4 Anclajes

SISTEMAS DE SOSTENIMIENTO MEDIANTE ANCLAJES

Ing. José Luis Carrasco Gutiérrez

jlcarrascog@gmail.com

DIPLOMADO EN DISEÑO ESTRUCTURAL Y NUEVAS TENDENCIAS EN LA CONSTRUCCIÓN SIN PÉRDIDAS

CONTENIDO

* CIMENTACIONES SUPERFICIALES

– Capacidad de carga admisible

– Consideraciones de diseño estructural

* CIMENTACIONES PROFUNDAS

– Tipos de cimentación

– Capacidad de carga

* MUROS DE SUELO REFORZADO

– Tipos de muros, clasificación y tipos de muros

– Teoría de empuje de tierras

– Aplicaciones y casos históricos

– Diseño de muros de suelo reforzado (MSE)

* SISTEMAS DE SOSTENIMIENTO MEDIANTE ANCLAJES

– Tipos de anclajes

– Diseño de anclajes, ejercicio

Introducción

Los anclajes constituyen en la actualidad una alternativaimportante para garantizar la estabilidad de diversasestructuras.

Pueden usarse en forma muy ventajosa en cualquiersituación en que se le necesite para contener una masa desuelo o roca soportando un determinado estado deesfuerzos.

Definición - Anclajes

Dispositivo capaz de transmitir las fuerzas de tracción que le son aplicadas aun lecho de terreno existente (Norma española: UNE-EN 1537:2001 Ejecución de

trabajos especiales. Anclajes)

- Trabaja a tracción.- Se fija al exterior y transmite la

carga a una estructura de reparto.- Se fija al interior del terreno a lo

largo de un bulbo.- Entre ambas fijaciones puede

disponerse una «longitud libre»

Introducción - Instalación

Introducción - Aplicaciones

Introducción - Aplicaciones

Introducción - Aplicaciones

FHWA-IF-99-015

Introducción -Partes de un anclaje

Tipos de anclajes

Según su forma de trabajar• Anclajes pasivos• Anclajes activos

Según los elementos constituyentes del anclaje• Anclajes de barra• Anclajes de cables

Según el tiempo de servicio• Anclajes de provisionales• Anclajes permanentes

Según se efectúe o no reinyección del bulbo• Inyección única global (IU)• Inyección repetitiva (IR)• Inyección repetitiva y selectiva (IRS).

Tipos de anclajes

SEGÚN SU FORMA DE TRABAJAR

Anclajes pasivos:• No se pretensa el anclaje después de su instalación.• El anclaje entra en tracción al empezar a producirse la deformación

de la masa de suelo o roca.

Anclajes activos:• Una vez instalado se pretensa el anclaje hasta alcanzar su carga

admisible, comprimiendo el terreno entre el bulbo anclaje y la placade apoyo de la cabeza.

Anclaje mixto:• La estructura metálica se pretensa con una carga menor a la

admisible, quedando una fracción de su capacidad resistente enreserva para hacer frente a posibles movimientos aleatorios delterreno.

Tipos de anclajes

Fuente: Luis Ortuño

Tipos de anclajes

ANCLAJES DE BARRA: ACTIVOS O PASIVOS

- Roscadas: Facilidad de empalme y fijación

- Corrugadas: Precisan tornear roscas para fijación o empalmes.Fuente: Diwidag

Tipos de anclajes

Tipos de anclajes

- Anclaje constituido por uno o varios cables (torones)

- Cables compuestos por un conjunto de alambres de acero (usualmente 7)

Tipos de anclajes

Tipos de anclajes

Tipos de anclajes – Vida útil

SEGÚN SU TIEMPO DE SERVICIO

Anclajes provisionales:• Vida de servicio limitada• Depende de las normas: Generalmente entre 9 meses

a 2 años

Anclajes permanentes:• Vida útil mayor a 2 años• Se requieren de mayores coeficientes de seguridad• Mayor control (cargas , movimientos)• Mayor protección frente a la corrosión

Tipos de anclajes – Vida útil

BARRAS

Tipos de anclajes – Vida útil

CABLES

Tipos de anclajesSEGÚN SU APLICACIÓN EN FUNCIÓN DE SU TIEMPO DE SERVICIO

Esquema de un anclaje provisional

Tipos de anclajesSEGÚN SU APLICACIÓN EN FUNCIÓN DE SU TIEMPO DE SERVICIO

Croquis de la cabeza de un anclaje permanente

Tipos de anclajes – Inyección del bulbo

SEGÚN EL TIPO DE INYECCIÓN

Anclajes con inyección única global (IU):

• Se realiza una sola vez el taladro

• Baja presión de inyección mediante conducto que llega hasta el fondo

Anclajes con inyección repetitiva (IR):

• Se inyecta en varias fases a través de varios puntos.

