Métodos para estabilizar taludes Tan pronto se comprueba que hay un riesgo de inestabilidad en un determinado talud, se debe buscar la mejor solución y considerar aspectos de costo, naturaleza de las obras afectadas (tanto en la cresta como al pie del talud), tiempo estimado en el que se puede presentar el problema, disponibilidad de los materiales de construcción, etc. Existen tres grandes grupos de soluciones para lograr la estabilidad de un talud:
• Aumentar la resistencia del suelo: son las soluciones que aplican drenaje en el suelo para bajar el nivel freático o la inyección de substancias que aumenten la resistencia del suelo, tales como el cemento u otro conglomerante • Disminuir los esfuerzos actuantes en el talud: soluciones tales como el cambio de la geometría del talud mediante el corte parcial o total de éste a un ángulo menor o la remoción de la cresta para reducir su altura. • Aumentar los esfuerzos de confinamiento (σ3) del talud: se puede lograr la estabilización de un talud mediante obras, como los muros de gravedad, las pantallas atirantadas o las bermas hechas del mismo suelo. En la siguiente sección se discutirán diversas soluciones. Cambio de la geometría El cambio de la geometría de un determinado talud puede realizarse (figura 3.12) mediante soluciones tales como la disminución de la pendiente a un ángulo menor, la reducción de la altura (especialmente en suelos con comportamiento cohesivo) y la colocación de material en la base o pie del talud (construcción de una berma); en esta última solución es común usar material de las partes superiores del talud.
Figura 3.12 Métodos para estabilizar un talud: (a) drenaje; (b) cambio de la geometría (Hunt 1984) La consecuencia directa de realizar un cambio favorable en la geometría de un talud es disminuir los esfuerzos que causan la inestabilidad y, en el caso de la implantación de una berma, el aumento de la fuerza resistente. Es importante destacar que la construcción de una berma al pie de un talud debe tomar en cuenta la posibilidad de causar inestabilidad en los taludes que se encuentren debajo, además, se deben tomar las previsiones para drenar el agua que pueda almacenarse dentro de la berma, ya que es
probable que pueda haber un aumento de la presión de los poros en los sectores inferiores de la superficie de falla, lo que acrecienta la inestabilidad. Drenaje La presencia de agua es el principal factor de inestabilidad en la gran mayoría de las pendientes de suelo o de roca con mediano a alto grado de meteorización. Por lo tanto, se han establecido diversos tipos de drenaje con diferentes objetivos (figura 3.22). A continuación se exponen los tipos de drenaje más usados para estabilizar taludes.
• Drenajes subhorizontales: son métodos efectivos para mejorar la estabilidad de taludes inestables o fallados. Consiste en tubos de 5 cm o más de diámetro, perforados y cubiertos por un filtro que impide su taponamiento por arrastre de finos. Se instalan con una pequeña pendiente hacia el pie del talud, penetran la zona freática y permiten el flujo por gravedad del agua almacenada por encima de la superficie de falla. El espaciamiento de estos drenajes depende del material que se esté tratando de drenar y puede variar desde tres a ocho metros en el caso de arcillas y limos, hasta más de 15 metros en los casos de arenas más permeables. • Drenajes verticales: se utilizan cuando existe un estrato impermeable que contiene agua emperchada por encima de un material más permeable con drenaje libre y con una presión hidrostática menor. Los drenajes se instalan de manera que atraviesen completamente el estrato impermeable y conduzcan el agua mediante gravedad, por dentro de ellos, hasta el estrato más permeable, lo que aliviará el exceso de presión de los poros a través de su estructura. • Drenajes transversales o interceptores: se colocan en la superficie del talud para proporcionar una salida al agua que pueda infiltrarse en la estructura del talud o que pueda producir erosión en sus diferentes niveles. Las zonas en