DISEÑO DE MUROS

UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR

FACULTAD DE INGENIERA Y ARQUITECTURA

ESCUELA DE INGENIERA CIVIL

ANLISIS Y DISEO DE ESTRUCTURAS DE RETENCIN DE APLICACIN RECIENTE EN EL

SALVADOR

PRESENTADO POR:

GUILLERMO ERNESTO FIGUEROA DAZ FREDYS ADELMO RODRGUEZ AGUILAR

EDWIN ENRIQUE ZELADA SEGUNDO

PARA OPTAR AL TITULO DE:

INGENIERO CIVIL

CIUDAD UNIVERSITARIA, ABRIL DE 2011

UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR RECTOR :

MSc. RUFINO ANTONIO QUEZADA SNCHEZ

SECRETARIO GENERAL :

LIC. DOUGLAS VLADIMIR ALFARO CHVEZ

FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA DECANO :

ING. MARIO ROBERTO NIETO LOVO

SECRETARIO :

ING. OSCAR EDUARDO MARROQUN HERNNDEZ

ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL

DIRECTOR :

MSc. ING. FREDY FABRICIO ORELLANA CALDERN

UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR

FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA

ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL

Trabajo de Graduacin previo a la opcin al Grado de:

INGENIERO CIVIL

Ttulo :

ANLISIS Y DISEO DE ESTRUCTURAS DE RETENCIN DE APLICACIN RECIENTE EN EL

SALVADOR Presentado por :

GUILLERMO ERNESTO FIGUEROA DAZ FREDYS ADELMO RODRGUEZ AGUILAR


Trabajo de Graduacin Aprobado por :

Docentes Directores :

ING. MANUEL DE JESS GUTIRREZ HERNNDEZ ING. LESLY EMIDALIA MENDOZA MEJA ING. JUAN PABLO CAAS ARBOLEDA

San Salvador, Abril de 2011

Trabajo de Graduacin Aprobado por: Docentes Directores:

ING. MANUEL DE JESS GUTIRREZ HERNNDEZ

ING. LESLY EMIDALIA MENDOZA MEJA

ING. JUAN PABLO CAAS ARBOLEDA

AGRADECIMIENTOS Dios Gracias por haber estado siempre con nosotros en nuestros momentos ms difciles,

por mantenernos con salud, por iluminarnos en nuestros momentos de oscuridad y

dudas y por supuesto, por darnos la fortaleza para poder seguir adelante, hacindole

frente a los obstculos que se interponan en nuestro andar.

Ing. Manuel Gutirrez Hernndez Por haber compartido sus consejos y conocimientos y por encargarse de haber sido

nuestro gua en el desarrollo de nuestro trabajo de graduacin, gracias por su

comprensin y paciencia.

Inga. Lesly Mendoza Meja Gracias por compartir sus conocimientos y por brindarnos su apoyo, tiempo, dedicacin

y orientacin para el correcto desarrollo de este trabajo de graduacin, gracias por su

comprensin, paciencia y consideracin y por darnos siempre nimos cuando se nos

presentaban dificultades, gracias por todo.

Ing. Juan Pablo Caas Arboleda Gracias por haber sido partcipe del desarrollo de este trabajo de graduacin y por

compartirnos sus valiosos conocimientos y consejos, adems de orientarnos para

llevar a cabo esta tesis, gracias por facilitarnos las reuniones de asesora al recibirnos

con amabilidad en su oficina de trabajo. Gracias infinitas por su total comprensin.

Tambin queremos agradecer a los ingenieros Melvin Hernndez, Luis Armando

Pineda e Ignacio Francs Fadn, quienes colaboraron en forma desinteresada en el

desarrollo de esta tesis al compartir sus conocimientos y su tiempo en la bsqueda de

informacin tcnica importante para realizar este trabajo de graduacin.

Queremos agradecer a nuestras familias y amig@s, porque siempre estuvieron con

nosotros en todas las adversidades y porque siempre nos brindaron su inmenso apoyo

y su valioso tiempo.

GUILLERMO, FREDYS Y EDWIN

DEDICATORIA

Primero que nada, dedico este trabajo de graduacin a nuestro Dios Todopoderoso,

que siempre me dio la seguridad, serenidad, fortaleza y sabidura necesarias para

sobrellevar los problemas y dificultades que se me presentaron durante estos

momentos culminantes de mi carrera.

A mis amados padres, Ana Mara y Vctor Arnoldo, quienes siempre me brindaron su

amor incondicional y apoyo en todo aspecto, adems de transmitirme su sabidura

cuando ms lo necesit, sobre todo en aquellos momentos de dudas, flaqueza y

desmotivacin. Este triunfo es para ustedes, muchas gracias.

A mis hermanos, Nono, Guayo y Alex, a la familia Del Cid Sosa y a la familia Urrutia

Del Cid por su comprensin y ayuda.

A mis compaeros de tesis, Fredys y Edwin, porque a pesar que tuvimos dificultades y

diferencias de ideas y opiniones durante el desarrollo de este trabajo, logramos superar

las adversidades que se nos presentaron.

A nuestros asesores, por proporcionarnos sus valiosos consejos y conocimientos y

hago una especial mencin para la Inga. Lesly Mendoza, que de no ser por el aporte

de sus conocimientos, su preocupacin, dedicacin y esmero hacia nuestro trabajo de

graduacin habra sido muy difcil conseguir nuestra meta.

A todos mis amig@s, en especial a mi gran amigo, el Ingeniero Alberto Quintanilla y al

Arquitecto Filadelfo Lpez, a quienes tambin agradezco porque con su apoyo y sus

palabras de aliento nunca permitieron que cayera sin luchar.

GUILLERMO ERNESTO FIGUEROA DAZ

DEDICATORIA

Esta tesis, si bien ha requerido de esfuerzo y mucha dedicacin por parte de los

autores y sus directores de tesis, no hubiese sido posible su finalizacin sin la

cooperacin desinteresada de todas y cada una de las personas que a continuacin

citar y muchas de las cuales han sido un soporte muy fuerte en momentos de

angustia y desesperacin.

Primero y antes que nada, dar gracias a Dios, por estar conmigo en cada paso que

doy, por fortalecer mi corazn e iluminar mi mente y por haber puesto en mi camino a

personas que han sido mi soporte y compaa durante todo el periodo de estudio.

Agradecer hoy y siempre a mi familia porque procuran mi bienestar, y est claro que si

no fuese por el esfuerzo realizado por ellos, mis estudios no hubiesen sido posibles. A

mis padres Jos Ins Rodrguez y Mara Fidelia Aguilar por su ejemplo de lucha y

honestidad, mis abuelitas Martina Mendoza y Mara Josefa Vzquez, a mis hermanos y

hermana Luis, Hugo, Melvin, Moiss y Janeth; ya que con el nimo, apoyo y alegra

que me brindan me dan la fortaleza necesaria para seguir adelante.

Agradecer especialmente a mi to Santos Vsquez por haber confiado en m y haberme

apoyado durante mi carrera por eso eternamente gracias.

De igual manera mi ms sincero agradecimiento a mi padrino y hermana espiritual,

Cenn Lpez y Alejandra Lpez que siempre me apoyaron y estuvieron siempre

pendiente de mi familia, asi como a mi amigo el Lic. Guillermo Urrutia por su ayuda.

En general quisiera agradecer a toda mi familia, amig@s y cada una de las personas

que han vivido conmigo la realizacin de esta tesis, con sus altos y bajos y que no

necesito nombrar porque tanto ell@s como yo sabemos que les agradezco de todo

corazn el haberme brindado todo el apoyo, colaboracin, nimo y sobre todo su

amistad.

FREDYS ADELMO RODRGUEZ AGUILAR

DEDICATORIA

Primero y antes que nada, dar gracias a Dios, por estar conmigo en cada paso que doy e iluminar mi mente y por fortalecer mi corazn, asi como tambien por haber

puesto en mi camino a aquellas personas que me han apoyado durante todo el periodo

de estudio, por darme una familia tan especial como la que tengo y muchas otras

cosas que hicieron recordar que tena que llegar a la meta. Sabes que te dedico este

esfuerzo, porque sin ti, nada soy Seor.

Agradecer hoy y siempre a mi familia porque est claro que si no fuese por el esfuerzo

realizado por ellos, la culminacin de esta meta no hubiese sido posible. A mi padre

NELSON ALBERTO ZELADA y a mi madre ROSA ELVIRA SEGUNDO, a mis

hermanos MARICELA ESTER y CRISTIAN ALEXANDER, por el nimo, apoyo y

alegra que me brindan a cada instante. Nunca olvidar el gran esfuerzo que realizaron

por m, les estar eternamente agradecido, siempre fueron mi inspiracin y por eso les

dedico este triunfo, ms que mi triunfo es su triunfo. Y por supuesto, nunca me olvidar

del apoyo incondicional y desinteresado que me brindaron mi to ERNESTO ENRIQUE

y mis tas MERCEDES GUADALUPE y ANA DEL CARMEN, a mis abuelas y demas

familiares que me dieron la fortaleza necesaria para seguir adelante y que me llevaron

en sus oraciones para llegar hasta ac. A todos ustedes les dedico este triunfo.

Mi ms sinceros agradecimientos a mis asesores de tesis, porque no solo compartieron

sus conocimientos, sino tambin sus experiencias, algo muy valioso que me ha hecho

ser una persona ms integra. De igual manera, a mis compaeros de tesis porque

siempre me ensearon y ayudaron, porque me apoyaron cuando ms lo necesite, por

eso y mucho ms, GRACIAS.

En general quisiera agradecer a todas y cada una de las personas que han vivido

conmigo la realizacin de esta tesis y que no necesito nombrar porque tanto ellas como

yo sabemos que desde los ms profundo de mi corazn les agradezco el haberme

brindado todo el apoyo, darme palabras de aliento y por creer en m.


