Jennmar - Pernos de sujeción y sistemas de soporte

LA COMPLETA SOLUCIÓN AL CONTROL DE ESTRATOS PARA LA INDUSTRIA DE LA MINERÍA, TUNELERÍA Y OBRAS CIVILES

MINERÍA Carbón y Roca Dura

TUNELERÍA Transporte y Servicio

OBRAS CIVILES Control de Terrenos

JENNMAR-UNIFER: SOLUCIONES ALTERNATIVAS

Quito, 27 de Marzo de 2014

“EXPERIENCIAS EN ESTABILIZACIÓN DE OBRAS DE INFRAESTRUCTURA MEDIANTE ELEMENTOS DE SOPORTE”

CONTENIDOS

1.   PRESENTACIÓN JENNMAR

2.   SISTEMAS DE SOPORTE

3.   CONCEPTOS DE DISEÑO

4.   ENSAYOS DE CONTROL

5.   CASOS DE OBRAS

6.   CONSULTAS

Realizado por: Prof. Ing. Juan Manuel Fernandez Vincent

1.   PRESENTACIÓN JENNMAR


1. PRESENTACIÓN JENNMAR

q Jennmar es una empresa especializada en el soporte de roca para túneles, obras civiles y minería, que nace en USA hace unos 100 años.

q Nuestra Misión es mejorar la seguridad y niveles de producción en las industrias de Minería y Tunelería, proveyendo de la más alta calidad y servicio posible.

q Jennmar cuenta con 23 plantas de producción con altos estándares de calidad y tecnología en USA, Canadá, Australia, Europa, China y Latinoamérica, donde Perú y México están con plantas en etapa de construcción, sumado a esto cuenta con oficinas y bodegas de distribución estratégicamente localizadas alrededor del mundo.

q En América Latina, Jennmar cuenta con una planta productiva ubicada en Santiago de Chile, la que opera desde inicios de 2010 y tiene una superficie productiva de más de 14.000 m², sumado a un laboratorio in-situ de nivel mundial.

q En este corto periodo Jennmar LA se ha consolidado como la empresa líder en el mercado regional, con un servicio y calidad a toda prueba.



JENNMAR EN EL MUNDO

JENNMAR™ CORPORATE HEADQUARTERS JENNMAR™ PENNSYLVANIA

JENNMAR™ EAST VIRGINIA JENNMAR™ WEST VIRGINIA

JENNMAR™ Plantas en USA

Company Overview 6


PRODUCT RANGE Santiago de CHILE


MATERIAL EXCLUSIVO

El acero de gran parte de los productos es traído en forma exclusiva desde nuestras plantas JM Steel de EE.UU. Acero de alta resistencia y baja aleación, de mejores prestaciones que los aceros estructurales usados habitualmente en la industria.



EQUIPAMIENTO DE ÚLTIMA GENERACIÓN

Contamos con la planta más moderna de Latinoamérica en su tipo, con maquinaria de última generación.



FISCALIZACIÓN DE PRODUCCIÓN

En base a norma ASTM F432. Laboratorio certifica. a) Ensayos

•  Tracción •  Compresión •  Espesor recubrimiento metálico

b) Personal de Laboratorio:

•  Inspección a Procesos de Soldadura (MIG, Arco) •  Nivel I: Tintes penetrantes, Inspección visual •  Nivel II: Partículas Magnéticas •  Ultrasonido



2. SISTEMAS DE SOPORTE


ANCLAJES de FRICCCION

q  FRICTION-LOK (Split-set) q  PYTHON (Swellex)

ANCLAJES MECÁNICOS Y CEMENTADOS

q  BARRAS HELICOIDALES/ROSCADAS q  BARRAS AUTOPERFORANTES q  CABLES DE ACERO q  ANCLAJES CON CABEZAS EXPANSIVAS

SOPORTE q  MARCOS DE ACERO q  FIBRAS SINTETICAS q  FIBRAS METÁLICAS q  MALLAS METALICAS

ANCLAJES ESPECIALES q  PERNOS DINÁMICOS/CEDENTES q  PERNOS FRICCION

AUTOPERFORANTES q  BARRAS DE REFUERZO DE ALTO

DESEMPEÑO



BARRAS DE REFUERZO



BARRAS ESPECIALES



SISTEMAS MULTICABLE, STRAND JENNMAR fabrica todos los accesorios necesarios para configurar un sistema Strand o Multitoron, con capacidad de confeccionar sistemas específicos según los requerimientos de cada clientes.