las que es común ubicar estos drenajes son la cresta del talud para evitar el paso hacia su estructura (grietas de tensión), el pie del talud para recolectar aguas provenientes de otros drenajes y a diferentes alturas del mismo • Drenajes de contrafuerte: consiste en la apertura de zanjas verticales de 30 a 60 cm de ancho en la dirección de la pendiente del talud para rellenarlas con material granular altamente permeable y con un alto ángulo de fricción (> 35°). La profundidad alcanzada deberá ser mayor que la profundidad a la que se encuentra la superficie de falla para lograr el aumento de la resistencia del suelo no solo debido al aumento de los esfuerzos efectivos gracias al drenaje del agua que los reducía, sino también al aumento del material de alta resistencia incluido dentro de las zanjas. Esta solución puede ser útil y de bajo costo en el caso de taludes hechos con materiales de baja resistencia, tales como arcillas y limos blandos o con presencia de materia orgánica en descomposición que tengan entre tres y ocho metros de altura y superficies de falla que no pasen de los cuatro metros. Soluciones estructurales Este tipo de soluciones generalmente se usa cuando hay limitaciones de espacio o cuando resulta imposible contener un deslizamiento con los métodos discutidos anteriormente. El objetivo principal de las estructuras de retención es incrementar las fuerzas resistentes de forma activa (peso propio de la estructura, inclusión de tirantes, etc.) y de forma pasiva al oponer resistencia ante el movimiento de la masa de suelo. Entre las soluciones estructurales más usadas se encuentran las siguientes:
• Muros de gravedad y en cantiliver: la estabilidad de un muro de gravedad (figura 3.13 a y b) se debe a su peso propio y a la resistencia pasiva que se genera en la parte frontal del mismo. Las soluciones de este tipo son antieconómicas porque el material de construcción se usa solamente por su peso muerto, en cambio los muros en cantiliver (figura 3.13 c), hechos de concreto armado, son más económicos porque son del mismo material del relleno, el que aporta la mayor parte del peso muerto requerido.
Figura 3.13 Muros a) Muro de gravedad
Figura 3.13 Muros b) Muro de semigravedad
Figura 3.13 Muros c) Muro en Cantilever
Se debe tener en cuenta que al poner una estructura con un material de muy baja permeabilidad, como el concreto, al frente de un talud de suelo que almacene agua en su estructura, es muy probable que aumente la presión hidrostática en la parte posterior del muro. Para evitar este problema se debe colocar drenajes subhorizontales a diferentes alturas del muro con el objetivo de disipar el exceso de presión. Un tipo de muro de gravedad que ayuda en este aspecto, es el muro de gavión que al no tener ningún agente cohesionante más que la malla que une los gaviones, permite el paso de agua a través de los mismos. Estos muros además de ser comparativamente económicos, tienen la ventaja de tolerar grandes deformaciones sin perder resistencia.
Figura 3.14 Muros de gavión
• Pantallas: consisten de una malla metálica sobre la cual se proyecta concreto (shotcrete) recubriendo toda la cara del talud. Es común “atirantar” esta corteza de concreto armado mediante anclajes que atraviesan completamente la superficie de falla para posteriormente ser tensados y ejercer un empuje activo en dirección opuesta al movimiento de la masa de suelo. La figura 3.15 muestra el corte típico de una pantalla atirantada.
Figura 3.15 Sección transversal y frontal de una pantalla
http://helid.digicollection.org/en/d/Jh0206s/4.5.html
Cómo calcular anclajes al terreno tipo Dywidag o Gewi 25 mayo, 2015 Cimentaciones, Geotecnia, Hormigón, Normativas, Pantallas 8 Comments
En el post de hoy vamos a entrar de lleno en cómo se realiza el cálculo de anclajes de barras o de cables de tipo Dywidag o Gewi, los más usados. Además de dar la formulación estricta para el cálculo, daremos unos números gordos para un rápido dimensionamiento y documentación interesante descargable de estos anclajes al terreno.