CONVERSIN DE UNIDADES

FACTORES DE CONVERSION DEL SISTEMA INTERNACIONAL

CONVERSIONES APROXIMADAS AL SISTEMA INTERNACIONAL

SMBOLO UNIDAD DADA MULTIPLICAR POR UNIDAD OBTENIDA SMBOLO

LONGITUD

in pulgadas 25.4 milmetros mm

ft pies 0.305 metros m

yd yardas 0.914 metros m

mi millas 1.610 kilmetros km

REA

in2 pulgadas cuadradas 645.20 milmetros cuadrados mm2

ft2 pies cuadrados 0.093 metros cuadrados m2

yd2 yardas cuadradas 0.836 metros cuadrados m2

ac acres 0.405 hectreas ha

mi2 millas cuadradas 2.59 kilmetros cuadrados km2

VOLMEN

gal galones 3.785 litros l

ft3 pies cbicos 0.028 metros cbicos m3

yd3 yardas cbicas 0.765 metros cbicos m3

MASA

oz onzas 28.35 gramos g

lb libras 0.454 kilogramos kg

T Toneladas (2000 lb) 0.907 megagramos Mg

FUERZA Y PRESIN O ESFUERZO

lbf libras fuerza 4.45 Newton N

lbf libras fuerza 0.00445 kiloNewton kN

lbf libras fuerza 0.454 kilogramos kg

psi libra por pulgada cuadrada 6.89 kilopascales kPa

kg/cm2 kilogramo por centmetro cuadrado 0.10 megapascales MPa

Ksi kilolibra por pulgada cuadrada 6.89 megapascales MPa

TEMPERATURA

F Fahrenheit 5(F-32)/9 Celsius C

PESO VOLUMTRICO

kcf Kilolibra por pie cbico 157.15 kiloNewton por metro

cbico kN/m3

FACTORES DE CONVERSION DEL SISTEMA INTERNACIONAL

CONVERSIONES APROXIMADAS AL SISTEMA INTERNACIONAL

SMBOLO UNIDAD DADA MULTIPLICAR POR UNIDAD OBTENIDA SMBOLO LONGITUD

mm milmetros 0.03937 pulgadas in

m metros 3.279 pies ft

m metros 1.094 yardas yd

km kilmetros 0.6211 millas mi

REA

mm2 milmetros cuadrados 0.0016 pulgadas cuadradas in2

m2 metros cuadrados 10.764 pies cuadrados ft2

m2 metros cuadrados 1.195 yardas cuadradas yd2

ha hectreas 2.47 acres ac

km2 kilmetros cuadrados 0.386 millas cuadradas mi2

VOLMEN

l Litros 0.264 galones gal

m3 metros cbicos 35.71 pies cbicos ft3

m3 metros cbicos 1.307 yardas cbicas yd3

MSA

g gramos 0.035 onzas oz

kg kilogramos 2.202 libras lb

Mg megagramos 1.103 Toneladas (2000 lb) T

FUERZA Y PRESIN O ESFUERZO

N Newtons 0.225 libras fuerza lbf

kN kiloNewtons 225 libras fuerza lbf

kg kilogramos 2.202 libras fuerza lbf

kPa kilopascales 0.145 libra por pulgada cuadrada psi

MPa megapascales 10 kilogramo por centmetro cuadrado kg/cm2

MPa megapascales 0.145 kilolibra por pulgada cuadrada Ksi

TEMPERATURA

C Celsius Fahrenheit F

PESO VOLUMTRICO

kN/m3 kiloNewton por metro cbico 0.0064 Kilolibra por pie cbico Kcf

xix

NDICE GENERAL

RESUMEN ................................................................................................................. xxvii

NOMENCLATURA UTILIZADA ................................................................................... xxix

CAPITULO IGENERALIDADES 1.1 INTRODUCCIN....................................................................................................... 3

1.2 ANTECEDENTES ..................................................................................................... 4

1.3 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ....................................................................... 6

1.4 OBJETIVOS .............................................................................................................. 8

1.4.1 OBJETIVO GENERAL ........................................................................................ 8

1.4.2 OBJETIVOS ESPECFICOS .............................................................................. 8

1.5 ALCANCES ............................................................................................................... 9

1.6 LIMITACIONES ....................................................................................................... 10

1.7 JUSTIFICACIN ..................................................................................................... 11

CAPITULO IICONTENCIN DE SUELOS 2.1 INTRODUCCIN..................................................................................................... 15

2.2 DEFINICIN DE ESTRUCTURA DE RETENCIN DE SUELOS .......................... 15

2.2.1 CLASIFICACIN DE LAS ESTRUCTURAS DE RETENCIN ........................ 16

2.2.1.1 MUROS CONVENCIONALES ................................................................... 16

2.2.1.2. MUROS NO CONVENCIONALES O DE RECIENTE APLICACIN ........ 18

2.3 MTODO DE MUROS ANCLADOS ........................................................................ 19

2.3.1 CONCEPTO DE MUROS ANCLADOS ............................................................ 19

2.3.2 HISTORIA DE MUROS ANCLADOS ................................................................ 20

2.3.3 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL USO DE MUROS ANCLADOS ............... 22

2.3.4 CONDICIONES DEL TERRENO ADECUADAS E INADECUADAS PARA EL

USO DE MUROS ANCLADOS......................................................................... 22

2.3.5 CLASIFICACIN DE LOS MUROS ANCLADOS ............................................. 23

xx

2.3.5.1 SEGN EL TIPO DE PANTALLA O PARED DE REVESTIMIENTO ........ 23

2.3.5.2 SEGN LA VIDA TIL O DE SERVICIO ................................................... 24

2.3.6 APLICACIONES DE LOS MUROS ANCLADOS .............................................. 24

2.3.7 ELEMENTOS DEL MURO ANCLADO ............................................................. 26

2.3.7.1 PARED O MURO DE REVESTIMIENTO .................................................. 26

2.3.7.2 TIRANTES O ANCLAJES .......................................................................... 27

2.3.7.3 TENDONES ............................................................................................... 32

2.3.7.4 CABEZA Y PLACA DE APOYO ................................................................. 33

2.3.7.5 DISPOSITIVOS AUXILIARES ................................................................... 33

2.3.7.6 OBRAS DE DRENAJE ............................................................................... 34

2.3.8 ASPECTOS DE CONSTRUCCIN DEL MURO ANCLADO ........................... 35

2.3.9 PROTECCIN CONTRA LA CORROSIN ..................................................... 38

2.4 MTODO DEL SOIL NAILING (SUELO CLAVETEADO) ....................................... 39

2.4.1 CONCEPTO DE SOIL NAILING ....................................................................... 39

2.4.2 HISTORIA DEL SOIL NAILING ........................................................................ 40

2.4.3 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL MTODO DEL SOIL NAILING ............... 41

2.4.4 CONDICIONES DEL TERRENO IDNEAS E INADECUADAS PARA LA

UTILIZACIN DEL MTODO DEL SOIL NAILING. ......................................... 43

2.4.5 APLICACIN DE LOS MUROS SOIL NAILING ............................................... 45

2.4.6 COMPONENTES DE UN MURO SOIL NAILING ............................................. 47

2.4.6.2 SISTEMAS DE DRENAJE ......................................................................... 51

2.4.6.3 PANTALLA ESTRUCTURAL DE REVESTIMIENTO ................................. 52

2.4.7 ASPECTOS DE CONSTRUCCIN DEL SOIL NAILING. ................................ 53

2.5 MTODO DE APUNTALAMIENTO GIGANTE ....................................................... 55

2.5.1 CONCEPTO DE APUNTALAMIENTO GIGANTE ............................................ 58

2.5.2 HISTORIA DE APUNTALAMIENTOS GIGANTES EN EL SALVADOR ........... 59

2.5.3 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE UN APUNTALAMIENTO GIGANTE ......... 60

