Muro de contención

Debe construir una pendiente o un muro de contención si identifica una diferencia de pendiente durante el proceso de diseño.

Considere una pendiente si hay espacio adecuado para construir una pendiente estable que satisfaga el factor mínimo de seguridad requerido en la práctica de diseño actual.

Utilice un muro de contención si no hay espacio adecuado para una pendiente estable.

La pendiente máxima de la pendiente viene dictada por el análisis de estabilidad global que requiere factores mínimos de seguridad según lo indicado en el Manual Geotécnico.

La pendiente se puede proteger con escollera para desalentar la erosión y/o eliminar la necesidad de cortar el césped y otros tipos de mantenimiento.

Considere los siguientes criterios al elegir un muro de contención:

El primer paso en la selección de un muro es determinar si se construirá en una situación de desmonte o de terraplén. Utilice muros de tipo relleno en situaciones de relleno de terraplenes. Si bien los muros de relleno se pueden construir en situaciones de corte, no ocurre lo contrario con todos los muros cortados.

La construcción de muros de relleno en cortes requiere excavación adicional detrás de la cara del muro y, posiblemente, apuntalamiento temporal. Para muros de relleno construidos en cortes, el costo del muro, la excavación y el apuntalamiento pueden exceder el costo de un muro cortado más adecuado.

condición de llenado

Dos condiciones de llenado comunes son:

Condición de corte/relleno

Esta condición consiste en colocar relleno en la parte superior de un talud y retirar la parte inferior del talud. Esta condición generalmente se encuentra cuando se mejoran las instalaciones de acceso controlado cuando se amplían tanto los carriles principales como las vías secundarias. A continuación se muestra un diagrama de una condición de corte/relleno.

Considere los siguientes tipos de paredes para esta situación:

condición de corte

En esta condición, la operación principal es remover tierra con poco o ningún relleno colocado. Las opciones de muro para esta condición son similares a las de la condición de desmonte/relleno. Se aplican las mismas consideraciones, excepto que las paredes del pozo amarradas y perforadas son más fáciles de construir en esta condición. A continuación se muestra un diagrama de una condición de corte. Otros tipos de muros cortados a considerar aquí son los muros clavados en tierra o roca.

Los muros clavados de tierra y roca se pueden construir en muchas situaciones de corte y son muy adecuados para situaciones de altura libre baja debajo de estructuras, incluida la construcción de muros giratorios debajo de puentes. Si es posible, la parte superior de la pared no debe estar a más de dos pies por encima del nivel existente.

El pozo perforado y las paredes amarradas requieren perforar un agujero vertical en el suelo. Esto exige que se disponga de un espacio libre superior adecuado para el equipo de perforación. Si no hay espacio libre disponible, se puede utilizar equipo de perforación con altura libre baja y se pueden empalmar refuerzos de eje o miembros de pilotes soldados a medida que se insertan en el orificio. Estas operaciones aumentan considerablemente los costos. En una situación de altura libre baja, una pared clavada suele ser más económica.

El espacio libre horizontal es una consideración para paredes amarradas y clavadas. Los amarres a menudo se instalan con un sinfín de vuelo continuo algo más largo que la profundidad del pozo, lo que generalmente significa que se requiere un espacio libre horizontal de 50 pies o más. Se pueden utilizar barrenas seccionales en áreas de espacio libre limitado. Los clavos, al ser más cortos, normalmente necesitan alrededor de 20 pies o más de espacio para su instalación. Debido al tamaño mínimo del equipo de perforación común utilizado, los espacios libres horizontales de 20 pies y los verticales de 6 pies deben considerarse espacios mínimos. El espacio libre total requerido dependerá de la longitud y el ángulo de instalación de los clavos.

El último criterio es la estética, un área difícil porque las opiniones varían mucho. Dentro de lo razonable, la mayoría de los tratamientos estéticos se pueden realizar independientemente del tipo de pared.

Algunas paredes, como las de bloques de hormigón, tienen una apariencia única que no puede ser duplicada por otro tipo de pared. Sin embargo, los elementos de revestimiento de bloques de concreto se pueden usar con otro tipo de pared para lograr el objetivo estético.

El tratamiento estético de los muros de contención puede involucrar elementos tales como:

Dependiendo del tratamiento seleccionado, es posible que el costo no se vea afectado significativamente. El uso de revestimientos de encofrado simples puede resultar económico y el hormigón coloreado puede resultar costoso. El acabado normal de la superficie de campo del concreto coloreado también puede producir colores variables.

