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FACULTAD DE INGENIERÍA
Carrera de Ingeniería Civil
ANÁLISIS TÉCNICO DEL USO DE MUROS ANCLADOS Y EMPOTRADOS PARA EXCAVACIONES
PROFUNDAS EN SUELOS GRAVOSOS Y RELLENOS
Trabajo de Suficiencia Profesional para optar el Título Profesional
de Ingeniero Civil
JOAN HERNÁN UGAZ SÁNCHEZ
Asesor:
Jorge Cardenas Guillén
Lima - Perú
2018
ii
Tabla de contenido
Lista de Tablas………………..……………………………………………………………..ix
Lista de Figuras……………..…………………………………………..……………………x
1. CAPITULO I: GENERALIDADES DE LA EMPRESA ................................................................ 3 1.1. Datos Generales ................................................................................................................. 3 1.2. Nombre o Razón Social de la Empresa ................................................................................. 3 1.3. Ubicación de la Empresa ..................................................................................................... 3 1.1. Giro de la Empresa ............................................................................................................. 3 1.2. Tamaño de la Empresa ....................................................................................................... 3 1.3. Breve Reseña Histórica de la Empresa ................................................................................. 4 1.4. Organigrama Funcional de la Empresa ................................................................................ 5 1.5. Misión, Visión y Política ...................................................................................................... 5
Misión: ................................................................................................................................. 5 Visión: .................................................................................................................................. 6
1.6. Productos y Clientes ........................................................................................................... 6 Productos y servicios: .......................................................................................................... 6 Clientes.: .............................................................................................................................. 8
1.7. Premios y Certificaciones .................................................................................................... 8 1.8. Relación de la Empresa con la Sociedad .............................................................................. 8
2. CAPÍTULO II. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .............................................................. 9 2.1. Caracterización del Área en el que Participó ........................................................................ 9 2.2. Antecedentes y Definición del Problema ............................................................................. 9
Antecedentes ...................................................................................................................... 9 Problema General ............................................................................................................... 9 Problemas Específicos ......................................................................................................... 9
2.3. Objetivos del Informe ....................................................................................................... 10 Objetivo general ................................................................................................................ 10 Objetivos específicos ......................................................................................................... 10
2.4. Justificación ..................................................................................................................... 10 2.5. Alcances y Limitaciones .................................................................................................... 11
Alcances ............................................................................................................................. 11 Limitaciones ...................................................................................................................... 11
3. CAPÍTULO III. MARCO TEÓRICO ...................................................................................... 12 3.1. Estudios Relacionados al Informe ..................................................................................... 12 3.2. Estructura Teórica ............................................................................................................ 15
Ingeniería Geotécnica ....................................................................................................... 15 Estabilidad de Taludes ....................................................................................................... 16 Factor de Seguridad .......................................................................................................... 19
3.3. Muros Anclados ............................................................................................................... 20 Definición .......................................................................................................................... 20 Tipos de muros anclados según su tiempo de vida ........................................................... 21 Procedimiento constructivo .............................................................................................. 21 Condiciones potenciales de fallas para ser considerados en el diseño ............................ 25 Ventajas y desventajas ...................................................................................................... 28 Diseño Geotécnico ............................................................................................................ 29
3.4. Muros Empotrados ........................................................................................................... 38
iii
Definición .......................................................................................................................... 38 Procedimiento constructivo .............................................................................................. 39 Ventajas y desventajas ...................................................................................................... 45 Diseño geotécnico ............................................................................................................. 46
3.5. Zonificación Sísmica – Geotécnica de la ciudad de Lima ..................................................... 50 3.6. Cargas externas que afectan al diseño .............................................................................. 53
Coeficiente sísmico ............................................................................................................ 53 Sobrecargas del colindante ............................................................................................... 54 Obtención de propiedades del suelo ................................................................................ 56
4. CAPÍTULO IV. CASOS ANALIZADOS ................................................................................. 64 4.1. Caso Práctico de Diseño de Muros Anclados Gravoso: ....................................................... 64 4.2. Caso Práctico de Diseño de Muros Empotrados: ................................................................ 69 4.3. Características Geotécnicas de los Proyectos Analizados ................................................... 72
Vivienda multifamiliar ....................................................................................................... 72 Peaje vehicular .................................................................................................................. 73
5. CAPÍTULO V. ANÁLISIS Y RESULTADOS ........................................................................... 75 5.1. Muros Anclados ............................................................................................................... 75 5.2. Muros Empotrados ........................................................................................................... 81
6. CONCLUSIONES ............................................................................................................. 83 6.1. Conclusiones Generales .................................................................................................... 83 6.2. Conclusiones Muros Anclados ........................................................................................... 84 6.3. Conclusiones Muros Empotrados ...................................................................................... 84
7. RECOMENDACIONES ..................................................................................................... 85 7.1. Recomendaciones Para Muros Anclados: .......................................................................... 85 7.2. Recomendaciones Para Muros Empotrados: ..................................................................... 86
8. Referencias ................................................................................................................... 87
9. Anexos .......................................................................................................................... 89
iv
Lista de Tablas Tabla 1. Fallas locales del muro anclado. ...................................................................................... 26 Tabla 2. Fallas globales del muro anclado. .................................................................................... 27 Tabla 3. Ventajas y desventajas del uso de muros anclados .......................................................... 28 Tabla 4. Diagramas de presiones de tierras de Terzaghi y Peck para arenas (a), arcillas (b) y
arcillas blandas (c). ................................................................................................................. 31 Tabla 5. Diagramas de presiones para uno (a) y varios niveles de anclajes (b). ........................... 32
Tabla 6. Factor de mayoración de bulbo ........................................................................................ 37
Tabla 7. Factor de mayoración de bulbo ........................................................................................ 37
Tabla 8. Ventajas y desventajas del uso de muros empotrados ..................................................... 45 Tabla 9. Características sísmicas de las 5 zonas ............................................................................ 51
Tabla 10. Peso de materiales en calles ........................................................................................... 55 Tabla 11. Opciones de diseño para el software GGU. ................................................................... 66 Tabla 12. Opciones de diseño para el software geo5. .................................................................... 69
Tabla 13. Resumen de parámetros del estudio suelo. .................................................................... 73 Tabla 14. Resumen de parámetros del estudio suelo. .................................................................... 74
Tabla 15. Dimensiones de paños para los muros anclados en suelos gravosos.. ........................... 76 Tabla 16. Dimen de paños para los muros anclados en rellenos no controlados. .......................... 76 Tabla 17. Cubicación anclajes postensados para el Edificio Multifamiliar ................................... 77
Tabla 18. Cubicación anclajes postensados para el Peaje .............................................................. 78
Tabla 19. Tipos de muros empotrados para la vivienda multifamiliar ........................................... 81 Tabla 20. Tipos de muros empotrados para el peaje ...................................................................... 81
v
Lista de Figuras
Figura 1. Mapa de ubicación de la empresa en Lima. ...................................................................... 4 Figura 2. Organigrama de la Empresa .............................................................................................. 5 Figura 3. Talud, Suelo después falla .............................................................................................. 17 Figura 4. Falla circular ................................................................................................................... 18 Figura 5. Falla por cuña .................................................................................................................. 18
Figura 6. Análisis de estabilidad de taludes ................................................................................... 19 Figura 7. Componentes del anclaje ................................................................................................ 20 Figura 8. Proceso de abertura de paños .......................................................................................... 22 Figura 9. Proceso Constructivo de muros anclados ....................................................................... 23 Figura 10. Perforación de anclajes en proyecto en Lima. .............................................................. 24
Figura 11. Intercalado de Muros Anclado ...................................................................................... 25 Figura 12. Hallando la longitud libre del anclaje ........................................................................... 34
Figura 13. El método de áreas tributarias y el método de hinge o bisagra ..................................... 35
Figura 14. Ábacos para el cálculo de qs, para gravas y arenas ...................................................... 38
Figura 15. Esquema referencial de muro empotrado ..................................................................... 39 Figura 16. Grúa Excavadora ........................................................................................................... 40
Figura 17. Excavación de muros empotrados. ............................................................................... 41 Figura 18. Procedimiento de preparación de armadura. ................................................................. 43 Figura 19. Equipos necesarios para maniobra del izaje ................................................................. 43
Figura 20.Tuberia Tremie (a) y vaciado de concreto (b). .............................................................. 44 Figura 21. Construcción de viga de amarre .................................................................................... 45
Figura 22. Muro empotrado ........................................................................................................... 46 Figura 23. Factor de Seguridad del empotramiento “t” ................................................................. 47 Figura 24. Mapa de suelos de Lima ............................................................................................... 52
Figura 25. PGA para diferentes periodos de retorno ...................................................................... 54
Figura 26. Ficha Técnica ................................................................................................................ 55 Figura 27. Calicatas para el caso analizado de muros anclados. .................................................... 57 Figura 28. Perfil de suelo del proyecto. ......................................................................................... 58
Figura 29. Análisis granulométrico del proyecto ........................................................................... 59 Figura 30. Resultados del ensayo corte directo .............................................................................. 59
Figura 31. Antecedentes de corte directos en la grava de Lima. .................................................... 60 Figura 32. Calicatas para el caso analizado de muros empotrados. ............................................... 60 Figura 33. Perfil de suelo del proyecto. ......................................................................................... 61 Figura 34. Análisis granulométrico del proyecto ........................................................................... 62 Figura 35. Terreno antes de la ejecución del proyecto. .................................................................. 63
Figura 36. Planos de planta (a) y elevación (b) de muros anclados ............................................... 65 Figura 37. Salida zona 1 – estático ................................................................................................. 68 Figura 38. Corte de muro empotrado ............................................................................................. 70
Figura 39. Salida zona 1 – estático ................................................................................................. 71 Figura 40. Planos de ubicación del proyecto .................................................................................. 72 Figura 41. Ubicación del proyecto ................................................................................................. 73 Figura 42. Cortes de muros anclados para el edificio mutlfamiliar ............................................... 79 Figura 43. Cortes de muros anclados para el peaje ........................................................................ 80 Figura 44. Esquema referencial de los tipos muros ....................................................................... 82
vi
Introducción
En el presente trabajo de Suficiencia profesional realiza un análisis técnico de dos tecnologías de
estabilidad en la geotécnia aplicada: Muros anclados y muros empotrados. Donde, actualmente, el
primer método de estabilización es usado por Geofundaciones del Perú S.A.C en el 90% de sus
proyectos de excavaciones profundas.
Actualmente, los proyectos profundos se realizan en distritos como San Isidro, San Borja,
Lince, Magdalena, Miraflores, parte del Cercado de Lima, La Victoria, entre otros, que son zonas
que forman parte del cono de deyecciones de la grava Lima y para estabilizar, lo más común, es el
uso del sistema de muros anclados. Sin embargo, esto se verá afectado en un futuro por la
descentralización y comenzarán a crecer distritos como San Juan de Lurigancho, San Miguel, El
Callao, Rímac, donde su suelo en la mayoría de casos es bastante deformable a las posibles
excavaciones. Por esta razón, surge la iniciativa del área de oficina técnica de realizar un informe
de ambos métodos para cada tipo de suelos teniendo antecedentes proyectos similares.
Es así, que el presente informe se desarrollará de la siguiente manera, en el Capítulo 1 se
describe todo acerca de la organización, en el Capítulo 2 se definirá el planteamiento del problema,
en el Capítulo 3 se hablará de los antecedentes del informe y se explicará técnicamente la
definición, los procedimientos constructivos, ventajas y desventajas y la metodología de diseño
para ambos métodos de estabilización. Adicionalmente, se definirá cada tipo de suelo a estudiar y
se realizará una cuadro de comparación tipo de suelo vs. Sistemas de estabilidad.
En el Capítulo 4 se realizará dos casos prácticos aplicando el diseño con dos software
especializados en muros anclados y muros empotrados.
Finalmente, en el Capítulo 5 se realiza un análisis de los casos prácticos y cuáles fueron sus
resultados, así como también cuales son las conclusiones y se darán recomendaciones que podrían
influir en el diseño y en el proceso constructivo.
3
1. CAPITULO I: GENERALIDADES DE LA EMPRESA
Geofundaciones del Perú es una empresa dedicada a la geotecnia aplicada en el rubro de la
construcción civil brindando servicios de micro pilotaje, pilotaje, shotcrete, inyecciones, entre
otros. El ingreso anual es de aproximadamente 12 millones de dólares, cuenta con 40 trabajadores
en planilla de empleados y 50 trabajadores en planilla de construcción civil aproximadamente. Geo,
como es conocido comercialmente, cubre el mercado nacional con un 90% de sus proyectos en la
ciudad de Lima y el restante en distintas provincias. Geofundaciones cuenta con tecnología de
perforación e inyección Atlas Copco, Casagrande y Chemgrout provenientes de Suecia, Italia y
Estados Unidos correspondientemente (Geofundaciones, 2017).
El nombre de la Empresa es GEOFUNDACIONES DEL PERU SAC registrada con número de
RUC 2052073931. Siendo contribuyente de tipo Sociedad Anónima Cerrada (SUNAT, 2017).
El Domicilio Fiscal de la empresa se encuentra registrado en: Avenida Alameda San Marcos
Manzana A1-2 Lote 0 – Chorrillos – Lima – Lima(SUNAT, 2017). En la Figura 1 se muestra el
mapa de la ubicación.
Otras actividades especializadas de Construcción – Geotecnia Aplicada.
Según el tipo de empresa, la empresa está ubicada como Gran Empresa, ya que sus ventas anuales
logran una facturación mayor de 2,300 Unidades Impositivas Tributarias (UIT) (SUNAT, 2017).
4
Figura 1. Mapa de ubicación de la empresa en Lima.