2.5.4 CONDICIONES ADECUADAS E INADECUADAS PARA EL USO DEL

APUNTALAMIENTO GIGANTE ....................................................................... 61

2.5.5 APLICACIN DEL APUNTALAMIENTO GIGANTE ......................................... 62

2.5.6 CLASIFICACIN DE LOS APUNTALAMIENTOS ............................................ 63

2.5.6.1 APUNTALAMIENTOS PARCIALES ......................................................... 64

xxi

2.5.6.2 APUNTALAMIENTOS TOTALES .............................................................. 64

2.5.7 COMPONENTES DEL APUNTALAMIENTO GIGANTE .................................. 64

2.5.7.1 EL REVESTIMIENTO ................................................................................ 64

2.5.7.2 LARGUEROS ............................................................................................ 70

2.5.7.3 PUNTALES ................................................................................................ 70

2.5.7.4 CONEXIONES ........................................................................................... 72

2.5.8 ASPECTOS CONSTRUCTIVOS DEL APUNTALAMIENTO GIGANTE ........... 74

CAPITULO IIIMTODO DE MURO ANCLADO

3.1 INTRODUCCIN..................................................................................................... 81

3.2 PRINCIPIOS SOBRE EL ANLISIS DE MUROS ANCLADOS .............................. 81

3.2.1 MODOS DE FALLA DE LOS MUROS ANCLADOS ......................................... 81

3.2.2 ANLISIS DE ESFUERZOS DENTRO DEL BULBO DE ANCLAJE ............... 84

3.2.3 CARGAS ACTUANTES EN LOS MUROS ANCLADOS .................................. 85

3.2.3.1 CARGAS LATERALES .............................................................................. 85

3.2.3.2 CARGAS VERTICALES ............................................................................ 86

3.2.3.3 CARGAS DINMICAS ............................................................................... 86

3.3 METODOLOGA DE DISEO DE MUROS ANCLADOS ........................................ 86

3.3.1 DISEO GEOTCNICO ................................................................................... 87

3.3.1.1 CLCULO DE CARGAS LATERALES ...................................................... 87

3.3.1.2 DIAGRAMAS APARENTES DE PRESIN DE TIERRA ........................... 90

3.3.1.3 TRANSFORMACIN DE CARGA DE PRESIN TOTAL DE TIERRA EN

DIAGRAMA APARENTE DE PRESIN PARA MURO CON ANCLAJES . 91

3.3.1.4 CLCULO DE PRESIN POR SOBRECARGA (PS) ................................ 97

3.3.1.5 DISEO DE LOS ANCLAJES .................................................................... 98

3.3.1.6 ESTABILIDAD GLOBAL DE UN MURO ANCLADO * ............................. 111

3.3.2 DISEO ESTRUCTURAL .............................................................................. 133

3.3.2.1 DISEO DE BARRAS, CABLES O TORONES ....................................... 133

3.3.2.2 CLCULO DE LA ADHERENCIA ENTRE TENDN Y LECHADA ......... 142

3.3.2.3 DISEO DE LA PANTALLA DE REVESTIMIENTO ................................ 143

xxii

3.3.2.4 LONGITUD DE DESARROLLO ............................................................... 154

3.3.2.5 PLACA DE REACCIN O DE APOYO .................................................... 157

3.3.2.6 CAPACIDAD A PUNZONAMIENTO DE LA PANTALLA ......................... 159

3.3.2.7 DISEO DE LA PANTALLA CONSIDERANDO FALLA PROGRESIVA 164

3.3.3 OTRAS CONSIDERACIONES DE DISEO .................................................. 165

3.3.3.1 CENTRALIZADORES .............................................................................. 165

3.3.3.2 ESPACIADORES ..................................................................................... 166

3.3.3.3 DRENAJE ................................................................................................ 166

3.3.3.4 TROMPETA ............................................................................................. 166

3.3.3.5 DISEO DE LOS SISTEMAS DE PROTECCIN CONTRA LA

CORROSIN ........................................................................................... 167

3.3.3.6 CLCULO DE ASENTAMIENTOS EN EL MURO ANCLADO ................ 172

3.4 PROCESO DE DISEO DEL SISTEMA DE MURO ANCLADO .......................... 173

3.4.1 EJEMPLO DE MURO ANCLADO................................................................... 175

CAPITULO IVMTODO DE MURO SOIL NAILING COMBINACIONES DE CARGA, FACTORES DE CARGA Y DE RESISTENCIA DE

AASHTO LRFD PARA DISEO DE MUROS SOIL NAILING ..................................... 328

4.1 INTRODUCCIN .................................................................................................. 225

4.2 COMPORTAMIENTO DE UN MURO SOIL NAILING ........................................... 225

4.2.1 INTERACCIN NAIL-SUELO ........................................................................ 227

4.2.2 INTERACCIN NAIL-SUELO-PANTALLA ..................................................... 227

4.2.3 TRANSFERENCIA DE CARGA EN MUROS SOIL NAILING ......................... 227

4.3 MODOS DE FALLA DE UN MURO SOIL NAILING .............................................. 230

4.3.1 MODOS DE FALLA EN PANTALLA DE REVESTIMIENTO .......................... 230

4.3.1.1 FALLA POR FLEXIN ............................................................................. 230

4.3.1.2 FALLA POR PUNZONAMIENTO ............................................................. 231

4.3.1.3 FALLA POR TENSIN EN LOS PERNOS .............................................. 232

4.3.2 MODOS INTERNOS DE FALLA EN MURO SOIL NAILING .......................... 234

4.3.3 MODOS EXTERNOS DE FALLA ................................................................... 235

4.3.3.1 ESTABILIDAD GLOBAL .......................................................................... 236

xxiii

4.3.3.2 FALLA POR DESLIZAMIENTO ............................................................... 237

4.3.3.3 ESTABILIDAD POR CAPACIDAD DE CARGA ....................................... 237

4.4 METODOLOGA DE DISEO DEL MURO SOIL NAILING POR FACTOR DE

CARGA Y RESISTENCIA (LRFD) ......................................................................... 240

4.4.1 ARREGLO DE LA GEOMETRA DEL MURO ................................................ 240

4.4.2 ARREGLO PRELIMINAR DEL SOIL NAILING ............................................... 241

4.4.3 CLCULO DE LONGITUD PRELIMINAR DEL NAIL ..................................... 247

4.4.3.1 ESTIMACIN DE LA RESISTENCIA DE ADHERENCIA ........................ 251

4.4.3.2 ADHERENCIA EN SUELOS NO COHESIVOS (GRANULARES) ........... 252

4.4.3.3 ADHERENCIA EN SUELOS COHESIVOS .............................................. 252

4.4.3.4 ADHERENCIA EN ROCA ........................................................................ 252

4.4.4 DISEO FINAL ............................................................................................... 256

4.4.4.1 CLCULO DE LA CAPACIDAD DE RESISTENCIA A FLEXIN ............ 256

4.4.4.2 DISEO DE PLACA DE REACCIN O DE APOYO ............................... 264

4.4.4.3 CLCULO DE LA CAPACIDAD DE RESISTENCIA AL PUNZONAMIENTO

................................................................................................................. 269

4.4.4.4 FALLA POR TENSIN EN LOS PERNOS DE PANTALLA PERMANENTE

................................................................................................................. 274

4.4.4.5 DETERMINACIN DE LA RESISTENCIA MNIMA DE DISEO ............ 276

4.4.4.6 REVISIN DE RESISTENCIA MNIMA DE DISEO EN CABEZA DEL

NAIL ......................................................................................................... 277

4.4.4.7 ANLISIS PARA ESTABILIDAD INTERNA ............................................. 278

4.4.4.8 ESTABILIDAD GLOBAL .......................................................................... 281

4.4.4.9 ESTABILIDAD POR DESLIZAMIENTO Y CAPACIDAD DE CARGA ...... 287

4.4.4.10 CLCULO DE ESTABILIDAD POR VOLTEO ....................................... 294

4.4.4.11 ANLISIS DE ESTABILIDAD EXTERNA POR SISMO ......................... 296

4.4.4.12 REVISIN DEL VOLADIZO DEL MURO ............................................... 299

4.4.4.13 REVISIN DEL ACERO DE REFUERZO EN LA PANTALLA DE

REVESTIMIENTO .................................................................................. 306

4.4.4.14 REVISIN DEL NIVEL DE SERVICIO O DESEMPEO DEL MURO ... 315

4.4.4.15 JUNTAS EN LA PANTALLA DE REVESTIMIENTO PERMANENTE .... 322

4.4.4.16 OTRAS CONSIDERACIONES DE DISEO .......................................... 324

xxiv

4.5 PROCESO DE DISEO DE MURO SOIL NAILING SEGN AASHTO LRFD . 326

4.5.1 EJEMPLO NUMRICO CORTE SEMIVERTICAL ...................................... 328

CAPITULO VMTODO DE APUNTALAMIENTO GIGANTE 5.1 INTRODUCCIN .................................................................................................. 417

5.2 CARACTERISTICAS DE UN SISTEMA DE APUNTALAMIENTO ........................ 418

5.3 CONFIGURACIONES DE SISTEMAS DE APUNTALAMIENTO .......................... 418

5.3.1 VARIACIONES EN LAS CONFIGURACIONES DEL APUNTALAMIENTO

SEGN LA UBICACIN DE SUS ELEMENTOS ........................................... 420

5.3.2 VARIACIN DEL SISTEMA DE APUNTALAMIENTO SEGN SU

REVESTIMIENTO .......................................................................................... 432

5.4 PRESIN DE SUELOS EN CORTES APUNTALADOS ....................................... 436

5.5 DISEO DE LOS COMPONENTES DEL SISTEMA DE APUNTALAMIENTO .... 446

5.5.1 DISEO DEL SOLDIER BEAM ...................................................................... 446

5.5.2 DISEO DEL REVESTIMIENTO DEL SISTEMA DE APUNTALAMIENTO ... 452

5.5.3 DISEO DE LOS PUNTALES ........................................................................ 461

5.5.3.1 COLUMNAS O PUNTALES .................................................................... 466

5.5.3.2 ESTADOS LMITE DE PANDEO ............................................................. 467

5.5.3.3 PANDEO ESLASTICO POR FLEXION DE UN PUNTAL ARTICULADO EN

SUS EXTREMOS .................................................................................... 468

5.5.3.4 INFLUENCIA DE LAS CONDICIONES EN EXTREMOS Y LONGITUD

EFECTIVA DE PUNTALES AISLADOS .................................................. 470

5.5.3.5 PANDEO ALREDEDOR DEL EJE X Y EJE Y DE UNA COLUMNA .. 472

5.5.3.6 RESISTENCIA DE DISEO DE COLUMNAS CARGADAS AXIALMENTE

................................................................................................................. 473

5.5.3.7 TABLAS DE DISEO PARA PUNTALES CARGADOS AXIALMENTE .. 475

5.5.3.8 LONGITUD EFECTIVA EQUIVALENTE (KXLX)y ...................................... 476

5.5.3.9 RELACIN ANCHO-GRUESO LMITE, r, ELEMENTOS PLACA EN

COMPRESION ........................................................................................ 477

5.5.3.10 DISEO DE PUNTALES O COLUMNAS CARGADAS AXIALMENTE . 479

5.5.3.11 ALTERNATIVA SOBRE LA CONFIGURACION DE LOS PUNTALES .. 480

xxv

5.5.4 VIGAS O LARGUEROS ................................................................................. 484

5.5.4.1 PANDEO LATERAL EN VIGAS O LARGUEROS .................................... 485

5.5.4.2 REFUERZO LATERAL DE VIGAS O LARGUEROS ............................... 486

5.5.4.3 DISEO DE VIGAS O LARGUEROS ...................................................... 487

5.5.5 ESTABILIDAD DEL FONDO DE UN CORTE APUNTALADO ....................... 488

5.5.6 CAPACIDAD AXIAL DEL SISTEMA DE SOLDIER BEAMS .......................... 499

5.5.7 CLCULO DE FACTOR DE SEGURIDAD BAJO LA EXCAVACIN DE UN

SISTEMA APUNTALADO .............................................................................. 513

5.5.7.1 CAPACIDAD LATERAL CON ELEMENTOS DISCRETOS ..................... 514

5.5.8 CONEXIONES EN EL SISTEMA DE APUNTALAMIENTO ............................ 526

5.5.8.1 TIPOS DE SOLDADURAS....................................................................... 526

5.5.8.2 DEFINICIN Y GEOMETRA DE SOLDADURA DE FILETE .................. 527

5.6 PROCESO DE DISEO DE UN SISTEMA DE APUNTALAMIENTO ................... 537

5.6.1 EJEMPLO DE SISTEMA DE APUNTALAMIENTO ............................................ 538

CAPTULO VICONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 6.1 CONCLUSIONES .................................................................................................. 595

6.2 RECOMENDACIONES ......................................................................................... 600

BIBLIOGRAFA .......................................................................................................... 609ANEXOS ..................................................................................................................... 615 ANEXO 1 ................................................................................................................... 617

ANEXO 2 ................................................................................................................... 623

ANEXO 3 ................................................................................................................... 635

ANEXO 4 ................................................................................................................... 645

ANEXO 5 ................................................................................................................... 659

xxvii

RESUMEN En toda obra de construccin civil, el uso de estructuras de retencin es indispensable

para mantener los niveles de seguridad adecuados en la realizacin de las diversas

actividades de construccin y esto se debe a la gran cantidad de aplicaciones que

estas poseen, entre las cuales podemos destacar la proteccin de cortes de

excavaciones para edificios o bien la estabilizacin y proteccin de taludes en zonas de

alto riesgo por deslizamientos. A travs de los aos, nuevas tecnologas se han

desarrollado en diferentes partes del mundo con el fin de mejorar el funcionamiento de

los sistemas de retencin, dando origen a nuevos sistemas que, en funcin de sus

ventajas econmicas y constructivas, poco a poco van sustituyendo a los mtodos

tradicionales utilizados desde siempre. Estos nuevos sistemas representan una nueva

gama de alternativas de diseo para la retencin de suelos para el ingeniero diseador

dentro del entorno nacional, por lo que se ha considerado como objetivo primordial

para este trabajo de graduacin, investigar, describir e incorporar las metodologas de

diseo de algunas de estas estructuras de retencin de reciente aplicacin En El

Salvador, tales como muros anclados, muros soil nailing o sistemas de apuntalamiento

gigante. De acuerdo a toda la informacin recolectada y analizada, el presente trabajo

de graduacin se ha estructurado de la siguiente forma:

En el captulo I se describen las generalidades concernientes a las necesidades que el trabajo de graduacin pretende suplir mediante la investigacin realizada referente al

anlisis y diseo de estructuras de retencin de aplicacin reciente en El Salvador. En

el captulo II se establece la diferencia entre las estructuras de retencin convencionales y las no convencionales, las cuales se consideran de aplicacin

reciente en nuestro pas, as como tambin se definen los conceptos de los sistemas

de muros anclados, soil nailing y apuntalamiento gigante. Adems, se presentan las

caractersticas y aspectos bsicos correspondientes a ellos, tales como ventajas y

desventajas de su utilizacin, las principales aplicaciones en la construccin,

elementos constitutivos, procesos constructivos, condiciones ideales y no ideales de

suelo para su aplicacin. En el captulo III se detallan los criterios fundamentales de anlisis y diseo de muros con anclajes activos, los cuales son: el clculo de las

xxviii

longitudes y cargas en los anclajes, el clculo y diseo de la pantalla de concreto,

clculo de estabilidades interna y externa del sistema, placa de reaccin y el clculo de

la carga necesaria para la aplicacin del presfuerzo en el anclaje. En el captulo IV se concentran los aspectos de anlisis y diseo correspondientes al sistema de muros soil

nailing, tales como las separaciones entre los nails, patrones de colocacin o las

longitudes de los mismos. Adems, se detalla la forma en la cual se realiza la

evaluacin adecuada de los modos de falla externos (deslizamiento, volteo, capacidad

de carga), internos (arrancamiento, deslizamiento y ruptura del nail) y en la pantalla de

revestimiento (flexin, punzonamiento, tensin directa) para obtener un diseo

adecuado del muro. En el captulo V se detallan algunos tipos y configuraciones posibles de sistemas de apuntalamiento gigante y se presenta una metodologa de

anlisis y diseo correspondiente a una de estas configuraciones, la cual contempla la

utilizacin de acero estructural y madera como materiales de construccin. Dentro de la

metodologa se muestran las formas para el clculo de las cargas en los puntales,

largueros, sistema de revestimiento, etc. y las pautas para un dimensionamiento

adecuado de los elementos y para la evaluacin de la estabilidad en el sistema. En el

captulo VI se presentan las conclusiones y las recomendaciones con respecto a la investigacin realizada en este trabajo de graduacin. Finalmente, se presenta una

seccin de anexos, en donde se muestran algunos aspectos complementarios para

cada una de las metodologas descritas en los captulos que conforman este

documento.

Adems, es importante destacar al lector que los criterios de diseo que aqu se

presentan pueden variar en funcin de su criterio, concepcin y experiencia, por lo

tanto, dichos criterios no deben considerarse como absolutos.

xxix

NOMENCLATURA UTILIZADA

Ac = rea de superficie de concreto fisurada por cortante y por friccin (mm2)

Ac1 = rea de la superficie cnica de falla por punzonamiento (mm)

Acg = rea de la columna de grout donde est embebido el nail (mm)

Acrit = Seccin critica de placa de apoyo en cabeza de anclaje, nail o puntal (m2)

AE = rea de concreto que tiene el mismo baricentro que la armadura principal

de traccin y limitada por las superficies de la seccin transversal y una

recta paralela al eje neutro, dividida por el nmero de barras o alambres.

(mm2)

Aepe = rea transversal del eje del perno (mm)

Ag = rea gruesa de la seccin de concreto reforzado en anlisis (m2)

AG = rea total de la seccin transversal de la columna mm2

Ap = rea de la placa de apoyo en cabeza de anclaje, nail o puntal (ExF) (m2) As = rea de acero de la seccin transversal del tendn de anclaje o nail (m2)

As corr = rea de acero de refuerzo corrido por flexin negativa en pantalla de

concreto reforzado (mm2/m)

As min = rea de acero de refuerzo utilizando el porcentaje de refuerzo mnimo

(min) (mm2)

As neg = rea de acero de refuerzo negativo en pantalla de revestimiento del soil

nailing (mm)

As pos = rea de acero de refuerzo positivo en pantalla de revestimiento del soil

nailing (mm)

As prop = rea de acero de refuerzo propuesto para pantalla de muro anclado (mm2)

As req = rea de acero de refuerzo requerido para pantalla de muro anclado (mm2)

Asb = rea de acero de refuerzo requerido para bastones por momento negativo

(mm2)

ATemp = rea de Acero de refuerzo por temperatura (mm2)

Av = rea de barras de refuerzo corrugadas (mm2)

Avf = rea de acero que atraviesa la grieta de concreto por punzonamiento

(mm2)

Aw = rea de alambre individual a anclar o empalmar (mm)

xxx

Awm = rea de acero de malla de alambre electro-soldado por unidad de longitud

(mm/m)

b = Ancho de la seccin del elemento de concreto, acero o madera (mm2)

B = Ancho de la excavacin (m)

b(q,,c) = Factor de inclinacin de la base del muro

B = Ancho efectivo del bloque de suelo reforzado en muros soil nailing (m)

B = Ancho efectivo de la excavacin para estabilidad basal (m)

BL = Ancho del bloque de suelo reforzado en muros soil nailing (m)

c = Cohesin o resistencia al corte del suelo (KN/m2)

ca = Adhesin entre la arcilla y el soldier beam

cb = Cohesin del suelo de la base bajo el muro (suelo reforzado) (KN/m2)

cb1 = Cohesin efectiva del suelo de la base bajo el muro (suelo reforzado)

(KN/m2)

Cf = Factor adimensional para flexin por efecto de la presin del suelo en la

pantalla del soil nailing

cmob = Resistencia al corte del suelo afectada por un factor de seguridad (KN/m2)

Cp = Factor adimensional de correccin por la reaccin del suelo

Cs = Factor adimensional para cortante por efecto de la presin de suelo que en

la pantalla de soil nailing

cu = Coeficiente de uniformidad

d = Profundidad de empotramiento o desplante del muro (m)

D = Dimetro de elemento de apoyo para barras o cables de presfuerzo (mm)

Dc = Dimetro efectivo del cono de cortante por punzonamiento de la pantalla

(mm)

Da = Dimetro de agujero perforado (m)

Db = Dimetro del bulbo de anclaje (m)

dc = Altura de concreto medida desde la fibra extrema en compresin hasta el

centro de la barra o alambre ubicado ms prximo a la misma. (mm)

Dc = Dimetro de la base del cono de cortante por punzonamiento de la pantalla

Dcg = Dimetro de la columna de grout donde est embebido el nail (mm)

Dcpe = Dimetro de la cabeza del perno en conexin con placa de soporte (mm)

de = Peralte efectivo de una seccin de concreto reforzado medido desde la

xxxi

fibra exterior en compresin hasta el acero de refuerzo en tensin (mm)

Depe = Dimetro del eje del perno de acero en conexin con placa de soporte

(mm)

DH = Distancia horizontal a la que se generan las deformaciones del suelo (m)

Ds = Dimetro de la parte recta (eje) del bulbo de anclaje (m)

Du = Dimetro de las campanas en bulbos con campanas mltiples (m)

dv = Dimetro nominal de la barra de acero de refuerzo (mm)

e = Excentricidad entre la resultante de fuerzas verticales y el centro de la

base del bloque de suelo reforzado en un muro soil nailing (m)

EA = Fuerza total de empuje activo (KN/m)

EAE = Fuerza total de empuje activo ms sismo combinado (KN/m)

Ec = Mdulo de elasticidad del concreto (MPa)

EE = Fuerza total de empuje ssmico (KN/m)

Ee = Mdulo de elasticidad del acero (MPa)

EP = Fuerza total del empuje pasivo (KN/m)

Es = Fuerza total de empuje debido a sobrecarga en condicin activa (KN/m)

Es sismo = Fuerza total de empuje debido a sobrecarga en condicin ssmica (KN/m)

Fb = Esfuerzo de flexin permisible de la madera (MPa)

fc = Resistencia a la compresin del concreto (MPa)

Fv = Esfuerzo de corte permisible de la seccin de madera (MPa)

Fb = Esfuerzo permisible del acero de la placa en MPa (0.75fy) fb = Esfuerzo de flexin actuante en la seccin del elemento (MPa)

fcr = Esfuerzo critico en el puntal (MPa)

Fex = Esfuerzo de pandeo elstico por flexin alrededor de su eje x (MPa)

FEXX = Resistencia mnima a la tensin del electrodo (MPa)

Fey = Esfuerzo de pandeo elstico por flexin alrededor de su eje y (MPa)

FF = Factor de carga de servicio para carga en la cabeza del clavo

fj = Presin aplicada a los anclajes por medio de dispositivo hidrulico (MPa)

fp = Esfuerzo residual en un tiempo t (MPa)

Fp = Fuerza pasiva delante de un soldier beam (KN)

fpi = Esfuerzo inicial aplicado a un tendn de acero (MPa)

FPT = Factor de presin de tierras (KN/m3)

xxxii

fpu = Resistencia mnima a la tensin especificada de presfuerzo del acero

(MPa)

fpy = Esfuerzo nominal de fluencia del acero del tendn de presfuerzo (MPa)

FR = Factor de reduccin del coeficiente de presin de tierras en estado pasivo

(KP) para el grfico de Caquot y Kerisel fs = Esfuerzo de tensin en el acero de refuerzo (MPa)

Fs = Esfuerzo de tensin permisible en el acero de refuerzo bajo cargas de

servicio (MPa)

FS = Factor de seguridad

fs = Esfuerzo actuante en el acero del tendn (MPa)

fsp = Prdidas totales de presfuerzo del tendn de acero del anclaje (MPa)

fU = Factor de reduccin por perforacin para ejes con caMPanas mltiples

fv = Esfuerzo cortante actuante en la seccin del elemento (MPa)

fy = Esfuerzo de fluencia del acero de refuerzo tradicional (MPa)

H = Altura del muro (m)

h = Altura desde la base del muro hasta el anclaje en anlisis (m)

H1 = Altura del primer nivel de anclaje o nails (m)

hc = Profundidad efectiva de la superficie cnica de falla por punzonamiento (m)

hc = Altura de concreto del cono de punzonamiento (m)

Hn = Profundidad del ensimo anclaje (m) (generalmente Hn = Hn+1 = HT = SV) Hn+1 = Profundidad inferior al ensimo anclaje (m)

HT = Espaciamiento del tramo entre niveles de anclajes o nails (m)

I = Momento de inercia de la seccin del elemento (mm4)

i(q,,c) = Factor de inclinacin de carga actuante en el muro

IC = ndice de compresibilidad del suelo

j = Brazo de palanca interno entre la fuerza de compresin en el concreto y la

fuerza de tensin que acta en el acero de refuerzo (mm)

k1 = Distancia que existe desde la fibra exterior del concreto en compresin

hasta el eje neutro de la seccin de concreto (mm)

