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Método de presión de tierra para muro de contención.
pared en voladizo
Cuando se diseñan muros de contención de láminas, es común suponer que la tensión lateral efectiva que actúa sobre el muro está dada por zonas activas y pasivas simples de RANKINE. La fricción de la pared generalmente se ignora, ya que conduce a un diseño conservador (seguro).
Presión activa y pasiva de Rankine
El empuje de la tierra que actúa sobre el muro depende en gran medida de la deformación del suelo circundante. A medida que el muro se aleja del suelo, el suelo se deforma plásticamente, reduciendo la tensión en el muro y alcanzando una presión ACTIVA mínima. A medida que el muro se mueve hacia el suelo, la tensión aumenta y finalmente alcanza la presión pasiva máxima cuando el suelo se deforma plásticamente nuevamente.
Para la mayoría de los muros de contención, las condiciones de drenaje completo a largo plazo generalmente dominan la estabilidad del muro. Para un análisis totalmente drenado, el criterio de Mohr-Coulomb es la cadena efectivaparámetro de longitud c’ y ?´. También es conservador en el diseño usar el parámetro de resistencia del estado crítico, es decir, c’ = 0. ‘ = ‘vEl esfuerzo transversal efectivo en la pared es
ka y kpag Conocido como presión de tierra activa y pasiva c.eficiencia. Para el suelo en el colapso, el coeficiente de presión del suelo se relaciona simplemente de la siguiente manera:
.
Para cualquier muro vertical, es posible relacionar el esfuerzo efectivo horizontal con el esfuerzo efectivo vertical determinado a partir de la sobrecarga vertical por el coeficiente de presión de la tierra. El factor depende de la pendiente de la superficie del suelo y de la rugosidad de la pared. Los valores publicados se pueden utilizar en muchas situaciones.
Estabilidad – equilibrio límite
Al evaluar la estabilidad, es común suponer una distribución de presión triangular, que en realidad es muy realista para paredes rígidas. Para un muro en voladizo, el esfuerzo que actúa sobre la falla es y el muro gira alrededor de un punto justo por encima del pie del muro. La estabilidad del muro depende principalmente de las fuerzas pasivas que ocurren bajo la excavación.
El diseño debe determinar la profundidad de penetración requerida para la estabilidad y el tamaño de las paredes para resistir el momento máximo.Para determinar la profundidad de penetración.Para una altura H dada, se deben considerar los balances de momento y fuerza.
? F = 0
? METRO = 0
Si el suelo está seco, la presión y la fuerza serán:
Como tenemos dos ecuaciones con dos incógnitas x y d, la Profundidad de penetración de la pared. Las ecuaciones se pueden resolver gráficamente o por computadora. Alternativamente, como se explica en muchos libros de texto, podemos simplificar las suposiciones sobre la fuerza bajo el pivote para obtener una solución analítica.
Capacidad de servicio: requisitos de diseño
Al considerar la estabilidad, podemos obtener la tensión crítica del muro, pero el muro se habría considerado una falla por conservadurismo. Esto se debe a los grandes asentamientos sobre suelos soportados. El enfoque de diseño es tener en cuenta la presión de la tierra.
Existen dos enfoques de diseño principales basados en el conocimiento de que la presión de la tierra que actúa sobre los muros depende en gran medida de la deformación del suelo circundante. Los movimientos necesarios para alcanzar las condiciones activas y pasivas dependen del tipo de suelo y pueden ser bastante diferentes. Por ejemplo, para un muro de contención de altura H, los movimientos necesarios son aproximadamente:
arena | Activo | 0.001H | |
pasivo | 0.05H a 0.1H | ||
arcilla | Consolidación normal | Activo | 0.004H |
pasivo | grande | ||
sobre-enlazado | Activo | 0.025H | |
pasivo | 0.025H |
Método 1: arena y generalmente arcilla compactada
Suponga que se produce suficiente movimiento para crear una presión activa (mínima). después factor efectivo La presión pasiva es 2. Tenga en cuenta que si las paredes no se mueven lo suficiente, no se alcanzará la presión activa. Presión mínima y alta Funciona en paredes. Estos pueden afectar los rediseños y deben permitirse en el diseño.Se requiere resistencia estructural.
Considere la misma pared que la anterior con H = 1.8. ?d = 19 kN/m3, ?´ = 30o
El diagrama de presión tiene el mismo aspecto, pero la presión pasiva se reduce usando un valor reducido del coeficiente de presión de tierra pasivo K.*pag.
dónde k*pag = kpag/2 = 1,5 y K*a = ka = 0.3333 como antes.
Por lo tanto d = 2,94 m
Profundidad total de tablestacas requerida = 1,8 + 2,94 = 4,74 m
Algunos textos recomiendan un aumento adicional del 10 al 20 % en la profundidad de penetración para tener en cuenta la incertidumbre analítica. Alternativamente, algunos estándares de diseño recomiendan asumir que no hay efecto de supresión en los 0,5 m superiores del suelo bajo excavación.
Método 2: arcilla sobreconsolidada
Aquí, tanto la presión activa como la pasiva se desarrollaron para movimientos similares, y ambas factorización. Esto se logra dividiendo tan.‘ por Factor F?y utilice el ángulo de fricción reducido al calcular el coeficiente de empuje de tierra K*ak*pag.Factor F? 1.2 a 1.5 para asentamientos aceptables y Tipo de suelo, generalmente se supone que es 1.3.
Para el Método 1, se supone que la forma del diagrama de presión es similar a la del equilibrio límite, pero en este caso la presión pasiva disminuye y la presión activa aumenta.
fuerza estructural
Una vez que se ha determinado la profundidad de penetración requerida, la siguiente etapa del diseño es calcular el momento máximo de la pared para que se pueda seleccionar el espesor y la resistencia de pared adecuados. Al identificar dónde el esfuerzo cortante de la pared es cero, puede encontrar la posición debajo de la pared de momento máximo. ()
Considere el diagrama de cuerpo libre de una porción de la pared
Una ecuación cuadrática que se puede resolver para z usando un valor apropiado (factorizado) de Kpagka.
entonces tómate un momento
Tenga en cuenta que a medida que aumenta el factor de seguridad, también lo hace el momento máximo.
El factor de seguridad se puede reducir drásticamente cargando el suelo apoyado junto a la pared. Para un recargo fijo, el efectivo efectivo pLa presión se puede aumentar en Ka ss, para cargas concentradas de la zapata, se puede utilizar el método de Coulomb de la cuña de prueba para determinar la fuerza que actúa sobre el muro.En esta última situación, el punto de aplicación esLa forma en que se aplica la carga también cambiará.
También debe prestar atención a la presión del agua en las paredes.
Por razones económicas, los muros en voladizo suelen estar restringidos a profundidades de perforación inferiores a 6 m.
A menudo se utilizan para soportar bancos bajos de suelos arenosos o de grava que drenan libremente.
No apto para soporte a largo plazo en suelos arcillosos blandos (arcilla o limo).
La corrosión también puede ser un problema con las tablestacas de acero.