 Corrección superficial 1 1.1.2 Corrección por modificación geométrica 3 1.1.3 Corrección por drenaje 3 1.1.4 Corrección por elementos resistentes 4
Capitulo II: Diseño de muros de contención.
2.1 Diseño de estructuras de contención 9
2.1.1 Diseño de muros 9 2.1.2 Procedimiento 10 2.1.3 Consideraciones para el diseño 10 2.1.3.1 Empujes de tierra 11 2.1.3.2 Revisiones de estabilidad 13 2.1.3.3 Armaduras 16
Capitulo III : Memórias de calculo.
3.1 Muro Nº1 18 3.2 Muro Nº2 21 3.3 Muro Nº3 25 3.4 Muro Nº4 28 3.5 Muro Nº5 31 3.6 Muro Nº6 34
Anexos
- 3.7 Muro Nº7 - 3.8 Muro Nº8 - 3.9 Muro Nº9 - 3.10 Muro Nº10 - 3.11 Muro Nº11 - 3.12 Muro Nº12
- Conclusiones
- 1.1 Fotografias de taludes Anexo 1: Fotografias
- 1.2 Fotografías de toma de muestras y densidades in situ
- 1.3 Fotografías de ensayos de laboratorio
- 2.1 Ensayos de laboratorio Anexo 2: Teoría de ensayos de laboratorio y topografía - 2.1.1 Ensayo de compresión no confinada - 2.1.2 Limites de atterberg - 2.1.3 Granulometría - 2.1.4 Densidad in situ - 2.2.1 Levantamientos topográficos 2.2 Topografía - 2.2.2 Nivelación taquimétrica
- Anexo 3: Resultados mecánica de suelos
ABSTRACT
The purpose of this study is to present a solution for the problem of slope instability in Sector La Aguada, Comuna de Corral, Región de los Ríos.
Nowadays, it is possible to observe many slopes in risk of crumbling, due to both the action of nature and man. This situation represents an imminent threat to the people living in that zone and their connectivity, because of the many roads involved.
First of all, a comprehensive observation of the area was made in order to establish which slopes were in risk of crumbling. After that, data for the design were gathered by means of soil mechanics tests and samplings, as well as by the respective topographical survey of every slope studied.
Finally, among the several measures suggested and detailed in this thesis in order to avoid such risk, the option of cantilever retaining walls is presented as the best one, these walls being built according to the Ministry of Public Works Highways’ Manual (Manual de Carreteras del Ministerio de Obras Públicas).
INTRODUCCION.
Con el objetivo de estudiar y proyectar soluciones destinadas a controlar las adversas consecuencias que provocan las fuertes e imprevistas remociones de tierra, es llevado a cabo este trabajo de tesis, orientado al diseño de muros de contención de tierras.
Nuestro país, y como lo hemos visto, es muy susceptible de sufrir este tipo de problemas debido entre otros factores a la topografía, sismicidad y lluvias intensas, sobre todo en el sur de nuestro territorio.
En este sentido es importante destacar que lo fenómenos de remoción de tierras constituyen un evento potencialmente catastrófico, si se producen en lugares cercanos a áreas urbanas, por lo que la situación de la zona en estudio es de alta vulnerabilidad y requiere de una solución rápida y eficiente. Ante tales circunstancias, existe la necesidad de proyectar y construir estructuras que permitan mediante su implantación en los lugares afectados , corregir y evitar dichas consecuencias catastróficas.
Para ello se realizará en primer término una búsqueda bibliográfica de los antecedentes generales relacionados con las distintas formas mitigadoras de riesgos de deslizamientos, como también de aquellos pertinentes al estudio de la mecánica de suelos y levantamientos topográficos.
Posteriormente se procederá a la búsqueda de todos los datos necesarios para el diseño, tales como propiedades del suelo y levantamiento topográfico para conocer la respectiva geometría de cada uno de los taludes, ya con estos datos establecidos, se realizará el diseño de cada uno de los muros de contención, para lo cual se elaborara un programa en MATHCAD que permite una iteración de valores más efectiva, siendo verificados según disposiciones de la dirección de vialidad, del Ministerio de Obras Publicas.
