El muro de contención es una estructura importante que proporciona estabilidad a la presa. Las fallas de los muros de contención ocurren a menudo en áreas montañosas porque la pendiente no es estable.
Sin embargo, como se explica en la parte final de este artículo, existen muchas causas por las que el muro de contención falla.
¿Qué es un muro de contención?
Es una estructura construida en hormigón, mampostería de mampostería, bloques prefabricados, etc. para asegurar la tierra y asegurar la estabilidad de una sección de tierra.
Dependiendo del tipo de construcción, la excavación de tierra se puede realizar de forma inclinada o vertical.
¿Cómo diseñamos un muro de contención?
El diseño de un muro de contención se realiza en dos fases.
- Comprobación de estabilidad: diseño en estado límite de servicio
La estabilidad de la pared se comprueba durante su uso en función de las cargas aplicadas.
En esta fase se comprueban errores de vuelco, deslizamiento, capacidad de carga y estabilidad del talud, etc.
Para cada uno de los casos anteriores existe un requisito de factor de seguridad. La estructura debe cumplir este requisito para ser considerada estable.
El artículo Cálculo de la estabilidad de muros de contención Más información sobre los métodos de cálculo se puede encontrar aquí.
- Diseño en estado límite último – diseño para cargas más altas
Las cargas factoriales se tienen en cuenta al diseñar los muros asociados en la etapa de capacidad de carga.
Por ejemplo, si consideramos un muro de contención de hormigón, determinamos el refuerzo en el muro y la base para flexión y corte según las cargas aplicadas.
Principales causas del fracaso del muro de contención
Las siguientes causas pueden considerarse factores clave que afectan la estabilidad del muro de contención. No se puede construir ningún muro de contención sin cumplir los siguientes requisitos de estabilidad.
- Errores reversos
- error de deslizamiento
- Fallo en la capacidad portante del suelo.
- Errores en la estabilidad de taludes
Analicemos cada uno de estos problemas en detalle y las medidas que se pueden tomar para evitarlos.
Errores reversos
El vuelco es una de las causas más comúnmente observadas de falla de los muros de contención.
El fallo por vuelco puede deberse a:
- Seguridad insuficiente en caso de vuelco
- Ancho de base insuficiente
- Errores de cálculo en el cálculo de estabilidad.
- Teniendo en cuenta el coeficiente de presión activa incorrecto. Suposiciones incorrectas en el diseño si las propiedades del suelo obtenidas de las pruebas del suelo no están disponibles.
- Aumentar los niveles de llenado con el tiempo
- Incrementar la carga del proyecto de lo previsto en el proyecto. Por ejemplo, se pueden tener en cuenta cargas adicionales excesivas.
Se debe tener cuidado para garantizar que haya suficiente brazo de palanca para proporcionar la estabilidad necesaria. Normalmente se mantiene en el diseño un factor de seguridad de aproximadamente 1,5.
Sin embargo, dependiendo del tipo de construcción, es posible que se requiera un factor de seguridad mayor.
error de deslizamiento
La resistencia al deslizamiento está garantizada por la base y la cuña de corte colocada debajo de la cimentación.
El artículo sobre la cuña de corte Para obtener más información sobre la cuña de corte diseñada para muros de contención, consulte.
El pasador de seguridad crea una resistencia pasiva a las cargas laterales que actúan sobre el muro de contención.
Debemos tener mucho cuidado al considerar la resistencia pasiva de la cuña de corte al determinar el factor de seguridad de deslizamiento. Debe haber suficiente suelo compactado detrás de la cuña de corte para movilizar la presión pasiva. Si hay tierra suelta, la presión pasiva esperada no se movilizará y, como resultado, la pared comercial puede deslizarse.
La base del muro de contención también ofrece una importante resistencia al deslizamiento. Dependiendo de la naturaleza del suelo, existen dos tipos de resistencia base.
Esto sólo se aplica si los muros de contención están construidos sobre superficies rocosas. Si su estructura está en el suelo, solo podemos considerar el componente de fricción.
- Fricción entre el material base y la roca.
La fricción es la resistencia al movimiento de una superficie contra otra. La fricción se evalúa en función del ángulo de fricción entre las dos superficies. Es función de la reacción entre las superficies.
Resistencia = R.tanδ donde tanδ es el ángulo de fricción y R es la reacción en la superficie.
- Resistencia debida a la cohesión en la superficie de la roca.
La irregularidad de la superficie de la roca proporciona resistencia al deslizamiento. Aumenta significativamente el factor de seguridad contra resbalones.
Resistencia = aprox. donde C es la cohesión y A es la superficie.
Este método se utiliza a menudo en la construcción de presas.
Una evaluación inadecuada del ángulo de fricción, del peso de la estructura y de la cohesión de la superficie puede provocar el fallo del muro de contención durante el deslizamiento.
Fallo en la capacidad portante del suelo.
La presión debajo de la base del muro no es uniforme debido a la rotación en la base causada por la presión lateral de la tierra. Un aumento en la presión del suelo más allá de la presión de soporte permitida puede causar que el muro de contención falle.
Por lo tanto, es muy importante comprobar la presión del suelo debajo de la base de un muro de contención.
El voltaje se puede verificar usando la siguiente ecuación.
σ = F/A ± MI/año
donde σ es la tensión del suelo debajo de la base, F es la fuerza vertical, A es el área de la base (el cálculo se realiza para 1 m de longitud; A = 1 x B; B es el ancho de la base), M es el momento, I es el segundo momento de inercia de la base e y es la profundidad al eje neutro.
Usando la ecuación anterior, debemos verificar si esto aumenta la presión de rodamiento permitida.