K = Coeficiente de presin lateral de tierra (el rango vara de 1 a 2) k = Factor de reduccin aplicado a su para considerar la adhesin entre la

arcilla y el soldier beam

xxxiii

KA = Coeficiente de presin de tierras en estado activo

KAE = Coeficiente de presin de tierras en estado activo ms sismo combinado

KAmob = Coeficiente de resistencia activa movilizada

kh = Coeficiente ssmico horizontal

Ko = Coeficiente de presin de tierras en estado de reposo

KP = Coeficiente de presin de tierras en estado pasivo

KPmob = Coeficiente de resistencia pasiva movilizada

ks = Permeabilidad del suelo (cm/s)

kv = Coeficiente ssmico vertical

KxLx = Longitud efectiva de pandeo del puntal alrededor de su eje x (m)

KyLy = Longitud efectiva de pandeo del puntal alrededor de su eje y (m)

K = Coeficiente de fluencia del suelo

L = Longitud de la excavacin para cortes apuntalados (m)

= Longitud adicional medida desde el punto en donde los bastones de acero

de refuerzo ya no se necesitan (mm)

lb = Longitud del bulbo de anclaje (m)

ld = Longitud de desarrollo de barras de acero de refuerzo (m)

db = Longitud bsica de anclaje o empalme (mm)

Lg = Longitud total de una soldadura de filete (mm)

Liw = Longitud efectiva de cualquier segmento de soldadura intermitente de filete

LL = Longitud libre del anclaje (m)

LL1 = Longitud libre preliminar del anclaje con superficie de falla a 45+mob/2

(m)

Lp = Longitud de la placa de apoyo (m) (Lp = E = F) Lpe = Longitud total de perno de acero en placa de soporte (mm)

Ls = Longitud de la parte recta (eje) del bulbo de anclaje (m)

LT = Longitud total del anclaje, nail o putal (m)

LTb = Longitud total de bastones de acero de refuerzo por momento negativo

(mm)

lu = Longitud de las campanas de anclajes con mltiples campanas (m)

Lw = Longitud efectiva de la soldadura de filete (mm)

Lx = Longitud sin soporte de pandeo del puntal alrededor de su eje x

xxxiv

Ly = Longitud sin soporte de pandeo del puntal alrededor de su eje y

M = Momento necesario para calcular espesor de placa (KN-m)

m = Incremento de longitud de seccin critica de la placa de apoyo (m)

MA = Momento actuante desestabilizador en muro soil nailing (KN-m)

MNneg1 = Momento nominal negativo o del voladizo del muro (KN-m/m)

MNpos1 = Momento nominal positivo mximo del muro (KN-m/m)

MR = Momento resistente estabilizador en muro soil nailing (KN-m)

ms = Momento actuante en voladizo bajo condiciones de servicio (KN-m/m)

Mu A = Momento flector ltimo generado por la condicin activa del suelo

Mu E = Momento flector ltimo generado por la accin ssmica (KN-m/m)

Mu(Neg1) = Momento flector ltimo negativo en voladizo de pantalla de revestimiento

Mu(Pos) = Momento flector ltimo positivo en pantalla de revestimiento (KN-m/m)

Mu(res) = Momento flector ltimo negativo resistente por el acero de refuerzo corrido

(KN-m/m)

n = Altura de suelo equivalente por sobrecarga (m)

N(q,,c) = Factores de capacidad de carga del suelo

nE = Relacin de mdulos de elasticidad del acero (Ee) y del concreto (Ec) Npe = Nmero de pernos de acero a emplearse

NS = Nmero de estabilidad del suelo

P = Presin mxima de la envolvente de presin aparente de tierras (KN/m)

P = Carga axial sobre la columna o puntal (KN)

Pcr = Carga crtica en el puntal (kN)

Pe = Permetro nominal de la barra (m)

Pex = Carga de pandeo elstico por flexin alrededor del eje x del puntal

Pey = Carga de pandeo elstico por flexin alrededor del eje y del puntal

pi = Presin de inyeccin de lechada (KN/m2)

Ppu = Resistencia pasiva ltima del suelo delante de un soldier beam (KN/m)

PREQ = Fuerza requerida para estabilizar un corte vertical de tierra considerando

una cua de falla del suelo (KN)

Ps = Presin horizontal debido a sobrecarga (KN/m) Ps sismo = Presin horizontal debido a sobrecarga por sismo (KN/m)

PsT = Presin horizontal debida a la combinacin de sobrecarga en estado activo

xxxv

(Ps) y por sismo (Ps sismo) (KN/m2) Pu = Capacidad ltima de extraccin del anclaje (KN)

Py = Carga de fluencia de la seccin de la columna (KN)

Q = Resistencia de diseo a la extraccin del nail (KN)

Qe = Resistencia ltima de extraccin del nail (KN/m)

qmax = Carga mxima actuante en la base del muro soil nailing (KN/m2)

Qper = Capacidad axial permisible del soldier beam (KN)

qs = Presin de sobrecarga (KN/m)

Qskin = Capacidad ltima por friccin (KN)

Qtip = Capacidad ltima por la punta del soldier beam (KN)

Qu = Capacidad de carga ltima de transferencia del bulbo del anclaje (KN/m)

qult = Capacidad de carga ltima del suelo bajo el muro soil nailing (KN/m2)

Qult = Capacidad axial ltima del soldier beam (KN)

R = Componente de la fuerza de friccin (KN)

RB = Reaccin en la base de un muro anclado (KN/m)

Rd = Resistencia de diseo de una soldadura de filete (KN)

RV = Resultante de las fuerzas verticales actuantes en un muro soil nailing (KN)

rx = Radio de giro de la seccin transversal del puntal alrededor del eje x (mm)

ry = Radio de giro de la seccin transversal del puntal alrededor del eje y (mm)

S = Espaciamiento de barras de acero de refuerzo (m)

s(q,,c) = Factores de forma de la base del muro

SH = Separacin horizontal entre anclajes, nails o puntales (m)

Spe = Espaciamiento entre pernos en placa de soporte (mm)

SpH = Fuerza horizontal resistente de la pared o pantalla SpV = Fuerza vertical resistente de la pared o pantalla su = Resistencia al corte no drenada (KN/m2)

SV = Separacin vertical entre anclajes, nails o puntales (m) (generalmente

SV=HT) Sw = Separacin de los alambres a anclar o empalmar (mm)

T = Carga de transferencia Lock Off para anclajes activos (KN)

t = Tiempo medido en horas luego de la aplicacin del esfuerzo inicial fpi tcpe = Espesor de la cabeza del perno de acero (mm)

xxxvi

TD = Carga de Diseo del anclaje (KN)

te = espesor efectivo de la garganta de soldadura (mm)

TF = Resistencia de diseo en la cabeza del nail (KN)

tF = Espesor de pantalla de muro (m)

TFf = Resistencia de diseo a la flexin en la cabeza del nail (KN)

TFNf = Resistencia nominal a la flexin en la cabeza del nail (KN)

TFNs = Resistencia nominal al cortante en la cabeza del nail (KN)

TFNt = Resistencia nominal en la cabeza del nail por la tensin en los pernos (KN)

TFs = Resistencia de diseo a cortante en la cabeza del nail (KN)

TFt = Resistencia de diseo a tensin en la cabeza del nail (KN)

TH = Componente horizontal de la fuerza del anclaje (KN/m)

THA = Componente horizontal de la fuerza del anclaje en condicin activa (KN/m)

THE = Componente horizontal de la fuerza del anclaje en condicin ssmica

(KN/m)

THsT = Componente horizontal de la fuerza del anclaje debida a la combinacin de

sobrecarga en estado activo (Ps) y por sismo (Ps sismo) (KN/m2) TL = Carga total de presin tierras (KN/m)

Tmax = Carga mxima de diseo (KN)

Tmin = Carga de servicio factorada en la cabeza del nail (KN)

TN = Fuerza de tensin de diseo del nail (KN)

TNN = Resistencia nominal requerida del Nail (KN)

Tp = Fuerza de tensin en los pernos de la placa de apoyo

tP = Espesor de la placa de apoyo (mm)

TPU = Carga ltima del anclaje (KN)

TV = Componente vertical de la fuerza del anclaje (KN)

U = Coeficiente de uniformidad del suelo en suelos granulares (d60/d10)

u = Fuerza de adherencia de la interfaz barra-lechada de inyeccin del bulbo

umax = Fuerza de adherencia mxima de la interfaz barra-lechada de inyeccin

bulbo

VA = Fuerza cortante por empuje activo de tierras en voladizo de muro soil

nailing (KN/m)

VAE = Fuerza cortante en por empuje de tierras en condicin activa ms sismo

xxxvii

(KN/m)

Vc = Resistencia permisible a cortante del concreto (KN)

VE = Fuerza cortante en por empuje de tierras en condicin ssmica (KN/m)

VN = Resistencia nominal interna al cortante de la pantalla de soil nailing (KN)

Vn = Fuerza nominal cortante paralela a la grieta de la seccin de concreto (KN)

Vnc = Resistencia nominal a cortante del concreto (KN)

Vp = Fuerza de punzonamiento en la pantalla (KN)

W = Peso de la masa de suelo (KN)

w = Tamao de la pierna de una soldadura de filete (mm)

x = Ubicacin horizontal de la superficie de falla para estabilidad externa (m)

X = Relacin de la ubicacin horizontal x de la superficie de falla con respecto

a la altura del muro

X0 = Ubicacin de la resultante de todas las fuerzas verticales actuantes en

muro soil nailing (m)

y = Ubicacin vertical de la superficie de falla para estabilidad externa (m)

z = Profundidad bajo la base de un muro soil nailing a la que se ubica el nivel

fretico (m)

zc = Parmetro relacionado con el ancho de fisura (N/mm)

= Inclinacin de la superficie de falla de la masa de suelo ()

1 = Factor de adhesin en suelos cohesivos en anlisis de capacidad axial

a = Factor de adhesin para bulbos de anclaje con campanas mltiples

= ngulo de la pendiente del suelo retenido ()

1 = Factor de reduccin a la resistencia del concreto reforzado

eq = ngulo equivalente de la pendiente del suelo retenido para taludes

quebrados ()

= Peso volumtrico del suelo (KN/m3)

= Peso volumtrico sumergido del suelo (KN/m3)

EH = Factor AASHTO de amplificacin de cargas para presin de tierras

EQ = Factor AASHTO de amplificacin de cargas para presiones y empujes por

sismo

ES = Factor AASHTO de amplificacin de cargas para presin de sobrecargas

LS = Factor AASHTO de amplificacin de cargas para presin de sobrecargas

xxxviii

transitorias (sobrecargas vivas)

SAT = Peso volumtrico saturado del suelo (KN/m3)

W = Peso volumtrico del agua (KN/m3)

= Angulo de friccin entre el suelo y el muro ()

= ngulo de friccin entre el soldier beam y el suelo (0.67 a 0.83) b = ngulo de friccin entre superficies de suelo ()

H = Desplazamiento Horizontal de un muro soil nailing (m)

L = Elongacin inicial del anclaje sometido a la carga de diseo (mm)

LP = Elongacin del anclaje generada por prdidas esperadas de presfuerzo

(mm)

LT = Elongacin total del anclaje bajo la carga Lock Off (mm)

V = Desplazamiento vertical de un muro soil nailing (m)

Ult = Resistencia al esfuerzo cortante en el interfaz bulbo-roca (MPa)

= Factor emprico que depende de la permeabilidad del suelo

= ngulo de la cara del muro con respecto a la vertical ()

1 = ngulo de inclinacin de la superficie pasiva de falla para resistencialateral en suelos cohesivos.

