1.5 Muros a Gravedad - Apuntes 1 PDF

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Muro de gaviones...

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OBRAS CIVILES

12/10/2020

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MUROS A GRAVEDAD DEFINICIÓN: Son muros con gran masa que resisten el empuje mediante su propio peso y con el peso del suelo que se apoya en ellos; suelen ser económicos para alturas moderadas, menores de 5 m, son muros con dimensiones generosas, que no requieren de refuerzo. Los muros de gravedad pueden ser de piedra o gaviones, concreto ciclópeo y mampostería, la estabilidad se logra con su peso propio, por lo que requiere grandes dimensiones dependiendo del empuje.

La dimensión de la base de estos muros oscila alrededor de 0,4 a 0,7 de la altura. Por economía, la base debe ser lo mas 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 permisibles En cuanto a su sección transversal puede ser de varias formas, en la siguiente figura 7 se muestran algunas secciones de ellas.

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MUROS A GRAVEDAD TIPOS MUROS A GRAVEDAD:

GAVIONES

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HORMIGÓN CICLÓPEO

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MUROS A GRAVEDAD MUROS DE GAVIONES: Los muros de contención de gaviones son estructuras de gran volumen, están constituidos por cajas de malla metálica con dimensiones variables (estándares), las cuales son rellenadas en la obra con bloques de piedra. Estos muros deben ser diseñados para soportar las cargas del terreno y las sobrecargas aplicadas sin que se genere la rotura o deformación excesiva de su estructura, de su cimentación o del terreno sostenido.

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MUROS A GRAVEDAD MUROS DE GAVIONES: En el sitio de la obra, los gaviones se unen entre sí con una costura manual del mismo alambre de la malla. Los bloques de piedra que se utilizan para el llenado no deben ser susceptibles de meteorización o disgregación y deben tener una dimensión de una a dos veces la menor dimensión de la malla, para evitar pérdidas de material y asegurar la mayor densidad posible, la cual generalmente se considera entre 1600 – 1800 Kg/m3. El material sostenido está compuesto, normalmente, por un relleno que es colocado posteriormente a la construcción del muro entre este y el terreno original. Estos, junto con las eventuales sobrecargas que se aplicarán sobre el terraplén, forman las cargas que actúan sobre el muro. Por lo tanto, este debe ser dimensionado de forma tal que soporte estas cargas sin que se produzca una rotura o deformación excesiva de su estructura, de su fundación o del resto del macizo de tierra.

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MUROS A GRAVEDAD MUROS DE GAVIONES:

Protección márgenes de Ríos

Ornamentales

Obras Hidráulicas

Contención de suelos 12/10/2020

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MUROS A GRAVEDAD CARACTERÍSTICAS:

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MUROS A GRAVEDAD CARACTERÍSTICAS:

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MUROS A GRAVEDAD CARACTERÍSTICAS:

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MUROS A GRAVEDAD CARACTERÍSTICAS:

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MUROS A GRAVEDAD CARACTERÍSTICAS: Todos los alambres que se utilizan para la fabricación, armado e instalación de los gaviones deben ser de acero dulce recocido de acuerdo con las normas de la American Society for Testing Materials (ASTM) 641, esto es, el alambre deberá tener una tensión de ruptura media de 38 a 48 kg/mm2, cumpliendo con la siguiente proporción: Material Base Carbono: % C 0.06 - 0.10 Fósforo: % P máx. 0.04 Azufre: % S máx. 0.05 Los alambres deben ser revestidos con una triple aleación de zinc-5% aluminio de acuerdo con las especificaciones de la ASTM 856, este recubrimiento plástico es una camada de compuesto termoplástico a base de PVC que sirve de recubrimiento al alambre, La triple capa de zinc o "galvanización pesada", asegura una buena protección contra los fenómenos de corrosión y abrasión. 12/10/2020

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MUROS A GRAVEDAD CARACTERÍSTICAS:

FLEXIBILIDAD Las estructuras en gaviones, debido a su flexibilidad, permiten asentamientos y deformaciones sin perder su eficiencia y función estructural. Esta propiedad es, esencialmente, importante cuando la obra debe soportar grandes empujes del terreno y, a la vez, está cimentada sobre suelos inestables o expuestos a grandes erosiones.

