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UNIVERSIDAD METROPOLITANA

FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL

“SISTEMA DE CONTENCIÓN PARA LA EJECUCIÓN DEL MÉTODO INVERTIDO EN LA ESTACIÓN COCHE DE LA LÍNEA 3 DEL METRO DE CARACAS”

INÉS TRALCI BOUSSAROQUE

Tutor Académico: Ing. Abraham Benarroch Tutor Industrial: Ing. Mauro Bracca

Caracas, 19 de septiembre de 2006

DERECHO DE AUTOR

Quien suscribe, en condición de autor del Trabajo Final de Grado titulado:

“SISTEMA DE CONTENCIÓN PARA LA EJECUCIÓN DEL MÉTODO

INVERTIDO EN LA ESTACIÓN DE COCHE DE LA LÍNEA 3 DEL METRO DE

CARACAS”, declara que: “Cede a titulo gratuito y en forma pura y simple,

ilimitada e irrevocable a la Universidad Metropolitana, los derechos de

autor de contenido patrimonial que me corresponden sobre el presente

trabajo. Conforme a lo anterior, esta cesión patrimonial solo comprenderá

el derecho para la Universidad de comunicar públicamente la obra,

divulgarla, publicarla o reproducirla en la oportunidad que ella así lo

estime conveniente, así como la de salvaguardar mis intereses y

derechos que me corresponden como autor de la obra antes señalada. La

Universidad Metropolitana en todo momento deberá indicar que la autoría

o creación del trabajo corresponde a mi persona, salvo los créditos que se

deban hacer al tutor o cualquier tercero que haya colaborado o fuere

hecho posible la realización de la presente obra”.

En la ciudad de Caracas, a los seis (06) días del mes de septiembre de

2006.

______________________

Inés Tralci Boussaroque

C.I. 15.178.341

APROBACIÓN

Considero que el Trabajo Final de Grado titulado:



CARACAS”

Elaborado por la bachiller:


Para optar al título de:

INGENIERO CIVIL

Reúne los requisitos exigidos por la Facultad de Ingeniería de la

Universidad Metropolitana y tiene méritos suficientes como para ser

sometida a la presentación y evaluación exhaustiva por parte del jurado

examinador que se designe.

En la ciudad de Caracas, a los seis (06) días del mes de septiembre de

2006.

_____________________ _____________________

Ing. Abraham Benarroch Ing. Mauro Braca

C.I. 6.974.096 C.I. 6.509.271


ACTA DE VEREDICTO

Los abajo firmantes constituidos como jurado examinador y reunidos en

Caracas, el día 06 de septiembre de 2006, con el propósito de evaluar el

Trabajo Final de Grado titulado:



CARACAS”

elaborado por la bachiller:


Para optar al título de:

Ingeniero Civil

Emitimos el siguiente veredicto:

Reprobado____ Aprobado ____ Notable ____ Sobresaliente ___

Observaciones:______________________________________________

___________________________________________________________

_____

_________________ Ing. Abraham Benarroch

Jurado

__________________ Ing. Mauro Braca Jurado

_________________ Ing. Gustavo Iribarren

Jurado


AGRADECIMIENTOS

Quisiera agradecer primero que todo al Ingeniero Abraham Benarroch por

haber aceptado ser mi tutor académico, por buscar siempre la manera

más práctica de explicar las cosas y por su gran disposición y forma de

enseñar que han logrado despertar en mí un gran interés por la rama de

la geotecnia.

Al Ingeniero Mauro Braca y a la Constructora Geobraing, por darme la

oportunidad de trabajar en su empresa y por prestarme todo su apoyo y

colaboración.

Al Ing. Pedro Nouel y al grupo de trabajo de la empresa C.A. Metro por su

colaboración y disposición para ayudarme en todo lo que pudiesen.

A mis amigos y compañeros Juan Pablo García, Gerardo Pérez, Eliana

Jover y Cristina D’Acosta siempre me han brindado su ayuda y su

amistad.


DEDICATORIA

A Dios por darme tantas bendiciones y oportunidades en esta vida.

A mis padres que siempre me han apoyado en las decisiones que he

tomado y me han ayudado a llevarlas a cabo, dando ánimos en los

momentos difíciles y compartiendo conmigo mis alegría y triunfos.

A mi abuela Inés que fue y siempre será un ejemplo a seguir, por su

fortaleza ante la vida y por enseñarme que con esfuerzo y dedicación se

pueden lograr todas las metas que uno se proponga.

A mi novio y futuro esposo Mario Bove por su paciencia, apoyo y por

haber compartido conmigo a lo largo de toda mi carrera.


INDICE

Introducción…………………………………………………………………….1 Capítulo I Constructora Geobraing ........................................................ 3

I.1 Presentación de la Empresa ...................................................... 3 I.2 Objetivos de la empresa............................................................. 3 I.3 Alcances..................................................................................... 4 I.4 Misión y Visión de la Empresa ................................................... 5

Capítulo II Tema de investigación .......................................................... 6 II.1 Definición del problema............................................................. 6 II.2 Objetivo general: ....................................................................... 7 II.3 Objetivos específicos................................................................. 7 II.4 Alcance del proyecto ................................................................. 8

Capítulo III Marco Teórico ....................................................................... 9 III.1 Definición de un sistema de contención ................................... 9 III.2 Muros colados como sistema de contención............................ 9 III.3 Proceso de ejecución de un muro colado.............................. 11 III.4 Pantallas o muros atirantados. ............................................... 16 III.5 Elementos de una pantalla atirantada .................................... 17

III.5.1 Losa de concreto: ..................................................... 17 III.5.2 Drenes: ..................................................................... 18 III.5.3 Anclajes .................................................................... 18

III.6 Partes de un anclaje:.............................................................. 19 III.6.1 Cabeza ..................................................................... 19 III.6.2 Armadura .................................................................. 19 III.6.3 Longitud libre ............................................................ 19 III.6.4 Bulbo o longitud efectiva........................................... 19 III.6.5 Zona libre o tensor .................................................... 21 III.6.6 Cabezal..................................................................... 21

III.7 Tipos de anclajes: .................................................................. 22 III.7.2 Según su forma de trabajar ...................................... 23 III.7.3 Según la técnica constructiva del bulbo.................... 26

III.8. Ventajas y Desventajas de los anclajes ................................ 27 III.8.1 Ventajas.................................................................... 27 III.8.2 Desventajas .............................................................. 28

III.9 Factores de seguridad para anclajes...................................... 28 III.10 Proceso de ejecución de un anclaje ..................................... 29

III.10.1 Perforación.............................................................. 29 III.10.2 El cuerpo del anclaje.............................................. 30 III.10.3 Inyección................................................................. 31 III.10.4 Cabezal del anclaje................................................. 32 III.10.5 Tensado del anclaje................................................ 32

III.11 Teoría de pantallas atirantadas ............................................ 34 III.11.1 Capacidad del anclaje............................................. 34 III.11.2. Cálculo del número y separación entre anclajes.... 34

III.12.Tipos de fallas para muros anclados .................................... 35 III.13 Empujes a considerar para el cálculo y diseño de estructuras enterradas y muros de contención según la teoría de Rankine..... 36


III.13.1 Empuje activo, empuje pasivo y empuje en reposo 36 III.14 Cálculo de empujes de tierra................................................ 38

Capítulo IV Descripción de la obra....................................................... 43 IV.1 Ubicación de la Estación Coche ............................................ 43 IV.2 Características del subsuelo a lo largo de la línea:.............. 44 IV.3. Descripción de la obra .......................................................... 45 IV.4 Proceso de ejecución del método invertido o de trinchera cubierta.......................................................................................... 47

Capítulo V Foso Norte ........................................................................... 49 V.1 Descripción del Foso Norte..................................................... 49 V.2 Aspectos Litológicos ............................................................... 50 V.4 Método constructivo del Foso Norte........................................ 51

V.4.1 Muros colados ........................................................... 52 V.4.2 Concreto proyectado ................................................. 53

V.4.3 Sistema de apuntalamiento.................................................. 54 V.4.4 Anclajes postensados................................................ 55

Capítulo VI Descripción de los muros colados de la Estación Coche................................................................................................................. 59

VI.1 Muros Centrales y Muros Perimetrales .................................. 59 VI.1.1 Muros Colados Centrales ......................................... 59 VI.1.2 Muros Colados Perimetrales .................................... 60 VI.1.3 Sistema para apoyo de las losas en los muros colados ............................................................................... 60

VI.2 Cesta en los paneles ubicados en el eje A ............................ 62 VI.3 Justificación de las dimensiones de los muros colados de la Estación Coche ............................................................................. 64

Capítulo VII Chequeo deL SISTEMA DE CONTENSIÓN DEL FOSO NORTE .................................................................................................... 65

VII.I Cálculo del empotramiento necesario para una altura libre de 18,10 m ......................................................................................... 65 VII.2 Chequeo de los tirantes para los muros colados de Foso Norte ............................................................................................. 67 VII.2.1 Cálculo de empujes de tierra para un empotramiento del muro colado de 6,40 m.................................................................. 67 VII.2.2 Cálculo de los anclajes necesarios para contrarrestar el empuje activo de los muros........................................................... 68 VII. 3 Chequeo de la longitud del bulbo de los tirantes ................. 71

Capítulo VIII Análisis de resultados ..................................................... 77 Capítulo IX Conclusiones y recomendaciones ................................... 80

IX.I Conclusiones .......................................................................... 80 IX.2 Recomendaciones ................................................................. 82

Bibliografía ............................................................................................. 84


ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1: Excavación de muro guía ………………………………….……..11

Figura 2: Armado de muros Guías................................................................... 11

Figura 3:Detalle del armado de un muro guía .............................................. 11

Figura 4:Almeja para la excavación de muros colados .............................. 13

Figura 5:Excavación de muros colados......................................................... 14

Figura 6:Colocación de la armadura de un muro colado............................ 14

Figura 7:Tuberías para el vaciado……………………………………...……15

Figura 8:Vaciado de un muro colado ............................................................. 15

Figura 9:Lodo bentonítico y bomba sumergible ........................................... 15

Figura 10: Elementos de una pantalla atirantada ........................................ 17

Figura 11:Pantalla atirantada…………………………...........................….17

Figura 12:Muro colado atirantado................................................................... 17

Figura 13 Geodrenes para pantallas atirantadas......................................... 18

Figura 14 Partes de un anclaje ....................................................................... 20

Figura 15 Preparación e la lechada ............................................................... 31

Figura 16:Partes de la cabeza de un anclaje ............................................... 32

Figura 17 Marcado de las guavas antes del tensado.................................. 33

Figura 18 Colocación del gato hidráulico para ejecución de tensado ...... 33

Figura 19 Medición de la posición final de las guavas................................ 33

Figura 20 Deformación final de las guavas después del tensado............. 34

Figura 21 Ángulo de la cuña potencial de falla ........................................... 41

Figura 22 Área estación Coche ..................................................................... 43

Figura 23 Vista de las estructuras cercanas al área de construcción de la

Estación Coche................................................................................................... 44

Figura 24 Salida de La Topa (TBM) ............................................................... 49

Figura 25 Extracción de la cabeza de corte de la Topa.............................. 49

Figura 26 Vista 3D Foso Norte........................................................................ 54

Figura 27 Niveles de apuntalamiento foso norte.......................................... 55

Figura 28 Armadura Muro Definitivo Cara Oeste Foso Norte.................... 58


Figura 29: Muro de concreto armado definitivo............................................ 58

Figura 30 Cajas para reservación en muros colados................................. 61

Figura 31 Vista de la ubicación de la cajas................................................... 62

Figura 32 Vista de la construcción de las losas por el método invertido . 62

Figura 33 Cesta para sostenimiento de muro guía y protección de tubería

de 72” ................................................................................................................... 63

Figura 34 Sistema de anclaje propuesto para los muros colados del Foso

Norte ..................................................................................................................... 76


ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1 Rangos de las propiedades del lodo bentonítico............................ 12

Tabla 2 Casos de carga para selección de factor de seguridad en tirantes

............................................................................................................................... 29

Tabla 3 Valores de factores de seguridad para anclajes............................. 29

Tabla 4 Dimensiones de los muros colados del foso de extracción .......... 52

Tabla 5 Longitud de los anclajes del Foso Norte .......................................... 57

Tabla 6 sistema de anclaje propuesto para muros colados del Foso Norte

............................................................................................................................... 76

Tabla 7 Cuadro comparativo entre el método invertido y el método

tradicional ............................................................................................................ 78


ANEXOS

Anexo 1: Ubicación de las Perforaciones a lo largo de la Estación Coche Anexo 2: Ensayo SPT y Ensayo de corte directo de las perforaciones PP5, P44, PP6, PP7, PP8. Anexo 3: Planta y sección transversal de la Estación Coche Anexo 4: Procedimiento para la ejecución del Método Invertido Anexo 5: Ubicación del Foso Norte Anexo 6: Muros Colados del Foso Norte Anexo 7: Viga Cabezal a lo largo del Perímetro del Foso Norte Anexo 8: Sistema de apuntalamiento Foso Norte Anexo 9: Sistema de anclaje de Muros Colados del Foso Norte Anexo 10: Plano de planta y elevaciones muros colados perimetrales y centrales de la Estación Coche Anexo 11: Cesta en muros colados para protección de la tubería de 36” Anexo 12: Representación gráfica de la distancia entre el Foso y el edificio


RESUMEN



CARACAS”

Caracas, septiembre 2006

Autora: Inés Tralci Boussaroque

Tutor académico: Ing. Abraham Benarroch

Tutor industrial: Ing. Mauro Braca

El presente Trabajo Especial de Grado tiene como objetivo analizar

el sistema de contención para la ejecución del método invertido de la

Estación de Coche del Metro de Caracas.

