Los muros de contención son estructuras clave en la ingeniería civil, pues estabilizan terrenos y previenen deslizamientos en áreas con desniveles. Dependiendo de su función y diseño, existen varios tipos de muros. En este caso, te compartiremos las características claves de los muros de contención de gravedad como soluciones geotécnicas rentables y amigables con el entorno ya que se construyen con gaviones.   

Los muros de contención por gravedad dependen de su propio peso para resistir los empujes del terreno. Suelen construirse con materiales como concreto, piedra o gaviones. Una de sus ventajas es que no requieren cimentaciones profundas. Además, son ideales para alturas moderadas y suelos con buena capacidad de soporte. 

¿Qué hace estable a los muros de contención por gravedad? 

Los muros de contención por gravedad se caracterizan por su gran masa, ya que esta les permite soportar los empujes del terreno únicamente a través de su propio peso. Su diseño exige una evaluación detallada de las condiciones del terreno y las cargas actuantes. Lo anterior porque es indispensable que el suelo de desplante cuente con la capacidad de carga requerida para soportar todo el peso del muro. 

Para calcular el empuje lateral que ejerce el suelo sobre el muro, la teoría de Rankine es una herramienta ampliamente aceptada porque permite analizar los diferentes estados de esfuerzo del terreno: reposo, activo y pasivo. Esta formulación es fundamental para estimar correctamente las presiones que inciden sobre el muro y garantizar que la estructura mantenga su estabilidad a lo largo del tiempo. 

Uno de los factores más importantes para considerar en el diseño de muros de contención por gravedad es el manejo del agua. La presencia de agua subterránea y las presiones de poro generadas dentro del suelo pueden alterar considerablemente la estabilidad del sistema. Por ello, el drenaje se convierte en un componente clave para evitar el colapso del muro (lo que puede ocurrir a pesar de tener cálculos estructurales correctos). 

¿Cuáles son los criterios para el diseño de un muro de contención por gravedad? 

En cuanto a su altura, por criterios técnicos y de seguridad, los muros por gravedad se construyen comúnmente hasta los 6 metros. Superar esta altura implica desafíos importantes relacionados con su peso, volumen y costo. En cualquier caso, resulta indispensable considerar las propiedades del suelo y las condiciones sísmicas en las cuales se construirá el muro.  

La variabilidad en la composición y resistencia del terreno, sumada a los movimientos sísmicos potenciales, hace que la evaluación de la estabilidad de un muro de contención por gravedad sea especialmente compleja. Por esta razón, un estudio geotécnico detallado es esencial para garantizar un diseño adecuado, que no solo sea seguro, sino también rentable y eficiente. De manera general, al realizar el análisis de las fuerzas que actúan sobre un muro de gravedad, es importante considerar parámetros con un enfoque integral.

Parámetros básicos para construir un muro de contención por gravedad

• La carga adicional o sobrecarga que pueda estar presente sobre el terreno ubicado detrás del muro. 

• Lo anterior abarca las cargas externas tales como tránsito vehicular o maquinaria cercana. 

• El empuje activo del suelo, que tiende a desestabilizar la estructura. 

• El peso propio del muro, que actúa como la principal fuerza estabilizadora. 

• El empuje pasivo del terreno que está frente del muro, pues este puede proporcionar resistencia adicional. 

• La reacción del suelo en la base del muro, fundamental para mantener el equilibrio. 

Otro de los aspectos más importantes es la presión hidrostática, que se acumula detrás del muro debido a la presencia de agua en el suelo. Esta presión puede generar un exceso de carga y afectar la integridad estructural del muro de contención si no se maneja adecuadamente. Para mitigar este riesgo, se recomienda integrar geotextiles en el diseño, ya que funcionan como filtros que permiten drenar el agua y previenen la acumulación de presión. Por tal razón, también sirven como una barrera para evitar que los finos ingresen a la estructura del gavión y puedan causar problemas en su funcionamiento. 

¿Cómo se construye un muro de contención por gravedad? 

Ahora bien, la estabilidad de los muros de contención por gravedad depende no solo de la integridad estructural de las unidades, sino de sus masas para soportar o contener taludes de tierra inestables.  

Por tal razón, al definir la mejor solución para este tipo de estructuras de contención, los ingenieros de Maccaferri consideran en conjunto con sus clientes los parámetros geotécnicos de los suelos que se requieren contener y de la cimentación; la presencia de agua y las cargas hidrostáticas; así como las cargas externas de las estructuras y las cargas vivas o sísmicas. 