Considere también la cantidad de interacción que se producirá entre el público automovilista y el tratamiento estético. Un gráfico complicado al lado de una carretera de alta velocidad es borroso para la mayoría de los conductores que pasan, quienes podrían ver el gráfico durante sólo décimas de segundo. En este caso, un revestimiento de encofrado simple podría ser un tratamiento más apropiado. Si una pared da a un parque u otra área pública, es posible que se justifiquen tratamientos más elaborados.

Las posibles distorsiones de la pared durante la construcción o después de la construcción pueden afectar significativamente la apariencia estética. Los muros MSE, por ejemplo, son sistemas de muros flexibles que experimentan cierto movimiento durante la vida útil del muro.

Los tratamientos estéticos con paisajismo junto con muros de contención deben realizarse con cuidado. Si se prevé un riego extensivo del jardín, es posible que se necesiten medidas de drenaje adicionales para garantizar que no se acumulen presiones excesivas detrás de las paredes.

A veces es difícil elegir la pared más adecuada para una condición de corte o corte/relleno. Es posible que el diseñador no pueda evaluar los factores que un contratista considera importantes, como la disponibilidad de equipos o el costo de transporte del suelo excavado para la construcción de muros MSE en un corte. En tales casos, el diseñador puede optar por incluir un tipo de pared alternativo en los planos para que el contratista pueda determinar la opción más económica.

Cuando se incluyen tipos de muro diferentes en los planos para un solo muro, presente los tipos de muro como alternativos para que los elementos de oferta apropiados puedan incluirse en cada alternativo. Un muro alternativo MSE en un corte debe incluir un elemento de apuntalamiento temporal, mientras que el alternativo amarrado no necesitaría un elemento de apuntalamiento. A continuación se muestra un diagrama de flujo de selección de paredes.

Considere cuidadosamente la ubicación de los muros de contención. La ubicación de una pared puede afectar significativamente la cantidad de pared.

Pendientes laterales del terraplén

Considere una separación a nivel típica donde el derecho de paso inadecuado requiere la colocación de muros de contención a lo largo del terraplén de acceso. En estas situaciones, los muros se pueden colocar en el borde de la calzada superior con la parte superior del muro coincidiendo con la parte superior del terraplén o a cierta distancia del borde del pavimento con la pendiente extendiéndose desde el borde del pavimento hasta la parte superior del muro.

La colocación del muro coincidente con el borde del pavimento requiere la colocación de un riel de concreto encima del muro y elimina cualquier posibilidad de una futura ampliación de la calzada superior; sin embargo, mejora la capacidad de servicio a largo plazo del muro.

Colocar el muro a una distancia del borde del pavimento requiere el uso de una valla de protección o una barrera de concreto en el borde del pavimento. También permite una futura ampliación de la calzada superior si se toman las disposiciones necesarias en el diseño inicial y los detalles del muro.

Ampliación de secciones de relleno

Las secciones de relleno que se están ampliando presentan consideraciones especiales. Por lo general, se debe excavar algo de tierra para permitir la construcción de un muro MSE.

Colocar la cara del muro lo más cerca posible del pie del talud existente minimiza la excavación y el apuntalamiento temporal. Se debe tener cuidado para garantizar que la pendiente sea estable y que se cumplan los requisitos de estabilidad global del muro.

Colocar el muro cerca de la parte superior del terraplén existente requiere el uso de un muro tipo corte o un muro tipo relleno con apuntalamiento extenso.

Secciones deprimidas

En secciones deprimidas, considere un ancho adicional para la calzada inferior para permitir futuras adiciones de carriles. Una vez que los muros de contención están colocados, no se pueden mover para adaptarse a futuros requisitos de ancho.

Estribos de puentes

Coloque los muros de contención a una distancia razonable frente a los estribos del puente para permitir un espacio libre adecuado para la construcción del muro. Para la mayoría de los muros de contención, la cara de la pared debe estar al menos a 3 pies delante de la cara de la tapa del pilar. Para muros de amarre, suelo-clavos y MSE, esto es especialmente crítico porque es posible que sea necesario inclinar los anclajes y refuerzos de muro alrededor de los cimientos de los pilares.

Para mejorar la apariencia de las paredes, controle la parte superior del perfil de la pared con curvas verticales en lugar de elevaciones discretas en puntos específicos. Esto da como resultado una parte superior de la pared mucho más suave.

