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ANÁLISIS DE ESTABILIDAD
DE TALUDES CON ANCLAJES
2013 - II
Dr. Jorge L. Cárdenas Guillén
Introducción
INDICE
Definiciones Previas
Estimación de las Cargas de Trabajo
Análisis de Estabilidad
Conclusiones
Aplicaciones Típicas
1
2
3
5
6
7
Principio de Funcionamiento 4
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
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).
2.1 Definición del anclaje
El anclaje en forma general consta de tres partes principales:
2.2 Partes Componentes
Bulbo o Tramo Anclado
Cabeza
Tramo Libre
El anclaje en forma general consta de tres partes principales:
2.2 Partes Componentes
Bulbo o Tramo Anclado
Cabeza
Tramo Libre
El anclaje en forma general consta de tres partes principales:
2.2 Partes Componentes
Bulbo o Tramo Anclado
Cabeza
Tramo Libre
El anclaje en forma general consta de tres partes principales:
2.2 Partes Componentes
Bulbo o Tramo Anclado
Cabeza
Tramo Libre
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
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.
3. Aplicaciones Típicas
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
Índice
Aplicaciones de anclajes en ejecución de obras
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.
4. Principio de Funcionamiento
El cálculo de la capacidad de carga del Bulbo (P) puede ser
estimado por la siguiente formula
ultLDP ...
Resistencia cortante lateral ultima del terreno ult
D Diámetro efectivo del Bulbo
Longitud del Bulbo L
Para rocas :
ult=10%.Sa para Sa < 600psi
Sa : Resistencia a la comprensión uniaxial
(Littlejhon y Bruce, 1975) :
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):
sss qLDP ...
P
sL
sq
ds DD .
Capacidad de carga del Bulbo
Longitud del Bulbo
Adherencia en la zona iteración suelo-anclaje
dD
.
Diámetro de la perforación
Coeficiente dado por la Tabla 1
Tabla 1. Valores del coeficiente para el
cálculo del diámetro final del Bulbo después de
la inyección
Adherencia para arenas e gravas (Habib,
1989)
Anterior Siguiente
Adherencia para limos y arcillas
(Habib, 1989)
Adherencia para rocas alteradas o
fracturadas (Habib, 1989)
Anterior
Índice
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:
5. Estimación de las Cargas de Trabajo
Análisis por el método de elementos finitos
Diagramas empíricos de distribución de presiones del
terreno
Método de reacción lateral del terreno “p-y”
Método de análisis limite cinemática
Para un sistema de anclajes con espaciamientos uniformes la
carga solicitante (FW) del Bulbo de cada anclaje puede ser
expresada así:
5.1 Diagramas empíricos de distribución
de presiones del terreno
Suelos arenosos:
)...( VH
WN
SSH
FT
aN KT .65.0
Suelos con cohesión (c) y fricción ():
a
aNKH
cKT
1.
.
.41
H :
Espaciamiento horizontal
y vertical de los anclajes Sc e S :
Profundidad de excavación
Diagramas empíricos de distribución de presiones del
terreno (Juran e Elias, 1987)
Arenas Arcilla con arena
Índice
La verificación de un sistema de contención, en cuanto a su
seguridad, consiste en la evaluación de la estabilidad en los
siguientes casos:
6. Análisis de Estabilidad
Análisis de estabilidad local, al nivel de cada anclaje
Análisis de estabilidad global de la estructura
La estabilidad local debe ser satisfecha a nível de cada anclaje a
través del siguiente critério de falla:
6.1 Análisis de Estabilidad Local
Tensión cortante máxima en la interface
Factor de seguridad local
Fuerza de tensión máxima o FW
Fs
LDT ault ...
max
Fs
maxT
ult
D Diámetro del Bulbo
Longitud del Bulbo aL
La estabilidad local debe ser satisfecha a nível de cada anclaje a
través del siguiente critério de falla:
6.1 Análisis de Estabilidad Local
Tensión cortante máxima en la interface
Factor de seguridad local
Fuerza de tensión máxima o FW
Fs
LDT ault ...
max
Fs
maxT
ult
D Diámetro del Bulbo
Longitud del Bulbo aL
FW P Capacidad
de Carga
del Bulbo Carga
Atuante
Factorada
Los valores del factor de seguridad en relacion al arrancamiento
son:
(en obras provisionales)
(en obras permanentes )
5.1FS
75.1FS
6.1.2 Factor de Seguridad Local
Anterior
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.
6.2 Análisis de Estabilidad Global
Superfície de falla bi-linear.
Superfície de falla planar.
Los critérios de superfície de falla son:
El factor de seguridad (FS) global es definido como la relación
de la suma de las fuerzas limites disponibles (RL) en la
inclusión y la fuerza total (Rm) requerido para mantener el
equilibrio limite:
(en obras provisionales)
(en obras permanentes )
5.1FS
75.1FS
6.2.1 Factor de Seguridad Global
m
L
R
RFS
Los valores del factor de seguridad global aceptables son:
El factor de seguridad (FS) global es definido como la relación
de la suma de las fuerzas limites disponibles (RL) en la
inclusión y la fuerza total (Rm) requerido para mantener el
equilibrio limite:
(en obras provisionales)
(en obras permanentes )
5.1FS
75.1FS
6.2.1 Factor de Seguridad Global
m
L
R
RFS
Los valores del factor de seguridad global aceptables son:
FW T
Fuerza
actuante
Fuerza
Resistente
6.2.2 Criterio de Superfície de Falla Planar
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.
Se asume que la superficie de falla planar (superficie de ruptura
de Rankine) pasa a través del pie del muro.
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.
Observaciones
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.
6.2.3 Criterio de Superfície de Falla Bi-Linear
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:
m
L
R
RFS
Con:
RL = FW e Rm = T
Índice
El uso de los anclajes como función, propiamente dicha,
esta prácticamente restricta a casos de combate a la
supresión e tracción directa.
7. Conclusiones
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.
La principal ventaja en el uso de los anclajes es obtener
elevadas cargas con piezas de tamaño pequeño donde los
elementos pueden ser evaluados individualmente lo que
representa una garantía de calidad.
Índice
El riesgo de corrosión es la principal desventaja,
particularmente aquellos constituidos de acero,
ocurriendo principalmente en la zona del tramo libre.
