INTEGRANTES: Castro Vásquez Adrian Chang Farfán Elizabet Cueva Melgarejo Diana Gonzales Catillo Yosy Mariños Bermudez Jean Peralta Chavez Giancarlo ASESOR: Chávez Sánchez Enrique CHAVEZ SANCHEZ, Eleazar Enrique MECANICA DE SUELOS 1 ‘’Año de la Consolidación del Mar Grau’’ FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL TEMA: “Muro de Sótanos con pantalla” 1. DATOS GENERALES: 1.1 Nombres y códigos de los integrantes: Chang Farfán Elizabet 7000918567 Castro Vásquez Adrian 7000919447 Cueva Melgarejo Diana 7000919345 Gonzales Castillo Yosy 7000657354 Mariños Bermúdez Jean 7000657898 Peralta Chávez Giancarlo 7000959432 1.2 Grupo de practica: N°04 1.3 Docente del Curso: Chávez Sánchez, Eleazar Enrique 1.4Asignatura: Mecánica de Suelos Nuevo Chimbote-Perú 2016 CHAVEZ SANCHEZ, Eleazar Enrique MECANICA DE SUELOS 2 I) INTRODUCCION . Actualmente para conseguir permisos de edificaciones en las grandes ciudades es frecuente que se exija la condición de construir un cierto número de plazas de estacionamiento en proporción con el número de departamentos. Esta condición exígela necesidad de aprovechar el subsuelo para estacionamiento y a veces en varias plantas. La importancia del subsuelo aumenta cada vez más en construcciones modernas. Se presenta el problema de la ejecución de excavaciones profundas junto a edificaciones existentes. Estas excavaciones a veces deben hacerse por debajo del nivel freático. En la casi totalidad de los casos la cota de excavación es inferior a la delas cimentaciones colindantes. La técnica de los muros pantalla presenta en estos casos ventajas evidentes En este trabajo se ha investigado sobre el procedimiento para la construcción de un muro pantalla, así como los detalles constructivos, clasificación, herramientas de construcción y presupuestos. CHAVEZ SANCHEZ, Eleazar Enrique MECANICA DE SUELOS 3 INDICE Pág. 1. DATOS GENERALES: ............................................................................................................ 2 I) INTRODUCCION ................................................................................................................... 3 II) OBJETIVOS: ........................................................................................................................... 5 3.1. OBJETIVO GENERAL: .........................................................................................................................5 3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS: ................................................................................................................5 III) ANTECEDENTES:................................................................................................................... 5 IV) MARCO TEORICO:............................................................................................................ 6 MURO DE SOTANO ...................................................................................................................................6 4.1. Los muros de pantalla: ................................................................................................................6 4.1.2. Clasificación: ......................................................................................................................................7 A) Sistema Autoportante: .................................................................................................. 7 B) Sistema Arriostrado: ..................................................................................................... 8 C) Sistema Ascendente- descendente: ............................................................................ 8 4.1.3. Proceso de elaboración:.................................................................................................................9 4.1.4. Herramientas de Construcción:................................................................................................... 11 4.1.5. Tipos de apoyos ........................................................................................................... 13 4.1.6. Empuje del suelo sobre muros pantalla. ..................................................................... 14 4.1.7. VENTAJAS: .................................................................................................................... 15 4.1.8. DESVENTAJAS: ............................................................................................................. 