Ud10.Muros Anclados

C URSO DE PROYEC TO Y C O NS NST TRUC C ION DE MUROS DE C O NTENC ION

UNIDAD DIDACTICA 10 PROYECTO Y CONSTRUCCIÓN DE MUROS MUR OS ANCLA A NCLADOS DOS

Carlos Jurado Cabañes Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos

U.D. 10.Proyecto y construcción de muros anclados

Prof. Carlos Jurado Cabañes

1


INDICE 1.

INTRODUCCIÓN

2.

MUROS MURO S ANCL ANCLADOS ADOS

3.

MÉTODOS MÉTOD OS DE CÁL CÁLCULO CULO 3.1. 3. 1. Mé Métod todos os Clásico Clási coss

4.

ANCLAJES

5.

ELEMENTOS CONST CONSTITUT ITUTIVOS IVOS DE UN ANCL ANCLAJ AJE E

6.

MATERIALES MATERIAL ES CONS CONSTITU TITUTIVOS TIVOS DE LOS ANCL ANCLAJ AJES ES 6.1 Aceros 6.2 6. 2 Lechadas de cemento

7.

BASES BA SES DE CÁL CÁLCULO CULO Y CRITERIOS DE DIMENSIONAMIENTO

8.

ANCLAJ ANCL AJES ES EN ROCA. PROC PROCESO ESO DE CÁL CÁLCULO CULO 8.1. 8. 1. Hipót Hipótesis esis básic básicas as 8.2. 8. 2. Proceso general de cálcu cálculo lo 8.3. 8. 3. Re Resis sistencia tencia al cor corte te en la superfi superficie cie de rotu rotura ra 8.4. 8. 4. Superfi Superficie cie de ro rotu tura ra 8.5. 8. 5. Te Tensi nsiones ones últi últimas mas de arrancamiento 8.6. 8. 6. Análisi Análisiss de resultados

9.

ANCLAJ ANCL AJES ES EN SUELOS. PROC PROCESO ESO DE CÁL CÁLCULO CULO 9.1. Introducción 9.2. 9. 2. Proceso general de cálcu cálculo lo 9.3. 9. 3. De Detalles talles co compl mplementario ementarioss

10. TIPOS DE FAL FALLO LO EN MURO MUROS S ANCL ANCLADOS ADOS 11. EJECUCIÓN Y CONT CONTROL ROL DE DE ANCL ANCLAJ AJES ES 11.1 11 .1..

Fabr Fa bric icación ación de anclajes

11.1 11 .1.1 .1.. Alm Almacenamiento acenamiento de materiales U.D. 10.Proyecto y construcción de muros anclados


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INDICE 1.

INTRODUCCIÓN

2.

MUROS MURO S ANCL ANCLADOS ADOS

3.

MÉTODOS MÉTOD OS DE CÁL CÁLCULO CULO 3.1. 3. 1. Mé Métod todos os Clásico Clási coss

4.

ANCLAJES

5.

ELEMENTOS CONST CONSTITUT ITUTIVOS IVOS DE UN ANCL ANCLAJ AJE E

6.

MATERIALES MATERIAL ES CONS CONSTITU TITUTIVOS TIVOS DE LOS ANCL ANCLAJ AJES ES 6.1 Aceros 6.2 6. 2 Lechadas de cemento

7.

BASES BA SES DE CÁL CÁLCULO CULO Y CRITERIOS DE DIMENSIONAMIENTO

8.

ANCLAJ ANCL AJES ES EN ROCA. PROC PROCESO ESO DE CÁL CÁLCULO CULO 8.1. 8. 1. Hipót Hipótesis esis básic básicas as 8.2. 8. 2. Proceso general de cálcu cálculo lo 8.3. 8. 3. Re Resis sistencia tencia al cor corte te en la superfi superficie cie de rotu rotura ra 8.4. 8. 4. Superfi Superficie cie de ro rotu tura ra 8.5. 8. 5. Te Tensi nsiones ones últi últimas mas de arrancamiento 8.6. 8. 6. Análisi Análisiss de resultados

9.

ANCLAJ ANCL AJES ES EN SUELOS. PROC PROCESO ESO DE CÁL CÁLCULO CULO 9.1. Introducción 9.2. 9. 2. Proceso general de cálcu cálculo lo 9.3. 9. 3. De Detalles talles co compl mplementario ementarioss

10. TIPOS DE FAL FALLO LO EN MURO MUROS S ANCL ANCLADOS ADOS 11. EJECUCIÓN Y CONT CONTROL ROL DE DE ANCL ANCLAJ AJES ES 11.1 11 .1..

Fabr Fa bric icación ación de anclajes

11.1 11 .1.1 .1.. Alm Almacenamiento acenamiento de materiales U.D. 10.Proyecto y construcción de muros anclados


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11.1 11 .1.2 .2.. Bul Bulbo bo de anclajes 11.1.3. Longitud libre 11.1.4 11. 1.4.. Cabeza Cabezass de anc anclaj laje e 11.1.4.1.

Placa Pla ca de anclaje y cañas( cañas(anclaje anclaje de cor dones) o

arandela ara ndela de apoy apoy o y t uerca

11.1.4.2.

Placa de repart reparto o

11.1.4.3.

Mecanismo Me canismo de conexió n (trom peta) entre la

vaina de la zona zona lib re y la pl aca de reparto. reparto.

11.1.4.4.

Elementos Ele mentos de pro tección anticorro siva.

11.1.4.5.

Dispositivos para absorber absorber la inc linación del

anclaje respecto respecto al pl ano de apoyo

11.1 11 .1.5 .5.. Contr Control ol de fabr fabricaci icación ón 12.

REFERENCIAS



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UD. 10. PROYECTO Y CONSTRUCCIÓN DE MUROS ANCLADOS Prof.: Carlos Jurado Cabañes. Cabañes. Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos Puertos

1. INTRODUCCIÓN Como complemento a la tipología de estructuras de contención, estudiadas en las unidades didácticas anteriores, estudiaremos en ésta una tipología de enorme utilización en la práctica, debido a su facilidad de ejecución y a su economía, como son los muros anclados.

2. MUROS MUROS ANCLADOS ANCL ADOS Cuando el desnivel del terreno es importante, por ejemplo a partir de 6 ó 10 metros, caben dos posibles tipos de solución de estructuras de contención. 



a) Utilizar un muro muro ménsula ménsula de gran rigidez como los los muros de contrafuertes contrafuertes y los muros bandeja estudiados estudiados en las unidades didácticas 7 y 8. b) Utilizar un muro anclado, anclado, que normalmente, estará constituido constituido por una pantalla pantalla de hormigón armado en zonas urbanas o una pantalla de hormigón o de tablestacas en zonas rurales, fuera de aglomeración aglomeración urbana.

En ocasiones, la pantalla de hormigón puede estar constituida por una pantalla de pilotes discontinuos, tangentes o secantes, dependiendo de las necesidades estructurales y de impermeabilización. En el caso de las pantallas de tablestacas, además de su rapidez de ejecución suele ser condicionante condicionante las necesidades necesidades de impermeabilizar impermeabilizar el recinto de trabajo. Las ventajas de las pantallas ancladas frente a los muros tradicionales en ménsula para grandes alturas, estriban fundamentalmente en dos cosas: 1.

Debido a su delgadez son estructuras de contención económicas y flexibles.

2.

Su proceso proceso de ejecución implica una mayor facilidad constructiva, al no tener que hormigonar en su trasdós para construir la zapata del talón, como sucede en los muros tradicionales tradicionales en ménsula, de contrafuertes de bandejas, etc.

Ahora bien, la flexibilidad de estas estructuras, hace que la limitación de deformaciones deformaciones horizontales que se producen en ellas y en el terreno circundante, como consecuencia del empuje del mismo y el proceso de excavación del intradós, constituya uno de los principales problemas a resolver. Cuando el desnivel no supera alturas del orden de los 3 m., la solución de muro pantalla o de tablestacas por sí sola, sin anclajes, resuelve el problema, obteniéndose para sobrecargas U.D. 10.Proyecto y construcción de muros anclados


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normales en el trasdós, deformaciones en cabeza de la pantalla, que no suelen llegar a los 20 mm., y pueden admitirse como válidas. Cuando el desnivel supera los 3 m., la flecha horizontal en cabeza se hace inadmisible y debe recurrirse a una serie de dispositivos de apuntalamiento de la pantalla como son: los anclajes o tirantes, puntales o estructuras provisionales de apoyo, o bien se recurre a aumentar la longitud de empotramiento o, en un último caso, se incrementa el espesor de la pantalla o la rigidez de la tablestaca.

FIGURA Nº 1 PANTALLA CONTINUA DE HORMIGÓN DE 27 M. DE PROFUNDIDAD EN GÉNOVA ANCLADA CON TIRANTES PERMANENTES En general, a partir de un determinado desnivel a salvar, la solución lógica pasa por anclar la pantalla, constituyendo lo que se denomina también como muros anclados.