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Descárgate un programa para realizar todas las combinaciones de acciones en estructuras (ELU y ELS) 24 marzo, 2014 Cimentaciones, Combinación de acciones, CTE, Cursos, Edificación, Estructuras curiosas,Geotecnia, Hormigón, Informatica, Metalicas, Normativas, Opinión, Pantallas, Publicidad, Puente s, Software,Uncategorized, Varios 8 Comments
Ya hemos hablado en varios posts de lo difícil que nos lo ponen las normativas para realizar todas las combinaciones para los Estados Límites Últimos y de Servicio: Compatibilidades, incompatibilidades, grupos de cargas, distintos coeficientes de combinación… Pues bien, ya os podéis descargar un sencillo programa informático para que haga este trabajo por vosotros. Se llama COMBINADOR.
Este programa nace de la idea de elaborar sencillas herramientas que hagan la vida al calculista un poco más fácil. Existen en el mercado programas muy sofisticados que te calculan rápida y eficientemente complejas estructuras. Sin embargo, existen pocas herramientas para esos cálculos monótonos y tediosos que el calculista necesita cuando debe justificar algo o simplemente calcular alguna estructura que se sale de los estándares de los grandes programas de cálculo.
El objetivo de este programa de carácter educativo es simple, pero no por eso algo sencillo: elaborar las distintas combinaciones de acciones en el cálculo de estructuras según las normativas españolas y europeas (EHE-08, EAE, CTE, IAP-11, IAPF-07, EC-1…) y luego poder imprimirlas en un informe o exportarlas a Excel o a Sap2000. Soporta todo tipo de incompatibilidades entre cargas, incluso los tediosos grupos de cargas de la IAP-11. Para poder descargarlo hemos creado una nueva área en nuestro blog. En la pestaña de “Descargas” podéis pinchar en “Software” (también pinchando aquí). Allí pondremos los programas que iremos creando (que esperamos sean unos cuantos).
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Cálculo de Soil Nail Walls o Muros Anclados con Hormigón Proyectado 26 noviembre, 2013 Geotecnia, Hormigón, Pantallas 7 Comments
Para estabilizar un talud existen varios tipos de muros que pueden ser utilizados. Uno de ellos son los Muros Anclados con Hormigón Proyectado o Soil Nail Walls.
Se trata de un muro compuesto por una capa de 10 a 12 cm de hormigón proyectado y malla electrosoldada que conecta varios anclajes al terreno. Estos anclajes suelen estar menos espaciados que en muros anclados de hormigón armado. De hecho, cada anclaje suele tener asignada un área de influencia de entre 1 a 4 m².
Esta tipología, frecuentemente usada en todo el mundo, data de primeros de los años 70 del siglo pasado, y sin embargo en España todavía no se dispone de normativa o guía que la regule directamente. En la “Guía para el diseño y la ejecución de anclajes al terreno en obras de carretera” del Ministerio de Fomento y que podéis bajaros en nuestra sección de “Normativas y Guías”, se pueden encontrar todas las comprobaciones necesarias a realizar para los anclajes pero poco o nada se habla de este sistema contención en general. En este post os dejo una breve guía de comprobaciones a realizar en el cálculo de esta tipología de muros así como una bibliografía de referencia.