Fuente: Google. (s.f.)[Mapa de ubicación Geofundaciones]. Recuperado el 02 de octubre, 2017 de:
https://www.google.com.pe/maps/place/GEOFUNDACIONES/@-12.194287,-
77.0140485,16.75z/data=!4m5!3m4!1s0x0:0xaa272e2ce6391898!8m2!3d-12.1948873!4d-77.0137753
Grupo Geofundaciones se fundó en el mercado internacional el año 1984. Geo, como es conocido
comercialmente, se especializa en el rubro ingenieril de geotecnia aplicada, teniendo en la cartera
de servicios la instalación de anclajes post tensados temporales y/o permanentes, micro pilotes,
pilotes, shotcrete e inyecciones. Así fue expandiéndose en mercado Americano, ofreciendo las
mismas soluciones en países como Panamá.
Sin embargo, no fue hasta el año 2009, donde fundó su sucursal en el Perú y ese mismo año
se independizó de dicho grupo, llamándose Geofundaciones del Perú S.A.C. Es aquí, donde la
empresa encuentra un nuevo desafío y al día de hoy se encuentra liderando el rubro de la geotecnia
aplicada trabajando con constructoras e inmobiliarias de gran prestigio del medio (Geofundaciones,
2017).
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La distribución de la empresa para el proyecto en estudio se desarrolló como se indica en la
Figura 2.
Figura 2. Organigrama de la Empresa
Fuente: (Geofundaciones, 2017) Organigrama elaborado por Recursos Humanos de Geofundaciones el año 2017
Misión:
“Contribuir al éxito de nuestros clientes, desarrollando sus proyectos con calidad en todos nuestros
procesos, manteniendo un ambiente laboral seguro y saludable, y cumpliendo con todos los
requisitos legales y contractuales aplicables a nuestras operaciones, promoviendo un clima
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empresarial abierto y de confianza con base en la innovación y mejora continua”. (Geofundaciones,
2017)
Visión:
“Ser reconocidos en el mercado nacional, como la mejor alternativa en soluciones de geotecnia
aplicada, mediante el permanente perfeccionamiento y la renovación continua de nuestro
conocimiento, tecnología y experiencia, para ofrecer un producto de calidad, con operaciones
seguras y respeto por nuestro entorno y marco legal, convirtiéndonos en el mejor socio estratégico
para nuestros clientes” (Geofundaciones, 2017)
Productos y servicios:
Entre los principales servicios que brinda Geofundaciones son las siguientes:
Anclajes. Son perforaciones con equipos especializados con longitudes mínimas de 8 metros y con
diámetros de 12.7 cm normalmente. Este sistema trabaja mediante la fricción del terreno con la
lechada, compensando el empuje activo con la fuerza de tensado de cada anclaje. Existen tipos de
muros anclados por su tiempo de diseño (temporal y permanente) y por la necesidad propios del
proyecto (pasivo y activo).
Micropilotes. Son sistemas utilizados en proyectos de cimentación, reparación, refuerzo,
contención, rehabilitación de estructuras preexistentes y consolidaciones de terrenos especialmente
en zonas de difícil acceso, con problemas de espacio o con la existencia de restricciones en la
cimentación tales como vibración, sobrecargas, sismo, etc. Normalmente, los micropilotes cuentan
con diámetros menores a 30 cm y según su empleo trabajan de distinta manera. En el caso de
cimentación, estos trabajan por fricción y en algunos casos por punta. En el caso de retención,
trabajan por corte, compensando el empuje activo con el empuje pasivo (empotramiento).
Inyecciones. Consiste en la inyección de una mezcla de cemento diseñada con el fin de rellenar
fisuras no accesibles en el terreno (subsuelo). Su principal función es aumentar y mejorar las
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propiedades físicas y mecánicas del suelo, otorgándoles hasta 400% más resistencia. La presión de
inyección se controla mediante el método GIN (Índice de Intensidad de Inyección).
Soil Nailing. Es un método que nos permite tratar taludes de diversos tipos de suelos y rocas, donde
se hace necesario dejar un corte de suelo auto soportante y estable en el tiempo. Esta técnica
consiste en armar el terreno con anclajes ya sea de cable y/o de barras de acero y/o tuberías, y unir
estos dispositivos en cabeza mediante un muro de hormigón armado vía malla metálica y que
generalmente lleva hormigón proyectado (Shotcrete).
Pilotaje. Se ha realizado numerosos proyectos de desarrollo urbano, marítimo y fluvial, en donde
hemos aplicado todas las técnicas y tecnologías existentes.
Para desarrollar este campo, Geofundaciones cuenta con una avanzada tecnología en construcción
de pilotes pre-excavados con sistema Kelly, pilotes pre-excavados con Hélice Continua, pilotes
Vibrados, pilotes prefabricados e hincados.
Shotcrete. Es un proceso donde una lechada es proyectada a alta velocidad por medio de una
manguera sobre una superficie, para conformar revestimientos de este material aumentándole la
estabilidad. La mezcla utilizada para este tipo de sistema de estabilización es relativamente seca y
se consolida por la fuerza del impacto, por esta razón cuentan con una consistencia apropiada y
resistencia anticipada en su estado fresco. Adicionalmente, en el tiempo desarrolla una fuerza de
compresión similar al hormigón normal o al hormigón de alta resistencia dependiendo de la
dosificación usada.
Drenes. Es un sistema de drenaje, facilita la salida de líquidos situados en terrenos con presencia
de nivel freáticos. Son perforaciones diámetro usualmente menores a 8 pulgadas, pero con gran
longitud. Son ejecutadas en el interior del terreno natural o de rellenos, dentro de las cuáles se
colocan generalmente tubos, que en la mayoría de los casos, serán ranurados o perforados. Cuando
se ejecutan en un desmonte, ladera natural o relleno, su inclinación suele ser próxima a la
horizontal, denominándose en consecuencia drenes subhorizontales. También pueden disponerse
con mayor inclinación, llegando incluso hasta la vertical en galerías de drenaje.
8
Ensayos y pruebas. Ensayos de carga para anclajes, nails, micropilotes y pilotes, en los casos en
que éstos son especificados o propuestos por Geofundaciones. Para el caso de los pilotes, se
construyen especialmente pilotes o anclajes de reacción y se carga el pilote a ensayar con gatos
hidráulicos de alta capacidad. En el caso de los anclajes post tensados, estos son ensayados uno por
uno hasta cargas superiores a la de servicio y dejados con una tensión de acuerdo a proyecto según
las normas correspondientes. Esto significa que la estabilidad del sistema adecuadamente
proyectado queda verificada en obra.
Toda la información indicada fue extraída de la página web de la empresa (Geofundaciones, 2017)
Clientes.:
La cartera de clientes de Geofundaciones en el Perú es bastante amplia, se nombrarán las empresas
más relevantes, en donde, en conjunto se realizaron proyectos de gran prestigio. Entre los clientes
de Geofundaciones están:
Graña y Montero
Grupo JJC
JE Contratistas
Cosapi
Obrainsa
No cuenta con premios y certificaciones.
Geofundaciones, al ser parte del rubro de geotecnia aplicada, es parte del sector construcción, por
lo que contribuye con el Producto Bruto Interno del país, brindando trabajo a más 80 trabajadores
y teniendo como proveedores a más 10 empresas abordando así un flujo económico para la
población peruana. (Geofundaciones, 2017)
9
2. CAPÍTULO II. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
El área laborada es el “departamento de oficina técnica y comercial”, donde, principalmente, se
encarga de darle flujo a la empresa, obteniendo proyectos. Dicha área tiene como responsable a un
ingeniero jefe de oficina técnico – comercial, un ingeniero de proyectos especiales, un ingeniero
de proyectos de anclajes post tensados y un técnico cadista (véase Figura 2) (Geofundaciones,
2017).
La labor asumida fue la de ingeniero de proyectos de anclajes post tensados, donde la
principal función era la del diseño geotécnico de diferentes proyectos de excavación profunda,
utilizando como principal herramienta un software geotécnico especializada y una hoja del cálculo
programado.
Antecedentes
El estudio de análisis de estabilidad de taludes en suelos con mediana densidad hace necesario no
solo contar con tecnologías ya conocidas en el medio como muros anclados, sino proponer distintos
métodos de estabilidad de taludes. Ante ello el ingeniero civil necesita conocer los métodos de
estabilización, en este caso se propone describir, analizar, desarrollar y comparar el método de
muros empotrados con el ya conocido muros anclados.
Problema General
¿Cuál son los sistemas de contención más adecuados para excavaciones profundas en suelos
gravosos y rellenos?
Problemas Específicos
¿Cuáles son los mecanismos de falla de los sistemas de contención en suelos gravosos y un relleno?
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¿De qué manera se diseñan los sistemas de contención en suelos gravosos y rellenos?
¿En qué circunstancias se utilizan los sistemas de contención en suelos gravosos y rellenos?
Objetivo general
Realizar un análisis comparativo entre un sistema de muros anclados y empotrados para estabilizar
excavaciones profundas en suelos gravosos y rellenos.
Objetivos específicos
Describir el método de diseño de muros anclados y muros empotrados para excavaciones profundas
con suelos gravosos y rellenos.
Realizar un análisis númerico de los métodos de muros anclados y empotrados para establecer el
método más viable en suelos gravosos y rellenos.
Realizar el diseño geotécnico para un proyecto utilizando sistema de muros anclados y muros
empotrados en suelos gravosos y rellenos.
Geofundaciones, en busca de ampliar sus productos para la ejecución de un sistema estabilidad en
suelos de mediana densidad, decidió hacer un análisis técnico de una nueva tecnología a nivel
nacional para estos tipos suelos. Actualmente los proyectos se están descentralizando de la zona
central de Lima, distritos como Magdalena del Mar, San Miguel, San Juan de Lurigancho, entre
otros, tienen un perfil estratigráfico muy similar, donde los primeros metros se encuentra un suelo
arcilloso continuando con suelo más denso.
11
Este primer estrato, normalmente, es bastante deformable por lo que es dificultoso utilizar
sistemas anclados, ya que al utilizar este sistema implica la excavación a un nivel considerable y
se podría ocasionar posibles deslizamientos por el peso colindante de cada proyecto.
He ahí donde se hace necesario una evaluación técnica entre el sistema de muros anclados y
muros empotrados para encontrar la solución más adecuada y segura para el tipo de suelo que
encontramos en esta zona atípica de Lima.
Alcances
El presente informe abarcara proyectos realizados en la ciudad de Lima, que contengan estratos
superficiales de suelo gravoso y/o relleno, y de esta manera, analizar los dos diferentes tipos de
estratigrafía.
El informe, para todos los casos del perfil estratigráfico, considera un suelo gravoso más
denso a mayor profundidad. Ya sea, en un inicio, grava o relleno.
Limitaciones
El presente informe estará limitado por la presencia de nivel freático en el perfil estratigráfico.
El análisis de los métodos de estabilización será por el Método de Equilibro Limite (LEM). Sin
embargo, ninguno de los dos métodos a realizar se analizará por dovelas.
Para muros anclados, se utilizará el método de cuña de Kranz, ya que el sistema de falla no es
circular.
Para muros empotrados, se utilizará el método de H. Blum, donde utiliza una sumatoria de
fuerzas y momentos para poder hallar el empotramiento óptimo para la estabilización
12
3. CAPÍTULO III. MARCO TEÓRICO
Se describirá algunas investigaciones, que serán utilizadas como reseña bibliográfica en este
informe.
Figueroa G., Rodríguez F., Zelada E. (2011), menciona que tiene como objetivo principal
desarrollar un manual que contenga las características, métodos de análisis y procedimientos de
cálculo que sean útiles para realizar estructuras de estabilización Soil Nailing, muros anclados y
sistemas de apuntalamiento gigante, cuyas aplicaciones son recientes en El Salvador.
Esta tesis tiene mucha relación respecto a lo que este informe busca. Contiene información
técnica sobre la característica, análisis, diseño y procedimiento constructivos de estabilización de
muros anclados. Donde fácilmente, se puede comprender y analizar el funcionamiento práctico de
dicho sistema. Toda esta información se deberá procesar y adaptarlo para la realidad del entorno
actual. El autor enfatiza concluyendo que, tal vez, el sistema de muros anclados no es usado con
frecuencia, ya que para El Salvador es más viable usar Soil Nailing, ya que se tiene tecnología y la
disponibilidad de equipo empleado en este sistema para su construcción están al alcance de algunas
empresas a nivel nacional especializadas en técnicas de retención de suelos, comparada con las
otras técnicas.
Suarez F. (2006), este libro investigación, específicamente el capítulo cuatro, se enfoca
íntimamente en estructuras anclados pretensadas donde describe el funcionamiento de dicho
sistema, describiéndonos las ventajas y desventajas del uso de muros anclados. Además realiza el
análisis de diseño, el proceso constructivo, sus consideraciones finales con el fin de estandarizar
una guía de apoyo para el uso del sistema de muros anclados.
Asimismo, cuenta con información muy bien acotada de FHWA - Federal Highway
Administration, con lo que su contenido es de bastante ayuda. Unas de los puntos clave para
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considerarlo en el presente informe es que hace un análisis del por qué el diseño de muros anclados
tiene una metodología o manera de analizar que no existe universalmente aceptada de cuál sería la
forma correcta de asignar las fuerzas para el análisis de estabilidad, por lo tanto cada software que
realiza el modelo de muros anclados tiene su propio método y debemos conocerlo para hacer un
buen análisis.
Saucedo M., Raygada L., Matos G. (2010) mencionan que el sistema del muro anclado se posicionó
en la ciudad de Lima como una de las principales tecnologías para realizar los trabajos de
estabilización de excavaciones profundas en proyectos urbanos. Esto se debe, principalmente, a las
características del suelo gravosas semi densas a densas que presenta Lima, especialmente en las
zonas de mayor concentración de construcciones profundas y altura como Miraflores y San Isidro.