Para realizar dicho análisis se recopiló la información necesaria para

luego hacer un chequeo que permitiera analizar el por qué de las

dimensiones y las características del sistema de contención seleccionado

para la construcción de la Estación.

Una vez realizado el chequeo se realizó una comparación entre los

resultados del estudio realizado con lo que es el proyecto que se está

ejecutando, con la finalidad de poder conocer y entender mejor los

beneficios de ejecutar una Estación con el método invertido y las


diferencias en lo que respecta al cálculo y a la ejecución de los muros

colados como sistema de contención para el método invertido.


INTRODUCCIÒN

1

Introducción

El Metro de Caracas constituye uno de los principales medios de

transporte masivo para los venezolanos y debido al gran crecimiento de

la población se hizo necesaria la ampliación de las líneas 3 y 4 ya

existentes, lo cual permitiría un aumento considerable de pasajeros

brindándole a los mismos mayor rapidez para llegar a su destino de

manera segura y con gran comodidad y a su vez descongestionar otras

vías de comunicación y arterias viales de la capital.

Para poder llevar a cabo la ampliación de estas líneas, se han ido

construyendo estaciones y para cada una de estas estaciones se ha

hecho necesario un estudio independiente ya que cada una de ellas iba a

ser llevada a cabo bajo diferentes condiciones de ubicación, geología del

terreno y condiciones de los alrededores, así que estos estudios van a

determinar el método constructivo a realizar evaluando el tipo de sistema

de contención, excavación y ejecución de la estructura.

La estación que es objeto de este estudio es la Estación de Coche, la cual

pertenece al tramo El Valle- La Rinconada de la Línea 3 del Metro de

Caracas.

La construcción de esta estación ha sido adjudicada a la Constructora

Norberto Odebrecht quien tiene como responsabilidad el cálculo, diseño y


INTRODUCCIÒN

2

ejecución tanto de la estación como del trayecto (túnel) y quien a su vez

subcontrata a la Constructora Geobraing para la ejecución de la estación

bajo su gerencia.

El método seleccionado para la ejecución de la estructura fue el

denominado método invertido, y el siguiente trabajo especial de grado

tiene la finalidad de dar a conocer los factores que se tomaron en cuenta

para la selección del método constructivo, describir las características del

sistema de contención para la ejecución de la Estación de Coche y

realizar un chequeo de las dimensiones de los muros colados y otros

sistemas de contención que se han ejecutado en dicha Estación. También

se mostrarán las principales diferencias entre el método tradicional o de

trinchera abierta y el método invertido o de trinchera cubierta.


CAPITULO I. CONSTRUCTORA GEOBRAING

3

Capítulo I Constructora Geobraing

I.1 Presentación de la Empresa

Constructora Geobraing fue constituida en el año de 1990, teniendo como

objetivo principal la Gerencia de Construcción, Planificación y Desarrollo

de Obras Civiles y Arquitectura Conceptual.

Su crecimiento sostenido es consecuencia de la concepción de lo que

debe ser la Construcción de obras civiles cumpliendo a cabalidad cada

uno de los objetivos propuestos ofreciendo a sus clientes verdaderas

soluciones integrales con calidad, garantía de seguridad, durabilidad,

economía y comprobada eficiencia.

I.2 Objetivos de la empresa

Satisfacer plenamente las exigencias y necesidades de nuestros clientes

ofreciendo servicios y soluciones que incrementen el valor de sus

proyectos de inversión haciéndolos mas respetables.

Contamos con la capacidad gerencial, profesional, operacional,

administrativa y financiera para desarrollar proyectos de gran envergadura

a nivel nacional internacional, garantizando los más altos estándares de



4

aseguramiento y control de calidad, seguridad industrial y ambiental y

cabal cumplimiento con las normativas legales.

I.3 Alcances

Geobraing cuenta con la infraestructura física (oficina,

campamentos, parque de maquinarias y equipos) así como personal

calificado plenamente para realizar las siguientes actividades:

• Ingeniería y arquitectura conceptual (diseño y calculo)

• Movimiento de Tierra

• Gerencias y construcción de obras civiles

• Control y aseguramiento de calidad

• Diseño e ingeniería de proyectos civiles y geotécnicos

• Inspección de Obras

Su principal objetivo es ser una empresa líder en el área de la Ingeniería

Civil para satisfacer con calidad y en forma oportuna las necesidades de

sus clientes y que sus obras sean un icono para el futuro.



5

I.4 Misión y Visión de la Empresa

• Visión

Alcanzar una posición líder en el mercado local, que sea reconocida por la

buena calidad de nuestros servicios, la seguridad y responsabilidad de la

empresa, por su calidad en el control y ejecución de sus obras.

• Misión

Proyectar y ejecutar obras que cumplan con todas las expectativas del

cliente y ser una empresa competente en lo que se refiere a la seguridad,

calidad y tiempo de ejecución.


CAPITULO II. TEMA DE INVESTIGACION

6

Capítulo II Tema de investigación

II.1 Definición del problema

Tanto el proyecto como la ejecución del sistema de contención para una

estación de metro contemplan gran cantidad de factores a analizarse, es

por ello que se debe estudiar detenidamente todas las variables

existentes antes de llevarse a cabo el proyecto y además una vez

realizado el mismo se debe adaptar el método constructivo a las

condiciones de trabajo en las que se va a desarrollar la obra.

Los sistemas de contención existentes son muy diversos y su selección

va a depender en primer lugar de las características geotécnicas del suelo

y del tipo de estructura a realizarse, pero además existen otros factores

no menos importantes entre los que podemos mencionar: las condiciones

existentes en el terreno en cuanto a edificaciones adyacentes, servicios

públicos (redes de aguas blancas y aguas negras, bancadas y sótanos de

electricidad, teléfono, tuberías de gas), menor tiempo de ejecución y

mejor adaptación al espacio disponible.

En el caso de la estación Coche perteneciente a la línea 3 del metro de

Caracas, el sistema constructivo seleccionado fue el denominado “Método



7

invertido”, el mismo consiste en ejecutar la estructura de la estación

partiendo de la losa de techo para finalizar con la losa de fondo.

El siguiente trabajo tiene como finalidad hacer un análisis sobre el sistema

de contención para la ejecución de la estación mediante el método

invertido así como un chequeo del diseño realizado y las particularidades

de estos muros; también se trataran otros puntos relacionados con el

sistema de contención, como lo son el proceso constructivo de los

mismos, las actividades requeridas antes de ejecutar los muros, los

problemas que se presentaron durante su ejecución y las soluciones

aplicadas.

II.2 Objetivo general:

Evaluación de la factibilidad técnica del método de contención para

ejecutar el método invertido mediante el análisis, chequeo y cálculo para

su implementación en obra.

II.3 Objetivos específicos

• Revisar las variables que influyen en el diseño de los muros

colados.

• Justificar el método de contención seleccionado.

• Realizar los cálculos pertinentes y necesarios para dicho sistema.



8

• Explicar las diferencias en cuanto al cálculo y el diseño entre los

muros colados tradicionales y los que se van a ejecutar en la

estación Coche.

• Explicar el método utilizado para la ejecución de los muros colados.

• Dar a conocer los inconvenientes que se han presentado en su

ejecución y como han sido solventados.

II.4 Alcance del proyecto

El presente Proyecto Especial de Grado consistirá en el análisis del

sistema de contención, específicamente de los muros colados de la

Estación de Coche de la Línea 3 del Metro de Caracas, tramo El Valle-La

Rinconada. Este proyecto contemplará el análisis del estudio geotécnico,

teorías de diseño de los muros colados, cálculos, ejecución y

modificaciones de proyecto así como también la justificación de la

selección del método de contención para la ejecución de una estación del

Metro de Caracas.


CAPITULO III. MARCO TEORICO

9

Capítulo III Marco Teórico

III.1 Definición de un sistema de contención

Cuando un terreno no se sostiene por si solo con la pendiente que

físicamente se le puede dar, es preciso construir una estructura que

aplique sobre el terreno las fuerzas resistenten necesarias para mantener

el equilibrio, a estas estructuras se les denomina sistema de contención.

Como consecuencia, el terreno aplicará sobre la estructura unos empujes

iguales o menores y contrarios a estas fuerzas.

Entre estas estructuras de contención están las pantallas de pilotes, los

micropilotes, el concreto proyectado, las pantallas atirantadas, los muros

colados, tierra armada, muros de gaviones, muros prefabricados, muros

con geotectiles, entre otras.

La selección del tipo de estructura de contención será realizada en base

a las propiedades mecánicas del suelo y consideraciones de carácter

físico y económico.

III.2 Muros colados como sistema de contención

Los muros colados son pantallas de concreto (armadas o no) ejecutados

sin ningún tipo de encofrado, es decir, en contacto con la superficie del

terreno en todas sus caras. El espesor de estos muros generalmente está

comprendido entre 0,50 m y 1,50 m, su largo varía entre 2 m y 7 m, y su



10

profundidad puede ser limitada solo por medios técnicos y de proceso

constructivo, pues han llegado a conocerse muros colados que llegan a

profundidades del orden de 40 m, tomando en cuenta que esta dimensión

debe ser mayor que la profundidad a la cual estará la estructura

delimitada por ellos con la finalidad de lograr un adecuado

empotramiento.

Dichos muros son excavados y vaciados al seco o en lodo bentonítico y

pueden construirse sobre cualquier poligonal deseada y desde el nivel

que más convenga. Para lograr un mayor sostenimiento del terreno y

brindarle un mayor soporte a los muros durante el proceso de excavación

de la trinchera o estación pueden ser apuntalados con perfiles de acero,

entibados o anclados con tirantes.

La gran ventaja de los muros colados es que ofrecen la posibilidad de

realización de las excavaciones por debajo del nivel freático, ya que sus

características estructurales proporcionan una alta estanquidad lo que

reduce significativamente la infiltración de agua subterránea durante el

proceso de excavación y por otra parte en caso de ser necesario pueden

ser incorporados en la estructura definitiva como muros autoportantes o

estructurales, en los cuales se requiere más exigencia en su diseño,

mayores dimensiones en cuanto a su largo, su espesor y una mayor

cantidad de acero de refuerzo.



11

III.3 Proceso de ejecución de un muro colado

La ejecución de un muro colado necesita en primer lugar la construcción

de las trincheras guías que son unas zanjas de poca profundidad, máximo

1,50 m cuyas paredes son sostenidas por dos (2) muros de concreto

armado apuntalados debidamente. También se les llama muros guía, ya

que sirven para asegurar la posición correcta de la almeja en el proceso

de excavación.

