TABLAESTACAS
INTRODUCION INTRODUCION..-
Las Tabla Tabla Estacas son son usadas para:
• •
Construir muros continuos para estructuras Ribereñas (que se encuentran al margen margen y orilla del mar o rio) que van desde pequeños embarcaderos hasta grandes muelles. (ig. !.".a) #ara las estructuras temporales tales como cortes reor$ados. (ig. !.".b)
La construcci%n de tabla estacas usualmente no requieren drenar el sitio deconstrucci%n.
Las tablas estacas pueden ser de: • • •
Tabla Tabla estacas de Madera Tabla estacas de Concreto Pre colado Tabla Tabla estacas de Acero
Propiedades de la Tabla estacas de Madera.&e usan para estructuras temporarias que est'n sobre el nivel re'tico los tipos m's comunes son:
• • • •
Tablones Tablones de *"in (+*!, cm) de secci%n y son incados lado a lado.ig.!..a #ilas -aeield -aeield se hacen clavando ! placas. ig.!..b Tablones Tablones aserrados con leng/eta y ranura.ig.!..c Tablones Tablones con que tienen ranuras precortadas. ig.!..d
Propiedades de la Tabla Tabla estacas de Concreto Pre coladas.&e diseñan con reuer$o para resistir esuer$os permanentes.
•
Tienen de ,0!, in (+,01, cm) de ancho y 20", in ("+0+ cm) espesor
Propiedades de la Tabla Tabla estacas de Acero. &on de ,.3 a ,.+ in (10 -13 mm) de espesor. Los trabes de las secciones de las tabla estacas son ormados como un pulgar y dedo o una pelota y hueco.
Propiedades de la Tabla estacas de Madera.&e usan para estructuras temporarias que est'n sobre el nivel re'tico los tipos m's comunes son:
• • • •
Tablones Tablones de *"in (+*!, cm) de secci%n y son incados lado a lado.ig.!..a #ilas -aeield -aeield se hacen clavando ! placas. ig.!..b Tablones Tablones aserrados con leng/eta y ranura.ig.!..c Tablones Tablones con que tienen ranuras precortadas. ig.!..d
Propiedades de la Tabla Tabla estacas de Concreto Pre coladas.&e diseñan con reuer$o para resistir esuer$os permanentes.
•
Tienen de ,0!, in (+,01, cm) de ancho y 20", in ("+0+ cm) espesor
Propiedades de la Tabla Tabla estacas de Acero. &on de ,.3 a ,.+ in (10 -13 mm) de espesor. Los trabes de las secciones de las tabla estacas son ormados como un pulgar y dedo o una pelota y hueco.
E!"E#$% A&M''()E &E !)E*'%+ &E &'E,%
Las tablestacas de acero son convenientes conven ientes por su resistencia a los altos Esuer$os de hinchamiento desarrollado cuando son hincados en suelos duros. Ellas son tambi4n livianas y reutili$ables.
Este cap5tulo trata de los principios de diseño para estructuras de retenci%n ribereñas construidas con tablestacas.
3.2METODOS DE CONSTRUCCION DE TABLA ESTACAS.ESTACAS.-
Las tablas estacas pueden ser divididas en:
• •
Tabla Tabla estacas en 67L89;7 Tabla estacas 8
Los m4todos constructivos pueden ser divididos en categor5as:
1. Estru Estructu ctura rass rel relle lenad nadas as.. . Estru Estructu ctura rass dre drena nada das. s. La secuencia de construcci%n de estructuras rellenadas es: (igura ".3) #aso ".0 9renar el suelo delante y detr's de la estructura propuesta. #aso .0 =incar las tablaestacas. #aso !.0Rellenar hasta el nivel de anclamiento an clamiento y colocar el sistema de anclamiento. #aso 3.0 Rellenar hasta el nivel de la tablaestaca.
La secuencia de construcci%n de una estructura drenada es: (igura ".+) #aso ".0 =incar las tablaestacas. #aso .0 Rellenar hasta el nivel de anclamiento y colocar el sistema de anclamiento. #aso !.0 Rellenar hasta el nivel de la tablaestaca. #aso 3.0 9renar el lado rontal del muro.
3.3TA()A ETACA E+ %)A&'$%.&on usualmente recomendadas para muros
altura moderada/ es decir/ de aproimadamente de 2 m o menos medida desde la l4neade drena5e. En tales muros las tablestacas act>an como anchas vigas en voladi$o por arriba de la l5nea de drenado. La distribuci%n de presiones laterales puede ser e?plicada con ayuda de lagra6ica 3.2 que muestra la naturale$a del giro de un muro en voladi$o penetrado en un estrato de 8renoso ba@o la l5nea de drenado.
