CIMENTACIONES

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANOESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA

ESTUDIO GEOTÉCNICO DE LA CIMENTACIÓN A BASE DE ZAPATAS AISLADAS ANCLADAS EN ROCA

1. OBJETIVOAnalizar el estudio geotécnico de la cimentación a base de zapatas aisladas ancladas en roca

2. RESUMENEl trabajo que se presenta aquí es el estudio geotecnico de la cimentacion superficiales a base de zapatas ancladas en roca para las torres autosoportadas de lineas de transmision, este trabajo se divide en tres partes: primero se trata de los estudios geológico para la ubicación de una línea de transmisión que se basa en las espesificaciones tecnicas NORMA R.D. N° 029-

2003-EM/DGE en la que se describen color de la roca al intemperismo y al fresco, intemperismo de la roca, textura de la roca, dureza, fracturamiento, estructuras primarias y rumbo y echado de la roca. en la segunda parte se trata estudios geotécnicos para estructuras de líneas de transmisión transmisión que se basa en NORMAR.D. N°

022-2003-EM/DGE que trata de perforación con máquina rotaria y recuperación de muestras de núcleo, el procedimiento a seguir en un sondeo a rotación, pruebas de anclas de fricción para cimentaciones y geometría de la cimentación. Y en la tercera parte calculo de la geometría de la cimentación.

3. CIMENTACIONES PARA TORRES AUTOSOPORTADAS

Las cimentaciones para torres de líneas de transmisión son superficiales o profundas. Técnicamente las cimentaciones superficiales se desplantan a una profundidad menor a 5 m y se conforman por zapatas aisladas o corridas, zapatas aisladas ligadas con contratrabes, pilas cortas y pilones o zapatas ancladas en roca, así como muertos de anclajes para el caso de torres con retenidas. Mientras que las cimentaciones profundas pueden ser pilas o pilotes (Cruz Bautista & SánchezHernández, 2010, pág. 15).De acuerdo a las espesificaciones NORMA R.D. N° 022-2003-EM/DGE “especificaciones técnicas para las obras civiles y el montaje electromecánico de líneas de transmisión para electrificación rural” para el diseño de la cimentación de una torre de transmisión debe considerarse además de la situación geográfica, la condición geológica evaluada conforme al Estudio Geológico para la Ubicación de una Línea de Transmisión, y aunado a este debe realizarse el estudio geotécnico de acuerdo a la especificación de los Estudios Geotécnicos para Estructuras de Líneas de transmisión.Cuando en los trabajos de exploración geotécnica se han encontrado afloramientos superficiales de roca, la solución más factible para la cimentación de la torre es a base de zapatas aisladas ancladas al estrato rocoso,

http://intranet2.minem.gob.pe/web/archivos/dge/legislacion/dispositivos/rd022-2003-EM.pdf


esto se debe a que la resistencia a la compresión simple de la roca generalmente satisface las solicitaciones de la capacidad de carga por compresión, sin embargo los esfuerzos ocasionados por tensión y los momentos de volteo actuantes son absorbidos por las anclas. Para este caso, adicionalmente al estudio geológico y geotécnico deben realizarse ensayos de extracción de anclas. Una vez hecho el estudio geotécnico y el ensayo de extracción de anclas se realiza el diseño de la cimentación cuyo objetivo es dimensionar las zapatas y las anclas de fricción necesarias y su longitud para satisfacer las solicitaciones geotécnicas y estructurales de acuerdo a la normatividad (Cruz Bautista &Sánchez Hernández, 2010, pág. 16).