= Coeficiente de amortiguacin del suelo (Dampening)

= Relacin de la ubicacin vertical y de la superficie de falla con respecto a

la altura del muro

= Factor que refleja la menor resistencia a la tensin del concreto liviano y la

reduccin resultante en la resistencia al agrietamiento.

= Factor de cortante por friccin

n = Esfuerzo nominal a cortante (KN/m2)

= Relacin de profundidad de empotramiento y altura del muro (d/H) = Porcentaje de rea de refuerzo

A = ngulo de inclinacin con respecto a la horizontal de la superficie de falla

para estabilidad externa en condicin ssmica ()

max = Porcentaje mximo de acero de refuerzo

min = Porcentaje mnimo de acero de refuerzo

ave = Esfuerzo vertical promedio a lo largo del pie del soldier beam (KN/m2)

ult = Resistencia a la compresin simple de la roca (MPa)

xxxix

= Angulo de friccin interna del suelo ()

b = ngulo de friccin interna del suelo de la base bajo el muro ()

c = Factor de resistencia a la cohesin de suelo

D = ngulo de friccin de suelo factorado ()

f = Factor AASHTO de reduccin de carga por flexin mob = ngulo de friccin interna del suelo afectado por un factor de seguridad ()

p = Factor de reduccin de carga por punzonamiento

q = Factor de resistencia por capacidad de carga

Q = Factor de resistencia por arrancamiento del nail

r = Factor de resistencia por deslizamiento

R = Factor de reduccin de carga de la AASHTO LRFD

s = Factor adimensional de resistencia por cortante

t = Factor adimensional de resistencia por tensin

= Factor de resistencia de friccin de suelo

= ngulo de inclinacin del anclaje o del nail con respecto a la horizontal ()

1 = Relacin entre la componente horizontal del empuje y la resultante de

fuerzas verticales actuantes en un muro soil nailing

e = Factor que refleja los efectos del revestimiento epxico en las barras

t = Factor tradicional de ubicacin del refuerzo que refleja efectos adversos de

la posicin de las barras de la parte superior de la seccin con respecto a

la altura de concreto fresco colocado debajo de ellas

= Cuanta de acero de refuerzo

1 = ngulo de relacin entre coeficientes ssmicos horizontal y vertical ()

2 = ngulo de inclinacin de la base de un muro soil nailing ()

CAPITULO I

GENERALIDADES

CAPITULO I GENERALIDADES

3

1.1 INTRODUCCIN En El Salvador y en otras partes del mundo, los suelos han sufrido con el tiempo

sucesivas erosiones, filtraciones, deslizamientos, asentamientos y otros efectos

naturales que definen las caractersticas actuales de stos y que muchas veces

ocasionan daos a estructuras que estn cimentadas sobre ellos o cerca de los

mismos. Es por ello que desde el punto de vista ingenieril, en algunos proyectos de

construccin se necesitan mtodos o tcnicas que den solucin a estos problemas,

como la construccin de estructuras de retencin, estabilizacin y refuerzo de suelos.

En Europa y Estados Unidos se han perfeccionado las tcnicas para el desarrollo de

stas estructuras, a travs de observaciones e investigaciones tanto analticas como

experimentales que ayudan a mejorar su desempeo ante las exigencias a las cuales

generalmente son sometidas. Por otra parte, en nuestro pas se estn adoptando

dichos mtodos o tcnicas, sin embargo, an no son del dominio comn en el sector de

ingeniera y construccin, ya que hay muy pocas entidades que aplican dichas tcnicas

en el sector, lo que limita su conocimiento. Frente a esto en nuestro pas se necesitan

documentos, estudios e investigaciones que muestren y expliquen los conceptos

relacionados con las tcnicas, as como la utilidad que conlleva su aplicacin. Tambin

es muy importante que dichas investigaciones muestren aspectos que sean afines al

anlisis y diseo de estas estructuras para que puedan ser integradas a una situacin

especfica o problema donde se considere adecuada su aplicacin. Debido a la

necesidad presentada, es que nuestro trabajo de graduacin se titular: Anlisis y

Diseo de Estructuras de Retencin de Aplicacin Reciente en El Salvador ".

En este captulo, se pretende dar una descripcin de algunos aspectos bsicos de la

investigacin, tales como algunos antecedentes de investigaciones anteriores y

antecedentes histricos de estas estructuras tanto locales como extranjeras, adems

se detalla el planteamiento del problema que se necesita resolver, los objetivos de la

investigacin para poder resolver el problema, los alcances y las limitaciones de la

misma, as como su respectiva justificacin.


4

1.2 ANTECEDENTES En el mbito de la construccin de obras civiles alrededor del mundo, los ingenieros

civiles en el da a da se han encontrado con una serie de problemas relacionados con

la retencin de suelos o rocas. Es por esto que, en el transcurrir de los aos y con el

avance de la tecnologa en la construccin se han desarrollado estructuras alternativas

a los muros convencionales para la retencin de suelos o rocas. Entre stas

estructuras podemos mencionar el Soil Nailing (Suelo Claveteado), Gaviones, Muros

de Tierra Armada o los Muros Anclados (Tieback Walls, Anchored Walls), Muros Miln

(Muros Pantalla), Soldier Pile Walls (Muros Berln), etc. Estas estructuras estn

conformadas por diversos elementos que hacen prctica su utilizacin en problemas

ingenieriles de la vida cotidiana. Algunos lugares en el mundo donde se inici la

utilizacin de algunas de stas estructuras son:

En el ao de 1972 en Fountainebleu Sand, ubicado en Versalles, Francia, se us por

primera vez la tcnica del Soil Nailing (Suelo Claveteado) para la estabilizacin de un

talud de corte de 70 de inclinacin de 60 pies de altura.

En la dcada de los aos 50 y 60 fueron utilizados los Muros Anclados en Estados

Unidos, Brasil, Suiza, Alemania, Inglaterra y otros, para la retencin de suelos en

infraestructura vial, tales como carreteras y vas frreas.

En Mxico se utiliz un sistema que se conoce como Muro Miln (tambin llamados

Muros Pantalla o Muros Diafragma) en el Servicio Mdico Forense, ubicado en el

Distrito Federal.

En El Salvador, tambin existen algunos antecedentes de la aplicacin de algunas de

stas estructuras, las cuales son:

Muro Soil Nailing para estabilizacin de taludes en el proyecto Orden de Malta, ubicado

en la periferia sur de San Salvador, 2005. Las Alturas de los taludes llegaban hasta los

18 metros y las longitudes de los nails variaban de los 12 a los 15 metros,

respectivamente.


5

En el Boulevard Orden de Malta, ubicado en la ciudad de San Salvador se utiliz la

tcnica de Muros Anclados y en los taludes verticales de la excavacin de los 6

stanos con los que cuenta el Edificio del Centro de Negocios para Inversionistas de

Avante, que tendr 10 niveles sobre el terreno.

Tambin se realiz la construccin de muros perimetrales usando el mtodo de

Apuntalamiento Gigante en Torre Futura, ubicado en el Centro Mundial de Comercio

(World Trade Center), en la colonia Escaln, San Salvador, 2007.

En cuanto a antecedentes bibliogrficos, existen estudios e investigaciones de diversas

partes del mundo que tratan sobre este tipo de estructuras de retencin de manera

extensa y muy particular. En El Salvador no existe una gran gama de documentos que

describan las caractersticas de este tipo de estructuras, por lo que es necesario hacer

una recopilacin y extraccin de informacin de estos estudios para poder desarrollar

un trabajo terico-analtico que contemple los aspectos relacionados al anlisis y

diseo de stas estructuras, considerando las condiciones locales. Algunos de estos

documentos son:

FHWA-SA-96-069 Manual for Design & Construction Monitoring of Soil Nailing Walls.

Este manual introduce el concepto de Soil Nailing y provee aspectos gua para la

seleccin y diseo de estructuras de soil nailing para varias aplicaciones para las

cuales sta tcnica es til.

Recommendations CLOUTERRE 1991. Soil Nailing Recommendations-1991 for

Designing, Calculating, Constructing and Inspecting Earth Support Systems Using Soil

Nailing (Summary).

Manual for Trenching and Shoring, Department of Transportation, state of California.

Este es un manual que provee conocimientos tcnicos para los ingenieros en lo que

respecta a sistemas de apuntalamiento y retencin de suelos en zanjas en proyectos

de construccin civiles.


6

Procesos Constructivos Aplicados a Cimentaciones Profundas en El Salvador, 2004.

Esta es una tesis de la Universidad de El Salvador donde se muestran las tcnicas

constructivas de algunas estructuras de retencin, como Muros Anclados y sistemas

Soil Nailing.

Manual de Construccin Geotcnica. Este es un libro de texto que habla sobre el

anlisis y diseo de Muros Miln o mejor conocidos como Muros Pantalla y otros tipos

de estructuras similares.

FHWA Geotechnical Engineering Circular N4, Ground Anchors and Anchored

Systems. Texto que muestra informacin concerniente a sistemas de muros anclados,

as como procesos de diseo y construccin.

State of the Practice in the Design of Tall, Stiff, and Flexible Tieback Retaining Walls.

Texto en donde se explican ciertos criterios para el diseo de muros con anclajes que

son aplicados en la prctica comn.

Simplified Procedures for the Design of Tall, Stiff Tieback Walls. Este es un libro que

muestra ciertos procedimientos simplificados para el diseo de muros anclados rgidos

y flexibles.

De acuerdo a lo anterior, se realizar un trabajo de investigacin de aplicacin prctica

que cuente con una metodologa para el anlisis y diseo de estructuras de ste tipo,

mostrando sus principales caractersticas de aplicacin, as como la importancia de

dicha aplicacin y para ello se contar con el estudio de los antecedentes bibliogrficos

que aqu se detallaron.

