Diseño de muros de mampostería de granito en seco

Laburpena

La presente tesis doctoral trata sobre el estudio del comportamiento y el diseño de muros tradicionales de contención de mampostería de granito en seco comúnmente utilizados en Galicia. Estas estructuras siguen muy presentes en nuestra región y parecen presentar una buena integración paisajística y un reducido impacto medioambiental. El problema que presentan los muros de mampostería en seco es la falta de conocimiento científico a cerca de su comportamiento. Mientras que para los muros de hormigón es correcto asumir que se comportan comoestructuras rígidas y homogéneas evaluándose la estabilidad mediante equilibrio límite en términos de coeficiente de seguridad, la estabilidad de los muros de contención de mampostería en seco depende de factores que normalmente no se tienen en cuenta en análisis convencionales. Se trata del hecho de que los muros de mampostería en seco se construyen por filas de bloques de piedra en donde el enfoque del equilibrio límite es razonable, pero sólo si se aplica individualmente a cada fila de bloques por separado, empezando desde la fila superior y hasta la base del muro. Éste será el enfoque adoptado en esta tesis para el caso de los muros tradicionales de contención de mampostería de granito en seco ampliamente utilizados en Galicia. Se propone como principal aportación de este estudio, una técnica de diseño y análisis de muros de contención de mampostería en seco basada en técnicas de equilibrio límite. Ésta está enfocada al caso particular de los muros de granito que tradicionalmente se construyen en Galicia. Hasta la fecha, los muros se han venido diseñando tomando como base la experiencia en su construcción y aproximaciones de muros rígidos. El método presentado analiza la estabilidad de los muros a diferentes alturas que se corresponden con las filas de bloques, frente a deslizamiento y frente a dos mecanismos de vuelco; y como resultado se obtiene el ancho de diseño para cada altura. De este modo se ha diseñado un muro de 20 metros de altura siguiendo la metodología antes mencionada. El método también se puede aplicar para estimar la estabilidad de muros ya construidos de los que se conozcan sus dimensiones y propiedades. Una vez definido el método, también se ha estudiado la forma de estimar los parámetros más relevantes quedefinen a los materilaes que forman parte y afectan a ala estructura. Así, el ángulo de friccción entre los bloques de piedra se ha estudidado mediante la realización de ensayos a escala real y se ha demostrado que los contactos entre bloques de granito de elevada resistencia, muestran una resistencia al corte menor, mientras que en los granitos meteorizados la tendencia es a mostrar un ángulo de fricción entre bloques superior. Para estimar las propiedades que definen el comportamiento del terreno a contener por los muros, se ha usado un método empírico de determinación de las propiedades resistivas de suelos provenientes de la alteración y descomposición de granitos, localmente denominados "jabres". Se trata de una aproximación empírica que permite caracterizar estos materiales en términos de Mohr-Coulomb: cohesión y ángulo de fricción. El método surge de análisis retrospectivos de roturas de taludes en jabres y se complementa con sencillos ensayos in-situ y clasificación de suelos. La principal ventaja de la utilización de este método es que permite obtener valores de cohesión y fricción en diferentes puntos del terreno de forma rápida y económica, a partir de los cuales se pueden establecer valores medios de los parámetros que definen el comportamiento del suelo. Por otro lado, se ha puesto de manifiesto que la pendiente del ángulo que forma la base de la parte del muro que tiende a volcar es un parámetro críticio en la aplicación de nuestro método y está intimamente relacionado con la geometría de los bloques y con su disposición dentro de la estructura. La realización de modelos físicos sencillos ha permitido valorar y entender el papel de este ángulo en la estabilidad del muro de cara a establecer una estimación preliminar del mismo. También han contribuido a este efecto, la observación de muros reales y la observación de los mecanismos de rotura por vuelco en modelos de simulación numérica. La validez de la técnica propuesta, incluso el modo de caracterizar los parámetros, se ha probado mediante la realización de análisis retrospectivos de varios muros caídos, recogidos bien de casos reales, y de la bibliografía, comparando los resultados con los obtenidos de la simulación numérica mediante el código UDEC de forma satisfactoria. Por otro lado, la comparación de los coeficientes de seguridad obtenidos analíticamente para el muro de 20 metros de altura con los obtenidos numéricamente mediante la técnica de la reducción de la resistencia al corte también concuerda. Además, el comportamiento de los modelos físicos a pequeña escala de los muros de contención llevados a cabo en el laboratorio, coinciden también con los resultados que devuelve el método analítico propuesto. Todos estos ensayos y modelos numéricos destacan lo apropiado que resulta el método propuesto basado en el equilibrio límite, para el análisis de estas estructuras tradicionales, económicas y medioambientalmente respetuosas. Finalmente, la integración paisajística de estos muros se prueba comparándola con la integración que muestran los muros estándar de hormigón. Para ello se aplica una técnica de evaluación especialmente desarrollada para taludes y obras de ingeniería. La aplicación de esta técnica se lleva a cabo cuantificando la calidad estética de varias fotografías de paisajes que incluyen muros de contención de manpostería de granito en seco y muros de hormigón. En todos los casos analizados, la técnica propuesta indica una mejor integración paisajística para los muros de mampostería de granito. Además, este resultado lo corrobora una pequeña encuesta realizada con tal fin.