Según esta introducción mencionada por los autores, el paper trata sobre un caso práctico en
el proyecto de oficinas llamado Los Cipreses, donde realizan un diseño de los muros anclados
describiendo consideraciones en el propio diseño y en el proceso constructivo. Finalmente, optan
por realizar un monitoreo en los bulbos para comprobar las deformaciones estimadas en su diseño.
Saucedo M., Raygada L., Matos G. (2010), concluyen este paper indicando que la tecnología
de sistemas de estabilización mediante muros anclados es un método que permite lograr
profundidades considerables de excavación controlando las deformaciones del suelo. Por otro lado,
los muros anclados permiten minorar el tiempo de ejecución ya que utilizar los mismos muros
como estructuras definitivas. Asimismo, con la tecnología de ensayos de laboratorio y campo que
se maneja hoy en día se puede obtener optimizaciones al diseño realizando pruebas a dicho sistema.
Esta retroalimentación permitirá calibrar todos los parámetros que los autores utilizan para el
cálculo de sus proyectos, permitiendo realizar diseños cada vez más cercano a nuestra realidad.
Callejas F. (2011), realiza una tesina respecto a muros empotrados o más conocido como muros
pantallas, donde menciona que tiene como objetivo dar a conocer el procedimiento constructivo
del muro pantalla, además de dar un panorama de los problemas y soluciones que se presentan en
la construcción.
14
Dicha tesina, tiene la particularidad de que puede ser usada como una guía práctica, donde
menciona el uso del muro empotrado, los trabajos preliminares que se tienen que realizar para
comenzar la elaboración, los procedimientos constructivos y las posibles problemáticas, el control
de calidad y, adicionalmente, agrega un punto donde agrega los trabajos posteriores, el cual es
referido a la “coronación” o a la unión del muro empotrado con la viga de sostenimiento.
Finalmente, el autor da recomendaciones bastantes importantes relacionadas a la supervisión
de los trabajos en obra y respecto a la seguridad que se debe de tomar, ya que dichos trabajos son
realizados con equipos de gran magnitud.
Ilies N. Farcas, Pop M. (2014), realizaron un documentos investigativo, realizado para “The 8th
International Conference Interdisciplinarity in Engineering” en Rumania, mencionando que en los
últimos años se estaba incrementando, de buena manera, la solución constructiva de muros
diafragma para edificios profundos. Donde su propósito es indicar las diferencias de los métodos
de diseño para muros diafragma.
El autor inicia esta investigación refiriéndose al clásico método de Blum, que fue
desarrollado en 1931 y lo compara con los resultados calculados a través del método de elementos
finitos (FEM) y el método de reacción de la subrasante (SRM) y concluye que el tipo de método a
usar depende de los parámetros geotécnicos que nos otorgue el informe mecánico de suelos. Sin
embargo, los resultados que obtuvieron en esta investigación dan la posibilidad de establecer que
un método simple (Equilibro Limite-Método de Blum) podría dar una resultado bastante cercano
y que con esto, se optimizará el tiempo de elaboración de diseño y reducir costos en dicha etapa.
Por otro lado, acota que el aspecto más importante es que el muro empotrado mejore la estabilidad
de los proyectos y se optimice el uso de los espacios en las ciudades.
Sanhueza, C. (2008), en su tesis doctoral busca establecer criterios y parámetros de diseño para la
construcción de muros pantallas o empotradas continuas para la ciudad de Madrid y con esto
ajustar a la realidad el comportamiento de las obras ejecutadas. Además tiene como objetivos
15
analizar los diferentes modelos de cálculo que existen, realizar predicciones del comportamiento
de pantallas mediante modelos de cálculo numérico e interpretar los resultados reales obtenidos en
la instrumentación.
Para lo que se está enfocando este informe, la información obtenida en esta tesis doctoral es de
bastante aporte, ya que explica claramente los criterios de diseño para los muros empotrados y
permite, con casos que se realizaron en la ciudad de Madrid, asociarlos a nuestra realidad. La autora
menciona en unas de sus conclusiones que el método de Blum es una hipótesis bastante simple y
práctica, que ayuda a resolver los casos por medio de las teorías de equilibrio limite.
Ingeniería Geotécnica
La ingeniería geotécnica es la rama de la ingeniería civil que investiga el comportamiento mecánico
del suelo y/o rocas, donde se pretende realizar proyectos tales como vivienda multifamiliar, túneles,
carreteras, presas, relaves, entre muchos otros. Por esta razón, los ingenieros geotécnicos, además
de tener conocimientos sobre la ingeniería civil, poseen conocimientos geofísicos que permiten un
mayor entendimiento del comportamiento del suelo y/o roca.
Según Saez, E. (2010), principalmente, los ingenieros geotécnicos, se enfrentan a cuatro (4)
grandes proyectos:
Las cimentaciones. Dentro de las líneas de investigación podemos encontrar las fundaciones
superficiales y las cimentaciones profundas. Ambas, su función principal es la transmisión de
cargas al terreno resistente. Lo que diferencia el uno del otro, es la estratigrafía donde se pretende
cimentar; si el suelo cuenta con características buenas, es recomendable usar cimentaciones
superficiales, si esto no cumple, se usaran cimentaciones profundas tales como pilotes, micropilotes
(Sáez, 2010).
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Las presas de tierra. Esta área de la geotécnia implica utilizar el propio suelo y/o roca como material
de construcción controlando sus propiedades mecánicas. Las presas de tierra, son unas de los
proyectos más complejos, ya que el suelo y/o roca se encuentran en constante contacto con el agua
ocasionando pérdidas de propiedades en el suelo y posibles erosiones en la roca, produciendo
potenciales deslizamientos (Sáez, 2010).
La estabilidad de taludes. Los taludes se manifiestan de forma natural o por mano de obra del
hombre. Generalmente esta falla o deslizamiento son calculados y el trabajo de ingeniero es
ciertamente calcular esta superficie de falla potencial y luego calcular inclinación óptima para
prever dichos deslizamientos (Sáez, 2010).
Los proyectos de contención. Cuando un talud cuenta con demasiada profundidad o el ángulo de
estabilización interfiere con alguna estructura aledaña, es indispensable el uso de sistemas de
sostenimientos o contención. Es donde aquí el ingeniero geotécnico plantea diferentes sistemas de
sostenimiento tales como muro pantallas, muro de gravedad, muros de pilotes, tablestacados,
muros anclados, muros empotrados, entre otros (Sáez, 2010).
Debido a que el informe se orienta a sistemas de sostenimiento y estabilidad de taludes, se
explayará los temas de estabilidad de taludes y proyectos de sostenimiento
Estabilidad de Taludes
Para Das, B. (2014) un talud o pendiente no restringida consiste en una superficie de terreno
expuesta situada a un ángulo con la horizontal, que puede ser natural o construido. Si dicha
superficie no es horizontal, una componente de la gravedad ocasionará que el suelo se mueva hacia
abajo, tal como se muestra en la Figura 3.
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Figura 3. Talud, Suelo después falla
Fuente: (Das, 2014)Fundamentos de Ingeniería Geotécnica
Das, B. (2014) acota que si la componente de la gravedad es suficientemente grande, sucederá
lo que llamamos la falla del talud; en otras palabras, la masa de suelo en la zona ABCDE (véase
Figura 3) se deslizará hacia abajo. La fuerza actuante vence a la fuerza resistente de la resistencia
al corte del suelo a lo largo de la superficie de ruptura. Y es a partir de aquí donde fluye otro término
bastante importante para este informe: Factor de Seguridad.
US Army Corps of Engineers (2003) menciona que todos los análisis de estabilidad por equilibro
limite requieren de una superficie de falla potencial con el fin de calcular el factor de seguridad.
Por otro lado, se sabe que las superficies de fallas dependen de la geometría, la estratigrafía, las
características anisotrópicas y las capacidades del procedimiento de análisis utilizado.
Normalmente se discute tres tipos de mecanismos de falla:
Esta superficie de falla potencial, por lo general, se considera en estratigrafías homogéneas y
permite al diseñador realizar sumatoria de momentos en el centro del círculo facilitando el
cálculo (ver Figura 4). Normalmente, para estas superficies de falla se utiliza el método de
fellenius (o método ordinario) y el método simplificado de bishop.
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Figura 4. Falla circular
Fuente: (US Army Corps of Engineers, 2003). Slope Stability
Esta superficie de cuña considera tres zonas: cuña activa, cuña central y cuña pasiva (ver Figura
5). Por lo general, utilizan esta superficie de falla cuando la superficie de falla crítica incluye un
segmento con un material “débil” limitado por un material “más fuerte”.
Figura 5. Falla por cuña
Fuente: (US Army Corps of Engineers, 2003). Slope Stability
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Factor de Seguridad
Valiente R., Sobrecases S., Díaz A. (2015) definen como factor de seguridad (FS) la relación entre
fuerzas/momentos resistentes y fuerzas/momentos desequilibrantes y es obtenido a partir del
método de equilibrio limite, que consiste en dividir la masa de terreno potencialmente inestables
en rebanadas verticales. Una vez calculado el valor de FS para una determinada curva de rotura
potencial, se repite el proceso para otra distinta, y así sucesivamente hasta obtener un valor mínimo
de FS (ver Figura 6).
Figura 6. Análisis de estabilidad de taludes
Fuente: (Das, 2014) Fundamentos de ingeniería geotécnica
Dicho factor de seguridad se puede representar en la siguiente ecuación.
𝐹𝑆 =𝜏𝑓
𝜏𝑑 Ec. 1.1
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Donde:
𝜏𝑓 = Resistencia media del suelo al corte.
𝜏𝑑 = Esfuerzo cortante promedio desarrollado a lo largo de la superficie potencial de falla.
Definición
Figueroa G., Rodríguez F., Zelada E. (2011), define los muros anclados como un sistema que se
utiliza para estabilizar excavaciones profundas. Dicho sistema se sostiene por varios cables o
anclas pre tensadas o post tensadas, trasmitiendo una carga de tensión a suelos. Generalmente se
coloca sobre la cara de un muro, una carga de tensión a través de un cable anclado a un bulbo
cementado a profundidad dentro del talud. Los Componentes básicos del anclaje son la longitud
libre, longitud bulbo y la cabeza anclaje (Véase Figura 7).
Figura 7. Componentes del anclaje
Fuente: Ground Anchors and Anchored Systems, Geotechnical Engineering Circular N°4.
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Tipos de muros anclados según su tiempo de vida
El objetivo principal de este sistema confinar el suelo de un corte garantizando la estabilidad de
cualquier excavación efectuada para construcciones profundas en cajón. Según su tiempo de vida
útil se puede clasificar de dos maneras:
Según la Norma Española UNE-EN-1537 (2001) la duración es estos muros temporales son como
máximo de dos años y que los elementos de acero del anclaje deberán tener un recubrimiento de
protección que prevea la corrosión durante una duración mínima de 2 años.
Según la Norma Española UNE-EN-1537 (2001) la duración es estos muros temporales son
mayores a dos años y que los elementos de acero del anclaje deberán tener una protección contra
la corrosión que deberán estar formadas por una capa continua de un material anticorrosivo que no
se degrade durante la duración prevista en el diseño.
Procedimiento constructivo
El proceso básico de construcción de muros anclados consiste en la coordinación de la excavación,
la perforación e instalación del anclaje, construcción del muro y tensionamiento del mismo, de la
eficiencia del desarrollo de estas etapas depende el descenso seguro de la excavación hacia la cota
de cimentación.
A continuación se describirá el proceso constructivo para cada etapa:
Excavación. Para el inicio de los trabajos se deberá desarrollar la partida de la excavación de
acuerdo a los planos de diseño. En todos los niveles se deberá excavar hasta 1.5 metros por debajo
de la cota del anclaje, de manera que los equipos de perforación puedan pararse adecuadamente en
frente del talud y hacer su trabajo de forma segura.
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Se excavará los módulos o paños de la fila de forma intercalada en contorno a la excavación,
se dejará una berma o banqueta de 1.0m en la corona y 1,5 en la base por el ancho del módulo
correspondiente, tal como se muestra en la Figura 8.
Figura 8. Proceso de abertura de paños
Fuente: (Geofundaciones, 2017) Procedimiento constructivo de los muros anclados
Para poder descender al siguiente nivel de anclajes, solo se podrá hasta que el anterior anillo
este tensionada. En la Figura 9, se ilustra el procedimiento a seguir para dos filas de anclajes, este
proceso será para los (N) filas que se necesite anclar.
Perforación e inyección de los anclajes. Normalmente la perforación sobre banquetas se realiza
continuamente, sin embargo también se puede realizar intercaladamente según el proceso de
abertura de paños con finalidad de hacer un tren de trabajos y optimizar el rendimiento de los muros
anclados.
23
1era Etapa: Excavación 2da Etapa: Perforación e inyección de
anclaje
3era Etapa: Abertura de Paño 4ta Etapa: Armadura y concreto de muro
5ta Etapa: Tensado de anclajes 1era Etapa: Excavación del siguiente nivel
Figura 9. Proceso Constructivo de muros anclados
Fuente: (Geofundaciones, 2017) Procedimiento constructivo de los muros anclados
Una vez verificado los ángulos, las longitudes de los anclajes, se procede a la perforación, la
introducción del anclaje e inyección. Cabe señalar que la perforadora va retirando las camisas de
revestimiento a la par de la inyección. En la Figura 10, se muestra el momento preciso de la
perforación del anclaje en un proyecto en Lima.
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Se recomienda siempre verificar el ángulo y la longitud de perforación, ya que de este
depende el producto final y permite realizar un buen tensado. Para el bulbo, se recomienda dejar
madurar por lo menos 5 días.
Figura 10. Perforación de anclajes en proyecto en Lima.
Fuente: (Geofundaciones, 2017) Proyectos en Lima. Perforación.
Construcción de muros. Para la construcción del primer nivel de anillo, se debe realizar de 1
muro en 1 muro intercalados, tal como se muestra en la Figura 11. Después de desencofrar,
apuntalar debidamente o contener con material de excavación, a espera de tensionamiento.