• Previamente se realiza una inyección IU

Anclajes con inyección repetitiva selectiva (IRS):

• La inyección se ejecuta en varias fases a través de varios puntos, pudiendocontrolar en cada uno de ellos la presión y volumen alcanzados en cada fasede inyección.

• Previamente se realiza una inyección IU

Tipos de anclajes - Bulbo

CONSIDERACIONES SOBRE INYECCIONES DEL BULBO

• Las reinyecciones aumentan la capacidad del anclaje en la zona debulbo.

• Los anclajes del tipo IU suelen ser los más adecuados en rocas,terrenos cohesivos muy duros y suelos granulares.

• Los anclajes del tipo IR se emplean generalmente en rocas fisuradasblandas y en aluviales granulares gruesos e incluso finos.

• Los del tipo IRS se recomiendan en suelos con predominio de finos yde consistencia media-baja.

Acero de refuerzo

ACEROS

• El acero de los tirantes deberá cumplir las normativa establecida en cuantoa su calidad y resistencia.

• La cabeza del anclaje debe permitir tesar el tirante hasta la carga deprueba, o carga inicial. Deberá asimismo ser capaz de absorber el 100% dela tracción correspondiente al limite de rotura.

• Tensiones de trabajo:

- Anclajes permanentes: 60% del límite elástico

- Anclajes provisionales: 75 % del límite elástico

La cabeza del anclaje

L. Ortuño

Inyección

LECHADA DE CEMENTO

• Para formación del bulbo, usualmente se emplea una relaciónagua/cemento (a/c) en peso, comprendida entre 0,4 y 0,6. Dependiendodel terreno.

• Como protección anticorrosión de las armaduras, se recomienda unadosificación a/c no superior a 0,4.

• El cemento será resistente a la presencia de sustancias agresivas en elterreno (sulfatos).

• Se podrán utilizar aditivos para aumentar la manejabilidad y compacidadde la lechada, para reducir el agua libre y la retracción y para acelerar elfraguado. No deben contener más de un 0,1% en peso de cloruros, sulfatoso nitratos.

Inyección

Ejecución de la inyección

Ejecución de la inyección

Tipos de anclajes

PROCEDIMIENTO DE INYECCIÓN ÚNICA GLOBAL (ANCLAJES IU)

1. Colocación del tirante conel tubo para inyección.

2. Inyección de todo el taladrodesde el fondo hasta que salelechada limpia por la boca.

Tipos de anclajes

PROCEDIMIENTO DE INYECCIÓN REPETITIVA (ANCLAJES IR)

2. Inyección global IU, luegoinyección repetitiva del bulbo, através del circuito existente demodo simultáneo en todo elcircuito.

1. Colocación del tirante con el circuito

para inyección repetitiva.

Tipos de anclajes

PROCEDIMIENTO DE INYECCIÓN REPETITIVA Y SELECTIVA (ANCLAJES IRS)

1. Perforación y colocaciónde tubería con válvulas(tubos manguito)

2. Inyección del espesor anularentre tubería y perforación.Inyecciones repetitivas por lasválvulas comenzando por elfondo del taladro en cada fase.

3. Finalizada la inyección delterreno se introduce elanclaje en la tubería y seinyecta

Tipos de anclajes

Fuente: L. Ortuño

Ejecución de la inyección

Ejecución de la inyección

Fuente: L. Ortuño

Ejecución de la inyección

Fuente: L. Ortuño

Ejecución de la inyección

Ejecución: Cabeza y tensado

Ejecución: Cabeza y tensado

Ejecución de anclajes

INSTALACIÓN DE ANCLAJES PASIVOS

Fuente: Terratest Perú

Protección contra la corrosiónMATERIALES DE PROTECCIÓN

Todos los elementos de acero sometidos a tracción estarán protegidos contrala corrosión durante toda su vida útil. Este periodo define la clase deprotección.