3. MÉTODOS MÉTODOS DE CÁLCULO CÁ LCULO Existen procedimientos de cálculo de los muros pantalla basados en la comprobación realizada sobre modelos a escala o reducido. Su aplicación práctica a casos reales resulta a menudo difícil. Otros procedimientos son puramente empíricos y su única justificación radica en que las estructuras calculadas según dichos métodos han dado buen resultado.



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C URSO DE PROYEC TO Y C O NSTRUC C ION DE MUROS DE C ONTENC ION

3.1.

Métodos Clásicos

Están constituidos por procedimientos que incluyen hipótesis muy simplificadas y estática de sólido rígido. Las simplificaciones aludidas hacen que estos métodos permitan abordar manualmente el cálculo de la pantalla. En un principio eran dos los métodos que cubrían todos los casos posibles: los métodos de “BASE LIBRE” (Free Earth Support) y “BASE FIJA” ( Fixed Earth support). El primero, atribuido a Krey (1926), se refiere a los casos en que la longitud de empotramiento es suficientemente reducida para permitir una cierta libertad de movimientos de la pantalla en la zona empotrada. Supone que los movimientos son tales que se movilizan los empujes activos y pasivos a ambos lados de la estructura.

FIGURA Nº 2 PANTALLA DISCONTINUA DE PILOTES DE 20 M. DE PROFUNDIDAD EN ZURICH ANCLADA CON TIRANTES PERMANENTES El método de la base fija, por otra parte, supone una longitud de empotramiento más elevada, lo que obliga a la pantalla a adoptar una deformada con u punto de inflexión por debajo del nivel de excavación. Este último método, más engorroso que el anterior, fue simplificado en 1931 por Blum, al dar reglas empíricas para determinar el punto de inflexión y contribuyó en la misma dirección Tschebotarioff. Sin embargo, fue Rowe en 1952, quien publicó una serie muy completa de ensayos en modelo reducido, que tendrían una gran influencia en la forma de U.D. 10.Proyecto y construcción de muros anclados


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proyectar las pantallas y tablestacas en los años posteriores. En dicha publicación se menciona en forma de ábacos, por primera vez cuantitativamente, la gran influencia que la rigidez de la estructura tiene en la distribución de empujes, en las fuerzas de anclaje y en las leyes de momentos flectores. En realidad, el método exacto para el análisis y diseño de muros pantalla, puede resultar una utopía. Tanto los modelos de laboratorio como las observaciones en campo, muestran que hay una compleja interacción entre la profundidad de excavación, la rigidez de los materiales de la pantalla y los empujes activo y pasivo del terreno sobre la misma en la parte enterrada. Cuando se utilizan anclajes y/o puntales, esta interacción se hace aún más compleja, ya que además los resultados dependen de la geometría del anclaje y de su tensión inicial. Por este motivo, ha aparecido un tercer método de cálculo basado en el método de los elementos finitos. Este método exige la utilización del ordenador y permite considerar de una forma más realista, la interacción existente entre la deformación y las rigideces de la pantalla, de los anclajes y del terreno. Existen varios modelos de elementos finitos para representar el sistema constituido por la pantalla, el terreno, los anclajes y los puntales. Los más utilizados son los que emplean el elemento tipo “viga a flexión” para simular la pantalla por unidad de anchura. El terreno y los anclajes se pueden simular mediante muelles cuya constante deberá determinarse adecuadamente. Así se desarrollaron modelos como el de HALLIBURTON (1968), que considera todo el muro como una viga sobre fundación elástica resuelta mediante diferencias finitas, o la contrapartida de CASTILLO (1975) en elementos finitos. Otro modelo de gran profusión corresponde al método desarrollado por TURABI y BALLA (1968) y perfeccionado por BOWLES (1975), en el cual se supone que en la parte “excavada” o “ no empotrada” de la pantalla actúan los empujes activos calculados según cualquiera de las normas de empuje y la parte “no escavada” o “empotrada”, interrelacionada con el terreno, mediante un empotramiento elástico simulado por una serie de muelles cuya constante deberá proporcionarse como dato (Fig. nº 1). Las reacciones que resultan en estos muelles representarán la respuesta pasiva del terreno en la “zona empotrada”.

FIGURA Nº 1 MODELO DE ELEMENTOS FINITOS DE MURO PANTALLA ANCLADO



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Hoy en día existen programas de cálculo como el CYPE utilizado en este curso, que permiten resolver con gran facilidad este tipo de problemas estructurales. En el caso de pantallas de tablestacas es no rmal hacer las sigu ientes consi deraciones: a) El método “ americano” de libre apoyo en el suelo (Free Hearth Suppor t) , consiste

en buscar la hinca mínima de la pantalla para asegurar su estabilidad. Como esta hinca es la estricta mínima necesaria, para ponerse al abrigo de solicitaciones suplementarias eventuales, se afecta los coeficientes de empuje activo λah y pasivo λph de un coeficiente de seguridad considerable, despreciando el rozamiento de las tierras sobre la pared. Los coeficientes de empuje y de reacción tienen entonces respectivamente los valores: λah = tg2 (1/4 π – ½ ρ) λph = tg2 (1/4 π + ½ ρ)

en el caso general de paredes verticales. Se añade además, a título de seguridad suplementaria, un aumento de hinca del orden del 20%. La experiencia ha demostrado que los momentos flectores máximos de las pantallas y las reacciones de anclajes, calculados por este método son superiores a los valores medidos sobre las construcciones hechas y están más del lado de la seguridad. Ciertos estudios y ciertos ensayos sobre modelos en este sentido, han conducido a la disminución de los momentos flectores y de las reacciones en los anclajes, en función de la elasticidad de los perfiles empleados y de la compacidad del terreno. b) El método “europeo” (Fixed Hearth Support) consiste en buscar la hinca mínima

necesaria para lograr el empotramiento del pié de la pantalla en el suelo. Este método fué propuesto por el Dr. Ing. Blum y fué el mismo autor quien demostró su validez y sobre todo su sencillez frente a otro procedimientos acaso más exactos pero mucho más complicados. Blum admite un reparto de presiones sobre la parte hincada tal como está representado en la fig. nº 2a, con los empujes por delante q 1 y qr de la pantalla, de intensidades diferentes. Reemplaza este diagrama, por el diagrama idealizado de la figura 2b, diciendo que los empujes pasivos delante de la pantalla aumentan linealmente con la profundidad hasta el pié teórico de empotramiento perfecto C. La contra-reacción se reemplaza por una fuerza aislada R c que se supone actúa en C.



8


Las condiciones de la hinca de empotramiento son: a) La suma de todas las fuerzas horizontales ha de ser nula; a) El momento de empotramiento en C, resultante de todas las fuerzas que actúan sobre

la pantalla, debe igualmente anularse. Para permitir el pleno desarrollo de la contra-reacción R c, Blum propone añadir a la hinca teórica to un incremento ∆, variable del 10 al 20% de t o según que la relación de las presiones qr /q1 varíe de 2 a 1.

FIGURA Nº 2 DISTRIBUCIÓN DE EMPUJES EN LA PARTE EMPOTRDA Por su parte Descans parte de otra hipótesis para determinar el valor de ∆. Propone (fig. 2c) que los empujes pasivos en el pié teórico C, q r y q1, son de igual intensidad q c, admitiendo que la intensidad de la contra-reacción R c que actúa en C, y calculando la resultante de un triángulo y de un rectángulo. Las ecuaciones de equilibrio de traslación y de rotación alrededor de C dan como incremento de longitud ∆=

(1*

Rc 1,5

)• q

ó

c

∆=

0,45 Rc

qc

Este valor de ∆ es aproximadamente el 15% de la hinca teórica t o.



9


FOTOGRAFÍA Nº 3 PANTALLA DE TABLESTACAS

4. ANCLAJES. DEFINICIÓN Y TIPOLOGÍA Los anclajes en los muros anclados tienen como objetivo fundamental, establecer un punto fijo de desplazamiento nulo de la pantalla, con objeto de que el máximo desplazamiento en cabeza esté dentro de los límites admisibles. Los anclajes se clasifican desde diferentes puntos de vista: 1. Atendiendo a la forma de aplicación de la carga que se les aplica, se dividen en activos y pasivos (ver figuras nº 3 y 4).