Estructuras detrás de las paredes

Considere la proximidad de un muro de contención a las estructuras detrás del muro. Las paredes MSE generalmente se colocan al menos entre uno y tres pies delante de los cimientos para dejar espacio para unir los refuerzos a los paneles de revestimiento y sesgar los refuerzos.

Investigue a fondo la estabilidad del muro de contención. El análisis de estabilidad debe realizarse tanto para condiciones de corto como de largo plazo.

A diferencia de las fallas de los cimientos, que pueden ocurrir lentamente durante un período de años, los muros de contención pueden fallar rápidamente con resultados catastróficos. Las fallas en los muros de contención pueden cerrar una instalación de transporte tan rápido como la falla de un puente.

Deslizamiento y vuelco

El deslizamiento implica la traslación lateral de una pared debido a una resistencia inadecuada al movimiento en la base de la pared. Las fallas por deslizamiento anteriores han involucrado suelo marginal en la base de los muros.

El vuelco depende de la masa del muro para resistir las fuerzas impulsoras del suelo detrás del muro. Debido a que las fuerzas impulsoras se aplican al muro a aproximadamente dos tercios de la altura del muro por encima de la base, el muro tiende a volcarse si la masa o geometría del muro es inadecuada.

Consulte la norma vigente para conocer los factores mínimos de seguridad para estos dos modos de falla.

Excentricidad

La combinación de cargas verticales y horizontales sobre una pared se combinan para producir una fuerza resultante en la base de una pared, que no está en el medio de la zapata. La distancia entre el centro de la zapata y la ubicación de la fuerza resultante es la excentricidad. La ubicación de la fuerza resultante se limita al tercio medio de la zapata en el diseño para garantizar que la parte trasera de la zapata no se levante del suelo.

Presión de rodamiento

El peso de la masa del muro y las fuerzas impulsoras activas detrás del muro ejercen presión sobre el suelo de cimentación a lo largo de la base del muro. La presión es mayor en la base del muro. Si se excede la capacidad de carga máxima del suelo debajo de la base del muro, la base del muro puede hundirse en el suelo de los cimientos. El resultado es una distorsión local de la cara del muro.

Generalmente se considera adecuado un factor de seguridad de 2,0 en la capacidad de carga.

Estabilidad global

Las fallas globales de los muros abarcan todo el muro así como una porción del suelo retenido. Este tipo de falla no siempre depende específicamente del diseño de la pared, sino más bien de la resistencia de los cimientos y del suelo retenido. Los programas informáticos pueden evaluar la estabilidad global.

Consulte el Manual Geotécnico de TxDOT para conocer el factor mínimo de seguridad para la estabilidad global.

Asentamiento

El asentamiento puede ser significativo cuando los muros se construyen sobre un suelo más blando que aproximadamente 5 golpes/12 pulgadas de TCP. El asentamiento es principalmente un problema en las áreas costeras del estado donde el suelo es más blando que dos golpes/12 pulgadas a profundidades de 20 a 50 pies.

Si se construye un terraplén de acceso a un puente sobre suelo sujeto a asentamientos significativos, existen varias opciones para acelerar la consolidación o instalar mejoras en los cimientos.

El asentamiento se puede acelerar instalando drenajes verticales a través del subsuelo compresible. También es más probable que la construcción de terraplenes en suelos muy blandos produzca fallas de estabilidad rotacional durante la construcción si no se toman precauciones.

Cuando encuentre capas significativas de suelo blando, obtenga muestras para pruebas de consolidación para determinar un posible asentamiento. Tenga en cuenta que los datos obtenidos de las pruebas de consolidación son sólo aproximados.

Templar los valores calculados para el asentamiento con experiencia previa en el área. Cuando se prevé un asentamiento significativo, la mejor solución puede ser alargar el puente y, por tanto, reducir la altura del acceso. Esta suele ser la solución más económica y práctica.

El diseño de muros de contención requiere un conocimiento profundo de la ingeniería estructural y geotécnica. Esto no significa que una sola persona deba diseñar todos los aspectos de un muro de contención. Un ingeniero estructural suele utilizar las cargas de diseño y las presiones permitidas recomendadas por un ingeniero geotécnico para diseñar el muro.

Los siguientes procedimientos de diseño transmiten métodos generales y no abordan todas las situaciones de diseño.

Distribución de la presión del suelo

Determine la presión aplicada por el suelo sobre una estructura de contención mediante diferentes métodos según el tipo de muro.