• Elementos de protección:- Vainas y tubos de plástico: de 1mm de espesor para un diámetro interior

de 8cm; de 1.5mm para diámetros entre 8-12cm y de 2mm paradiámetros superiores a 12cm

• Lechada de cemento

• Productos viscosos- Ceras (del petróleo) o- Grasas que cumplan ciertas especificaciones

• Caperuzas- Metálicas o PVC

• En zona de bulbo:- Tubo corrugado de PVC o- Tubo corrugado con lechada de cemento

• En la zona libre:- Vaina de plástico por tendón relleno de un producto viscoso de

protección (grasa/cera)

• Enlace entre cabeza y zona libre:- Un tubo plástico o metálico fijo y solidario a la placa de anclaje. Se

rellenará con lechada de cemento o producto viscoso

• En la Cabeza:- Caperuza metálica revestida o galvanizada 3mm de espesor de pared o

caperuza rígida de plástico de 5mm de espesor mínimo fijada a placa deapoyo y rellenado con producto viscoso.

Protección contra la corrosiónZONAS DE PROTECCIÓN

DISEÑO DE ANCLAJES

Criterios de diseño:

• Para diseñar un anclaje se requiere conocer en primer lugar elvalor y dirección de los esfuerzos ejercidos por la estructura aanclar.

• Una vez determinadas las cargas de anclaje, se diseña:

- Inclinación y separación de anclajes- Se define el tipo de anclaje- Se define el material y sección del tirante- Longitud y diámetro del bulbo- Longitud libre

Diagrama de presión lateral en arenas - FHWA

H

H1

H1

Hn+1

pp

2/ 3H1

2/ 3H1

2/ 3Hn+1

2/ 3(H-H1)

1/ 3H

Th1Th1

Th2

Thn

H2

Hn

R R

(a) Muros con un nivelde anclajes

(b) Muros con múltiplesniveles de anclajes

HKH

LOAD TOTALp A

32

γ1n3

113

1 HH-H

LOADTOTALp

• Sobre la base de investigaciones realizadas por la FHWA.

• Apropiado para muros construidos en terreno firme.

• La altura máxima del muro se debe considerar el caso crítico.

• Consideran diagramas de presiones para muros con un anclajesimple o varios niveles de anclajes.

Diagrama de presión lateral en arenas - FHWA

DISEÑO: Verificación de la estabilidad global

Estabilidad global - Método de Equilibrio Límite

DISEÑO: INCLINACIÓN DEL TIRANTE

DISEÑO: INCLINACIÓN DEL TIRANTE

DISEÑO: ESTRUCTURAS DE REPARTO

DISEÑO: ESTRUCTURAS DE REPARTO

DISEÑO: ESTRUCTURAS DE REPARTO

Pantallas ancladas, Brasil

DISEÑO: ESTRUCTURAS DE REPARTO

Sostenimiento de talud con anclajes activos en la presa Limón(Proyecto Trasvase Olmos, Cajamarca 2011)

Fuente: J.Luis Carrasco

DISEÑO: SUPERFICIES DE FALLA

Tener presente la superficie crítica de deslizamiento Fuente: J.Luis Carrasco

DISEÑO: CARGAS DE SERVICO

Fuente: L. Ortuño

DISEÑO: CARGAS DE SERVICO

DISEÑO DE ANCLAJES

Verificación de la estabilidad interna

• La rotura parcial de la cabeza del anclaje o de la estructura aanclar, por exceso de tensión en los anclajes, o por fallo dealguno de estos últimos.

• La rotura del tirante a tracción (verificación de la tensiónadmisible)

• Verificación del deslizamiento dentro del bulbo

• Verificación frente al arrancamiento del bulbo(Deslizamiento bulbo - terreno)

DISEÑO DE ANCLAJES

Verificación por rotura en la cabeza del anclaje

• El ancho de la placa de reparto será al menos eldoble del diámetro de la perforación realizada y enningún caso inferior a 20 cm.(Usualmente 30x30cm)

• Su espesor será el suficiente para que no seregistren deformaciones apreciables durante eltesado y nunca menor de 1 cm .

DISEÑO DE ANCLAJES

Mayoración de las cargas actuantes

Siendo:

PN = carga nominal del anclaje, que es la mayor de:

a) La carga obtenida al realizar el cálculo de estabilidad global.b) La carga obtenida en el cálculo de los estados límite de

servicio, sin mayoración alguna.

F1 = Coeficiente de mayoración

PNd = Carga nominal mayorada del anclaje.