FIGURA Nº 3 ANCLAJE PASIVO DISEÑADO POR EL AUTOR EN UN PUENTE AEROPORTUARIO U.D. 10.Proyecto y construcción de muros anclados


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FOTOGRAFÍA Nº 4 ANCLAJES ACTIVOS A los primeros se les aplica la carga de tesado después de su ejecución, generalmente del mismo orden de magnitud que la máxima prevista en proyecto, y nunca inferior al 50% de esta última, mientras que a los segundos se les deja con una carga inicial baja y nunca inferior al 10% de la máxima de proyecto, adquiriendo esta última normalmente por los movimientos de la estructura, merced al rozamiento de Coulomb, generado en el contacto del anclaje con el terreno. 2. En función del elemento de terreno sobre el que se anclan pueden clasificarse en anclaje en suelo y anclajes en ro ca (ver figuras nº 4 y 5).

FOTOGRAFÍA Nº 5 MUROS ANCLA DOS EN SUELOS PARA CENTRAL NUCLEAR



11


FOTOGRAFÍA Nº 6 ANCLAJES PERMANENTES EN ROCA PARA LA CENTRAL DE VILLALCAMPO 3. En función de los elementos constituyentes de los tirantes, se clasifican en anclajes de cables y anclajes de barra (ver figuras nº 7 y 8).

FOTOGRAFÍA Nº 7 ANCLAJE DE CABLE U.D. 10.Proyecto y construcción de muros anclados


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FOTOGRAFÍA Nº 8 ANCLAJE DE BARRA 4. Otra clasificación es atendiendo a su vida útil, denominando anclaje permanente al proyectado para una vida útil superior a dos años y anclaje provisional al que debe actuar sobre un periodo inferior a dos años (ver figuras nº 4 y 5).

FIGURA Nº 4 ANCLAJE PROVISIONAL



13


FIGURA Nº 5 ANCLAJ E PERMANENTE 5. En cuanto a la posibilidad de efectuar operaciones que varíen la carga sobre los anclajes durante su vida útil, se clasifican en retesables y no retesables. 6. Por último se clasifican, según se efectúe o no la reinjección del bulbo en: a. inyección única glob al (IU) b. Inyección repetitiva (IR) c. Inyección r epetitiva y selectiva (IRS) La inyección única (IU), es la que se efectúa en una sola fase hasta rellenar el taladro de la perforación y normalmente se efectúa a través de un tubo flexible solidario con el tirante (figura nº 6). La inyección repetitiva (IR), es la que se efectúa normalmente mediante latiguillos o circuitos globales con válvulas y un número de reinyecciones normalmente no superior a dos, con el objetivo de mejorar la capacidad de anclaje del bulbo (figura nº 7). La inyección repetitiva y selectiva (IRS), es la realizada a través de tubos manguito, separados como máximo un metro. Esta inyección se realiza normalmente con mas de dos reinyecciones y en manguitos seleccionados. Permiten mejorar la capacidad de anclaje del bulbo en aquellas zonas que lo necesitan (figura nº 8). U.D. 10.Proyecto y construcción de muros anclados


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FIGURA Nº 6 INYECCIÓN ÚNICA Y GLOBAL



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FIGURA Nº 7 INYECCIÓN REPETITIVA



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FIGURA Nº 8 INYECCIÓN REPETITIVA Y SELECTIVA



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5. ELEMENTOS CONSTITUTIVOS DE UN ANCLAJE Los elementos constitutivos de un anclaje son la cabeza, la zona libre y el bulbo o zona de anclaje propiamente dicha (ver figura nº 9)

FIGURA Nº 9 CROQUIS DE UN ANCLAJE ACTIVO 





La cabeza o cabezal del anclaje , es la parte exterior del mismo, capaz de transmitir la carga del tirante al muro anclado. Se compone de la placa de reparto, las cuñas o tuercas, el portacuñas y el cabezal de protección , si fuera necesario. La zona libre o longitud libre, es la parte del anclaje situada entre la cabeza y el bulbo o zona de anclaje, dotada de alargamiento libre.

El bulbo o zona de anclaje, que es la zona de anclaje propiamente dicha, en la que el anclaje se adhiere al terreno y le transmite su carga. Esto se realiza generalmente mediante una lechada de cemento inyectada en dicha zona.



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FOTO Nº 8 CABEZA ANCLAJE BARRA

FOTO Nº 9 CABEZA ANCLAJE CABLE

6. MATERIALES CONSTITUTIVOS DE LOS ANCLAJES 6.1. Aceros El acero de los tirantes deberá cumplir, en cuanto a su calidad y resistencia, lo especificado tanto en la normativa nacional, fundamentalmente EHE y UNE 36094, como en la europea, Eurocódigo 2-parte 1-1 y parte 1-5, o en la normativa que la sustituya en su caso. La cabeza del anclaje debe permitir tesar el tirante hasta la carga de prueba, o carga inicial. Deberá asimismo ser capaz de absorber el 100% de la tracción correspondiente al límite de rotura del acero. Cuando esté previsto en Proyecto, permitirá un destesado y un posterior tesado del anclaje, así como en su caso, la inclusión de células de medida de tensión de anclaje. Deberá admitir desviaciones angulares del tirante, respecto a una dirección normal a la cabeza, de hasta tres grados sexagesimales (3º) a una carga del 97% del límite elástico del tirante. Además dispondrá de los elementos necesarios para transmitir la carga del tirante a la estructura. La calidad de los aceros de los tirantes de los anclajes será al menos la siguiente:

Límite elástico (MPa)

Carga unitaria de rotura (MPa)

Barra tipo DW (Diwidag) o similar

850

1.050

Barra tipo Gewi o similar

500

550

1.710

1.910

Tipo de tirante

Cables



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Normalmente, las tensiones de trabajo de estos aceros son del 60% de su límite elástico en los anclajes permanentes y del 75% de su límite elástico en los anclajes provisionales. No se permitirán empalmes de los tirantes en la zona de bulbo del anclaje, salvo justificación específica en los tirantes de barra y con un diámetro de perforación adecuado. Dichos empalmes no interferirán ni en el libre alargamiento ni en la protección anticorrosión. En particular, según indica el artículo 675 del PG-3 (OC 326/00): “Será necesario que la armadura no lleve manguito alguno en la zona de bulbo”

Los tirantes en la zona de bulbo pueden ser barras corrugadas, cables (o trenzas). Sólo en casos excepcionales, previa justificación adecuada y con la autorización del Director de las Obras, se podrán emplear aceros lisos ayudados con dispositivos especiales. Se colocarán los centradores necesarios que garanticen la correcta colocación del tirante, de los elementos de protección contra la corrosión y del resto de los elementos en la perforación, éstos no deben impedir el flujo correcto de la inyección. El recubrimiento mínimo entre el elemento metálico y e terreno será de 10 mm. Asimismo, se dispondrán los separadores precisos para asegurar el funcionamiento de los elementos del tirante.

6.2.

Lechadas de cemento

Las lechadas de cemento utilizadas en la protección anticorrosión en contacto con las armaduras, deberán tener una dosificación agua/cemento (a/c) no superior a 0,4 para limitar el agua libre. Las lechadas empleadas en la formación del bulbo y dependiendo de las características del terreno, se dosificarán con una relación agua/cemento (a/c) comprendida entre 0,4 y 0,6, salvo indicación contraria del Director de las Obras. El cemento será el empleado en obras de hormigón armado y será resistente a la presencia de sustancias agresivas en el terreno (p.e. sulfatos). Son de aplicación la vigente Instrucción para la Recepción de Cementos RC, la Instrucción de Hormigón Estructural EHE y el Pliego de Prescripciones Técnicas Generales para Obras de Carreteras y Puentes PG-3. Previa autorización del Director de las Obras, y siempre que no sean dañinos al tirante y a la inyección, se podrán utilizar aditivos para aumentar la manejabilidad y compacidad de la lechada, para reducir el agua libre y la retracción, y para acelerar el fraguado. No deben contener más de un 0,1% en peso de cloruros, sulfatos o nitratos. Si fuera necesario y para limitar las pérdidas en la perforación, se podrá incorporar arena a las lechadas de cemento. En este caso debe ensayarse previamente la mezcla para estudiar su inyectabilidad.



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7.

BASES DE CÁLCULO Y CRITERIOS DE DIMENSIONAMIENTO

En la actualidad, el tratamiento de la seguridad más frecuente en los procedimientos de cálculo geotécnicos se basa en los siguientes principios: 



Se deben minorar las resistencias características del terreno dividiéndolas por unos coeficientes de seguridad que engloben tanto las incertidumbres sobre el valor de los parámetros característicos del terreno, como las existentes sobre las acciones actuantes. Los valores de cálculo de las respuestas estructurales se determinarán utilizando los valores minorados de las resistencias características del terreno.

Los valores de cálculo de los efectos de las acciones se determinarán considerando los valores característicos de las acciones sin mayorar.





Se comprobará que los valores de cálculo del efecto de las acciones son iguales o inferiores a los valores de cálculo de las respuestas estructurales asociadas.