Figura 1: Excavación de muro guía Figura 2: Armado de muros Guías

0,275

1,225

1,75

0,25 0,251,25

8 Ø 1/2"

3/8"

Figura 3:Detalle del armado de un muro guía



12

Si la excavación se va a ser en lodo bentonítico este debe ser preparado

previamente mezclando en una máquina especializada para ello arcilla

montmorillonita y agua, lo cual produce una solución viscosa que evita el

derrumbe de las paredes de la excavación, dándole estabilidad a las

mismas mientras se ejecuta el muro colado.

Entre las propiedades del lodo bentonítico están: La viscosidad la cual se

verifica con el cono de Marsh y se cronometra el tiempo de escurrimiento

de 1000 cm3, sus parámetros normales son de 30 a 45 s, el contenido de

arena se mide con un elutriómetro, instrumento en el cual se vierte un

volumen específico de lodo bentonítico, se deja decantar por unos

segundos y se verifica en la escala graduada que tiene en sus paredes de

vidrio el porcentaje de arena presente en la solución, el cual por norma

debe ser menor al 2% para poder ser vaciado el concreto en el muro, la

densidad se mide con una balanza tipo Baroid la cual debe estar entre

1,034 g/cm3 y 1,210 g/cm3, y el ph es una propiedad que mide la

alcalinidad o acidez del lodo bentonítico, es chequeado mediante una

cinta de colores para medir ph y debe estar entre 8,50 y 10,50.

Propiedad Mínimo Máximo

Concentración bentonítica 4.5% 15.0%

Densidad (gr/cm3) 1.034 1.210

Viscosidad Plástica (seg) 30 45

ph 8.5 10.5

Contenido de arena 0 2%

Tabla 1 Rangos de las propiedades del lodo bentonítico



13

Se fabrican las armaduras de refuerzo o jaulas de acero del muro colado

según las especificaciones dadas por el ingeniero calculista, y se debe

tomar en cuenta que la separación entre los estribos sea adecuada para

facilitar el paso de la tubería de vaciado. También se debe tener presente

que si la armadura tiene una longitud mayor a 12 m se fabrican tantas

partes como sean necesarias hasta cubrir el largo total de la misma, esto

se debe a que en el mercado solo se cuentan con cabillas que miden

máximo 12 m de longitud, al momento de introducir las jaulas en la

excavación se solapan con soldadura cada una de las partes.

La excavación del muro se hace con una almeja al seco o en lodo

bentonítico dependiendo del tipo de suelo presente, de ser un suelo suelto

y sin cohesión se requiere el uso de la bentonita. Se debe tener un gran

cuidado cuando se ejecuta la excavación cerca de edificaciones vecinas,

sobre todo en puntos importantes de transmisión de carga como pilotes y

zapatas para evitar futuros asentamientos en dichas estructuras.

Figura 4:Almeja para la excavación de muros colados



14

Figura 5:Excavación de muros colados

Una vez terminada la excavación se introduce la jaula de acero con una

grúa previendo respetar el recubrimiento estimado en el cálculo mediante

unos separadores de concreto y además se coloca la tubería de vaciado.

Figura 6:Colocación de la armadura de un muro colado

Se vacía el concreto por medio de la tubería el cual debe ser premezclado

para garantizar el asentamiento y la resistencia de diseño, parámetros



15

cuyos valores estándar son 8” para el asentamiento y mayor a 300 Kg/cm2

para la resistencia a la compresión. Se debe colocar un número de

tuberías suficiente para obtiener de esta manera un vaciado uniforme a lo

largo de todo el muro y además desarenar correctamente la bentonita

para eliminar porcentajes altos de arena que contaminen el concreto. El

concreto llega al fondo de la excavación y a medida que su volumen

aumenta va desplazando a la bentonita la cual es evacuada con bombas

sumergidas mandadas a un tanque para su reciclaje.

Figura 7:Tuberías para el vaciado Figura 8:Vaciado de un muro colado

Figura 9:Lodo bentonítico y bomba sumergible



16

Es muy importante que a medida que va aumentando el nivel de concreto

en el panel se debe ir retirando la tubería para evitar que se pegue con el

endurecimiento del concreto. Para un correcto control de vaciado es

indispensable que el nivel de vaciado sea controlado desde arriba por

medio de sondas, de esta forma se puede comparar el volumen teórico de

concreto con el práctico para determinar oportunamente si se han

producido derrumbes en la excavación. Una vez que se ha llegado hasta

la cota máxima de vaciado del panel se culmina su ejecución.

III.4 Pantallas o muros atirantados.

Las pantallas atirantadas son obras que se realizan para la estabilización

de masas de suelo y las mismas están constituidas por un emparrillado de

acero, que actúa como repartidor de esfuerzo de tracción que provienen

de los anclajes.

Este tipo de estructuras de contención tienen diversos usos ya que

aunque su principal aplicación es la estabilizar taludes, también puede

resultar un método efectivo para excavaciones a grandes y pequeñas

profundidades tal como es el caso que es objeto de este estudio.



17

III.5 Elementos de una pantalla atirantada

Anclajes

Losa de concreto

DrenesDrenes

Figura 10: Elementos de una pantalla atirantada

III.5.1 Losa de concreto:

Tiene las múltiples funciones de repartir la fuerza de los anclajes en la

superficie del talud, contener los volúmenes más superficiales del terreno

y proteger la superficie del talud contra la erosión y la meteorización.

Esta losa de concreto puede ser una pantalla o un muro, en caso de ser

una pantalla la misma está conformada por una doble malla metálica y

concreto proyectado y en el caso de que sea un muro la losa está

formada por un armado de acero y un vaciado de concreto (muro colado).

Figura 11:Pantalla atirantada Figura 12:Muro colado atirantado



18

III.5.2 Drenes:

Los geodrenes son elementos que sirven para el desagüe de los taludes,

son tubos plásticos de PVC de 2" de diámetro, con orificios para la

captación del agua, recubierto con un geotextil no tejido de fibra sintética,

con longitudes entre 6 y 9 m.

Figura 13 Geodrenes para pantallas atirantadas

III.5.3 Anclajes

Son elementos longitudinales introducidos en el suelo y capaces de

trabajar en tracción movilizando una resistencia en el terreno, trasladando

las solicitaciones hasta una zona más profunda y estables del suelo, con

los que se trata de mejorar las condiciones de equilibrio de una estructura

o talud, asociando al conjunto el peso del terreno que los rodea, siendo

estos, los elementos resistentes principales del sistema.

El objetivo primordial de los anclajes es reforzar y sostener suelos y

masas rocosas parcialmente sueltas, fracturadas o incompetentes que de

alguna manera estén sujetas o propensas a fallas.



19

III.6 Partes de un anclaje:

III.6.1 Cabeza

Parte del anclaje que transmite el esfuerzo de tracción de la armadura a la

placa de reparto o a la estructura.

III.6.2 Armadura

Parte longitudinal, en general barra o guaya, del anclaje que, trabajando a

tracción, está destinada a transmitir la carga desde la cabeza hasta el

terreno.

III.6.3 Longitud libre

Longitud de la armadura comprendida entre la cabeza del anclaje y el

extremo superior de la longitud fija o bulbo.

III.6.4 Bulbo o longitud efectiva

Zona del anclaje destinada a transmitir la carga del anclaje al terreno, en

general mediante una lechada.



20

Figura 14 Partes de un anclaje

Tipos de bulbos:

• Bulbos simples

Consisten en una porción del tensor, rodeado de lechada de inyección, la

cual asegura la transmisión de fuerzas entre este y el terreno que lo

rodea.

• Bulbos de tipo duplex

El elemento que transmite la fuerza del terreno consiste en un tubo de

acero, sometido a compresión en condición de trabajo. Este diseño es

particularmente ventajoso en terrenos corrosivos, puesto que permite

aislar y proteger de la corrosión al tensor en toda su longitud y utilizar el

tubo de acero de resistencia intermedia, de gran espesor de pared y poco

susceptible a la corrosión



21

III.6.5 Zona libre o tensor

Es la zona en la cual el tirante puede alargarse bajo el efecto de la

tracción. En esta zona el tirante se encuentra generalmente encerrado en

una vaina que impide el contacto con el terreno, lo que permite

deformarse con plena libertad al ponerse en tensión.

Tipos de tensores:

• Barras de acero tipo Dywidag, en tres diámetros comerciales: 26

mm, 32 mm y 36 mm.

• Torones o guayas de 7 alambres, en dos diámetros comerciales:

0,5 pulgadas y 0,6 pulgadas.

En el caso de anclajes formados por múltiples torones, se requieren

separadores para garantizar un espacio mínimo de 5mm entre torones. Al

mismo tiempo se deben instalar piezas que mantengan al conjunto de

torones perfectamente centrados en la perforación, con la separación

adecuada del terreno.

III.6.6 Cabezal

Transmite el esfuerzo a la estructura o pantalla, su elemento principal es

la pieza que permite el bloqueo de los tensores, garantizando la adecuada



22

transferencia de carga a la estructura a ser anclada. Su diseño debe

permitir la aplicación de una fuerza máxima igual al 90% de la capacidad

cedente de los tensores, así como su incremento libre durante la fase de

tensado y de pruebas. Igualmente debe permitir absorber errores de

axialidad de + ó – 5%, sin causar esfuerzos parásitos importantes en el

tensor. Este aspecto es de particular importancia en el caso de tensores

formados por barras de acero.

La plancha de acero debe tener un espesor y resistencia suficiente para

transferir y distribuir la carga del elemento de bloqueo sobre el muro o la

pantalla de shotcreet, a través de la cuña de nivelación, la cual se puede

partir bajo la solicitación.

Otro aspecto importante en el diseño de un buen cabezal, es la protección

a la corrosión del conjunto, no solamente a los efectos de la intemperie,

sino a posibles entradas de agua por detrás de la pantalla.

III.7 Tipos de anclajes:

III.7.1 Según su aplicación en función del tiempo de servicio:

• Anclajes Provisionales

Tienen carácter de medio auxiliar y proporcionan las condiciones de

estabilidad a la estructura durante el tiempo necesario para disponer otros



23

elementos resistentes que los sustituyan. La vida útil no debe ser mayor

de 18 meses.

• Anclajes Permanentes

Se instalan con carácter de acción definitiva. Se dimensionan con

mayores coeficientes de seguridad y han de estar proyectados y

ejecutados para hacer frente a los efectos de la corrosión. Dichos anclajes

están diseñados para una vida de servicio superior a los 18 meses.

En este tipo de anclajes es importante disponer de un sistema

anticorrosivo que garantice la protección del acero por varias décadas. El

anticorrosivo debe ser resistente a los agentes químicos y elementos

bacteriológicos, además de los ácidos orgánicos.

Adicionalmente la armadura metálica debe ser capaz de transmitir de

forma duradera y continua los esfuerzos del anclaje sin sufrir deterioro

alguno.

III.7.2 Según su forma de trabajar

• Anclaje pasivo

Es aquel que entra en tracción por si solo, al aparecer la fuerza exterior

(expansión o dilatación que se produce en las discontinuidades de la roca

cuando comienza a producirse un deslizamiento a lo largo de las mismas)

y oponerse la cabeza al movimiento del terreno o de la estructura. Este



24

tipo de anclaje debe ser bastante rígido si se quiere limitar la magnitud del

movimiento, llegando en casos extremos, a ejecutar verdaderos pilotes a

tracción. Su orientación debe establecerse en función del movimiento

relativo que pueda esperarse entre la cabeza y la zona de anclaje para

evitar la aparición de esfuerzos anormales.

El movimiento de masa produce un incremento de volumen (dilatancia)

que está relacionado con la presencia de rugosidades en la misma. Es

decir, la efectividad del anclaje pasivo está relacionada directamente con

la magnitud de la dilatancia, la cual depende del tamaño y la dureza de

las discontinuidades. Por consiguiente en taludes en suelos o roca blanda

con juntas relativamente lisas los anclajes pasivos son menos efectivos.