4. Estudio geológico para la ubicación de una línea de transmisión

Los estudios geológicos son de gran importancia ya que representan el punto de partida para los proyectos de grandes obras. El buen funcionamiento de las obras depende principalmente de la manera en que fueron adaptadas a las condiciones

geológicas del terreno. En lo que respecta a los proyectos de Líneas de Transmisión de Energía Eléctrica, los estudios geológicos deben realizarse desde el momento en que se inicia la elección del trazo de la línea con el fin de seleccionar la mejor alternativa de trayectoria. Cuando a lo largo de la línea de transmisión se encuentra afloramientos de roca es necesario realizar trabajos de campo que nos permitan obtener la información necesaria para evaluar su comportamiento mecánico, planificar las fases de investigación más avanzadas y dar una interpretación de los resultados obtenidos. A continuación se describen los parámetros geológicos que se requieren para la descripción de afloramientos. (NORMA R.D.N° 029-2003-EM/DGE, 2004, pág. 4)

a) Color de la roca al intemperismo y al fresco.

b) Intemperismo de la roca: Consiste en distinguir qué tan afectada ha sido la roca por los agentes del intemperismo. Esto es importante, ya que una roca intemperizada generalmente es menos resistente y menos estable, Tabla 1

Término DescripciónFresca No se observan signos de meteorización en la matriz rocosa.

Decolorada Se observan cambios del color original de la matriz rocosa. Es conveniente indicar el grado de cambio, mencionando si este cambio se restringe a un o algunos minerales.

Desintegrada La roca se ha alterado al estado de un suelo (fragmentos de roca con diámetro menor a 3”),manteniéndose el arreglo de sus minerales de forma original.

Descompuesta

La roca se ha alterado al estado de un suelo o todos los minerales están descompuestos.


Tabla 1. Descripción del grado de meteorización. ( González de Vallejo, Ferrer, Ortuño, &Oteo, 2004, pág. 260)

c) Textura de la roca. Proporciona las relaciones que tienen los constituyentes de la roca, y en algunas ocasiones nos orienta sobre el origen de la misma. La identificación visual de la roca se establece a partir de las siguientes observaciones:

Composición mineralógica: Algunas propiedades de las rocas como la resistencia vienen determinadas en gran medida por la composición mineralógica y estructura interna, así tenemos por ejemplo, que las rocas cuyo cementante es el cuarzo resultan las más resistentes, seguidas por aquellas cuyo cementante es la calcita y minerales ferromagnesianos, y las menos resistentes son las arcillosas. La identificación de los minerales que conforman a la roca puede realizarse a partir de una lupa, cuando las dimensiones lo permiten, aunque un análisis petrográfico permite una identificación más detallada para la clasificación litológica de la roca.

Tamaño de grano: Se refiere a las dimensiones medidas de los minerales o fragmentos de roca que constituyen a la matriz rocosa. La estimación se realiza normalmente de manera visual con la ayuda de una regla o de comparadores de tamaño.

Color: El color de la roca depende de los minerales que la componen, generalmente estos poseen un color distintivo, sin embargo, contienen sustancias o impurezas que los modifican, cuando la roca no ha sufrido procesos de alteración, por ejemplo, puede presentar su color original y definirse como una roca sana. Este parámetro se describe frecuentemente dando un color principal seguido de uno secundario e indicando, por último la intensidad que presenta (por ejemplo: granito gris verdoso claro) y principalmente nos sirve para indicar si el material ha sufrido procesos de meteorización.

d) Dureza: Es una propiedad relacionada directamente con la resistencia y depende principalmente de la composición mineralógica y del grado de alteración que afecta a la roca. Puede evaluarse mediante la escala de Mohs, que consiste en diez minerales dispuestos en orden desde 1 (el más blando: talco) hasta 10 (el más duro: diamante), y ofrece una clasificación relativa de la roca porque no implica que el mineral marcado, por ejemplo, como 2 (yeso) sea dos veces más duro que el mineral 1 (talco).

e) Fracturamiento. Nos da a conocer la calidad de la roca.


f) Estructuras primarias: Hace referencia a cualquier plano de separación en el macizo rocoso, pudiendo tener origen sedimentario como las superficies de estratificación y laminación o tectónico, como las diaclasas y las fallas

g) Rumbo y echado de la roca. Estas mediciones se efectúan con la brújula, auxiliados con la libreta de notas o alguna tabla, la cual se coloca paralelamente a la capa de la roca para obtener una medición más exacta. Con el rumbo y echado de las capas conocemos la orientación de las mismas, información útil para la construcción de secciones estructurales y para la posterior definición de la geología estructural del área.