Con el anterior tratamiento de la seguridad, la adecuada elección de los coeficientes de seguridad para minorar las resistencias del terreno resulta dificultosa y si no resulta acertada puede originar contradicciones, incoherencias o sobredimensionamientos. Por este motivo, los criterios de dimensionamiento actuales en la normativa española se basan en los siguientes principios: 









Se deben minorar las resistencias características del terreno dividiéndolas por unos coeficientes de seguridad basados únicamente en las incertidumbres sobre los parámetros del terreno. Los valores de cálculo de las respuestas estructurales se determinarán utilizando los valores minorados de las resistencias características del terreno. Se deben mayorar las acciones características actuantes multiplicándolas por unos coeficientes de seguridad. Dichos coeficientes dependen únicamente de las incertidumbres en la definición de las acciones. Los valores de cálculo del efecto de las acciones se determinan utilizando los valores mayorados de las acciones. Se comprobará que los valores de cálculo de los efectos de las acciones son iguales o inferiores a los valores de cálculo de las respuestas estructurales asociadas.

Por otra parte, debe comprobarse la seguridad global de la estructura anclada por un lado y la seguridad individual de los anclajes por otro. Este procedimiento de cálculo es el que se denomina en la Instrucción de Hormigón Estructural como Método de los Estados Límite.



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Para la comprobación de la seguridad global de un muro anclado, pueden utilizarse programas específicos de muros o módulos como el de CYPE utilizado en este curso. Pueden utilizarse criterios aproximados de predimensionamiento, tomando una banda vertical de muro de anchura la separación entre anclajes, apoyada en los mismos y sometida a los empujes del terreno. A continuación se exponen los métodos de cálculo individuales de los anclajes, distinguiendo entre los anclajes en roca y los anclajes en suelos.

8.

ANCLAJES EN ROCA. PROCESO DE CÁLCULO

Dado que el mecanismo de respuesta del terreno es distinto si se trata de una roca, que si se trata de un suelo, se incluye a continuación a la luz actual de los conocimientos, el proceso de cálculo en estos dos tipos de terrenos:

8.1.

Hipótesis Básicas

Para simplificar el problema y hacer el cálculo abordable de manera rigurosa, se hacen las siguientes hipótesis: 1º). El medio rocoso se comporta de acuerdo con el criterio de rotura definido originalmente por Hoek y Brown (1980) y modificado posteriormente para macizos rocosos facturados por Hoek y otros (1992). 2º). La rotura se produce según la superficie que da la resistencia mínima. 3º). En primera aproximación no se considera el efecto de la dilatancia. Se trata, por tanto, de una hipótesis conservadora.

8.2.

Proceso general de cálculo

Se analizan las posibilidades de utilización de anclajes en roca más usuales (Fig. 10b) Se plantea la resistencia al anclaje como una integral, a lo largo de una superficie tal que haga ese valor mínimo. Para ello se utiliza el método variacional de Euler, junto con una ecuación de enlace, definida por la necesidad de que las tensiones en la rotura ( τ , σ ) verifiquen el criterio de rotura, con dilatancia nula. La solución de tracción mínima dada por Euler presenta dos soluciones (Fig. 10c). Este procedimiento permite también conocer la forma que tiene la superficie de rotura. a) Anclajes largos donde la superficie de rotura consta de dos tramos (C 1) b) Anclajes cortos . Sólo existe el tramo final de rotura, cuya superficie parte con una pendiente de salida no nula (C 2)



22


Esto permite distinguir los anclajes calificados como “largos” de los anclajes calificados como “cortos” .

FIGURA Nº 10. APLICABILIDAD DEL MÉTODO. ANCLAJES CORTOS Y LARGOS

8.3.

Resist encia al cort e en la superficie de rotura

El criterio de Hoek y Brown (1980) expresado como envolvente de Mohr por Serrano y Olalla (1994), utiliza los parámetros: β = ς =

mσ c 8 8s

m

2

=

=

m0σ c 8

8

m

2 0

RMR −100

⋅e

a

RMR −100

⋅e

a

Siendo m y s los parámetros de Hoek y Brown y σ c la resistencia a compresión simple de la roca intacta (RCS). Cuando el medio rocoso no está afectado por la acción del hombre (vgr. voladuras); a = 28 y c = 25,2. Para el caso σ = 0 , el valor exacto de la tensión de corte correspondiente τ f 0 , se puede encontrar de manera rigurosa determinando el ángulo de rozamiento instantáneo ( ρ 0 ) y U.D. 10.Proyecto y construcción de muros anclados


23


calculando posteriormente τ f 0 . Se puede utilizar la expresión general (Serrano y Olalla, 1994), que da el ángulo de rozamiento instantáneo en función de σ 0* (σ 0* = σ / β + ζ ) . En este caso, por tanto, σ 0* = ζ . 3

2 sen ρ 0

−

*

2σ 0

+3

2

sen ρ 0

+1 =

0

Para σ = 0 es más sencillo y tiene aproximación suficiente hacer uso de la ecuación aproximada obtenida por Serrano y Olalla (1999). τ f * 0

≡ τ f 0

0 , 75 / β = ζ

Si el criterio de rotura es el de Hoek y Brown modificado (1992), esta expresión pasa a ser: a +1 * f 0

τ

8.4.

≡ ζ

2

Superfici e de rotura

La solución obtenida con el método variacional permite obtener la solución general de la superficie de rotura. Es una combinación que hace mínima la tracción total de arranque. Dependiendo de la esbeltez del anclaje n (n = L/D) y del parámetro de Hoek y Brown ζ, la figura 11 permite discernir el tipo de superficie de rotura y, por tanto, el tipo de anclaje- que resulta. En la mayor parte de los casos, se trata de anclajes largos e incluso muy largos.

FIGURA Nº 11. DIFERENCIACIÓN DE ANCLAJES LARGOS Y CORTOS En las figuras 12 y 13, se presenta en forma adimensional el aspecto que tienen las superficies de rotura para anclajes “largos” y “cortos”, respectivamente.



24


FIGURA Nº 12. SUPERFICIE DE ROTURA DE ANCLAJES LARGOS (TRAMOS HIPERBÓLICOS)

FIGURA Nº 13. SUPERFICIE DE ROTURA DE ANCLAJES CORTOS U.D. 10.Proyecto y construcción de muros anclados


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8.5.

Tensio nes últimas de arrancamiento

La tensión última del anclaje al arrancamiento (T ult) se obtiene mediante la expresión: Tult = πDL · τ0· βC (n,ζ) En donde el valor de C se obtiene de la figura 14, en función de la esbeltez (n) y del parámetro ζ

FIGURA Nº 14. VALORES DEL COEFICIENTE C A título de ejemplo, en la figura nº 15 se muestra el aspecto que presenta la superficie de rotura de dos anclajes, de esbeltez n = 3 y n = 25, alojados en un medio rocoso de ζ = 0,001 y ζ= 0,05, respectivamente.

8.6.

Análisis de result ados a) Distinción entre anclajes cortos y largos

Normalmente, en ingeniería civil, los anclajes son lo suficientemente largos y estrechos; es decir, suficientemente esbeltos como para que la rotura se produzca en gran medida a través del cilindro. Pero también puede darse el caso que no sean tan largos como para superar la longitud crítica que define su comportamiento y, lo que es más interesante, pueden darse estructuras enterradas que trabajen a tracción y se comporten como “cortas”



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FIGURA Nº 15 . EJEMPLOS DE FORMAS DE ROTURA Asimismo, son múltiples las referencias que existen, distinguiendo más o menos explícitamente, entre un tipo de comportamiento y otro (Hanna, 1982, Xanthakos, 1986; Alonso et al., 1996). b) Valores en u so

No son muy abundantes los valores, que estén detalladamente documentados, relativos a la resistencia al corte máxima movilizada por la roca en contacto con el anclaje, en función de los aspectos más relevantes, tales como tipo y estado del macizo rocoso, tipo de inyección, mecanismo de rotura, etc. Este es el concepto de “resistencia última unitaria”, que en literatura anglosajona recibe las siglas “ubr”. La recopilación más extensa es la efectuada por Littlejohn y Bruce (1975) y posteriormente recogida por diferentes autores. Xanthakos (1991) que ofrece un conjunto de valores del parámetro “ubr” en función del tipo de roca, sin diferenciar el estado en que se encuentren (Tabla 1).



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TABLA 1 TIPO DE ROCA

RANGO DE VALORES (MPa)

Granito y basalto

1,72 – 3,10

Caliza dolomítica

1,38 – 207

Calizas blandas

1,03 – 1,38

Pizarras y lutitas duras

0,83 – 1,38

Lutitas blandas

0,21 – 0,83

Areniscas

0,83 – 1,03

Margas alteradas

0,17 – 0,25

Existen otras fuentes documentadas en donde se publican resultados de ensayos de arranque c) Valores d e diseño

Normalmente se aconsejan valores específicos o que la resistencia última unitaria no sea superior a un porcentaje de la resistencia a compresión simple de la roca madre. Este porcentaje suele variar entre 5 y 10%. En las figuras 16a y 16b se muestra gráficamente el porcentaje f(%) a considerar por el procedimiento descrito anteriormente, dependiendo del grado de alteración y fracturación del medio rocoso; en este caso, el índice RMR básico. El criterio de rotura adoptado es el de Hoek y Brown de 1980, pues RMR > 25.