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Figura 11. Intercalado de Muros Anclado
Fuente: (Geofundaciones, 2017) Proyectos en Lima.
Realizado los primeros muros intercalados, se podrá hacer los muros faltantes. En este paso se debe
tener presente que es necesario que los muros previos estén debidamente apuntalados o tensionados
para realizar los intermedios tal como se mencionó previamente. Siguiendo el proceso, para realizar
el segundo nivel, el primer nivel debe de estar tensado en su totalidad.
Toda la información indicada fue extraída del área de producción de la empresa.
(Geofundaciones, 2017)
Condiciones potenciales de fallas para ser considerados en el diseño
La idea de construir un muro anclado es mantener el suelo internamente estable, logrando una
capacidad de servicio adecuado y sea segura contra condiciones potenciales de falla en el diseño.
Por esta razón, clasificaremos en dos grandes grupos las posibles condiciones potenciales de falla
con el fin de ponerle hincapié en esos aspectos y asegurar nuestro diseño de muros anclados.
26
Tabla 1. Fallas locales del muro anclado.
Fuente: (Federal Highway Administration, 1999) Ground Anchors and Anchored Sistems
Fallas Locales
Falla de la longitud libre del anclaje
El anclaje no deja de ser hecho de acero, por lo que
la falla ocurre principalmente cuando la carga de
tensionamiento excede a la carga de rotura. Por esta
razón la recomendación es utilizar 60% de la carga
de rotura especificada en su ficha técnica.
Falla de capacidad de bulbo
La interacción entre suelo-bulbo se estresa
progresivamente en suelos uniformes a medida que
se transfiere la tensión a lo largo de la longitud del
bulbo. Inicialmente, cuando se tensa el anclaje, la
porción de la longitud de bulbo más cercana a la
aplicación de carga se alarga y transfiere la carga al
suelo. Durante este proceso, el anclaje continúa
alargándose para estresar zonas de bulbo más
profundas. Una vez que la tensión se transfiere al
final de la zona de unión y se supera la unión final
de la tierra-lechada, se produce un fallo de anclaje
por capacidad de bulbo.
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Fallas Locales
Falla entre de bulbo y longitud libre
Ocurre cuando hay desplazamientos relativos entre
el acero y la lechada del bulbo, generado por la
pérdida de adherencia entre ambos.
Falla por flexión
Estructuralmente, esta falla es provocada por la
distribución depresiones activas que se plantean en
el diseño en el análisis de interacción suelo –
estructura.
Tabla 2. Fallas globales del muro anclado.
Fuente: (FHWA Ground Anchors and Anchored System)
Fallas Globales
Falla por Volcadura
La falla de rotación de un muro es debido al
exceso de momentos actuantes respecto al
momento resistente. Lo recomendable es analizar
este volteo en distintos puntos a diferentes
profundidades.
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Fallas Globales
Fallo Global Rotacional
Es provocado cuando no se hacen análisis
necesarios de la estabilidad global en el sistema.
Fallo por deslizamiento Global
Para evitar estos tipos de fallas tenemos que tener
en cuenta un análisis donde involucren tanto las
fuerzas actuantes en la base de nuestra estructura
de retención como la resistencia del suelo.
Ventajas y desventajas
Las Ventajas y desventajas se muestran en la tabla 3.
Tabla 3. Ventajas y desventajas del uso de muros anclados
Fuente: Elaboración propia
Ventajas Desventajas
Al usar los muros anclados, estos ya forman
parte del sistema estructural permanente del
proyecto.
El rendimiento de este sistema de
estabilización es reducido.
El proceso constructivo de es de arriba hacia
abajo evitando otros sistemas de
estabilización.
No es recomendable para suelos difíciles en
condiciones agresivas, ya que puede
influenciar en la conformación del bulbo, que
es la zona más importante del sistema.
Para suelos blandos, se complica el uso de este
sistema, ya que por los mismos parámetros de
dichos suelos pueden causar grandes
deformaciones.
En caso no se haga un monitoreo al vecino,
puede interferir con estructuras adyacentes.
29
Diseño Geotécnico
Muros anclados sin desplazamiento:
Actualmente, las construcciones profundas son el pan de cada día en nuestro país y normalmente
en la gran mayoría de proyectos nos topamos con viviendas realizadas con albañilería, adobe y en
un porcentaje menor con concreto armado. Por razón, para el diseño de muros anclados en los
proyectos profundos no podemos permitirnos, como ingenieros civiles, deformación del suelo y
por consecuencia posibles fisuras a viviendas vecinas por asentamientos.
Para este análisis, usaremos el cálculo de la carga total de tierras (𝑇𝐿), que es hallado en la
compararación del coeficiente de reposo (𝐾𝑜) y el coeficiente de Rankine modificado (𝐾𝑎𝑚𝑜𝑏).
Este último, generalmente, es afectado por el 1.5 de la resistencia al corte del suelo (Ø y c) (Federal
Highway Administration, 1999).
Por Rankine modificado afirmamos que:
∅𝑚𝑜𝑏 = 𝑡𝑎𝑛−1 (
tan ∅
𝐹𝑆)
Ec. 3.1
𝑐𝑚𝑜𝑏 =𝑐
𝐹𝑆 Ec. 3.2
Donde:
∅𝑚𝑜𝑏 = Ángulo de fricción interna del suelo afectado por un factor de seguridad (º)
∅ = Ángulo de fricción interna del suelo (º)
FS = Factor de seguridad de 1.5
𝑐𝑚𝑜𝑏 = Cohesión del suelo afectada por un factor de seguridad (𝐾𝑁 𝑚2⁄ )
c = Cohesión del suelo (𝐾𝑁 𝑚2⁄ )
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Para poder obtener la carga de presiones activas del suelo, debemos hallar KAmob:
𝐾𝐴𝑚𝑜𝑏 =1 − 𝑠𝑒𝑛∅𝑚𝑜𝑏1 + 𝑠𝑒𝑛∅𝑚𝑜𝑏
Ec. 3.3
Seguidamente se halla 𝑇𝐿:
𝑇𝐿 =1
2𝐾𝐴𝑚𝑜𝑏 ∗ 𝛾 ∗ 𝐻
2 Ec. 3.4
De los experimentos y la relación derivada teóricamente de Jaky, J. (1994), se usa la ecuación
para el cálculo de la presión en reposo representada por 𝐾𝑜:
𝐾0 = 1 − 𝑠𝑒𝑛∅ Ec. 3.5
Seguidamente se halla 𝑇𝐿:
𝑇𝐿 =1
2𝐾0𝛾𝐻
2 Ec. 3.6
Donde:
𝐾𝐴𝑚𝑜𝑏= Coeficiente de presión de tierras en condición activa movilizada
𝐾 = Coeficiente de presión de tierras en condición de reposo
𝑇𝐿 = Carga total debida a la presión de tierra (𝐾𝑁 𝑚⁄ )
Diagramas aparentes de presión de tierra:
Otra forma de calcular la carga total de tierras es a través de los diagramas aparentes de presión
de Terzagui y Peck, que dependen del tipo de suelo que se considere. A continuación se muestra
los diagramas representativos en la tabla 4.
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Tabla 4. Diagramas de presiones de tierras de Terzaghi y Peck para arenas (a), arcillas (b) y arcillas blandas (c).
Fuente: (Federal Highway Administration, 1999) Ground Anchors and Anchored Systems
Arenas Arcillas Arcillas Blandas
(a) (b) (c)
Donde:
H = Altura del muro (m)
𝐾𝐴 = Coeficiente de presión activa de tierras
γ = Peso específico del suelo (𝐾𝑁 𝑚3⁄ )
𝑆𝑈 = Resistencia al corte no drenada (𝐾𝑁 𝑚2⁄ )
C =Cohesión del suelo (𝐾𝑁 𝑚2⁄ )
Φ = Angulo de fricción interna del suelo (º)
P = Presión del suelo según Terzaghi y Peck
Siguiendo con la orientación de este informe y por recomendación de la FHWA se utilizará
el diafragma aparente correspondiente a la arena (véase tabla 4(a)). Este diagrama trapezoidal se
usa, ya que se asemeja con demasía a los resultados en campo. Sin embargo, los valores de carga
de presión total para suelos granulares deben ser convertidos a diagrama modificados para uno o
más anclajes según se muestra en la tabla 5.
32
Para muros con un solo nivel de anclaje se considera:
𝑃 =𝑇𝐿23𝐻
≈ 𝐾𝐴. γ. H Ec. 3.7
Para muros con varios niveles de anclaje se considera:
𝑃 =𝑇𝐿
𝐻 −13𝐻1 −
13𝐻𝑛+1
Ec. 3.8
Donde para ambos casos:
P = Carga de presión estabilizadora del corte 𝐾𝑁 𝑚2⁄
Tabla 5. Diagramas de presiones para uno (a) y varios niveles de anclajes (b).
Fuente: (Federal Highway Administration, 1999) Ground Anchors and Anchored Sistems
Muros con un solo nivel de anclajes Muros con varios niveles de anclajes
(a)
(b)
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Cálculo de presión de sobrecargas
Para poder hallar la presión que ejerce la sobrecarga horizontalmente, se multiplica por el
coeficiente K. Este coeficiente de presión depende del estado del suelo en el que se analiza (Ko,
Ka o KAmob) y que su vez estos dependen del factor de seguridad del sistema.
𝑃𝑠 = 𝑞𝑠. 𝐾 Ec. 3.9
Donde:
Ps = Presión de sobrecargas horizontal
qs = Sobrecarga
Cálculo de longitudes de los anclajes
Como primera condición, Sabatini y otros (1999), recomiendan que la longitud de un anclaje no
debe de ser menor a 9 metros ni mayor a 45 metros, ya que a partir de ese punto pierde la eficiencia
adecuada con la que debería trabajar y por consecuencia no es económicamente rentable. El anclaje
está conformado por tres zonas: Longitud de bulbo (Lb), longitud libre (Lf) y longitud de tensado
(Lt). Para fines de diseño, la longitud o la zona de bulbo debe localizarse por detrás de la falla
crítica tal como se muestra en la Figura 12.
Rankine, establece que la superficie crítica de falla se halla desde la horizontal de la excavación
con un ángulo de 45° + ∅𝑚𝑜𝑏/2 hasta la superficie (véase Figura 9). Asímismo, se recomienda
que la longitud libre sobrepase esta superficie crítica de falla entre el mayor valor de 1.5 metros o
la quinta parte de la altura de excavación (H/5). Esto nos ayudará a preservar que el la longitud
libre no asuma cargas que el bulbo debería de tomar.
34
Figura 12. Hallando la longitud libre del anclaje
Fuente: (Federal Highway Administration, 1999). Ground Anchors and Anchored Sistems
Para hallar la longitud libre del primer nivel de anclaje, se usa la ley de senos llegando a la
siguiente expresión:
𝐿𝐿1
𝑆𝑒𝑛(45° −∅𝑚𝑜𝑏2 )
=ℎ
𝑠𝑒𝑛 [180 − (90 − 𝛹) − (45 −∅𝑚𝑜𝑏2 )]
Ec. 3.10
Donde:
𝐿𝐿1 = Longitud libre del anclaje hasta la superficie de falla de 45º+Φmob/2 (m)
h = Altura del muro desde el anclaje analizado (m)
Ψ = Ángulo de inclinación del anclaje (°)
∅𝑚𝑜𝑏 = Ángulo de fricción del suelo afectado por el factor de seguridad (º)
Una vez obtenido la longitud libre del anclaje hasta la superficie de falla, se procede a la suma del
coeficiente “X”, quedando la expresión de la siguiente manera:
𝐿𝐿 = 𝐿𝐿1 + 𝑋 Ec. 3.11
35
Cálculo de fuerzas de anclajes
La FHWA menciona que existen dos métodos para poder calcular las fuerzas de anclaje mediante
las envolventes de presión: El método de áreas tributarias y el método de hinge o bisagra, las cuales
permiten calcular manualmente sistemas estáticamente indeterminadas (véase Figura 13).
Figura 13. El método de áreas tributarias y el método de hinge o bisagra
Fuente: (Federal Highway Administration, 1999) Ground Anchors and Anchored Sistems
Ambos métodos mencionados, que utilizan los diagramas de presión de tierra, proporcionan las
cargas de anclaje al suelo y momentos de flexión en la pared con un buen estimado. Sin embargo,
se tomará el método de área tributaria, que a partir de dichos diagramas obtenemos las siguientes
fórmulas para calcular las componentes horizontales de la fuerza del anclaje incluyendo una
sobrecarga uniforme:
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𝑇𝐻1 = [2
3𝐻1 +
1
2𝐻2] ∗ 𝑃 + (𝐻1 +
𝐻22) ∗ 𝑃𝑆
Ec. 3.12
𝑇𝐻2 = [1
2𝐻2 +
1
2𝐻𝑛] ∗ 𝑃 + (
𝐻22+𝐻𝑛2) ∗ 𝑃𝑆
Ec. 3.13
𝑇𝐻𝑛 = [1
2𝐻𝑛 +
23
48𝐻𝑛+1] ∗ 𝑃 + (
𝐻𝑛2+𝐻𝑛+12) ∗ 𝑃𝑆
Ec. 3.14
Asimismo obtenemos la reacción en la base del muro con la siguiente fórmula:
𝑅𝐵 = [3
16𝐻𝑛+1] ∗ 𝑃 + (
𝐻𝑛+12) ∗ 𝑃𝑆
Ec. 3.15
Cálculo de longitud de bulbo de anclajes
Finalmente, luego de calcular la longitud libre y la carga del anclaje, se procede al cálculo de la
longitud del bulbo. Bustamante, M. (1986), menciona que para la determinación de la longitud de
bulbo, el método propuesto toma en consideración los estudios relativos al mecanismo de
resistencia a los esfuerzos a lo largo del bulbo y del mecanismo de ruptura, por lo que plantea la
siguiente ecuación principal (ver Ec. 3.16) para obtener la capacidad de bulbo, que es la resistencia
de carga por metro lineal de bulbo.