El muro gira alrededor del punto %. La presi%n hidrost'tica a cualquier proundidad de ambos lados de los muros se cancela y por ello se considera solo la presi7nacti8a del lado del terreno.En la 9ona A la presion lateral es solo la presi%n activa del lado de tierra. En la 9ona ( debido a la naturale$a del acomodo del muro habr'presi%n activa en el lado de la tierra y presi%n pasiva en el lado del agua. La situaci%n se invierte en la 9ona C es decir deba@o del punto de rotaci%n 7. &e debe tomar en cuenta que el nivel de Are'tico puede luctuar como resultado por eecto de la marea.
3.: TA()A ETACA E+ %)A&'$% E+ "E)% A#E+%%.#ara determinar la apropiada proundidad de hincado de la tabla estaca anali$aremos la ig.!.B.a
El nivel de agua esta en la proundidad L" deba@o del muro. El 8ngulo de ricci%n de la arena es . La intensidad de la presi%n activa a la proundidad de $DL" es:
donde
coeiciente de presi%n activa de
D
Raning nitario del suelo sobre el nivel re'tico similarmente la presi%n activa a la proundidad
donde
presi7n lateral neta deba5o la l4nea de drena5e y sobre el punto de rotaci7n ;%< como se muestra en la iguraF un ingeniero debe considerar la presi%n pasiva actuando del lado i$quierdo al lado derecho (lado del terreno) y tambi4n la presi%n activa del lado derecho hacia el lado i$quierdo del muro. )a presi7n acti8a a la pro6undidad 9 es:
G la presi%n pasiva a la misma proundidad es:
presi7n lateral neta=
#D ,.+ p"L" + p"L + ,.+(p - p")L + ,.+ pL!
9onde:
)a presi7n neta/ p es igual a cero a la pro6undidad )3 deba@o de la l5nea de drena@e as5 de Ec.!.+
Esta ecuaci7n nos indica que el talud de la l4nea de distribuci7n de presiones &E! es 1 8ertical a >p? >a@hori9ontal. 8s5 en el diagrama de presiones.
En la base de la Tabla estaca la presi7n pasi8a Pp/ act>a desde la derecha hacia la i$quierda y la presi%n activa de manera contraria. 8s5 a la proundidad ;D L H9
Pp@B)1 @D ) @D&>pEc. !.1 G a la misma proundidad
8hora la presi%n lateral en la base de la tabla0estaca es:
donde
#ara la estabilidad del muro los principios de la est'tica pueden ser aplicados.
&uma de uer$as hori$ontales por unidad de longitud del muro igual a cero. &uma de momentos por unidad de longitud del muro igual a cero. Para la suma de 6uer9as hori9ontales.84reas del diagrama de presiones 8C9E 0 'rea de EA=I H 'rea de A=IJ D,
Teniamos que
Combinando las ecuaciones y simpliicando adem's s
e obtienela siguiente ecuaci%n de cuatro grado en t4rminos de L3:
3.:.1CA)C")% &E) MA*'M% M%ME+T% &E !)E*'%+.El diagrama de momentos para una tabla estaca en voladi$o es como se muestra en la igura. El m'?imo momento estar' entre los puntos E y AK. #ara obtener el m'?imo momento por unidad de longitud de muro se requiere determinar el punto de corte nulo. #ara un nuevo e@e $K( con origen en el punto E) para corte nulo.Cuando el punto de corte sea determinado (punto AKK en la igura) la magnitud del momento m'?imo puede obtenerse como:
El peril necesario para la tabla estaca es entonces medido acorde con el esuer$o de le?i%n admisible del material.
9%nde: &D modulo de secci%n de la tabla estaca requerido por unidad de longitud. D Esuer$o de le?i%n admisible de la tablestaca
3.CA%% EPEC'A)E M"#% E+ %)A&'$% E+ "E)% A#E+%%. CA% 1 '+ )A P#EE+C'A &E +'E) !#EAT'C%
CA% M"#% E+ %)A&'$% )'(#E.La ig. !.", nos muestra un muro en voladi$o librepenetrando en un suelo arenoso y su@eto a una l5nea de carga # por unidad de longitud de muro. En este caso.
