SISTEMAS DE SOSTENIMIENTO MEDIANTE ANCLAJES
Ing. José Luis Carrasco Gutiérrez
DIPLOMADO EN DISEÑO ESTRUCTURAL Y NUEVAS TENDENCIAS EN LA CONSTRUCCIÓN SIN PÉRDIDAS
CONTENIDO
* CIMENTACIONES SUPERFICIALES
– Capacidad de carga admisible
– Consideraciones de diseño estructural
* CIMENTACIONES PROFUNDAS
– Tipos de cimentación
– Capacidad de carga
* MUROS DE SUELO REFORZADO
– Tipos de muros, clasificación y tipos de muros
– Teoría de empuje de tierras
– Aplicaciones y casos históricos
– Diseño de muros de suelo reforzado (MSE)
* SISTEMAS DE SOSTENIMIENTO MEDIANTE ANCLAJES
– Tipos de anclajes
– Diseño de anclajes, ejercicio
Introducción
Los anclajes constituyen en la actualidad una alternativaimportante para garantizar la estabilidad de diversasestructuras.
Pueden usarse en forma muy ventajosa en cualquiersituación en que se le necesite para contener una masa desuelo o roca soportando un determinado estado deesfuerzos.
Definición - Anclajes
Dispositivo capaz de transmitir las fuerzas de tracción que le son aplicadas aun lecho de terreno existente (Norma española: UNE-EN 1537:2001 Ejecución de
trabajos especiales. Anclajes)
- Trabaja a tracción.- Se fija al exterior y transmite la
carga a una estructura de reparto.- Se fija al interior del terreno a lo
largo de un bulbo.- Entre ambas fijaciones puede
disponerse una «longitud libre»
Introducción - Instalación
Introducción - Aplicaciones
Introducción - Aplicaciones
Introducción - Aplicaciones
FHWA-IF-99-015
Introducción -Partes de un anclaje
Tipos de anclajes
Según su forma de trabajar• Anclajes pasivos• Anclajes activos
Según los elementos constituyentes del anclaje• Anclajes de barra• Anclajes de cables
Según el tiempo de servicio• Anclajes de provisionales• Anclajes permanentes
Según se efectúe o no reinyección del bulbo• Inyección única global (IU)• Inyección repetitiva (IR)• Inyección repetitiva y selectiva (IRS).
Tipos de anclajes
SEGÚN SU FORMA DE TRABAJAR
Anclajes pasivos:• No se pretensa el anclaje después de su instalación.• El anclaje entra en tracción al empezar a producirse la deformación
de la masa de suelo o roca.
Anclajes activos:• Una vez instalado se pretensa el anclaje hasta alcanzar su carga
admisible, comprimiendo el terreno entre el bulbo anclaje y la placade apoyo de la cabeza.
Anclaje mixto:• La estructura metálica se pretensa con una carga menor a la
admisible, quedando una fracción de su capacidad resistente enreserva para hacer frente a posibles movimientos aleatorios delterreno.
Tipos de anclajes
Fuente: Luis Ortuño
Tipos de anclajes
ANCLAJES DE BARRA: ACTIVOS O PASIVOS
- Roscadas: Facilidad de empalme y fijación
- Corrugadas: Precisan tornear roscas para fijación o empalmes.Fuente: Diwidag
Tipos de anclajes
Tipos de anclajes
- Anclaje constituido por uno o varios cables (torones)
- Cables compuestos por un conjunto de alambres de acero (usualmente 7)
Tipos de anclajes
Tipos de anclajes
Tipos de anclajes – Vida útil
SEGÚN SU TIEMPO DE SERVICIO
Anclajes provisionales:• Vida de servicio limitada• Depende de las normas: Generalmente entre 9 meses
a 2 años
Anclajes permanentes:• Vida útil mayor a 2 años• Se requieren de mayores coeficientes de seguridad• Mayor control (cargas , movimientos)• Mayor protección frente a la corrosión
Tipos de anclajes – Vida útil
BARRAS
Tipos de anclajes – Vida útil
CABLES
Tipos de anclajesSEGÚN SU APLICACIÓN EN FUNCIÓN DE SU TIEMPO DE SERVICIO
Esquema de un anclaje provisional
Tipos de anclajesSEGÚN SU APLICACIÓN EN FUNCIÓN DE SU TIEMPO DE SERVICIO
Croquis de la cabeza de un anclaje permanente
Tipos de anclajes – Inyección del bulbo
SEGÚN EL TIPO DE INYECCIÓN
Anclajes con inyección única global (IU):
• Se realiza una sola vez el taladro
• Baja presión de inyección mediante conducto que llega hasta el fondo
Anclajes con inyección repetitiva (IR):
• Se inyecta en varias fases a través de varios puntos.