Errores en la estabilidad de taludes
La estabilidad del talud es uno de los principales factores que se deben considerar al diseñar muros de contención. Si hay un problema de estabilidad del talud, no podemos evitar que el muro de contención falle, incluso si otros modos de falla tienen factores de seguridad más altos.
La figura anterior muestra claramente el tipo de falla del suelo. Independientemente de si el muro de contención es estable o no, colapsará con este tipo de falla.
Habrá superficies de fractura similares desde la parte superior hasta la parte inferior de la pared. Se debe calcular el factor de seguridad para cada tipo de fractura. Si cada superficie de falla mantiene el factor de seguridad requerido, tales fallas en el muro de contención no pueden ocurrir.
Puede resultar difícil realizar el análisis manualmente, ya que es un proceso tedioso y que requiere mucho tiempo. Si utilizamos software como Slope W podremos encontrar el factor mínimo de seguridad muy fácilmente.
Además de los modos de falla mencionados anteriormente, existen muchas otras razones por las cuales fallan los muros de contención.
Otras causas de falla del muro de contención
- Falta de refuerzo
Debido a errores en los cálculos de diseño o en los detalles del refuerzo, el dibujo puede indicar un refuerzo insuficiente, lo que podría provocar la falla del muro de contención.
Incluso si los diámetros y espaciamientos de las barras se especifican correctamente en el plano, es posible que no se coloquen correctamente durante la construcción.
Además, es necesario proporcionar conexiones de corte cerca de la base del muro a medida que aumenta la altura del muro. Cálculos incorrectos o errores de diseño pueden provocar que estas armaduras sufran fallos por cortante al colocar el muro de contención.
- Formación excesiva de agua de riego.
Por lo general, se proporcionan orificios de drenaje para evitar que se forme agua a presión detrás del muro de contención. Se colocan a intervalos regulares para drenar el agua acumulada detrás de ellos.
Una mala construcción o una instalación inadecuada pueden obstruir las tuberías y aumentar la presión del agua de los poros. Esto crea una presión significativa sobre el muro de contención.
Por ejemplo, si consideramos la presión sobre el suelo para un ángulo de fricción de 30 grados, será 0,33 x 20 h = 6,67 h. La presión del agua es de las 10 en punto. Aquí se supone que la densidad del suelo es de 20 kN/m3.
Presión del sol sin agua = 6,67 h
Con agua = 0,33 (20 -10) h + 10 h = 13,3 h
En presencia de agua, la presión aumenta significativamente. Esto hace que el muro de contención falle.
- Estimación incorrecta de los coeficientes de presión del suelo.
Los coeficientes de presión del suelo se calculan a partir de las propiedades del suelo. La representación incorrecta del suelo en el análisis y diseño puede provocar la falla del muro de contención.
Los parámetros del suelo se determinan mejor mediante pruebas del suelo y pruebas posteriores del suelo. Sin embargo, se observa que muchos proyectos se llevan a cabo con base en valores supuestos.
Estas prácticas pueden aumentar el riesgo de fracaso.
- Cimentaciones poco profundas
La profundidad de los cimientos es muy importante si el terreno está en pendiente. Además, una mayor profundidad de los cimientos mejora la estabilidad incluso cuando se construye en terreno nivelado.
Si el terreno es inclinado, existe un alto riesgo de erosión del suelo. Esto puede hacer que la base de los cimientos quede expuesta y reducir la resistencia al vuelco y al deslizamiento.
Estas medidas pueden provocar el fallo de los muros de contención.
- Facturación excesiva
Si los cimientos se construyen sobre un terreno débil, la pared puede asentarse cuando se le aplica presión de tierra.
Como la presión bajo la base no es uniforme debido al vuelco, un lado se asienta más que el otro.
Esto compromete la estabilidad del muro de contención y provoca una deformación excesiva.
- Estrés inesperado
Normalmente, los muros de contención están diseñados para una carga determinada según los requisitos del proyecto.
La carga inesperada puede hacer que el muro de contención falle. Por ejemplo, puede construir un edificio al lado del muro de contención. Esto aumenta la presión sobre el muro de contención.
Esto hace que el muro de contención se mueva más lateralmente a medida que gira alrededor de la base. También existe el riesgo de que un nuevo edificio construido cerca del muro de contención se derrumbe.
- Cargas sísmicas
Dependiendo de la ubicación del muro de contención y las orientaciones del área específica, los muros de contención se pueden diseñar para adaptarse a las fuerzas causadas por los terremotos.
Independientemente de si la construcción se encuentra en una zona sísmica o no, estructuras muy importantes, como los muros de contención de la presa, tienen en cuenta ciertas aceleraciones sísmicas en el proyecto con vistas a la seguridad de la presa.
Existen fórmulas especiales desarrolladas por el Cuerpo del Ejército de EE. UU. para determinar los coeficientes de presión sísmica de la Tierra. Se pueden utilizar en la construcción. Directiva sobre muros de contención y protección contra inundaciones, EM 1110-2-2502. Se pueden utilizar los siguientes métodos para calcular los coeficientes de presión.
- Problemas con los detalles de refuerzo.
Además de los planos estándar, también se deben presentar planos de refuerzo claros para el proyecto.
Los dibujos que muestran una disposición típica no pueden explicar con precisión las condiciones de contorno y el diseño está ejecutado incorrectamente.
Las posiciones y longitudes de superposición deben especificarse correctamente para ayudar al equipo de construcción a comprenderlas. Longitudes de solape incorrectas o refuerzos superpuestos en momentos flectores muy elevados, etc. puede provocar la falla del muro de contención.
