DISEÑO DE MUROS CANTILIVER

Laboratorio Virtual de Ingeniería Geotécnica

 www.utpl.edu.ec/vleg

Universidad Técnica Particular de Loja

Ecuador - 2010

INDICE

DISCLAMER..................................................................................................................................................3

INTRODUCCIÓN...........................................................................................................................................4

FUNCIONAMIENTO DE LA HERRAMIENTA...................................................................................................5

LIMITACIONES DE LA HERRAMIENTA Y CONSIDERACIONES........................................................................6

UTILIZACIÓN DE LA HERRAMIENTA.............................................................................................................7

DISCLAMER

El autor no se responsabiliza por la aplicación que se le dé al presente software y/o

por perjuicios directos o indirectos que se deriven de resultados erróneos. El mismo

ha sido desarrollado con fines investigativos, y su confiabilidad está aún en proceso

de evaluación. El uso y aplicación del mismo queda bajo absoluta responsabilidad

del usuario.

Si durante la aplicación de la herramienta “Capacidad de Carga de Hundimiento” hay

algo que no parece funcionar correctamente, por favor informe sobre el problema a

jchurtado@utpl.edu.ec.

INTRODUCCIÓN

La presente herramienta de diseño, tiene como finalidad determinar: El Área de

acero de la pantalla y la losa del muro, además de los factores de seguridad por

volamiento, deslizamiento y capacidad de carga, considerando la geometría del

elemento las características de los materiales que conforman la estructura y las

características geotécnicas del suelo sobre el cual se apoya el muro.

Las metodologías de cálculo incorporadas a la presente herramienta han sido

extraídas de: Principios de Ingeniería de cimentaciones (Braja Das), Foundation

Analysis and Design (Bowles).

Para hacer uso de esta herramienta se debe ingresar gratuitamente como usuario

registrado del “Laboratorio Virtual de Ingeniería Geotécnica”, vía on-line a través de

la dirección www.utpl.edu.ec/vleg, en la ventana de DISEÑO/MurosCantiliver

Todo el entorno trabaja en forma dinámica, en donde el usuario ingresa a cualquiera

de las herramientas disponibles en el portal y procede a digitar los datos necesarios

para el cálculo correspondiente, para luego obtener los resultados.

A continuación se explica el correcto manejo de la herramienta así como también las

metodologías empleadas en el proceso de cálculo, las cuales se aplican mediante un

ejemplo práctico.

FUNCIONAMIENTO DE LA HERRAMIENTA

A continuación se realiza una breve descripción del funcionamiento de la

herramienta:

a) En la interfaz de la herramienta el usuario ingresa los datos, como son: las

dimensiones del muro (puede predimensionarse con solo ingresar la altura total del

muro).

b) Para el cálculo de la presión lateral el usuario debe elegir el tipo de presión la cual

puede ser: Reposo, activa o pasiva, también debe elegir el número de estratos de

suelo e inclusive el método de cálculo para calcular la presión lateral; y debe ser

ingresado el ángulo del suelo en la parte posterior al muro. Posteriormente el usuario

debe colocar los datos correspondientes a cada estrato del suelo (altura, ángulo de

fricción, cohesión, peso específico, presión de poros), en este sector debe señalar si

existe sobrecarga en la parte posterior del suelo y señalar su magnitud.

c) A continuación se debe elegir si se desea tomar en cuenta la presión pasiva de la

parte anterior al muro y se ingresan los datos del suelo (altura de empotramiento,

ángulo de fricción, cohesión, peso específico)

d) Introducidos dichos datos, se calcula de acuerdo al método de fuerzas la presión

lateral y los factores de seguridad del muro (volcamiento, deslizamiento, capacidad

de carga).

e) Ya para el cálculo de el área necesaria de acero como para la losa tenemos que

ingresar los factores de mayoración según corresponda, también se debe ingresar la

resistencia del hormigón y el acero , se calcula de acuerdo al ACI y el método de

fuerzas .

f) La herramienta permite cargar un ejemplo, para verificar el correcto funcionamiento

de la herramienta, mediante el botón EJEMPLO.

g) Se procede a presionar el botón CALCULAR, para procesar todos los datos y a

continuación se presentan los resultados.

h) Si el usuario desea realizar otro ejercicio, la herramienta dispone de un botón con la

descripción LIMPIAR, que permite recargar la página para poder ingresar los nuevos

datos.

LIMITACIONES DE LA HERRAMIENTA.La presente herramienta está diseñada para determinar el área necesaria de acero y

dimensiones adecuadas para que el muro resista de la mejor forma. Esta herramienta es

únicamente para muros cantiliver de la forma o figura que se muestra en la primera

grafica. El número máximo de estratos a considerarse es de dos, y se debe tener en

cuenta que: la suma total de los espesores de los estratos considerados debe ser igual a

la longitud total del muro; la presión de poros se coloca por estratos de suelo, y no tiene

la opción de ingresar un diente.

CONSIDERACIONES.

1. El ángulo beta (β)= 90º2. El ángulo delta (δ)=2/3Ф 3. Ф = Angulo de fricción que existe en el suelo en grados4. Df > o = 1.2m profundidad de empotramiento del muro (recomendado)

UTILIZACIÓN DE LA HERRAMIENTA

Ingreso de datos:

Se procede a ingresar los datos geométricos de muro y los datos geotécnicos del sitio en

donde se llevará a cabo. Todos los datos se deben ingresar en unidades del sistema

internacional (SI). Para ingresar los datos referidos a la geometría del elemento, se

recomienda observar el esquema de cimentación que se presenta en la parte derecha de

la interfaz de ingreso de datos estructurales (Figura 1)

Figura 1. ESQUEMA Y NOMENCLATURA DE UN MURO CANTILIVER

A continuación se describe la interfaz de la herramienta, para lo cual se ha utilizado el ingreso de datos de un ejemplo específico.