• Previamente se realiza una inyección IU
Anclajes con inyección repetitiva selectiva (IRS):
• La inyección se ejecuta en varias fases a través de varios puntos, pudiendocontrolar en cada uno de ellos la presión y volumen alcanzados en cada fasede inyección.
• Previamente se realiza una inyección IU
Tipos de anclajes - Bulbo
CONSIDERACIONES SOBRE INYECCIONES DEL BULBO
• Las reinyecciones aumentan la capacidad del anclaje en la zona debulbo.
• Los anclajes del tipo IU suelen ser los más adecuados en rocas,terrenos cohesivos muy duros y suelos granulares.
• Los anclajes del tipo IR se emplean generalmente en rocas fisuradasblandas y en aluviales granulares gruesos e incluso finos.
• Los del tipo IRS se recomiendan en suelos con predominio de finos yde consistencia media-baja.
Acero de refuerzo
ACEROS
• El acero de los tirantes deberá cumplir las normativa establecida en cuantoa su calidad y resistencia.
• La cabeza del anclaje debe permitir tesar el tirante hasta la carga deprueba, o carga inicial. Deberá asimismo ser capaz de absorber el 100% dela tracción correspondiente al limite de rotura.
• Tensiones de trabajo:
- Anclajes permanentes: 60% del límite elástico
- Anclajes provisionales: 75 % del límite elástico
La cabeza del anclaje
L. Ortuño
Inyección
LECHADA DE CEMENTO
• Para formación del bulbo, usualmente se emplea una relaciónagua/cemento (a/c) en peso, comprendida entre 0,4 y 0,6. Dependiendodel terreno.
• Como protección anticorrosión de las armaduras, se recomienda unadosificación a/c no superior a 0,4.
• El cemento será resistente a la presencia de sustancias agresivas en elterreno (sulfatos).
• Se podrán utilizar aditivos para aumentar la manejabilidad y compacidadde la lechada, para reducir el agua libre y la retracción y para acelerar elfraguado. No deben contener más de un 0,1% en peso de cloruros, sulfatoso nitratos.
Inyección
Ejecución de la inyección
Ejecución de la inyección
Tipos de anclajes
PROCEDIMIENTO DE INYECCIÓN ÚNICA GLOBAL (ANCLAJES IU)
1. Colocación del tirante conel tubo para inyección.
2. Inyección de todo el taladrodesde el fondo hasta que salelechada limpia por la boca.
Tipos de anclajes
PROCEDIMIENTO DE INYECCIÓN REPETITIVA (ANCLAJES IR)
2. Inyección global IU, luegoinyección repetitiva del bulbo, através del circuito existente demodo simultáneo en todo elcircuito.
1. Colocación del tirante con el circuito
para inyección repetitiva.
Tipos de anclajes
PROCEDIMIENTO DE INYECCIÓN REPETITIVA Y SELECTIVA (ANCLAJES IRS)
1. Perforación y colocaciónde tubería con válvulas(tubos manguito)
2. Inyección del espesor anularentre tubería y perforación.Inyecciones repetitivas por lasválvulas comenzando por elfondo del taladro en cada fase.
3. Finalizada la inyección delterreno se introduce elanclaje en la tubería y seinyecta
Tipos de anclajes
Fuente: L. Ortuño
Ejecución de la inyección
Ejecución de la inyección
Fuente: L. Ortuño
Ejecución de la inyección
Fuente: L. Ortuño
Ejecución de la inyección
Ejecución: Cabeza y tensado
Ejecución: Cabeza y tensado
Ejecución de anclajes
INSTALACIÓN DE ANCLAJES PASIVOS
Fuente: Terratest Perú
Protección contra la corrosiónMATERIALES DE PROTECCIÓN
Todos los elementos de acero sometidos a tracción estarán protegidos contrala corrosión durante toda su vida útil. Este periodo define la clase deprotección.
