muros anclados

JUAN CARLOS ALMONTE BURGOS

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO

“DISEÑO DE MUROS ANCLADOS”

Indice General

• Objetivos

• Estado del Arte

• Metodología

• Cálculos, Análisis y Resultados

• Conclusiones y Recomendaciones

• Bibliografía

• Anexos

Diseño de Muros Anclados

Objetivo General

Profundizar los conocimientos de Cimentaciones adquiridos en el Diplomado, enfocándolo en el Diseño de Muros Anclados.

Objetivos Específicos

• Diseñar los muros anclados de un Edificio de cuatro sótanos destinado a Oficinas ubicado en Petit Thouars-Miraflores.

• Comparar el Análisis considerando una idealización como viga y otra como elemento shell.

• Aplicar las normas del RNE para el diseño de muros anclados.

• Obtener un diseño que considere los procesos constructivos de las nuevas tendencias en edificaciones.

I. Definición: • 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.

• Estas fuerzas son trasladadas por los anclajes a una zona detrás de la zona activa del terreno, en donde el anclaje se fija por intermedio de un bulbo de adherencia. El suelo y la pared del muro igualmente deben estar en capacidad de resistir las cargas aplicadas. En general, el suelo, el tirante y el muro deben integrar un sistema capaz de resistir todos los posibles modos de falla que puedan presentarse.

• Los tirantes se postensan y son generalmente construidos con cables de acero (guayas) del mismo tipo de las utilizadas en el concreto pre-esforzado, que se alojan en perforaciones ejecutadas en el terreno con una ligera inclinación hacia abajo respecto a la horizontal. El bulbo de adherencia se hace inyectando lechada de cemento a presión.

• Las paredes se construyen con concreto armado que puede ser proyectado o vaciado in situ.

A. Muros Anclados

• Los Muros Anclados constituyen un tipo de Cimentación Profunda muy usada en edificios de altura, que actúa como un muro de contención y brinda muchas ventajas por ahorro de costo y mayor desarrollo en superficies.

• Es la tipología de Cimentaciones más difundida en áreas urbanas para edificios con sótano en un predio entre medianeras, en parkings y a modo de barreras de contención de agua subterránea en túneles y carreteras.

• El muro anclado es un muro de contención que se construye antes de efectuar el vaciado, y transmite los esfuerzos al terreno.

• Estos elementos estructurales subterráneos

se emplean también en forma temporal para la contención y retención de paredes.

B. Anclajes

• Los anclajes son elementos constructivos que ayudan a mantener la estabilidad, ya que estos muros de contención de tan delgado espesor en relación a la profundidad excavada, reciben importantes empujes de la tierra y también los efectos producidos por el agua, de modo que este recurso les permite reforzar y asegurar su estabilidad.

• Dentro del diseño de muros anclados existen varias alternativas a elegir de acuerdo a las características del terreno y de la edificación a construir.

http://www.construmatica.com/construpedia/Archivo:Anclaje_1.jpg

A. Clasificación de los anclajes según su aplicación en función de su tiempo de servicio

1. Muros Anclados Provisionales

Tienen carácter de medio soportante auxiliar y proporcionan las condiciones de estabilidad a la estructura durante el tiempo necesario para disponer de otros elementos resistentes que los sustituyan.

2. Muros Anclados Permanentes Se instalan con carácter de acción definitiva. Se dimensionan con mayores coeficientes de seguridad y han de estar diseñados y construidos para hacer frente a los efectos de la corrosión. B. Según su forma de trabajar

1. Muros Anclados con un nivel de Apoyo 2. Muros Anclados con varios niveles de Apoyo

El Sistema de apoyo que se emplee durante la excavación puede ser de diferentes tipos, según la profundidad de diseño , condiciones geotécnicas de terreno y el proyecto constructivo.

II. Clasificación de Anclajes

III. Cargas Actuantes en los Muros Pantallas

• CARGAS LATERALES. Estas consisten en:

a) Esfuerzos laterales del suelo,

b) Presiones laterales causadas por sobrecargas que actúan en la superficie.

c) Esfuerzos laterales inducidos por cargas concentradas, como zapatas dentro de la masa de suelo.

• CARGAS VERTICALES

Estas incluyen el peso de la estructura anclada y las reacciones producto de las cargas interactuantes que alcanzan a los anclajes indirectamente.