1.3 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA En El Salvador los ingenieros civiles durante su ejercer laboral en la construccin de

carreteras o edificaciones se enfrentan con problemas relacionados con la retencin de

suelos, que implican la utilizacin de estructuras de contencin que solucionen dichos

problemas (los que dependern en gran medida de las condiciones predominantes en


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la construccin). En este momento existen una gran variedad de soluciones que

responden al problema antes mencionado, algunos de amplia aplicacin en el pas,

tales como los muros convencionales de gravedad, semi-gravedad o de concreto

reforzado y otros de uso un poco ms reciente, como las tcnicas del Soil Nailing o

bien los muros con anclajes. Para la aplicacin de estos ltimos mtodos antes

mencionados se requiere que los ingenieros adquieran ciertos conocimientos

necesarios para que de esta forma analicen los conceptos que fundamentan su

funcionamiento y que gobiernan el diseo de estos para una aplicacin acertada y

adecuada.

Dichos conocimientos pueden ser adquiridos por medio de documentos u otras

investigaciones que han sido desarrolladas en otras partes del mundo y que pueden

aportar muchos aspectos tcnicos, de los cuales debe contemplarse una adaptacin de

stos a nuestro medio. Es por lo antes mencionado, que se hace necesario el

desarrollo de una investigacin que pueda contar con el estudio de estructuras de

retencin de reciente aplicacin en El Salvador y que adems incluya los aspectos y

tcnicas necesarias para el anlisis y diseo de stas, para que sea un soporte

prctico para los ingenieros civiles.

De acuerdo a esto se plantean las siguientes interrogantes:

Atendiendo a las condiciones del material predominante, se plantea: En qu casos o

condiciones se utilizan cada una de stas estructuras?

Qu ventajas y desventajas tiene la utilizacin de cada una de stas estructuras?

Qu metodologa de diseo se aplicar para las estructuras que aqu se presentan?

Qu criterios y consideraciones desde el punto de vista geotcnico y estructural son

utilizados para el anlisis y diseo de stas estructuras y de los elementos que las

componen?


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Cul o Cules de los mtodos que se aborden en el trabajo de graduacin son de

mayor aceptacin y aplicacin en nuestro pas en base a criterios como el proceso

para su diseo o bien sus procesos de construccin?

1.4 OBJETIVOS 1.4.1 OBJETIVO GENERAL Desarrollar un documento que contenga las caractersticas, tcnicas de anlisis y

procedimientos de clculo que sean de ayuda para el diseo de estructuras de

retencin tipo Soil Nailing, muros anclados y sistemas de apuntalamiento gigante,

cuyas aplicaciones son recientes en El Salvador.

1.4.2 OBJETIVOS ESPECFICOS

Establecer las aplicaciones que tienen cada una de las estructuras de retencin a desarrollar, as como definir los tipos de materiales en los cuales es conveniente

su aplicacin y bajo qu caractersticas es posible.

Establecer las ventajas y desventajas que implica la utilizacin de las estructuras de retencin a desarrollar en tipos especficos de suelos.

Retomar y resumir los fundamentos tericos para condiciones locales en los que se basa el diseo geotcnico.

Proponer una metodologa aplicable en El Salvador para el diseo geotcnico y estructural de las estructuras de retencin a desarrollar.

Concluir en base a las investigaciones realizadas, cules son los mtodos de mayor aceptacin en nuestro pas, tomando en cuenta sus proceso de diseo y

procesos constructivos.


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1.5 ALCANCES Existen diferentes alternativas de estructuras de retencin de aplicacin reciente en

nuestro pas, algunas de stas son: Soil Nailing, Muros Anclados, Muros Berln (Soldier

Pile Walls), Apuntalamiento Gigante, Muros de Tierra Armada, etc. cuya aplicacin

depender de las condiciones de los suelos en el entorno, de la disponibilidad de

tecnologa para su aplicacin y de su costo de ejecucin, que son algunos de los

factores predominantes en nuestro pas.

De acuerdo a lo antes mencionado, para la realizacin del presente trabajo de

graduacin, es necesario establecer un nmero especfico de sistemas a estudiar,

debido a la cantidad de alternativas que hay en el medio. De acuerdo a lo anterior se

proponen tres sistemas a desarrollar, los cuales son: Muros Anclados (Tied-back

Walls), Soil Nailing (Suelo Claveteado) y el sistema de Apuntalamiento Gigante,

considerando que la aplicacin de estos sistemas ha sido reciente en nuestro Pas.

El estudio de stos abarcar de manera prctica los aspectos bsicos necesarios para

su anlisis y diseo, tanto geotcnico como estructural, definiendo otras caractersticas

como las ventajas y desventajas en la utilizacin de estas estructuras ante las

diferentes condiciones de cada proyecto de construccin en donde se presenten

problemas de retencin de tierras. Teniendo siempre en cuenta la posibilidad de utilizar

otras alternativas de solucin y no solo limitarse a las que aqu se presenten.

Adems, se utilizarn herramientas de carcter informtico (computacional) que se

desarrollarn para complementar la metodologa manual a utilizarse para el diseo de

las estructuras de retencin que se presenten en el trabajo de graduacin, con el fin de

automatizar o agilizar la realizacin de los clculos que se consideren necesarios;

como por ejemplo: ayudas para el clculo de ciertos parmetros que resultan

necesarios y exijan de clculos exhaustivos, como la estabilidad interna y externa de la

estructura o sistema, o bien ayudas de clculo para el diseo de algunos de los

elementos que componen la estructura.


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1.6 LIMITACIONES

El trabajo de graduacin se limitar al estudio de tres sistemas de retencin, los cuales son: Muros Anclados (Tieback Wall), Soil Nailing (Suelo Claveteado) y

sistemas de Apuntalamiento Gigante.

Debido a que el estudio geotcnico es muy amplio y que el enfoque de la investigacin es el anlisis y diseo, no se contemplar la informacin

concerniente a la realizacin de los mtodos y pruebas de laboratorio para la

obtencin de parmetros y datos que son necesarios para el diseo de las

estructuras que aqu se contemplan.

El desarrollo de un ejemplo prctico aplicado a un proyecto real especfico de nuestro pas implicara un alto costo para la investigacin. Por lo tanto no se

contemplar este aspecto dentro de nuestro trabajo.

Segn los diferentes autores de la bibliografa consultada, los sistemas de retencin implicados en el trabajo de graduacin pueden ser diseados en base a

diferentes criterios y metodologas de diseo. Por lo tanto, para el anlisis y el

diseo de ejemplos numricos de cada sistema de este trabajo se enfatizar

solamente en una metodologa y ser aquella que se adapte mejor a nuestro

entorno nacional.

Las herramientas informticas (computacionales) que se desarrollen sern para

automatizar los clculos del diseo de algunos de los elementos que componen a

las estructuras o sistemas de retencin que integran el trabajo de graduacin y no

para el diseo de todo el sistema de retencin.


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1.7 JUSTIFICACIN En El Salvador, a lo largo de la historia se han dado problemas con la retencin de

suelos y rocas en la construccin de obras civiles, causados por diversos factores tanto

naturales como artificiales, es decir producidos por la intervencin del hombre. Entre

los factores naturales podemos mencionar la accin de las aguas subterrneas, la

accin de las lluvias, formaciones geolgicas o irregularidades de relieve y por

supuesto, los movimientos causados por eventos ssmicos, mientras que en los

factores causados por el hombre podemos mencionar los procesos de excavacin en

una obra civil. Esto hace necesario la implementacin de estructuras de retencin, las

cuales pueden ser estructuras convencionales en nuestro medio (Muros de Gravedad,

Semi Gravedad, entre otros) o de reciente aplicacin (Soil Nailing, Muros Anclados y

otros) que si bien es cierto han sido utilizados en otras regiones del mundo desde hace

varias dcadas, en nuestro pas no haban sido utilizadas, sino hasta mediados de la

dcada de los noventa, debido a los aspectos tecnolgicos, econmicos y

constructivos, predominantes en la regin.

Es por esto que nuestro trabajo de graduacin pretende ser una ayuda a los ingenieros

civiles de la sociedad salvadorea, en lo que respecta al conocimiento de los

requerimientos para el anlisis y diseo de las diferentes alternativas de estructuras de

retencin de uso reciente en nuestro pas y cuya aplicacin depender de las

condiciones que se presenten en una obra civil determinada.

CAPITULO II

CONTENCIN DE SUELOS

CAPITULO II CONTENCION DE SUELOS

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2.1 INTRODUCCIN En El Salvador debido al crecimiento poblacional, el espacio de construccin en las

zonas urbanas es reducido, por lo que existe la necesidad de construir edificaciones de

gran altura que requieren excavaciones ms profundas, las cuales conllevan a utilizar

diversos sistemas de contencin convencionales que se han utilizado desde mucho

tiempo u otros de aplicacin ms reciente que pueden ser de carcter temporal o

permanentes en los que se pueden obtener niveles ptimos de seguridad. Estas

estructuras tienen la finalidad de retener una masa de suelo en un proyecto

determinado, algunas de stas estructuras tienen otras caractersticas adicionales a las

de retener, tales como reforzar la masa de suelo que contribuye con su estabilizacin

para evitar problemas de desprendimientos o deslizamientos de dichas masas

causadas por factores naturales o humanos.

En el presente captulo, se definen el concepto de retencin de suelos, estableciendo

tres mtodos o sistemas que son recientes en el mbito constructivo de nuestro pas,

los cuales son los sistemas de Muros Anclados y el sistema de Muro Soil Nailing y el

sistema de Apuntalamiento Gigante.

Para los tres sistemas se describen las caractersticas fundamentales y aspectos

tcnicos de cada uno de ellos, tales como: concepto, funcionalidad, historia o

antecedentes, ventajas y desventajas de la aplicacin del sistema, condiciones

adecuadas e inadecuadas de suelos para el uso del sistema, aplicaciones,

componentes y aspectos constructivos.

2.2 DEFINICIN DE ESTRUCTURA DE RETENCIN DE SUELOS Los suelos, as como otros materiales tienen un ngulo de reposo propio; para lograr

una pendiente mayor que la proporcionada por dicho ngulo se requiere de algn tipo

de estructura de retencin o soporte que evite el deslizamiento.

Tratndose de muros de pequea altura se utilizan muros convencionales, tales como

los muros de gravedad, semi-gravedad, en voladizo, de contrafuertes, etc. Mientras

que para alturas mayores se utilizan otras tcnicas o tecnologas no tan


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convencionales debido a su reciente aplicacin en nuestro pas, tales como muros

anclados, apuntalamientos, muros Soil Nailing, entre otros. Que si bien algunas de

estas estructuras retienen la masa de suelo, pueden reforzarla introduciendo

elementos que contrarrestan el empuje de dicha masa de suelos aprovechando la

resistencia del suelo circundante al elemento, adems de mejorar las propiedades del

suelo.

