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Mecánica de Suelos III 6cv2

MECANICA DE SUELO III Muros de Contención y Tablestacas

Escuela Superior de Ingeniería y Arquitectura Unidad Zacatenco E.S.I.A

Alumno: Emmanuel Fernandez Sánchez

Muros de Contención y Tablestacas

Grupo: 6cv2

Muros de Contención Se denomina muro de contención a un tipo estructura de contención rígida, destinada a contener algún material, generalmente tierras. Los muros de contención se utilizan para detener masas de tierra u otros materiales sueltos cuando las condiciones no permiten que estas masas asuman sus pendientes naturales. Estas condiciones se presentan cuando el ancho de una excavación, corte o terraplén está restringido por condiciones de propiedad, utilización de la estructura o economía. Por ejemplo, en la construcción de vías férreas o de carreteras, el ancho de servidumbre de la vía es fijo y el corte o terraplén debe estar contenido dentro de este ancho. De manera similar, los muros de los sótanos de edificios deben ubicarse dentro de los límites de la propiedad y contener el suelo alrededor del sótano.

Tipos de muros de contención

Los principales tipos de muros de contención son:

Muros de gravedad Son aquellos cuyo peso contrarresta el empuje del terreno. Dadas sus grandes dimensiones, prácticamente no sufre esfuerzos flectores, por lo que no suelearmarse. Los muros de gravedad a su vez pueden clasificarse en: •

Muros de hormigón en masa. Cuando es necesario, se arma el pie (punta y/o talón).

•

Muros de mampostería seca. Se construyen mediante bloques de roca (tallados o no).

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Muros de escollera. Se construyen mediante bloques de roca de mayor tamaño que los de mampostería.

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Muros de gaviones. Son muros mucho más fiables y seguros que los de escollera ya que, con estos, se pueden realizar cálculos de estabilidad y, una vez montados, todo el muro funciona de forma monolítica.

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Muros prefabricados o de elementos prefabricados. Se pueden realizar mediante bloques de hormigón previamente fabricados.

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Muros aligerados. Aquellos en los que los bloques se aligeran (se hacen huecos) por diversos motivos (ahorro de material, reducción de peso...).

•

Muros jardinera. Si los bloques huecos de un muro aligerado se disponen escalonadamente, y en ellos se introduce tierra y se siembra, se produce el muro jardinera, que resulta mucho más estético, y de menor impacto, ver rocalla.

•

Muros seco. constituido por piedra de 8"@10" que van sobre puestos y amarrados entre si , no lleva ningún tipo de mortero o concreto, conforme se va construyendo se va rellenando con piedras de lugar o cascajo de 3/4" de diámetro en caso que se utilice con drenar el agua.

Muros estructurales

Son muros de hormigón fuertemente armados. Presentan ligeros movimientos de flexión y dado que el cuerpo trabaja como un voladizo vertical, su espesor requerido aumenta rápidamente con el incremento de la altura del muro. Presentan un saliente o talón sobre el que se apoya parte del terreno, de manera que muro y terreno trabajan en conjunto. Siempre que sea posible, una extensión en el puntal o la punta con una dimensión entre un tercio y un cuarto del ancho de la base suministra una solución más económica. Tipos distintos de muros estructurales son los muros "en L", "en T invertida". En algunos casos, los límites de la propiedad u otras restricciones obligan a colocar el muro en el borde delantero de la losa base, es decir, a omitir el puntal. Es en estas ocasiones cuando se utilizan los muros en L.

Como se ha indicado, en ocasiones muros estructurales verticales de gran altura presentan excesivas flexiones. Para evitar este problema surge el 'muro con contrafuertes', en los que se colocan elementos estructurales (contrafuertes) en la parte interior del muro (donde se localizan las tierras). Suelen estar espaciados entre sí a distancias iguales o ligeramente mayores que la mitad de la altura del muro. También existen muros con contrafuertes en la parte exterior del mismo. En ocasiones, para aligerar el contrafuerte, se colocan elementos con un tirante (cable metálico) para que trabaje a tracción. Surgen así los 'muros atirantados'

Muros de tierra armada y de suelo reforzado

Los muros de tierra armada son mazacotes de terreno (grava) en los que se introducen armaduras metálicas con el fin de resistir los movimientos. Con ello se consigue que el material trabaje como un todo uno. La importancia de esta armadura consiste en brindarle cohesión al suelo, de modo de actuar disminuyendo el empuje de tierra que tiene que soportar el muro. La fase constructiva es muy

importante, ya que se tiene que ir compactando por capas de pequeño espesor, para darle una mayor resistencia al suelo.