3.2 TA()AETACA E+ %)A&'$% E+ "E)% A#C'))%% En algunas ocasiones las tabla0estacas deben ser hincadas en suelos arcillosos que tienen condiciones c de cohesi%n no drenada ('ngulo de ricci%n nulo ). El diagrama de presiones por deba@o de la l5nea de drena@e puede determinarse de la siguiente orma: 8 una proundidad $ mayor que L" H L y por sobre el punto de rotaci%n (M7M) la presi%n activa #a de la derecha hacia la i$quierda puede ser e?presada como:
9%nde: Na: coeiciente de presi%n activo con 'ngulo de ricci%n interna nulo igual a " &imilarmente la presi%n pasiva , #p. desde a i$quierda a la derecha se e?presa como:
d%nde: Np: coeiciente de presi%n pasivo con 'ngulo de ricci%n interna nulo igual a "entonces la presi%n neta es:
En la base de la tabla estaca la presi%n pasiva dela derecha hacia la i$quierda es:
&imilarmente la presi%n activa de la i$quierda a la derecha es: 8hora la presi%n neta es: #ara el an'lisis de equilibrio EAI H 'rea de J= D , %
esto es el 'rea del diagrama de presi%n 8C9E 0 'rea de
donde #"D presiones de diagrama del 'rea 8C9E: &impliicando las anteriores ecuaciones se obtiene:
8hora tomando momento alrededor del punto I
donde Z1 = distancia del centro de presi%n del diagrama de presiones 8C9E medido desde el nivel de la l5nea de drena@e. Combinando estas ecuaciones se tiene:
9e esta ecuaci%n se despe@a la proundidad te%rica 9 de la penetraci%n de la tabla0estaca en el estrato de arcilla.
3.2. CA)C")% &E) MA*'M% M%ME+T% &E !)E*'%+ 9e acuerdo a la igura !."" el m'?imo momento (uer$a cortante nula) ocurrir' entre
tili$ando un nuevo sistema de coordenadas $O ($D, en la l5nea de drena@e) para la uer$a cortante nula se obtiene: 7 8hora se obtiene la magnitud de momento m'?imo: Conocido el Pma? se determina el m%dulo de la secci%n 9e la tabla estaca con la ecuaci%n
3.FCA%% EPEC'A)E M"#% E+ %)A&'$% E+ A#C'))A. CA% 1 '+ )A P#EE+C'A &E +'E) !#EAT'C%
La proundidad te%rica de penetraci%n 9 puede ser calculada como:
9onde La magnitud del m'?imo momento en el muro es:
CA% M"#% E+ %)A&'$% )'(#E.La ig. !."3 nos muestra un muro en voladi$o libre
penetrando en un suelo arcilloso y su@eto a una l5nea de carga # por unidad de longitud de muro. En este caso.
la proundidad de penetraci%n 9 puede ser obtenida de
El m'?imo momento en el muro es: 9%nde:
3.G TA()AETACA A+C)A&A Cuando la altura del relleno del material detr's de una tablaestaca en voladi$o e?cede los , t (apro?. 2 mts) enganchando la tablaestaca cerca a la cima a planchas de ancla@e muros de ancla@e o pilas de ancla@e se vuelven m's econ%micas. Este tipo de construcci%n se conoce como tablaestacas ancladas o cabe$ales anclados. Los ancla@es minimi$an la proundidad requerida de penetraci%n para las tablaestacas y tambi4n reducen la secci%n y el peso de las tablaestacas necesarias para la construcci%n. &in embargo las varillas de enganche y los ancla@es deber'n ser cuidadosamente diseñados. Los dos m4todos b'sicos de construcci%n de tablaestacas ancladas son: a) El m4todo de soporte libre del terreno b) El m4todo de soporte i@o del terreno.
El m4todo de soporte libre del terreno involucra una m5nima proundidad de penetraci%n. Ia@o la l5nea de dragado no e?iste un punto de pivote para el sistema est'tico.
3.H MIT%&% &E %P%#TE )'(#E &E) TE##E+% PA#A "E)% J#A+")A#E Este m4todo se utili$a cuando se tiene una tabla estaca va a ser hincada en un suelo granular. La varilla de enganche que conecta a la tablaestaca con el ancla@e est' locali$ada a una proundidad Ql" ba@o la cima del muro.
Los primeros pasos son similares a los pasos para tablaestacas en voladi$o en suelos arenosospor tanto resumiendo:
z = L1 z = L1+ L2 Hallar la presión P 1 a una profundidad L 1 p 1 =γ L1 K a
Calcular P 2
γ 1
=¿
L1
+ γL 2 ¿ K a
9eba@o la l5nea de drenado la presi%n ser' nula a z D L1H L2H L3 Calcular L!