FIGURA Nº 16a. VALORES DEL PARÁMETRO f (%) (RMR = GSI > 25) U.D. 10.Proyecto y construcción de muros anclados


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En el caso de suponer el criterio de rotura de Hoek y Brown modificado (1992), la figura a utilizar que resulta es la 16b.

FIGURA Nº 16b. VALORES DEL PARÁMETRO f (%) (RMR = GSI < 25) HOEK YBROWN MODIFICADO

FOTOGRAFÍA Nº 10. ANCLAJES EN ROCA EN EL SALTO DEL CASTRO U.D. 10.Proyecto y construcción de muros anclados


29


9. ANCLAJES EN SUELOS. PROCESO DE CÁLCULO 9.1. Introducción Refiriéndonos principalmente a anclajes de barras o cables inyectados al terreno (en este caso, “suelos” o “rocas muy alteradas”) con lechada de cemento, ya hemos indicado que desde el punto de vista de su duración pueden clasificarse en temporales (menos de dos años) y permanentes, con duración superior a dos años (figuras 1 y 2)

FIGURA Nº 17 ANCLAJ E PERMANENTE Y ANCLAJE PROVISIONAL DE CABL E



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Un ejemplo peculiar de muro anclado por fases (lo que suele denominarse como “muro Stump”), realizado en Suiza en cinco fases, puede apreciarse en la figura nº 18 y una típica pantalla, con anclajes en coronación en la figura nº 19.

FIGURA Nº 18 MURO ANCLADO PÒR FASES (MURO STUMP) En las figuras nº 20 y 21 se muestran ejemplos de anclajes permanentes: a) Para estabilizar un terraplén apoyado a media ladera (Fig. 20) . Para estabilizar con varios niveles de muros anclados, el coluvión que recubría un talud sobre un sustrato rocoso alterado (lulitas y areniscas) (Fig. 21).

FIGURA Nº 19 MURO EN ESTACIÓN DE ATAQUE OBRA DE METRO EN MADRID



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FIGURA Nº 20 ESTABILIZACIÓN DE UN TERRAPLÉN SOBRE ARCILLAS Y ARENAS INESTABLES

FIGURA Nº 21 ESTABILIZACIÓN DE UNA LADERA MEDIANTE MUROS Y PANTALLA S ANCLADOS En los suelos suele ser muy necesario repetir la inyección para conseguir bulbos anclados de elevada resistencia. Por eso se suelen distinguir tres tipos generales de anclajes: 



De inyección única global (IU), en la que los obturadores están en los dos extremos de la zona de bulbo, que suelen utilizarse en suelos arcillosos duros y suelos granulares (Fig. nº 6). De inyección repetitiva (IR), en que hay una primera inyección de sellado en la zona de bulbo. La inyección puede repetirse (siempre que se lave cada vez que se acaba una fase de inyección), lo que se hace simultáneamente en todas las válvulas del bulbo, que se abren (en teoría, todas a la vez) por la presión apuntada gracias a los obturadores colocados en los extremos del bulbo. Este tipo es más adecuado en aluviales granulares gruesos e incluso finos y rocas blandas. (Fig. nº 7).



32




De inyección repetitiva y selectiva (IRS), en que se instalan válvulas o manguitos a lo largo del bulbo (como en la IR, pero en que los manguitos pueden inyectarse varias veces con elevado posterior a cada fase), pero en la que la aportación a cada manguito puede separarse (en volumen y presión), gracias a introducir obturadores móviles a cada zona de manguitos (Fig. nº 8). Este tipo de anclaje es más adecuado en suelos con predominio de finos, de consistencia media-baja y cuando se quiere conseguir gran capacidad de anclaje.

La calidad de los aceros utilizados en estos anclajes suele ser la siguiente: LÍMITE ELÁSTICO

LÍMITE DE ROTURA

(MPa)

(MPa)

Barra tipo DW o similar

850

1.050

Barra tipo Gewi o similar

500

550

1.710

1.910

TIPO DE TIRANTE

Cables

Normalmente, la tensión de trabajo de los aceros es del orden del 60% del límite elástico en anclajes permanentes, y de 75%, en los provisionales. Las lechadas de cemento utilizadas para protección anticorrosiva de la zona libre tendrán dosificación agua-cemento no superior a 0,4, mientras que las empleadas en la formación del bulbo tendrán dicha densificación comprendida entre 0,4 y 0,6, generalmente.

FOTOGRAFÍA Nº 11 MURO ANCLADO PARA CONTENCIÓN DE UN TERRAPLÉN U.D. 10.Proyecto y construcción de muros anclados


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9.2.

Proceso general de cálculo

Se parte del conocimiento de la carga nominal (sin mayorar) con que ha de trabajar el tirante, lo que se supone que se ha obtenido a través de cálculos de pantallas, estabilidad de taludes, etc. Ha de tenerse en cuenta que la estructura anclada sea estable globalmente. En esos casos el coeficiente de seguridad no será inferior a 1,30-1,50 en las situaciones permanentes, a 1,201,30, en las transitorias o de corto plazo, y a 1,05-1,10, en las accidentales. Entre las situaciones accidentales a considerar está el fallo del 20% de los anclajes instalados. El diseño individual de los tirantes debe comprender el análisis de: -

La rotura del tirante de acero a tracción.

-

La rotura de la cabeza del anclaje.

-

El desplazamiento del sistema tirante-bulbo.

Para ello se sigue el procedimiento de análisis siguiente: -

Mayoración de las cargas actuantes.

-

Comprobación del deslizamiento del tirante dentro del bulbo.

-

Comprobación de la seguridad frente al arrancamiento del bulbo.

A.

Mayoración de las cargas actuantes

La carga nominal mayorada, P ND, será: PND = F1 ·PN Siendo PN la carga nominal del anclaje, que es la mayor entre: a) La carga obtenida, sin mayorar, en el cálculo de los estados límites de servicio. b) La carga estricta al realizar el cálculo de estabilidad global con los coeficientes de seguridad antes indicados. El coeficiente F 1 es igual a 1,50 en anclajes permanentes y de 1,20 en los provisionales. B.

Tensión admisible del acero

La comprobación de la tensión admisible del acero del tirante se hace estudiando que se cumplan simultáneamente dos condiciones:

ANCLAJE

CONDICIÓN 1ª

CONDICIÓN 2ª

Provisional

PND/AT

≤ f PK/1,25

PND/AT

≤ f YK/1,10

Permanente

PND/AT

≤ f PK/1,30

PND/AT

≤ f YK/1,15



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En donde AT es la sección del tirante, f PK es el límite de rotura del acero del tirante y f YK el límite elástico del acero del tirante. Respecto de la comprobación de la seguridad frente al deslizamiento del tirante en la lechada del bulbo, se minorará la adherencia límite entre el tirante y la lechada que la rodea en el bulbo, por el coeficiente 1,2. C.

Deslizamiento del tir ante en la lechada

Se verificará: P ND / ( Lb ⋅ PT ) ≤ τ lim / 1,2

τ lim

=

6,9( f ck / 22,5)

2/3

( con τ lim y f CK en MPa )

Siendo: - PND = Carga nominal mayorada del anclaje - PT = Perímetro nominal del tirante = 2 π · AT ) - AT = Sección del tirante - Lb = Longitud del bulbo - τ lim = Adherencia límite entre el tirante y la lechada (en MPa) - f CK = Resistencia característica de la lechada a compresión a 28 días (en MPa) Si la longitud del bulbo supera los 14 m, se minorará por un coeficiente de 0,70, para tener en cuenta la posible rotura progresiva del mismo, ya que la distribución de tensiones de cortantes a lo largo del bulbo es, aproximadamente, como la representada en la figura 14. C.

Arrancamiento del bulbo

En lo que se refiere al arrancamiento del bulbo para comprobar la seguridad frente al arrancamiento del bulbo, se minorará la adherencia límite del terreno que rodea la bulbo para obtener la adherencia admisible a adm. Se comprobará: PND / (π DN Lb) < aadm Siendo DN el diámetro nominal del bulbo y a adm la adherencia admisible frente al deslizamiento o arrancamiento del terreno que rodea al bulbo.



35


D.

