01-Anclajes y Sistemas Anclados
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ICO363-Diseo de Estructuras ICO363-Diseo de Estructuras Geotcnicas
Anclajes y sistemas anclados
Profesor: Juan Carlos Tiznado A.
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Contenido
1. Introduccin
Caractersticas generales, tipos y aplicaciones de sistemas anclados
2. Aspectos generales
Tipos de anclajes: activos y pasivos
Componentes y materiales
Secuencia constructiva de ejecucin
Modos de falla en sistemas anclados
3. Evaluacin de empujes3. Evaluacin de empujes
Repaso de resistencia al corte y empujes
Determinacin y seleccin de parmetros resistentes del suelo
Envolventes de Terzaghi-Peck y FHWA
Efectos de la presencia del agua
Empujes debidos a sobrecargas y cargas puntuales
4. Diseo de anclajes
Ubicacin de superficies potenciales de falla
Cargas de diseo
Clculo de longitud libre y de bulbo inyectado
5. Criterios bsicos de diseo ssmico
Estabilidad interna y externa
Anlisis pseudo-esttico: eleccin del coeficiente ssmico
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Contenido
1. Introduccin
Caractersticas generales, tipos y aplicaciones de sistemas anclados
2. Aspectos generales
Tipos de anclajes: activos y pasivos
Componentes y materiales
Secuencia constructiva de ejecucin
Modos de falla en sistemas anclados
3. Evaluacin de empujes3. Evaluacin de empujes
Repaso de resistencia al corte y empujes
Determinacin y seleccin de parmetros resistentes del suelo
Envolventes de Terzaghi-Peck y FHWA
Efectos de la presencia del agua
Empujes debidos a sobrecargas y cargas puntuales
4. Diseo de anclajes
Ubicacin de superficies potenciales de falla
Cargas de diseo
Clculo de longitud libre y de bulbo inyectado
5. Criterios bsicos de diseo ssmico
Estabilidad interna y externa
Anlisis pseudo-esttico: eleccin del coeficiente ssmico
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1. Introduccin1.1. Caractersticas generales, tipos y aplicaciones de sistemas anclados
Los sistemas anclados se utilizan para el sostenimiento de excavaciones, cortes y
taludes:
Edificio Beauchef 851. Escuela de Ingeniera Uchile.
Pilotes y Pilas Ancladas. Hmx=30m aprox.
Foto: Pilotes Terratest S.A.
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1. Introduccin1.1. Caractersticas generales, tipos y aplicaciones de sistemas anclados
Los sistemas anclados se utilizan para el sostenimiento de excavaciones, cortes y
taludes:
Universidad Finis Terrae. Providencia
Muro anclado
Foto: Pilotes Terratest S.A.
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1. Introduccin1.1. Caractersticas generales, tipos y aplicaciones de sistemas anclados
Los sistemas anclados se utilizan para el sostenimiento de excavaciones, cortes y
taludes:
Refuerzo Talud Mall Via del Mar
Soil Nailing
Foto: Pilotes Terrarest S.A.
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1. Introduccin1.1. Caractersticas generales, tipos y aplicaciones de sistemas anclados
Los sistemas anclados se utilizan para el sostenimiento de excavaciones, cortes y
taludes:
Clnica Avansalud Via del Mar
Muro Berlins
Foto: Pilotes Terrarest S.A.
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1. Introduccin1.1. Caractersticas generales, tipos y aplicaciones de sistemas anclados
Los sistemas anclados se utilizan para el sostenimiento de excavaciones, cortes y
taludes:
Tablestacado o Atagua
Foto: Pilotes Terrarest S.A.
