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ANÁLISIS DE ESTABILIDAD DE TALUDES TALUDES CON ANCLAJES

D r . Jor J or ge L. L . Cá Cárden denas as Gui Gu i l l é n 201 3 - I I

INDICE 1

Introducción

2

Definiciones Previa Previass

3

Aplicaciones Típicas

4

Principio de Funcionamiento

5

Estimación de las Cargas de Trabajo

6

Análisis de Estabilidad

7

Conclusiones

INDICE 1

Introducción

2

Definiciones Previa Previass

3

Aplicaciones Típicas

4

Principio de Funcionamiento

5

Estimación de las Cargas de Trabajo

6

Análisis de Estabilidad

7

Conclusiones

1.

Introducción

La utilización de elementos resistentes a la tracción del terreno  para mejorar sus características mecánicas es de carácter milenar y mundial.

Índice

2.

Definiciones Previas

2.1

Definición del anclaje

El tirante es un elemento linear capaz de transmitir esfuerzos de tracción entre sus extremidades, donde una de ellas se encuentra ubicado afuera del terreno (Cabeza del anclaje) y a otra es enterrada, la misma que es subdividida en Tramo Anclado o Bulbo y Tramo Libre (parte que enlaza la Cabeza del anclaje al Bulbo).

2.2

Partes Componentes

El anclaje en forma general consta de tres partes principales: Cabeza Tramo Libre Bulbo o Tramo Anclado

2.2

Partes Componentes

El anclaje en forma general consta de tres partes principales:

Cabeza Tramo Libre Bulbo o Tramo Anclado

2.2

Partes Componentes

El anclaje en forma general consta de tres partes principales: Cabeza

Tramo Libre Bulbo o Tramo Anclado

2.2

Partes Componentes

El anclaje en forma general consta de tres partes principales: Cabeza Tramo Libre

Bulbo o Tramo Anclado

2.3

Ventajas y Desventajas Obtener elevadas cargas con piezas de tamaños pequeños y donde estos elementos pueden ser evaluados individualmente. Simplicidad constructiva.

En relación a su funcionamiento, es posible hacer que el anclaje trabaje activamente (impedir movimientos de macizo). La principal desventaja, particularmente en aquellas constituidas de acero, es el riesgo de corrosión.

Índice

3.

Aplicaciones Típicas

El uso de anclajes como función propiamente dicha es  prácticamente restricto a casos de combate a supresión y tracción directa. Todavía es muy frecuente que los anclajes sean utilizados de forma indirecta para permitir a ejecución de obras en si, o que evidentemente incluye la evacuación de cimentaciones.

Aplicaciones de anclajes en excavaciones o terraplenes

Aplicaciones de anclajes en tuneles

Aplicaciones de anclajes en proteccion de riberas ante la erosión

Aplicaciones de anclajes en estabilización de taludes

Aplicaciones de anclajes en estabilización de taludes

Aplicaciones de anclajes en ejecución de obras

Aplicaciones de anclajes en ejecución de obras Índice

4.

Principio de Funcionamiento

La función básica del tirante es transmitir un esfuerzo externo de tracción para el terreno a través del Bulbo. Evidentemente, el esfuerzo externo es aplicado en la Cabeza del anclaje y es transferido para el Bulbo a través del Tramo Libre.

El cálculo de la capacidad de carga del Bulbo (P) puede ser estimado por la siguiente formula

 P 



 . D. L. ult 

  

Resistencia cortante lateral ultima del terreno

 D

Diámetro efectivo del Bulbo

 L

Longitud del Bulbo

ult 

Para rocas : (Littlejhon y Bruce, 1975) :

ult=10%.Sa

para Sa < 600psi

Sa : Resistencia a la comprensión uniaxial

Para suelos cohesivos : ult=.Su 

: Factor de adhesión.

Su

: Resistencia cortante media no drenada.

El factor de adhesión () generalmente varia (Tomilnson, 1957; Peck, 1958; Woodward et. al., 1961) en un rango de 0.3 a 0.75.

Habib propone una formula semi empírica (partiendo de la formula propuesta por Bustamante, 1985) para el calculo de la capacidad de carga del Bulbo (P):

 P 



 . D s . L s .q s

 P 

Capacidad de carga del Bulbo

 L s

Longitud del Bulbo

 D s   .Dd   Dd 

: Coeficiente dado por la Tabla 1, dependiente del procedimiento de inyección Adherencia en la zona iteración suelo-anclaje  .

q s

: Diámetro de la perforación

Adherencia para arenas e gravas (Habib, 1989) IGU: inyección única global . IRS: inyección repetitiva.

Tabla 1. Valores del coeficiente para el cálculo del diámetro final del Bulbo después de la inyección

Anterior

Siguiente

Adherencia para limos y arcillas (Habib, 1989)

Adherencia para rocas alteradas o fracturadas (Habib, 1989)

Anterior

Índice

5.