15 V) FÓRMULAS:......................................................................................................................... 16 VI) PROBLEMAS PRUPUESTOS: .......................................................................................... 17 VII) CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES: ................................................................... 18 ANEXOS…………………………………………………………………………………………………………………………………...19 CHAVEZ SANCHEZ, Eleazar Enrique MECANICA DE SUELOS 4 II) OBJETIVOS: 3.1. OBJETIVO GENERAL: A través de los conocimientos adquiridos en clase teórica, el objetivo se enfatiza al desarrollo de habilidades y destrezas necesarias para confeccionar los diversos datos de campo en la determinación de un perfil que muestre con una precisión considerable. 3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS: Brindar al estudiante los conocimientos necesarias de dicho tema, asi como también el desarrollo de la solución de los problemas planteados al final del presente informe Reconocer la maquinaria usada en el proceso. Conocer las diferentes etapas del proceso constructivo. III) ANTECEDENTES: La técnica de ejecución de muros pantalla es muy moderna, pues sus orígenes se remontan a los años 50, habiendo experimentado posteriormente un gran desarrollo en Europa. El procedimiento tiene su origen en Italia donde dos ingenieros Vender (1952) y Marconi (1953) lo descubrieron casi simultáneamente. La idea esencial consiste en ejecutar una trinchera profunda sin entibación de las paredes, gracias a la utilización de lodos freáticos. Al principio el muro enterrado en el suelo apareció como un perfeccionamiento de la pantalla realizada con pilotes continuos, posteriormente la nueva técnica ha eliminado prácticamente este procedimiento CHAVEZ SANCHEZ, Eleazar Enrique MECANICA DE SUELOS 5 IV) MARCO TEORICO: MURO DE SOTANO 4.1. Los muros de pantalla: Se define los muros pantalla como estructuras de contención de tierras que se emplean para realizar las excavaciones en aquellos casos que el terreno o las estructuras en las inmediaciones de la excavación no serían estables sin sujeción o bien se trata de minimizar deformaciones del terreno y/o filtraciones de agua atreves de los taludes de la excavación y eliminar o reducir a limites admisibles las posibles filtraciones por el fondo de la excavación. Los Muros Pantalla constituyen un tipo de Cimentación Profunda muy usada en edificios de altura, que actúa como un muro de contención y brinda muchas ventajas por ahorro de costes y mayor desarrollo en superficies. Es la tipología de Cimentaciones más difundida en áreas urbanas para edificios con sótano en un predio entre medianeras, en parkings y a modo de barreras de contención de agua subterránea en túneles y carreteras.. El muro pantalla es un muro de contención que se construye antes de efectuar el vaciado de tierras, y transmite los esfuerzos al terreno. Estos elementos estructurales subterráneos se emplean también en forma temporal para la contención y retención de paredes. En las grandes ciudades, para obtener más espacios de uso en edificios, se proyectan sótanos o subsuelos que muchas veces llegan hasta 20 metros de profundidad. Son éstas las soluciones ante los elevados costes de terrenos y la necesidad de obtener mayor superficie. A estos efectos, se trata de conseguir muros de contención del menor espesor posible conservando una buena calidad y que ofrezcan seguridad y buen diseño. CHAVEZ SANCHEZ, Eleazar Enrique MECANICA DE SUELOS 6 4.1.2. Clasificación: Los Muros Pantalla se realizan previo al vaciado del terreno, cuando debe excavarse a profundidad considerable y, por ende, debe contenerse el empuje de las tierras y de edificaciones lindantes. A) Sistema Autoportante: Dentro de los Sistemas Autoportantes se encuentran los Muros de Ménsula; estos muros pantalla trabajan a modo de voladizo. Esta tipología trabaja contra los empujes del terreno entre dos planos horizontales excavados en distintos niveles, y sirven de soporte por debajo del fondo excavado. Altura Máxima de Excavación: del orden de 5 a 10 m., para espesores entre 0,50 m. y 1 m. En caso de excavaciones más profundas, compatibles con el espesor del soporte, se moldean contra fuertes en el suelo logrando la estabilidad mediante empujes pasivos desarrollados por el mismo suelo en la zona empotrada. Si los contrafuertes son exteriores, se aprovecha el rozamiento del terreno