Es importante, además de los puntos anteriores, la verificación de las áreas en donde se distinguieron durante la interpretación fotogeológica, fallas y fracturas de importancia para el trabajo. En este caso se debe identificar el tipo de falla o de fractura, su rumbo y echado, las características del material de la zona de falla, su magnitud y de ser posible establecer su edad con respecto a las unidades litológicas, para determinar en el caso de las fallas, si son o no activas. Se describen también las características del plano o planos de falla y qué tanto han afectado la estabilidad del área dentro de la cual se localizan.

Las zonas inestables son, sin duda, otro de los aspectos importantes que deben considerarse para el trazo de una línea de transmisión, toda vez que el desplante de la cimentación de una torre de transmisión en una zona inestable puede provocar su derrumbe. Para este tipo de trabajos se han considerado atendiendo a sus causas tres tipos de zonas inestables:

Zonas inestables provocadas por fracturamiento y fallas.

Zonas inestables provocadas por fallas de talud en rocas blandas o materiales sobresaturados.

Zonas inestables por colapso. Zonas que debido a su peso propio pueden sufrir asentamientos diferenciales y se identifican por lo general por la forma semicircular que ostentan principalmente en las calizas, rocas susceptibles de presentar disolución por la presencia de agua.

5. Estudios geotécnicos para estructuras de líneas de transmisión transmisión

Para torres autosoportadas de líneas de transmisión se deben tener los siguientes trabajos mínimos de campo y laboratorio(NORMAR.D. N° 022-2003-EM/DGE, 2004,pág. 6):

a) Deben excavarse pozos a cielo abierto en todos y cada uno de los puntos de inflexión de la línea y en los sitios de las estructuras de


tensión. En los casos en que los puntos de inflexión se encuentre a menos de 1 km entre ellos, y no exista un cambio apreciable en las condiciones del suelo, se acepta espaciar los pozos a cada 5 km. En tangentes deben excavar pozos a cada 5 km o antes si existe un cambio en el tipo de roca o en la topografía. Estos pozos deben excavarse a una profundidad mínima de 3 m o la limitada por el nivel de aguas freáticas o por la presencia de suelos que contengan boleos o que por sus características de dureza requieran para su excavación de barretas o rompedoras. Los pozos deben poseer las dimensiones mínimas necesarias para la obtención de muestras.

b) Se realizan sondeos con posteadora o equipo portátil motorizado equipado con barrenas helicoidales, en función de la dureza del terreno, en los sitios donde se encuentran localizadas las estructuras de la línea de transmisión.

c) En las zonas montañosas se definen los sitios donde aflore la roca mediante el estudio geológico a lo largo del trazo.

d) En zonas bajas, inundables, de suelos compresibles y en cruces de ríos, deben realizarse las exploraciones y muestreos necesarios para establecer la estratigrafía y las propiedades

físicas, mecánicas e hidráulicas del subsuelo.

e) Cuando se utilicen pilas de cimentación deben realizarse Sondeos de Penetración Estándar (SPT) o sondeos mixtos en cada punto de inflexión y en tangentes largas a cada 4 km.

f) En las zonas donde aflore roca o se encuentre a menos de 2 m de profundidad, deben realizarse pruebas de extracción de anclas, en cada tipo de roca definido en la zonificación geotécnica o en el 15% del total de las torres de la línea de transmisión, se aplica el mayor número de las pruebas. (CruzBautista & Sánchez Hernández,2010, pág. 18)

Todas las muestras de obtenidas deben identificarse y clasificarse en laboratorio determinando su contenido de agua y peso volumétrico, además de determinar sus límites líquido y plástico, peso específico relativo de sólidos, granulometría y porcentaje de finos. A los especímenes obtenidos de muestras inalteradas se les realizan pruebas de compresión simple y triaxiales.A los núcleos de roca se les determina su clasificación litológica, porcentaje de recuperación e índice de calidad de la roca (RQD), así como su peso específico y pruebas de compresión simple.Con base a los trabajos de campo y laboratorio, se deben elaborar los perfiles estratigráficos del subsuelo donde se


dibujan los resultados de los sondeos efectuados. Se analizan las alternativas de cimentación más convenientes, definiendo la profundidad de desplante y la longitud de anclaje para el caso de cimentaciones superficiales anclas en roca, así como el procedimiento constructivo más conveniente (NORMAR.D. N° 022-2003-EM/DGE, 2004).