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1. Introduccin1.1. Caractersticas generales, tipos y aplicaciones de sistemas anclados
Los sistemas anclados se utilizan para el sostenimiento de excavaciones, cortes y
taludes:
Excavacin apuntalada
Foto: Prof. Michel Van Sint Jan, PUC
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1. Introduccin1.1. Caractersticas generales, tipos y aplicaciones de sistemas anclados
El uso de una determinada tecnologa de sistema anclado depende de una serie
de factores, entre otros:
Tipo de suelo: consistencia o compacidad, cohesin, tamao de partculas (bolones)
Profundidad mxima de excavacin
Caractersticas de estructuras vecinas
Presencia de agua
Posibilidad fsica de instalacin de anclajes hacia terreno
Espacio para posicionamiento y movilidad de equipos
Costos y plazos de ejecucin
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Contenido
1. Introduccin
Caractersticas generales, tipos y aplicaciones de sistemas anclados
2. Aspectos generales
Tipos de anclajes: activos y pasivos
Componentes y materiales
Secuencia constructiva de ejecucin
Modos de falla en sistemas anclados
3. Evaluacin de empujes3. Evaluacin de empujes
Repaso de resistencia al corte y empujes
Determinacin y seleccin de parmetros resistentes del suelo
Envolventes de Terzaghi-Peck y FHWA
Efectos de la presencia del agua
Empujes debidos a sobrecargas y cargas puntuales
4. Diseo de anclajes
Ubicacin de superficies potenciales de falla
Cargas de diseo
Clculo de longitud libre y de bulbo inyectado
5. Criterios bsicos de diseo ssmico
Estabilidad interna y externa
Anlisis pseudo-esttico: eleccin del coeficiente ssmico
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2. Aspectos generales2.1. Tipos de anclajes: Activos y Pasivos
Anclajes Activos
Elementos estructurales instalados hacia el interior del terreno (temporales/permanentes)
Transmiten cargas de traccin aplicadas (pretensado), al suelo
Se instalan en una perforacin (entubada), la cual se inyecta parcialmente con lechada de
cemento (A/C0.5) a presin (grout)
Componentes de un anclaje activo. FHWA
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2. Aspectos generales2.1. Tipos de anclajes: Activos y Pasivos
Anclajes Activos
Longitud libre (Lf): Parte del anclaje libre de deformarse elsticamente
Longitud de bulbo (Lb): Parte del anclaje capaz de transmitir la carga de tensado del anclaje al
suelo
Longitud libre
Componentes de un anclaje activo. FHWA
Longitud libre
Longitud fija o de bulbo
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2. Aspectos generales2.1. Tipos de anclajes: Activos y Pasivos
Anclajes Activos
El elemento estructural o tendn de anclaje puede estar constituido por barras o cables (torones):
En Chile, la prctica actual es utilizar los anclajes de cables
Anclaje de barra. FHWA Anclaje de cables o torones. FHWA
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2. Aspectos generales2.1. Tipos de anclajes: Activos y Pasivos
Anclajes Pasivos
Elementos estructurales instalados hacia el interior del terreno (temporales/permanentes)
Pueden instalarse en una perforacin (entubada) o bien ser autoperforantes
Se inyectan completamente con lechada de cemento (A/C0.5) a presin (grout)
No van pretensados, por lo cual requieren un desplazamiento de la estructura para tomar carga
Anclaje pasivo
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2. Aspectos generales2.2. Componentes y materiales
Anclajes Activos
Anclaje de cables o torones. FHWA
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2. Aspectos generales2.2. Componentes y materiales
Anclajes Activos
Los cables se engrasan en su longitud libre
Se debe dejar aproximadamente 1.0-1.5m de longitud adicional para realizar la faena de tensado
Resistencia mnima lechada: 21MPa (Post Tensioning Institute PTI, 1996)
Cemento especial: 7 das despus de la inyeccin
Cemento extra: 4 das despus de la inyeccin
Ensayos de investigacin (falla) Ensayos de investigacin (falla)
Ensayos de aptitud (verif. fluencia y prdida de carga)
Ensayos de aceptacin (verif. carga de prueba y longitud libre aparente)
Verificacin de creep (ej. DIN 4125)
Procedimiento de tensado de anclajes
ej. Norma DIN 4125 Ground anchorages
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2. Aspectos generales2.2. Componentes y materiales
Anclajes Activos
Cables de acero:
TIPODE
CABLE
13 mm (0.5) 15 mm (0.6)Euronorma
138 79 oBS 5896: 1980
Super
ASTMA 416-85
Grado 270
Euronorma138 79 o
BS 5896: 1980Super
ASTMA 416-85
Grado 270
De uso tpico
Super Grado 270 Super Grado 270
Dimetro nominal (mm) 12.9 12.7 15.7 15.2Seccin nominal (mm^2) 100 98.7 150 140Peso por metro (kg/m) 0.785 0.775 1.18 1.10Limite elstico (Mpa) 15801) 16702) 15001) 16702)
Resistencia a la traccin (Mpa) 1860 1860 1770 1860Carga de rotura garantizada (kN) 186.0 183.7 265.0 260.7
Mdulo de Elasticidad (Gpa) Aprox. 1951) Valor correspondiente a una deformacin remanente del 0.1%2) Valor correspondiente a un alargamiento efectivo del 1%
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2. Aspectos generales2.2. Componentes y materiales
Anclajes Activos
Proteccin contra la corrosin:
Aplicaciones permanentes (uso >2 aos)
Cabeza del anclaje: Capuchn
Longitud libre: Encapsulamiento de cables
Longitud de bulbo: vaina, espaciadores y grout