𝑇𝐿𝐵 = 𝜋 ∗ 𝐷𝑠 ∗ 𝛼 ∗ 𝑞𝑠 Ec. 3.16
Donde:
𝑇𝐿𝐵 = Capacidad de bulbo
Ds = Diámetro de perforación
37
𝛼 = Factor de Mayoración del bulbo
𝑞𝑠 = Fricción lateral límite unitario
Según el tipo de inyección y el suelo donde se ejecute y trabaje la totalidad de longitud de
bulbo, el factor de mayoración (𝛼) para la capacidad de bulbo variará según muestra en la Tabla
6.
Tabla 6. Factor de mayoración de bulbo
Fuente: (Bustamante, 1986)
Suelos
Coeficiente Cantidad mínima de
Lechada aconsejada IRS IGU
Grava
Grava arenosa
Arena con grava
Arena gruesa
Arena mediana
Arena fina
Arena limosa
1,8 a 1,8
1,6 a 1,8
1,5 a 1,6
1,4 a 1,5
1,4 a 1,5
1,4 a 1,5
1,4 a 1,5
1,3 a 1,4
1,2 a 1,4
1,2 a 1,3
1,1 a 1,2
1,1 a 1,2
1,1 a 1,2
1,1 a 1,2
1.5V
1.5V
1.5V
1.5V
1.5V
1.5 a 2,0V para IRS
1.5V para IGU
Por otro lado, para el cálculo de fricción lateral límite unitario o qs, necesitamos valores de
NSPT del suelo y saber qué tipo de inyección vamos a utilizar (ver Tabla 7). Con estos datos,
podemos usar el ábaco planteado por Bustamante, M. (1986) (ver Figura 14).
Tabla 7. Factor de mayoración de bulbo
Fuente: (Bustamante, 1986)
Suelos Tipo de Inyección
IRS IGU
Grava
Grava arenosa
Arena con grava
Arena gruesa
Arena mediana
Arena fina
Arena limosa
SG1
SG2
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Figura 14. Ábacos para el cálculo de qs, para gravas y arenas
Fuente: (Bustamante, 1986)
Definición
Para Errázuriz, E. (2009), un muro empotrado, muro Milán o también conocido como muro
diafragma es una pantalla de concreto armado que se ejecuta desde la superficie del proyecto,
previo a la excavación masiva tal como se muestra en la Figura 15. Este sistema es destinado
principalmente a excavaciones donde las características de suelos son bastantes deformables, es
decir, que tienen parámetros bastantes bajos o exista la presencia de napa freática.
39
Figura 15. Esquema referencial de muro empotrado
Fuente: (Soletanche Bachy, 2017). Estabilización de excavación en relleno no controlado
Procedimiento constructivo
A continuación se describirá el proceso constructivo para cada etapa:
Excavación. Para el inicio de los trabajos se deberá desarrollar en la fase de diseño un plano de
planta con la distribución de paneles, donde se tendrá que tomar en cuenta la dimensión de la
cuchara que tendrá la grúa excavadora (véase Figura 16).
A continuación, se procederá con el trazo donde se ubicará el muro empotrado y se realizará
la excavación para la construcción del murete guía o también conocido como brocal, que
básicamente es una estructura de concreto armado temporal que tiene como función evitar el
40
desprendimiento de material en el momento de la excavación, referenciar los paneles y guiar la
herramienta de excavación.
Figura 16. Grúa Excavadora
Fuente: (Liebherr International Group). Datos técnicos: Grúa hidráulica sobre cadenas
Previo al comienzo de los trabajos de excavación, se deberá comprobar que los planos de
planta con las distribuciones de paneles primarias y secundarias estén elaborados y verificados por
quien tome el cargo de proyectista y/o supervisión. El ancho de los paneles deberá coincidir con el
ancho de la cuchara de excavación. Las perforaciones se realizarán en secuencias intercalados,
comenzando por los paneles primarios y finalizando con los paneles secundarios para completar la
totalidad del muro empotrado (ver Figura 17).
41
Figura 17. Excavación de muros empotrados.
Fuentes: (Errázuriz, 2009) Pantallas de contención: Métodos de diseño y aplicaciones
Fabricación de lodos. El proyecto deberá proveer un lugar específico para instalar un centro de
lodos, ya que este estará hasta la finalización de los muros empotrados. Los lodos, que normalmente
es la bentonita, trabajan como un agente estabilizante durante la excavación y previo a la colocación
de la armadura y al vaciado de concreto.
Una vez se haya fabricado la bentonita, se debe controlar tomando en consideración dos
características: la viscosidad y la densidad de este agente. El lodo que se utiliza en las excavaciones
será bombeado o se utilizará el método de caída por gravedad, a través de tuberías de alimentación.
Durante la excavación el lodo circula en circuito cerrado entre la central y el panel de excavación.
Terminada la excavación se procede a la extracción de la bentonita contaminado, para finalizar
42
con el desarenado de la bentonita tomando en cuenta, para la calidad, un contenido de arena menor
al 3%.
Armado e izajes de armaduras. Paralelamente a la excavación se asigna una cuadrilla de
fierreros, que su función es la preparación de la armadura según diseño teniendo un procedimiento
establecido tal como se muestra en la Figura 18.
Fase 1: Colocación de los cercos
exteriores
Fase 2: Montaje del armado base y
refuerzo de la cara intradós y trasdós.
Fase 3: Colocación y montaje de los
rigidizadores verticales y horizontales.
Fase 4: Montaje del resto de armado base
y refuerzo cara trasdós.
Fase 5: Montaje de los cercos exteriores
Fase 6: Montaje de las estribos
Fase 7: Montaje de las asas de tiro y
nivelación
43
Figura 18. Procedimiento de preparación de armadura.
Fuente: (Soletanche Bachy, 2017) Secuencia de fases de producción
Figura 19. Equipos necesarios para maniobra del izaje
Fuente: (Soletanche Bachy, 2017) Estabilización de excavación en relleno no controlado
Terminado la armadura y la excavación con el agente estabilizador, es inicia instalando los
equipos necesarios para efectuar el izaje. Básicamente, consiste en utilizar dos vigas, una fija que
tira de la cabeza de la armadura y otra provista con poleas tire de la armadura tal como se muestra
en la Figura 19. Finalmente, se iza y una vez completo el descenso se coloca los frenos atravesando
la armadura con vigas o tubos suficientemente resistentes para soportar la carga de dicha armadura.
Vaciado de concreto, una vez finalizado el reciclaje de bentonita e ingresado la armadura se
procede a verificar la medida de la excavación con una sonda. Seguido, se instalará las tuberías
Tremie, dependiendo de medición previa. En el proceso del vaciado se hará un control de las
44
medidas de ascenso para controlar el progreso de vaciado, determinando el momento que se debe
efectuar el corte. A continuación se muestra la Figura 20, mostrando la instalación de tubería tremie
y los embudos para el vaciado de pantallas.
(a)
(b)
Figura 20.Tuberia Tremie (a) y vaciado de concreto (b).
Fuente: (Soletanche Bachy, 2017) Estabilización de excavación en relleno no controlado
Viga de amarre, para finalizar el proceso constructivo se realizará fresado a los excedentes de
concreto y se demolerá una de las caras del muro guía para la construcción de la viga de amarre
que tendrá como fin, unir todos los paneles de muros empotrados, tal como se muestra la Figura
21. Finalizado la viga de amarre, se podrá proceder a la excavación masiva del proyecto.
45
Figura 21. Construcción de viga de amarre
Fuente: (Soletanche Bachy, 2017) Estabilización de excavación en relleno no controlado
Ventajas y desventajas
Las Ventajas y desventajas se muestran en la tabla 8.
Tabla 8. Ventajas y desventajas del uso de muros empotrados
Fuente: Elaboración propia
Ventajas Desventajas
Está confirmado que los muros empotrados
pueden formar parte de la estructura definitiva.
Adaptación a condiciones geotécnicas muy
variadas
El cálculo para el diseño de empotramiento por
el método de Blum no es tan complicado y
arroja resultados bastantes cercanos que al uso
de métodos finitos
Por el mismo proceso constructivo que tiene el
muro empotrado, se evita peligrosos
asentamientos de estructuras colindantes.
Este sistema es bastante adaptable a cualquier
perfil recto, curvo o mixto.
Para proyectos de poca área, no sería
recomendable, ya que los equipos que se
utilizan ocupan bastante espacio para zonas
urbanas.
Para suelos gravosos, el ratio costo – beneficio
baja, ya que existen otros métodos
económicamente mejores para estabilizar.
46
Diseño geotécnico
El método en la cual se basa este diseño es en la hipótesis de Blum, que propone un modelo
isostático considerando todos los momentos flectores que actúan en el muro es igual a 0, con esta
afirmación queda de lado la existencia el valor de la fuerza R y la nuestra incógnita es la altura o
profundidad de empotramiento (ver Figura 22).
Figura 22. Muro empotrado
Fuente: (Sanhueza, 2008) Criterios y parámetros de diseño de pantallas
De lo mencionado, las primeras afirmaciones son las siguientes expresiones:
∑𝐹𝐻 = 0 Ec. 3.17
∑𝑀𝐴 = 0 Ec. 3.18
Para determinar la distancia t’:
𝑅 = 𝜎𝐴. 𝑡′ Ec. 3.19
47
Donde:
R = Fuerza de contra empuje
𝜎𝐴 = diferencia entre tensiones activas y pasivas a la profundidad t’
De la Figura 18, podemos deducir que para hallar la altura de empotramiento tenemos que realizar
la adición de t + t’. Sin embargo, el código técnico de la edificación recomienda incrementar con
un factor de seguridad de 1.2 veces el empotramiento t. (véase Figura 23)
Figura 23. Factor de Seguridad del empotramiento “t”
Fuente: (Sanhueza, 2008) Criterios y parámetros de diseño de pantallas
Longitud de empotramiento t
Tomando la siguiente afirmación de la hipótesis de Blum, suponiendo un terreno homogéneo y la
fricción entre el muro y terreno totalmente nulo, tenemos que:
∑𝑀𝐴 = 0 Ec. 3.20
Entonces por la teoría de Rankine:
48
𝐸𝑎.1
3. (𝐻 + 𝑡) − 𝐸𝑝.
1
3. 𝑡 = 0
Ec. 3.21
Si:
𝐸𝑎 =1
2. 𝛾. 𝐻. 𝐾𝑎
Ec. 3.22
𝐸𝑝 =1
2. 𝛾. 𝐻. 𝐾𝑝
Ec. 3.23
Entonces, reemplazando en la ecuación Ec. 3.20:
𝐾𝑎. (𝐻 + 𝑡)3 = 𝐾𝑝. 𝑡3 Ec. 3.24
√𝐾𝑎3
. (𝐻 + 𝑡) = √𝐾𝑝3 . 𝑡 Ec. 3.25
Finalmente, la longitud de empotramiento es:
𝑡 = 𝐻.
(
1
√𝐾𝑝𝐾𝑎
3
− 1)
Ec. 3.26
Donde:
𝐾𝐴 = Coeficiente de presión activa de tierras
𝐾𝑝 = Coeficiente de presión pasiva de tierras
H = Altura de muro o de excavación (m)
49
Este cálculo se puede realizar siendo un poco más conservador, según el código técnico de la
edificación, reduciéndole al coeficiente pasivo al 60%, quedando la expresión de la siguiente
manera:
Profundidad del Momento Máximo zmax
Para hallar la profundidad del momento máximo, se utilizará la siguiente afirmación de la
hipótesis de Blum:
∑𝐹𝐻 = 0
Ec. 3.27
𝐸𝑎 = 𝐸𝑝
Ec. 3.28
1
2. 𝛾. (𝐻 + 𝑧𝑚𝑎𝑥)
2. 𝐾𝑎 =1
2. 𝛾. 𝑧𝑚𝑎𝑥
2 . 𝐾𝑝
Ec. 3.29
(𝐻 + 𝑧𝑚𝑎𝑥)2. 𝐾𝑎 =. 𝑧𝑚𝑎𝑥
2 . 𝐾𝑝
Ec. 3.30
(𝐻 + 𝑧𝑚𝑎𝑥). √𝐾𝑎 =. 𝑧𝑚𝑎𝑥. √𝐾𝑝 Ec. 3.31
Finalmente, la ecuación para la profundidad del momento máximo es:
𝑧𝑚𝑎𝑥 = 𝐻.
(
1
√𝐾𝑝𝐾𝑎 − 1)
Ec. 3.32
Momento máximo Mmax
De la siguiente expresión:
𝑄 = 0 Ec. 3.33
50
Obtenemos la siguiente expresión:
𝑀𝑚𝑎𝑥 =1
6. 𝛾. (𝐻 + 𝑧𝑚𝑎𝑥)
3. 𝐾𝑎 −1
6. 𝛾. 𝑧𝑚𝑎𝑥
3 . 𝐾𝑝 Ec. 3.34
Esfuerzo al corte máximo Qmax
Sumando las fuerzas activas y pasivos, obtenemos la siguiente expresión:
𝑄𝑚𝑎𝑥 =1
2. 𝛾. (𝐻 + 𝑧𝑚𝑎𝑥)
2. 𝐾𝑎 −1
2. 𝛾. 𝑧𝑚𝑎𝑥
2 . 𝐾𝑝
Ec. 3.35
Para calcular la profundidad en donde se encuentra 𝑄𝑚𝑎𝑥, tenemos que considerar la siguente
expresión:
𝜎ℎ,𝑎 = 𝜎ℎ,𝑝
Ec. 3.36
𝛾. (𝐻 + 𝑧𝑜). 𝐾𝑎 = 𝛾. 𝑧𝑜 . 𝐾𝑝
Ec. 3.37
Finalmente, despejando zo, obtenemos la siguiente expresión:
𝑧𝑜 =𝐻
(𝐾𝑝𝐾𝑎) − 1
Ec. 3.38
Según el centro peruano japonés de investigaciones sísmicas y mitigación de desastres (CISMID),
los suelos de la ciudad de Lima, se clasifican en 5 zonas clasificadas geotécnica y sísmicamente.