5.1.Perforación con máquina rotaria y recuperación de muestras de núcleo

Los sondeos por rotación se usan en los suelos duros y rocas a fin de recuperar núcleos para su clasificación y para ensayos mecánicos, siempre que el diámetro de los mismos sean suficientes. Pueden perforar cualquier tipo de suelo o roca hasta grandes profundidades y con distintas inclinaciones (Foto 1)

Foto 1 Sondeo con equipo rotatorio (propia).

5.2.El procedimiento a seguir en un sondeo a rotación es el siguiente:

El elemento de perforación rotatoria con extracción de muestras de núcleo se aplica en la exploración de rocas y suelos con dureza suficiente en los que no se puede utilizar los métodos convencionales, como el Sondeo de Penetración Estándar (SPT), aplicado en materiales blandos. De acuerdo al ASTM, se deben realizar perforación rotatoria si el material, que se está explorando, sólo se penetra como máximo 25.4 mm al suministrarle 50 golpes del método SPT, sin embargo, es importante que el ingeniero especialista encargado de la exploración haga valer su criterio para indicar cuál es el método de exploración directa que se debe utilizar en un sitio específico.Para iniciar el sondeo exploratorio se debe colocar adecuadamente el equipo de perforación en el punto seleccionado, anclar la máquina perforadora sobre la plantilla de concreto previamente construida y realizar la excavación para el depósito de lodos. Las barras, tubos de ademe y demás accesorios que se utilicen durante la operación deben colocarse en puntos estratégicos y cercanos para optimizar tiempos y recursos en el proceso.

El barreno inicia cuando el barril muestreador empieza a cortar en la frontera aire-suelo o roca en las laderas, o en la frontera agua-material clástico en medios acuosos. En la parte superficial, cuando el material cortado no es de buena calidad o no está bien cementado, se procede a


colocar la tubería del ademe hasta donde se encuentra el macizo sano o una unidad litológica firme, para prevenir derrumbes de las paredes del hueco anular cercanas a la superficie, o cuando las paredes pobremente consolidadas, alteradas o muy fracturadas, caigan obstruyendo el proceso de perforación, y se amplié el agujero sin geometría definida, o que quede atrapado el barril y si todo esto ocurre a grandes profundidades se puede perder la sarta de perforación y el barreno exploratorio. El hueco ademado también evita la pérdida de fluido de perforación (lodo de perforación o agua). Si ocasionalmente la barrenación inicia en roca de buena calidad y permite que el hueco del barreno permanezca abierta incluso por un periodo de tiempo mayor al utilizado para la exploración, en estos casos es costeable omitir la colocación del ademe.

Es una práctica común que el barril muestreador utilizado sea de la serie N, del tipo “swivel” doble tubo giratorio, aunque el diámetro y tipo que se seleccione en cada barreno exploratorio debe ser aprobado por un ingeniero especialista encargado del estudio. El avance de la perforación está limitado por la longitud del barril muestreador, en el mercado se consiguen fácilmente de 1.52 m y de 3.05 m de longitud, aunque este último es el barril de longitud más común. Cuando el barril se llena a su máxima capacidad con el material cortado por la broca, inicia la extracción de la sarta de perforación o se extrae el tubo del interior del barril, según el tipo de barril que se utilice; ya en superficie se extrae la muestra de núcleo , en

ocasiones ocurre que el muestreador se adhiere fuertemente a las paredes del barril, en este caso es necesario desarmarlo para recuperar y empacar del muestreador la roca barrenada; después de este proceso se ensambla el barril nuevamente a la sarta de perforación y se lleva hasta la profundidad barrenada; en este punto inicia la recuperación del material geológico a la profundidad del tramo inferior inmediato, el proceso se repite hasta alcanzar la profundidad establecida en el proyecto.