• Elementos de protección:- Vainas y tubos de plástico: de 1mm de espesor para un diámetro interior
de 8cm; de 1.5mm para diámetros entre 8-12cm y de 2mm paradiámetros superiores a 12cm
• Lechada de cemento
• Productos viscosos- Ceras (del petróleo) o- Grasas que cumplan ciertas especificaciones
• Caperuzas- Metálicas o PVC
• En zona de bulbo:- Tubo corrugado de PVC o- Tubo corrugado con lechada de cemento
• En la zona libre:- Vaina de plástico por tendón relleno de un producto viscoso de
protección (grasa/cera)
• Enlace entre cabeza y zona libre:- Un tubo plástico o metálico fijo y solidario a la placa de anclaje. Se
rellenará con lechada de cemento o producto viscoso
• En la Cabeza:- Caperuza metálica revestida o galvanizada 3mm de espesor de pared o
caperuza rígida de plástico de 5mm de espesor mínimo fijada a placa deapoyo y rellenado con producto viscoso.
Protección contra la corrosiónZONAS DE PROTECCIÓN
DISEÑO DE ANCLAJES
Criterios de diseño:
• Para diseñar un anclaje se requiere conocer en primer lugar elvalor y dirección de los esfuerzos ejercidos por la estructura aanclar.
• Una vez determinadas las cargas de anclaje, se diseña:
- Inclinación y separación de anclajes- Se define el tipo de anclaje- Se define el material y sección del tirante- Longitud y diámetro del bulbo- Longitud libre
Diagrama de presión lateral en arenas - FHWA
H
H1
H1
Hn+1
pp
2/ 3H1
2/ 3H1
2/ 3Hn+1
2/ 3(H-H1)
1/ 3H
Th1Th1
Th2
Thn
H2
Hn
R R
(a) Muros con un nivelde anclajes
(b) Muros con múltiplesniveles de anclajes
HKH
LOAD TOTALp A
32
γ1n3
113
1 HH-H
LOADTOTALp
• Sobre la base de investigaciones realizadas por la FHWA.
• Apropiado para muros construidos en terreno firme.
• La altura máxima del muro se debe considerar el caso crítico.
• Consideran diagramas de presiones para muros con un anclajesimple o varios niveles de anclajes.
Diagrama de presión lateral en arenas - FHWA
DISEÑO: Verificación de la estabilidad global
Estabilidad global - Método de Equilibrio Límite
DISEÑO: INCLINACIÓN DEL TIRANTE
DISEÑO: INCLINACIÓN DEL TIRANTE
DISEÑO: ESTRUCTURAS DE REPARTO
DISEÑO: ESTRUCTURAS DE REPARTO
DISEÑO: ESTRUCTURAS DE REPARTO
Pantallas ancladas, Brasil
DISEÑO: ESTRUCTURAS DE REPARTO
Sostenimiento de talud con anclajes activos en la presa Limón(Proyecto Trasvase Olmos, Cajamarca 2011)
Fuente: J.Luis Carrasco
DISEÑO: SUPERFICIES DE FALLA
Tener presente la superficie crítica de deslizamiento Fuente: J.Luis Carrasco
DISEÑO: CARGAS DE SERVICO
Fuente: L. Ortuño
DISEÑO: CARGAS DE SERVICO
DISEÑO DE ANCLAJES
Verificación de la estabilidad interna
• La rotura parcial de la cabeza del anclaje o de la estructura aanclar, por exceso de tensión en los anclajes, o por fallo dealguno de estos últimos.
• La rotura del tirante a tracción (verificación de la tensiónadmisible)
• Verificación del deslizamiento dentro del bulbo
• Verificación frente al arrancamiento del bulbo(Deslizamiento bulbo - terreno)
DISEÑO DE ANCLAJES
Verificación por rotura en la cabeza del anclaje
• El ancho de la placa de reparto será al menos eldoble del diámetro de la perforación realizada y enningún caso inferior a 20 cm.(Usualmente 30x30cm)
• Su espesor será el suficiente para que no seregistren deformaciones apreciables durante eltesado y nunca menor de 1 cm .
DISEÑO DE ANCLAJES
Mayoración de las cargas actuantes
Siendo:
PN = carga nominal del anclaje, que es la mayor de:
a) La carga obtenida al realizar el cálculo de estabilidad global.b) La carga obtenida en el cálculo de los estados límite de
servicio, sin mayoración alguna.
F1 = Coeficiente de mayoración
PNd = Carga nominal mayorada del anclaje.
