Ingeniería CivilProcesos Constructivos

Tarea N°1

Condiciones de estabilidad, altura crítica y métodos para estabilizar un suelo que presenta un corte en vertical

producto de una excavación.

Oscar Zúñiga Marabolí

02/10/2014

¿Cuáles son las condiciones de estabilidad (equilibrio) que provee un suelo con base a sus características intrínsecas (propias)?

La estabilidad de un suelo se refiere a su capacidad de no perder su estado de equilibrio, esto significa un estado donde las fuerzas y los momentos, internos y externos suman cero, lo que supone que la masa de suelo no presente movimiento. La estabilidad de un suelo depende de los siguientes factores:

- Composición del suelo: bolones, grava, gravilla, limo, arcilla, compuestos orgánicos, y/o diversos compuestos químicos.

- Peso Específico (γ): es la relación entre el peso y el volumen del suelo. γ=m∗gV

Donde m es la masa, g la gravedad y V el volumen.

- Humedad del suelo (S): el grado de saturación define la resistencia de un suelo, dependiendo del tipo de suelo, un suelo seco y un suelo saturado en exceso resisten menos que un suelo humedecido en la cantidad exacta.

- Compacidad relativa (Cr): es un factor que muestra qué tan suelo o denso está un suelo, donde si se acerca a cero el suelo es más suelo y cercano a 1 se habla de un suelo denso.

- Consistencia del suelo: guarda relación con la capacidad que tienen las partículas para absorber agua lo que le genera una gran cohesión.

- Ángulo de fricción interna (φ): es el ángulo con el cual el suelo en reposo es capaz de estabilizarse por si mismo.

- Cohesión (c): es el esfuerzo capaz de mantener las partículas de un suelo unidas entre sí.

- Distribución de los esfuerzos (σ) debido al peso de la tierra: la presión dependerá del peso específico, de la profundidad y de otros factores que a su vez dependen de φ y c.

- La altura o profundidad (H) del corte: la distancia desde la cota del suelo a la base de la excavación.

- Carga (q) capaz de soportar el suelo: es el esfuerzo, o sea peso sobre unidad de superficie capaz de soportar el suelo sin fallar.

- Plano de falla: es el plano que describe la ruptura del suelo, define la separación entre distintas capas.

¿Cuánta altura puede soportar un paramento vertical (con base a sus características) sin colapsar?

La altura que es capaz de lograr una excavación (con paredes verticales) sin perder su estado de equilibrio es conocida como la altura crítica (Hc).

Esta altura fue analizada por diversos estudiosos a través de los años. A partir del empuje activo horizontal de Rankine (Pa) del terreno es posible estimar un valor:

Pa=12γ¿H 2∗1Nφ

−2∗c∗H 1

√Nφ

Donde :Nφ=tan ²(45 °+ φ2)

Como no hay elementos que empujen de manera horizontal la pared de tierra, no habrán reacciones y por lo tanto Pa = 0:

12γ¿H 2∗1Nφ

=2∗c∗H 1

√N φ

Luego al despejar H se obtiene:

H c=4∗c∗√N φ

γ

Para el caso de Antofagasta los valores de φ son cercanos a 30° y γ aproximadamente 2 ton/m3, estos suelos en su mayoría son de materia arenoso y limoso esto indica que la cohesión (c) en ellos es cercana a cero, aún así como abunda el material rocoso este posee su propia cohesión interna de sólidos y también se encuentra gran cantidad de sales que forman costras salinas que dan cohesión a las partículas a modo de aglomerante.

Ej:

Nφ=Ta n2(45 °+ 30

2 )=3

Hc=4∗1∗√32

=3,46m

A su vez para efectos prácticos esta altura crítica debe ser disminuida a través de un factor de seguridad, en este caso si se asumiera un factor de seguridad igual a 3, la altura permitida sería H = 1,15 m

¿Qué se puede hacer para estabilizar ese suelo?

Existen distintas maneras para mantener la estabilidad de un suelo y aumentar la profundidad H, a continuación se indican las más comunes:

- Tablestacas para apuntalar las paredes de la excavación:

-

Donde a y b se utilizan para excavaciones poco profundas y c para excavaciones más profundas o de esfuerzos mayores ya que su forma de z le permite aumentar su resistencia.

- Entibación con tablestacas de acero y entibación retenida por pilotes H y forro:

Permiten distribuir la presión del suelo a con el uso de columnas, llamadas largueros, estos son sostenidos por los puntales.

- Apuntalamiento inclinado:

Según sea la necesidad para otorgar mayor estabilidad es posible apuntalar de manera inclinada.

- Anclajes:

Para dar mayor soporte es posible anclar los puntales hacia dentro del suelo de la excavación, existen 2 tipos de anclajes y su clasificación depende de la forma del gancho ubicado en el extremo del puntal, este varía según el tipo de suelo.