Muro de contención armado con geotextil. Se le suelen colocar escamas (planchas de piedra u hormigón), sin fin estructural alguno, sino para

evitar que se produzcan desprendimientos. Los muros de tierra armada pueden rematarse también con bloques de hormigón huecos, rellenos de tierra, y sembrados, creando muros jardinera.

Un 'muro de suelo reforzado' es un muro de tierra armada en que se sustituyen las armaduras metálicas, por geomalla. Es una solución más barata. Análogamente a los muros de tierra armada, se pueden recubrir con escamas, o rematarlos con muros jardinera. Aunque existe otra alternativa, que consiste en colocar un geotextil sobre la ladera del muro, y cubrirlo de tierra y semillas. Surge así un 'muro vegetalizado'.

Verificaciones típicas en el cálculo

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Verificación de deslizamiento: Se verifica que la componente horizontal del empuje de la tierra (Fh) no supere la fuerza de retención (Fr) debida a la fricción entre la cimentación y el suelo, proporcional al peso del muro. En algunos casos, puede incrementarse (Fr) con el empuje pasivo del suelo en la parte baja del muro. Normalmente1 se acepta como seguro un muro si se da la relación: Fr/Fh > 1.3 (esta relación se puede llamar también coeficiente de seguridad al deslizamiento).

•

Verificación de volteo o vuelco: Se verifica que el momento de las fuerzas (Mv) que tienden a voltear el muro sea menor al momento que tienden a estabilizar el muro (Me) en una relación de por lo menos 1.5.2Es decir: Me/Mv > 1.5 (coeficiente de seguridad al volteo).

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Verificación de la capacidad de sustentación: Se determina la carga total que actúa sobre la cimentación con el respectivo diagrama de las tensiones y se verifica que la carga trasmitida al suelo (T a) sea inferior a la capacidad portante (Tp), o en otras palabras que la máxima tensión producida por el muro sea inferior a la tensión admisible en el terreno. Es decir: T p/Ta > 1.02 (coeficiente de seguridad a la sustentación).

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Verificación de la estabilidad global: Se verifica que el conjunto de la pendiente que se pretende contener con el muro tenga uncoeficiente de seguridad global > 2 2

Tablestacas

Las tablestacas o tablaestacas son un tipo de pantalla, o estructura de contenciónflexible, empleada habitualmente en ingeniería civil. Están formadas por elementos prefabricados. Estos elementos prefabricados suelen ser deacero, aunque también las hay de hormigón, vinilo, aluminio o FRP Composite. No se deben confundir las tablestacas de hormigón, con las pantallas de paneles prefabricados de hormigón, que suelen ser de dimensiones mayores. Los elementos prefabricados que componen las tablestacas se hincan en el terreno mediante vibración. Aunque es muy raro, en ocasiones también se introducen en el terreno por golpeo. Tiene juntas entre sí, con dos misiones: •

Impermeabilizar el contorno, y evitar que se produzcan filtraciones.

•

Guiar las tablestacas contiguas.

Dado que los elementos se colocan mediante hinca, han de tener unas dimensiones (entre ellas el espesor) lo suficientemente pequeñas para que se facilite la hinca. Pero también ha de tener una resistencia mínima. Es por esto por lo que, salvo raras excepciones, se emplea el acero.

Los pequeños espesores pueden dar lugar a que los paneles o planchas metálicas que conforman las tablestacas pandeen o flecten. Para evitarlo, se alabea la sección, dotándoles de una mayor inercia. Secciones típicas son 'en Z' o 'en U

Una solución habitual y eficiente cuando se pretenden alcanzar grandes profundidades de excavación de forma sencilla y económica consiste en arriostrar pantallas de tablestacas mediante perfilería metálica. Este sistema permite limitar las deformaciones de dichas tablestacas, lo cual permite proteger edificaciones o infraestructuras anexas a la excavación. Este procedimiento constructivo precisa realizar la excavación en más de una fase, pues es necesario realizar el montaje del arriostramiento.

Este procedimiento es alternativo al anclaje de pantallas al terreno.