N1Nd .PFP TIPO DE ANCLAJE F1
Permanente 1.50
Provisional 1.20
DISEÑO DE ANCLAJES
Verificación de la tensión admisible del acero
Siendo:PNd = Carga nominal mayorada de cada anclaje.AT = Sección del tirante.fpk = Límite de rotura del acero del tirante.fyk = Límite elástico del acero del tirante.
Para la comprobación de la tensión admisible del acero del tirante se minorará latensión admisible en el tirante de forma que se cumplan simultáneamente lassiguientes condiciones:
25.1/f/AP pkTNd
10.1/f/AP ykTNd
30.1/f/AP pkTNd
15.1/f/AP ykTNd
Anclajes provisionales Anclajes permanentes
DISEÑO DE ANCLAJES
Verificación del deslizamiento tirante-bulbo
Siendo:PNd = Carga nominal mayorada de cada anclaje.pT = Perímetro nominal del tiranteAT = sección del tirante.Lb = longitud de cálculo del bulbo.
τlim = Adherencia límite entre el tirante y la lechada expresada en MPa.fck = Resistencia característica (a los 28 días) de la lechada expresada en Mpa.
Para esta verificación se minorará la adherencia límite entre el tirante y la lechada
que lo rodea en el bulbo, por el coeficiente 1.2.
1.2/ )p . (L / P limTbNd
2/3
cklim /22.5)(f 6.9
TT Ap .2
DISEÑO DE ANCLAJES
Verificación de la seguridad frente al arrancamiento del bulbo
Siendo:PNd = Carga nominal mayorada de cada anclaje.DN = Diámetro nominal del bulbo.Lb = Longitud de cálculo del bulbo.
aadm = Adherencia admisible frente al arrancamiento del terreno que rodea el bulbo.
Para la comprobación de la seguridad frente al arrancamiento del bulbo seminorará la adherencia límite del terreno que rodea al bulbo del anclaje para
obtener la adherencia admisible aadm. Se comprobará que:
admbNNd )L . D . ( / P a
DISEÑO: ADHERENCIA LÍMITE
DISEÑO: LONGITUD Y CARGA ULTIMA
DISEÑO: ADHERENCIA LÍMITE
FHWA-IF-99-015
DISEÑO: ADHERENCIA LÍMITE
FHWA-IF-99-015
DISEÑO: ADHERENCIA LÍMITE
FHWA-IF-99-015
DISEÑO: PANTALLA ANCLADA Y MURO MSE
DISEÑO PANTALLA ANCLADA Y MURO MSE
DISEÑO: PANTALLA ANCLADA Y MURO MSE
Fuente: FHWA-IF-99-015: Ground anchors and anchored systems
Diagrama de empujes
DISEÑO DE MURO MIXTO CON MSEDISEÑO: PANTALLA ANCLADA Y MURO MSE
T= DL = 500 KN; Se adopta el mayorE= Espaciamiento entre anclajes
Valores de Adherencia, ver referencias en cuadros y gráficos anteriores
1. Excavación
Secuencia de ejecución
Ejecución: Soil Nailing (Pasivo)
BrasilFuente: A. Sayao
2. Perforación
Usual:
f = 75 a 100 mm
Secuencia de ejecución
Fuente: A. Sayao
Fuente: A. Sayao
3. Instalación
Secuencia de ejecución
Fuente: A. Sayao
4. Inyección
Secuencia de ejecución
Fuente: A. Sayao
5. Fijación de la tela
Secuencia de ejecución
Fuente: A. Sayao
6. Fijación de la Cabeza
Secuencia de ejecución
Fuente: A. Sayao
Protección de la cabeza
25 75 50
Steel meshes
Steel bar
Grout
mm
Shotcrete
(Ortigão & Sayão 2004)
Barras f > 22mm
7. Concreto
Secuencia de ejecución
e = 7 a 15cm
Fuente: A. Sayao
Drenaje
Fuente: A. Sayao
8. Excavación
Secuencia de ejecución
Fuente: A. Sayao
Nails w/ 7 days curing time
Fuente: A. Sayao
Final de
Ejecución
Fuente: A. Sayao
DISEÑO: FALLA POR PULL OUT
Anclajes activos en portal de túneles
Anclajes activos en el portal de entrada de túnel (Carretera CotapataSanta Bárbara, Los Yungas La Paz Bolivia, 2008)
Fuente: J.L.Carrasco
GRACIAS !!!