Los deslizamientos de taludes ocurren de muchas maneras y existen ciertos patrones que ayudan a identificar y reconocer áreas potenciales de fallas, lo cual permite el tratamiento del talud para eliminar o reducir a un mínimo el riesgo de falla. Algunos tipos de falla son: Desprendimientos. Son fallas repentinas de taludes verticales o casi verticales que producen el desprendimiento de un bloque o múltiples bloques que descienden en caída libre. Los desprendimientos son causados por socavación de taludes debido a la acción del hombre o erosión de quebradas Avalanchas.
Las avalanchas son el movimiento rápido de escombros, de suelo o de roca y puede o no comenzar con la ruptura a lo largo de una superficie de falla. Toda la vegetación, el suelo y la roca suelta pueden ser arrastrados. Las principales causas de avalanchas son las altas fuerzas de filtración, alta pluviosidad, derretimiento de nieve, sismos o deslizamiento gradual de los estratos de roca.
Flujo de escombros Este tipo de falla es similar a las avalanchas. Excepto que la cantidad de agua es mayor y por ello la masa fluye como lodo. La principal causa es el aporte de grandes lluvias y material suelto en la superficie.
Medidas mitigadoras Existen distintos tipos de medidas para solucionar el problema de estabilidad de taludes, en general se pueden agrupar en 3 tipos: las de tipo biológico, que apuntan a formar una cubierta vegetal protectora de la superficie del suelo, las de tipo social, que apuntan a un cambio en el uso de los terrenos y, las de tipo mecánicas, que consisten en obras de ingeniería.
En las de tipo mecánicas se encuentran los muros, que son elementos constructivos cuya principal misión es servir de contención, bien de un terreno natural, bien de un relleno artificial o de un elemento a almacenar. En los dos primeros casos el ejemplo típico es el de un muro de sostenimiento de tierras, mientras que un almacén granero es una muestra del tercero.
Los muros de contención se usan en muchos casos donde existen cambios abruptos en la pendiente del terreno o cuando las condiciones no permiten que las masas de tierra u otros materiales asuman sus pendientes naturales. Con frecuencia se usan muros de contención a lo largo de carreteras para reducir las cantidades de corte o terraplén, en otros casos se usan en los estribos de puentes, muros de sótanos, etc.
Existen diversos tipos de muros, tales como de gravedad, en voladizo o con contrafuertes (los que serán mostrados en el capitulo I), y su uso en determinadas situaciones dependerá de una variedad de condiciones, entre los cuales se pueden citar la magnitud y dirección de las cargas, profundidad de los suelos competentes de fundación, capacidad resistente para las cargas sísmicas, presencia de factores ambientales nocivos, proximidad de restricciones físicas, apariencia superficial de los muros y facilidades y costos de construcción y tipología de problema a solucionar entre otros.
Objetivos
Objetivo general
Solucionar los problemas de estabilidad de taludes del sector de la Agüada, mediante obras de contención de tierras.
Objetivos específicos
- Identificar los taludes en riesgo de falla
- Determinar propiedades de los suelos a través de ensayos de laboratorio e in situ.
- Realizar levantamiento topográfico de cada uno de los taludes.
- Disponer de las herramientas teóricas para el diseño de las obras de contención
- Aplicar la metodología desarrollada por la dirección de vialidad al diseño de muros de contención en voladizo.
Estructura y contenido de la memoria
El presente trabajo esta organizado en 3 capítulos adicionales a este capítulo introductorio, cuyos contenidos se describen a continuación:
En el Capítulo I se presenta la recopilación de los antecedentes relacionados con las diferentes medidas mitigadoras de riesgos de deslizamientos más tradicionales.
En el Capítulo II se muestran las consideraciones para el diseño, según disposiciones del manual de carreteras.
CAPITULO I
MARCO TEORICO-CONCEPTUAL.
1.1.-METODOS DE ESTABILIZACION DE TALUDES
1.1.1.-Corrección superficial
Se aplican en la superficie del talud y tienen una acción que afecta solo a las capas más superficiales del terreno.
Mallas de guiado de piedras: Son mallas de alambre metálicas, con las que se recubre la superficie de taludes rocosos, para evitar la caída de fragmentos de roca. Estas mallas se suelen fijar al terreno, siempre en la parte superior del talud o bermas intermedias. Como sistema de fijación pueden emplearse bulones u otro tipo de sujeción. La parte final de la malla se suele dejar por encima de la zanja de recogida de piedras. Existen otros tipos de mallas metálicas que fijadas a postes metálicos, soportan posibles desprendimientos de talud.