Datos geométricos y pre-dimensionamiento

Figura 2. INGRESO DE DATOS GEOMÉTRICOS

Como se puede ver tenemos la opción de que el programa haga una estimación de

la geometría del muro tomando dimensiones mínimas, que se pueden editar a

conveniencia del usuario

También se ha creído conveniente colocar dentro del ingreso de datos para el cálculo

de la presión lateral los tipos de presiones que se desee determinar (reposo,activa y

pasiva), el número de estratos (uno, dos) y el método que desee utilizar el usuario

para el cálculo (Rankine o Coulomb). También es necesario que el usuario coloque la

magnitud del angulo tras el muro, se debe colocar 0 si esta es su magnitud

Figura 3. DATOS PARA EL CÁLCULO DE PRESÍON LATERAL

Datos geotécnicos del suelo

Luego de haber ingresado las especificaciones para la presión lateral, se procede a

identificar las propiedades geotécnicas de los estratos que se hayan colocado y la

magnitud de sobrecarga en la parte posterior del muro, si no existe sobrecarga colocar el

valor de 0 (Figura 4).

Figura 4. ESTRATIGRAFÍA DEL SUELO

Presión Pasiva del muro.

Esta herramienta nos da la opción de tomar o no en cuenta la presión pasiva anterior al muro, para que el usuario se ubique mejor se muestra una pregunta al costado de la gráfica para que no exista confusión, si es que se decide que si se desplegarán cajas de texto donde se debe colocar las condiciones geotécnicas del suelo que se encuentra en esta parte como se muestra en la (Figura 6). Y posterior al ingreso de datos se debe seleccionar en el cálculo del tipo de presión lateral la pasiva y hacer clic en el botón calcular de la sección de la herramienta correspondiente a presión lateral (Figura 5).

Figura 5. ESPECIFICACION PARA CALCULAR LA PRESION A LA IZQUIERDA DEL MURO

Figura 6. PREGUNTA SOBRE PRESION PASIVA

Figura 7. GRÁFICA PARA IDENTIFICAR PRESIÓN PASIVA

Factores de capacidad de carga del Suelo.

Aquí tenemos 2 formas de hacerlo mediante el botón calcular que se encuentra al costado derecho de las cajas de texto correspondiente, o podemos colocarlos de la tabla desplegable (mediante un clic) que se localiza en la parte inferior izquierda de estas cajas de texto (Figura 13).

Figura 7. FACTORES CAPACIDAD DE CARGA

Resultados de Presión Lateral y Factores de seguridad del Muro.

Para obtener los resultados debe el usuario hacer clic en el botón calcular y nos dará los

resultados respectivos, en el caso de los factores de seguridad, si estos no cumplen con

los parámetros adecuados saldrá un mensaje en color rojo especificándonos cual

dimensión debe ser cambiada del muro para mejorar su factor; en caso contrario si el

factor es adecuado aparecerá un mensaje de color verde confirmando la dimensión

adecuada del muro, como se muestra en la (Figura 8)

Figura 8. Resultados de Presión Lateral y factores del muro con sus mensajes de alerta

Diseño de la Pantalla del Muro.

Para el diseño de la pantalla del muro basta con ingresar en la caja de texto el factor de

mayoración (valor recomendado 1.7) además los factores de resistencia del concreto y

acero (f’c Fy), los resultado serán tres cuadros especificando el área de acero adecuada

para cada sección de la pantalla, para mejor comprensión fíjese en la (Figura 9a, 9b y 9c)

Figura 9a. FACTORES DE RESISTENCIA

Figura 9b. DISEÑO DE LA PANTALLA

Figura 10. ESPECIFICACION DE LAS SECCIONES DEL ACERO PARA SU ARMADO

Diseño de la Losa del Muro (Pie y Talón).

Para el diseño de la losa se necesita igualmente ingresar los factores de mayoración para

el talón (valor recomendado 1.4) como para el pie (valor recomendado 1.7), además del

peso específico del concreto (24 Mpa valor común) en las cajas de texto respectivas. Los

resultados se mostrarán en tablas y el valor será el mayor entre el área determinada y el

área mínima que le corresponde a la sección en sus condiciones; Fíjese (Figura 11).

As Horizontal Cara Interior [cm2]

As Vertical Cara Interior [cm2]

As Vertical Cara Exterior [cm2]

As Horizontal Cara Exterior [cm2]

ACERO PANTALLA

Figura 11. DISEÑO DE LA LOSA, INGRESO DE DATOS Y MUESTRA DE REULTADOS

Tanto en el diseño de la pantalla como la del talón el programa nos mostrara mensajes

de alerta, verde si están adecuadas las dimensiones como se muestra en el ejemplo, y de

color rojo si no cumple las condiciones de cortante menor que el cortante admisible,

donde nos indicaran que dimensión aumentar o cambiar (Figura 12)

Figura 12. MENSAJES DE ALERTA PARA EL DISEÑO DE LA PANTALLA Y TALÓN

ANALISIS PARAMETRICO

DIAGRAMA FLUJO

COMPARACION PROGRAMA

TERMINAR ANUAL

DIAPOSITIVAS