MECANICA DE SUELOS II

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MECANICA DE SUELOS II
ICOS 403
CLASE 5
18 de mayo de 2007
2
ESTRUCTURAS DE RETENCION
3
Estructuras De Retención
■ Objetivos
■ Desniveles en terrenos naturales:
■ Construcción de Autopistas
■ Estructuras enterradas
■ Para retener rellenos (by pass caminos)
■ Etc
4
Muros de Retención (gravitacional)
■ Volcamiento
■ Deslizamiento
■ Capacidad de soporte (terreno de fundación, crtitico para este tipo 
de estructuras ya que condicionan el diseño)
Resultante de las solicitaciones de terreno
5
Tipos de Muro
6
Muros de Retención
7
Muros de retención reforzados (Nuevo concepto)
a) Geogrid wraparound wall
b) Wall with gabion facing
c) Concrete panel-faced wall
(a) (b) (c)
 No requieren fundaciones especiales (se apoyan sobre el terreno 
natural directamente sin mejoramientos importantes)
 Economicos, flexibles deformables
8
Muros de retención :
Muros de tierra mecanicamente estabilizada MSE
9
Muros de tierra mecanicamente estabilizada MSE
L min ~ 5m
10
(1)
(2)
Muros de tierra mecanicamente estabilizada MSE
Procedimiento de construcción
11
(3)
(4)
Muros de tierra mecanicamente estabilizada MSE
Procedimiento de construcción
12
(5)
(6)
(7)
Muros de tierra mecanicamente estabilizada MSE
Procedimiento de construcción
13
Refuerzos metálicos
(acero galvanizado)
Metal Strips
Welded Wire Mesh
14
Muros de tierra mecanicamente estabilizada MSE
15
Muros de tierra 
mecanicamente 
estabilizada MSE
16
Soil Nailing
17
Soil Nailing
Construcción
18
Soil Nailing
Construcción 
(perforación)
 CENTRADORES (para centrar 
la barra de perforación antes 
de inyectar lechada)
19
Soil Nailing - Construcción 
(grouting)
20
Soil Nailing - Construcción 
(Shotcrete)
21
Soil Nailing - Construcción 
22
Aplicación de Soil Nailing
Anclaje Temporal
23
Aplicación de Soil Nailing
Anclaje Permanente 
24
Comparación
Soil Nailing MSE
Procedimiento de construcción “Top 
down”
Procedimiento de construcción “Bottom 
up”
Maxima deformacion en la parte 
superior
Maxima deformacion cerca de la base
Refuerzo uniforme en la parte superior, 
y decrece en la parte inferior
Refuerzos crecen hacia la base
Propiedades del suelo no se pueden 
escoger
Se puede seleccionar suelo de buenas 
propiedades
25
Comparación (deformación lateral)
Soil Nailing vs. MSE
26
Soil Nailing Anclajes
Pasivos Activos
Barras inyectadas en toda su longitud Cables
No consideran postensado Se postensan luego de instalarse
Alta densidad Baja densidad
Sólo ~ 5% de las barras (inclusiones) 
son tensadas
Cada anclaje es testeado 
Facing de poco espesor, sin funcion 
estructural (Solo estabilidad local)
Muro con funcion estructural, requiere 
vigas importantes (evitar 
punzonamiento)
Mas cortos Mayores longitudes
Asociado a un metodo constructivo
Compación
Solin Nailing vs Anclajes
27
Soil Nailing, MSE, Anclajes
Distribucion de tensiones
28
Tablestacas
29
Tablestacas
30
Free Earth Fixed Earth
Tablestacas Ancladas
31
Tablaestaca con anclajes
32
Tablestacas
(apuntaladas)
33
Cortes apuntalados
Tablaestaca
34
 Problemas de estabilidad 
producto de las fuerzas del agua, al 
existir diferencia de altura
Estabilidad de Fondo
Corte en arenas
35
EMPUJE DE SUELO o PRESION LATERAL DE 
TERRENO
Se requiere conocer el empuje que ejerce el suelo, para 
el diseño de múltiples obras:
• Muros de retención,
• Estructuras enterradas,
• Paneles (tablestacas por ej.)
36
EMPUJES DE SUELO
ESTADOS DE DEFORMACION y/o EMPUJES
Los estados de deformación, en relación con los cálculos de 
presión de suelo, caen en tres categorías: 
37
EMPUJES DE SUELO
Empuje en Reposo
• Coeficiente de empuje en 
reposo Ko
• Para suelos granulares gruesos:
K0 = 1 – sin f’ 
(Jaky, 1944) )('
'0
)('
'
''
02
01
0
0
sH
sH
sH
sV
VH
qHkHz
qkz
qzk
qz
k










