Diseño sismico muros

CI 52S DISEÑO SÍSMICO DE ESTRUCTURAS

Diseño Sísmico de Muros de Contención Apuntes de Clases

Autor: Juan Gmo. Valenzuela B. 1/8

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 al corte delsuelo. 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 de muchos factores yes 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 el sismo ocurra, como lapresión 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 espalda del muro es el resultado delpeso 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 empuje pasivo máximo. Dado que esteproblema 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 de empuje activo mínimo, el empuje activo en elmuro 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
φ θ
δ
β

=
= =
=
=

peso activo del suelo. coeficiente de fricción interna del suelo. ángulo que forma la pared interior del muro con la vertical. ángulo de fricción entre le muro y el suelo. ángulo que forma la superficie del suelo con la horizontal.

La superficie 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:

C1

=

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

C2

= 1 + { tan(δ + θ ) [tan(φ − β ) + cot(φ − θ )] } .

Figura 1: (a) Cuña activa triangular determinada...