2.2.1 CLASIFICACIN DE LAS ESTRUCTURAS DE RETENCIN Las estructuras de retencin se clasifican como:

Muros convencionales Muros no convencionales o de aplicacin reciente

2.2.1.1 MUROS CONVENCIONALES Muros de gravedad Los muros de gravedad son los que generalmente tienen un perfil trapezoidal y

dependen principalmente de su peso propio para asegurar la estabilidad; se hacen

generalmente de concreto ciclpeo (combinacin de concreto de cemento a baja

resistencia y piedras grandes de tamao no mayor de 30 centmetros) o an de mampostera de piedra y no llevan ningn refuerzo. El muro debe proporcionarse de tal

manera que no haya esfuerzo de traccin en ninguna de las secciones; son muros muy

econmicos para alturas bajas (hasta 3 3.50 metros aproximadamente).

Muros de semi-gravedad Los muros de semi-gravedad son un poco ms esbeltos que los de gravedad porque

toleran esfuerzos pequeos de traccin que se absorben con pequeas cuantas de

acero de refuerzo y que en general pueden resultar an ms econmicos que los de

gravedad para alturas de hasta 4 metros.

Muros de voladizo Los muros de voladizo, son muros de concreto reforzado de tallo delgado y una losa de

base. El perfil comn de este tipo de muros es el de una T o una L y a veces son

compuestos. Estos muros utilizan por lo menos parte del peso del relleno para


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asegurar la estabilidad; este es el tipo de muro que con mayor frecuencia se presenta

en la prctica del calculista y su utilizacin resulta econmica hasta alturas de hasta los

6 metros aproximadamente.

Muros con contrafuertes Los muros con contrafuerte son de concreto reforzado y son los que estn constituidos

por placas o losas verticales delgadas que se apoyan sobre grandes voladizos

espaciados en forma regular que se denominan contrafuertes, los cuales reducen las

fuerzas cortantes y los momentos flexionantes. Este tipo de muro es conveniente

cuando las alturas por vencer son en general, mayores de 6 metros.

En la figura 2.1 se muestran algunos tipos de estructuras de retencin convencionales

en nuestro medio y que fueron definidos previamente.

Figura 2.1. Diferentes tipos de estructuras de retencin convencionales. Fuente: Principios de ingeniera de cimentaciones Braja Das, 2001.

a) Muro de gravedad c) Muro de mampostera reforzada

b) Muro de semi-gravedad


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2.2.1.2. MUROS NO CONVENCIONALES O DE RECIENTE APLICACIN Dentro de los diferentes mtodos de retencin de suelos recientes estn:

Sistemas de anclajes activos en suelos Mtodo de Soil Nailing (Suelo Claveteado) Tierra Armada Apuntalamiento Gigante, etc.

Estos mtodos, como se mencion anteriormente, se caracterizan por introducir en el

terreno elementos de caractersticas especiales que trabajan a tensin para mejorar la

resistencia al corte del mismo, tales como geomallas, columnas inyectadas, etc.

Cuando dichos elementos de tensin se instalan al mismo tiempo que se construye

una estructura trrea, por ejemplo en un terrapln, como ocurre en la tcnica de la

tierra armada, se pueden tener taludes ms escarpados, e inclusive verticales.

En cuanto a los sistemas anclados, los anclajes del terreno tanto en suelo como en

roca, permiten resistir tensiones. Bajo este concepto los elementos que se introducen

al terreno son generalmente metlicos o tambin de resina con fibra de vidrio. Pueden

instalarse sin aplicarles un esfuerzo previo (anclas pasivas) o bien aplicndoselo,

(anclas activas).

d) Muro de voladizo e) Muro de contrafuertes

Figura 2.1. Diferentes tipos de estructuras de retencin convencionales. Fuente: Principios de ingeniera de cimentaciones Braja Das, 2001.


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Cuando son anclajes pasivos se habla del mtodo Soil Nailing y cuando los elementos

reforzantes son anclajes activos se habla del mtodo de Muro Anclado. Estos mtodos

son adecuados en la estabilizacin de taludes y excavaciones, porque en ambos

mtodos los elementos estabilizadores desarrollan una adherencia con el terreno. A

continuacin se presentan las generalidades y aspectos tcnicos, tanto del muro

anclado como del Soil Nailing, considerando que estos mtodos son aplicables en

nuestro medio.

2.3 MTODO DE MUROS ANCLADOS

2.3.1 CONCEPTO DE MUROS ANCLADOS Los muros anclados son estructuras de gravedad, semi-gravedad o pantallas; que se

sostienen mediante anclas pre-tensadas o pos-tensadas con bulbos profundos que

transmiten una carga de tensin a suelos o rocas en los cuales pueden ser instalados.

(Ver figura 2.3). Generalmente se coloca sobre la cara de un muro, una carga de

tensin a travs de un cable o barra de acero anclado a un bulbo cementado a

profundidad dentro del talud. Los anclajes pre-tensados incrementan los esfuerzos

normales sobre la superficie de falla real o potencial y as aumentan las fuerzas

resistentes al incrementar la resistencia a la friccin, a lo largo de esa superficie.

En trminos muy generales, el objetivo de un sistema de anclajes es realmente el

confinamiento del suelo en la vecindad de un corte y as garantizar la estabilidad de

una excavacin efectuada para construir el cajn de la cimentacin de un edificio,

Figura 2.2. Diferentes tipos de muros no convencionales.Fuente: Principios de ingeniera de cimentaciones Braja Das, 2001.

a) Muro anclado b) Muro Soil Nailing c) Muro de tierra armada


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restablecer el equilibrio en taludes inestables o aumentar la seguridad de las laderas o

cortes preexistentes.

La factibilidad de utilizar un muro anclado en una ubicacin determinada se deber

determinar analizando si las condiciones del suelo y la roca dentro de la zona del bulbo

de los anclajes adherentes son adecuadas. Tambin se debera considerar la

posibilidad de encontrar instalaciones de servicio pblico (tuberas de agua, gas, etc.)

subterrneas y la proximidad de otros tipos de estructuras enterradas (cimientos de

edificios aledaos) respecto de la ubicacin de los anclajes.

2.3.2 HISTORIA DE MUROS ANCLADOS El uso de los anclajes de tierra se inici en la dcada de 1930, especficamente en

1933 cuando en la Presa Cheurfas, ubicada en Argelia, se utilizaron anclajes

individuales para el refuerzo de la tierra en la represa existente. Los anclajes se

colocaron en forma vertical y soportaban una fuerza de 9810 KN y desde entonces se han utilizado en el refuerzo de otras represas o estructuras existentes en suelos

rocosos. En los Estados Unidos durante la dcada de 1950, los constructores

comenzaron a utilizar los muros anclados de carcter permanente para el soporte de

las paredes en excavaciones de profundidades moderadas, sobre todo en suelos

cohesivos. Estos muros tenan anclajes cuyas capacidades de carga variaban desde

178 KN hasta 890 KN, respectivamente. Por otra parte, para mediados de la dcada de 1960, los anclajes para muros permanentes de contencin se utilizaron en Brasil,

Suiza, Alemania, Inglaterra y Francia.

Figura 2.3. Localizacin de anclas en un muro anclado en materiales estratificados. Fuente: Cap. 14 Estructuras de Contencin o Anclaje, Cachn Irrigaray, 1996.

Muro o pared de revestimientoAnclajes

Obras de drenaje


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En nuestro pas la tcnica de muros con anclajes activos se est aplicando cada vez

ms, debido a su practicidad ya que no se incurre en gastos que implicaran el uso de

otras estructuras de retencin convencionales. Un ejemplo en particular de este tipo de

muros es el desarrollado en el proyecto del Edificio Corporativo Avante, de la empresa

Calidad Inmobiliaria, que consta de 10 niveles, respectivamente (ver figura 2.4). La empresa RODIO SWISSBORING fue la encargada del trabajo del reforzamiento de las

paredes de suelo perimetrales.

El edificio consta de 5 stanos, cuyo permetro es de 220 metros y una altura mxima de 19 metros. De acuerdo a las soluciones propuestas, se decidi que en los linderos Norte, Sur y Este del edificio se usaron sistemas de muros con anclajes activos de

cable pos-tensados y pilotes para sostener el peso propio del terreno, mientras que en

el lindero restante se utiliz otra tcnica, como lo es el sistema de pilotes y vigas.

La metodologa que se llev a cabo para la construccin de los stanos inici con la

construccin de los pilotes, posteriormente se construyeron las vigas cabezales de los

pilotes, luego se realiz la excavacin progresiva por niveles de arriba hacia abajo.

Luego de la excavacin de cada nivel se procedi a la construccin de los anclajes,

utilizando mquinas perforadoras y finalmente se realiz la construccin del muro de

revestimiento.

Figura 2.4. Edificio AVANTE El Salvador.Fuente: Calidad inmobiliaria


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2.3.3 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL USO DE MUROS ANCLADOS Las ventajas y desventajas se muestran en la tabla 2.1.

TABLA 2.1 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL MURO ANCLADOVENTAJAS DESVENTAJAS

Utilizar la capacidad del suelo o roca donde se instalan como medio de soporte.

Ocupar menos espacio durante su instalacin, comparado con sistemas equivalentes (puntales, taludes temporales).

Mantener la estabilidad de taludes y cortes en situaciones especiales donde constituyen la nica solucin posible.

Su proceso constructivo se realiza de arriba hacia abajo, por lo que no se necesita rellenos artificiales o reduce el volumen de excavacin.

No se necesitan de fundaciones para su

realizacin.

Reduccin de la cantidad de concreto reforzado para su construccin, dado que el muro puede ser diseado con anclajes cuyos espaciamientos sean pequeos.

La existencia de ambientes agresivos que puedan daar los componentes del bulbo o anclaje si stos no estn protegidos adecuadamente.

Los muros anclados no son efectivos en suelos blandos, ya que pueden causar deformaciones excesivas en la masa de suelo.

La zona donde son instalados los anclajes queda limitada al desarrollo en el futuro.

Puede interferir con estructuras vecinas o adyacentes al lugar del proyecto.

2.3.4 CONDICIONES DEL TERRENO ADECUADAS E INADECUADAS PARA EL USO DE MUROS ANCLADOS Existen suelos con las propiedades adecuadas para la aplicacin de este sistema, as

como suelos con pocas propiedades adecuadas, por lo que estas condiciones se

DISEÑO DE MUROS

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