contra las superficies del contrafuerte. Este sistema auto portante tiene el inconveniente que puede llegar a presentar importantes deformaciones perjudicando las estructuras de obras vecinas, con riesgos para las mismas. CHAVEZ SANCHEZ, Eleazar Enrique MECANICA DE SUELOS 7 B) Sistema Arriostrado: El Sistema de Arriostramiento es uno de los más usados para cimentaciones profundas llegando a profundidades mayores de 20 metros; y se vale de los anclajes del muro en el terreno, con la importante ventaja que no necesita apuntalamientos. Estos elementos de anclaje logran estabilidad con un muy bajo índice de deformaciones. Se realizan los anclajes en uno ó mas niveles, a medida que se avanza la excavación mediante cables empotrados con perforaciones pequeñas inyectadas con cemento, luego se tensan al aplicar esfuerzos iguales o superiores a los del terreno sobre el soporte. C) Sistema Ascendente- descendente: El Sistema Ascendente-Descendente consiste en alojar los pilares definitivos de la estructura de los sótanos con perforaciones efectuadas desde la superficie quedando éstos hormigonados en la parte inferior. Este apoyo creado por la pared de soporte y los pilares colocados, permiten dar base y comienzo de la estructura ascendente simultáneamente con la excavación y forjado de los sótanos. El dificultoso vaciado y evacuación de tierras queda compensado por la velocidad de la ejecución del conjunto estructural, pues este sistema ofrece una gran seguridad frente a construcciones aledañas al limitar los movimientos a valores muy bajos durante el retiro de tierras, que va compensándose con la construcción soterrada. A efectos de limitar las deformaciones del soporte y lograr su estabilidad, se recurre a anclarlo en uno o varios niveles, a medida que progresan las excavaciones mediante cables alojados en perforaciones de diámetro pequeño, inyectados con cemento y con posibilidad de tensarse aplicando esfuerzos equivalentes a los empujes del terreno o superiores sobre el soporte. CHAVEZ SANCHEZ, Eleazar Enrique MECANICA DE SUELOS 8 4.1.4. Proceso de elaboración: La construcción de una estructura de muro pantalla generalmente se realiza en etapas por paneles verticales. Durante la excavación se emplea bentonita, que permite la estabilidad de las paredes de la excavación. Las etapas constructivas más relevantes se muestran en la sgte figura: Construcción del murete guía. Excavación de la zanja por bataches. Colocación de las juntas o encofrados laterales CHAVEZ SANCHEZ, Eleazar Enrique MECANICA DE SUELOS 9 Colocación de la armadura. Vaciado de concreto 6. Extracción de la junta 7. Construcción de la viga de coronación La longitud de los paneles a excavar es generalmente de entre 3 y 6 m. El orden de ejecución de los paneles depende del sistema de excavación del recinto interior tipo de pantalla. CHAVEZ SANCHEZ, Eleazar Enrique MECANICA DE SUELOS 10 4.1.4. Herramientas de Construcción: Cuchara bivalva Se emplea en terrenos que lo permitan (no demasiado duros). Dependiendo del fabricante, pueden llegarse a excavar terrenos que tengan CIMENTAC una resistencia a compresión enProf: torno a los 60 kg/cm2. Trépano: Es un ele me nto met álic o, gen eral me nte cilíndrico, de entre 2 y 3 m de altura, que pesa entre 5 y 10 t, y que se deja caer desde una altura de 1 a 3 m. Se emplea en terrenos excesivamente duros o en roca. CHAVEZ SANCHEZ, Eleazar Enrique MECANICA DE SUELOS 11 Hidrofresa: Es un elemento excavador con ruedas dentadas que giran en sentidos contrarios, arrancando el terreno. La elevada fricción que se produce en las ruedas dentadas, hace necesaria la refrigeración con un líquido como el lodo bentonítico Una vez realizados todos los paneles se construye la viga de coronación, consistente en una viga de concreto que une la parte superior de todos los paneles. La viga de coronación tiene dos misiones: 1. Hacer que todos los paneles trabajen conjunta o solidariamente. 