Pantallas de tablestacas arriostradas con tirantes A veces resulta ventajoso el uso de tablestacas arriostradas con tirantes respecto a las arriostradas mediante perfilería metálica cuando no existen obstáculos en la excavación y puesta en obra en el interior del recinto o zanja.

En este caso, es posible alcanzar profundidades elevadas de excavación sin necesidad de perfiles o codales. Es ideal para zanjas que necesiten arriostramiento y sirvan para colocar tubos en tramos de gran longitud, imposibles de colocar con la existencia de codales. Asimismo, su uso estaría recomendado cuando fuese necesario realizar la excavación en más de una fase, para realizar el montaje de los tirantes y la viga de atado. Este arriostramiento se realiza normalmente con tirantes formados por barras de acero macizas. Estos tirantes limitan las deformaciones en las pantallas. Además, todo este material (tablestacas principal y trasera, tirantes y piezas auxiliares) es recuperable. Uno de los condicionantes del procedimiento constructivo, tal y como se ve en la figura anexa, es la necesidad de espacio en obra para colocar una pantalla de tablestacas trasera a la principal de forma que sea capaz de transmitir al terreno la reacción en el arriostramiento, al estar ambas pantallas conectadas por dichos tirantes.

COLOCACION DE TABLESTACAS

Hinca de tablestacas por vibración

La técnica más empleada y eficaz para la hinca de tablestacas es la vibración. Al vibrar la tablestaca, las partículas del suelo reducen su fricción, facilitándose la hinca. Este es un método de hinca rápido (hasta unos 50 cm por minuto), pues el peso de la tablestaca más el martillo vibrador sólo se debe suplementar con una ligera presión del vibrohincador. Además, del mismo modo que hinca, se puede realizar la extracción. Este método es válido para suelos granulares, especialmente saturados, y algunos cohesivos sólo si están saturados. Si se dan las condiciones, es el método de hinca más económico. El funcionamiento del vibrohincador se basa en el movimiento de unas masas excéntricas cuya resultante es una oscilación vertical pura. Modifican la frecuencia de vibración en función del suelo; así, una alta frecuencia (20-40 Hz) proporciona una menor transmisión de vibraciones al entorno.

El vibrohincador tiene unas presillas o mordazas que transmiten la vibración a la tablestaca. Se encuentra el vibrador suspendido o bien por grúas o sobre retroexcavadoras con mástil-guía de tonelaje suficiente para poder levantar el vibrohincador (aprox. 7500 kg) más el peso de la tablestaca. La vibración no se transmite a la grúa gracias a un amortiguador. La extracción se puede realizar haciendo girar las excéntricas en sentido contrario. (más…)

Hinca de tablestacas por impacto

La hinca de tablestacas por impacto, percusión o golpeo es una de las técnicas más antiguas y que se emplea en aquellos casos de suelos de mayor consistencia donde la vibración no es suficiente. El martillo de golpeo sujeta a la tablestaca por su parte superior y le transmite los impactos generados por una maza alojada en su interior. Resulta muy importante la razón entre el peso de la maza y el peso de la o las tablestacas que van a introducirse en el suelo. Es necesario un sobreretes y sufrideras para distribuir el golpe y proteger la cabeza de la tablestaca.

El sombrerete o casco de protección es una pieza de acero fundido o chapones soldados que se colocan en la cabeza de la tablestaca, la sufridera es una pieza colocada en la parte superior del sombrerete que distribuye la onda de choque de la maza y la galleta o almohadilla, de pequeño espesor, asegura el buen asiento del sombrerete con la cabeza de la tablestaca

Tablestacas Autoportantes

Las tablestacas autoportantes son un sistema de sostenimiento del terreno mediante pantallas o tablestacas que no precisan de elementos adicionales para el sostenimiento. Trabajan estos elementos en ménsula, siendo una solución sencilla que trabaja por empotramiento en el terreno. El procedimiento constructivo es sencillo y rápido, pues no resulta necesario el arriostramiento ni los apuntalamientos intermedios. Una vez instaladas las tablestacas, el interior de la excavación queda totalmente

libre de obstáculos para realizar el vaciado de tierras y demás trabajos necesarios (hormigonado, colocación de instalaciones, etc.). En principio no existen limitaciones en cuanto a las dimensiones en planta del recinto excavar, aunque sí que está limitada la profundidad de la excavación, dependiente del tipo de terreno.