Para más detalle revisar la tabla 9 y guiarse de la Figura 24. A continuación se describe las
características geotécnicas:
51
La Zona I está conformada por los afloramientos rocosos, los estratos donde predomina la
grava (conformados por los conos de deyección de los ríos Rímac y Chillón) se encuentran a nivel
superficial o en la mayoría de casos cubiertos por un suelo más fino de poco espesor.
La Zona II está conformado por un estrato de suelos granulares finos y suelos arcillosos, que
varían entre 3 y 10 primeros metros. Seguido a estos estratos encontramos la grava aluvial o
coluvial. (CISMID, 2011)
La Zona III se conforma por depósitos de suelos finos y arenas de gran espesor, que
normalmente es un material suelto (CISMID, 2011).
La Zona IV está conformada por depósitos de arenas eólicas, depósitos fluviales, depósitos
marinos y suelos pantanosos (CISMID, 2011).
Finalmente, la zona V se conforma por depósitos de rellenos de desmonte heterogéneos que
fueron colocados naturalmente o fueron realizadas por excavaciones pasadas, Este estrato fluctúa
entre los 5 a 15 metros. En esta zona está incluido los rellenos sanitarios que en el pasado no
formaban parte de las zonas urbanas y actualmente fueron urbanizadas (CISMID, 2011).
Tabla 9. Características sísmicas de las 5 zonas
Fuente: Elaboración propia
Zonas Zona I Zona II Zona III Zona IV
Periodos (s) 0.1 – 0.3 0.3 – 0.5 0.5 – 0.7 > 0.7
Tipo de Suelo Tipo 1 Tipo 2 Tipo 3 Tipo 4
Factor de Amplificación
Sísmica
S = 1.0
S = 1.2
S = 1.4
S = 1.6
Periodo Natural (s)
Ts = 0.4 Ts = 0.6 Ts = 0.9 Ts = 1.2
52
Figura 24. Mapa de suelos de Lima
Fuente: (CISMID, 2010)
53
Para nuestro diseño, se tomará en cuenta las cargas de coeficiente sísmico y sobrecargas del
colindante. Para las cargas de coeficiente sísmico se tomará en cuenta estudios realizados para la
grava de Lima y para la sobrecarga del colindante se planteará un metrado de carga general por
nivel de pisos de la construcción aledaña.
Coeficiente sísmico
Para el diseño de elementos de estabilización geotécnica se usa un coeficiente sísmico y éste varía
para elementos permanentes y elementos temporales. Para tal motivo, la empresa Geofundaciones
solicito a el ingeniero Juan Bariola realizó una consultoría tomando como tema “Peligro Sísmico
de Muros Pantalla en Grava de Lima”.
Para elementos permanentes, el diseño se realiza con un coeficiente sísmico de 0.40g a 0.45g,
es este coeficiente que se usará para diseñar muros empotrados. Sin embargo para elementos
temporales se reduce a 0.20g para un periodo de 100 años (Véase la Figura 25), ya que plasmándolo
en este informe, los muros anclados se diseñan para una vida útil de 02 años y luego de realizar la
construcción hasta nivel 0 ± 00 metros los techos de esta construcción sustituyen a estos anclajes
funcionando como puntales y se procede al destensado.
Para fines académicos, los diseños de los casos prácticos se realizarán con un coeficiente
sísmico conservador de 0.20g para muros anclados temporales y 0.40g para muros empotrados. Se
considera como conservador, ya que existen antecedentes de diseños de muros anclados utilizando
coeficientes entre 0.5 y 2/3 de la aceleración máxima.
54
Figura 25. PGA para diferentes periodos de retorno
Fuente: (Bariola, 2016) Peligro Sísmico de Muros Pantalla en Grava de Lima
Sobrecargas del colindante
En proyectos de estabilidad de taludes gran parte de la carga a soportar es la sobrecarga debido a
los colindantes:
Para las sobrecargas en calles tenemos que considerar no solo transporte vehicular particular
o el asfalta, para proyectos tenemos que adicionarle las cargas de vehículos propios al proyecto,
tales como los camiones mixer, los volquetes de material excavado, las grúas, entre otros. Para tal
fin, se realiza un metrado de cargas considerando que estos equipos se encuentran al borde del
proyecto. Se considerará un equipo de alto impacto que puede enfrentar el proyecto para concretar
un diseño óptimo (ver Figura 26).
55
Figura 26. Ficha Técnica
Fuente: http://www.preansa.com.pe/wp-content/uploads/G13.pdf
Según la ficha técnica, el peso total es la sumatoria del peso de la grúa, el contrapeso y la
carga que sostendrá (25 ton). Consideramos esta sumatoria 102.25 ton (aplicando un 25% a la carga
izada) y el área de influencia de la grúa es de 95.4 m2 (13.25m x 7.20m), dando como resultado un
peso de 1.05 ton/m2. Cabe señalar, que se deberá de agregar un incremento del 10% por situaciones
aleatorias.
Por otro lado, la norma E0.20 – artículo 8.1 menciona que para todas las aceras y pistas que
se apoyen sobre el suelo representarán una carga viva distribuida de 5 kN/m2. Además se tendrán
que considerar el propio peso del asfalto y de la base, que para términos académicos se considerará
una estructura de carretera tipo 1 y se considerará un espesor de 5cm y 28 cm, respectivamente (ver
Tabla 10).
Tabla 10. Peso de materiales en calles
Fuente: Elaboración propia
Material Peso Específico
(ton/m3)
Espesor (m) Peso por m2
(ton/m2)
Asfalto apisonado 2.3 0.05 0.115
Base granular 2.2 0.28 0.616
TOTAL 0.731
56
Finalmente, obtenemos que para una situación donde no existen cargas extremas
obtenemos una sobre carga de 12 kN/m2 y para una situación donde existen presencias grúas,
excavadoras u otros equipos pesados, la sobre carga será de 19.28 kN/m2 o 20 kN/m2.
𝑆𝐶𝑐𝑎𝑙𝑙𝑒: 20 𝐾𝑁/𝑚2
Según la norma E0.20, para las sobrecargas en edificaciones de viviendas multifamiliares,
locales comerciales, entre otros, se realizará un metrado por nivel construido tomando en cuenta
las estructuras armados como columnas (1.5 kN/m2), vigas (1.5 kN/m2), losas (2.0kN/m2),
sobrecarga (250 kN /m2), mampostería (1.50 kN/m2) y finalmente el acabado (1.0 kN /m2), da
como resultado un sobre carga de por nivel de piso de construido de 10 kN/m2
𝑆𝐶𝑝𝑜𝑟 𝑝𝑖𝑠𝑜 𝑐𝑜𝑛𝑠: 10 𝐾𝑁/𝑚2
Obtención de propiedades del suelo
Para cualquier tipo de diseño geotécnico, lo primordial es la obtención de las propiedades o
parámetros del suelo. Por esta razón, para este informe se realizaron análisis a los suelos de los
casos analizados.
Para el caso de muros anclados, se realizaron dos calicatas, tal como se muestra en la figura
27 (a) y (b). De las calicatas, podemos observar la estratigrafía del terreno y será representada bajo
un esquema de perfil de suelos (ver Figura 28). Como primera instancia, se realizará la clasificación
de suelos del terreno tomando muestras representativas de 40 kg cada cierto nivel, especialmente
donde visualmente se pueda observar un cambio radical. Para el análisis granulométrico, se suele
utilizar el procedimiento de cuarteo y sarandeo y clasificar mediante SUCS (ver Figura 29).
57
(a)
(b)
Figura 27. Calicatas para el caso analizado de muros anclados.
Fuente: Estudio de suelos del proyecto
58
Figura 28. Perfil de suelo del proyecto.
Fuente: Estudio de suelos del proyecto
59
Figura 29. Análisis granulométrico del proyecto
Fuente: Estudio de suelos del proyecto
Asimismo, se debe realizar un ensayo de corte directo para poder obtener los parámetros del
terreno, normalmente los estudios de suelo no toman una muestra representativa y obtienen datos
que no son compatibles con realidad, tales como se muestran en la figura 30.
Figura 30. Resultados del ensayo corte directo
Fuente: Estudio de suelos del proyecto
Por esta razón, para fines académicos se toma como referencia la siguiente lista de resultados
de ensayos de corte directo in situ para obtener parámetros representativos del suelo a estabilizar.
60
Figura 31. Antecedentes de corte directos en la grava de Lima.
Fuente: (Sánchez & Rodríguez, 2012) Caracterización de suelos granulares gruesos. El caso de la Grava de Lima.
Para el caso de muros empotrados, se realizaron calicatas, tal como se muestra en la figura
32. De las calicatas, podemos observar la estratigrafía del terreno y será representada bajo un
esquema de perfil de suelos (ver Figura 33). Tal, como el primer caso analizado se realizará un
análisis granulométrico y se clasifica mediante SUCS (ver Figura 29).
Figura 32. Calicatas para el caso analizado de muros empotrados.
Fuente: Estudio de suelos del proyecto
61
Figura 33. Perfil de suelo del proyecto.
Fuente: Estudio de suelos del proyecto
62
Figura 34. Análisis granulométrico del proyecto
Fuente: Estudio de suelos del proyecto
Si bien es cierto, la Figura 33 indica que en los primeros 5 metros existe una arena fina con
algunos lentes de grava y relleno, sin embargo en situ se encontró un material heterogéneo
antrópico tal como se muestra en la Figura 35. Para fines académicos, se plantea reducir los
parámetros con FS de seguridad entre 3 a 5 para que estos sean conservadores y acordes al material
variable con el que nos encontramos.
63
Figura 35. Terreno antes de la ejecución del proyecto.
Fuente: Elaboración propia
64
4. CAPÍTULO IV. CASOS ANALIZADOS
Para realizar el diseño de muros anclados, es necesario contar con información del proyecto
por parte de los proyectistas. Entre la información más importante, se encuentran los planos
estructurales de cimentación y sus cortes, los planos de arquitectura, planos ubicación (con la
información de colindantes), los planos de interferencia de servicios básicos y el estudio mecánico
de suelos.
La primera información a utilizar para el prediseño de paños de los muros anclados es el EMS
(ver 3.6.3 Obtención de propiedades del suelo), ya que a partir del perfil estratigráfico podemos
identificar el tipo de suelo a estabilizar (ver Figura 28) y podemos anticipar el predisionamiento de
los paños. Para suelos gravosos, el predimensionamiento de los muros, normalmente, se da uso de
paños de 5 metros x 3.70 metros y para suelos con relleno no controlado los paños se manejan un
rango entre 3.00 y 3.50 metros x 3.00 metros. La ubicación de los anclajes se dan en el tercio central
de cada paño, permitiéndose realizar una modificación de su posición en caso exista alguna
interferencia debido a núcleos estructurales.
Una vez analizado las dimensiones de los paños, procedemos a verificar la cimentación en
nuestros planos de elevación de los muros anclados, así como también ubicar las interferencias de
losas y núcleos propios del proyecto. Del plano de ubicación, se obtiene la información del
colindante con la cantidad de niveles techados y cantidad de sótanos. Finalmente para el prediseño,
se sectoriza zonas que mantengan una misma característica comparando el fondo de cimentación,
los estratos y la sobrecargas. (Véase la Figura 37(a) y (b)).
Para la parte de diseño de los anclajes se utilizará el software GGU retain y una hoja de cálculo
Excel (ver Anexo 5). Las funciones de la hoja de cálculo es básicamente aterrizar el diseño del
software, pasándolo de un diseño por metro lineal a una por la longitud real del proyecto. Otra
65
función importante es calcular la longitud de bulbo utilizando la ecuación Ec. 3.16 y la cantidad de
cables o torones por cada anclaje.
(a)
(b)
Figura 36. Planos de planta (a) y elevación (b) de muros anclados
Fuente: Elaboración propia
66
Para la configuración básica del software de diseño de muros anclados, es necesario darle un
sistema de unidades, el tipo de estructura en el que se trabajará y si la estructura cuenta con una
inclinación. Esto es modificado en “Opciones de cálculo” y permanecerá para el diseño de todos
los proyectos.
En el caso del cálculo de muros anclados, se trabajará con un tipo de muro de retención llamado
“muro pantalla” y posteriormente se agregarán los anclajes necesarios por metro lineal para
estabilización del sistema. Este software cuenta con diversas opciones para configurar el proyecto
que podamos diseñar. Por tal motivo, se empleará para el estado estático y pseudo estático
diferentes configuraciones (Ver Tabla 13).
Tabla 11. Opciones de diseño para el software GGU.
Fuente: Elaboración propia
Opciones de diseño Estado Estático Estado Pseudo Estático
Tipo de empuje de suelo Empuje activo de suelo
incrementado (f=0.50).
Empuje activo de suelo
FS global de empuje pasivo FS = 2.20 FS = 1.80
Aceleración sísmica Kh=0.00 Kh temporal =0.20
Kh permanente=0.40
Falla de cuña profunda FS=1.50 FS=1.10
Cargas distribuidas
(Fuerza horizontal sísmica).
p(h)=0.00
p(h)=p(v)*Kh,
dónde: Kh es Aceleración
sísmica
Seguidamente, una vez ya ingresados los datos descritos previamente al software GGU retain,
incluyendo la profundidad de excavación del proyecto (fondo de cimentación) y la cantidad de
nivel de anclajes requeridos, se procede al análisis y corrida del software (ver Figura 37).