• CARGAS DINÁMICAS

Estas pueden incluir los efectos vibratorios de la actividad sísmica

IV. Aplicaciones

Los muros anclados son especialmente aconsejables en obras como:

• Estabilización de cortes de taludes para ampliación de carreteras.

• Reparación de fallas de borde de carreteras.

• Excavaciones para sótanos de edificios en zonas urbanas.

• Terraceo y nivelación de parcelas urbanas estrechas de topografía irregular.

• Rehabilitación y estabilización de estribos de puentes.

V. Ventajas

• Capacidad para resistir grandes presiones horizontales, grandes alturas de tierra y sobrecargas, sin incrementar significativamente el espesor de su sección.

• Fundaciones de pequeñas dimensiones. La carga vertical es resistida en su mayor parte por el roce de la cara vertical del muro con el terreno y sólo el remanente debe ser resistido por una fundación.

• Reducidos volúmenes de excavaciones y rellenos.

• Factibilidad de construir en gran variedad de suelos.

• Tiempo reducido de construcción.

• Menores costos.

PLAN DE TRABAJO

1. Determinar las características del Suelo

2. Determinar Empujes (Rankine)

3. Predimensionamiento

4. Análisis (Safe, SAP 2000, GGU - Retain)

5. Diseño Estructural (RNE)

Se empezará el trabajo haciendo una explicación del uso de los muros anclados, indicando que es el producto de dos métodos de estabilización de taludes:

- Muros Pantalla

- Soil Noiling

SECUENCIA DE MUROS ANCLADOS

Se utilizará el Reglamento Nacional de Edificaciones y las siguientes normas: - E060 para el cálculo del acero de refuerzo y el empuje lateral del suelo. - E050 para los parámetros geotécnicos. El análisis se realizará con alguno de los software siguientes: - Safe - Sap2000 - GGU - Retain

La aplicación de los Muros Anclados es posible en lugares donde no exista Nivel Freático y las condiciones del suelo son buenas, este sería el caso de la ciudad de Lima.

Entonces tendremos que conocer los parámetros del suelo, con estos datos podremos realizar los cálculos de empujes activos y pasivos; y empezaremos el diseño del Muro Anclado. Se utilizará para los cálculos el Método de Rankine.

Para el análisis y diseño se tomarán las siguientes consideraciones: - El efecto de bermas. - Empuje de suelos debido a sobrecargas superficiales. - Empujes debido a desplazamientos de muros. - Redistribución de empujes debido a fuerzas puntuales. - Estimación de la carga de los anclajes y dimensionamiento de la estructura de contención.

- Cálculo de la longitud de anclaje. - Diseño de la longitud del bulbo.

Consideraciones de Diseño

Fallas en el terreno y en los elementos estructurales

SOBRECARGAS POR EDIFICACIONES PRÓXIMAS Frecuentemente existen cargas adicionales sobre el terreno de la parte posterior de la estructura de sostenimiento, producto de la acción de vías, carreteras, edificaciones próximas, transito vehicular externo o interno de maquinaria de construcción, apilamiento de materiales, etc. Estas cargas aumentan la presión lateral activa en la estructura y elevan la línea de acción del empuje total ó resultante.

ANÁLISIS DE LA PANTALLA COMO UNA VIGA SOBRE UN LECHO ELÁSTICO. La pantalla se considera como una viga apoyada en un lecho elástico (el terreno), sobre dicha viga se deben aplicar las tensiones que le transfiere la interacción con el suelo en el intradós y en el trasdós, las cargas que estén aplicadas sobre el terreno, las condiciones de arrastramientos, y todas aquellas acciones que estén presentes en la situación analizada.

CALCULO DE LOS ANCLAJES Los anclajes son elementos que trabajan a tensión. Normalmente están constituidos por unas armaduras metálicas que se alojan en perforaciones practicadas en el terreno, en cuyo fondo se sujetan o anclan al mismo por medio de inyecciones o dispositivos mecánicos expansivos, fijándose luego el extremo exterior a la estructura cuya estabilidad se pretende mejorar, o a placas que apoyan directamente sobre la superficie del terreno .

