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Muros Anclados Por: Erik van Bommel G. Gerardo Visbal G.

Los muros anclados para contención de tierra son muros que logran su estabilidad a través de tirantes de anclaje con capacidad para soportar las fuerzas que cargan sobre el muro, como lo son el empuje del suelo, del agua y de las sobrecargas.  Las fuerzas son trasladadas a una zona detrás de la zona activa 

Muros Anclados

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Los tirantes se postensan y son generalmente construidos con cables de acero del mismo tipo de las utilizadas en el concreto presforzado, que se alojan en perforaciones ejecutadas en el terreno con una ligera inclinación hacia abajo respecto a la horizontal.

Muros Anclados

Estabilización de taludes para ampliación de carreteras  Reparación de fallas en bordes de carreteras  Excavaciones para sótanos de edificios en zonas urbanas 

Usos

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El proceso constructivo de los muros anclados esta dado por los siguientes pasos : ◦ ◦ ◦ ◦ ◦ ◦

Movimiento de tierra o excavación Perforación Inyección del bulbo a presión requerida Armado del muro Elaboración y lanzado del concreto Tensado del anclaje

Proceso Constructivo

Antes de cualquier proceso para elaborar el muro anclado se debe iniciar una excavación preliminar  La excavación inicia a una profundidad donde el talud es capaz de sostenerse por un lapso de tiempo (24-48h). Suele estar entre 1 y 2m.  Al finalizar el movimiento de tierra se puede seguir con la perforación. 

Excavación

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La perforación del suelo se inicia con un tubo de revestimiento de 10 a 20 cms de diámetros y una longitud de 3m. Se introduce un barreno para extraer los residuos y se continua con el siguiente tubo. Se repite el proceso hasta alcanzar la profundidad deseada. Se debe perforar con un alineamiento y ángulo de inclinación correctos. Se debe garantizar una superficie rugosa entre el suelo y el material cementante del bulbo Se limpia el hueco con agua a presión luego de extraer las barras y no debe haber colapso, manteniendo la adherencia

Perforación

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Los métodos mas usuales para perforar son los siguientes: ◦ Rotación ◦ Percusión ◦ Barrena

Métodos de Perforación

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Se introduce el tirante en el hueco con centradores y se inyecta la lechada de cemento a presión o por gravedad, la cual causa una buena adherencia. El proceso de inyección debe garantizar que no que agua o aire en la zona inyectada La inyección debe ser lenta y permanente Objetivos: ◦ Crear adherencia entre la barra de acero y el suelo ◦ Proporcionar protección a la barra contra la corrosión

Inyección

Se colocan varillas centradas con diámetros apropiados. Estas son enroscadas en la parte exterior para facilitar el proceso de tensado y sujeción  La malla electro soldada debe colocarse de arriba hacia abajo conforme avanza el corte del suelo 

Armado del Muro

el espesor del revestimiento normalmente es de 75 a 100mm. El concreto lanzado proporciona una cara de apoyo sobre el suelo excavado  La calidad del concreto y la durabilidad son determinados por el contenido de cemento y la densidad insitu.  Generalmente lleva de 350 a 400 kg de cemento por metro cubico de mezcla 

Ejecución del Concreto Lanzado

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El anclaje no debe ser tensionado hasta que el concreto alcance una resistencia de 25MPa, aproximadamente el 3er día desde que inicia el curado La tensión máxima del tendón debe ser el 80% de la carga de falla Proceso : ◦ ◦ ◦ ◦

Colocación de la placa Colocación de cabeza de anclaje Tensado del anclaje Medir deformación del anclaje

Tensado de Anclajes

Retroexcavadora  Perforadora  Lanzado de shotcrete  Gato hidráulico 

Equipos

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El diseño de muros anclados puede realizarse utilizando varios procedimientos. Los más comunes son el método de la cuña anclada y la utilización de análisis de estabilidad de taludes por los procedimientos de Bishop o de Janbu.

Diseño de Estructuras Ancladas

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El diseño propuesto con base en criterios de ingeniería se verifica analizando la estabilidad del bloque de suelo que constituye el macizo de anclaje. Esta superficie va de la base del muro hasta el punto medio de la longitud efectiva de anclaje. La solución de la estabilidad se puede realizar por el polígono de fuerzas o en una forma más precisa, por sumatoria de fuerzas.

Método de la Cuña Anclada

Método de la Cuña Anclada

Los diagramas de presiones de tierra desarrollados por Terzaghi y Peck generan diagramas de presión de tierra relativamente conservadores.  Estos diagramas son rectangulares o trapezoidales de acuerdo al tipo de suelo, como se muestra en la figura 4.10. 

Diagrama de esfuerzo de Terzaghi y Peck

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Se asume excavaciones mayores a 6 metro y son relativamente ancha.

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Los movimientos del muro se suponen lo suficientemente grandes para que se movilice la totalidad de la resistencia del suelo al cortante.

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El nivel de agua se asume por debajo de la base del muro. No se tuvieron en cuenta presiones de agua.

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La masa de suelo se supone homogénea, y el suelo bien drenado para arenas y no drenado para arcillas.