Catálogo de Tablestacas

Sótanos, recintos, taludes, pozos, obras portuarias... La empresa Ischebeck ofrece diversos sistemas de entibación para garantizar la seguridad y permitir la ejecución de trabajos en profundidad ocupándose de la contención tanto del terreno como de edificios o instalaciones cercanos a la excavación. Por ello, sus sistemas son utilizados tanto en el ámbito de obras civiles como en el de la edificación para la ejecución de sótanos.

Uno de los sistemas de entibación más utilizados son las pantallas de tablestacas hincadas en el terreno. dispone de diversos modelos de tablestacas machihembradas y solapadas de diferentes longitudes, para acometer obras de diversa naturaleza.

Dependiendo de la profundidad a alcanzar, de la naturaleza del terreno y de la presencia o no de agua se elegirán el modelo y la longitud de la tablestaca, así como el tipo de pantalla más adecuado: • Pantalla de tablestaca en ménsula. • Pantalla arriostrada a uno o varios niveles mediante anclajes, tirantes o codales.

Las tablestacas o tablaestacas (sheet piles) son un tipo de pantalla, o estructura de contención flexible, en la que la dimensión longitudinal es muy superior a las

otras. Están formadas por elementos prefabricados que suelen ser de acero, aunque también las hay de otros materiales. Los elementos prefabricados que componen las tablestacas se hincan en el terreno mediante vibración o golpeo. Constituyen una estructura de contención flexible, definitiva o temporal (recuperable), que permiten realizar excavaciones de cualquier tipología: talud, zanja, pozo, sótano, etc., adaptándose a cualquier forma o dimensión en planta. También se puede utilizar el tablestacado como encofrado.

Ventajas de la pantalla de tablestacas frente al muro pantalla • Reducción de plazos de ejecución • Menor coste de materiales • Mejor control de calidad, elementos accesibles y a la vista • Facilidad de impermeabilización • Soluciones estructurales más sencillas

Pantalla de tablestacas en ménsula Se trata del caso más sencillo, en el que la tablestaca se hinca y se deja empotrada en el terreno. En este caso, una vez hincada y a medida que se va realizando la excavación, la tablestaca empieza a absorber los empujes producidos por el terreno

y, en algunos casos por el agua, y a transmitirlos a través de la longitud de empotramiento. La longitud de tablestaca incluye la profundidad de excavación, la longitud de empotramiento y un sobrante superior para que las pinzas de los equipos de vibración puedan coger la tablestaca durante la hinca y la extracción.

Fases: • Hinca de tablestacas • Excavación

Pantalla de tablestacas arriostrada con perfiles y codales o con marcos soldados

Si la profundidad de excavación, el tipo de perfil geotécnico o las sobrecargas hacen imposible que la pantalla trabaje en ménsula, puede arriostrarse en uno o varios niveles. El modo más sencillo si se tienen dos pantallas paralelas, es decir, en el caso de zanjas, es arriostrar mediante perfiles colgados con cadenas de la cabeza de las tablestacas y codales transversales o en el caso de pozos mediante estructuras metálicas de perfiles soldados .

Fases: • Hinca de tablestacas • Preexcavación unos 0.50 m por debajo de la cota del arriostramiento • Montaje de arriostramiento • Excavación

Pantalla de tablestacas atirantada

Si se dan las condiciones de no poderse resolver una excavación con tablestacas en ménsula, y a la vez no tenemos dos pantallas paralelas lo suficientemente cerca o se trata de una pantalla única, el modo de arriostrar puede ser mediante tirantes unidos a una pantalla de tablestacas trasera auxiliar. Todos los elementos son recuperables.

Fases: • Hinca de tablestacas de la pantalla principal y a la distancia indicada de la pantalla auxiliar. • Excavación de unas pequeñas zanjas perpendiculares a ambas pantallas • Montaje de los tirantes y fijación a las vigas de atado • Relleno de la zona entre pantallas si es necesario • Excavación

Pantalla de tablestacas anclada En muchos casos, en los que se necesita tener libre el interior de la excavación, y no se dispone de espacio para atirantar, la mejor opción es anclar lapantalla. Los anclajes utilizados, se realizan mediante la barra fabricada . Cuando dejan de ser necesarios, se cortan las cabezas, el resto del anclaje se deja perdido en el terreno y se recuperan las tablestacas.