• Anclaje Activo

Es aquel que, una vez instalado pretensa la armadura hasta llegar a su

carga admisible, comprimiendo el terreno comprendido entre la zona de

anclaje y la estructura o placa de apoyo de la cabeza. Cuando actúa la

carga exterior, se produce la descompresión del terreno pero apenas se

mueve la cabeza del anclaje en tanto no se rebase el esfuerzo de

pretensado, por lo que no varía sensiblemente la tensión del tirante.

En otras palabras, los anclajes activos ejercen una acción estabilizadora

desde el mismo instante de su puesta en tensión incrementando la



25

resistencia al corte del suelo como consecuencia de las presiones

normales adicionales al esqueleto mineral.

• Anclaje mixto

Es aquel intermedio entre los dos tipos descritos anteriormente, la

manguera se pretensa con una carga menor a la admisible, quedando

una parte de su capacidad resistente en reserva para hacer frente a

posibles movimientos aleatorios del terreno.

Los tres tipos de anclajes tienen ventajas sobre los distintos suelos en los

cuales estos serán utilizados.

Los anclajes pasivos tienen utilidad en los suelos rocosos, dado que en el

momento en que son solicitados a actuar tienen una fija adherencia a un

suelo sumamente duro, donde es prácticamente imposible, que pueda

existir algún tipo de deslizamiento en la periferia del bulbo.

Los anclajes activos son muy útiles en suelos blandos, donde la

deformación de los suelos es más alta, y el sistema de pretensado logra

utilizar a su favor la deformación de la masa del suelo. No obstante en

suelos rocosos, ese anclaje activo no sería capaz de comprimir las

mismas, así como en los suelos blandos un anclaje pasivo a la hora de

ser solicitado, muy probablemente deslizarían sin ejercer las fuerzas

deseadas.



26

III.7.3 Según la técnica constructiva del bulbo

• Tipo I

Perforado con un diámetro uniforme e inyectado a gravedad o a baja

presión con un calafateo del hueco en la superficie del terreno.

Comúnmente usado en rocas y suelos cohesivos duros.

• Tipo II

Perforado con un diámetro uniforme e inyectado a una presión entre 4 y

10 Kg/cm2, comúnmente utilizado en roca blanda fracturada y suelos

aluviales o coluviales, donde la lechada de cemento se infiltra al terreno

alrededor del bulbo, aumentando su densidad y resistencia al corte.

• Tipo III

Perforado con un diámetro uniforme e inyectado a una presión mayor a

los 20 Kg/cm2, usando inyecciones multietapa a través de bulbos

mancheta o mediante la inserción de varios tubos de inyección. Bulbos de

este tipo son comunes en suelos finos no cohesivos o suelos cohesivos

semiduros.

• Tipo IV:

Son anclajes inyectados a gravedad o a baja presión, en los cuales se

realizan múltiples ensanches (campanas) consecutivas en el diámetro del

bulbo. Esta técnica constructiva se utiliza ventajosamente en los suelos



27

cohesivos semiduros a duros, y permite mejorar sustancialmente la

adherencia efectiva entre el tensor y el terreno que lo rodea.

III.8. Ventajas y Desventajas de los anclajes

III.8.1 Ventajas

• Los tirantes tienen una gran ventaja ofreciendo un acceso libre al

movimiento de tierra y a la empresa constructora sin entorpecer la

excavación con unos puntales de gran longitud.

• Aparte del criterio de comodidad existe el aspecto económico, a

partir de un cierto ancho de excavación el precio de los puntales

será prohibitivo y la aplicación técnicamente difícil.

• Si las fuerzas de empuje son dimensionadas correctamente, un

sostenimiento con tirantes ofrece gran seguridad ya que cada

elemento está asegurado al tensar.

• Multiplicando el número de capas de tirantes se puede reducir el

espesor del muro de contención.

• Los tirantes tienen una gran variedad de posibilidades de

aplicación siendo compatibles con la mayoría de sistemas de

sostenimiento.



28

III.8.2 Desventajas

• Elevados costos de ejecución

• Pueden perturbar construcciones vecinas, por lo que es

conveniente coordinar con los propietarios de las mismas para

adecuar el sistema de anclajes a las fundaciones y/o servicios

existentes, evitando tanteos, contratiempos en la ejecución de los

trabajos y reclamos de los involucrados.

• No son estéticos y pueden ocasionar impactos ambientales

negativo.

• En Venezuela no se cuenta con normas legales para la ejecución

de las pantallas atirantadas.

• Requieren de personal calificado y con experiencia para su

ejecución.

III.9 Factores de seguridad para anclajes

En cuanto a la capacidad de trabajo del anclaje, se pueden definir dos

factores de seguridad independientes: el referente a la capacidad límite

del bulbo y el referente al esfuerzo máximo permitido en el tensor

El mínimo factor de seguridad se establece en función del caso de carga y

a la condición temporal o permanente del anclaje.



29

Se diferencias tres casos de carga:

Caso de Carga Descripción de la condición

1 Cargas permanentes y temporales que se presentan con frecuencia, tales como transito y viento

2

Cargas temporales que suelen presentarse durante la vida útil de la obra, más todas las cargas del caso I, condiciones temporales durante la apertura y/o relleno de la excavación

3

Cargas temporales extraordinarias que pueden presentarse en forma accidental, además de las previstas en 1 y 2, este caso es aplicable además a condiciones temporales de cortes en roca, si se asegura un seguimiento permanente de las solicitaciones

Tabla 2 Casos de carga para selección de factor de seguridad en tirantes

En función del caso de carga arriba indicado, se recomiendan los

siguientes factores de seguridad mínimos:

Factor de seguridad del bulbo

Factor de seguridad del tensor Caso de

carga Empuje activo

Empuje de reposo

Empuje activo

Empuje de reposo

1 1.5 a 2.0 1.33 1.75 1.33 2 1.33 1.25 1.50 1.25 3 1.25 1.20 1.33 1.20

Tabla 3 Valores de factores de seguridad para anclajes

III.10 Proceso de ejecución de un anclaje

III.10.1 Perforación

Se puede emplear cualquier método de perforación que garantice un

hueco con paredes estables.



30

Los diámetros de perforación son de tres y media pulgadas (3,5") y cuatro

y media pulgadas (4,5") dependiendo de la capacidad de los anclajes y

del diámetro del geodrén.

La tolerancia en la ubicación y alineación de la perforación deben ser

definidas por el proyecto.

Una vez terminada la perforación del hueco, se deberá remover todo el

suelo derrumbado, verificar su estabilidad interna y proceder a la

instalación del anclaje e inyección el mismo día.

III.10.2 El cuerpo del anclaje

En condiciones ideales el anclaje prefabricado en planta debería ser

almacenado en obra en un ambiente seco y protegido de la intemperie.

Durante su transporte en obra de debe evitar el arrastre del mismo sobre

el terreno lo cual podría dañar la protección anticorrosiva.

En su tramo empotrado en el bulbo, el anclaje debe estar provisto de

piezas centradoras que aseguren una separación adecuada (de 10 mm a

20 mm ), entre el tensor y la perforación. En anclajes formados por

múltiples torones se colocarán además, separadores que mantengan una

distancia mínima de 5mm entre estos. Como mínimo se deberán colocar

tres centradores, o 1 por cada 1.5 metros de longitud de bulbo. Los



31

centradores deberán ser suficientemente flexibles para adaptarse a las

variaciones a lo largo de la perforación.

III.10.3 Inyección

La inyección cumple varias funciones, permite la transferencia de carga

entre el bulbo y el terreno, contribuye a la protección anticorrosivo del

tensor, mejora las condiciones y evita el deterioro progresivo del terreno

en contacto inmediato con el anclaje.

La relación agua/cemento de la lechada debe ser verificada por control de

pesos. Una vez mezclados los componentes, la lechada debe ser

almacenada bajo agitación constante y utilizada antes de su fraguado

inicial. Se recomienda usar bombas de inyección del tipo de

desplazamiento positivo (pistón) con una capacidad mínima de 10 Kg/cm2.

Inyecciones a alta presión requieren de bombas especiales. La presión de

inyección debe ser controlada mediante un manómetro en la manguera,

preferiblemente en la proximidad del cabezal del anclaje.

Figura 15 Preparación e la lechada



32

III.10.4 Cabezal del anclaje

Cuidado especial amerita la colocación centrada de las partes mecánicas

del cabezal. La excentricidad de la pieza de bloqueo con respecto a la

placa de apoyo no debe exceder de 10 mm, y la diferencia angular entre

estos y el tensor debe ser igual o menor a 5º.

III.10.5 Tensado del anclaje

Figura 16:Partes de la cabeza de un anclaje

Luego de la proyección del concreto, al anclaje se le coloca la plancha,

las cuñas y los porta cuñas antes de realizar el tensado.

Esta operación debe ser realizada en el marco de los operativos de

control de calidad y bajo criterios de aceptación y rechazo aplicables a la

obra.

Pasos para el tensado de un tirante



33

• Marcar con una tiza la posición de las guayas antes de realizar el

tensado, esto permitirá luego medir la elongación del tirante.

Figura 17 Marcado de las guavas antes del tensado

• Colocación del gato hidráulico para tensar las guayas del anclaje

Figura 18 Colocación del gato hidráulico para ejecución de tensado

• Medición de la elongación de las guayas

Figura 19 Medición de la posición final de las guavas



34

• Acuñado de las guayas

Figura 20 Deformación final de las guavas después del tensado

III.11 Teoría de pantallas atirantadas

III.11.1 Capacidad del anclaje

La estimación de las fuerzas de los anclajes pueden ser determinadas por

los métodos de empujes de tierras de Rankine, presentados a

continuación (ver sección III.4)

III.11.2. Cálculo del número y separación entre anclajes

La distribución uniforme de los anclajes sobre el muro dependerá de la

capacidad resistente que se haya elegido para cada anclaje y el área

contribuyente por anclaje.

El siguiente método es utilizado para calcular dichas longitudes:

diseñodePresión anclaje cada de Capacidad anclajepor ntecontribuye Área =



35

vertical)(sup.cordón del Altura

anclajepor ntecontribuye Área anclajes entre Horizontal Separación =

anclajes entre horizontal Separación taluddel totalhorizontal Longitud cordón por anclajes de Numero =

III.12.Tipos de fallas para muros anclados

• Falla por tracción del tirante:

La fuerza de pretensado del tirante no será mayor que 0.60 veces el

producto de su área por el esfuerzo de fluencia del material, ni será menor

que la fuerza determinada a partir de un análisis estático que incorpore

las condiciones elásticas del muro, el ángulo de inclinación seleccionado

para los tirantes, la presión lateral y las pérdidas de pretensado.

• Falla del bulbo:

La longitud teórica del bulbo podrá determinarse a partir de los siguientes

modos de falla seleccionándose el que resultare mayor: Adherencia

mortero – tirante, adherencia mortero – suelo o adherencia mortero –

roca.

• Falla por estabilidad del talud:

Si los anclajes son demasiados cortos puede ocurrir que el terreno

confinado entre la zona de bulbos y el muro no puedan absorber las



36

solicitaciones, produciéndose un estado de equilibrio plástico, en este

caso se conoce como mecanismo de falla interna. Otra condición puede

presentarse cuando una masa de suelo solicitada por lo anclajes desliza

como un bloque monolítico sobre una superficie de falla profunda, a esta

condición se le denomina falla general o rotura externa. La longitud de los

anclajes estará gobernada por las condiciones de falla antes indicadas, y

en consecuencia, la determinación de la misma se realizará a partir de la

verificación de estos estados.

III.13 Empujes a considerar para el cálculo y diseño de

estructuras enterradas y muros de contención según la teoría de

Rankine.

Cuando hablamos de empujes de tierra nos referimos al movimiento

lateral que sufre un muro bajo las presiones que le impone la masa de

suelo.

Un punto que hay que estudiar siempre con cuidado es el tipo de empuje

que se debe tomar, el cual depende del posible movimiento del muro o de

la estructura, que también influye en el punto de aplicación de dichos

empujes. Estos empujes son el activo y el pasivo.