Estimación de las Cargas de Trabajo Muchas investigaciones fueron desarrolladas para estimar las cargas de pretensión de los anclajes de tal forma que los desplazamientos de las paredes se encuentren en el rango  permisible, las mismas que pueden ser clasificados en cuatro  principales categorías: Diagramas empíricos de distribución de presiones del terreno Método de reacción lateral del terreno “p-y”

Análisis por el método de elementos finitos Método de análisis limite cinemática

5.1

Diagramas empíricos de distribución de presiones del terreno

Para un sistema de anclajes con espaciamientos uniformes la carga solicitante (F W) del Bulbo de cada anclaje puede ser expresada así: T  N 



 F W 

(  . H .S  H  .S V  )

Suelos arenosos: T  N 



0.65.K a

H

: Profundidad de excavación

Sc e S : Espaciamiento horizontal y vertical de los anclajes

Suelos con cohesión (c) y fricción ( ): T  N 

  K 

a

  4.c 1  .    . H   

1  K a

     

Arcilla con arena

Arenas

Diagramas empíricos de distribución de presiones del terreno (Juran e Elias, 1987) Índice

6.

Análisis de Estabilidad

La verificación de un sistema de contención, en cuanto a su seguridad, consiste en la evaluación de la estabilidad en los siguientes casos:

Análisis de estabilidad local, al nivel de cada anclaje Análisis de estabilidad global de la estructura

6.1

Análisis de Estabilidad Local

La estabilidad local debe ser satisfecha a nível de cada anclaje a través del siguiente critério de falla: T 

max



  

ult 

.  . D. L

a

 Fs

 Fs

Factor de seguridad local

T max

Fuerza de tensión máxima o F W

  

Tensión cortante máxima en la interface

 D

Diámetro del Bulbo

 La

Longitud del Bulbo

ult 

6.1

Análisis de Estabilidad Local

La estabilidad local debe ser satisfecha a nível de cada anclaje a través del siguiente critério de falla:

FW Carga Atuante Factorada

T 

max



  

ult 

.  . D. L

a

 Fs

 Fs

Factor de seguridad local

T max

Fuerza de tensión máxima o F W

  

Tensión cortante máxima en la interface

 D

Diámetro del Bulbo

 La

Longitud del Bulbo

ult 

P

Capacidad de Carga del Bulbo

6.1.2 Factor de Seguridad Local Los valores del factor de seguridad en relacion al arrancamiento son:

Anterior

 FS   1.5

(en obras provisionales)

 FS   1.75

(en obras permanentes )

6.2

Análisis de Estabilidad Global

La verificación de la estabilidad global consiste en garantizar un coeficiente de seguridad adecuado a la rotación o translación de la masa del suelo que se desplace a lo largo de la superficie  potencial de falla asumida. Los critérios de superfície de falla son: Superfície de falla planar. Superfície de falla bi-linear.

6.2.1 Factor de Seguridad Global El factor de seguridad (FS) global es definido como la relación de la suma de las fuerzas limites disponibles (R L) en la inclusión y la fuerza total (R m) requerido para mantener el equilibrio limite:  FS 



 R L  Rm

Los valores del factor de seguridad global aceptables son:  FS   1.5

(en obras provisionales)

 FS   1.75

(en obras permanentes )

6.2.1 Factor de Seguridad Global El factor de seguridad (FS) global es definido como la relación de la suma de las fuerzas limites disponibles (R L) en la inclusión y la fuerza total (R m) requerido para mantener el equilibrio limite:  FS 

Fuerza Resistente

FW



 R L  Rm

T

Fuerza actuante

Los valores del factor de seguridad global aceptables son:  FS   1.5

(en obras provisionales)

 FS   1.75

(en obras permanentes )

6.2.2 Criterio de Superfície de Falla Planar Se asume que la superficie de falla planar (superficie de ruptura de Rankine) pasa a través del pie del muro. La resistencia al corte del suelo es definido por el criterio de ruptura de Mohr  – Coulomb, asumiendo que la resistencia es totalmente movilizada a través de la superficie potencial de falla.

Observaciones Es recomendable que el Bulbo del anclaje debe estar localizado a una distancia H/5 después de la superficie de ruptura asumida o a una distancia mínima de 50 cm.

Trabajos iniciales realizados por Terzaghi (1948) demuestran que la forma de la superficie de ruptura en muros rígidos de contención sostenidos son fuertemente dependientes del modo de desplazamiento y están asociados a las distribuciones de las  presiones del terreno.

6.2.3 Criterio de Superfície de Falla Bi-Linear Broms (1967) propone un método de equilibrio limite generalizado (modificado del método de Kranz, 1963) donde considera una superficie de deslizamiento bi-linear pasando a través del ponto medio del Bulbo del anclaje.

El polígono de fuerzas actuantes sobre la cuña de suelo en la condición limite relaciona la presión activa del suelo retenido Pa, la resistencia cortante del suelo (Sc e S  ) y la reacción de la pared Pa entre otras fuerzas. El factor de seguridad FS esta definido como:  FS 



 R L  Rm

Con: R L = FW e R m = T

Índice

7.

Conclusiones El uso de los anclajes como función, propiamente dicha, esta prácticamente restricta a casos de combate a la supresión e tracción directa. La función básica del anclaje es transmitir esfuerzos externos de tracción para el terreno, a través del Bulbo. La transmisión de los esfuerzos es hecha por el elemento resistente a la tracción, normalmente el acero.