Al contrario de las estructuras rígidas, el colapso no ocurre de manera repentina, lo que permite acciones de recuperación eficientes.

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MUROS A GRAVEDAD CARACTERÍSTICAS:

PERMEABILIDAD Los gaviones, al estar constituidos por malla y bloques sanos de piedra, son estructuras altamente permeables, lo que impide que se generen presiones hidrostáticas. Del mismo modo se constituyen como drenes que permiten la evacuación de las aguas de escorrentía, optimizando así las secciones de dichas estructuras.

Sumado a lo anterior, es recomendable la utilización de geotextil sobre toda el área de contacto suelo-muro, o bien, la colocación de un material granular, como filtro, en la espalda del muro, para evitar que el material fino penetre en el gavión, y obstruya el paso de las aguas.

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MUROS A GRAVEDAD PREDIMENSIONAMIENTO:

RELLENO

BASE = ALTURA “H” A CONTENER ALTURA NIVELES GAVION = 1.00m  gavión= 1600 – 1800 Kg/m3 Df min= 0.50m 12/10/2020

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MUROS DE GAVIÓN EJEMPLO DE CÁLCULO: DISEÑAR UNA ESTRUCTURA DE CONTENCIÓN MÁS ECONOMICA TIPO GAVIONES PARA RETENER EL TALUD ILUSTRADO EN EL ESQUEMA, EL ESTUDIO GEOTÉCNICO ESTABLECIÓ LOS SIGUIENTES DATOS DEL SUELO: Carretera f= 30 °  relleno= 1800 Kg/m3 (suelo granular)

s adm = 1.5 Kg/cm2 

gavión=

1600 Kg/m3

Vehículo Diseño HS20-44 Longitud de Muro= 8 metros CALCULAR EL COSTO DE LA E.C, SABIENDO QUE EL METRO CUBICO DE GAVIÓN EN OBRA ES DE 60 $ / m3

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MUROS DE GAVIÓN PRE DIMENSIONAMIENTO Y SELECCIÓN DEL TIPO DE GAVIÓN : Alto del Talud = 2.50m y se recomienda que mínimo Df=0.50m, entonces: H=3.00m, por lo tanto B=3.00m (Criterio de Pre dimensionamiento) Posibles secciones transversales de armado:

Opción 1: 9m2 / metro lineal de muro 12/10/2020

Opción 2: 6m2 / metro lineal de muro ING. CHRISTIAN MOYANO TOBAR

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MUROS DE GAVIÓN PRE DIMENSIONAMIENTO Y SELECCIÓN DEL TIPO DE GAVIÓN : Posibles secciones transversales de armado:

Opción 3: 6m2 / metro lineal de muro Relleno trabaja a favor del muro, peso propio del muro simétrico 12/10/2020

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MUROS DE GAVIÓN PRE DIMENSIONAMIENTO Y SELECCIÓN DEL TIPO DE GAVIÓN : Tipo de gavión a usar:

SECCIÓN TRANSVERSAL 12/10/2020

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MUROS DE GAVIÓN PRE DIMENSIONAMIENTO Y SELECCIÓN DEL TIPO DE GAVIÓN : Tipo de gavión a usar:

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MUROS DE GAVIÓN ANÁLISIS DE ESTABILIDAD GLOBAL 1.- Determinación de Empujes: Paramento interior (trasdos) vertical y relleno horizontal, aplicamos entonces Rankine Coeficiente Empuje Activo:

𝜑 2 30 = 0.333 45 − 2

𝐾𝑎 = 𝑇𝑎𝑛2 45 − 𝐾𝑎 = 𝑇𝑎𝑛2 Empuje Activo:

𝐸𝑎 =

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𝐾𝑎  𝐻2 𝐸𝑎 = 2

0.333 ∗1800 * 32 2

= 2700 Kg/m

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MUROS DE GAVIÓN ANÁLISIS DE ESTABILIDAD GLOBAL 1.- Determinación de Empujes:

Empuje Camión Diseño HS 20-44: q= 1110 Kg/m2

𝐸HS20-44 = q 𝐾𝑎 H

𝐸HS20-44 = 1110 * 0.333* 3 = 1110 Kg/ml

POR ESTA OCASIÓN NO VAMOS A ANALIZAR EL SISMO, ESTE PROCEDIMIENTO LO VEREMOS EN EL SIGUIENTE EJEMPLO Empuje TOTAL = Empuje activo + Empuje Camión Diseño HS 20-44 = 2700 + 1110 = 3810 Kg/ml

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MUROS DE GAVIÓN ESTABILIDAD AL VOLCAMIENTO: PESO PROPIO E.C

(m)

(m)

(m)

(m3)

(kg/m3)

(Kg)

(m)

(Kg*m)

LARGO

BASE

ALTO

VOLUMEN

g GAVION

PESO NIVEL GAVIÓN

Brazo Palanca

Momento Estabilizante

1.00

1.00

3.00

1.00

3.00

1600.00

4800.00

1.50

7200.00

2.00

1.00

2.00

1.00

2.00

1600.00

3200.00

1.50

4800.00

3.00

1.00

1.00

1.00

1.00

1600.00

1600.00

1.50

2400.00

NIVEL

PESO TOTAL MURO GAVIONES 9600.00

S ME

14400.00

PESO RELLENO SOBRE GAVIÓN WS1= Vol suelo 1 *  suelo WS1= 1 * 0.5 * 1 * 1800 = 900 Kg/m WS2= Vol suelo 2 *  suelo WS2= 1 * 0.5 * 2 * 1800 = 1800 Kg/m Peso Total Relleno sobre Gavión = 2700 Kg/m 12/10/2020

A

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MUROS DE GAVIÓN ESTABILIDAD AL VOLCAMIENTO: MOMENTO PESO RELLENO SOBRE GAVIÓN (Kg)

(m)

(Kg*m)

PESO RELLENO

Brazo Palanca

Momento Estabilizante

WS 1

900.00

2.25

2025.00

WS 2

1800.00

2.75

4950.00

2700.00

S ME RELLENO

6975.00

CARGA

PESO TOTAL

MOMENTO ESTABILIZANTE TOTAL (A): MOM EST GAVIÓN + MOM EST RELLENO = 14400 + 6975 = 21375Kg/ml FUERZA VERTICAL TOTAL: PESO PROPIO GAVIÓN + PESO RELLENO = 9600 + 2700 = 12300 Kg/ml MOMENTO DESESTABILIZANTE TOTAL (A): E ACTIVO (H/3) + E HS 20-44 (H/2) = 2700 (3/3) + 1110 (3/2) = 4365 Kg.m FSv=

𝑴𝒆 𝑴𝒗

≥𝟑

“Análisis Estático” 12/10/2020

FSv=

𝟐𝟏𝟑𝟕𝟓 𝟒𝟑𝟔𝟓

= 𝟒. 𝟖𝟗 ≥ 𝟑

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OK !!!! MURO NO SE VUELCA 23

MUROS DE GAVIÓN ESTABILIDAD AL DESLIZAMIENTO:

FSd=

𝐹𝑟 𝐸ℎ

“Análisis Estático”

= f

≥ 1.6

“Análisis Estático”

Ev = 0 Trasdos vertical y Relleno Horizontal c’ = 0 Suelo granular No se considera el EP porque en este caso no se puede garantizar su presencia durante toda la vida util de la E.C.