III.13.1 Empuje activo, empuje pasivo y empuje en reposo

“Los esfuerzos en el interior de un suelo están producidos por las

cargas exteriores aplicadas al mismo y por el peso propio del

suelo.”(Coduto 1994, p.113). Los empujes laterales que el suelo ejerce



37

sobre los muros de contención pueden clasificarse, según la relación de

esfuerzos de los empujes horizontales, entre los verticales, de la manera

siguiente:

• Empuje neutro: voKo

σσ=

• Empuje activo:vaKa

σσ=

• Empuje pasivo: vpKp

σσ=

“Estos empujes están referidos al movimiento lateral que sufre el muro

bajo las presiones que le impone la masa de suelo.” (Fratelli 1993, p.446).

En el caso del empuje activo, la masa de suelo ejercerá presión sobre el

elemento de retención, tendiendo este último a desplazarse. El empuje

pasivo será aquel que el muro ejercerá sobre la masa de suelo, por lo

general desarrollado en pantallas atirantadas. El neutro o de reposo se

genera cuando el elemento de retención es incapaz de desplazarse,

generalmente por estar confinado a una estructura de mayor

envergadura. Los valores de dichas expresiones dependerán de la

densidad del suelo y de la altura de diseño.

Dentro de los elementos de contención, cuya finalidad es estabilizar

los empujes laterales de taludes, se encuentran las pantallas atirantadas,

muros colados, muros anclados, muros de Tierra Armada, muros de

gravedad, muros de concreto armado (Cantiliver), muros prefabricados y

geomuros, entre otros.



38

El estado activo de Rankine permite encontrar la expresión de empuje

activo a partir de la envolvente Mohr-Coulomb, donde se relacionan los

esfuerzos principales )3,1( σσ con la cohesión (C) y el ángulo de fricción

del suelo )(φ ; ambos parámetros de resistencia del suelo.

φφ

σσ

σσ

sensen

ff

vhKa

+−===

11

13

ααφ

tan1tan1)

245(2tan^

+−=−=Ka

Según Rankine el coeficiente de empuje pasivo (Kp) también puede

calcularse de la siguiente forma:

Kp = tan2 (45º + Ø/2) = 1/Ka

III.14 Cálculo de empujes de tierra

La presión y la fuerza que ejerce una masa de suelo contra un muro de

contención puede calcularse teóricamente de una forma aproximada

siempre y cuando se conozcan las características del suelo.

• Debido a la masa de suelo

En la zona activa de Rankine la presión producida por el peso del suelo a

una profundidad z vale:

σh=γ*H*Ka



39

Donde:

γ = peso específico del suelo

H = profundidad bajo la superficie del terreno

=Ka coeficiente de presión activa

Las presiones horizontales sobre el muro aumentan linealmente con la

profundidad. Por tanto el empuje horizontal total sobre el muro será:

Pa=1/2 * H2 * γ * Ka

Donde:

=H altura del muro

=Pa empuje horizontal total

γ = peso unitario del suelo

Ka = coeficiente de empuje activo

La posición de la aplicación de la fuerza del empuje estará a H/3 por

encima de la base.

• Debido a la presencia de nivel freático

Por otra parte en caso de que tengamos presencia de nivel freático en la

masa de suelo estudiada se debe tomar en cuenta la presión y el empuje

producido por el mismo:

σh = γw*H1

Donde:

H 1 = Altura del muro con presencia del nivel freático

γw = peso unitario del agua



40

El empuje horizontal total producido por el nivel freático actuante sobre el

muro será:

Pa=1/2 * H 12 * γw

Donde:

H 1 = Altura del muro con presencia del nivel freático

γw = peso unitario del agua

La posición de la aplicación de la fuerza del empuje estará a H/3 por

encima de la base.

• Debido a la cohesión del suelo

La cohesión representa un factor favorable a la estabilidad del talud y se

puede expresar mediante la siguiente fórmula:

σh = -2 * C * √Ka

Donde:

C = cohesión del suelo


La fuerza total resulta:

Pa = -2 * C * H * √Ka

Donde:

C = cohesión del suelo

H = altura total del muro

La posición de la aplicación de la fuerza del empuje estará a H/2 de la

base.



41

• Debido a cargas adicionales sobre la masa de suelo

La presencia de cargas adicionales se toma en cuenta cuando existen

estructuras o sobrecargas a una distancia que se encuentra dentro de la

cuña potencial de falla esta distancia se calcula de la siguiente forma:

ß = 45º + Ø/2

Figura 21 Ángulo de la cuña potencial de falla

Si dentro de la distancia (d) señalada en la figura anterior existe alguna

carga permanente o variable, la misma debe tomarse en cuanta a la hora

de calcular los empujes de tierra.

σh = q * Ka

Donde:

q = carga adicional sobre el terreno


La fuerza total resulta:

Pa = q * H * Ka

Donde:

q = carga adicional sobre el terreno


H = Altura total del muro

Esta fuerza total estará ubicada a H/2 de la base.



42

• Debido al empotramiento de la estructura de contención:

Es importante tener en cuenta que si la estructura sobre la que van a

actuar los empujes activos va a tener una distancia de empotramiento se

va a producir una fuerza denominada empuje pasivo:

Pp = ½ * γ * H2 2 * Kp

Donde:

γ = peso unitario del suelo

H2 = altura de empotramiento

Kp = coeficiente de empuje pasivo


CAPITULO IV. DESCRIPCIÓN DE LA OBRA

43

CAPÍTULO IV DESCRIPCIÓN DE LA OBRA

IV.1 Ubicación de la Estación Coche

La Estación de Coche cuenta con un área de terreno de 9.876,27 m2 y

espacio destinado a la construcción, se ubica en la Av. Intercomunal El

Valle, entre el Centro Comercial del Mercado Menor de Coche y las

Residencias Venezuela, paralela a la autopista Valle – Coche; sus dos

accesos están ubicados hacia el oeste de la Av. Intercomunal y tendrá

asociado un cambiavías doble en la trinchera antes de la estación.

Figura 22 Área estación Coche

La cercana ubicación entre las estructuras antes mencionadas y el área

de construcción de la estación conllevan al estudio de los posibles daños

que pudiesen ocasionarse debido a la ejecución del sistema constructivo

seleccionado; para que de esta manera la obra no ocasione daños a las

estructuras existentes y afecte de la menor manera posible a la

comunidad que habita en los alrededores.



44

Figura 23 Vista de las estructuras cercanas al área de construcción de la Estación Coche

IV.2 Características del subsuelo a lo largo de la línea:

De acuerdo con los resultados de las perforaciones y de los ensayos

correspondientes, se hizo una descripción de las características del suelo

encontrados a lo largo del tramo de estudioi.

Al estudio del tramo de la Estación Coche corresponden las perforaciones

PP5, P44, PP6, PP7, PP8. (ver anexo 1)

Los suelos a lo largo del sector estudiado, de acuerdo a la clasificación

unificada, son materiales CL (suelos cohesivos)de baja plasticidad y

materiales SC (suelos granulares). (Ver anexo 2)

Los materiales de las perforaciones PP5 y PP7 son de correspondencia

cohesiva, mientras que en las zonas de las perforaciones PP6, PP8 y

P44 hay estratos de espesor considerable de materiales granulares; por

i Estudio Geotécnico realizado por C.A. Oficina de suelos, Ing. Luis E. Galavis M.



45

otra parte, la perforación p44 reportan la existencia de 9 m. de material de

relleno, lo cual no ocurre en las perforaciones cercanas.

Para verificar la presencia de nivel freático se instalaron piezómetros de

tubo abierto en las perforaciones PP-5, PP-6, PP-7, PP-8.

Solamente los piezómetros correspondientes a las perforaciones PP-5 y

PP-7 indicaron la presencia de agua en subsuelo en las profundidades

indicadas a continuación:

Perforación Prof. del N.F. Cota

PP-5 11,60 894,85

PP-7 12,60 899,70

IV.3. Descripción de la obra

La Estación Coche forma parte de la Línea 3, tramo El Valle – La

Rinconada del Metro de Caracas. Se ubica entre las progresivas de la

línea VRZD 8+739,495 y VRZD 8+907,616 comienzo y fin de Estación

respectivamente. Será construido por el método invertido, también

llamado método de trinchera cubierta, el cual se seleccionó ya que se

adaptaba a las condiciones existentes de los alrededores de la obra así

como también al terreno; y consiste en llevar a cabo la estación

comenzando por la losa de techo y terminando con el fondo de la estación

(contrariamente a lo que es método tradicional, llamado método de

trinchera abierta, que comienza desde la losa de fondo para finalizar con

la losa de techo). La forma de la Estación será la de un cajón y estará



46

formada por la estructura de la Estación en sí más otra estructura

denominada cambiavías.

La Estación presenta una forma alargada con un cuerpo principal (ejes 0

al 17 entre A y B) que cuenta con tres niveles, designados como techo,

mezzanina y anden, y un cuerpo anexo (ejes 3 al 7 entre B y D) que

cuenta con cuatro niveles, designados como techo, mezzanina superior,

mezzanina y anden. (Ver anexo 3).

En el cuerpo principal, el techo consiste en una losa maciza de 1.20mts

de espesor, empotrada sobre los muros colados laterales de 1.20mts de

espesor, la mezzanina consta de una losa maciza de 0.80mts de espesor,

apoyada sobre los muros colados laterales y la losa fondo (anden)

consiste de una losa maciza de 1.50mts de espesor de igual forma

apoyada sobre los muros colados.

Los muros colados, que formaran una parte integral de la estructura

definitiva de la Estación serán construidos con un sistema de juntas

permitiendo el control del flujo de agua dentro de la Estación, aunque en

toda forma será previsto un sistema de drenaje entre los muros colados y

revestimiento de acabado para evacuar cualquier agua que penetre por

filtraciones en las paredes. Dicho sistema se conectará al sistema de

drenaje central de la Estación.



47

IV.4 Proceso de ejecución del método invertido o de trinchera

cubierta.

La Estación Coche será construida por el método invertido. Inicialmente

se construirán los muros colados alrededor del perímetro de la Estación

para formar finalmente los muros permanentes de dicha Estación y para

sostener el terreno durante la excavación.

A culminar la ejecución de los muros colados la superficie será excavada

hasta el nivel inferior de la losa del techo para facilitar el descabezamiento

de una porción aproximada de 50 cm. de muro, que permita la

preparación de la superficie de acuerdo a lo especificado, para la

subsiguiente colocación de los refuerzos y el vaciado de la losa techo.

Al fraguar el concreto de la losa techo, el terreno debajo de la misma será

excavado por etapas hasta el nivel inferior de la losa mezzanina, para

permitir la preparación de los recesos, el armado y vaciado de la

losa.(Ver anexo 4)

Al fraguar la losa mezzanina la excavación se continuará hasta el nivel

inferior de la losa andén, los recesos serán preparados, los refuerzos

colocados y la losa vaciada. Al finalizar el vaciado de la losa del fondo las

escaleras pueden ser construidas.



48

Durante la construcción de la Estación, el área del techo de la Estación

será utilizada como área disponible al contratista y también como un

depósito para los materiales de la construcción. En ningún caso las

cargas de los usos mencionados anteriormente deben exceder las cargas

de diseño de las fases constructivas, estimadas en 2.0 Ton/m2 como

presión variable.

Al finalizar la construcción de la Estación, las entradas principales serán

construidas con sus respectivas escaleras fijas y mecánicas. Luego el

relleno aprobado será colocado y compactado sobre el techo y la calle

restaurada.


CAPITULO VI. DESCRIPCIÓN DE LOS MUROS COLADOS DE LA ESTACIÓN COCHE

49

CAPÍTULO V FOSO NORTE

V.1 Descripción del Foso Norte

Previamente a la construcción de la Estación se construyó una estructura

provisional denominada foso Norte, la cual permitió la salida de la topa

(TBM) después de haber ejecutado el túnel desde la Estación de la

Rinconada hasta la Estación de coche.

Figura 24 Salida de La Topa (TBM)

Figura 25 Extracción de la cabeza de corte de la Topa



50

El tramo de túnel construido fue el ubicado al oeste de la Estación y los

anillos fueron colocados a lo largo de toda la Estación. Normalmente los

anillos son colocados únicamente en los tramos de túnel del recorrido de

la línea, pero en este caso se colocaron anillos en todo el trayecto de la

Estación; esto se debe a que la ampliación de la línea 3 de Metro de

Caracas se pondrá en funcionamiento para finales del mes de octubre,

fecha para la cual la Estación de Coche estará todavía en construcción.