Se recurre al uso de la cubicación de anclajes post tensados o cuadro de cargas, donde
utilizaremos las cargas y las longitudes “L1” que nos otorga el software. En el caso de las cargas,
67
podemos observar que el resultado es una fuerza medida por metro lineal, por lo que se procederá
a multiplicar este resultado por la longitud real de la zona analizada, dando como resultado la carga
total solicitante. Por esta razón, distribuimos esta carga entre la cantidad de anclajes obteniendo la
fuerza de tensado requerida.
Según la Ec. 3.16, la capacidad de bulbo es de 18 ton/m y según las recomendaciones
planteadas por el Federal Highway Administration (1999) la longitud mínima de bulbo de 3.50
metros. Por esta razón se puede afirmar que si la carga de anclaje supera los 63 ton, la longitud del
bulbo aumentará proporcional a esta sobrecarga.
Por otro lado, otro de las restricciones que podemos encontrar, es la carga de fluencia del cable
(torón) que generalmente es de 23.5 ton y otorgándoles un factor de seguridad de 1.5 (Federal
Highway Administration, 1999), nos da como resultado que por cada torón puede soportar una
carga 15.6 ton.
Finalmente, del software GGU retain utilizamos el otro dato importante la longitud “L1”, que
no es nada más que la suma de la mitad del bulbo y la longitud libre. Esta longitud es incluida en
la cubicación de anclajes postensados o cuadro de cargas con el fin de obtener la longitud libre y
la longitud nominal de perforación.
68
Figura 37. Salida zona 1 – estático
Fuente: Software GGU retain
69
Para el prediseño, se utilizará los parámetros del suelo , que junto con el perfil estratigráfico
podemos analizar a partir de que profundidad tenemos un suelo más denso y, de esta manera, poder
calcular la profundidad óptima para contrarrestar el empuje activo que genera el propio relleno no
controlado y las viviendas colindantes a la excavación.
El software que nos permitirá diseñar es GEO5, donde digitaremos todos los parámetros
necesarios para analizar el sistema de estabilidad mediante muros empotrados. En la Tabla 12, se
muestra las consideraciones que nos permitirán el desarrollo del proyecto.
Tabla 12. Opciones de diseño para el software geo5.
Fuente: Elaboración propia
Opciones de diseño Estado Estático Estado Pseudo Estático
Cálculo presión activo del
suelo
Coulomb Coulomb
Cálculo presión pasivo del
suelo
Coulomb Coulomb
Análisis de aceleración
sísmica
Kh=0.00 Kh temporal =0.20
Kh permanente=0.40
Factor de seguridad
ASD
FS=1.50 FS=1.25
Una vez finalizado el ingreso de los datos correspondientes al software GEO5, se procede a analizar
los resultados para el estado estático y pseudo estático. GEO5 tiene como finalidad otorgarnos los
momentos flectores, la fuerza de corte y la longitud de empotramiento máxima para un nivel de
excavación “x” (ver Figura 38).
70
Figura 38. Corte de muro empotrado
Fuente: Memoria del Cálculo Soletanche Bachy
El software Geo5 es bastante dinámico al momento de ingresar los datos requeridos. En
primera instancia, se asigna un nombre el proyecto en la opción “Project”. Seguidamente se colocan
los estratos del suelo a estabilizar incluyendo los parámetros y propiedades de cada suelo. Es
necesario ortorgarle rangos al software, con el fin que pueda indentificar el estrato resistente.
Como siguiente paso, se asigna la geometría de la corona del muro del proyecto y se aplican
las sobrecargas por metro lineal. Dichas sobrecargas dependerán íntegramente de los metrados de
cargas previamente realizado y las consideraciones del propio diseñador.
Para el caso estático, se procede a realizar el análisis con un factor de seguridad 1.5. Una vez
analizado y verificado el estado estático, procedemos a realizar otro análisis del mismo proyecto
adicionando el sismo, donde coloremos una aceleración sísmica de 0.26 para casos permanentes y
0.15 para casos temporales.
71
Figura 39. Salida zona 1 – estático
Fuente: Software Geo5
72
Vivienda multifamiliar
Para este caso práctico, el proyecto de edificio multifamiliar contempla 3 sótanos, 8 pisos y una
azotea, cuenta con 600 m2 y colinda con dos calles, con una vivienda 2 pisos y otra vivienda de 3
pisos, tal como se muestra en la Figura 40.
Figura 40. Planos de ubicación del proyecto
Fuente: (Geofundaciones, 2017). Información de proyectos 2017
En este caso, según el estudio mecánico de suelos elaborado para el proyecto, considera un estrato
arcilloso semicompacto de mediana densidad en los primeros 0.60 metros. Seguidamente se
encuentra una grava pobremente graduada (GP) con presencias de bolonería subredondeadas de
tamaños máximos hasta 8’’. Asimismo obtenemos los siguientes parámetros de ambos estratos:
73
Tabla 13. Resumen de parámetros del estudio suelo.
Fuente: Estudio de suelos del proyecto
Tipo de
Suelo
Peso
Específico
Fricción
°
Cohesión
KN/M2
Observación
Relleno 18 KN/M3 20 5 Dato no otorgado por el especialista
GP 22 KN/M3 30 20 Dato otorgado
GW 22 KN/M3 45 26 Dato no otorgado por el especialista
Peaje vehicular
Para este caso práctico, se planea ejecutar un proyecto de peaje vehicular donde se realizará la
excavación de un material de relleno no controlado con parámetros bastante bajos cuyo
comportamiento a cargas actuantes es bastante deformable. Colinda con viviendas multifamiliares
de 5 niveles y se prioriza salvaguardar los bienes de la población. Se planea tener un altura libre de
aproximadamente 5 metros a lo largo de 500 metros lineales (ver Figura 41).
Figura 41. Ubicación del proyecto
Fuente: (Soletanche Bachy, 2017) Proyectos 2017
74
Para este proyecto se esta considerando un relleno no controlado heterogéneo antrópico y según lo
explicado en la sección 3.6.3., se considerará una reducción de los parámetros debido a la
incertidumbre que puede causar este “desmonte” que se pretende estabilizar (ver Tabla 14).
Tabla 14. Resumen de parámetros del estudio suelo.
Fuente: Estudio mecánico de suelos del proyecto
Tipo de
Suelo
Peso
Específico
Fricción
°
Cohesión
KN/M2
Observación
Relleno no
controlado
12 KN/M3 3 15 Dato otorgado
GP 18 KN/M3 38 120 Dato otorgado
75
5. CAPÍTULO V. ANÁLISIS Y RESULTADOS
En los casos analizados, podemos garantizar la estabilidad para cualquier tipo de suelo. En la
vivienda multifamiliar, teóricamente se puede realizar un diseño de muro empotrado y
garantizaríamos la estabilidad; sin embargo, sería inviable, ya que se debe considerar una grúa de
al menos 100 toneladas aproximadamente y un centro de lodos en un área de trabajo de 600 m2.
Económicamente, la logística de estos equipos y de la cantidad de insumos consumibles es
exorbitante para un proyecto de estas dimensiones. Para el caso de relleno o suelos deformables, el
concepto es el mismo, si planeamos usar muros anclados, como diseño se podría estabilizar el
terreno, aunque deberíamos aumentar la capacidad y la cantidad de anclajes, además se utilizaría
otro método de inyección y la perforación sería distinta. Sin embargo, en el caso práctico evalúa la
viabilidad y sobretodo salvaguardar los bienes de la población colindantes al proyecto.
Por esta razón, más que diseñar cualquier tipo de metodología geotécnica de estabilización, es
buscar las más viable tanto económico y técnicamente para cada proyecto con que nos enfrentamos.
Para la vivienda multifamiliar zonificamos el proyecto en 3 zonas: Calle, Casa de 2 pisos y casa de
3 pisos, donde las primeras zonas cuentan con un fondo de cimentación de -9.55 metros y tercera
zona con -10.00 metros. Para el diseño de muros anclados en suelos gravosos, existe precedente
donde se realizan los muros con paños de 5.50 x 3.70 en sectores colindates con calles y 5.00 x
3.70 en sectores colindantes con viviendas. Siguiendo estos antecedentes, se planteó utilizar el
siguiente predimensionamiento (ver Tabla 12).
76
Tabla 15. Dimensiones de paños para los muros anclados en suelos gravosos..
Fuente: Elaboración propia
Eje
Niveles de
anclajes
Separación
horizontal media
(m)
Panel de dimensiones
promedio (base x altura)
(m)
EJE E: Calle 02 niveles 5.50 5.5 x 3.7
EJE 1: Calle 02 niveles 5.50 5.5 x 3.7
EJE A: Vivienda 2 pisos 02 niveles 5.00 5.0 x 3.7
EJE 7: Vivienda 3 pisos 02 niveles 5.00 5.0 x 3.7
De la misma forma, en suelos con relleno no controlado se realizarán diseños mucho más
conservadores, ya que los parámetros del proyecto del peaje vehicular son bajos. Por esta razón se
plantea utilizar las siguientes dimensiones de muros (ver Tabla.
Tabla 16. Dimen de paños para los muros anclados en rellenos no controlados.
Fuente: Elaboración propia
Eje
Niveles de
anclajes
Separación
horizontal media
(m)
Panel de dimensiones
promedio (base x altura)
(m)
EJE X: Terreno S/C 02 niveles 3.50 3.5 x 3.0
EJE X: Terreno S/C 02 niveles 3.50 3.5 x 3.0
EJE X: Terreno S/C 02 niveles 3.00 3.0 x 3.0
EJE X: Terreno S/C 02 niveles 3.00 3.0 x 3.0
El proyecto de la vivienda multifamiliar cuenta con la misma estratigrafía típica de la grava de
Lima y el análisis se realizó en el software GGU, se muestra los resultados del diseño de los
anclajes en la Tabla 17. En el caso del proyecto del peaje vehicular, cuenta con un material no
controlado, de la misma forma se analizó mediante el software GGU. Se muestra los resultados en
la Tabla 18.
77
Tabla 17. Cubicación anclajes postensados para el Edificio Multifamiliar
Fuente: Elaboración propia
.
CUBICACIÓN ANCLAJES POSTENSADOS
Obra Ubicación
Revisión: A Fecha: Observac.: Anclajes Temporales
CANTIDAD DE ANCLAJES
ZONA Numeración Zona Eje Nivel Carga
Cantidad
de anclajes
Separación
horizontal
Nivel del
Anclaje L1 Lv Lad Lf Lo
Ángulo
Vertical
Ángulo
Horizontal
(ton) (und) (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m) (°) (°)
ZONA 01 - EJE E 1.01 @ 1.05 1 E 1 55 5 IGU Torron - 4 5.99 -1.90 6.71 3.50 0.00 5.00 8.50 15.0 0
Calle 2.01 @ 2.05 1 E 2 55 5 IGU Torron - 4 5.99 -5.60 6.00 3.50 0.00 4.50 8.00 15.0 0
NFC: -9.55
ZONA 01 - EJE 1 1.06 @ 1.08 1 1 1 60 3 IGU Torron - 4 6.67 -1.90 6.71 3.50 0.00 5.00 8.50 15.0 0
Calle 2.06 @ 2.08 1 1 2 60 3 IGU Torron - 4 6.67 -5.60 6.00 3.50 0.00 4.50 8.00 15.0 0
NFC: -9.55
ZONA 02 - EJE A 1.09 @ 1.14 2 A 1 45 6 IGU Torron - 3 5.00 -1.90 6.71 3.50 0.00 5.00 8.50 15.0 0
Casa 02 pisos 2.09 @ 2.14 2 A 2 45 6 IGU Torron - 3 5.00 -5.60 6.00 3.50 0.00 4.50 8.00 15.0 0
NFC: -9.55
ZONA 03 - EJE 7 1.15 @ 1.18 2 7 1 50 4 IGU Torron - 4 5.00 -1.90 7.24 3.50 0.00 5.50 9.00 15.0 0
Casa 03 pisos 2.15 @ 2.18 2 7 2 57 4 IGU Torron - 4 5.00 -5.60 6.00 3.50 0.00 4.50 8.00 15.0 0
NFC: -10.00
TOTAL ANCLAJES 36
Tipo de
Inyección
Tipo de
Anclaje
10 de Ene. de 2018
Edificio Multifamiliar Lima
78
Tabla 18. Cubicación anclajes postensados para el Peaje
Fuente: Elaboración propia
CUBICACIÓN ANCLAJES POSTENSADOS
Obra Ubicación
Revisión: A Fecha: Observac.: Anclajes Temporales
CANTIDAD DE ANCLAJES
ZONA Numeración Zona Eje Nivel Carga
Cantidad
de anclajes
Separación
horizontal
Nivel del
Anclaje L1 Lv Lad Lf Lo
Ángulo
Vertical
Ángulo
Horizontal
(ton) (und) (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m) (°) (°)
ZONA 01 - EJE 1.01 @ 1.84 1 E 1 35 84 IGU Torron - 3 2.98 -1.90 14.00 7.10 0.00 10.50 17.60 25.0 0
Calle (Edificio alej. 6 m ) 2.01 @ 2.84 1 E 2 35 84 IGU Torron - 3 2.98 -5.60 10.00 7.10 0.00 6.50 13.60 25.0 0
NFC: -5.60
ZONA 02 - EJE 1.85 @ 1.169 1 1 1 27 84 IGU Torron - 2 2.98 -1.90 14.00 5.40 0.00 11.30 16.70 25.0 0
Calle (Edificio alej. 6 m ) 2.85 @ 2.169 1 1 2 27 84 IGU Torron - 2 2.98 -5.60 10.00 5.40 0.00 7.30 12.70 25.0 0
NFC: -7.60 3.85 @ 3.169 1 1 2 27 84 IGU Torron - 2 2.98 -5.60 8.00 5.40 0.00 5.30 10.70 25.0 0
TOTAL ANCLAJES 420
Tipo de
Inyección
Tipo de
Anclaje
10 de ene de 2018
PEAJE VEHICULAR Lima
79
A Continuación se muestran cortes típicos de las zonas de los muros anclados, normalmente
se utilizan para poder tener referencia la existencia de posibles interferencias. Ver la Figura
(a)
(b)
Figura 42. Cortes de muros anclados para el edificio mutlfamiliar
Fuente: Elaboración propia.