ESTIMACIÓN DEL COEFICIENTE DE BALASTO El coeficiente de balasto es el parámetro sobre el cual centra su validez esta

metodología de cálculo, por ello la importancia de una correcta estimación en los diferentes estratos que conforman el estudio. Ménard (Ménard, 1.964), formuló la siguiente expresión. Donde: K h = coeficiente de Balasto. α = Coeficiente: 0,5 (Suelos cohesivos), 0,35 (Suelos Granulares). E M = módulo presiométrico del terreno. Por su parte Chadeisson (Monnet, 1.994) propuso un ábaco que permite Obtener el coeficiente de balasto horizontal a partir del ángulo de rozamiento Interno y la cohesión del suelo c.

Perforación para perno de anclaje

PROCESO CONSTRUCTIVO

´Perfilado de terreno

Estabilización con lechada

Colocación de Acero

Encofrado de Muro Anclado

Vaciado de Concreto de Muro Anclado

Vista General de Anillos

Alcances

1.2 Ubicación

El área en estudio se ubica Av. Petit Thouars N°4954 y Nº4957, en el Distrito de Miraflores, Provincia y Departamento de Lima (Ver Plano PU-01).

1.3 Descripción General del Terreno

En el terreno correspondiente al Proyecto, el lindero oeste colinda con la avenida Petit Thouars, el lindero norte colinda con el colegio Villa María y un taller mecánico, el lindero este colinda con dos edificaciones de 2 pisos y una de 4 pisos y el lindero sur colinda con un edificio de 8 pisos y una edificación de 2 pisos.

1.4 Características del Proyecto

El edificio a construirse es de 8 pisos, cuatro sótanos y una cisterna. El área del terreno es de aproximadamente 1688 m2.

Descripción del Terreno

Realizado por: Jorge E. Alva Hurtado Ingenieros E.I.R.L. (Agosto, 2010)

Este estudio corresponde al primer estudio realizado por el consultor en el terreno.

• En base a calicatas de exploración se determinó que superficialmente existe un relleno gravoso medianamente suelto cuya profundidad alcanza hasta 3.50 m, luego subyace una grava arenosa pobremente gradada con presencia de cantos y bolones redondeadados hasta la profundidad investigada (8.00 m). Dentro del estrato gravoso en el lado sur del terreno se presenta un estrato arenoso pobremente gradado hasta una profundidad de aproximadamente 5.00 m, con un espesor que varía de 0.65 m a 3.0 m en dirección oeste – este.

• No se encontró presencia del nivel freático, así también en base a los estudios químicos no se presenta agresividad hacia el concreto

Sismicidad

• El distrito de Miraflores se encuentra comprendido en la Zona

3 en la Zonificación Sísmica del Perú, con un factor de zona - 0.40g; los parámetros geotécnicos corresponden a un suelo de perfil tipo S1, con período predominante de Tp = 0.4 seg y factor de suelo S = 1.0 para ser usado en las Normas de Diseño Sismo-Resistente.

Agresividad del Suelo

• En base al análisis químico realizado a la muestra de suelo en

la calicata C-02 tomada a una profundidad que oscila de 6.50 m, se concluye que los porcentajes de Cloruros, Sales Solubles Totales y Sulfatos presentan valores por debajo de los límites permisibles.

Profundidad de la Napa Freática

• En la fecha en la que se realizó el presente estudio (Agosto 2012) no se ha detectado la Napa Freática hasta la profundidad de investigación.

Parámetros Geotécnicos Propuestos

• En la Cuadro se presentan los parámetros geotécnicos

propuestos para los sistemas de sostenimiento.

Teoría de Rankine

Teoría de Rankine

La teoría de Rankine, desarrollada en 1857, es la solución a un campo de tensiones que predice las presiones activas y pasivas del terreno. Esta solución supone que el suelo está cohesionado, tiene un pared que está friccionando, la superficie suelo-pared es vertical, el plano de rotura en este caso sería planar y la fuerza resultante es paralela a la superficie libre del talud. Las ecuaciones de los coeficientes para presiones activas y pasivas aparecen a continuación. Observe que φ' es el ángulo de rozamiento del suelo y la inclinación del talud respecto a la horizontal es el ángulo β.

Fórmulas

• Para el caso en que β sea 0, las ecuaciones se simplifican como:

Diseño de la longitud del Bulbo

Diseño de muros Anclados

Gracias

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