7.8.12

ESTRUCTURAS DE CONTENCIÓN

INTRODUCCION
El propósito de una estructura de contención es el resistir las fuerzas ejercidas por la tierra contenida, y transmitir esas fuerzas en forma segura a la fundación o a un sitio por fuera de la masa analizada de movimiento. En el caso de un deslizamiento de tierra el muro ejerce una fuerza para contener la masa inestable y transmite esa fuerza hacia una cimentación o zona de anclaje por fuera de la masa susceptible de moverse. Las deformaciones excesivas o movimientos de la estructura de contención o del suelo a su alrededor deben evitarse para garantizar su estabilidad.
Deben diferenciarse dos condiciones de diseño de una estructura de contención totalmente diferentes así:
1. Condición de talud estable
Este es el caso típico de muro de contención analizado en los textos de mecánica de suelos y fundaciones. Se supone que el suelo es homogéneo y se genera una presión de tierras de acuerdo a las teorías de Rankine o Coulomb y la fuerza activa tiene una distribución de presiones en forma triangular.
2. Condición de deslizamiento
En el caso de que exista la posibilidad de ocurrencia de un deslizamiento o se trate de la estabilización de un movimiento activo, la teoría de presión de tierras de Rankine o de Coulomb no representa la realidad de las fuerzas que actúan sobre el muro y generalmente el valor de las fuerzas actuantes es muy superior a las fuerzas activas calculadas por teorías tradicionales (Figura 14.1). El hecho de que exista un deslizamiento o un factor de seguridad bajo, equivale a que se han generado en el talud deformaciones que producen un aumento muy grande de fuerzas sobre la estructura a diseñar.
Es común que los muros o estructuras de contención fallen en el caso de deslizamientos a pesar de que fueron diseñados de acuerdo a un procedimiento universalmente aceptado.
El costo de construir una estructura de contención es generalmente, mayor que el de conformar un talud, por lo tanto debe estudiarse con mucho cuidado su efectividad como método de estabilización y durante el diseño debe hacerse todo el esfuerzo por mantener su altura lo más baja posible.




Tipos de Estructura
Existen varios tipos generales de estructura, y cada una de ellas tiene un sistema diferente de transmitir las cargas.
1. Muros masivos rígidos
Son estructuras rígidas, generalmente de concreto, las cuales no permiten deformaciones importantes sin romperse. Se apoyan sobre suelos competentes para transmitir fuerzas de su cimentación al cuerpo del muro y de esta forma generar fuerzas de contención.


Muro Reforzado
Ventajas
Los muros de concreto armado pueden emplearse en alturas grandes (superiores a diez metros), previo su diseño estructural y estabilidad. Se utilizan métodos convencionales de construcción, en los cuales la mayoría de los maestros de construcción tienen experiencia.
Desventajas
Requieren de buen piso de cimentación. Son antieconómicos en alturas muy grandes y requieren de formaletas especiales. Su poco peso los hace inefectivos en muchos casos de estabilización de deslizamientos de masas grandes de suelo.

Muro Concreto simple
Ventajas
Relativamente simples de construir y mantener, pueden construirse en curvas y en diferentes formas para propósitos arquitectónicos y pueden colocarse enchapes para su apariencia exterior.
Desventajas
Se requiere una muy buena fundación y no permite deformaciones importantes, se necesitan cantidades grandes de concreto y un tiempo de curado, antes de que puedan trabajar efectivamente.
Generalmente son antieconómicos para alturas de más de tres metros.

Muro Concreto ciclópeo
Ventajas
Similares a los de concreto simple.
Utilizan bloques o cantos de roca como material embebido, disminuyendo los volúmenes de concreto.
Desventajas
El concreto ciclópeo (cantos de roca y concreto) no puede soportar esfuerzos de flexión grandes.

2. Muros masivos Flexibles
Son estructuras masivas, flexibles. Se adaptan a los movimientos. Su efectividad depende de su peso y de la capacidad de soportar deformaciones importantes sin que se rompa su estructura.


Muro Gaviones
Ventajas
Fácil alivio de presiones de agua.
Soportan movimientos sin pérdida de eficiencia. Es de construcción sencilla y económica.
Desventajas
Las mallas de acero galvanizado se corroen fácilmente en ambientes ácidos, por ejemplo, en suelos residuales de granitos se requiere cantos o bloques de roca, los cuales no necesariamente están disponibles en todos los sitios. Al amarre de la malla y las unidades generalmente no se le hace un buen control de calidad.

Criba
Ventajas
Simple de construir y mantener. Utiliza el suelo en la mayor parte de su volumen. Utiliza elementos prefabricados los cuales permiten un mejor control de calidad.
Desventajas
Se requiere material granular, autodrenante. Puede ser costoso cuando se construye un solo muro por la necesidad de prefabricar los elementos de concreto armado. Generalmente no funciona en alturas superiores a siete metros.