Fases • Hinca de tablestacas • Preexcavación 0.50 m por debajo de la cota de anclaje. • Ejecución del anclaje

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Montado de vigas de atado y tesado a los 7 días Excavación Corte del anclaje y extracción de tablestacas

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Elementos del sistema

Tablestacas: Son perfiles metálicos laminados en frío o en caliente, con forma grecada, cuyo diseño permite resistir grandes esfuerzos producidos por los empujes del terreno y del agua y a la vez resistir el desgaste propio de la hinca para poder ser reutilizadas. Existen tablestacas de dos tipos: machihembradas o solapadas. Las primeras ofrecen pantallas de mayor resistencia tanto a los esfuerzos como a la entrada de agua en el interior de la excavación. disponemos de tablestacas de diferentes modelos, longitudes, calidades de acero, etc... que nos permiten acometer cualquier tipo de obra.

Arriostramiento: Se trata de perfiles de acero de las series HEB y HEM y codales fabricados son productos existentes en nuestra lista de artículos, cuya extensión oscila entre un rango definido, y otros se fabrican a medida, como los codales Gi SV-I+ Perfil HEB. El arriostramiento puede utilizarse colgado con cadenas de la cabeza de las tablestacas, o realizarse en obra mediante estructura metálica soldada in situ, que apoya sobre piezas soldadas a la tablestaca para tal fin.Ibérica realiza tanto el suministro del material, como la fabricación de elementos a medida, y el montaje en obra.

Anclajes TITAN: Están constituidos por barras de tubo roscado por laminación en frío como sección de acero portante y un cuerpo de cemento perimetral, que se forma durante la inyección por roto-percusión, que transmite las cargas de tracción y/o compresión por rozamiento desde la barra a través del cuerpo de inyección al terreno. El tubo se suministra a obra, salvo petición especial, en tramos de 3 metros, que se empalman mediante manguitos roscados con tope y juntas de estanqueidad centrales, y en la punta se usa una boca de perforación de un solo uso. Ibérica realiza tanto el suministro del material para la ejecución de anclajes, tirantes o micropilotes, etc, así como la instalación de anclajes en nuestras pantallas de tablestacas con personal y maquinaria propios.

Tirantes TITAN: Se trata de las mismas barras que los anclajes pero macizas, sin perforación central puesto que no se inyecta ningún tipo de lechada. Se fabrican en diámetro 30 y 40 mm y en longitudes de barra de 6.00/6.15 m respectivamente. Pueden cortarse en taller o en obra a cualquier longitud, y tienen a su disposición todos los accesorios como manguitos de empalme, placas tuercas y accesorios de las barras de anclaje del mismo diámetro

Servicios Ofrece un paquete de servicios completo que facilita la ejecución a nuestros clientes. Vibración: La gama de equipos de que dispone Ischebeck Ibérica, permite la hinca de gran variedad de elementos además de nuestras tablestacas, como camisas para pilotes, tubos, etc. La hinca y la extracción se realizan de forma rápida y económica, por los grandes rendimientos que se obtienen. Además esta maquinaria de última generación permite trabajar de la manera más segura, tanto en el manejo como en las vibraciones emitidas, puesto que dispone de dispositivos que permiten controlar la frecuencia de la vibración, minimizando los efectos de la misma sobre el entorno.

En función del tipo de obra, de la longitud de las tablestacas, del tipo de terreno y de las condiciones de emplazamiento, nuestro equipo técnico y comercial le indicará el tipo de maquinaria que más se ajuste a sus necesidades, basándose en su amplia experiencia en este tipo de trabajos. Las opciones son 3:

Martillo vibrador, funciona como un accesorio de la retroexcavadora, utilizando su sistema hidráulico. Es de fácil manejo, disponemos accesorios de acople a gran

variedad de modelos de retroexcavadora y es ideal para lahinca de tablestacas ligeras y cortas en terrenos blandos.

Vibrador colgado, funciona suspendido de una grúa, consta del vibrador + el grupo hidráulico. Tiene posibilidad de trabajar sumergido y es válido para la hinca de elementos de gran longitud. Con las mordazas adecuadas permite la hinca de tubos. Es adecuado para zonas de acceso difícil.

Vibrador sobre equipo autotransportable, produce grandes rendimientos, incluso en terrenos con gran resistencia a la hinca, permite hincar elementos de gran longitud (disponemos de equipos con mástiles de hasta 19 m). Se desplaza sobre ruedas o cadenas