Placa Base con cuña de compensación

Puntera

Longitud de bulbo, cable desnudo

Separadores centradores configurables según requerimientos

Cabezal multitoron fabricados en maquinas con control numérico CNC de última generación (disponible de 3 a 12 torones)

Para el diseño se cuenta con programas de diseño asistido y de análisis de Elementos Finitos para validar el comportamiento de los componentes

Cable de Acero 0.6” grado 270 de baja relajación envainado en Tubo HDPE inyectado en grasa, longitud libre



DESCRIPCIÓN GENERAL

BARRAS AUTOPERFORANTES Consiste en barras roscadas a lo largo de toda su longitud, que se empalman una con otra por medio de coplas. Las barras, al ser huecas en su interior, permiten el paso de agua/aire de barrido durante la perforación, así como la lechada de cemento, la cual puede ser inyectada durante la perforación o tras la ejecución de la perforación. stas barras llevan en su extremo una broca o BIT que se pierde que presenta uno o más orificios de barrido.

Los pernos autoperforantes son utilizados principalmente en macizos rocosos de baja calidad, suelos o macizos rocosos donde las condiciones no permiten estabilidad en las perforaciones, impidiendo la normal instalación de cualquier soporte estándar.

VER SISTEMA



17

PROPIEDADES QUÍMICAS ELEMENTOS

C Mm Si Cr Mo 0,40 0,65 0,25 1,00 0,25

CARACTERÍSTICAS PERNOS AUTOPERFORANTES

TIPO Diámetro Exterior

Diámetro Interior

Diámetro Exterior Efectivo

Sección Carga Rotura Carga Fluencia

Esfuerzo Rotura

Esfuerzo Fluencia Peso

mm mm mm mm² KN KN N/mm² N/mm² Kg/m R25N 25 14 23 244 210 150 805 660 2.3 R32N 32 18.5 29.1 396 280 230 720 560 3.2 R32S 32 15 29.1 488 360 280 740 570 3.6 R38N 38 19 35.7 717 500 400 700 540 5.5 R51L 51 36 47.8 776 550 450 690 580 6.5 R51N 51 33 47.8 939 800 630 840 670 8 T76N 76 52 71 1900 1600 1200 800 650 16 T76S 76 45 71 2500 1900 1500 800 650 19.7

T103N 103 75 98 3450 2380 1900 690 560 27.3 T103S 103 53 98 5200 3550 2680 680 520 42

BARRAS AUTOPERFORANTES



18

La instalación de úl1ma generación de J-‐Lok está completamente automa1zada y asegura 1empos reproducibles de inserción y fijación para todos los cartuchos y productos de control de techo de Jennmar. J-‐lok está produciendo productos de resina para complementar los productos de Jennmar del presente y del futuro. Los equipos J-‐Lok son los más tecnológicamente avanzados en el negocio de la resina.

RESINA J-LOK®


19 19

La JM 47 es una FIBRA SINTETICA especialmente diseñada para ser u1lizada como refuerzo de carácter secundario, entregando un gran control de contracción plás1ca y disminuyendo las grietas producto del asentamiento. La JM 47 otorga un aumento en tenacidad a la flexión, resistencia a la abrasión y estallido, aumentando el rendimiento del concreto. La JM 47 ha sido especialmente diseñada para su aplicación en shotcrete y losas de concreto sobre terreno.