Se pondrá en funcionamiento el recorrido desde el valle hasta la

rinconada y viceversa sin hacer parada en la estación Coche y contando

con una sola vía.

El Foso de extracción de la topa de la Línea 3, está ubicado entre los

ejes 0 y 2 de la estación Coche, sus dimensiones son 17,28 m de largo y

11,5 m de ancho, posee un área interna de 198,72 m2 y una profundidad

media de 18,10 m. (ver anexo 5).

V.2 Aspectos Litológicos

En el perfil litológico de la perforación más cercana al foso se encontraron

los siguientes tipos de suelo. (Ver anexo 1 ).

• Del nivel del suelo 0 metros hasta 3 metros una arcilla limosa muy

arenosa (CL)



51

• De 3 metros hasta 10 metros una arena arcillosa con gravilla (SC)

• De 10 metros hasta 13 metros una arcilla limo arenosa (CL)

• De 13 metros hasta 14 metros una arcilla limosa muy plástica

• De 14 metros hasta 15 metros una arcilla arenosa (CL)

• De 15 metros hasta 18 metros una arcilla limosa muy arenosa

• De 18 metros hasta 22 metros una arcilla limosa poco arenosa

V.3 Información Hidrológica

El nivel freático en el foso se puede obtener del promedio de las dos

perforaciones adyacentes

• Nivel Freático (perforación PP5) = 11,60

• Nivel Freático (perforación P44) = 7,60 metros

V.4 Método constructivo del Foso Norte

El método constructivo del Foso Norte contempla la ejecución de diversos

tipos de sistemas de contención, además durante su ejecución se

produjeron cambios en el proyecto que conllevaron a la modificación del

sistema de contención original, es muy importante tener en cuenta que

esta estructura era de carácter provisional y que por ello iba a sufrir

modificaciones a lo largo de su vida útil. A continuación se describe el

proceso constructivo del Foso Norte, las características y el por qué de

cada uno de los sistemas de contención ejecutados.



52

V.4.1 Muros colados

Para la ejecución del sistema de contención de este Foso se ejecutaron

muros colados, se seleccionó este sistema debido a la presencia de un

alto nivel freático. Los muros colados ejecutados tienen 0,60 cm de

espesor con profundidades y longitudes variables las cuales se muestran

en la tabla.(Ver anexo 6)

Panel Profundidad Largo Ancho

POC03 23,60 6,14 0,60

POC04 23,60 6,14 0,60

POC01 10,70 4,60 1.00

POC06 10,70 4,60 1.20

POC07 23,60 2,60 1.20

POC10 23,60 2,60 1.20

POC05 23,60 6,32 1.20

POC08 23,60 6,14 0,60

POC09 23,60 6,14 0,60

POC02 23,60 6,52 0,60

Tabla 4 Dimensiones de los muros colados del foso de extracción

Los muros colados cuya longitud es de 23,60 m cuentan con un

empotramiento de 6,40 m, mientras que los de 10,70 m no tienen

empotramiento; La construcción de estos muros cortos se bebe a que no

se podían hacer con una profundidad mayor ya que aproximadamente a



53

los 11 m saldría la topa (TBM), la cual no tiene la capacidad de perforar el

acero de los muros colados.

Algunos de los problemas que se presentaron por haber ejecutado estos

muros de 10,70 m sin empotramiento, fueron:

• Necesidad de mejorar las condiciones del suelo mediante

inyecciones de concreto el la zona que estaba más cercana a

estos muros de manera que al aumentar la cohesión del suelo se

disminuyeran los empujes activos sobre estos muros.

• Se ejecutó una viga cabezal a lo largo de todo el perímetro de la

estación la cual tendría la función de evitar posibles hundimientos

de estos muros.(Ver anexo 7)

V.4.2 Concreto proyectado

A lo largo de la parte oeste del foso de encontraba una tubería de

concreto de 1 m de diámetro, perteneciente al sistema de cloacas de los

edificios ubicados en las cercanías del perímetro de la estación, la

reubicación de la misma no fue ejecutada para la fecha preestablecida

razón por la cual no se pudieron ejecutar los paneles en la zona de paso

de la tubería. La solución propuesta fue la de proyectar concreto desde la

parte inferior de la tubería y hasta llegar a la profundidad del foso

utilizando una malla electrosoldada en dos direcciones con cabilla de 3/8”,



54

este proyectado se ejecutaría a medida que se avanzara en la

excavación.

Este proyectado también se emplearía para sellar los espacios que

quedaran una vez que saliera la topa.

Figura 26 Vista 3D Foso Norte

V.4.3 Sistema de apuntalamiento

Se colocaron 3 niveles de apuntalamiento metálico a lo largo de los 10,80

m de altura libre de los muros colados, con la función de contrarrestar los



55

empujes de tierra que afectaban la estabilidad de los muros a medida que

se avanzaba en la excavación.

Este sistema de apuntalamiento fue colocado en todo el perímetro interior

del foso y reforzado con cuatro diagonales en cada una de las esquinas

de cada nivel. (ver anexo 8)

El sistema de apuntalamiento es provisional y será retirado una vez que la

estructura del foso sea modificada para pasar a formar parte de la

Estación.

Figura 27 Niveles de apuntalamiento foso norte

V.4.4 Anclajes postensados

Una vez que se llegó a cabo el proceso de extracción de la topa, el Foso

Norte debía ser demolido para empezar la construcción de la estructura

de la estación, Los muros colados de las caras norte, sur y este se

demolerían y los únicos que serían anexados a la estructura definitiva de



56

la estación serían los de la cara oeste. A medida que se iban demoliendo

los muros colados se debía retirar el sistema de apuntalamiento lo que

crearía una inestabilidad para los muros de la cara oeste; para

contrarrestar esta inestabilidad se anclaron los muros de la cara oeste con

5 niveles de anclajes de 10 anclajes cada nivel antes de comenzar con la

etapa de demolición de las otras caras del Foso.(Ver anexo 9)

El proyecto de anclajes ejecutado en el muro oeste del Foso de extracción

posee las siguientes características:

• Distribución de los anclajes:

Los tirantes estás dispuestos en 5 niveles de 10 anclajes cada nivel, la

distancia entre ellos es variable. Para los paneles de 6,14 m de longitud la

distancia entre tirantes es de aproximadamente 2 m y para los paneles de

2,50 m la distancia entre anclajes es de 1 m. (Ver anexo 9 sección A-A)

• Longitud de los anclajes:

La longitud de los anclajes es variable, será mayor para aquellos tirantes

que se encuentren en la parte superior del muro e irá disminuyendo para

los anclajes de los niveles inferiores. Esto se debe a que como la longitud

del anclaje está determinada por la cuña potencial de falla y esta posee

una distribución triangular en donde la base del triángulo se encuentra en

la cota superior del terreno, los bulbos de los tirantes deberán ubicarse a

mínimo 1 metro por detrás de la cuña potencial de falla.



57

Según el proyecto la longitud para cada nivel de anclajes será la

siguiente: Longitud de los anclajes

Ubicación Longitud

Primer nivel 20 m

Segundo nivel 18 m

Tercer nivel 16 m

Cuarto nivel 16 m

Quinto nivel 16 m

Tabla 5 Longitud de los anclajes del Foso Norte

• Tensión de los anclajes

La tensión de los anclajes es ejercida por las Guayas, para este proyecto

todas las Guayas colocadas fueron de 5/8” las cuales resisten una tensión

aproximada de 15 ton/guaya.

La cantidad de Guayas por anclaje viene dada por el empuje de tierra que

estos deben contrarrestar y la distancia horizontal a la que se encuentre

uno de otro; es por ello que vamos a encontrar que el proyecto contempla

anclajes de 4 Guayas para aquellos anclajes que están distanciados a 1

m entre ellos y anclajes de 3 Guayas para los que están distanciados a 2

m. (Ver Anexo 9)

La tensión a la que trabajen los anclajes será la misma a la indicada en el

proyecto, ya que normalmente si el muro anclado va a ser provisional, es

decir que el tiempo que va a trabajar no es mayor a 18 meses, en este

tiempo el anclaje no tiende a perder su tensión.



58

Se considera que estos muros atirantados van a trabajar de forma

provisional ya que el proyecto de la estación contempla la construcción de

un muro de concreto armado definitivo, el cual se ubicaría por delante del

muro atirantado para cumplir con los requerimientos estructurales de

soportar la losa de techo y losa de mezzanina, dicho muro se ancla de los

muros colados atirantados y una vez vaciada la losa de techo y de

mezzanina los tirantes ya no cumplirán ninguna función ya que las losas

harán el papel de apuntalamiento definitivo.

Figura 28 Armadura Muro Definitivo Cara Oeste Foso Norte

Figura 29: Muro de concreto armado definitivo



59

CAPÍTULO VI DESCRIPCIÓN DE LOS MUROS COLADOS DE LA

ESTACIÓN COCHE

Los muros colados de la estación Coche fueron diseñados para trabajar

de forma definitiva y para cumplir una doble función, la primera es la de

actuar como sistema de contención de empujes de tierra a lo largo de

toda la estación y la segunda es que como parte del método invertido los

mismos deben trabajar como muros estructurales de la Estación.

Por este motivo es muy importante señalar las diferencias que presentan

estos muros con respecto a los muros colados que funcionan sólo como

sistema de contención; además otros factores que se presentaron al

realizar el estudio del terreno conllevaron a que dichos muros sufriesen

modificaciones que se explicaran más adelante.

VI.1 Muros Centrales y Muros Perimetrales

VI.1.1 Muros Colados Centrales

Los muros centrales tienen una profundidad de 27 m aproximadamente,

un espesor de 1 m,(Ver anexo 11), van la función de mantener la estación

dividida en dos mientras se encuentre funcionando un solo túnel, de esta

manera las obras que se estén llevando a cabo en la otra mitad de la

estación no afectarán el funcionamiento del tramo oeste del recorrido el



60

Valle- La Rinconada; una vez esté terminado el otro sentido del túnel y la

estructura de la estación, estos muros centrales serán demolidos hasta la

cota de la losa de fondo y en su lugar se construirá el anden central de la

estación.

VI.1.2 Muros Colados Perimetrales

Los muros perimetrales cuentan con un espesor de 1,20 m y 1 m y una

profundidad igual a la de los muros centrales (27 m), estos muros serán

muros portantes de las cargas de las losas de techo y mezzanina y de

fondo.(Ver anexo 10)

La losa de techo estará empotrada en los muros mientras que la de

mezzanina y la de fondo quedarán apoyadas 0,20 cm en los muros

colados.

VI.1.3 Sistema para apoyo de las losas en los muros colados

Los muros colados cuentan con unas cajas de madera que son colocadas

cuando se arma el panel, las cajas se colocan a la largo de todo el panel y

están en el nivel donde se ubicará la losa de mezzanina y la losa de

fondo, quedando la losa de mezzanina y de fondo apoya de dentro de

este receso de 20 cm.

La función de las cajas es que durante el vaciado del panel el concreto no

lleve el volumen ocupado por las cajas.



61

Cada una de las losas va a trabajar a su vez como un sistema de

apuntalamiento definitivo para los muros colados.

Los muros colados cuentan con unas cajas de madera que son colocadas

cuando se arma el panel, las cajas se colocan a la largo de todo el panel y

están en el nivel donde se ubicará la losa de mezzanina y la losa de

fondo.

La función de las cajas es que durante el vaciado del panel el concreto no

lleve el volumen ocupado por las cajas. Dentro de las cajas se encuentra

un acero que va a servir para llevar a cabo el trabajo de unión del armado

de la losa con el armado del muro colado y crear de esta manera una

continuidad entre dos elementos diferentes y permite empotrar la losa 20

cm dentro del muro.

Cada de las losas va a trabajar a su vez como un sistema de

apuntalamiento definitivo para los muros colados.