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2. Aspectos generales2.2. Componentes y materiales
Anclajes Pasivos (pernos autoperforantes TITAN ISCHEBECK)
Tubo de polietileno de alta densidad
CentradorCentrador
Manguito de empalme
Centrador
Broca de perforacin (perdida)
Barra
(acero grano fino)
Bulbo inyectado
(suelo mejorado)
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2. Aspectos generales2.2. Componentes y materiales
Anclajes Pasivos (pernos autoperforantes TITAN ISCHEBECK)
Acero estructural de grano fino S460 NH
Norma EN 10210
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2. Aspectos generales2.2. Componentes y materiales
Anclajes Pasivos
Proteccin contra la corrosin:
Aplicaciones permanentes (uso > 2 aos)
En ambientes normales, el recubrimiento entregado por la inyeccin es, en general, suficiente
En ambientes especialmente agresivos:
Galvanizado en caliente
Capa Dplex (galvanizado en caliente + capa superficial de epxico)
Acero inoxidable
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2. Aspectos generales2.3. Secuencia constructiva de ejecucin
- Ejecucin del elemento/estructura de sostenimiento
(continua o discontinua)
-Excavacin hasta la cota de ejecucin del primer anclaje
(0.5m a 1m bajo cota de proyecto)
- Instalacin de sostenimiento entre elementos (si se requiere)
- Instalacin, prueba y tensado (si aplican) del (los)
anclaje(s)
- Descenso hasta el siguiente nivel de anclaje o bien
hasta el sello de excavacin
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2. Aspectos generales2.4. Modos de falla en sistemas anclados
Modos de falla. FHWA
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Contenido
1. Introduccin
Caractersticas generales, tipos y aplicaciones de sistemas anclados
2. Aspectos generales
Tipos de anclajes: activos y pasivos
Componentes y materiales
Secuencia constructiva de ejecucin
Modos de falla en sistemas anclados
3. Evaluacin de empujes3. Evaluacin de empujes
Repaso de resistencia al corte y empujes
Determinacin y seleccin de parmetros resistentes del suelo
Envolventes de Terzaghi-Peck y FHWA
Efectos de la presencia del agua
Empujes debidos a sobrecargas y cargas puntuales
4. Diseo de anclajes
Ubicacin de superficies potenciales de falla
Cargas de diseo
Clculo de longitud libre y de bulbo inyectado
5. Criterios bsicos de diseo ssmico
Estabilidad interna y externa
Anlisis pseudo-esttico: eleccin del coeficiente ssmico
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3. Evaluacin de empujes3.1. Repaso de resistencia al corte y empujes
Criterio de falla de Mohr-Coulomb
donde es la resistencia al corte, c la cohesin, n el esfuerzo normal y el ngulo de friccin interna del material.
tannc +=
En trminos de los esfuerzos principales:
donde 1 es el esfuerzo principal mayor, 3 el esfuerzo principal menor.
)2/45tan(2)2/45(tan231 +++= oo c
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3. Evaluacin de empujes3.1. Repaso de resistencia al corte y empujes
Comportamiento drenado y no drenado
Comportamiento drenado:
La aplicacin de la carga es lenta respecto de la permeabilidad del suelo y la distancia de drenaje
o
La carga se aplica durante un tiempo suficiente para disipar toda la sobrepresin de poros inicial
(hidrosttica o flujo permanente)(hidrosttica o flujo permanente)
Si la sobrepresin es despreciable, el incremento de esfuerzos se transmite totalmente a la fase
slida del suelo, con lo cual aumentan los esfuerzos efectivos
Se produce una disminucin del volumen del suelo, los granos del esqueleto slido se acercan
entre s y un volumen de agua equivalente es expulsado durante el proceso de carga
Representa el comportamiento del esqueleto slido del suelo
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3. Evaluacin de empujes3.1. Repaso de resistencia al corte y empujes
Comportamiento drenado y no drenado
Comportamiento no drenado:
La aplicacin de la carga es rpida respecto de la permeabilidad del suelo y la distancia de drenaje
o
La carga se aplica durante un tiempo durante el cual no se alcanza a disipar la sobrepresin de
poros inicial (hidrosttica o flujo permanente)poros inicial (hidrosttica o flujo permanente)
En laboratorio, esto se materializa impidiendo la salida de agua al exterior de la muestra. Si el
suelo est saturado, el volumen de la muestra es constante.
Representa el comportamiento conjunto de la fase lquida y slida del suelo
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3. Evaluacin de empujes3.1. Repaso de resistencia al corte y empujes
Empujes laterales
Base conceptual: Estados de equilibrio plstico del suelo
Crculos de Mohr. Reposo v/s estados de equilibrio plstico.
Bowles (1996)
)2/45tan(2)2/45(tan213 == oo ch
)2/45tan(2)2/45(tan231 +++== oo ch
Caso activo
Caso pasivo
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3. Evaluacin de empujes3.1. Repaso de resistencia al corte y empujes
Empujes laterales
Para el caso de un suelo sin cohesin:
Caso en reposo:
Caso activo:
Caso pasivo:
Idealizacin de los estados de empuje activo y pasivo. Bowles (1996)
vh K 0=
vah K = si el desplazamiento h,a es suficiente
vph K = si el desplazamiento h,p es suficiente
)sin(10 K Jacky
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3. Evaluacin de empujes3.1. Repaso de resistencia al corte y empujes
Qu significa suficiente?