Suposiciones

Diagrama de Presiones

Diagrama de Presiones Recomendada para Arenas

Diagrama de Presiones Recomendada para Arcillas Fisuradas de Rigido a Duro

Ejemplo

Se colocaran 2 anclajes, uno a 2.5m y el otro a 6.25m debajo de la parte superior del muro.  La rampa hará una sobrecarga de 11kN/m2  Inclinación de los anclajes de 15°.  Separación entre centro y centro de los anclajes es de 2.5m 

Ejemplo

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Paso 1 ◦ Determinar la Viabilidad del Uso de Estructuras Ancladas:  Analizar las restricciones de derecho de vía, materiales, equipos, estructuras existentes, aspectos ambientales, estética, sensibilidad, movimientos de tierra, costos, etc.

Proceso de Diseño de Estabilización de Taludes

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Paso 2 ◦ Obtener y Analizar la Información Geotécnica del Deslizamiento o el Talud:  Topografía, extensión lateral, perfil de suelo, niveles freáticos, parámetros para el análisis, superficie de falla, sismicidad, etc.

Proceso de Diseño de Estabilización de Taludes

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Paso 3 ◦ Escoger el Tipo de Estructura:  Muro de gravedad anclado, pantalla anclada, tablestaca anclada, elementos individuales o zapatas con anclas. Pre dimensionar los elementos superficiales de la estructura: altura, inclinación, localización probable, procedimiento constructivo, etc.

Proceso de Diseño de Estabilización de Taludes

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Paso 4 ◦ Evaluar las Presiones de Tierra:  Seleccionar la distribución de presiones de tierra que actúan sobre la cara posterior de la estructura supuesta. Incluir fuerzas sísmicas, de agua, expansión del suelo, etc.

Proceso de Diseño de Estabilización de Taludes

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Paso 5 ◦ Evaluar el Factor de Seguridad del Talud Existente:  Analizar el factor de seguridad a falla general del talud conformado para la colocación de la estructura, pero sin la estructura anclada. Calcular el factor de seguridad utilizando un software de equilibrio límite. Se diseña para el factor de seguridad mínimo.

Proceso de Diseño de Estabilización de Taludes

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Paso 6 ◦ Suponer la Localización, Inclinación y Longitud de las Anclas:  Tener en cuenta limitaciones de derechos de vía, localización de materiales de suelo o roca competentes para los bulbos y para los apoyos superficiales, localización de estructuras enterradas, sótanos de construcciones, redes de servicios, etc.

Proceso de Diseño de Estabilización de Taludes

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Paso 7 ◦ Calcular por Ensayo y Error las Tensiones que se deben Aplicar a cada Ancla:  Se requiere lograr un factor de seguridad para contrarrestar las presiones de tierras (Mínimo FS=1.5), y los factores de seguridad para estabilidad estática y dinámica del talud. Los dos análisis se realizan por separado y en ambos casos se deben cumplir los factores de seguridad.

Proceso de Diseño de Estabilización de Taludes

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Paso 8 ◦ Diseñar el Tipo de Ancla:  Cable o varilla de acero, tipo de inyección, diámetro de perforación.

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Paso 9 ◦ Diseñar Longitud y Características de los Bulbos:  Si se requiere se deben aumentar las longitudes. Calcular los factores de seguridad al arrancamiento (F.S. mayor de 2.0).

Proceso de Diseño de Estabilización de Taludes

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Paso 10 ◦ Diseñar las Estructuras Superficiales:  Chequear la capacidad de soporte y los esfuerzos internos a cortante y a flexión, y realizar el diseño estructural. Proyectar los elementos de la fachada. Los elementos de fachada deben diseñarse para punzonamiento y capacidad de soporte. Se deben calcular los asentamientos o deformaciones del suelo por acción de las cargas.

Proceso de Diseño de Estabilización de Taludes

Ejemplo de muro anclado

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Una torre de 18 pisos con 4 sótanos, destinado a oficinas Una torre de 15 pisos con 2 sótanos destinada para el funcionamiento de un hotel Área de construcción : 7,87 Has Cargas de las columnas: 380 a 2800 ton 7 sondeos: NAF a 10, 10, 13 y 16 m Cuenta con instalación de piezómetros

Centro Empresarial Buenavista

Barrenas triple tubo de 70mm de diámetro para tomar muestras  Perforador: camión de percusión y rotación Simco II , capas de ejecutar ensayo SPT  Ensayos de humedad, limites de Atterberg, granulometría, etc. 

Centro Empresarial Buenavista

Relleno: 0 a 1,5 m de arena limosa con ladrillos y fragmentos de caliza  Arena limosa: grano fino a medio, humedad baja a alta, N:10 a 80 golpes, espesor promedio de 14m ( 11 a 20m)  Arcilla limosa: resistencia media a alta, consistencia medio dura espesor de 6m  Marga: espesor de 0,5 a 1,5 m y un caso de 5m, resistencia media a dura similar al estrato de arcilla (SC-CH)  Arcillolita: humedad baja a media, RQD de 0 a 70% 

Estratos

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Para este proyecto se recomendó el uso de cimentaciones profundas tipo pilote o pilas pre excavada. Diámetro del fuste: 80 a 150 cm Longitud mínima: 20 m Diámetro de campana: 200 a 300 cm Profundidad de empotramiento en arcillita: 5m

Cimentación

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Se excava por etapas y puede o no llevar soportes: muro de pantalla anclada combinado con soil nailing 4 secciones de sistema combinado donde el soil nailing actúa como sistema de soporte temporal y el muro anclado será parte de la estructura final del proyecto Características : ◦ ◦ ◦ ◦

Diámetro del anclaje: 4in (0,1m) Longitud de anclaje: 10 a 13 m Separación vertical y horizontal 2,5m Refuerzo de cable de acero con capacidad mínima de 30 ton

Muros Anclados