Figura 30 Cajas para reservación en muros colados



62

Figura 31 Vista de la ubicación de la cajas

Figura 32 Vista de la construcción de las losas por el método invertido

VI.2 Cesta en los paneles ubicados en el eje A

A lo largo de todo el eje A de la Estación Coche se encuentra una tubería

de 72” de diámetro pertenecientes a la red de aguas blancas del sector, el

nombre que recibe esta tubería es (Lock-joing) y está hecha de concreto

con doble refuerzo de acero, esto constituye un gran problema debido a

su cercanía a la zona de construcción de los muros colados.



63

Para la ejecución de estos muros colados se debía contemplar la

posibilidad de que debido a la distancia que separa el muro colado del

muro guía (1 m aproximadamente) y el empuje que ejerce esta tubería

pudiese producirse un derrumbe en esta zona desprotegida y por

consiguiente la fractura en algún punto de la tubería de concreto de 72”.

La solución propuesta fue la de construir en la parte superior del muro

colados una cesta armada en acero y vaciada en concreto la cual tuviese

1,20 m de profundidad. (Ver anexo 11)

La cesta está recubierta por una malla denominada “malla Seng-Seng”

que permite que el concreto ocupe sólo el volumen deseado.

La forma de la cesta se debe a la sección mínima que se necesita para

introducir la tubería del vaciado de concreto, ya que la cesta se vacía

simultáneamente con el muro colado de manera de lograr un vaciado

monolítico.

Figura 33 Cesta para sostenimiento de muro guía y protección de tubería de 72”



64

VI.3 Justificación de las dimensiones de los muros colados de la

Estación Coche

Al decidir que los muros colados de la Estación serían a su vez muros

estructurales, estos muros cambiarían sus dimensiones tanto en su

espesor como en su profundidad, de manera de poder soportar las cargas

y transmitir las mismas a un estrato más competente del suelo.

El área donde se está construyendo la Estación de Coche posee un

elevado nivel freático a todo lo largo del recorrido y por este motivo se

debe tomar precaución acerca de los daños que podría sufrir la estructura

durante su construcción y durante todo su vida útil.

De esta manera las dimensiones de los muros colados van a cumplir

diferentes funciones la primera es la referente a contrarrestar los empujes

de tierra, la segunda la de actuar como muros autoportantes y definitivos

de la estructura de la Estación y por último la de ayudar a abatir el nivel

freático.


CAPITULO VII CHEQUEO DEL SISTEMA DE CONTENSIÓN DEL FOSO NORTE

65

CAPÍTULO VII CHEQUEO DEL SISTEMA DE CONTENSIÓN DEL

FOSO NORTE

VII.I Cálculo del empotramiento necesario para una altura libre de

18,10 m

Con la finalidad de chequear cual sería el empotramiento del muro colado

tal que no fuesen necesarios los tirantes se utilizó la teoría de empujes de

tierra según Rankine (Ver capítulo III); a continuación se presentan los

Cálculos realizados:

Parámetros de diseño:

• Nivel Freático (NF) = 9,60 m

• Ángulo de fricción interna (Ø) = 34º

• Cohesión (C) = 0

• Peso Unitario (γ) = 2 ton/m2

• Coeficiente de empuje activo (Ka) = 0,28

• Coeficiente de empuje pasivo (Kp) = 1/Ka = 3,57

• Peso del suelo:

Esfuerzo = (σh)= 2*(18,10 + X)*0,28

Fuerza = (Ea) = (18,10 + X)2 * 0,28 Ubicación = 1/3 * (18,10 * X)



66

• Nivel Freático: Esfuerzo = (σh) = 0,98 * (8,5 + X) Fuerza = (Ea)= 1/2 * (8,5 + X)2

Ubicación = 1/3 * (8,5 + X)

• Empuje Pasivo:

Esfuerzo =(σh) = 2 * X * 3,57 Fuerza = (Ep) = 3,57 * X2

Ubicación = 1/3 * X Para hallar el valor de “X” correspondiente a la profundidad del

empotramiento se deben tomar los momentos en el punto “A”

∑MA = {0,28 * (18,10 + X)2 * (1/3 *(18,10 + X)} + {1/2 * (8,5 + X)2 * 1/3 *(8,5

+ X)} – {3,57 * X2 * (1/3 * X)} = 0

Despejando, X = 19,13 m

Para una altura libre de 18,10 m el empotramiento necesario es de 19,13

m.

Como ejecutar un muro colado de 37,23 m de profundidad resulta poco

viable en lo que respecta a costos y a método de ejecución; se diseña un

muro colado con mucho menos empotramiento y se atiranta la altura libre

del muro para contrarrestar los empujes activos.



67

VII.2 Chequeo de los tirantes para los muros colados de Foso Norte

A continuación se realizará el cálculo de la fuerza activa que ejerce la

masa de suelo sobre el muro colado tomando en cuenta el empotramiento

ejecutado según el proyecto que es de 6,40 m (ver anexo 14), los

resultados obtenidos serán comparados con el sistema de atirantado

ejecutado según el proyecto.

VII.2.1 Cálculo de empujes de tierra para un empotramiento del

muro colado de 6,40 m

• Peso del suelo: Esfuerzo = (σh)= 2 Ton/m3 * (24,5) m * 0,28 = 13,72 Ton/m2

Fuerza = (Ea) = 1/2 * 2 Ton/m3 * (24,5)2 m * 0,28 =168,07 Ton/m

• Nivel Freático: Esfuerzo = (σh) = 1 Ton/m3 * (14,9)m = 14,90 Ton/m2

Fuerza = (Ea)= 1/2 * 1 Ton/m3 * (14,9)2 m = 111,01 Ton/m

• Empuje Pasivo:

Esfuerzo =(σh) = 2 Ton/m3 * 6,40 m * 3,57 = 45,70 Ton/m2

Fuerza = (Ep) = 1/2 * 2 Ton/m3 * (6,40)2 m * 3,57 = 146,28 ∑F = 168,07 Ton/m + 111,01 Ton/m – 146,28 Ton/m = 132,80 Ton/m



68

Se obtuvo como resultado una fuerza actuante de 132,80 Ton/m, es decir

que por cada metro lineal de muro colado actúa una fuerza de 132,80

Ton. Esta fuerza se va a contrarrestar colocando tirantes a lo largo de

todo el muro.

VII.2.2 Cálculo de los anclajes necesarios para contrarrestar el

empuje activo de los muros.

Los muros colados que se atirantaron en el Foso Norte son de dos tipos,

dos de ellos son de 6,14 m de ancho y dos son de 2,5 m de ancho.

Para los paneles de 2,5 m los tirantes estarán separados a una distancia

de 1 m, por lo tanto la fuerza actuante será de 132,80 Ton/m; mientras

que en los muros de 6,14 m los tirantes estarán separados a 2 m y la

fuerza actuante será entonces de 265,60 Ton/m.

• Para los muros de 2,5 m

Se debe repartir la carga actuante entre la cantidad de tirantes que se

decida colocar, esta cantidad de tirantes se ubica a lo largo de la altura

libre del muro, separados a una distancia que vaya en proporción a la

magnitud de la altura libre.



69

Se repartieron las 132,80 Ton/m en cuatro niveles de anclajes

equidistantes a lo largo de los 18,10 m de altura libre, el diámetro de las

guayas es de 5/8” y su resistencia a tracción es de 15 Ton , se colocarán

3 guayas por tirante por lo que cada tirante soportará una fuerza de hasta

45 Ton/Tirante.

La inclinación de los anclajes será de 15º con respecto a la horizontal, por

lo tanto si descomponemos la fuerza obtendremos que la componente

horizontal que es la que va a actuar como fuerza resistente es de 43,67

Ton/m.

Si dividimos la fuerza actuante ente los cuatro niveles de anclajes que se

quieren colocar se tendría una resistencia por anclaje de 33,22 Ton, si

aparte tomamos en cuenta la distribución triangular de los empujes de

tierra, podemos hacer una redistribución de la resistencia de cada anclaje.

Para el primer nivel de tirantes: 2 guayas de 5/8” = 30 Ton/m

Para el segundo nivel: 3 guayas de 5/8” = 45 Ton/m

Para el tercer nivel: 3 guayas de 5/8” = 45 Ton/m

Para el cuarto nivel: 4 guayas de 5/8” = 60 Ton/m

Es muy importante tener en cuenta que esta pantalla atirantada es de

carácter provisional ya que su función es la de contener el empuje de

tierra sobre los muros colados mientras se ejecuta el muro estructural



70

definitivo y la losa de techo, una vez construidos estos dos elementos los

tirantes no tendrán ninguna función.

Para chequear si el diseño propuesto aporta la estabilidad necesaria al

muro se calcula la sumatoria de momentos con la fuerza horizontal de

cada anclaje en el punto más profundo del muro colado que en este caso

está ubicado a 24,50 m y se le resta el momento producido por el empuje

activo.

∑a = (28,97 * 23,55) + (43,67 * 19,025) + (43,67 * 14,5) + (57,95 * 9,975) –

(132,893 * 8,16) = 2724,3 – 1084,40 = 1639,9 Tm

Como la suma de los momentos resistentes de los anclajes son mayores

al momento producido por el empuje activo el diseño propuesto es

correcto.

• Para los muros de 6,14 m

Para estos muros se procede de la misma forma que para los muros de

2,50 m pero ahora tomando como empuje activo 265,60 Ton/m.

De igual forma se divide esta fuerza de 265,60 Ton/m en cuatro niveles y

se obtiene que cada uno de los cuatro anclajes debe resistir 53,16 Ton/m,

haciendo la redistribución de las fuerzas tenemos:



71

Para el primer nivel: 4 guayas de 5/8” = 60 Ton/m

Para el segundo nivel: 5 guayas de 5/8” = 75 Ton/m

Para el tercer nivel: 5 guayas de 5/8” = 75 Ton/m

Para el cuarto nivel: 5 guayas de 5/8” = 75 Ton/m

La sumatoria de momentos con la componente horizontal de la fuerza

resistente de cada anclaje resulta:

∑a = (57,95 * 23,55) + (72,44 * 19,025) + (72,44 * 14,5) + (72,44 * 9,975) –

(265,60 * 8,16) = 4515,46 – 2167,30 = 2.348,16 Tm

VII. 3 Chequeo de la longitud del bulbo de los tirantes

La longitud del bulbo de un tirante contempla varios factores que deben

analizarse, en primer lugar va a depender del empuje activo que debe

contrarrestar y también interviene el nivel al cual se encuentra el tirante

con respecto a la superficie, el diámetro de la perforación que se realice y

las características del suelo en donde vaya a ser ejecutado. Para realizar

el chequeo de la longitud de los bulbos ejecutados en el Foso Norte se

utilizará la teoría de Kranz y Brich Hansen.

Esta fórmula permite calcular la fuerza total que puede soportar el anclaje

con una determinada longitud del bulbo.



72

La fórmula es la siguiente:

Fuerza del anclaje = γ * H [Sc * Nq + Sp * Tg (Ø/fs)]

Donde:

γ = Peso específico del suelo = 2 Ton/m2

H = Distancia vertical desde la cota superior del terreno hasta el punto

medio del bulbo = 5,88 m ( Distancia hasta el primer nivel de anclajes)

Ø = ángulo de fricción del suelo = 34 º

Sc = Área transversal del bulbo = [(Øe)2/ 4] * π

Øe = 3 * ØT = 3 * 8,56 cm. = 25,68 cm. = 0,2568 m

ØT = Diámetro de la perforación del tirante = 8,56 cm.

De esta manera el área transversal del bulbo resulta:

Sc = [(0,2568 m)2 / 4 ] * π = 0,052 m2

Nq = Factor de resistencia al corte del suelo en función del ángulo de

fricción = 20

Sp = Øe * π * Lp = 0,2568 m * π * 10 = 7.85 m2

Donde:

Lp = longitud del bulbo = 10 m según el proyecto

Fuerza del anclaje = 2 Ton/m2 * 5.88 m [0,052 m2 * 20 + 7.85 * Tg

(34/1,2)] = 62 Ton

Para un tirante que debe resistir una tensión de 60 Ton como es el caso

del diseño propuesto se requieren los 10 m de bulbo. En el caso de

diseñar los bulbos para el proyecto ejecutado se obtienen los siguientes

resultados:



73

Sp = Øe * π * Lp = 0,2568 m * π * 6 m = 4,83 m2

Fuerza Total = 2 Ton/m2 * 5.88 m [0,052 m2 * 20 + 4,83 * Tg (34/1,2)] =

42.90 Ton

VII.4 Cálculo de la longitud de los anclajes

La longitud de los anclajes depende principalmente de la cuña potencial

de falla y también en este caso la longitud se ve limitada por la cercana

ubicación de un edificio cuyas fundaciones se podrían ver afectadas por la

perforación de los anclajes y más tarde por la presión que estos provocan

en las áreas de las fundaciones (Ver anexo 12)

El bulbo del anclaje debe comenzar a una distancia mínima de 1 m por

detrás de la cuña de falla.