Adherencia admisible del bulbo

La adherencia admisible del bulbo se puede fijar teniendo en cuenta: a. Los valores obtenidos a partir de ensayos de campo. b. A partir de la siguiente expresión: a adm

=

´

c' F 2 c

+ σ

'

tgϕ F 2ϕ

Siendo: - c’ = Cohesión efectiva del contacto bulbo-terreno - ϕ ’ = Rozamiento interno efectivo del contacto bulbo-terreno - σ ' = Presión efectiva en el centro del bulbo más una tercera parte de la presión de inyección aplicada - F2c = 1,60 coeficiente de minoración de la cohesión - F2ϕ = 1,35 coeficiente de minoración de la fricción c. A partir de correlaciones empíricas, en cuyo caso: aadm

=

alim / F 3

Los valores de alim empíricos pueden tomarse de las figuras 22 a 25 siguientes o, aproximadamente, de la tabla 2 adjunta. F 3 vale 1,45 para anclajes provisionales y 1,65 para permanentes. Las figuras 22 a 25 de la Ref. 3 están obtenidas a partir de ábacos que, en su día, definió Michel Bustamante y que contemplan la consistencia del terreno y el tipo de anclaje (inyección IU, IR, etc.). En la tabla 2 quedan reproducidos los intervalos de a lim recomendables.



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FIGURA Nº 22 ADHERENCIA LÍMITE EN ARENAS Y GRAVAS

FIGURA Nº 23 ADHERENCIA LÍMITE EN ARCILLAS Y LIMOS



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FIGURA Nº 24 ADHERENCIA LÍMITE EN MARGAS, MARGAS YESÍFERAS Y MARGAS CALCÁREAS

FIGURA Nº 25 ADHERENCIA LÍMITE EN ROCA ALTERADA GRADO IV O SUPERIOR (SEGÚN ISMR 1981) U.D. 10.Proyecto y construcción de muros anclados


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TABLA 2 TIPO DE TERRENO

TIPO DE INYECCIÓN

ADHERENCIA LÍMITE ali m (PMa)

Arenas y gravas flojas Arcillas y limos blandos

Arenas y gravas densas

Arenas y limos de consistencia media a densa

Margas, mapas yesíferas, etc.

Roca alterada (Grados IV a V)

9.3.

IU

0,05 – 0,20

IR

0,12 – 0,25

IRS

0,20 – 0,35

IU

0,20 – 0,40

IR

0,30– 0,50

IRS

0,35 – 0,60

IU

0,10 – 0,25

IR

0,20– 0,30

IRS

0,30 – 0,40

IU

0,20 – 0,50

IR

0,35– 0,60

IRS

0,40 – 0,75

IU

0,25 – 0,70

IR

0,30– 0,80

IRS

0,40 – 1,00

Detalles comp lementarios

Como se ha comentado la distribución de cargas o esfuerzos tangenciales a lo largo del bulbo no es constante. Los ensayos de laboratorio muestran que la carga se absorbe en la primera mitad de la longitud del bulbo.

FIGURA Nº 27 DISTRIBUCIÓN DE TENSIONES TANGENCIALES A LO LARGO DE UN BULBO DE ANCLAJE U.D. 10.Proyecto y construcción de muros anclados


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Cuando aumenta la carga sobre el anclaje, se empieza a movilizar la resistencia en la mitad última del anclaje. Eso sería la causa de que no debe considerarse, a nivel de diseño, la longitud total del bulbo, sino del orden del 70% de la longitud total del mismo, sobre todo cuando excede longitudes del orden de 12 a 14 m.

FIGURA Nº 27 DISTRIBUCIÓN DE LA CARGA DE DEFORMACIÓN EN UN BULBO DE ANCLAJE A la hora del diseño deben tenerse en cuenta, además de todo lo explicado referente a coeficientes de seguridad, aspectos como: -

El efecto de grupo por proximidad de anclajes . Cuando están muy próximos, los

estados tensionales se superponen y la carga de arrancamiento es menor que la del anclaje aislado. El coeficiente de eficacia de esos anclajes, puede ser (tal como muestra la figura nº 27) del orden de 0,7 – 0,8 para separaciones en que la distancia entre anclajes es del orden de 0,5 – 0,6 el ratio de influencia del bulbo, lo que puede equivales a 0,7 – 0,8 m, por lo que resulta recomendable separar los bulbos entre 1,5 – 2,0 m, al menos, a fin de que ese coeficiente sea del orden de 1. Ello no sólo pasa entre anclajes de una fila, sino que puede pasar en relación con los de otras filas o con anclajes provenientes de paredes que sean perpendiculares entre sí. Además, se tendrá en cuenta la separación en planta y alzado.

FIGURA Nº 28 INTERACCIÓN ENTRE BULBOS U.D. 10.Proyecto y construcción de muros anclados


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FIGURA Nº 27 EFECTO DE GRUPO EN ANCLAJES - El efecto de que falle un anclaje . En ensayos realizados en Austria, con motivo de la construcción del metro de Viena y con objeto de evaluar el efecto del fallo de un anclaje sobre los próximos, se ha medido este efecto de redistribución de carga recogido en la f igura nº 28. Esto depende de a) las cargas iniciales en los tirantes, b) su proximidad, c) el número de filas, etc. Parece que la incidencia normal, cuando hay tres filas, es que los anclajes próximos aumenten su carga un máximo del orden de 20-25%, lo cual no suele ser dañino (respecto al arrancamiento del bulbo). Respecto al propio acero, si los tirantes no están a su máxima carga, el efecto es pequeño, pero puede ser peligroso con tesados iniciales máximos. En caso de una sola fila de tirantes el incremento puede llegar al 42%.

FIGURA Nº 28 REDISTRIBUCIÓN DE CARGA ENTRE ANCLAJES POR LA ROTURA DE UNO DE ELLOS U.D. 10.Proyecto y construcción de muros anclados


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- El tesado inicial no suele ser el máximo previst o en el cálculo d e la estru ctur a anclada. Como éste suele ser conservador (cohesiones minoradas), es preferible dar una tensión de anclaje del orden del 60-70% de la máxima; si la estructura lo necesita, ya se moverá y movilizará la carga necesaria; si no, no se introducen esfuerzos de flexión excesivos (e innecesarios) en dicha estructura. En la figura 29 se representa una posible recomendación sobre la tensión inicial de tesado en función de la longitud de anclaje. Las máximas longitudes de esa figura suelen corresponder a pantallas (continuas o no) ancladas para estabilizar taludes, en que interesa que el conjunto se acomode con cierta deformación.

FIGURA Nº 29 RELACIÓN PROPUESTA ENTRE LA LONGITUD DE ANCLAJE Y LA CARGA INICIAL DE TESADO - El efecto de la construcción de los anclajes sobre estructuras próximas . La perforación remueve y humecta los terrenos próximos a la superficie, en los que pueden estar cimentados edificios contiguos, con lo que tiende a inducir asientos. Además, el tesado origina movimientos horizontales importantes que pueden no ser resistidos por los edificios. - No sólo hay que tener la pantalla anclada estable durante nuestra obra, sino a largo plazo. Cuando se elimine la tensión con los anclajes, lo cual debe tenerse en cuenta para que la estructura a construir en la excavación apuntale el edificio. En este sentido hay que recordar que es mala costumbre intercalar porespán (muy deformable) entre forjados y la pantalla anclada. Al sobrar el anclaje, la pantalla se deforma algún centímetro, antes de quedar apuntalada en los forjados del muro edificio. Esto ha generado en ocasiones grietas en estructuras en construcción.



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10. TIPOS DE FALLO EN MUROS ANCLADOS El objetivo principal de un muro anclado es el de crear una masa de suelo internamente estable que sea capaz de resistir los distintos tipos de fallo bajo un nivel adecuado de servicio. Estos tipos o modos de fallo pueden apreciarse en la siguiente figura:

FIGURA Nº 30. CONDICIONES POSIBLES DE FALLO EN MUROS ANCLADOS U.D. 10.Proyecto y construcción de muros anclados


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El anclaje debe suministrar por tanto, una reacción que equilibre el empuje de la cuña activa de terreno. Además, el bulbo de anclaje debe situarse fuera de la cuña activa a una distancia que puede tomarse convenientemente como 1,5 m. 0,2 H, donde H es la altura de la zona excavada del muro anclado (ver figura nº 31)

FIGURA Nº 31 DISPOSICIÓN DE BULBOS DE ANCLAJE Para ello debe dibujarse el límite de la cuña activa que se obtiene trazando en el límite inferior de la excavación una recta, que en el caso de suelos sin cohesión, forma el ángulo de 45º + Ф/2, respecto de la horizontal. El cálculo de las presiones del terreno sobre el muro puede hacerse por la teoría de Rankine o de Coulomb



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11 EJECUCIÓN Y CONTROL DE ANCLAJES 11.1. Fabricación de anclajes 11.1.1. Almacenamiento de materi ales Todos los materiales que se vayan a utilizar se mantendrán limpios libres de todo defecto y suciedad. Deberán almacenarse en locales convenientemente acondicionados. El acero de los tendones deberá mantenerse libre de oxidaciones perjudiciales. Únicamente resultará aceptable la presencia de una muy ligera oxidación superficial que pueda eliminarse por frotación mediante un cepillo de púas metálicas. La presencia de puntos o zonas de corrosión profunda que no puedan eliminarse por simple frotación podrá ser motivo para rechazo de la partida de acero afectada. Una vez fabricados o ensamblados los anclajes deberán almacenarse en lugares cubiertos, secos, limpios y alejados de sustancias perjudiciales como agua, barro, aceites, grasas, pinturas, etc., que pudieran afectar al alma de acero, a las vainas de protección o a los componentes auxiliares.