80
(a)
(b)
Figura 43. Cortes de muros anclados para el peaje
Fuente: Elaboración propia
81
Para el caso práctico de muro empotrado, se está considerando 100 ml en el caso analizado de
la grava y 500 metros en zona con estratigrafías gradualmente diferentes (relleno no controlado).
Por esta razón, Para ambos casos se decidió simplificar el diseño en dos tipos de muros, teniendo
en cuenta la altura libre o fondo de cimentación para su clasificación. Para cada tipo de muro se
realizó un análisis en el software obteniendo los resultados expuestos en la Tabla 19 y Tabla 20.
Tabla 19. Tipos de muros empotrados para la vivienda multifamiliar
Fuente: Elaboración propia.
Tabla 20. Tipos de muros empotrados para el peaje
Fuente: Elaboración propia.
Revisión A Fecha 12 de enero de 2018 Observacio Vivienda Multifamiliar
Empotrados
Elemento ClasificaciónTerreno de
empotramiento
Altura Libre
(m)
Empotramiento
(m) Bentonita Perforación máxima
Muro Emp. Tipo A GP >9.55 2.00 No 12.00
Muro Emp. Tipo B GP 9.55>hl>10.00 2.00 No 12.00
Total de metros 100 ml
Obra
Muros empotrados
Ubicación
Lima
Tipo de Muro
Revisión A Fecha 12 de enero de 2018 Observacio Muro empotrados definitivos
Empotrados
Elemento ClasificaciónTerreno de
empotramiento
Altura Libre
(m)
Empotramiento
(m) Bentonita Perforación máxima
Muro Emp. Tipo A GP >5.00 4.00 Si 9.00
Muro Emp. Tipo B GP 5.00>hl>7.00 5.00 Si 12.00
Obra
Muros empotrados
Ubicación
Lima
Tipo de Muro
Total de metros 500 ml
82
A Continuación se muestran un corte típico referencial de los dos tipos de muros asumidos
para este caso analizado, donde muestra la longitud de empotramiento, la longitud de relleno no
controlado o longitud libre y nivel máximo de excavación del proyecto (ver Figura 44).
Figura 44. Esquema referencial de los tipos muros
Fuente: Elaboración propia.
83
6. CONCLUSIONES
Debido a que gran porcentaje de las construcciones de excavaciones profundas en Lima son
Edificios multifamiliares y son construidas en la grava de Lima, el método de estabilización más
usado son los muros anclados, sin embargo existen diversos variables que pueden impactar al
escoger dicho método. A pesar que nos enfrentemos a suelos difíciles, es posible usar tanto muros
anclados como muros empotrados y sus diferentes variantes según sea el caso a enfrentar. Por otro
lado, si se habla plazo de ejecución, se puede decir que el rendimiento de construcción de muros
del método de muro empotrado puede tardar más que el de muros anclados, sin embargo en la
partida de excavación masiva, recupera el tiempo perdido. Por esta razón, se puede afirmar que no
existe un método, propiamente dicho, para suelos gravosos y rellenos, sino va a depender mucho
de los alcances de la estructura que se pretende estabilizar y la viabilidad, que va de la mano con
el criterio del profesional.
Los métodos de estabilización planteados en este informe para suelos gravosos y rellenos son
los muros anclados y empotrados, respectivamente. Teóricamente ambos métodos pueden usarse
para cualquier tipo de suelo y estructura, ya que los cálculos soportan todo y pueden garantizar la
estabilidad. Sin embargo, esto no garantiza la viabilidad del diseño y como ingenieros tenemos que
proponer métodos donde el diseño, los procedimientos y hasta la economía sean criteriosos y
efectivos contra cualquier tipo de proyecto que nos enfrentemos.
Para los proyectos de estabilización de taludes en general se debe realizar un análisis teórico
(o diseño geotécnico) y un análisis de viabilidad. Como primera instancia se de realizar el análisis
de viabilidad, con el fin de seleccionar el mejor método de estabilización y de esta manera proceder
con el análisis teórico. El diseño geotécnico para los métodos de estabilización muros anclados y
empotrados se realizaron bajo un análisis en dos dimensiones o también conocido como un análisis
por metro lineal de terreno. Tanto en el software GGUretain como GEO5, a pesar que utilizan
diferentes metodologías teóricas, no deja de resolver con unidades por metro lineal.
84
En el caso de muros anclados, los resultados obtenidos del software son recogidos y analizados en
un cuadro de cargas. Para la carga por metro lineal obtenida, se multiplica por la longitud real del
proyecto con el fin de obtener la fuerza total de empuje activo del terreno otorgándole un factor de
seguridad y así obtener las cargas solicitadas por punto anclaje. Para la longitud total del anclaje,
se rige bajo un factor de seguridad por falla de cuña profunda y esta longitud total del anclaje puede
variar debido al incremento de longitud de bulbo debido a la capacidad de carga.
En el caso de muros empotrados, el análisis realizado por el software no es nada más que un análisis
de sumatorias de fuerzas, utilizando los parámetros del suelo a estabilizar y de empotramiento, las
cargas distribuidas y longitud de excavación. Normalmente se realizan comprobaciones manuales
de los resultados con el fin de mitigar probables errores sistemáticos.
85
7. RECOMENDACIONES
En la grava de Lima se recomienda utilizar paños de máximo 5 metros de ancho y 3.70 de alto. Si
en caso, superara estas dimensiones, las aberturas de los paños serían demasiado grande,
provocando mayor impacto a la estructura colindante generando deformaciones reflejados en
fisuras. Para rellenos, se debería reducir los paños a 3 metros de ancho y 3 metros, así mismo en
cuanto al procedimiento cambiar de aberturas intercaladas por aberturas cada dos paños.
Para el tipo inyección se deberá usar IGU (inyección única global) e IRS (inyección repetitiva
selectiva) en suelos gravosos y rellenos, respectivamente. En el caso del relleno, al presentar un
parámetro de fricción menor a la de la grava, se deberá incrementar la capacidad del bulbo y esto
se logra de dos maneras: aumentando el diámetro de perforación y aumentando el factor de
mayoración de bulbo. Debido a que el índice de penetración estándar es propio del suelo y aumentar
el diámetro de perforación se podrá a la capacidad de revoluciones del equipo de perforación, se
opta por aumentar el factor de mayoración y esto se logra utilizando un inyección repetitiva
selectiva aumentando el diámetro un 30% más generando un aumento proporcional de la capacidad
de bulbo. Para verificar y optimizar dichas capacidad de bulbos, se recomienda realizar ensayos de
arrancamientos, siendo un mínimo de 3 por proyecto para obtener la adherencia real del suelo con
la lechada del bulbo.
Los anclajes tendrán que estar en un rango de inclinación entre 10° a 45° como máximo. Un
menor ángulo podría ocasionar problemas en la inyección del bulbo del anclaje, generando zona
sin lechada y esto a su vez menor capacidad de carga del anclaje. Por otro lado, sobrepasando los
45°, se reduce la longitud libre, sin embargo la carga aumenta, generando una mayor carga vertical
por soportar y dejándole el trabajo de sostenimiento del muro solo la fuerza por fricción entre muro
y terreno.
Para la ejecución del tensado, se debe corroborar que el ingeniero estructural haya diseñado
la malla de refuerzo, que va en función a las dimensiones de la platina metálica y la carga de
tensado. Por otro lado y continuando con el control de calidad de tensado, se debe garantizar el
funcionamiento del anclaje un 10% adicional, ya que existe pérdidas de carga a lo largo del tiempo.
86
Este porcentaje podría variar, por lo que sería necesario realizar ensayos de adecuación para
obtener resultados de pérdidas de carga en el tiempo útil de diseño de un anclaje
En la ejecución de muros empotrados, la zona más complicada son los primeros metros de
perforación, por lo que se recomienda nunca dejar de realizar el murete guía o también conocido
brocal para evitar posibles desprendimientos de material.
El uso de la tubería tremie es de los procesos más importantes para la ejecución de muros
empotrados. Al momento del vaciado de concreto, la tubería tremie tiene que encontrarse en la
zona más profunda de la perforación para garantizar el llenado total del concreto. Cabe señalar que
esta tubería debe ser retirada continuamente, sin embargo el punto de salida del concreto debe
mantenerse siempre por debajo del nivel de vaciado del concreto.
El uso de la bentonita cumple una función principal de estabilidad en el terreno al momento
de realizar la excavación local. Como se mencionó previamente, es necesario tener una central para
realizar la elaboración y reciclado de la bentonita. Por otro lado, se debe tener un control de la
calidad usando recomendaciones realizadas por American Petroleum Institute mencionando
ensayos como viscosidad de embudo de Marsh, obtención de pH, ensayo de filtrado y contenido
de arena. Siendo este último uno de los más importantes para determinar el reciclado o desuso del
material.
Para evitar un empotramiento mayor, se recomienda realizar una mezcla de métodos de
sistema de sostenimiento, en este caso, se puede realizar un muro empotrado con muros anclajes.
Ya que los anclajes y el empotramiento actúan como fuerzas en contra del deslizamiento. Para
estos sistemas compuestos, se recomienda analizar por etapas de excavación, por lo general cada 2
metros. De esta forma, se puede realizar las perforaciones de los anclajes temporales cuando el
análisis del sistema de sostenimiento requiera una mayor concentración de deformación del muro
empotrado.
87
8. Referencias
Bariola, J. (2016). Peligro Sísmico de Muros Pantalla en Grava de Lima.
Bowles, J. (1197). Foundation Analysis and Design. Illinois.
Bustamante, M. (1986). Un Método para el Cálculo de los Anclajes y de los Micropilotes
Anclados.
Callejas, F. (2011). Procedimiento Constructivo de Muro Pantalla. México DF.
CISMID. (2010). Zonificación sísmico-geotécnico para siete distritos de Lima metropolitana.
CISMID. (2011). Riesgo Sismico Y Medidas De Reducción Del Riesgo En El Centro Histórico
De Lima.
Das, B. (2014). Fundamentos de Ingenieria Geotécnica.
Elton, D., & Whitbeck, J. (1997). Tieback Wall Design and Construction. Alabama Highway
Research Center .
Errázuriz, E. (2009). Pantallas de Contención: Métodos de Diseño y Aplicaciones. Santiago de
Chile.
Federal Highway Administration. (1999). Ground Anchors and Anchored Systems, Geotechnical
Engineering Circular N°4. . Estados Unidos.
Figueroa, G., Rodriguez, F., & Enrique, Z. (2011). Análisis y Didseño de Estructuraa De
Retención De Aplicación Reciente En El Salvador.
Geofundaciones. (2017).
Group, L. I. (2018). Ficha Técnica grúa de 90t. Grúa móvil AT de pluma telescópica todo terreno
rápida.
Ilies, N.-M., Farcas, V.-S., & Pop, M. (2014). Design Optimization of Diaphragm Walls.
Liebherr International Group. (s.f.). Datos Técnicos: Grúa hidráulica sobre cadenas.
Mínguez Santiago, F. (2015). Métodos de Excavación sin zanjas. Métodos de Excavación sin
zanjas. España: Tesis Doctoral, Caminos.
Sáez, E. (2010). Fundamentos de Geotecnia. Chile.
Sánchez, S., & Rodríguez, J. (2012). Caracterización de suelos granulares gruesos. El caso de la
Grava de Lima.
Sanhueza, C. (2008). Criterios y parámetros de diseño para pantallas . Madrid.
88
Saucedo, M., Raygada, L., & Matos, G. (2010). Aspectos constructivos, consideraciones de
diseño y monitoreo de muros anclados en excavaciones profundas. Caso Práctico:
Edificio Cipreses Lima. Lima.
Suarez, J. (2016). Deslizamientos: Tecnicas de Remediacion.
SUNAT. (27 de Diciembre de 2017). Superintendencia Nacional de Administración Tributaria -
SUNAT . Obtenido de www.sunat.gob.pe: http://e-consultaruc.sunat.gob.pe/cl-ti-
itmrconsruc/jcrS00Alias
Terzariol, R., Aiassa, G., & Arrúa, P. (s.f.). Diseño Sísmico De Estructuras De Contención En
Suelos. Córdoba.
US Army Corps of Engineers. (2003). Slope Stability .
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9. Anexos
- Anexo 1 – Organigrama de la Empresa
- Anexo 2 – Planos del caso práctico: Muros anclados Vivienda Multifamiliar
- Anexo 3 – Planos del caso práctico: Muros empotrados Vivienda Multifamiliar
- Anexo 4 – Planos del caso práctico: Muros anclados Peaje Vehicular
- Anexo 5 – Planos del caso práctico: Muros empotrados Peaje Vehicular
- Anexo 6 – Salidas del software del caso práctico: Muros anclados Vivienda Multifamiliar
- Anexo 7 – Cuadro de cargas del caso práctico: Muros anclados Vivienda Multifamiliar
- Anexo 8 – Salidas del software del caso práctico: Muros empotrados Peaje Vehicular
- Anexo 9 – Cuadro de Caracterisitcas del caso práctico Muros Empotrados Peaje Vehicular
- Anexo 10 – Salidas del software del caso práctico: Muros anclados Peaje Vehicular
- Anexo 11 – Cuadro de cargas del caso práctico: Muros anclados Peaje Vehicular
- Anexo 12 – Salidas del software del caso práctico: Muros empotrados Vivienda Multifamiliar
- Anexo 13 – Cuadro de Caracterisitcas del caso práctico Muros Empotrados Vivienda
Multifamiliar