Las comprobaciones que hay que realizar sobre esta tipología de muros son
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Asiento en superficie tras una pantalla (Parte II) 9 abril, 2012 Geotecnia, Pantallas 6 Comments
En la primera parte de este post (puedes verlo aqui) expliqué un método para estimar las deformaciones en la superficie horizontal tras una pantalla y os prometía que os comentaría mas adelante unos cuantos más con nombre y fecha. Pues bien, aqui os explico los pasos a seguir para estimar dichas deformaciones según el método de Peck, el de Bowles, el de Clough & O’Rourke y por último el de Hsieh y Ou. Haz clic para compartir en Twitter (Se abre en una ventana nueva) 1K+Haz clic para compartir en Facebook (Se abre en una ventana nueva)1K+ Haz clic para compartir en LinkedIn (Se abre en una ventana nueva) Haz clic para compartir en Pocket (Se abre en una ventana nueva) Haz clic para compartir en Google+ (Se abre en una ventana nueva) Haz clic para compartir en Tumblr (Se abre en una ventana nueva) Haz clic para compartir en Pinterest (Se abre en una ventana nueva)
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Asiento en superficie tras una pantalla (Parte I) 22 marzo, 2012 Geotecnia, Pantallas 5 Comments
Hace unos años hice un famoso curso de cálculo de pantallas de una importante universidad de España y de lo poco que aprendí por entonces (que ya no supiera de la bibliografía básica que cualquiera puede tener al alcance de la mano) fue la estimación de forma empírica de la deformación del terreno en el trasdós de las pantallas y así calcular la distorsión y posibles afecciones producidas en estructuras aledañas a la pantallas. Obviamente la mejor manera de calcular estas cosas es con un programa que realice el cálculo de la pantalla con elementos finitos pero lo normal es que utilicemos programas que usen el modelo de Winkler para la pantalla por lo que solo obtenemos los desplazamientos de la pantalla y no la superficie horizontal del trasdós. Como en todo curso que se precie, debía entregar varios ejercicios que los profesores nos pedían. Ni corto ni perezoso entregue la solución de un problema de estimación de asientos y distorsión de un edificio cercano a una pantalla realizando una sencilla hoja de Excel. Al profesor de turno le gustó tanto que me pidió la hoja para compartirla con los demás alumnos del curso. Yo se la dejé y él la distribuyó a los demás alumnos. Por lo visto, en los siguientes cursos también se ha seguido distribuyendo pero con un pequeño cambio: han eliminado mi nombre de la hoja…¡Qué detalle! Ya puestos en faena, os explico el método que comentan en dicho curso y os adjunto la hoja Excel. El método consiste en suponer dos hipótesis que se suelen dar en las pantallas: 1. Que el volumen de tierras desplazada horizontalmente por la pantalla es igual al volumen de tierras asentada en el trasdós de la pantalla. 2. El volumen del asiento del terreno en el trasdós de la pantalla queda delimitado por una parábola con un máximo a 0.75H de la pantalla y con desplazamiento nulo justo en la pantalla y a 1.5H de ella (siendo H la altura escavada de la pantalla). Por tanto la zona de influencia de los asientos es D=1.5H.
Como sabemos la ecuación de la parábola podemos sacar el volumen V2:
Y si imponemos la condición de la primera hipótesis y despejamos tenemos:
Es decir, que lo que tenemos que hacer para estimar los asientos se reduce a los siguientes pasos: Paso 1. Predecir el desplazamiento lateral del muro (δh) a través de la realización de análisis de deformación lateral (con los programas comerciales). Paso 2. Calcular del volumen de suelo desplazado lateralmente (V1). Paso 3. La deformación máxima vertical viene dada por:
Paso 4. La ley de deformación de la pantalla puede estimarse como una parábola que llega a una distancia D=1.5He de la pantalla con el máximo de la deformación a D/2=0.75H e. Por lo tanto, la ecuación de la parábola es:
Lo prometido es deuda y os adjunto la hoja de cálculo que hice por aquel entonces.
Calculo de asientos Agudelo En la hoja solo hay que poner la ley de deformación de la pantalla y esta calcula la ley de asientos; además, si ponemos la distancia a la que tenemos los pilares o muros de una estructura aledaña a la pantalla, la hoja calcula la distorsión angular y podemos comprobar si tendremos problemas o no. Recordemos que los límites en la distorsión angular que podemos tener en una estructura según la CTE
son: Se supone, tal y como dicen en el curso, que este método es aceptado normalmente por las administraciones…La verdad que no se…a mí nunca me han puesto pegas. Qué lástima que no dijeran en el curso a quien se debe este método… Pero para los que les guste saber de dónde vienen las cosas, en la segunda parte de este post os pondré tres métodos más para la obtención de las deformaciones y estos con su autor y año (las cosas como Dios manda). Gracias por vuestro tiempo.