USOS RECOMENDADOS

Losas compuestas Pisos industriales y de almacenes

Pavimentos de concreto Concreto prefabricado Losas sobre terreno Concreto proyectado

Paredes prefabricadas de bajo espesor Reves1miento de túneles Sistemas de paredes


20 20

PROPIEDADES

ENSAYOS REALIZADOS CON FIBRA METÁLICA Y MALLA DE ACERO

Curvas de deflexión por carga obtenidos mediante métodos de ensayo ASTM 1018

FIBRA SINTÉTICA JM 47


3. CONCEPTOS DE DISEÑO


1.  UNE-EN 1537 (1999): Ejecución de Trabajos Geotécnicos Especiales. Anclajes Postesados (Norma Europea)

2.  DIN 4125 (1990): Ground Anchorages. Design, construction and Testing. (Alemania)

3.  Tirants d‘Ancrage. Recommandations TA-95 (Francia)

4.  British Standard BS 8081 (1989)

5.  PTI Recommendations for Prestressed Rock and Soil Anchors, 2004. (USA)

6.  Recomendaciones para el Diseño, Ejecución y Control de Anclajes Inyectados y Postensados en suelos y rocas, CDT, C.Ch.C. (2001)

7.  Guía para el diseño y ejecución de anclajes al terreno en obras de carretera - Direccion General de Carreteras - Ministerio de Fomento, España (2001).

8. Ground anchors and Anchored Systems. Federal Highway Administration. FHWA-IF-99-015

NORMAS DE ANCLAJES ACTIVOS EN ROCA/SUELOS



1.   UNE-EN 14490: Execution of special geotechnical Works – Soil Nailing.

2.  Recomendaciones Clouterre 1991

3.  Manual para el diseño y construction de muros de soil nailing - U.S. DOT – Federal Highway Administration FHWA de Estados Unidos Publicación Nro. FHWA-SA-93-026)

4.  Aprobación del Sistema de Soil-Nailing Preussag por el Instituto Técnico de la Construcción de Berlín. Nro. de permiso Z-20.1-105 (1988)

NORMAS DE ANCLAJES PASIVOS EN ROCA/SUELOS



CLASIFICACION DE LOS ANCLAJES


Tipo de trabajo

Activo Pasivo

Vida útil

Temporal Permanente

Material

Fibra de vidrio/carbono

Acero

Inyección

IU IR

IRS Barra Cable


Anclaje activo

Ø  Un anclaje activo es un anclaje que se carga mediante técnicas de postensado. (Gato hidráulico)

Ø  La carga máxima se coloca en la cabeza del anclaje

Ø  Un anclaje recién instalado toma carga.

Ø  Se ensaya el 100% de los anclajes con un ensayo de aceptación.

RETAINING WALLS 11.35

FIGURE 11.20 Cross section showing tieback anchors for retaining walls. (Reproduced with permissionfrom AASHTO, 1996.)

2. Tendon. The tendon is usually made of prestressing steel wires, strands, or bars. The tendonincludes the following:

a. Bonded length. The bonded length is that part of the tendon that is fixed in the primarygrout and transfers the tension force to the surrounding soil or rock. The anchor bond length isdesigned so that it can resist the required pullout load of the anchor. The bonded length isoften created by the pressure injection of a Portland cement-based mixture. As shown inFig. 11.20, the bonded length should be located well behind the active wedge or other crit-ical failure surface.

Especially for cohesionless soil, the tieback anchors will need an adequate overburden pres-sure to increase the bond stress at the grouted end. To accomplish this, the tieback anchors areoften installed at a downward angle as shown in Fig. 11.20.

b. Unbonded length. This is the part of the tendon that is able to elongate and hence transfersthe tension force to the bonded length. As shown in Fig. 11.20, the unbonded length is oftenfilled with grout, but because the tendon is contained within a sheath, the tension force is trans-ferred to the bonded length. Grouting of the unbonded length will prevent cave-in of this por-tion of the borehole and it will protect the tendon from corrosion.