La perforación a rotación se puede efectuar con circulación continua de agua, o lodo bentonítico, por medio de una bomba situada en la superficie, o en seco, aunque haya presencia de agua o lodo en el taladro. La circulación normalmente es directa, con flujo descendente, el fluido que se inyecta a la perforación sirve para arrastrar el material cortado y enfriar la broca.Una vez que el muestreador ha penetrado toda su carrera es preciso desprender la muestra de roca (corazón), que ha ido penetrando en su interior, de la roca matriz. Para ellos se han desarrollado diversos métodos técnicos. Por ejemplo suele resultar apropiado el interrumpir la inyección del agua, lo que hace que el espacio entre la roca y la parte inferior de la muestra se llene de fragmentos de roca, produciendo un empaque apropiado

Las muestras de núcleo recuperadas deben colocarse ordenadamente en cajas especialmente preparadas para su transporte y almacenaje; la colocación del


cilindro de roca en la caja de muestras debe ser de la esquina izquierda superior hacia la derecha, hasta acomodar la longitud total del sondeo, en orden descendente, de inicio a fin de la perforación. Las unidades litológicas que se alteran fácilmente al contacto con el medio ambiente deben protegerse con una envoltura de película plástica, siempre y cuando el material recuperado sea útil para someterlo a pruebas mecánicas, decisión que deberá tomar el ingeniero especialista. También es recomendable usar bloques de madera espaciadores para señalar una estructura perceptible donde no hay recuperación o para indicar un espacio vacío en la formación litológica.Si durante el proceso de barrenación se cortan materiales de naturaleza blanda que no alcanzan ni el 50% de recuperación, debido a que son fácilmente erosionados con el fluido utilizado como lubricante, se debe cambiar la técnica de perforación, sobre todo si es necesario extraer muestras representativas, cuyas recuperaciones deber ser cercanas al 100%, para obtener la columna litológica a detalle y muestras que tengan calidad para ser sometidas a pruebas de laboratorio y proporcionen datos geomecánicos confiables del macizo rocoso del sitio; después de cortar los materiales blandos e iniciar con los de naturaleza más dura se debe reanudar la exploración con maquina rotatoria usando broca de diamante.

Las estructuras geológicas del lugar como la inclinación de la estratificación, la ocurrencia de las fracturas, cavidades, zonas muy fracturadas, de fallas, y los

contactos litológicos, son los detalles más importantes que deben detectarse y describirse, por lo tanto se debe poner especial cuidado para obtener y registrar toda la información que proporcionen estos rasgos geológicos. Es importante resaltar que la descripción litológica de la columna de roca recuperada debe realizarse inmediatamente al extraerse la roca, con esto se evita que se pierdan datos importantes que ocurren cuando la roca se altera inmediatamente al contacto con el medio ambiente o cuando se maltrata durante el traslado al almacén de las muestras.

El éxito de una maniobra de perforación rotatoria depende fundamentalmente del balance de tres factores principales: la velocidad de rotación, la fuerza axial sobre la broca y el gasto del fluido de perforación que se inyecte. La experiencia del operador y el cuidado de la supervisión son también muy significativos.

En sondeos profundos, es necesario controlar la desviación que pueda producirse en la dirección prevista del sondeo, por la tendencia a seguir la inclinación de las capas o estratos. En formaciones muy fracturadas es necesario estabilizar la perforación empleando ademe metálico o bien inyectando cemento para rellenar la zona inestable, una vez que fragüe, se inicia la perforación.

La calidad del muestreo se debe juzgar a través del porcentaje de recuperación calculado con:


Si la recuperación es mayor del 85% el muestreo es bueno y si es mayor de 95% es excelente. La clasificación y descripción de las muestras debe incluir el índice de calidad de la roca RQD (Rock Qualty

Designation); que consiste en un índice cuantitativo de calidad de la roca propuesto por Deer en 1964, basado en la recuperación de núcleos obtenidos en la perforación con diamante. Y que se define como el porcentaje de núcleos que se recuperan en piezas enteras de 100 mm o más del largo total del barreno.