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La verdadera historia del Ábaco de Chadeisson 13 marzo, 2012 Geotecnia, Pantallas 20 Comments
Leo en varios foros y blog sobre el famoso Ábaco de Chadeisson y no puedo hacer otra cosa que impresionarme lo que habla la gente de oídas… Incluso en algún blog donde se echa
bastante bilis sobre el ábaco (respecto a su utilidad) me sorprende que cuenten la historia sesgadamente. ¿Pero cuál es su verdadera historia?
Para el que no conozca este ábaco, comentarle que es un ábaco que te ofrece el coeficiente de balasto horizontal para pantallas sabiendo el ángulo de rozamiento interno y la cohesión. Así, sin más, ni geometría de la pantalla, ni módulos de deformación del terreno o del hormigón de la pantalla… Conocí el dichoso ábaco hace cosa de unos 6 años, en una página web con un excelente foro que por entonces tenía mucha actividad (que pena que ya esté casi muerto, cosas de la crisis). Publicaron dicho ábaco y fue el pistoletazo de salida para que todo el mundo empezara a utilizarlo. De pasar a tener que “inventarte” el coeficiente de balasto horizontal a considerar (por que los estudios geotécnicos no te daban ese valor y si se lo pedías se hacían los “longuis”), a tenerlo casi en la sopa; todos adorando el ábaco como si fuera… el “ganchoooo”:
¿¿¿Pero de donde viene ese ábaco???? Bueno, por lo visto, en dicha página web lo habían obtenido del Simposio sobre Estructuras de Contención de Terrenos, en el artículo “Aplicación del Eurocódigo EC7 en el diseño de muros de contención” de Marcos Arroyo y José P. Feijóo, publicada por la Sociedad Española de Mecánica del Suelo y Cimentaciones. Pues nada, uno busca dicho artículo y básicamente se encuentra que se remite a otro artículo de un tal A. Monnet llamado “Module de réaction, coefficient de décompression, au sujet des paramètres utilisés dans la métothe de calcul élastoplastique des soutènements” y publicado en la Revista Francesa de Geotech. Nº 65 página 67-62. Como dice Frankie en su blog “Geotécnia y Arquitectura”, esto se parece al chiste del eclipse en el cuartel (muy buen post, lo recomiendo).
Me costó un tiempo encontrar el artículo de Monnet. Mientras pasaba el tiempo en mi búsqueda, empezaron a aparecer varias páginas web donde se podía ver la siguiente fórmula llamándola fórmula del ábaco de Chadeisson (esta es concretamente de www.finesoftware.eu):
Según finesoftware, esta es la fórmula que da los valores del ábaco de Chadeisson y según ellos Chadeisson la hizo pública en una ponencia de 1961 en “Parois continues moulées dans le sols. Proceedings of the 5th European Conf. on Soil Mechanics and Foundation Engineering,Vol. 2. Dunod, Paris, 563-568″ Uno se pone a pelearse con esta fórmula y observa que de la fórmula no sale nada parecido a lo que el ábaco dice… ¿Qué está pasando? Algo no cuadraba. ¡¡Y por fin encuentro el artículo de Monnet de 1995 y todo se aclara¡¡¡ Según dicho artículo de Monnet, resulta que Chadeisson fue un ingeniero que desarrolló un programa informático en los años 60 basado en el modelo de Winkler llamado PAROI 2. Chadeisson, basándose exclusivamente en su experiencia en el cálculo de las pantallas con su programa, propone su famoso ábaco. Este programa y su ábaco se hacen entonces muy usados por los ingenieros franceses. O sea, que nada de fórmulas, solo un ábaco basado en la experiencia Chadeisson para dar salida a su software. Resulta que Monnet, en su artículo, es el que propone entonces la siguiente
fórmula: Como veis, es la que dice finesoftware que es de Chadeisson (me parece que tiene razón Frankie con lo que aquí también hablan de oídas). ¡Cuidado que la fórmula de la página de finesoftware tiene una errata con las potencias! ¿Y que hace nuestro amigo Monnet con su fórmula? Pues compara los resultados de su fórmula con los del ábaco de Chadeisson. Buena práctica: invéntate una fórmula y refútala con un ábaco que se está usando mucho en la vida cotidiana, así conseguirás que se hable de tu fórmula. ¿Y se parece lo que sale de la fórmula con el ábaco? Pues… si te pongo los resultados en distintas