Muros de contención por gravedad con gaviones 

Particularmente, la construcción de un muro de contención con gaviones no requiere cimentación profunda, aunque sí es indispensable calcular la base en relación con la altura que tendrá el muro. Una vez limpiada la zona que servirá de base, los gaviones se colocan en hiladas y se unen mediante alambres de amarre. Dentro de este proceso, también es importante garantizar que cierto porcentaje de la altura del muro quede empotrado.  

Los gaviones son estructuras monolíticas y continuas que se adaptan a movimientos y asentamientos diferenciales del terreno, incluso sin las cimentaciones profundas. Además, el acomodo de las rocas les concede un diseño permeable que, integrado con geotextiles, reduce los riesgos por empuje hidrostático. 

Así, la estabilidad de un gavión en los muros de contención por gravedad se basa en el enrocamiento empleado, cuya trabazón interna proporciona resistencia frente a fuerzas erosivas, empujes y filtraciones. Estos módulos de malla doble torsión suelen disponerse en bloques de cuatro unidades para optimizar su estabilidad estructural. 

Beneficios de los gaviones en muros de contención por gravedad 

En resumen, al elegir gaviones como alternativa geosintética para muros de contención, obtendrás beneficios directamente asociados con bajos costos, seguridad, rapidez y cuidado ambiental: 

• El relleno del gavión no exige mano de obra especializada. 

• Toleran asentamientos diferenciales del terreno, así como desplazamientos laterales. 

• Tienen diseño permeable amigable con la naturaleza y que evita la acumulación de presión hidrostática detrás del muro de contención. 

¿Cuáles son los modos de falla en un muro de contención por gravedad? 

El diseño estructural de un muro de contención por gravedad no solo debe garantizar que resista los empujes del terreno, sino también prevenir los posibles modos de falla que podrían comprometer su estabilidad. En este sentido, es fundamental realizar un análisis que contemple tres aspectos principales: hundimiento, vuelco y deslizamiento. 

Hundimiento 

El hundimiento se refiere a la posible deformación vertical del muro debido a la carga que ejerce sobre el terreno. Si el suelo no tiene la capacidad portante suficiente, el peso del muro puede generar un asentamiento excesivo, lo que provoca grietas, inclinaciones o incluso la pérdida de funcionalidad de la estructura.  

Para evitar esta condición, es esencial evaluar la presión de contacto en la base del muro y compararla con la resistencia del suelo subyacente. En algunos casos, puede ser necesario mejorar el terreno o redistribuir las cargas mediante una base más ancha o el uso de materiales de mayor capacidad portante. 

Vuelco 

El vuelco ocurre cuando los momentos desestabilizadores, generados principalmente por el empuje lateral del suelo, superan a los momentos estabilizadores producidos por el peso del muro. Para evitar esta falla, se debe verificar que el momento estabilizador sea al menos 1.3 veces mayor que el desestabilizador. Esto asegura un margen de seguridad ante variaciones inesperadas en las cargas o condiciones del terreno. 

Deslizamiento 

El deslizamiento es una falla horizontal que se presenta cuando la fuerza ejercida por el empuje activo del terreno (particularmente su componente horizontal) supera la resistencia al deslizamiento en la base del muro. Esta resistencia depende del peso del muro y del coeficiente de fricción entre la base y el suelo. Para garantizar la estabilidad, el análisis debe comprobar que la fuerza de fricción sea suficiente para contrarrestar el empuje, con un factor de seguridad mínimo de 1.3. 

Implementación real de un muro de contención con gaviones en Costa Rica 

Finalmente, la ampliación de los carriles de circulación en tres puentes estratégicos sobre la Ruta Nacional N°1, en Costa Rica, constituye un caso ejemplar del uso exitoso de estos muros de contención por gravedad. La iniciativa fue llevada a cabo por el Ministerio de Transporte. De la mano de los ingenieros de Maccaferri, se determinó a los gaviones como los idóneos para este caso. 

Lo anterior porque el muro debía interactuar con sistemas de drenaje pluvial y con una tubería de transporte de combustibles (oleoducto) que lo atravesaba longitudinalmente. Por ello, no solo se emplearon gaviones con recubrimiento de PVC, sino 2 200 m2 de geotextil no tejido. El muro está ubicado, concretamente, en el puente sobre el Río Ciruelas y tiene las siguientes dimensiones:  

• El muro presenta alturas variables que van los 2 hasta los 5 metros.  

• Las exigencias incluían abarcar 180 m de largo para levantar el nivel de la calzada y alcanzar el nivel de la superficie de rodamiento del puente. 

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