FOTOGRAFÍA Nº 12 PERFORACIÓN CON BARRENA CONTINUA EN EL TOSCO DE MADRID PARA LA EJECUCIÓN DE UN ANCLAJE U.D. 10.Proyecto y construcción de muros anclados


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11.1.2.

Bulbo de anclaje

La longitud adherente prevista para cada anclaje se reflejará en los planos. Los cordones, en la zona adherente, estarán desnudos y perfectamente limpios, quedando total y expresamente prohibida la utilización en dicha zona de cables engrasados o con restos de grasa. Se debe tener en cuenta que es muy difícil con las técnicas y sistemas de limpieza actuales, asegurar una perfecta eliminación de la grasa en cables que hayan estado preengrasados. En cualquier caso y para cualquier tipo de anclaje, el espesor de la capa de lechada que separa la superficie envolvente exterior del tendón de las paredes de la excavación no será inferior a 10 mm., (sin contar el espesor de la vaina corrugada en el caso de anclajes permanentes). Para asegurar dicho recubrimiento se dispondrán unos centradores de plástico a lo largo del tendón. La distancia entre centradores consecutivos no será superior a 150 cm. Los centradores deberán estar diseñados de forma que no originen topes o roces excesivos durante los movimientos de introducción (o en su caso de extracción) de los anclajes en las perforaciones. El ensamblaje de cables, vaina y elementos auxiliares que constituyen el tendón será capaz de resistir sin deteriorarse todos los esfuerzos que se originen como consecuencia de la manipulación, transporte, puesta en obra, inyecciones y tesado del anclaje. Los diferentes elementos exteriores a la vaina común se sujetarán firmemente a la misma mediante bridas de material inerte para evitar que sufran desplazamientos longitudinales o trasversales durante las operaciones de introducción del anclaje en la perforación. La Dirección de Obra (D. O.) podrá solicitar al contratista la realización de las pruebas que certifiquen la idoneidad del sistema de ensamblaje y sujeciones pudiendo incluso solicitar la extracción de un anclaje previamente introducido en su perforación para comprobar la durabilidad del ensamblaje inicial. Para incrementar la adherencia mecánica de los cordones en la zona del bulbo se ondulará su trazado con la ayuda de una serie de elementos que alternativamente separan o aproximan los cordones. Los elementos separadores de cordones suelen estar fabricados con materiales plásticos, polietileno o polipropileno. Normalmente, la aproximación entre cordones se consigue mediante un simple atado con alambre, aunque pueden emplearse elementos aproximadores especiales. La distancia entre elementos separadores y atados de alambre aproximadores no será superior a 1,5 m.



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Las vainas corrugadas de la zona de bulbo deberán mantener la estanqueidad con presiones interiores que superen en 1 bar a la máxima presión estática que la lechada de inyección interna pueda provocar en el punto más bajo de anclaje. La correcta estanqueidad de las vainas adquiere especial relevancia en el caso de anclajes que deban estar dotados de sistemas de aislamiento eléctrico. Como norma general, no se admitirán empalmes de cordones o de barras en la zona de bulbo ya que podrían introducir anclamientos puntuales que dificultaran o impidieran la transferencia de cargas a lo largo del bulbo. Sistemas basados en anclamientos puntuales y no uniformes a lo largo del bulbo deberán ser exclusivamente ensayados antes de ser aceptados.

11.1.3.

Long itud libre

El tendón, a lo largo de su longitud libre, suele ir enfundado en una vaina de polietileno de alta densidad o de polipropileno. Únicamente podrá ser aceptable no instalar dichas vainas en el caso de anclajes temporales situados en terrenos poco agresivos. Cuando se prevea la existencia de corrientes erráticas en el terreno, se instalarán vainas de protección exterior que aseguran el perfecto aislamiento eléctrico del anclaje a lo largo de su longitud libre y en sus conexiones con la cabeza y con la longitud adherente del anclaje. Además de la vaina de protección exterior suelen disponerse sistemas individuales de protección para cada cordón o barra del tendón (sistemas de autoprotección). Dichos sistemas suelen basarse en la colocación de unas fundas de polietileno para protección individual de cada cordón/barra y en el relleno con grasa o cera de todos los intersticios existentes entre el acero y su vaina individual. Las vainas individuales dispuestas a lo largo de la longitud libre no terminarán en el extremo proximal del bulbo, sino que penetrarán en él, asegurando un cierto solape que dará continuidad a la protección. En general, dicho solape será de unos 30 cm. Algunos diseños de anclajes al terreno, que precisan inyectar la zona libre independientemente de la zona fija del tendón, requieren la instalación de un tapón obturador entre ambas zonas. El tapón deberá permitir el paso de los cordones (con o sin funda individual), los tubos de inyección y purga de la zona adherente y posiblemente el tubo para la inyección del exterior del tendón. El tapón deberá mantener sus propiedades resistentes, elásticas, geométricas y de sellado en cualquier momento de la vida del anclaje. Para fabricar el tapón se podrá emplear un producto bituminoso (tela asfáltica reforzada o mastic asfáltico), cinta de caucho autovulcanizante, tubo de plástico retráctil dotado de adhesivo u otro medio que garantice un sellado efectivo. La longitud del tapón no será inferior a 30 cm. Otros diseños de anclajes requieren la instalación de un tapón obturador entre el tendón y las paredes de la perforación. En estos casos el tapón suele realizarse mediante un anillo de goma hinchable neumáticamente que normalmente debe permitir el paso de algunos tubos de inyección o purga. Se recomienda la instalación de separadores a lo largo de la longitud libre del tendón para procurar el máximo paralelismo entre los cordones. Los separadores no estarán distanciados más de 1,5 m. U.D. 10.Proyecto y construcción de muros anclados


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Se recomienda asimismo, asegurar los 10 mm de recubrimiento mínimo del tendón a lo largo de su zona libre mediante la instalación de unos centradores que abracen a la vaina común y no estén distanciados más de 1,50 m. En la zona libre podrán disponerse empalmes de cordones o de barras siempre que se asegure su capacidad de desplazamiento longitudinal, en ambos sentidos, tanto durante el tesado como durante toda la vida útil del anclaje (previendo el efecto de posibles variaciones de carga). Si no se asegurara dicha capacidad de movimiento, el empalme podría transformarse en un punto de anclaje que transmitiría cargas en posiciones no previstas o no admisibles por el proyecto.

FOTOGRAFÍA Nº 13 ANCLAJ ES PROVISIONELES DE ATAGUÍAS EN DIQUE SECO PARA BUQUES EN TRIESTRE

11.1.4.

Cabezas de ancl aje

Una cabeza de anclaje puede incluir los siguientes elementos: -

Placa de cuñas y cuñas (anclajes de cordones) o arandela de apoyo y tuerca (anclajes de barra).

-

Placa de reparto.

-

Mecanismo de conexión o trompeta entre la vaina de la zona libre y la placa de reparto.

-

Elementos para la protección anticorrosiva de la cabeza (caperuza, junta, grasa, etc.)

-

Dispositivo para corrección de la inclinación (cuña de asiento, rótula, etc.)

El conjunto de los elementos de la cabeza del anclaje debe estar diseñado tanto para asegurar la transmisión de las cargas del tendón al terreno, como para asegurar la continuidad de los sistemas de protección anticorrosiva o de aislamiento eléctrico del tendón (si son especificados). En especial, debe asegurarse la perfecta estanqueidad de las conexiones vaina-trompeta y capot-placa de reparto. U.D. 10.Proyecto y construcción de muros anclados


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El diseño de la cabeza del anclaje dependerá en gran medida del sistema de tesado a utilizar y de las prestaciones futuras que se requieran para el anclaje. Las cabezas pueden diferir básicamente por tres conceptos: -

inclinación

-

capacidad de ser retesables

-

capacidad de ser destesables

En la siguiente figura se presentan esquemáticamente algunos de los tipos de cabezas que se utilizan más frecuentemente.

FIGURA Nº 32 TIPOS DE CABEZAS DE A NCLAJES AL TERRENO U.D. 10.Proyecto y construcción de muros anclados


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Se comentan a continuación las características principales e cada uno de los componentes de una cabeza de anclaje.