3. Anchorage. The anchorage consists of a bearing plate and anchor head that permits stressing ofthe tendon. Because tiebacks are often inclined, the anchorage must resist both horizontal and ver-tical forces. If the anchorage is not adequately designed to resist these forces, deformation cansubstantially reduce the effectiveness of the tieback anchor. For example, if the anchorage shouldslide downward, the tensioning force will be reduced, allowing the retaining wall to deflect or fallinto the excavation.

In order to determine the bonded length, the bond stress between the soil and rock and the groutmust be known. Some of the variables that govern the soil-grout and rock-grout bond stress are the

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RETAINING WALLS



Anclaje pasivo

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To achieve a balanced design, all of the resisting components in a system should have comparable margins of safety; no component should be significantly oversized or undersized. In the case of nail tensile forces, a good design should balance the capacities of all resisting elements; therefore, values of RP, RT, and RF should be reasonably similar. 5.5.3.3 Maximum Tensile Forces Distribution

The tensile force in a particular nail is a function of the location where the nail crosses the failure surface. As shown schematically in Figure 5.14, the distribution of tensile forces in the soil nails varies throughout the cross-section of the wall system. Due to the complexities of load transfer within individual nails, the location of maximum nail tensile forces is close to, but generally does not coincide with, the location of the critical failure surface found during global stability analysis. The location of the failure surface is controlled by global limit equilibrium considerations. Strain measurements in instrumented soil nail walls have indicated that in the upper portion of the wall, the maximum tensile force occurs approximately between 0.3 H to 0.4 H behind the wall facing (Plumelle et al., 1990; Byrne et al, 1998). In the lower portion of the wall, the maximum tensile force occurs approximately between 0.15 H to 0.2 H behind the wall facing.

Locus of MaximumNail Axial Force

Distribution of tension along nail

Critical failure surfacefrom limit equilibrium

with FSGL

Facing

(0.3 to 0.4) H

H

Lp

Lp

Lp

T3

T2

T1

1

2

3

Modified after Byrne et al., 1998.

Figure 5.14: Schematic Location of Soil Nail Maximum Tensile Forces.

Ø  Un anclaje pasivo es un anclaje que se carga cuando se deforma la estructura que la sostiene

Ø  La carga máxima no llega a la cabeza del anclaje. (función de la grilla de separación y espesor shotcrete, > 80%)

Ø  Un anclaje recién instalado no toma carga.

Ø  No tiene ensayo de aceptación



Como reconocer los anclajes activos y pasivos

Ø  Anclaje activo:

•  La carga inicial es mayor al 90% de la carga de diseño

•  Tiene una longitud libre

•  Tiene poca rigidez axial: la carga cambia poco con la deformación

•  Material: cable o barra de alta resistencia.

Ø  Anclaje pasivo:

•  La carga inicial es casi nula.

•  No tiene una longitud libre

•  Tiene gran rigidez axial: la carga cambia linealmente con la deformación

•  Material: placas, hélices y barras



Como reconocer los anclajes activos y pasivos (a igual carga, solo como ejemplo)

P

δ δpasivo

P diseño Anclaje activo: menos deformación pero mayor carga sobre la estructura

δactivo

P0 Anclaje pasivo: mayor deformación pero menor carga sobre la estructura

Menor rigidez



Selección de anclajes activos y/o pasivos

Ø  Anclaje activo:

•  Cargas de 30 a 200 toneladas

•  Menor deformación de la estructura

•  Menor costo por carga

•  Temporales

Ø  Anclaje pasivo:

•  Cargas de 20 a 40 toneladas.