2. Eliminar definitivamente el concreto de la parte superior, que pudiera estar contaminado por los lodos bentoníticos. Finalmente se procede a la excavación del recinto (generalmente interior) del muro pantalla. Si se ha previsto ejecutar elementos de soporte (anclajes o puntales), se van colocando a medida que se realiza la excavación. CHAVEZ SANCHEZ, Eleazar Enrique MECANICA DE SUELOS 12 4.1.5. Tipos de apoyos a) Anclajes Las cargas de los anclajes pueden estimarse a partir de los diagramas aparentes mencionados anteriormente. Los métodos utilizados para el cálculo son el método del área tributaria y el método de la articulación. Ambos métodos han proporcionado estimaciones razonables para las cargas de anclajes construidos en suelos competentes. Los cálculos de la carga horizontal de un anclaje utilizando los métodos del área tributaria y de la articulación se resumen en la figura 65. Ambos métodos suponen una articulación (momento flector cero) en la base de la excavación y que la base de la excavación actúa como un puntal de soporte, esta suposición es razonable para muros que se encuentran embebidos o empotrados en materiales granulares con densidades relativas competentes. El momento máximo que controla el diseño del muro se produce en la parte expuesta de este, es decir por encima de la base de la excavación. b) Contrafuerte En caso de excavaciones más profundas, compatibles con el espesor del soporte, se moldean contrafuertes en el suelo logrando la estabilidad mediante empujes pasivos desarrollados por el mismo suelo en la zona empotrada. CHAVEZ SANCHEZ, Eleazar Enrique MECANICA DE SUELOS 13 4.1.6. Empuje del suelo sobre muros pantalla. El empuje del suelo es una fuerza por unidad de área que ejerce el suelo sobre un elemento de contención estructural. Su valor depende de las propiedades físicas de suelo, de la interacción suelo-estructura en la interface y de la magnitud y características de las deformaciones en el sistema suelo-estructura. A diferencia de los muros de contención de gravedad, los empujes de suelo sobre muros pantalla no depende del tipo de suelo, más bien son función de la interacción suelo estructura y esta a su vez de los movimientos que se desarrollen entre ambos, por lo tanto el problema matemático es altamente indeterminado (Santoyo y Segovia, 2002). EMPUJE EN REPOSO. El empuje en reposo K0 se refiere al estado de esfuerzos o de deformaciones que existe en la masa de suelo antes de realizar una excavación o construir una estructura. Este coeficiente empuje ha sido determinado experimentalmente por Jaky (1948), con la siguiente relación: EMPUJE ACTIVO Es el valor mínimo posible que el empuje horizontal puede alcanzar a cualquier profundidad. Este estado se desarrolla cuando el muro se desplaza o gira hacia afuera del suelo, permitiendo que el suelo se expanda horizontalmente en la dirección del movimiento del muro. Para este trabajo se considerara el empuje activo propuesto por la norma alemana DIN 4085 (2007), excluyendo las teorías clásicas de empuje como son la de Rankine y Coulomb. EMPUJE PASIVO Es el valor máximo posible que el empuje horizontal puede desarrollar cuando el muro se desplaza o gira contra el suelo, comprimiendo a este horizontalmente. El estado de empuje resultante es el empuje pasivo. Para este estado generalmente la fórmula de coulomb, que supone superficies de ruptura rectilíneas es la más sencilla de aplicar, pero en suelos granulares con ángulo de fricción interna elevados, como es el caso de la arena Bio-Bio ubicada en el centro de Concepción, donde el ángulo de fricción entre muro y suelo es grande los coeficientes del empuje pasivo KP son altísimos y probablemente poco realistas. En este caso se recomienda utilizar otro método para la determinación de los empujes, y se supone que los valores tabulados de Caquot y Kerisel son los más utilizados en Europa (Martins, 2003). Empuje aparente de suelos en muros pantalla anclados. CHAVEZ SANCHEZ, Eleazar Enrique MECANICA DE SUELOS 14 La magnitud y distribución de los empujes del terreno que actúan sobre los elementos de entibación o retención como muros pantalla, depende tanto de las características geométricas y propiedades estructurales que presente el muro, como también de las propiedades geotécnicas del material que es retenido. El procedimiento constructivo, las condiciones de drenaje así como otros factores naturales como los sismos, también contribuyen a la modificación de dichos empujes. 