cadena critica

CI 52S DISEÑO SÍSMICO DE ESTRUCTURAS

Diseño Sísmico de Muros de Contención
Apuntes de Clases

Autor: Juan Gmo. Valenzuela B.
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DISEÑO SÍSMICO DE MUROS DE CONTENCIÓN
En este apunte se discute el comportamiento de muros de contención durante
sismos y se presentan los principales métodos utilizados en su diseño.
Para el diseño de muros de contención es necesario definir la “falla” yconocer
como los muros pueden fallar.
Bajo condiciones estáticas, los muros de contención están sujetos a fuerzas de
cuerpo relacionadas con la masa del muro, a empujes de suelo y a fuerzas
externas como barras de anclajes y tirantes.
El adecuado diseño de un muro de contención debe establecer el equilibrio de
estas fuerzas sin inducir esfuerzos de corte que se aproximen a la
resistencia alcorte del suelo.
Durante un sismo, sin embargo, las fuerzas inerciales y los cambios en la
resistencia de los suelos podrían violar el equilibrio y causar la deformación
permanente del muro.
La falla, ya sea por deslizamiento, giro o pandeo, o algún otro mecanismo,
ocurre cuando estas deformaciones permanentes se hacen excesivas.
El asunto de que nivel de deformación es excesivo depende demuchos factores y
es mejor analizarlo caso a caso, considerando las condiciones específicas de cada
sitio.
Presión estática de muros de contención
El comportamiento sísmico de los muros de contención depende de la presión
lateral total del suelo que se desarrolla durante el movimiento sísmico.
Estas presiones totales incluyen tanto la presión gravitacional estática que
existe antes de que elsismo ocurra, como la presión dinámica transiente
inducida por el sismo.
Dado que la respuesta del muro esta influenciada por ambas presiones, se
presenta una breve revisión de la presión estática de suelos.
Teoría de Coulomb (1776)
Coulomb (1776) fue el primero en estudiar el problema de presiones laterales de
suelos sobre muros de contención.
Asumió que la fuerza que actúa en la espaldadel muro es el resultado del peso
de la cuña de suelo sobre una superficie plana de falla.

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Coulomb utilizó el equilibrio de fuerzas para determinar la magnitud del empuje de
suelo actuando en el muro para las condiciones de empuje activo mínimo y
empujepasivo máximo.
Dado que este problema es indeterminado, un número indeterminado de
superficies de falla debe ser analizado para identificar la superficie de falla crítica.
Coulomb identificó el ángulo α A que forma el plano de falla del suelo con la
horizontal, imponiendo la condición de fuerza mínima para producir la falla, es
∂PA
decir:
=0.
∂α
Bajo condiciones de presión de suelos deempuje activo mínimo, el empuje activo
en el muro se obtiene del equilibrio de fuerzas indicado en la Figura 1.
Para la superficie de falla crítica, el empuje activo ( A = Activo ) sobre un muro de
contención de un suelo sin cohesión puede ser expresado como:

PA

=

1
K A ⋅γ ⋅ H 2 ,
2

donde el coeficiente de empuje activo esta dado por:

KA

=

cos 2 (φ − θ )
⎡
sin(δ + φ )sin(φ − β ) ⎤
cos 2 θ cos(δ + θ ) ⎢1 +
⎥
cos(δ + θ ) cos( β − θ ) ⎦
⎣

2

,

donde:

γ

=

peso activo del suelo.

φ

=

coeficiente de fricción interna del suelo.

θ

=

ángulo que forma la pared interior del muro con la vertical.

δ

=

ángulo de fricción entre le muro y el suelo.

β

=

ángulo que forma la superficie del suelo con la horizontal.

Lasuperficie de falla crítica esta inclinada a un ángulo de:

αA

⎡ tan(φ − β ) + C1 ⎤
= φ + tan −1 ⎢
⎥,
C2
⎣
⎦

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respecto de la horizontal, donde:

tan(φ − β ) [ tan(φ − β ) + cot(φ − θ ) ] [ 1 + tan(δ + θ ) cot(φ − θ ) ] ,

C1

=

C2

= 1 + {...