L3=
p γ ’ ( K p – K a)
a z D L1H L2H L3H L4 la presi%n es : p s=γ’(K p – K a )L4
F =P -
1 2
1 2
p s L3 F D ,
(γ’ ( K p – K a)) L42
9%nde: # D 'rea del diagrama de presiones 8C9E 8hora tomando momento respecto al punto 7O se tiene: 0 P (( L1H L2H L3)0( z +l 1))H
1 2
(γ’ ( K p – K a)) L32( L1H L2H L3H
2 3
L4) D ,
El procedimiento paso a paso que se estudi% nos indicaba que un actor de seguridad pod5a ser aplicado a l coeiciente Np El m'?imo momento te%rico para el cual la tablaestaca sea su@etada se produce a una proundidad entre z D L1y z D L1H L2 . La proundidad $ para el corte nulo y momento m'?imo puede ser calculada con: 1 2
p1 L1 F+ p10( z +l 1)H
1 2
K a γ’ ( z +l 1) 2D ,
na ve$ el valor de $ sea determinado la
magnitud del momento m'?imo es 'cil de obtener
3.10. &'AJ#AMA &E &'E,% PA#A E) MIT%&% &E) %P%#TE )'(#E &E) TE##E+% "E)% J#A+")A# tili$ando este m4todo =agerty y
o
El ángulo de fricción del suelo, φ, por sobre y bajo la línea de drenado es el mismo. El ángulo de fricción entre la tablaestaca y el suelo es φ/
La presi%n de suelo pasiva ba@o la l5nea de drenado tiene supericie de alla en orma de espiral logar5tmica.
Las magnitudes de 9 A y Pma? pueden ser calculadas de las siguientes relaciones: 9%nde: γa= peso unitario promedio del suelo J9 D empotramiento generali$ado no dimensional
JA D Auer$a de ancla@e generali$ada no dimensional
JP D Pomento generali$ado no dimensional
C9L" CAL" CPL" D actores de correcci%n para L"U, Las variaciones de J9 JA JP C9L" CAL" y CPL" se muestran en las iguras.
6ariaci%n de J9 contra l" S (L" H L) y V
6ariaci%n de JA contra l" S (L" H L) y V
6ariaci%n de JP contra l" S (L" H L) y V
6ariaci%n de C9L" contra l" S (L" H L) y V
6ariaci%n de CAL" contra l" S (L" H L) y V
6ariaci%n de CPL" contra l" S (L" H L) y V
3.11. MIT%&% &E %P%#TE )'(#E &E TE##E+% PA#A A#C'))A La distribución de presiones bajo la línea de drenado desde: z = L"+ L a z = L"+ L+ D p6 = 3c !"# L1+# OL2 ) Para el equilibrio estático, la suma de las fueras !oriontales es: P 1! p6 D = F "tra #e, tomando momento respecto de "$ se tiene:
Tabla estaca hincada en arcilla 2
P 6 D H p6 D( L1H L2 W l 1)0 p1( L1H L2 W l 1 W $1) D , Ecuaci%n que nos da la proundidad te%rica de penetraci%n 9. Como en la anterior secci%n el m'?imo momento en este caso ocurre a la proundidad de L1 L X z X L1H L2
3.1. M%ME+T% &E #E&"CC'K+ PA#A TA()AETACA A+C)A&A. En las tablaestacas la presi%n lateral del suelo se redistribuye esto debido a su le?ibilidad. Este cambio tiende a reducir el m'?imo momento ocasionado por la le?i%n P m'?. calculado por los procedimientos arriba mencionados. RoYe ("Z+ 0 "Z+B) sugiri% un procedimiento para reducir el m'?imo momento de diseño de las tablaestacas obtenido con el m4todo de soporte libre de terreno lo cual ser' descrito a continuaci%n.
+otaci7n para suelos granulares= ".
Procedimiento para reducir el momento ? suelos arenosos= #aso ".0 Eli@a una secci%n de tablaestaca (como las dadas en la tabla) #aso .0 Encuentre el m%dulo de la secci%n & de la secci%n elegida por unidad de longitud del muro #aso !.0 9etermine el momento de inercia de la secci%n por unidad de longitud del muro
#aso 3.0 7btenga =O y calcule [
#aso +.0 Encuentre el logaritmo de [ #aso 2.0 Encuentre la capacidad del momento de la secci%n escogida en el paso "
#aso B.0 9etermine PdSPma?. n el caso) son secciones seguras. 8quellos puntos que est4n por deba@o de la curva son secciones no seguras. La secci%n m's econ%mica puede ahora ser elegida de los puntos que est'n por encima de la curva apropiada. 8seg>rese que la secci%n elegida cumpla con M d X M ma
&iagrama de log L contra Md Mma
+otaci7n para suelos arcillosos= ". El n>mero de estabilidad es: &n 9%nde: c D cohesi%n no drenada ( D ,) . La altura no dimensional del muro es \ !. El n>mero de le?ibilidad [ 3. Pd D momento de diseño y Pma? D momento te%rico m'?imo
Procedimiento para reducir el momento ? suelos arcillosos= #aso ".0 7btenga =O #aso .0 Calcular la altura no dimensional del muro es \ #aso !.09eterminar &n
#aso 3.0 #ara las magnitudes de a y &n obtenidas en los pasos y ! determinar PdSPma? para varios valores del log r de la igura y dibu@ar PdSPma? contra log r. #aso +.0 &iga los pasos " 0 3 tal como se hi$o para el momento de reducci%n en el caso de suelo granular.