Ha
100H
p
Utilizar las alguna de estas condiciones para diseo implica, necesariamente,
verificar los niveles de desplazamiento supuestos
1000a
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3. Evaluacin de empujes3.1. Repaso de resistencia al corte y empujes
Mtodo de Coulomb
Empuje activo:
El mximo valor de Pa corresponde al empuje activo:
Para un muro vertical liso, de relleno horizontal (hiptesis de Rankine), i.e. ==0 y =90:
aa KHP2
2= 2
)sin()sin()sin()sin(1)sin(2sin
)(2sin
+
++
+=
aK
( )2
452tan2
2
)sin1()sin1(
2
2
=
+
=oHH
aP
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3. Evaluacin de empujes3.1. Repaso de resistencia al corte y empujes
Mtodo de Coulomb
Empuje pasivo:
El mnimo valor de Pp corresponde al empuje pasivo:
Para un muro vertical liso, de relleno horizontal (hiptesis de Rankine), i.e. ==0 y =90:
pp KHP2
2= 2
)sin()sin()sin()sin(1)sin(2sin
)(2sin
++
+++
=
pK
( )2
452tan2
2
)sin1()sin1(
2
2
+=
+=
oHHpP
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3. Evaluacin de empujes3.2. Determinacin y seleccin de parmetros resistentes del suelo
Suelos granulares
La resistencia al corte se analiza en trminos de los esfuerzos efectivos
Las sobrepresiones se disipan en forma prcticamente inmediata (uw0) debido a la alta
permeabilidad
+= tannc
permeabilidad
El anlisis se hace en general en condiciones drenadas
Excepciones: ej. Caso ssmico en algunas arenas
La contribucin de la cohesin a la resistencia es, en general, baja
En general, los parmetros requeridos se obtienen a partir de ensayos SPT o CPT (correlaciones)
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3. Evaluacin de empujes3.2. Determinacin y seleccin de parmetros resistentes del suelo
Suelos cohesivos
Se distinguen las condiciones no drenadas (corto plazo) de las drenadas (largo plazo)
La resistencia al corte se analiza en trminos de los esfuerzos efectivos
+= tannc Se requiere conocer la distribucin de esfuerzos efectivos al interior del suelo
Si la carga se aplica de forma rpida respecto a la velocidad de consolidacin y no hay drenaje (ej.
Triaxial UU), se puede expresar la resistencia del suelo en tensiones totales como :
No olvidar que cu depende del estado (consolidacin) del suelo:
uu qc 5.0==
( ) ppuuu ccc >+= 330 si
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3. Evaluacin de empujes3.2. Determinacin y seleccin de parmetros resistentes del suelo
Suelos cohesivos
En arcillas blandas o normalmente consolidadas, controla la condicin de corto plazo (no drenada)
En arcillas duras o preconsolidadas, la resistencia de corto plazo es mayor que la drenada, por lo
cual se suele hacer el anlisis en condiciones drenadas despreciando la cohesin
Los valores de la resistencia al corte no drenada Cu pueden obtenerse a partir de ensayos de
terreno (ej. CPT) o preferentemente por medio de Triaxiales CUterreno (ej. CPT) o preferentemente por medio de Triaxiales CU
Los valores de resistencia al corte en el caso drenado se obtienen preferentemente de ensayos
Triaxiales CU con medicin de presin de poros.
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3. Evaluacin de empujes3.3. Envolventes de Terzaghi-Peck y FHWA
Relacin entre desplazamientos y empujes en sistemas anclados
Modelo a escala real: Ref. FHWA-RD-98-067, 1998
Estudio de la relacin entre los desplazamientos y empujes para las distintas etapas
constructivas de un sistema anclado
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3. Evaluacin de empujes3.3. Envolventes de Terzaghi-Peck y FHWA
Relacin entre desplazamientos y empujes en sistemas anclados
Etapa 1: Excavacin 1er nivel de anclaje
Desplazamiento y empuje consistentes
con la condicin activa
El muro se comporta con su extremo
inferior empotrado
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3. Evaluacin de empujes3.3. Envolventes de Terzaghi-Peck y FHWA
Relacin entre desplazamientos y empujes en sistemas anclados
Etapa 2: Tensado del 1er anclaje
Bajo la carga de prueba, el estado
es cercano al pasivo en la zona de es cercano al pasivo en la zona de
anclaje
Cuando el anclaje se bloquea, el
empuje se reduce de forma
importante
El tensado del anclaje provoca un
movimiento de la estructura hacia
el terreno
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3. Evaluacin de empujes3.3. Envolventes de Terzaghi-Peck y FHWA