Figura 1.1 Malla de guiado de piedras Fuente: Oporto R. (2006)
Siembra de taludes: Para la siembra de taludes, se emplean hierbas, arbustos etc. Las especies por supuesto deberán ser capaces de adaptarse a las condiciones a las que van a estar sometidas.
Figura 1.2: Talud estabilizado con siembra de hierbas. Fuente: Oporto R. (2006)
Hormigón proyectado o shotcrete: Consiste en una capa de hormigón rociado sobre la superficie de taludes en roca. Este tratamiento superficial, evita la meteorización de la roca, y su deterioro progresivo, y desprendimientos de pequeña magnitud. El hormigón proyectado es un material frágil, por ello su ductilidad y resistencia se suele mejorar mediante su armado, pudiendo realizarse de varias maneras. a) colocando mallas de alambre metálico, antes de proyectar el hormigón b) incorporando a la mezcla seca, trozos de alambre de pequeño diámetro. Si se ejecuta una capa de hormigón proyectado sobre un talud, se debe disponer un drenaje adecuado. Para ello se perforan drenes de pequeña longitud que atraviesan la capa de hormigón ya endurecido. Si existen materiales de alteración (limos, arcillas, etc.) deben eliminarse antes de proyectar hormigón usando para ello aire a presión.
Figura 1.3 : Sistema de corrección por hormigón proyectado. Fuente: Oporto R. (2006)
Figura 1.5: Disposición de zanjas de drenaje en un talud. Fuente: Oporto R (2006)
Drenaje profundo:
Consisten en orificios que penetran en el terreno y que recogen el agua contenida en el mismo, atrayendo las líneas de corriente y deprimiendo el nivel freático.
Figura 1.6: Drenaje profundo
1.1.4 Corrección por elementos resistentes.
Anclajes
Son armaduras metálicas, alojadas en taladros perforados desde el talud y cementadas, trabajan en tracción y colaboran a estabilizar en dos formas:
Proporcionan una fuerza contraria al movimiento de la masa estabilizarte Producen un incremento de las tensiones normales en la superficie de rotura, lo que provoca un aumento de la resistencia al deslizamiento de dicha superficie.
La longitud de los anclajes suele oscilar entre 10 y 100 m y el diámetro de perforación entre 75 y 125mmm. Las barras de acero empleadas en los anclajes se denominan bulones o pernos de anclaje. El anclaje mediante cordones constituidos por alambres de alta resistencia se denomina anclaje por cable. Por consideraciones constructivas los bulones no suelen emplearse para anclajes de mas de 15 m. de longitud, por lo que su uso esta limitado a anclajes superficiales. Su capacidad de carga se limita entre 5 y 50 Tm. por bulón. Los anclajes por cables suelen tener una longitud de 100m y su capacidad de carga oscila entre 20 y 200 T por anclaje.
Figura 1.7: Detalle anclaje.
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
Muros de contención de gravedad: se construyen con hormigón simple o mampostería de piedra, dependen de su propio peso y el del suelo que descansa sobre la mampostería para su estabilidad. Este tipo de construcción no es económica para muros altos.
Muros de contención con contrafuertes: son similares a los muros en voladizo. Pero a intervalos regulares tienen losas verticales delgadas de hormigón conocidas como contrafuertes que unes entre si el muro con la losa de la base. La finalidad de estos contrafuertes es reducir las fuerzas cortantes y los momentos flexionantes.
Figura 1.11: Muro con contrafuertes.
Gaviones
Son paralelepípedos rectangulares construidos a base de un tejido de alambre de acero, el cual lleva tratamientos especiales de protección como la galvanización y la plastificación. El relleno es piedra de canto rodado o piedra chancada con determinado tamaño y peso especifico.
Figura 1.12: Muro de gaviones
Puede ser utilizado para sostener un relleno estabilizador en un talud de carretera Los muros de gaviones trabajan por gravedad.
Sus dimensiones mas frecuentes son:
- Longitud 2 a 4 m
- Altura: 0.3 a 1 m
- Ancho: 1 m
La gran resistencia mecánica de la malla metálica garantiza que esta no se desarme ó rompa manteniendo sin embargo la flexibilidad para las posibles deformaciones. La galvanización pesada de los alambres así como el revestimiento de P.V.C. permiten una gran durabilidad.