Figura 2 Obtención del valor de RQD en un núcleo de roca ( González de Vallejo, Ferrer, Ortuño, & Oteo, 2004, pág. 326).

La medida del RQD se debe realizar conjuntamente con el registro geológico normal durante los trabajos del sondeo, o en cada cambio litológico, siendo recomendable que la longitud de maniobra no exceda de 1.5 m. La medida de la longitud del testigo se realiza sobre el eje central del mismo, considerándose los fragmentos con, al menos, un diámetro completo. Deer propuso la siguiente relación entre el valor numérico del RQD y la calidad de la roca, desde el punto de vista de la ingeniería:

Tabla 1.5 Clasificación de rocas en función del valor obtenido de RQD ( González de Vallejo, Ferrer, Ortuño, & Oteo, 2004,pág. 326)

5.3.Anclas de fricción para cimentaciones (Cruz Bautista &Sánchez Hernández, 2010, págs.29-33)

La especificación señala que deben realizarse ensayes de extracción de anclas en al menos el 5 al 10% de los sitios de estructuras en donde se utilicen cimientos anclados de la línea, seleccionados por la Supervisión de Construcción o a la Gerencia de estudios de Ingeniería Civil (GEIC).Para la correcta ejecución del ensayo se requiere del siguiente equipo y herramienta. Los equipos e instrumentos de medición mencionados deben estar calibrados por un


organismo acreditado (Laboratorio de calibración con trazabilidad a patrones nacionales e internacionales).

Viga de acero de reacción para el soporte del gato

Foto 4 Viga de acero (cortesía de de CFE).

Cuatro extensómetro de carátula con 50 mm de carrera y 0.01 mm de exactitud calibrados (dos colocados en el ancla y dos en los extremos para medir las deformaciones del terreno).

Foto 5 Extensómetros (cortesía de CFE).

Bases magnéticas para sujeción de extensómetros.

Foto 6 Bases magnéticas (cortesía de CFE).

Gato hidráulico de pistón hueco calibrado, con intervalo de medición mayor a la carga especificada para la prueba y carrera mínima de 50 mm.

Foto 7 Gato hidráulico (cortesía de CFE).

Bomba hidráulica manual con manómetro calibrado o sistema de manómetros apropiados para la carga de la prueba

Foto 1.9 Bomba hidráulica (cortesía de CFE).


Sistema de soporte de los extensómetros para medición de desplazamientos (sistema fijo de referencia)

Dispositivo en forma de hélice para el apoyo del vástago de los extensómetros.

Juego de tejo y mordazas. Herramientas menores

Foto 8 Sistema de soporte de los extensómetros Menonita (cortesía de CFE).

a) Actividades previas: Perforación en roca. Se

realizan los barrenos para el anclaje con un diámetro que exceda en 25.4 mm el diámetro del ancla ó con un diámetro de 5.1 cm como mínimo, y una profundidad definida por la longitud necesaria para la correcta fijación del ancla al terreno (longitud mínima de anclaje). Para efectuar la barrenación es necesario utilizar preferentemente equipo neumático de rotopercusión, o en su caso equipo rotatorio.

Limpieza del barreno. Una vez terminado, se procede a la limpieza del barreno, sopleteándolo con aire o

lavándolo con agua, hasta que sea retirado el material molido producto de la barrenación, esto también se realiza en la perforación con el fin de retirar el polvo de las paredes.

Colocación del mortero. El mortero por colocar debe tener una resistencia a la compresión simple, f 'c de 18 MPa; como mínimo a los 28 días, verificándose mediante cilindros de prueba.

Con el objeto de evitar pérdidas de agua en la mezcla, se saturan con agua las paredes, antes de vaciar el mortero en el barreno. Posteriormente se procede a vaciar el mortero dentro de la perforación, utilizando una manguera con suficiente longitud; de tal forma que se deposite en primera instancia el mortero en el fondo del barreno y se vaya avanzando hacia atrás conforme se desplace el agua previamente introducida, manteniendo la manguera siempre sumergida en la mezcla. Durante cada colado se elaborarán dos cilindros de prueba para su ensaye en laboratorio, a 7 y 28 días. Como un indicador, a los 7 días el mortero deberá tener al menos un 70% de la resistencia de diseño, pero la decisión de rechazarlo o no deberá ser tomada con base en las pruebas a 28 días.