Relacin entre desplazamientos y empujes en sistemas anclados
Etapa 3: Excavacin 2do nivel de anclaje
El muro se deforma hacia la
excavacinexcavacin
El empuje se redistribuye,
concentrndose en las zonas de
anclaje y empotramiento
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3. Evaluacin de empujes3.3. Envolventes de Terzaghi-Peck y FHWA
Relacin entre desplazamientos y empujes en sistemas anclados
Etapa 4: Tensado del 2do anclaje - Trmino de la construccin
El empuje se concentra en las zonas
rgidas (anclajes)
La estructura se desplaza hacia la La estructura se desplaza hacia la
excavacin, con valores mximos en
la cabeza y el empotramiento
Suponer distribucin de empujes
triangular subestimara las cargas en
los anclajes y sobreestimara los
momentos flectores y el
empotramiento requerido
Se suele disear utilizando
envolventes de empuje aparente
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3. Evaluacin de empujes3.3. Envolventes de Terzaghi-Peck y FHWA
Envolventes de empuje aparente de Terzaghi-Peck
Excavacin apuntalada con H>6m
La estructura se desplaza lo
suficiente para movilizar la
resistencia al corte del suelo
(homogneo)
Se suponen condiciones de corto
En arcillas, la distribucin de empujes se relaciona con el factor de estabilidad Ns :
Se suponen condiciones de corto
plazo: drenadas en arenas y no
drenadas en arcillas
Los diagramas aplican a la porcin
expuesta de la estructura (no al
empotramiento)
us
c
HN =
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3. Evaluacin de empujes3.3. Envolventes de Terzaghi-Peck y FHWA
Envolventes de empuje aparente propuestas por la FHWA
Arenas: H1: Distancia desde la superficie del terreno hasta el primer anclaje
Hn+1: Distancia desde el sello de
excavacin hasta el ltimo anclaje
Thi: Fuerza horizontal en anclaje i
Estos diagramas aplican tanto a condiciones temporales como permanentes. Los empujes
debidos al agua y/o sobrecargas deben ser adicionados explcitamente a lo anterior.
R: Reaccin del lado pasivo
(empotramiento)
p: Valor mximo del diagrama de
empujes
Carga total: 0.65KaH2
Ka=tan2(45-/2)
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3. Evaluacin de empujes3.3. Envolventes de Terzaghi-Peck y FHWA
Envolventes de empuje aparente propuestas por la FHWA
Arcillas firmes a duras (Ns 4):
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3. Evaluacin de empujes3.3. Envolventes de Terzaghi-Peck y FHWA
Envolventes de empuje aparente propuestas por la FHWA
Arcillas firmes a duras (Ns 4):
En arcillas, las mediciones
experimentales han demostrado
mayor variabilidad
Resultados en 7 proyectos , 5 de
ellos en suelos sobreconsolidados
Ulrich 1989, Tieback supported cuts in overconsolidated soils.
Journal of Geotechnical Engineering ASCE, Vol. 115, No. 4
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3. Evaluacin de empujes3.3. Envolventes de Terzaghi-Peck y FHWA
Envolventes de empuje aparente propuestas por la FHWA
Arcillas firmes a duras (Ns 4): Las cargas mximas propuestas varan en un rango de entre 0.2H a 0.4H (conservador)
En general, los valores medidos en
proyectos reales estn en buena
concordancia con las envolventes
Para el anlisis a largo plazo (permanente), se deben comparar estos diagramas con aquellos que se
obtienen al considerar una resultante total igual a 0.65KaH2 ,donde Ka se calcula con el ngulo en condicin drenada.
de valor mximo p = 0.2H
Usar envolventes de diseo con
valores menores debiese ser
justificado sobre la base de
experiencia en suelos similares
Estos diagramas aplican al caso
temporal
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3. Evaluacin de empujes3.3. Envolventes de Terzaghi-Peck y FHWA
Envolventes de empuje aparente propuestas por la FHWA
Arcillas blandas a medias (Ns >4): m es un factor emprico que se relaciona con el potencial de falla
de fondo
Terzaghi-Peck recomiendan m=0.4
cuando Ns>6 y m=1 en otro caso.
Sin embargo, se ha visto que para el
Diagrama Terzaghi-Peck
+=
HC
Hd
HcK ubua
14.512241
Sin embargo, se ha visto que para el
caso m=0.4, el mtodo es no
conservador
Se prefiere el uso de la solucin de
Henkel (1971) para obtener
directamente Ka
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3. Evaluacin de empujes3.3. Envolventes de Terzaghi-Peck y FHWA
Qu hacer en el caso de perfiles estratificados?