&iagrama de Md Mma contra el nNmero de estabilidad para una tablaestaca hincada en arcilla
3.13. MIT%&% &E CO)C")% &E) &'AJ#AMA &E P#E'K+ PA#A "E)% J#A+")A# Este m4todo conocido como C#9 para tablaestacas en suelos arenosos es un mtodo simpli6icado de diseño y una alternati8a para el mtodo de soporte libre del terreno descrito arriba. En este m4todo el diagrama de presi%n es reempla$ado por un diagrama de presi%n rectangular como se muestra en la igura. 7bserve que Paes el ancho del diagrama de presi%n activa sobre la l5nea de drenado y Ppes el ancho del diagrama de presi%n pasiva deba@o de la l5nea de drenado. Las magnitudes de #ay # p pueden ser e?presadas como:
Gprom D peso unitario eectivo promedio de la arena CD coeiciente
RD coeiciente El rango de valores para C y R est'n en la siguiente tabla:
La proundidad de penetraci%n 9 la uer$a d ancla@e por unidad de longitud del muro A y el m'?imo momento en el muro Pma? se obtienen de las siguientes relaciones: #roundidad de penetraci%n.
La uer$a de ancla@e. El momento m'?imo
+ote las siguientes obser8aciones= ". La magnitud de & obtenida es apro?imadamente 1. a 1. 8eces el valor de 9 te%rico obtenido por el m4todo de soporte libre de terreno. . La magnitud de ! obtenida apro?imadamente 1. a 1.2 8eces el valor. Entonces un actor de seguridad adicional para diseñar el ancla@e no ser' necesario. !. La magnitud del momento m'?imo Mma obtenida con la ecuaci%n es apro?imadamente 0.2 a 0.F 8eces el valor de Pma? obtenido por el m4todo convencional de soporte libre de terreno. 8hora este valor de Pma? puede ser utili$ado como un valor de diseño actual y el momento de reducci%n de RoYe ya no se aplica.
A+C)AQE Las secciones anteriores reali$an el an'lisis de tablaestacas ancladas y como obtener la uer$a A por unidad de longitud de tablaestaca que tiene que ser trasmitida a los ancla@es. Esta secci%n cubre en m's a detalle los dierentes ancla@es generalmente utili$ados y los procedimientos para evaluar sus capacidades >ltimas de soporte. Los tipos generales de ancla@es utili$ados en tablaestacas son: ". #lacas y vigas de ancla@e. . 8taduras de sostenimiento !. #ilas verticales de ancla@e 3. 6igas de ancla@e sostenidas por bater5as de pilotes (compresi%n y tracci%n). Las placas y vigas de ancla@e son generalmente hechas de bloques de concreto vaciado. Los ancla@es son su@etados a las tablaestacas por varillas de enganche. &e de@an los mecanismos convenientes
delante o detr's de las tablaestacas con el prop%sito de sostener de manera conveniente las varillas de enganche. #ara proteger la varillas de la corrosi%n se cubren con pintura o materiales as'lticos. En la construcci%n de 8taduras de sostenimiento las barras o cables se colocan en hueco s previamente perorados con lechada de cemento (los cables son generalmente de alta resistencia de ibras de acero pre0esor$ado).
Aig. 6arios tipos de ancla@es para tablaestacas: a) 6iga o placa de ancla@eF b) 8taduras de sostenimiento c) #ilas verticales de ancla@eF d) 6iga de ancla@e con bater5a de p ilotes
Calculo de la resistencia Nltima proporcionada por placas y 8igas de ancla5e en arena Teng 1H2/ propuso un m4todo para determinar la resistencia >ltima de las placas de ancla@e o muros en suelos granulares locali9adas cerca de la super6icie del suelo
9%nde: #uDResistencia >ltima del ancla@e I D Longitud del ancla@e en 'ngulo recto a la secci%n mostrada Ppy P a = Auer$a activa y pasiva de Ranine por unidad de longitud de ancla@e. #ara placas continuas o vigas que es a en la parte rontal del ancla@e como se muestra en la igura.