= 30°

Fr= 0.577 12300 = 7097.1 𝐾𝑔/𝑚

= 𝑇𝑎𝑛30° = 0.577

Empuje horizontal total= 3810 𝐾𝑔/𝑚

FSd=

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7097.1 3810

= 1.863 ≥ 1.6

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OK !!!! MURO NO SE DESLIZA

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MUROS DE GAVIÓN ESTABILIDAD A PRESIONES DE CONTACTO: CÁLCULO DE EXCENTRICIDAD:

𝑒𝑥 =

𝑒 𝑚𝑎𝑥 =

𝐵 − 𝑋𝑟 2

𝑋𝑟 = 𝑒𝑥 =

3 2

𝐵 6

=

3 = 0.50 𝑚 6

𝑀𝑒 −𝑀𝑣 𝑅𝑣

=

21375 −4365 12300

= 1.383 m

− 1.383 = 0.117 m 𝑒𝑥 ≤ 𝑒 𝑚𝑎𝑥

OK !!!! RESULTANTE DENTRO DEL TERCIO MEDIO SUELO EN COMPRESIÓN

CÁLCULO DE ESFUERZO ADMISIBLE MAX Y MIN:

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s max =

12300 3

1+

6 ∗0.117 3

s min =

12300 3

1−

6 ∗0.117 3

= 5059.4 𝐾𝑔/𝑚2

= 3140.6 𝐾𝑔/𝑚2

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MUROS DE GAVIÓN ESTABILIDAD A PRESIONES DE CONTACTO:

3140.6 𝐾𝑔/𝑚2

5059.4 𝐾𝑔/𝑚2

s adm = 1.5

𝐾𝑔 𝑐𝑚2

= 15000 Kg/m2

s adm ≥ s max 12/10/2020

OK !!!! SUELO NO FALLA A COMPRESIÓN NO SE HUNDE

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MUROS DE GAVIÓN ANÁLISIS DE ESTABILIDAD POR NIVELES Para garantizar la estabilidad del Muro de Gaviones y al NO SER UN ELEMENTO MONOLÍTICO, se debe realizar un análisis de estabilidad por niveles, para ello se debe considerar los siguientes criterios: 1. Para el análisis de estabilidad al Volcamiento: • • • •

Se considera el peso propio para cada nivel de gaviones En el caso del ejemplo, el peso del relleno sobre el gavión se considera solo para el nivel 2 El punto de volcamiento se considera en el extremo inferior de cada nivel Los empujes activo y de sobre cargas se consideran para un altura igual a la del alto del gavión

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MUROS DE GAVIÓN ANÁLISIS DE ESTABILIDAD POR NIVELES 2. Para el análisis de estabilidad al deslizamiento: • Se considera que coeficiente de fricción entre niveles de gaviones varía entre 0.5 y 0.7. • Para el calculo de la componente horizontal los empujes activo y de sobre cargas se consideran para un altura igual a la del alto del gavión.

3. Para el análisis de estabilidad a las presiones de contacto: • No se considera este análisis de estabilidad.

SI ALGUNO DE LOS NIVELES DE LA E.C NO CUMPLE CON LOS CRITERIOS, SE LO DEBE REFORZAR Y VOLVER A CALCULAR LA ESTABILIDAD GLOBAL DEL MURO DE GAVIONES.

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MUROS DE GAVIÓN DEBER: CON LOS DATOS DEL EJEMPLO REALIZADO, ANALIZAR LA ESTABILIDAD POR NIVELES Y VERIFICAR SU ESTABILIDAD GLOBAL EN EL CASO QUE NO CUMPLIERA.

ADICIONALMENTE DISEÑAR OTRA ALTERNATIVA DE E.C TIPO GAVIÓN DIFERENTE A LA YA REALIZADA. ESTA ACTIVIDAD DEBERÁ SER REALIZADA EN SU CUADERNO, ESCANEADA Y SUBIDA AL AULA VIRTUAL HASTA MÁXIMO EL DÍA Y HORA DE LA SIGUIENTE CLASE, SE CONSIDERA COMO PARTE DE LAS ACTIVIDADES ASINCRÓNICAS

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