Establecer parmetros representativos para el sistema:
Set de datos ms desfavorable (conservador)
Promedios ponderados (con peso) de parmetros
Recomendacin FHWA:
Evaluar empuje activo en todo el perfil, asumiendo movilizacin de la resistencia al corte
Incrementar la resultante del diagrama de empujes en un 30% para el caso de tablestacados
o muro berlins
Este porcentaje puede ser mayor si se requiere un mayor control de las deformaciones
Distribuir la carga resultante en un diagrama trapezoidal de presiones como el recomendado
para arenas
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3. Evaluacin de empujes3.4. Efectos de la presencia del agua
Mtodo simplificado que supone que
la prdida de carga se disipa
uniformemente a travs del trayecto
2d+H-i-j2d+H-i-j
Entrega presiones mayores que la
hidrosttica frente al muro y menores
que la hidrosttica tras este
Se trabaja con un gradiente hidrulico
jiHdjiHi+
+=
2CIRIA (1984)
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3. Evaluacin de empujes3.4. Efectos de la presencia del agua
wf jiHdidjHdU
+
+=
2))((2
wc jiHdidjiHU
+
+=2
)(2)(
Una solucin ms refinada se encuentra en el uso de redes de flujo
Sin embargo, la recomendacin de la FHWA es conservadora en trminos de las presiones
netas
jiHd +2
wn jiHU )( +=
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3. Evaluacin de empujes 3.4. Efectos de la presencia del agua
Redes de Flujo: Mtodo grfico para la resolucin de problemas de flujo
Se construye una red con una familia de
curvas equipotenciales y de corriente
Se busca que la prdida de carga entre curvas
sucesivas sea constante (h=cte.)
1 a 8: cadas de potencial
1 a 4: tubos de flujo o de corriente (Q=cte.)
Equipotenciales
Lneas de flujo
Los bordes impermeables (pantalla y fondo de la excavacin) son, necesariamente, lneas
de corriente
Terzaghi et al., 1996
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3. Evaluacin de empujes 3.4. Efectos de la presencia del agua
Si hL = hsup hinf es la prdida de carga del sistema
y nh es el nmero de cadas de potencial:
Si p es un punto sobre la j-sima equipotencial:
h
Lh
n
h=
En un tubo de corriente (1 a 4), Q=cte. Si b es el ancho de uno de estos tubos:
hjhph )1()( sup =
( ) ( )( )pzphpu ww = )(
bs
hbbq kkiV
===
Equipotenciales
Lneas de flujo
-
3. Evaluacin de empujes 3.4. Efectos de la presencia del agua
Adems,
En general, se emplean redes de flujo con tubos
de flujo cuadrados, es decir, donde:
Qq =
de flujo cuadrados, es decir, donde:
Por tanto, si nc es el nmero total de tubos de
corriente:
1s
b
h
cch
n
nHknkQ ==
Equipotenciales
Lneas de flujo
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3. Evaluacin de empujes3.4. Empujes debidos a sobrecargas y cargas puntuales
Sobrecargas
Se considera que generan como efecto un incremento uniforme de las presiones verticales
en toda la altura de la estructura de contencin:
K es el coeficiente de empuje de tierras y depende de las condiciones de deformacin esperadas de la
ss qK =
K es el coeficiente de empuje de tierras y depende de las condiciones de deformacin esperadas de la
estructura
Cargas puntuales (puntos, lneas, tiras)
El incremento de carga que producen en altura se estima generalmente con soluciones
basadas en teora de elasticidad.
Alternativamente, se pueden convertir a sobrecargas uniformes equivalentes
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3. Evaluacin de empujes3.4. Empujes debidos a sobrecargas y cargas puntuales
Cargas puntuales
Ejemplo de soluciones basadas en teora de elasticidad (NAVFAC, 1986)
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3. Evaluacin de empujes3.4. Empujes debidos a sobrecargas y cargas puntuales
Cargas puntuales
Ejemplo de soluciones basadas en teora de elasticidad (NAVFAC, 1986)
-
3. Evaluacin de empujes3.4. Empujes debidos a sobrecargas y cargas puntuales
Cargas puntuales
Ejemplo de soluciones basadas en teora de elasticidad
Franja de ancho limitado, con carga uniforme q(ton/m2)
El factor 2 ya incorpora
el reacomodo del suelo
)2cossin(2 pi
=q
h
Modificado de Das, 1999
el reacomodo del suelo
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3. Evaluacin de empujes3.4. Empujes debidos a sobrecargas y cargas puntuales
Cargas puntuales
Ejemplo de sobrecargas uniformes equivalentes
EAB (2006), Recommendations on excavations
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Contenido
1. Introduccin
Caractersticas generales, tipos y aplicaciones de sistemas anclados
2. Aspectos generales
Tipos de anclajes: activos y pasivos
Componentes y materiales
Secuencia constructiva de ejecucin
Modos de falla en sistemas anclados
3. Evaluacin de empujes3. Evaluacin de empujes
Repaso de resistencia al corte y empujes
Determinacin y seleccin de parmetros resistentes del suelo
Envolventes de Terzaghi-Peck y FHWA
Efectos de la presencia del agua
Empujes debidos a sobrecargas y cargas puntuales
4. Diseo de anclajes
Ubicacin de superficies potenciales de falla
Cargas de diseo
Clculo de longitud libre y de bulbo inyectado
5. Criterios bsicos de diseo ssmico
Estabilidad interna y externa
Anlisis pseudo-esttico: eleccin del coeficiente ssmico
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4. Diseo de anclajes4.1. Ubicacin de superficies potenciales de falla
IDEA GENERAL: El diseo de la longitud libre de los anclajes debe considerar una revancha
respecto de la ubicacin de la superficie potencial de falla ms crtica
3.0m para muro berlins (1.5m entre perfiles)
2.0m para muro pantalla
Superficies de falla, espaciamientos y revanchas. FHWA
2.0m para muro pantalla
3.0m para pilas y pilotes
hasta 3.5m pilas/pilotes en grava stgo.