Resistencia >ltima de placas o vigas de ancla@e en arena La ecuaci%n es v'lida para la condici%n de esuer$os planos. #ara todos los casos pr'cticos (h
R
se puede considerar la condici7n de es6uer9os planos. Para (h S / considerar el caso de una super6icie de 6alla tridimensional (p.e. considerando para la resistencia de ricci%n desarrollada en las terminaciones del ancla@e) Teng da la siguiente relaci%n de resistencia >ltima de ancla@e:
9onde No D coeiciente de presi%n de tierra en reposo D ,.3 Recientemente %8esen y tromann 1HF proponen un m4todo para determinar la resistencia >ltima de ancla@e en arena. El m4todo es descrito aba@o y es recomendable su uso como el m4todo m's racional del momento. #aso ".0. Consideraci%n del caso b'sico. 9etermine la proundidad de empotramiento =. 8suma que la losa de ancla@e tiene una altura de = y es continua (p.e. I D longitud de la losa de ancla@e perpendicular a la secci%n D oo) La siguiente notaci%n se usa:
-Dpeso por unidad de longitud de losa de ancla@e #uKD Resistencia >ltima por unidad de longitud de ancla@e ] D 'ngulo de ricci%n entre la losa de ancla@e y el suelo ^ D 'ngulo de ricci%n del suelo #aD uer$a activa por unidad de longitud de ancla@e #p D uer$a pasiva por unidad de longitud de ancla@e
tili$ando la magnitud de K p sen] obtenida se estima la magnitud de K p cos] del diagrama dado en la igura. #aso .0 Caso de una tira. 9etermine la altura real del ancla@e h a ser construido. &i un ancla@e continuo (esto es IDoo) de altura h es colocado en el suelo para que su proundidad de empotramiento sea = la resistencia >ltima por unidad de longitud es
#aso !.0 Caso real. En la pr'ctica las placas de ancla@e se colocan en una ila con un espacio centro a centro &O. La resistencia >ltima de cada ancla@e es: 9onde Ie D longitud equivalente. La longitud equivalente es una unci%n de &O I = y h. &e muestra un dibu@o de (Ie 0 I)(= H h) contra (&O 0 I)(= H h) para los casos de arenas densas y sueltas. Con los valores conocidos de &O I = y h el valor de Ie puede ser calculado y utili$ado en la ecuaci%n !.Z+ para obtener la resistencia >ltima.
&as 1HF y &as U eeley ("ZB+) presentaron las siguientes relaciones de carga 0despla$amiento para ancla@es:
9%nde:
La relaci%n dada en la ecuaci%n !.Z2 es v'lida para ISh de " a + y =Sh de " a +
Aig. #lacas o vigas de ancla@e vertical despla$amiento hori$ontal ba@o carga >ltima
3.1: #E'TE+C'A V)T'MA &E P)ACA W 'JA &E A+C)AQE E+ A#C'))A Condici7n V 0 Tambi4n se han reali$ado pocos estudios para este caso Pacen$ie ("Z++) y Tschebotario ("ZB!) identiicaron la naturale$a de la variaci%n de la resistencia >ltima de anclas en tira y vigas como una unci%n de = h y c(cohesi%n no drenada basada en V D ,) en orma no dimensional basada en resultados de ensayos de laboratorio. Cuando una placa de ancla@e de dimensiones h ? I empotrada a una proundidad = la supericie de alla en el suelo para una carga >ltima puede e?tenderse a la supericie del suelo como se muestra en la igura !.3"a. Esta condici%n puede surgir cuando la relaci%n =Sh es relativamente pequeña. &in embargo para valores de =Sh grandes toma lugar una alla de corte local para carga >ltima (ver igura !.3"b).
Aig. !.3" &upericie de alla del suelo cerca de una placa de ancla@e vertical: a) =Sh relativamente pequeñoF b) =Sh _ (=Sh) El valor cr5tico de =Sh para el cual una alla de corte general cambia a alla de corte local en el suelo es:
En las anteriores ecuaciones las unidades de cohesi%n no drenada est'n en lbSt. La resistencia >ltima para una placa de ancla@e puede ser e?presada en una orma no dimensional como: 9onde: Fc=
Pu Bhc
#uD resistencia ultima AcD actor de ruptura
La igura !.3 muestra la naturale$a de variaci%n de Ac contra =Sh para una placa de ancla@e empotrada en arcilla.