•  Menos tecnológicos

•  Longitudes habitualmente limitadas

0.000 10.000 20.000 30.000 40.000 50.000 60.000

0.000

10.000

20.000

30.000

40.000

Deformed MeshExtreme total displacement 26.23*10-3 m

(displacements at true scale)



Clasificacion según tipo de inyeccion (FHWA)

A: Inyección por gravedad

B: Inyección global única

C: Posinyección en etapas

D: Con campanas



Procedimiento de ejecucion

Perforación encamisada

Instalación de anclaje (previa llenado)

Extracción de la camisa

Tesado

Proteccion anticorrosiva de cabeza

Inyeccion a presión



Procedimiento de ejecucion (autoperforante)

Perforación encamisada

Instalación de anclaje (previa llenado)

AUTOPERFORANTE EXHUMADO EN PRUEBA PARA EL METRO DE SANTIAGO

Tesado



Anclaje activo temporal (postensado)

VIDA UTIL < 2 AÑOS (sin ambiente marino)



Anclaje activo permanente (postensado)

VIDA UTIL > 2 AÑOS

Cordón envainado y engrasado

Compuesto anticorrosivo

Grout cementicio

Centralizadores

Sello

Espaciadores

Vaina corrugada



Anclaje activo permanente EN1537 (aislado electricamente)



Anclaje activo permanente EN1537 (doble proteccion plastica)



Anclaje activo temporal (barra)

OJO barra de postensado!!!



Anclaje activo permanente (barra)

Compuesto anticorrosivo

Grout cementicio

Vaina lisa

Centralizador

Puntera

Vaina corrugada



Anclaje pasivo temporal/permanente (barra maciza)



Diseño

Ø  Diagramas según EAB.

(Norma de excavaciones alemanas)



Longitud libre de un anclaje activo - Metodo Simplificado

LF: Longitud libre con con tendón no adherido al suelo (4.5 m mínimo). R: Revancha igual al mayor valor entre 1.5 m y H/6. Csy: Coeficiente de aceleración pseudoestática.


Longitud libre de un anclaje activo (falla por cuña profunda – Ranke_Ostermayer (1968)


Modos de falla de una estructura anclada



Modos de falla de una estructura con anclajes pasivos

!



Modos de falla de una estructura con anclajes pasivos



Verificaciones de un muro de Soil Nailing

1.  Verificación de la estabilidad interna vía investigar el deslizamientos de cuerpos rígidos, generalmente con un mecanismo de falla consistente en dos cuerpos.

2.  Verificación de la seguridad al deslizamiento según DIN 1054.

3.  Verificación de la estabilidad al vuelco. La resultante de fuerzas debe estar dentro del núcleo de la base.

4.  Verificación de la capacidad de carga según DIN 4017 5.  Verificación de la estabilidad general según DIN 4084 6.  Verificación de las deformaciones de la contención. 7.  Verificación de la capacidad estructural del hormigón

proyectado.



Diseño de la longitud de bulbo (fija)

Tult = π ⋅ α ⋅Φ( ) ⋅L ⋅qs Diámetro < 0.20m Longitud < 12m




feff = Area A Area bajo línea τult Carga última = π . D . L . τult . feff

τavg= qs (Bustamante)




ej: un 100% de eficiencia implica movilizar la resistencia peak de la interfase grout-suelo a lo largo de toda la longitud de bulbo)



4. ENSAYOS DE CONTROL


Ensayo de los anclajes



Ensayo de los anclajes activos (postensados)

Ensayo de investigación (antes de la obra): •  Ensayo destructivo •  Se provoca la falla por el suelo •  Verificación de perdidas de carga

Ensayo de aptitud (al inicio) •  Comprobación del diseño •  Carga de prueba •  Verificación de perdidas de carga

Ensayos de aceptación (durante) •  Carga del anclaje •  Verificación de perdidas de carga •  La longitud libre aparente




ks = (s2-s1) / log (t2/t1)