Instalación de las anclas: Para el anclaje se utiliza acero corrugado (fy mínimo = 415 MPa), con diámetro mínimo de 2.54 cm y longitud efectiva de 3 metros dentro de la roca sana o la longitud definida por la expresión teórica siguiente:

Dónde:


La = Longitud mínima de anclaje, cm.fy = Resistencia a la fluencia del ancla, MPaf 'c = Resistencia a la compresión simple del mortero, MPad = Diámetro del ancla, cm

Para centrar el ancla dentro del barreno se deben soldar a su alrededor tres tramos de

alambrón de 6.4 mm, espaciados a cada 800 mm a los largo del ancla. Las anclas deben sobresalir de la perforación una longitud mínima de 1.5 m para garantizar su adecuado anclaje al concreto del cimiento y permitir la colocación del equipo de prueba. En la figura 1.14 se presenta el esquema del arreglo de la ancla y del dispositivo para el ensaye de extracción de éstas.


Figura 9 Esquema de la prueba de extracción de anclas (cortesía de CFE).

b) Preparación del sitio:Los apoyos de la viga deben instalarse sobre una superficie uniforme y fuera del área de influencia del ancla; la viga debe colocarse en forma perpendicular al ancla como se muestra en la foto 9. Una vez instalado el sistema de carga, se coloca el sistema de medición de desplazamientos, foto 11 y 12. Con el objeto de fijar el sistema de carga, antes de iniciar la prueba, debe aplicarse un precarga del orden de 5.0 kN. Realizado lo anterior, se deben ajustar los extensómetros para tomar las lecturas iniciales de referencia.

Foto 10 Colocación de apoyos de la viga (cortesía de CFE).

Foto 11 Colocación del sistema de cargas (cortesía de CFE).

Foto 12 Colocación de extensómetros (cortesía de CFE)

c) Desarrollo de la prueba:


El ensayo se efectúa con carga controlada de acuerdo a lo siguiente:La velocidad de aplicación de carga debe estar en el intervalo de 5 a 10 kN/min. Las cargas se aplican por incrementos hasta llegar a la carga de diseño, registrándose los desplazamientos producidos, foto 13.Para la aplicación de los incrementos de carga debe seguirse el criterio siguiente, una vez aplicado el primer incremento, medir los desplazamientos a cada minuto, durante 3 minutos; si los desplazamientos registrados son nulos o menores de 0.01 mm se procede a aplicar el siguiente incremento, en caso contrario, se deja transcurrir otros 3 minutos para tomar nuevamente lecturas y valuar los desplazamientos respectivos, lo anterior debe realizarse sucesivamente las veces que sea necesario, hasta cumplir con la condición indicada.

Foto 13 Registro de deformaciones (cortesía de CFE).

Se debe continuar con la aplicación de los demás incrementos, hasta llegar a la carga de diseño. Finalmente, se realiza la descarga de fuerzas aplicadas gradualmente hasta llegar a la carga mínima.En esta etapa deben registrar las lecturas correspondientes. Se deben repetir todas

las etapas descritas anteriormente hasta llegar a tres ciclos de carga-descarga.Para la determinación de los desplazamientos del ancla se aplica la expresión siguiente:

Dónde:δ= Desplazamiento del ancla, mP = Carga, NL = Longitud del ancla entre las mordazas del gato y la superficie del mortero, más 1/3 de la longitud embebida en el mortero, mA = Área de la sección transversal del ancla, m2E = Módulo de elasticidad del acero,

Los resultados obtenidos se presentan en una gráfica carga-deformación. La prueba concluye por alguno de los siguientes motivos:

Ruptura del ancla. Extracción del ancla, antes de

alcanzar la carga prevista. Cuando los desplazamientos

excedan a los valores permisibles, 40 mm.

Cuando se alcanza la carga máxima prevista por la prueba.