El suelo detrás de las paredes, que pueden desviarse o moverse libremente en respuesta a las cargas aplicadas, se considera que está en estado activo. Para esta condición, calcule la presión del suelo basándose en los métodos de Rankine o Coulomb. La distribución de presión es de forma triangular y la presión máxima se produce en la parte inferior de la pared. Este es el caso de zapatas extendidas, MSE, pozos perforados y muros de tablestacas. Generalmente se supone que la presión del suelo aumenta hacia abajo a una tasa de 40 psf por pie de profundidad.

Estructuras como muros amarrados o apuntalamientos de excavación arriostrados son más o menos fijos y, por lo tanto, no pueden alcanzar el estado activo. Para esta condición, utilice una distribución de presión del suelo propuesta por Terzaghi y Peck. La distribución de la presión tiene forma de trapezoide.

Análisis interno

El análisis interno se refiere al diseño de la estructura del muro para resistir las tensiones inducidas por la presión del suelo aplicada al muro. Este aspecto del diseño comprende principalmente la ingeniería estructural. Los distintos elementos del muro deben diseñarse para soportar las tensiones generadas de modo que se alcance un factor de seguridad adecuado.

Análisis externo

El análisis externo de los muros examina si los muros permanecerán donde se construyeron. Una serie de fallas de muros y terraplenes demuestran que la estabilidad externa es tan importante como el diseño interno. La estabilidad externa se evalúa rutinariamente para muros de tipo relleno. Las paredes tipo corte no se verifican rutinariamente para determinar su estabilidad externa debido a los diferentes enfoques de su diseño. Sin embargo, si hay un suelo excepcionalmente blando, verifique los diversos aspectos de la estabilidad externa de las paredes tipo corte. Como siempre, debe prevalecer el buen criterio de ingeniería.

Nc, Nq, Ng son factores teóricos basados ​​en la geometría de la masa de suelo que falla debajo de una zapata, c es la cohesión del suelo y g es la densidad del suelo. Normalmente se requiere un factor de seguridad de dos para la capacidad de carga. La siguiente figura muestra estos factores.

Responsabilidad

El ingeniero del proyecto debe asegurarse de que el sistema de muro de contención seleccionado para una ubicación determinada sea apropiado. Los proveedores de muros de MSE sólo son responsables de la estabilidad interna y externa de sus muros. La estabilidad general (global) de un sistema de muro MSE es responsabilidad del ingeniero que selecciona este tipo de muro para incluirlo en los planos.

El RW(MSE)DD (Datos de diseño) es una hoja estándar de 2013 en la sección patentada de muros de contención. Esta hoja estándar debe usarse junto con el estándar RW(MSE). Se requiere que el diseñador del muro de contención registrado en el momento de la preparación del plan complete esta hoja con los supuestos fundamentales para el diseño del muro, y firme y selle esta hoja. Consulte el documento Guía RW(MSE)DD para obtener más información sobre el uso de esta norma.

Geometría

La geometría de la ubicación suele dictar la selección de un sistema de muro de contención. El Manual Geotécnico ofrece información sobre la evaluación de la geometría y la selección de varios tipos de muros.

Los muros MSE se utilizan comúnmente en proyectos de TxDOT; sin embargo, en muchas situaciones, especialmente en cortes, las paredes MSE pueden no ser el tipo de pared más apropiado. A menudo, la excavación y el apuntalamiento adicionales necesarios para la instalación de muros MSE en situaciones de corte los hacen antieconómicos y difíciles de construir. Aunque los muros amarrados, clavados en el suelo, con pozos perforados y de zapata extendida requieren considerablemente más esfuerzo y tiempo de diseño, son preferibles en muchas situaciones de corte.

Se debe evaluar la viabilidad de cada instalación propuesta de muro de contención. Por lo general, esto implica una simple revisión de la altura de la pared, la geometría del sitio y las perforaciones del suelo.

En general, no se recomienda colocar muros en pendientes superiores a 4:1. Esta condición debe revisarse cuidadosamente para determinar su estabilidad tanto a corto como a largo plazo. De particular preocupación son los muros colocados en pendientes recién cortadas, donde los datos del suelo pueden indicar altas resistencias al nivel de excavación. El material recién expuesto se ablandará con el tiempo y se debe realizar una evaluación de las resistencias a largo plazo al analizar las paredes en esta situación.

Es posible que los distritos locales quieran modificar estas pautas según su experiencia con proyectos específicos y condiciones locales.