páginas del artículo, con los ejes cambiados de posición, a distinta escala y girados 90º pues
parece que si… Pero siendo malicioso… si superponemos los resultados de Monnet sobre el ábaco tenemos
esto: Hombre… ahora es cuando se ve que van al mismo rollo pero iguales, iguales… no son. Ahora viene la segunda pregunta. ¿Qué valores ha tomado Monet para que se parezca su fórmula al ábaco de Chadeisson? Pues Monnet índica en su artículo que lo hace para un muro de 0,80 m de espesor y un módulo de deformación del hormigón de 2*10^7 KPa parecido a lo que hacía Chadeisson en los años 60. Cabe entonces hacernos esta pregunta: si la fórmula de Monnet es correcta, con las pantallas que hacemos hoy en día, de 0,50 m de espesor a 0,80 m y con hormigones altamente armado con los que podemos llegar a 3*10^7 KPa para el módulo de deformación ¿tiene sentido que sigamos usando el ábaco de Chadeisson? Pues tomándonos la molestia de hacer el ábaco para estas circunstancias tenemos lo siguiente:
Esto para densidades del terreno 20 KN/m³. Para espesores diferentes a 0.5 m y 0.8 m se podría interpolar (siento lo de las unidades, es para poder hacer comparaciones facilmente). No parece que los valores cambién mucho de los del ábaco de Chandeisson… ¿ó si? Además, ¿somos conscientes que dichos valores son para empujes pasivos según la ley de Caquot-Kérisel y aquí en España utilizamos software con la ley de Rankine? ¿Todo esto sirve para algo? Pues resulta que otro artículo (esto llega a ser obsesivo) titulado “Numerical analysis of displacements of a diaphragm wall”, de M. Mitew (publicado en Geotechnical Aspects of Underground Construction in Soft Ground: Proceedings of the 5th International Symposium TC28. Amsterdam, the Netherlands, 15-17 Junio 2005 y editado por K.J. Bakker, A. Bezuijen, W. Broere y E.A. Kwast) hacen una comparativa de los resultados de desplazamientos en pantallas entre diversos métodos (con métodos de elementos finitos y métodos de winkler) y resulta que los métodos que utilizan los valores de la fórmula de Monnet obtienen desplazamientos que se quedan por debajo de las realmente medidas… Claro que yo incidiría que Mitew en su artículo, al no tener la cohesión del terreno de su ejemplo, ni corto ni perezoso utiliza en su lugar la resistencia al corte sin drenaje, como si tuviera que ver ese valor algo con los parámetros efectivos del terreno… Muchas prisas para desprestigiar un método y vanagloriar otro diría yo… Total que mucho de oídas y nada claro. Por lo menos ya sabemos de donde viene el ábaco y cual es su alcance… Es obvio que utilizar coeficientes de balasto para calcular pantallas no es lo mejor; es una burda aproximación, pero aún asi es rápido, limpio y las pantallas así calculadas (casi el 100% en España y en Francia) no presentan grandes fallos (repecto a su calculo) si se estima convenientemente el coeficiente de balasto a considerar. Por tanto ¿Cómo estimamos el coeficiente de balasto? Bueno eso lo dejo para un próximo post en el que hablare de las mil y una formas para estimar este valor. AGUDELO Haz clic para compartir en Twitter (Se abre en una ventana nueva) 735Haz clic para compartir en Facebook (Se abre en una ventana nueva)735 Haz clic para compartir en LinkedIn (Se abre en una ventana nueva) Haz clic para compartir en Pocket (Se abre en una ventana nueva) Haz clic para compartir en Google+ (Se abre en una ventana nueva) Haz clic para compartir en Tumblr (Se abre en una ventana nueva) 2Haz clic para compartir en Pinterest (Se abre en una ventana nueva)2
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