= 45 + /2 en caso esttico para suelo sin cohesin
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4. Diseo de anclajes4.2. Cargas de diseo
Para determinar las cargas en los anclajes a partir de los diagramas de empuje aparente
existen dos mtodos:
Ambos mtodos consideran que se
genera una rtula en la zona de
empotramiento (M=0) y que el lado
pasivo acta como soporte lateral de la
excavacin
Mtodo del rea tributaria y del apoyo rotulado. FHWA
Esta hiptesis es adecuada si la
estructura se empotra suficientemente
en un suelo competente
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4. Diseo de anclajes4.2. Cargas de diseo
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4. Diseo de anclajes4.3. Clculo de longitud libre y de bulbo inyectado
La longitud libre de los anclajes, como se ha visto, queda determinada por la ubicacin
de la superficie potencial de falla de la masa de suelo tras la estructura.
Existen diferentes mtodos para obtener la posicin y geometra de dicha superficie
(Mtodo simplificado, Mtodo de Kranz, Mtodos de equilibrio lmite, etc.)
La longitud de bulbo, por su parte, depende bsicamente de las caractersticas del suelo.
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4. Diseo de anclajes4.3. Clculo de longitud libre y de bulbo inyectado
La capacidad de carga admisible del bulbo de los anclajes se puede estimar a partir de la
frmula general:
donde:
Tadm=Traccin admisible del elemento de anclaje
FS=Factor de seguridad (permanentes:2.0; temporales: 1.8)
T =Traccin lmite del elemento de anclaje
FSqDL
FSTT sbLadm
pi==
TL=Traccin lmite del elemento de anclaje
D=dimetro medio del bulbo de anclaje (1.2 a 2.0 dperforacin segn tipo de suelo)
Lb=longitud del bulbo de anclaje
qs=friccin unitaria lmite a lo largo de la superficie lateral del bulbo
Un mtodo frecuentemente utilizado para estimar qs es el llamado Mtodo de Bustamante
Publicacin Un mtodo para el clculo de los anclajes y los micropilotes inyectados
Recopilacin de 120 ensayos a escala real
Grficos con envolventes de diseo para diferentes tipos de suelo y mtodos de inyeccin
Mtodos: IGU (inyeccin global y nica) e IRS (inyeccin repetitiva selectiva)
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4. Diseo de anclajes4.3. Clculo de longitud libre y de bulbo inyectado
Mtodo de Bustamante
175200225250275300325350
q
s
(
k
N
/
m
2
)
IRS
400450500550600650700
q
s
(
k
N
/
m
2
)
IRS
IGU
0255075
100125150175
0 5 10 15 20 25 30 35 40
N de golpes / 0.3 m (SPT)
IGU
050
100150200250300350
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120N de golpes / 0.3 m (SPT)
IGU
LIMOS - ARCILLAS ARENAS - GRAVAS
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4. Diseo de anclajes4.3. Clculo de longitud libre y de bulbo inyectado
Mtodo de Bustamante
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4. Diseo de anclajes4.3. Clculo de longitud libre y de bulbo inyectado
Mtodo de Bustamante
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4. Diseo de anclajes4.3. Clculo de longitud libre y de bulbo inyectado
Mtodo de Bustamante
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4. Diseo de anclajes4.3. Clculo de longitud libre y de bulbo inyectado
Mtodo de Bustamante
Clculo de D = x dperforacin
SuelosCoeficiente
IRS IGU
Grava 1.6 a 1.8 1.3 a 1.4
Grava arenosa 1.6 a 1.8 1.2 a 1.4
Arena en grava 1.5 a 1.6 1.2 a 1.3
Arena gruesa 1.4 a 1.5 1.1 a 1.2
Arena mediana 1.4 a 1.5 1.1 a 1.2
Anclajes:
En suelos como arena, grava y roca se usa el mtodo IGU
En limos y arcillas, se utiliza el mtodo IRS
Micropilotes:
El modo ejecucin se asimila a IRS
Arena mediana 1.4 a 1.5 1.1 a 1.2
Arena fina 1.4 a 1.5 1.1 a 1.2
Arena limosa 1.4 a 1.5 1.1 a 1.2
Limo 1.4 a 1.61.1 a 1.2
Arcilla 1.8 a 2.0
Roca alterada o 1.2 a 1.8 1.1
fragmentada
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Contenido
1. Introduccin
Caractersticas generales, tipos y aplicaciones de sistemas anclados
2. Aspectos generales
Tipos de anclajes: activos y pasivos
Componentes y materiales
Secuencia constructiva de ejecucin
Modos de falla en sistemas anclados
3. Evaluacin de empujes3. Evaluacin de empujes
Repaso de resistencia al corte y empujes
Determinacin y seleccin de parmetros resistentes del suelo
Envolventes de Terzaghi-Peck y FHWA
Efectos de la presencia del agua
Empujes debidos a sobrecargas y cargas puntuales
4. Diseo de anclajes
Ubicacin de superficies potenciales de falla
Cargas de diseo
Clculo de longitud libre y de bulbo inyectado
5. Criterios bsicos de diseo ssmico
Estabilidad interna y externa
Anlisis pseudo-esttico: eleccin del coeficiente ssmico
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5. Criterios bsicos de diseo ssmico5.1. Estabilidad interna y externa
Estabilidad interna
Tiene que ver con la posibilidad de falla de alguno de los elementos del sistema: tensores,
anclajes o el mismo muro/sistema de contencin.