Cálculo de la cuña potencial de falla:

Se busca hallar las dimensiones de la cuña de falla cuya forma se puede

aproximar a la de un triángulo cuya base se encuentra en la parte superior

del terreno.

ß = 45º + Ø/2 , donde Ø es el ángulo de fricción del suelo (34º)



74

ß = 45º + 34/2 = 62º (ángulo señalado en el dibujo anterior)

tg 28º = d/18,10, despejando d = 9,62 m

La distancia “d” es la longitud de la cuña de falla para la parte superior

del terreno, a partir de esta medida se halla la longitud mínima que debe

tener el anclaje en cada uno de los cuatro niveles.

Por relaciones de triángulos se obtiene la longitud de la cuña de falla para

cada nivel.

• Para el primer nivel de anclajes (cota 906,23)

Longitud de la cuña de falla = 8,70 m

Longitud con una inclinación de 15º = 7,88 m

Separación mínima entre la cuña de falla y el bulbo = 1 m

Longitud del bulbo = 10 m (longitud establecida por el proyecto original)

Lmin del anclaje = 7,88 + 1m + 10 m = 18,88 m ≈ 19 m

• Para el segundo nivel de anclajes (cota 901,525)








75

• Para el tercer nivel de anclajes (cota 897)






• Para el cuarto nivel (cota 892,475)






El diseño definitivo propuesto después de realizar el chequeo es el

siguiente:

908,23 906,23 901,525 Nivel 1 897 Nivel 2 892,475 Nivel 3 Nivel 4



76

Figura 34 Sistema de anclaje propuesto para los muros colados del Foso Norte

Paneles de 2,50 m

Nivel Nº Guayas Ø Guaya

Tensión del Tirante

Longitud del tirante

Ángulo de inclinación

1 2 5/8" 30 Ton 19 15º 2 3 5/8" 45 Ton 17 15º 3 3 5/8" 45 Ton 15 15º 4 4 5/8" 60 Ton 13 15º

Paneles de 6,14 m

Nivel Nº Guayas Ø Guaya

Tensión del Tirante

Longitud del tirante

Ángulo de inclinación

1 4 5/8" 60 Ton 19 15º 2 5 5/8" 75 Ton 17 15º 3 5 5/8" 75 Ton 15 15º 4 5 5/8" 75Ton 13 15º

Tabla 6 sistema de anclaje propuesto para muros colados del Foso Norte


CAPITULO VIII ANÁLISIS DE RESULTADOS

77

CAPÍTULO VIII ANÁLISIS DE RESULTADOS

El análisis de resultados de este Proyecto puede dividirse en dos, los

primeros resultados provienen de la investigación y recopilación de

información acerca de lo que es el método invertido como sistema

constructivo y como es en particular el sistema de contención en

comparación al método tradicional; los segundos resultados corresponden

al análisis de los cálculos realizados para el chequeo del sistema de

contención ejecutado en el Foso Norte.

Para el caso comparativo entre el método tradicional y el método invertido

se obtiene el siguiente cuadro.

Método tradicional o de trinchera abierta

Método invertido o de trinchera cubierta

Se ejecuta primero completamente la excavación y posteriormente la estructura de

abajo hacia arriba.

A medida que se va ejecutando la excavación se construye la estructura

de arriba hacia abajo.

Avance acelerado de la excavación debido a que se puede operar mejor y más

cómodamente las maquinarias y equipos.

Avance menos acelerado de la excavación debido a que el proceso

constructivo reduce la maniobrabilidad de las maquinarias y equipos.

El muro colado es usado como sistema de contención en la gran

mayoría de los casos por adaptarse a casi cualquier tipo de

suelo y garantizar una mayor estanqueidad.

El muro colado es usado como sistema de contención en la gran

mayoría de los casos por adaptarse a casi cualquier tipo de suelo y

garantizar una mayor estanqueidad.

El sistema de contención no forma parte de la estructura

definitiva por lo que se requiere la ejecución de muros estructurales

o exteriores para la misma.

El sistema de contención forma parte de la estructura por lo tanto, los muros

colados serán los muros exteriores definitivos.



78

Las dimensiones de los muros colados al igual que sus cantidades de acero son

menores.

Las dimensiones de los muros colados son mayores y las cantidades de acero son elevadas debido a que

son los muros estructurales que soportarán las cargas transmitidas por

las losas. Los muros colados requieren ser

anclados para mantener su estabilidad. Esto se debe a la

secuencia constructiva del método.

El apuntalamiento de los muros colados lo dan las mismas losas a

medida que se ejecuta la secuencia constructiva del método.

Las losas quedan unidas a los muros estructurales de manera simplemente apoyadas, por lo

tanto no existe un empotramiento rígido en la junta.

Las losas quedan unidas a los mismos muros colados de manera

simplemente apoyadas, por lo tanto no existe un empotramiento rígido en

la junta. El relleno y la restitución de

superficie se realizan al culminarse la ejecución de la

estructura.

El relleno y la restitución de superficie se pueden ir ejecutando a medida que

se van vaciando tramos de la losa techo.

El avance global de la construcción de la estructura es

más lento.

El avance global de la construcción de la estructura es mucho más rápido.

No se requiere un tan estricto control de calidad en la ejecución

de los muros colados debido a que no forman parte de la

estructura definitiva.

Se requiere un estricto control de calidad en la ejecución de los muros colados sobre todo en el chequeo del

lodo bentonítico y del concreto al realizar los vaciados.

La reubicación de servicios es mayor ya que es imposible aplicar el sostenimiento temporal de los

mismos debido a que la excavación permanece abierta una gran cantidad de tiempo.

La reubicación de servicios es menor, ya que el método ofrece la posibilidad

de sostener los servicios que sean posibles temporalmente hasta que se rellene nuevamente y se llegue a la etapa de restitución de superficie.

Tabla 7 Cuadro comparativo entre el método invertido y el método tradicional

En cuanto al chequeo del sistema de contención utilizado para la

ejecución del Foso Norte se puede ver que los factores de seguridad

utilizados para el cálculo de la resistencia de los tirantes son

considerablemente altos lo que conlleva a un sobre diseño del sistema de

anclajes de los muros colados ubicados en la cara oeste del Foso Norte;

esto se pudo observar ya que el diseño propuesto en este proyecto



79

contempla un nivel menos de anclajes para contrarrestar los empujes

activos sobre los muros colados en cuestión.

Por otra parte la longitud de los anclajes en este caso en particular debe

tomarse muy en cuenta ya que la distancia entre el muro colado y el

edificio es menor a la longitud de los anclajes, lo que indica que los

tirantes llegaron al área de las fundaciones del edificio pudiendo haber

ocasionado daños a la estructura como grieta o asentamientos.


CAPITULO IX. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

80

Capítulo IX Conclusiones y recomendaciones

IX.I Conclusiones

Después de realizar el presente Proyecto y de haber llevado a cabo una

investigación acerca de lo que es la implementación de este método

denominado Método Invertido, como sistema constructivo para las

estaciones del Metro son muchos los aspectos importantes que se deben

tomar en cuenta a la hora de querer considerar el aplicar este método en

futuras estaciones.

Uno de los aspectos más importantes es que desde el punto de vista

técnico ambos métodos contemplan diferencias bien marcadas en lo que

respecta a la secuencia constructiva, ya que por ejemplo en el método

tradicional la primera actividad es la de excavación y la misma debe

llevarse a cabo en su totalidad para luego pasar a la fase de construcción

de la estructura; en cambio el método invertido permite llevar a cabo

varias actividades a lo largo de todas sus fases constructivas tal como es

el caso de realizar simultáneamente el proceso de excavación y

construcción de las losas.

Otra de las grandes diferencias entre el método tradicional y el método

invertido es que el sistema de contención será a la vez parte definitiva de



81

la estructura, característica que trae como consecuencia que el control en

la fase de construcción de los muros colados sea mucho más estricta.

Otra ventaja de este método es que hace posible la restitución y

reubicación de los servicios públicos en un menor tiempo ya que la parte

superior del área afectada por la construcción será restituida en un lapso

más corto permitiendo así poder lleva a cabo otros trabajos en la

superficie mientras se continúa trabajando en la parte inferior de la

Estación.

Por otro lado, ambos métodos (el tradicional y el invertido), pueden utilizar

como sistema de contención los muros colados, pero con la diferencia de

que en el método tradicional deben ser anclados o en su defecto

arriostrados con perfiles de acero, mientras que en el invertido no se

requiere tales consideraciones debido a que las mismas losas servirán

como apuntalamiento de los muros.

Una de las semejanzas entre ambos métodos es en cuanto a las losas las

cuales en ambos casos descansan simplemente apoyadas sobre los

muros, es decir no existe un empotramiento o una unión rígida entre los

dos elementos.



82

Por otra parte con el chequeo realizado a los muros colados y sistema de

anclaje del Foso Norte, se puede ver como se pudo haber llevado a cabo

menos cantidad de tirantes con una longitud menor, lo que disminuye el

riesgo de ocasionar daños a otras estructuras y a su vez resulta más

económico.

En cuanto a la longitud del bulbo de los tirantes se puede observar como

la longitud contemplada y ejecutada en el proyecto se pudo haber

reducido, con lo cual disminuye la longitud total del tirante y por tanto el

riesgo de afectar las fundaciones de la estructura vecina.

En caso de haberse ejecutado el sistema de anclaje propuesto si se

hacían necesarios los 10 m de bulbo, esta longitud de bulbo sería el caso

más desfavorable y se aplicaría a todos los tirantes.

IX.2 Recomendaciones

El método invertido como sistema constructivo para las estaciones del

Metro se presenta como una alternativa para la disminución del tiempo de

ejecución, por lo cual es muy importante llevar un seguimiento constanste

de todos los factores que contemplan la ejecución de este sistema de

manera que se tenga la suficiente información en caso de que se quisiera

aplicar este método en otras Estaciones.

Por otra parte a la hora de realizar una estructura auxiliar como lo son los

Fosos de Extracción es de suma importancia analizar que tipo de sistema



83

constructivo se va a llevar a cabo después ya que esto evita

modificaciones y gastos innecesarios.

Para culminar considero de sumo provecho el realizar trabajos especiales

de grado en obras de gran envergadura como en este caso lo es la

construcción de la Estación de Coche, debido a que para una persona

que está a punto de terminar sus estudios universitarios es muy

importante obtener una visión global de todas las aplicaciones de su

carrera y de todas las gama de posibilidades que se encuentran en el

campo de trabajo, además de cómo su carrera se interrelaciona con otras

para formar equipos multidisciplinarios.


BIBLIOGRAFÍA

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Bibliografía

• CASTILLEJO, Miguel: “Análisis Comparativo de los Métodos de

Estabilidad de Taludes y su control”. Trabajo Especial de Ascenso

de profesor Asociado a Profesor Agregado, Universidad Central de

Venezuela, Facultad de Ingeniería, Departamento de Minas.

Caracas, 1993

• C.A. Metro de Caracas. (2.002). Instructivos de Diseño de la Línea

3 tramo El Valle – La Rinconada I, II y III. Caracas.

• C.A. Metro de Caracas. (2.002). Especificaciones generales y

particulares de la Línea 3 tramo El Valle – La Rinconada.. Caracas.

• RALPH B, WALTER E y THOMAS H. (1983). Ingeniería de

Cimentaciones. México: Editorial Limusa

• UCAR, Roberto. “Manual de Anclajes en Obras de Tierra”.Profesor

Titular. Universidad de los Andes. Facultad de Ingeniería. Mérida.

2002


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