4.1.8. VENTAJAS: •Permite excavación y ejecución de sótanos bajo el nivel freático •No hay limitación por número de pisos o por presencia de edificios vecinos. •Solo rentable a partir de cierta profundidad. •Minimiza los movimientos de cimentaciones próximas. Apenas descomprime el terreno. •Se pueden alcanzar grandes profundidades Un muro pantalla in situ es un tipo de estructura de contención de concreto que se realiza en obra 4.1.9. DESVENTAJAS: •El muro pantalla tiene que construirse adosado a los muros existentes, lo que hace perder un poco de espacio, lo que para terrenos pequeños, puede representas un grave inconveniente. •Dificultad de colocación de paneles prefabricados •Gran cantidad de movimiento de tierras. •Principal problema de arriostriamiento durante su construcción. CHAVEZ SANCHEZ, Eleazar Enrique MECANICA DE SUELOS 15 V) FÓRMULAS: Las personas con información acerca de la teoría sobre el empuje de tierras, saben que su empleo para calcular la presión ejercida sobre un muro de retención es justificable cuando se satisfacen las hipótesis de que: el muro puede desplazarse por giro o deslizamiento una distancia suficiente como para que se desarrolle toda la resistencia al corte del terreno, que la presión de poro dada por el agua en un suelo no sumergido es despreciable, y que las constantes del suelo que aparecen en las formulas del empuje tienen valores definidos y pueden determinarse con exactitud relativa. En verdad los empujes de tierras que se consideran más usuales en la práctica son dos: el empuje activo (cuando el suelo empujan el muro) y el empuje pasivo (cuando el muro empuja al suelo). Como su nombre lo indica, la función de los muros de contención es la de presentar una barrera física que impida que un material de relleno invada una zona determinada. Existen casos en que la única función del muro es la de contener el empuje del terreno. Los muros de contención son muy empleados en proyectos de casas habitación cuando hay necesidad de cimentar sobre un terreno inclinado. La mayoría de los muros de contención se construyen de concreto armado, cumpliendo la función de soportar el empuje de tierras, generalmente en desmontes o terraplenes, evitando el desmoronamiento y sosteniendo el talud. Empuje Activo (𝛾)(ℎ2 ) 1 − 𝑠𝑒𝑛𝜃 𝐸𝑎 = ∗ 2 1 + 𝑠𝑒𝑛𝜃 Presión de Fondo de Pantalla 1 + 𝑠𝑒𝑛𝜃 2𝑐√𝑁𝜙 𝜎 = 𝛿( )−( ) 1 − 𝑠𝑒𝑛𝜃 𝑁𝜙 𝛾: 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑣𝑢𝑙𝑜𝑚𝑒𝑡𝑟𝑖𝑐𝑜 𝛿 =𝛾∗ℎ 1 + 𝑠𝑒𝑛𝜃 𝑁𝜙 = 1 − 𝑠𝑒𝑛𝜃 Empuje Pasivo 𝛾ℎ2 1 + 𝑠𝑒𝑛𝜃 𝐸𝑝 = ( )( ) 2 1 − 𝑠𝑒𝑛𝜃 Factor de seguridad 𝐹𝑓 Ff =Empuje pasivo + reacción del suelo x tg(𝜃) 𝐹. 𝑆. = 𝐸𝑎 𝐹𝑓 = 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑎𝑙 𝑑𝑒𝑠𝑝𝑙𝑎𝑧𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 CHAVEZ SANCHEZ, Eleazar Enrique MECANICA DE SUELOS 16 VI) PROBLEMAS PRUPUESTOS: 1. Un muro de retención de paredes verticales de 7.00 m de alto, soporta el empuje de una arena con un peso volumétrico en su estado natural de 1.760 Kg/m3 y un ángulo de fricción de 20. La superficie del terreno es horizontal. Determinar el empuje que recibe el muro por medio de profundidad y marcar las fuerzas que actúan en un muro, despreciar el empuje pasivo. Solución: (𝛾)(ℎ)2 1−𝑠𝑒𝑛𝜃 𝐸𝑎 = ∗ 2 1+𝑠𝑒𝑛𝜃 (1.762)(49) 1−0.5299 𝐸𝑎 = ∗ 2 1+0.5299 𝐸𝑎 = (43.2)(0.307) = 13.262𝑇𝑛 = 13.262𝐾𝑔 2. Encontrar el valor del empuje pasivo “Ep” del lado izquierdo del muro y el factor de seguridad de desplazamiento formado como ángulo de fricción entre suelo y zapata el valor de 20. Solución: (𝛾)(ℎ)2 1 − 𝑠𝑒𝑛𝜃 (1762)(9) 1.454 𝐸𝑝 = ∗ = ∗ = 21114.9𝑘𝑔 2 1 + 𝑠𝑒𝑛𝜃 2 0.546 La resistencia total al desplazamiento vale: 𝐹𝑓 = 21114.9 + (43.984)𝑡𝑔(20) = 37123.76𝑘𝑔 Factor de Seguridad de Desplazamiento: 𝐹𝑓 37123.76 𝐹. 𝑠. = =( ) = 1.57 𝐸𝑎 23.556 CHAVEZ SANCHEZ, Eleazar Enrique MECANICA DE SUELOS 17 VII) CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES: Después de haber analizado el tema de perfil longitudinal del eje del camino en planta se concluye que: Desarrollamos el proyecto, teniendo en cuenta sus cotas para el trazado de nuestra carretera de tercera clase. Se aprendió que los perfiles longitudinales sirven para un trazo óptimo de las rutas. Finalmente determinamos que presenta una mayor cantidad de corte , a comparación a nuestro relleno La instalación del nivel es vital en las operaciones previstas para el trabajo, es por eso que se debe tener habilidades para emplazar el nivel bien nivelado en las estaciones arbitrarias. Una buena comparación en los colores que se empleara en el plano longitudinal a elaborar . Tener en cuenta las cotas, para distinguir nuestra rasante, con el corte. Determinar de una manera concreta y clara los cálculos , para la obtención de su corte y relleno El proyecto a presentar tiene que estar en buenas condiciones, un excelente orden, limpieza y buen manejo de la creatividad. CHAVEZ SANCHEZ, Eleazar Enrique MECANICA DE SUELOS 18 ANEXOS Elaboración de la maqueta CHAVEZ SANCHEZ, Eleazar Enrique MECANICA DE SUELOS 19