Características del suelo

El penetrómetro de cono de Texas tiene una correlación deficiente para suelos con resistencias muy bajas y puede producir resultados demasiado conservadores. Al evaluar la estabilidad de paredes en suelos con menos de 20 golpes por pie, puede ser apropiado realizar pruebas de laboratorio o in situ además del TCP. Las pruebas de laboratorio de corte triaxial o directo generalmente arrojarán resistencias del suelo más precisas para este tipo de análisis.

Condiciones reales del suelo

Debido a que las perforaciones del suelo se realizan en lugares discretos, es difícil determinar qué condiciones del suelo se experimentarán en un área más amplia.

Durante la construcción de muros de contención, evalúe la ubicación propuesta del muro de contención y notifique a los diseñadores del proyecto sobre posibles problemas.

Los posibles problemas de estabilidad incluyen los siguientes:

Cada una de estas condiciones debe informarse al diseñador de la pared. Puede ser necesario mejorar la base del suelo.

Cumplimiento de planos y especificaciones.

Asegure el cumplimiento de los planos y especificaciones durante la construcción, especialmente con respecto al ancho del volumen reforzado, la longitud de las correas y el tipo de relleno utilizado. Una serie de problemas de rendimiento de los muros de contención a corto y largo plazo son el resultado de que el contratista no cumple con las especificaciones y los requisitos del plan.

Sondear

Los muros MSE requieren especial atención a la colocación y compactación del relleno seleccionado. Supervise la verticalidad de los paneles de pared al finalizar el relleno de cada panel. El talud inicial del panel debe modificarse según sea necesario para lograr un muro de contención vertical. En muchos casos, no evaluar la plomada de los paneles durante la construcción da como resultado paredes que están significativamente fuera de tolerancia.

Clima

Observe de cerca el muro de contención y el relleno después de fuertes lluvias, particularmente en áreas con mayores volúmenes de lluvia. La lluvia puede ablandar o aflojar el relleno compactado, y cualquier lluvia que se filtre en el relleno puede aumentar la presión sobre los paneles de la pared. Revise las cubiertas de superficie existentes en busca de grietas y selle rápidamente para evitar filtraciones en el relleno.

Relleno de base

Rellene el área excavada en la base de los muros de contención lo más rápido posible. La acumulación de agua subterránea o superficial en esta área ablandará los suelos y reducirá la estabilidad de los muros. La excavación en la base de un muro existente para la instalación de alcantarillado pluvial, calzada u otra estructura no debe realizarse sin una determinación de la estabilidad del muro en la condición de excavación.

Tela filtrante

El relleno seleccionado sin cohesión está sujeto a erosión y tuberías si se somete a grandes cantidades de agua que fluyen hacia la pared. Se requiere tela filtrante en cada junta de panel y está diseñada para retener el relleno de la pared mientras permite el paso del agua. Los huecos o huecos en la tela filtrante permiten que el relleno escape desde detrás de la pared.

Sellando

El sellado de las juntas de albardilla evita que entren cantidades excesivas de agua en la parte superior de la pared. La hoja estándar RW(TRF) actual exige que se sellen todas las juntas de remate. Este elemento de trabajo debe exigirse en el campo y monitorearse para su cumplimiento.

Inspeccione periódicamente las paredes en busca de evidencia de pérdida de relleno, pérdida de sellos de juntas o movimiento.

Vuelva a sellar las juntas, particularmente aquellas que pueden permitir que el agua superficial ingrese al relleno de la pared. Si se observa evidencia de pérdida de relleno, rellene el área afectada con relleno seleccionado si el área es accesible, o use relleno fluido si el acceso está restringido.

La infiltración de agua en los huecos de las paredes puede causar presiones excesivas dentro de la pared y provocar paneles desplazados y fallas en las paredes. Trate las áreas vacías cuando sean pequeñas y manejables, ya que siempre aumentarán de tamaño con el tiempo.

Recomendaciones de diseño

Los muros MSE han sido el tipo de muro de contención más común en los proyectos de TxDOT durante las últimas dos décadas. Las ventajas de los muros MSE incluyen su bajo costo, bajo esfuerzo de diseño, velocidad de construcción y apariencia atractiva. Los muros MSE seguirán utilizándose en grandes cantidades en proyectos de TxDOT en los próximos años. Con esto en mente, la División de Puentes recomienda que se considere lo siguiente en próximos proyectos que utilicen muros MSE:

DMS 4800

Sistemas homologados

Sistemas homologados

Pérdida de relleno