Llantas (Neusol)
Ventajas
Son fáciles de construir y ayudan en el reciclaje de los elementos utilizados.
Desventajas
No existen procedimientos confiables de diseño y su vida útil no es conocida.

Piedra - Pedraplén
Ventajas
Son fáciles de construir y económicos cuando hay piedra disponible.
Desventajas
Requieren de la utilización de bloques o cantos de tamaño relativamente grande.

3. Tierra Reforzada
Las estructuras de tierra reforzada son terraplenes donde el suelo es su principal componente; y dentro de este, en el proceso de compactación, se colocan elementos de refuerzo para aumentar su resistencia a la tensión y al cortante. Internamente deben su resistencia principalmente, al refuerzo y externamente actúan como estructuras masivas por gravedad. Son fáciles de construir. Utilizan el suelo como su principal componente. Puede adaptarse fácilmente a la topografía. Permite construirse sobre fundaciones débiles, tolera asentamientos diferenciales y puede demolerse o repararse fácilmente, pero se requiere espacio disponible superior al de cualquier otra estructura de contención.


Refuerzo con tiras metálicas
Ventajas
Los refuerzos metálicos le dan rigidez al terraplén y los prefabricados de concreto en su cara de fachada los hace presentables y decorativos. Existen empresas especializadas dedicadas a su construcción.
Desventajas
Las zonas de refuerzo requieren protección especial contra la corrosión.
Se requieren características especiales en el relleno utilizado con los elementos de refuerzo. Algunos tipos de muro de tierra armada están cubiertos por patentes.

Refuerzo con geotextil
Ventajas
Son generalmente muy económicos y fáciles de construir.
Desventajas
Son muy flexibles y se deforman fácilmente. Las capas de geotextil se pueden convertir en superficies de debilidad para deslizamientos. El geotextil se descompone con la luz solar.
Refuerzo con malla
Ventajas
La malla le da cierta rigidez al terraplén y las capas no constituyen superficies
de debilidad. El efecto de anclaje es mejor.
Desventajas
Dependiendo del material constitutivo la malla puede descomponerse o corroerse.

4. Estructuras ancladas
En las estructuras ancladas se colocan varillas o tendones generalmente, de acero en perforaciones realizadas con taladro, posteriormente se inyectan con un cemento. Los anclajes pueden ser pretensados para colocar una carga sobre un bulbo cementado o pueden ser cementados simplemente sin colocarles carga activa.


Anclajes y pernos individuales
Ventajas
Permiten la estabilización de bloques individuales o puntos específicos dentro de un macizo de roca.
Desventajas
Pueden sufrir corrosión.

Muros Anclados
Ventajas
Se pueden construir en forma progresiva de arriba hacia abajo, a medida que se avanza con el proceso de excavación. Permiten excavar junto a edificios o estructuras.
Permiten alturas considerables.
Desvetajas
Los elementos de refuerzo pueden sufrir corrosión en ambientes ácidos. Se puede requerir un mantenimiento permanente (tensionamiento). Con frecuencia se roban las tuercas y elementos de anclaje.
Para su construcción se puede requerir el permiso del vecino. Su construcción es muy costosa.
Nailing o pilotillos tipo raíz (rootpiles)
Ventajas
Muy eficientes como elemento de refuerzo en materiales fracturados o sueltos.
Desventajas
Generalmente se requiere una cantidad grande de pilotillos para estabilizar un talud específico lo cual los hace costosos.

5. Estructuras Enterradas
Son estructuras esbeltas, las cuales generalmente trabajan empotradas en su punta inferior. Internamente están sometidas a esfuerzos de flexión y cortante.


Tablestaca
Ventajas
Su construcción es rápida y no requiere cortes previos. Son de fácil construcción junto a los cuerpos de agua o ríos.
Desventajas
No se pueden construir en sitios con presencia de roca o cantos. Su construcción es muy costosa.

Pilotes
Ventajas
Se pueden construir rápidamente.
Desventajas
Se puede requerir un número grande de pilotes para estabilizar un deslizamiento.

Pilas o Caissons
Ventajas
No se requiere cortar el talud antes de construirlo. Se utilizan sistemas convencionales de construcción.
Pueden construirse en sitios de difícil acceso. Varios caissons pueden ser construidos simultáneamente.
Desventajas
Se requieren profundizar muy por debajo del pie de la excavación. Su costo generalmente es elevado. La excavación puede requerir control del nivel freático.
Debe tenerse especial cuidado en las excavaciones para evitar accidentes.

Existen otros tipos de muro de contención, los cuales no son analizados en el presente artícuo, pero que generalmente, se pueden asimilar en su comportamiento a alguna de las estructuras indicadas anteriormente.
Cuando existan varias alternativas de estructuras de contención se debe realizar una comparación económica, basada tanto en los costos iniciales de construcción como en el costo subsecuente de mantenimiento.