Empujes: Teora de Mononobe-Okabe (Okabe, 1926; Mononobe, 1929)
Fuerzas sobre un muro, mtodo Mononobe-Okabe. FHWA
El muro se puede mover lo suficiente como
para generar la condicin activa
Suelo seco y sin cohesin
El sismo se representa de manera
pseudoesttica con fuerzas inerciales
horizontales y verticales actuando sobre la
cua de suelo asociada a la superficie de falla
Se utilizan coeficientes ssmicos verticales y
horizontales kh y kh, respectivamente, que se
expresan como una fraccin de Amax del sismo
de diseo
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5. Criterios bsicos de diseo ssmico5.1. Estabilidad interna y externa
Estabilidad interna
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5. Criterios bsicos de diseo ssmico5.1. Estabilidad interna y externa
Estabilidad interna
Estas expresiones entregan el empuje total = esttico + ssmico que acta sobre la
estructuraestructura
Este empuje (ya sea activo o pasivo), para efectos de diseo, puede suponerse
uniformemente distribuido en la altura correspondiente
En el caso de sistemas anclados, la componente esttica se obtiene de las distribuciones
de empuje semi-empricas disponibles
Debe ponerse especial atencin en la eleccin de los coeficientes ssmicos kh y kv,sobretodo en estructuras de gran altura
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5. Criterios bsicos de diseo ssmico5.1. Estabilidad interna y externa
Estabilidad interna
Aspectos complementarios:
El valor de la aceleracin mxima del sismo de diseo, con el cual se estiman los
coeficientes a utilizar en el anlisis pseudoesttico, debe considerar posibles efectos de
amplificacin en el suelo a trasds de la estructura (sistemas de gran altura)
La FHWA sugiere en dichos casos utilizar un promedio entre los valores esperados en la
base y en el coronamiento de la estructura.
Prestar atencin a estratos susceptibles de presentar licuacin.
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5. Criterios bsicos de diseo ssmico5.1. Estabilidad interna y externa
Estabilidad externa
Est asociada con la posibilidad de que la estructura falle de manera global, tal
como ocurre en taludes; por medio de superficies potenciales que pasan por
debajo de la base de la estructura y/o ms all de la zona en que se ubica el bulbo
de los anclajes
Geometra de la superficie de falla Anlisis pseudoesttico
Verificar que el bulbo de los anclajes se encuentra fuera de la cua de Mononobe-Okabe,
cuyo ngulo respecto con la horizontal est dado por:
( ) [ ]{ }
++++
+++++= )cottan()tan(1
tancot)tan(1))cottan(tan(tan
2/11
baabba
== b ; ia
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5. Criterios bsicos de diseo ssmico5.1. Estabilidad interna y externa
Estabilidad externa
Mtodos de equilibrio lmite
Otros mtodos
Un mtodo muy utilizado para verificar estabilidad externa en sistemas anclados es el
llamado Mtodo de Kranz, en el cual se verifica la seguridad del sistema ante superficies
de falla que van desde la base de la estructura hasta la mitad del bulbo de cada anclaje
Se consideran fuerzas
inerciales sobre estas cuas
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5. Criterios bsicos de diseo ssmico5.2. Anlisis pseudo-esttico: eleccin del coeficiente ssmico
En Chile
En general, el coeficiente ssmico vertical se considera nulo
Cuando no se dispone de un estudio de riesgo ssmico, se puede utilizar kh = 0.5 A0 , donde A0 es la aceleracin efectiva mxima (MDC del MOP)
Cuando existe un estudio de riesgo ssmico que permita estimar amax , se puede utilizar la
expresin de Saragoni (1993):
Tambin se puede utilizar un kh asociado a un cierto nivel de desplazamiento esperado
gag
ahkgag
ahk 67.0max si ,
33.0max22.0 67.0max si ,
max3.0 ==
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5. Criterios bsicos de diseo ssmico5.2. Anlisis pseudo-esttico: eleccin del coeficiente ssmico
Coeficiente ssmico segn desplazamientos esperados
Referencia:
NCh 3206 of. 2010, Geotecnia- Excavaciones, entibaciones y socalzados Requisitos
Antes de DS 61 !