Aig. !.3 #ara ancla@es rectangulares con =Sh _D (=Sh)cr0R la resistencia >ltima puede estar dada por:
8s5 para ancla@es cuadrados y rectangulares con =Sh XD (=Sh)cr la resistencia >ltima puede ser calculada de la relaci%n emp5rica:
3.1 !ACT%# &E EJ"#'&A& PA#A P)ACA W 'JA &E A+C)AQE La resistencia admisible por placa de ancla@e #total puede estar dada por:
9onde: A& D actor de seguridad (se recomienda un valor de )
3.12 EPAC'AM'E+T% &E P)ACA &E A+C)AQE Los espacios centro a centro &O se obtienen de:
9onde: A D uer$a por unidad de longitud de la tablaestaca.K
3.1F #E'TE+C'A V)T'MA &E ATA&"#A &E %TE+'M'E+T% 9e acuerdo a la igura !.3! la resistencia >ltima de las ataduras de sostenimiento en arena es:
9onde: #uD resistencia ultima ` D 'ngulo de ricci%n interna D esuer$o vertical eectivo promedio ($ en arena seca) N D coeiciente de presi%n de tierra
Aig. !.3! #ar'metros para deinir la resistencia >ltima de ataduras d e sostenimiento
La magnitud de N puede ser tomada igual al coeiciente de presi%n de tierra en reposo (No) s5 la lechada de concreto en colocada ba@o presi%n (Little@ohn"ZB,). El l5mite menor de N puede tomarse igual al coeiciente de presi%n activa de tierra de Ranine. En arcillas la resistencia >ltima de las ataduras de sostenimiento puede ser apro?imadamente como: 9onde: caD adhesi%n. El valor de ca es apro?imadamente S! cu (donde cu D cohesi%n no drenada). n actor de seguridad de ".+ 0 puede usarse sobre la resistencia >ltima para obtener la resistencia admisible de las ataduras de sostenimiento.
3.1G E+T'(A&% 8lgunas veces el traba@o de construcci%n requiere de e?cavaciones de caras verticales o casi verticales por e@emplo s%tanos de ediicios en 'reas urbani$adas o transporte subterr'neo a poca proundidad deba@o la supericie del suelo (construcciones de corte y tapado). Las caras verticales de los cortes necesitan ser protegidas por sistemas de apuntalamiento temporales para prevenir la alla que puede estar acompañada por asentamientos considerables o alla de la capacidad de carga de las construcciones cercanas. La igura !.33 muestra dos tipos de entibados com>nmente usados en la construcci%n. #ara diseñar e?cavaciones apuntaladas (p.e. seleccionar las cuñas puntales tablaestacas y vigas soldadas) el ingeniero debe estimar la presi%n lateral de tierra para la cual los entibados estar'n su@eto.
Aig. !.33 Tipos de entibados: a) so de vigas soldadasF b) so de tablaestacas
3.1H P#E'K+ )ATE#A) &E T'E##A E+ E+T'(A&%. n muro de retenci%n gira alrededor de su base la presi%n lateral del muro es apro?imadamente igual a la obtenida por medio de las teor5as de Ranine o Coulomb. En contraste los entibados muestran una deormaci%n dierente (Aig. !.3+). Jradualmente se incrementa con la proundidad de e?cavaci%n.
Aig. !.3+ 9eormaci%n de los muros:
a$ %uro de contención& b$ 'orte (puntalado La variaci%n de la deormaci%n depende de varios actores tales como el tipo de suelo la proundidad de e?cavaci%n y la mano de obra. 9espu4s de la observaci%n de varios entibados #ec ("Z2Z) sugiri% la utili$aci%n de cartas de presi%n para diseño de entibados en arenas y arcillas. Las iguras muestran estas cartas sugeridas por #ec con las siguientes gu5as:
3.1H.1. C%#TE E+ A#E+A La igura !.3B muestra la cara de presi%n para cortes en arena. Esta presi%n p a puede ser e?presada como: #a D ,.2+=Na
Aig. !.3B Carta de presi%n aparente de #ec para cortes en arena
3.1H. C%#TE E+ A#C'))A ()A+&A W ME&'A.
La carta de presi%n para arcilla blanda a media se muestra en la igura !.31. Es aplicable para la condici%n
9onde c D cohesi%n no drenada (VD ,)
Aig. !.31 Carta de presi%n aparente de #ec para cortes en arcilla suave a media La presi%n #a es la m's grande de:
9onde D peso unitario de la arcilla
3.1H.3 C%#TE E+ A#C'))A #XJ'&A La carta de presi%n mostrada en la igura !.3Z en la cual #a D ,.= a ,.3= &e aplica a la condici%n de
γH ≤4 c Aig. !.3Z Carta de presi%n aparente de #ec para cortes en arcilla r5gida
3.1H.: )'M'TAC'%+E PA#A )A CA#TA &E P#E'K+. Cuando utili$amos las cartas de presi%n reci4n descritas debemos tener en cuenta los siguientes aspectos en mente: &e aplican a e?cavaciones que tienen una proundidad mayor a los 2 mts &e basan en la suposici%n que el nivel re'tico est4 deba@o la base del corte. La arena se asume como drenada y con presi%n de poros nula. La arcilla se asume como no drenada y no se considera la presi%n de poros.