38
EMPUJES DE SUELO
Empuje en Reposo Eo
2
00 **
2
1
HKE 
vKoh '*'  
zKoh **'  
39
)('
'0
)('
'
''
02
01
0
0
sH
sH
sH
sV
VH
qHkHz
qkz
qzk
qz
k










)
2
1
(
)(
2
2
00
210
HHqkE
H
E
s
HH




Si existe Nivel Freático, calcular con
b=-w y agregar empuje hidrostático
del agua.
EMPUJES DE SUELO
Empuje en Reposo
40
Recordatorio: Circulo de Mohr
t
’n
1b3b
c
• La envolvente de Mohr Coulomb corresponde a la recta tangente a todos 
los círculos de falla.
1a3a
Ø
41
• De la geometría del circulo de Mohr se puede obtener:







2
45
f

Circulo de Mohr
• La falla ocurre para la combinación de tensiones principales (1, 3) 
donde se “toca” a la envolvente de resistencia.


c

 2q
13
3 3
1
1
q







2
45
f
q
42
Criterio de Mohr Coulomb expresado en tensiones 
principales (1, 3)
3
 
2
 + N 
2







f
f 45tan
N c 2 + N = 31 ff  
1
fNc2
1
fN
43
'
v
L
B' B
A' A
z
'
H
EMPUJES DE SUELO
Empuje Activo
N c 2 + N = 31 ff  
• Al deformarse el suelo este desarrolla resistencia 
al corte, representada por la cohesión movilizada 
cmob<c y por el ángulo de fricción interna fmob<f
• Si la deformación es de tal magnitud que se 
desarrolla completamente la resistencia al corte => 
cmob=c y fmob=f. Esta condición se llama ACTIVA 
que origina EMPUJES ACTIVOS
V 1
 
2
2 45tan
f
AK
H 3
fN
K A
1

N
N
 c 2 
N
 = VH
f
f
f

 
'
'
AAVH Kc 2 K = '' 
44
Relleno horizontal
Suelo sin cohesión (c=0)
2
2
1
HKE AA  
EMPUJES DE SUELO
Empuje Activo
zKK AVAH   ''
45
'
o

L
B
'
BA
'
Az
'a
EMPUJES DE SUELO
Empuje Pasivo
N c 2 + N = 31 ff  
V 3
 
2
2 45tan
f
pK
H 1
L
B B’
A A’
z'
v
'
H
fNKP 
Nc 2 N = VH ff ''
ppVH Kc 2 K = '' 
46
2
2
1
HKE pP  
EMPUJES DE SUELO
Empuje Pasivo
zKK pVPH   ''
Relleno horizontal
Suelo sin cohesión (c=0)
47
AAH KczK  2
' 
Relleno horizontal y suelo con cohesión (c>0)
1. Caso Activo
EMPUJES DE SUELO
Empuje Activo
48
ak
c
z

'
0
2

Relleno horizontal y suelo con cohesión (c>0)
 Profundidad a la cual la tensión horizontal es cero (h=0)
 Profundidad a la cual el empuje EA=0 => Altura critica de la 
excavación en suelo cohesivo 

fNc
zc


4
EMPUJES DE SUELO
Empuje Activo
49
2. Caso Pasivo
 Tension horizontal
 Empuje Pasivo
ppH kczk
'2 
HckHKE ppp
'2 2
2
1
 
Relleno horizontal y suelo con cohesión (c>0)
EMPUJES DE SUELO
Empuje pasivo
50
Empujes De Suelo
EMPUJE HIDROSTATICO:
• En el caso hidrostático la presión es igual en todas las direcciones 
y aumenta linealmente con la profundidad.
H

 

=w*z

z
w*H
H/3
2
2
1
)(
2
1
HHHE WWW  
51
EMPUJES DE SUELO
Tipo de Suelo /H
Arena suelta 0.001 – 0.002
Arena densa 0.0005 – 0.001
Arcilla blanda 0.02
Arcilla densa 0.01
Grava de Santiago 0.4x10-3
DEFORMACIONES PARA OBTENER CONDICION ACTIVA
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EMPUJES DE SUELO
DEFORMACIONES PARA OBTENER CONDICION PASIVA
Tipo de Suelo /H
Arena suelta 0.01
Arena densa 0.005
Arcilla blanda 0.04
Arcilla densa 0.02
Grava de 
Santiago
>2x10-2