Tolerancias: Para la instalación de anclas se debe respetar las tolerancias siguientes:

Localización: ±20 cm perimetrales para la ubicación proyectada.

Verticalidad: ±5°6. Geometría de la cimentaciónEn la figura 14 se observa de manera general la geometría de una cimentación superficial a base de zapatas aisladas con la respectiva nomenclatura de sus dimensiones.


Figura 14 Geometría de una zapata aislada anclada en roca (propia).

Dónde:a = Ancho de la zapata, m.b = Largo de la zapata, m.ld = Longitud del dado, m.h = Peralte total de la zapata, m.d = Ancho del dado, m.df = Profundidad de desplante, m.af ,bf = Distancia entre anclas extremas en el ancho y largo de la zapata respectivamente, m.

Como se puede observar en la figura 15, el dado de la zapata presenta un ángulo de inclinación α, dicho ángulo coincide al de la extensión del montante de la torre; esta condición provoca que los elementos mecánicos se apliquen con una excentricidad dc, respecto al centro geométrico de la zapata.

Figura 15 Distancia dc, a la aplicación de la carga (propia).


La distancia dca la aplicación de la carga es igual a:

El valor de tanα se determina conforme a la geometría del cuerpo piramidal, figura 1.17, y es:

Por lo que:


Figura 16 Geometría de una Torre Vertical (propia).

6.1.Fuerzas actuantes en el dado de cimentación.Los elementos mecánicos actuantes (reacciones en los apoyos) se obtienen del análisis estructural y se observa en la figura 17.


Figura 17 Elementos Mecánicos actuantes en la zapata (propia).

Por otra parte, si consideramos que el eje transversal de la torre se encuentra orientado en la misma dirección que el eje transversal de la línea de transmisión las fuerzas cortantes resultantes estarán orientadas en las direcciones x, y de este sistema (figura 18a); para facilitar el diseño geotécnico y estructural de la zapata, esta se encuentra girada 45° con respecto a su centro geométrico lo que ocasiona que las fuerzas actuantes se proyectan en el sistema x ', y '.


Figura 18 Fuerzas cortantes en los ejes x', y' (propia).

De la figura 1.19b observamos lo siguiente:

Particularizando las ecuaciones anteriores para la tensión y compresión de acuerdo al análisis estructural se tiene que:

Para la tensión

Para compresión


7. Discusión

De la revisión bibliográfica se observó que la especificación NORMA R.D. N° 022-2003-EM/DGE no contempla el diseño por sismo de las cimentaciones.

Se propone que en la especificación NORMA R.D. N° 022-2003-EM/DGE, en lo que respecta a cimentaciones desplantadas en roca, se incluyan aspectos fundamentales de la calidad del macizo rocoso, principalmente la existencia de discontinuidades, mismas que se deben incluir en el diseño geotécnico.

En la especificación NORMA R.D. N° 022-2003-EM/DGE no se contempla la existencia de suelos estratificados. El diseño geotécnico aquí desarrollado limita su uso a la existencia de afloramientos superficiales de roca, por lo que es necesario realizar nuevos proyectos que puedan emplearse para distintas condiciones del terreno.

8. BibliografíaGonzález de Vallejo, L. I., Ferrer, M., Ortuño, L., & Oteo, C. (2004). Ingenieria Geologica. Madrid: Prentice Hall.

Cruz Bautista, J. M., & Sánchez Hernández, M. M. (2010). Diseño geotécnico de la cimentación a base de zapatas aisladas ancladas en roca para el proyecto l. t. Quevedo – menonita. Mexico: Instituto Politecnico Nacional.

NORMA R.D. N° 029-2003-EM/DGE. (2 de Marzo de 2004). Dirección General de Electricidad. Obtenido de Especificaciones técnicas para los estudios de geología y geotecnia para electroductos para Electrificación Rural: http://www.minem.gob.pe/

NORMAR.D. N° 022-2003-EM/DGE. (31 de Enero de 2004). Dirección General de Electricidad. Obtenido de Especificaciones técnicas para las obras civiles y el montaje electromecánico de líneas de transmisión para electrificación rural: http://www.minem.gob.pe/





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