&'E,% &E )% C%MP%+E+TE &E "+ C%#TE AP"+TA)A&% 3. P"+TA)E En el traba@o de construcci%n los puntales tienen un espaciamiento vertical m5nimo de cerca de .++ m o m's. Los puntales son columnas hori$ontales su@etas a le?i%n. La capacidad d e carga de las columnas depende de la relaci%n de esbelte$ lSr. La relaci%n de esbelte$ puede ser reducida proporcionando soportes verticales y hori$ontales en puntos intermedios. #ara entibados en suelos arcillosos la proundidad del primer puntal de la supericie del suelo deber' ser menor a que la proundidad de las grietas de tensi%n $c. 9e la ecuaci%n:
#ara determinar la proundidad de las grietas de tensi%n
3.1 TA()AETACA &e siguen el siguiente paso para el diseño de las tablaestacas: #ara cada secci%n mostrada en la igura !.+b determine el momento m'?imo de le?i%n. 9etermine el m'?imo valor de los momentos de le?i%n m'?imos (Pma?) obtenidos en el paso ".
7btenga el m%dulo de secci%n requerido de las tablaestacas:
9onde: total Desuer$o de le?i%n admisible del material de la tablaestaca Eli@a una tablaestaca que tenga un m%dulo de secci%n m's grande o igual al m%dulo de secci%n requerido de la tabla !.".
Aig. !.+ 9eterminaci%n de las cargas en los puntales: &ecci%n y planta del corteF b) P4todo para determinar las cargas
3. YA)E. Las Yales pueden ser tratadas como miembros hori$ontales continuos si son empalmados apropiadamente. Conservadoramente se pueden tratar como si estuvieran i@as a los puntales. #ara la secci%n mostrada en la igura !.+a el momento m'?imo para las cuñas (asumiendo est'n i@as a los puntales) es:
9onde: 8 I" I C" C y 9 son las reacciones ba@o los puntales por unidad de longitud del muro (paso del diseño de puntales). 9etermine el m%dulo de secci%n de las cuñas:
3.3 E!"E#$% &E )EA+TE E+ )A (AE &E "+ C%#TE E+ A#C'))A Los entibados en arcilla pueden volverse inestables como resultado del levantamiento de la base de la e?cavaci%n Ter$aghi ("Z3!) anali$% el actor de seguridad de entibados contra levantamiento de la base. La supericie de alla para cada caso se muestra en la igura. La carga vertical por unidad de longitud en la base del corte a lo largo de la l5nea bd y a es
Aig. !.+! Aactor de seguridad contra levantamiento de la base Esta carga puede ser tratada como una carga por unidad de longitud sobre una undaci%n continua en el nivel bd (y a) y con un ancho de I"D,.+I. El actor de seguridad contra el levantamiento de la base es:
Este actor de seguridad est' basado en la suposici%n que el estrato de arcilla es homog4neo por lo menos a una proundidad de ,.+I ba@o la base del corte. &in embargo un estrato duro de roca o un material tal como roca a una proundidad de 9X,.+I modiicar' la supericie de alla en alguna e?tensi%n. En tal caso el actor de seguridad se vuelve
3.: ETA(')'&A& &E )A (AE &E "+ C%#TE E+ A#E+A La base de un corte en arena es generalmente estable. Cuando se encuentra el nivel re'tico la base del corte es estable con tal de que el nivel re'tico dentro la e?cavaci%n sea m's alta que el nivel de agua del suelo. En caso de que sea necesario desaguar (igura !.+1 el actor de
seguridad contra bombeo deber' ser veriicado. (Iombeo es otro t4rmino utili$ado para alla por levantamiento. El bombeo puede ocurrir cuando un gradiente hidr'ulico alto se crea por el lu@o de agua en la e?cavaci%n. #ara veriicar el actor de seguridad dibu@e la red de lu@o y determine el m'?imo gradiente de salida ima? ( salida ) que ocurrir' en los puntos 8 y I. La igura !.+Z muestra la red de lu@o para la cual el m'?imo gradiente de salida es:
9onde: a D longitud del elemento de lu@o en 8 o I
Aig. !.+1. Aig. !.+Z 9eterminaci%n del Aactor de seguridad contra bombeo. Red de lu@o La magnitud de icr var5a entre ,.Z y "." en la mayor5a de los suelos con un promedio de ". n actor de seguridad de cerca de ".+ es recomendable.
TA()AETACA E+ %)A&'% E+ "E)% A#E+%%=
E5ercicio +o 1
TA()AETACA E+ %)A&'% E+ "E)% A#C'))%%
E5ercicio +o
M"#% &E TA()AETACA A+C)A&A Mtodo del soporte libre en suelo Arenoso E5ercicio +o 3
Mtodo del soporte libre en Arcillas E5ercicio +o :