Comportamiento de la carga de los anclajes activos




Verificación de las perdidas de carga




Ensayo de aceptación DIN 4125



5. CASOS DE OBRAS A) PIQUE METRO DE SANTIAGO

B) MURO JINAMAR C) MURO MALLECO D) SN BARRIO MODELO


Caso Pique Metro Santiago - Exc. 31m PPA y Muro SN 22,6m

5. CASOS DE OBRAS


Caso Pique Metro Santiago - Excavacion 31 metros

5. CASOS DE OBRAS


Caso Pique Metro Santiago - Muro SN 22,6m

5. CASOS DE OBRAS


Caso Pique Metro Santiago

5. CASOS DE OBRAS



FS=1,78 Deformación 60mm

5. CASOS DE OBRAS



FS=1,84 Deformación 30mm

5. CASOS DE OBRAS



5. CASOS DE OBRAS


Caso Muro Jinamar (Islas Canarias)

5. CASOS DE OBRAS


Caso Muro Jinamar

5. CASOS DE OBRAS


Caso Muro Jinamar

ESTABILIZACION CON ANCLAJES ACTIVOS Y PASIVOS – PROF. ING. JUAN MANUEL FERNANDEZ VINCENT

5. CASOS DE OBRAS


Caso Muro Jinamar

5. CASOS DE OBRAS


Caso Muro Malleco

5. CASOS DE OBRAS


Caso Muro Malleco

5. CASOS DE OBRAS

Anclajes Postensados Permanentes de cable, Longitudes hasta 35 m

Caso Muro Malleco

5. CASOS DE OBRAS

Caso Lo Galindo


Las laderas del sector Lo Galindo sufrieron importantes deslizamientos con ocasión de los temporales de lluvia ocurridos todo el mes de Julio del año 2000, afectando la seguridad de los tanques de abastecimiento de agua ESSBIO. La presencia de tanques de abastecimiento de agua potable en la coronación de la ladera le dio un carácter de urgencia a la obra ante la incertidumbre del progreso de la falla y por encontrarse ante el inicio de la época de mayor pluviometría en la región, lo que podría desencadenar en mayores inestabilidades.

5. CASOS DE OBRAS

Caso Lo Galindo

Perfil de la falla. Se aprecia las unidades de suelo presentes y el contacto Limonita (arenisca)–Arcilla, donde se produjo el deslizamiento

5. CASOS DE OBRAS

Caso Lo Galindo


Planta de la zona afectada por los deslizamientos. (Esquina inferior izquierda)

5. CASOS DE OBRAS

Caso Lo Galindo

Modelo de cálculo empleado para el diseño

5. CASOS DE OBRAS


Caso Lo Galindo

Diagrama de interacción del anclaje pasivo (nail) Esfuerzos del nail en su contacto con la superficie de falla

5. CASOS DE OBRAS


Caso Lo Galindo

Trabajos de estabilización luego de retirada gran parte de la masa de suelo deslizada

5. CASOS DE OBRAS

Caso Lo Galindo

Ensayos de investigación ejecutados antes del inicio de los trabajos

5. CASOS DE OBRAS

Caso Lo Galindo

Etapa de ejecución del muro en forma descendente

5. CASOS DE OBRAS

Caso Lo Galindo


Etapa de ejecución del muro en forma descendente

5. CASOS DE OBRAS

Caso Lo Galindo

Etapa de ejecución del muro – Bandas de drenaje y drenes californianos

5. CASOS DE OBRAS

Caso Lo Galindo

Vista panorámica de la estabilización mediante Soil Nailing.

Superficie muro = 440 m2, Altura = 3 a 8 m, Nails = 5.000 ml

5. CASOS DE OBRAS

Caso Altea - Alicante

5. CASOS DE OBRAS


5. CASOS DE OBRAS


Caso anclaje fallado

5. CASOS DE OBRAS

Caso ingreso de agua por anclaje (lavado finos?)

5. CASOS DE OBRAS

Que tipo anclajes hay?

5. CASOS DE OBRAS


CONSULTAS ? COMENTARIOS ?

6. CONSULTAS


JENNMAR y UNIFER AGRADECEN SU ATENCIÓN

Prof. Ing. Juan Manuel Fernandez Vincent Asesor geotécnico especialista en

fundaciones especiales Jennmar LA

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Engineering

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