11.1.4.1. Placa de anclaje y cañas ( anclaje de cordones) o arandela de apoyo y tuerca (anclaje de barra)

Las dimensiones y formas dependerán del sistema de pretensado escogido y deberán cumplir con lo especificado en la norma UNE 41-184:1990. No se aceptarán sistemas de pretensado que requieran el acuñamiento manual de los cables.

11.1.4.2. Placa de reparto Las dimensiones y espesor de la placa de reparto dependerán de: .-

la carga de rotura especificada para el anclaje

-

la naturaleza y resistencia de la estructura a anclar

-

la capacidad de carga del terreno

El proveedor de la placa de reparto presentará al Contratista las oportunas justificaciones técnicas de las dimensiones de las placas de reparto que suministre. El diámetro del orificio central de la placa de reparto dependerá de la configuración geométrica de la cabeza de anclaje y deberá permitir, sin contactos laterales y con la suficiente holgura, el paso de los cordones del tendón y cuando el diseño así lo requiera, el de los tubos de inyección y purga. Todas las superficies de las placas de reparto que queden expuestas a la intemperie deberán protegerse frente a la corrosión mediante un pintado o un tratamiento de galvanizado en caliente. Cuando se considere la protección mediante pintado, se recomienda la adopción de un sistema multicapa para los anclajes permanentes y un sistema monocapa para los anclajes temporales. Un procedimiento normalizado para pintados de protección puede ser el siguiente: -

Fase 1: Preparación de las superficies a pintar: limpieza, descascarillado, desengrasado y finalmente pulido hasta obtener brillo metálico.

-

Fase 2: Aplicación de una capa de pintura cromo-fosfatante (capa nº 1) . El espesor de la película seca de la capa no será inferior a 60 µm. Esta placa se aplicará, necesariamente, tanto en anclajes permanentes como en los temporales.

-

Fase 3: Aplicación de pintura de tipo cloro-caucho (capa nº 2). El espesor de la película seca de la capa no será inferior a 60 µm. Esta placa se aplicará, siempre a los anclajes permanentes y sólo a los anclajes temporales si la D.O. lo especifica directamente.

-

Fase 4: Aplicación de otra capa de pintura de tipo cloro-caucho (capa n1 3). El espesor de la película seca de la capa no será inferior a 60 µm. Así mismo, esta capa se



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aplicará siempre a los anclajes permanentes, pero sólo a los anclajes temporales si la D.O. lo especifica directamente. Cuando se consideren sistemas de protección por galvanizado en caliente, se exigirá una dosificación media mínima de 717 g/m 2 de película de zinc aplicada en caliente y en doble exposición (unas 100 µm de espesor). No se permitirán defectos superficiales (rebabas, oxidaciones superficiales prematuras del zinc, etc.). El tratamiento se aplicará con posteridad a las posibles soldaduras que pueda requerir el diseño de la pieza. Cualquier otra forma alternativa para la protección de las superficies metálicas de las placas de reparto deberá aportar el mismo grado de durabilidad que las previamente descritas y deberá ser aprobada expresa y previamente por la D.O. Para asegurar el perfecto contacto entre la placa de reparto y el terreno (o elemento de hormigón), se recomienda la disposición de una capa intermedia de apoyo fabricada con mortero de cemento Pórtland o con resinas epoxídicas. Esta capa de mortero se requerirá tanto para anclajes permanentes como para temporales, salvo que el plano de contacto con la estructura sea una superficie perfectamente lisa.

11.1.4.3. Mecanismo de conexión (trompeta) entre la vaina de la zona libre y la placa de reparto

En muchos diseños de cabezas de anclaje, los cordones del tendón deben abrirse en abanico para pasar desde la distribución más compacta que adoptan a lo largo de la zona libre del anclaje hasta la distribución más espaciosa que suelen adoptar en la placa de cuñas. La transición de una distribución a la otra se realiza, normalmente, a lo largo de un elemento denominado trompeta que tiene una forma troncocónica y que conecta la vaina de la zona libre con la placa de reparto del anclaje. Es importante asegurar la estanqueidad de las conexiones placa de reparto-trompeta y trompeta-vaina. La D.O. deberá aprobar la tipología escogida para dichas conexiones y, si lo considera oportuno, podrá ordenar las pruebas necesarias para comprobar su estanqueidad. Cuando el diseño de la cabeza de anclaje no exija desviaciones en la alineación de los cordones, podrá prescindirse de la trompeta pero, en cualquier caso, deberá asegurarse que la conexión entre la vaina exterior del anclaje y la placa de reparto es perfectamente estanca. El caso de tendones de barra es asimilable al caso de anclajes con cordones sin desviaciones.

11.1.4.4. Elementos de protección anticorros iva Además de tener un correcto funcionamiento mecánico, la cabeza del anclaje deberá estar dotada de una adecuada protección anticorrosiva que permita:



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Proteger los componentes más sensibles del anclaje (cabeza, cuñas y extremos de los cables) frente a la acción de los elementos atmosféricos. •

Para ello se instalará una caperuza o capot metálico que recubra totalmente la placa de anclaje, cuñas y sobrelongitudes remanentes. Se rellenará el volumen que quede hueco en el interior del caperuzón con una grasa o cera anticorrosiva que cumpla las especificaciones.

•

El caperuzón o capot tendrá un espesor mínimo de 2 mm y se protegerá a su vez frente a la acción de los agentes atmosféricos, mediante un pintado exterior o un galvanizado en caliente. En el caso de pintado exterior, se utilizará un procedimiento de pintado con tres capas análogo al descrito para las placas de reparto. En el caso de galvanizado en caliente, se especificará un espesor mínimo de 717 g/m 2 de película de zinc (unas 100 µm de espesor). La unión entre el capot y la placa de reparto deberá ser estanca, para ello suelen utilizarse una junta tórica dispuesta en su correspondiente acanaladura. •

Asegurar el grado de aislamiento eléctrico especificado para los anclajes.

11.1.4.5. Dispositivos para absorber la inclinación del anclaje respecto al plano de apoyo

Llamaremos inclinación del anclaje respecto al plano de apoyo, al ángulo existente entre el eje del anclaje y la dirección perpendicular al plano de apoyo de su placa de reparto. Siempre que dicho ángulo supere inicialmente los 3º se deberá añadir a la placa de reparto un elemento de corrección en forma de cuña contrarrestando el efecto de la inclinación y haciendo que se superpongan los ejes de la placa de cuñas y del tendón. Los elementos de corrección para absorber la inclinación del anclaje se diseñarán de acuerdo con criterios análogos a los descritos en el punto 11.1.4.2. En el caso de anclajes constituidos por barras, es muy importante conocer tanto los ángulos iniciales de inclinación respecto al plano de apoyo, como sus posibles variaciones con el tiempo. Se debe comprobar que en ningún momento pueden aparecer giros en la zona del anclaje superiores a los 3-4º. Si es necesario, las placas de reparto deberán estar dotadas de los dispositivos adecuados para absorber los giros que pudieran aparecer. Teniendo en cuanta que los cordones son menos sensibles que las barras frente a doblados o desviaciones angulares localizadas, es interesante constatar que la mayoría de los sistemas de pretensado admiten desviaciones angulares dentro de sus anclajes del orden de 2,5-3º sin considerar reducciones notables en su eficiencia. Cuando se instalen dispositivos de corrección para la inclinación, deberá comprobarse si el rozamiento entre dichos dispositivos y la placa de anclaje o la superficie de apoyo basta o no para impedir todo tipo de desplazamientos transversales. En el caso de que no baste, se deberán disponer los elementos estructurales necesarios para absorber de manera eficaz los excesos de esfuerzo transversal que se generen. U.D. 10.Proyecto y construcción de muros anclados


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Como norma general, el diseño deberá tener un coeficiente de seguridad de 1,3 respecto al desplazamiento transversal para una fuerza de tesado del 95% de R k,s.

11.1.5.

Control de fabric ación

Los tendones suelen suministrarse a obra individualmente enrollados y claramente identificados. Deberá comprobarse que los diámetros de enrollamiento son iguales o superiores a los valores mínimos especificados por el fabricante. La identificación individual de los anclajes suele realizarse mediante etiquetas adheridas a la vaina de protección exterior que indican el tipo de tendón, sus longitudes características y un número de control de calidad asociado al proceso de fabricación. El fabricante de los anclajes al terreno deberá presentar al Contratista la documentación de calidad correspondiente a todos los anclajes que suministre. Dicha documentación deberá certificar la calidad de las materias primas utilizadas, de la fabricación de los distintos componentes de los anclajes y de su montaje conjunto. El Contratista transmitirá a la D.O. toda la documentación de control recibida que decidirá sobre su aceptación final.



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Ud10.Muros Anclados

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