N1Nd .PFP TIPO DE ANCLAJE F1

Permanente 1.50

Provisional 1.20

DISEÑO DE ANCLAJES

Verificación de la tensión admisible del acero

Siendo:PNd = Carga nominal mayorada de cada anclaje.AT = Sección del tirante.fpk = Límite de rotura del acero del tirante.fyk = Límite elástico del acero del tirante.

Para la comprobación de la tensión admisible del acero del tirante se minorará latensión admisible en el tirante de forma que se cumplan simultáneamente lassiguientes condiciones:

25.1/f/AP pkTNd

10.1/f/AP ykTNd

30.1/f/AP pkTNd

15.1/f/AP ykTNd

Anclajes provisionales Anclajes permanentes

DISEÑO DE ANCLAJES

Verificación del deslizamiento tirante-bulbo

Siendo:PNd = Carga nominal mayorada de cada anclaje.pT = Perímetro nominal del tiranteAT = sección del tirante.Lb = longitud de cálculo del bulbo.

τlim = Adherencia límite entre el tirante y la lechada expresada en MPa.fck = Resistencia característica (a los 28 días) de la lechada expresada en Mpa.

Para esta verificación se minorará la adherencia límite entre el tirante y la lechada

que lo rodea en el bulbo, por el coeficiente 1.2.

1.2/ )p . (L / P limTbNd

2/3

cklim /22.5)(f 6.9

TT Ap .2

DISEÑO DE ANCLAJES

Verificación de la seguridad frente al arrancamiento del bulbo

Siendo:PNd = Carga nominal mayorada de cada anclaje.DN = Diámetro nominal del bulbo.Lb = Longitud de cálculo del bulbo.

aadm = Adherencia admisible frente al arrancamiento del terreno que rodea el bulbo.

Para la comprobación de la seguridad frente al arrancamiento del bulbo seminorará la adherencia límite del terreno que rodea al bulbo del anclaje para

obtener la adherencia admisible aadm. Se comprobará que:

admbNNd )L . D . ( / P a

DISEÑO: ADHERENCIA LÍMITE

DISEÑO: LONGITUD Y CARGA ULTIMA

DISEÑO: ADHERENCIA LÍMITE

FHWA-IF-99-015

DISEÑO: ADHERENCIA LÍMITE

FHWA-IF-99-015

DISEÑO: ADHERENCIA LÍMITE

FHWA-IF-99-015

DISEÑO: PANTALLA ANCLADA Y MURO MSE

DISEÑO PANTALLA ANCLADA Y MURO MSE

DISEÑO: PANTALLA ANCLADA Y MURO MSE

Fuente: FHWA-IF-99-015: Ground anchors and anchored systems

Diagrama de empujes

DISEÑO DE MURO MIXTO CON MSEDISEÑO: PANTALLA ANCLADA Y MURO MSE

T= DL = 500 KN; Se adopta el mayorE= Espaciamiento entre anclajes

Valores de Adherencia, ver referencias en cuadros y gráficos anteriores

1. Excavación

Secuencia de ejecución

Ejecución: Soil Nailing (Pasivo)

BrasilFuente: A. Sayao

2. Perforación

Usual:

f = 75 a 100 mm

Secuencia de ejecución

Fuente: A. Sayao

Fuente: A. Sayao

3. Instalación

Secuencia de ejecución

Fuente: A. Sayao

4. Inyección

Secuencia de ejecución

Fuente: A. Sayao

5. Fijación de la tela

Secuencia de ejecución

Fuente: A. Sayao

6. Fijación de la Cabeza

Secuencia de ejecución

Fuente: A. Sayao

Protección de la cabeza

25 75 50

Steel meshes

Steel bar

Grout

mm

Shotcrete

(Ortigão & Sayão 2004)

Barras f > 22mm

7. Concreto

Secuencia de ejecución

e = 7 a 15cm

Fuente: A. Sayao

Drenaje

Fuente: A. Sayao

8. Excavación

Secuencia de ejecución

Fuente: A. Sayao

Nails w/ 7 days curing time

Fuente: A. Sayao

Final de

Ejecución

Fuente: A. Sayao

DISEÑO: FALLA POR PULL OUT

Anclajes activos en portal de túneles

Anclajes activos en el portal de entrada de túnel (Carretera CotapataSanta Bárbara, Los Yungas La Paz Bolivia, 2008)

Fuente: J.L.Carrasco

GRACIAS !!!