Ctedra de Ctedra de Ctedra de Ctedra de

CimentacionesCimentacionesCimentacionesCimentaciones

UNIVERSIDAD TECNOLGICA NACIONALFacultad Regional Concordia

CIMENTACIONES CIMENTACIONES CIMENTACIONES CIMENTACIONES

UTN UTN UTN UTN CONCORDIA CONCORDIA CONCORDIA CONCORDIA AO AO AO AO 2014201420142014

Ing. ALEJANDRO C. GARCA

TEMAS A DESARROLLAR:

UNIDAD UNIDAD UNIDAD UNIDAD 5555

Estructuras de Contencin Estructuras de Contencin Estructuras de Contencin Estructuras de Contencin FlexiblesFlexiblesFlexiblesFlexibles

---- Suelo Reforzado Uso de Geosintticos

5-I-A. Retenciones Flexibles Apuntaladas. Presiones de suelo sobre entibaciones y tablestacas.

5-I-B. Tablestacados y Pantallas.

5-II. Tierra Armada, Aplicacin en taludes y terraplenes.

5-IV. Suelo Claveteado. Gaviones.

5-V. Geosintticos; Geotextiles; Refuerzo del plano de asiento de terraplenes y Proteccin de taludes; Geodrenes.

ESTRUCTURAS DE CONTENCION DE SUELOSESTRUCTURAS DE CONTENCION DE SUELOSESTRUCTURAS DE CONTENCION DE SUELOSESTRUCTURAS DE CONTENCION DE SUELOS

DEFINICINDEFINICINDEFINICINDEFINICIN

MuroMuroMuroMuro dededede ContencinContencinContencinContencin dededede SuelosSuelosSuelosSuelos:Estructura permanente o temporaria,relativamente rgida y continua,que de forma Activa y/o Pasiva,produce un efecto estabilizador,

sobre una masa de terreno (natural o artificial)desequilibrada, ubicada en su parte posterior (trasds).

Terzaghi,Terzaghi,Terzaghi,Terzaghi, PeckPeckPeckPeck yyyy MesriMesriMesriMesri (1996):::: estructuraestructuraestructuraestructura destinadadestinadadestinadadestinada aaaasoportarsoportarsoportarsoportar suelossuelossuelossuelos quequequeque presentanpresentanpresentanpresentan pendientespendientespendientespendientes mayoresmayoresmayoresmayores quequequequesusususu ngulongulongulongulo dededede reposoreposoreposoreposo.

CLASIFICACINCLASIFICACINCLASIFICACINCLASIFICACIN

Desde un punto de vista funcional, Jimnez Salas et al (1981); se pueden dividir en : a) de Sostenimiento, b) de Retencin o de Contencin,c) de Revestimiento.

En funcin de la Interaccin sueloInteraccin sueloInteraccin sueloInteraccin sueloestructura estructura estructura estructura - Ortuo, L. (2005)

Estructuras RgidasRgidasRgidasRgidas: materiales, dimensiones y morfologa ==== RigidezRigidezRigidezRigidez; No cambian de forma bajo los empujes del terreno. Los movimientos son de giro y/o traslacin, sin deformaciones significativas por flexin.

Estructuras FlexiblesFlexiblesFlexiblesFlexibles: soportan los empujes de tierras con deformaciones a flexin considerables o debido a sus deformaciones y restricciones modifican la configuracin de empujes del terreno.

Segn la forma como contrarrestan los esfuerzos del suelo B Das (2010)

a) de gravedad, el efecto estabilizador viene de su peso propio,b) de semi-gravedad, estabilidad debida al peso de la tierra ubicada en la

parte posterior del muro y sobre su zapata. La configuracin geomtrica, pueden ser :i. en cantilver (en voladizo o mnsula) ii. con contrafuertes.

c) alivianados, el efecto estabilizador dado por el aprovechamiento de los suelos colocados en su trasds (tpico de muros mnsula).

Estructuras de Estructuras de Estructuras de Estructuras de Retencin Retencin Retencin Retencin de Suelosde Suelosde Suelosde Suelos

Muros de Contencin - Estabilidad debida a friccin y peso propioRIGIDAS:

Muros de Gravedad en Masa; En Voladizo, Rigidizados con Contrafuertes, en T o en L;

SEMI RIGIDAS:Tierra Armada; Gaviones; Geo-celdas; Crib-Wall (cribas o jaulas);

Entibaciones y Pantallas - Estabilidad debida a empotramiento, puntales y/oanclajes

FLEXIBLES:Entibaciones Temporarias (Muro Berlins)TablestacadosPantallas continuas (Muro Miln)Pantallas discontinuas (de pilotes)Suelos Claveteados (Soil-nails)

Permanentes

Temporarias

ESTRUCTURAS DE CONTENCIN DE SUELOS:RGIDAS y SEMI-RGIDAS

ESTRUCTURAS DE CONTENCIN DE SUELOS:FLEXIBLES

S el movimiento del muro no es suficiente para desarrollar el

valor lmite del empuje Activo, se debe utilizar un Empuje

Activo Aumentado, intermedio entre el valor del empuje en

Reposo y el Activo.

Se da en entibaciones con poca deformacin o en tablestacas con

anclajes pretensados o puntales precargados, donde el movimiento

inicial de la pantalla es hacia el trasds en el momento de apuntalar

la estructura.

Asimismo se debe usar un Empuje Pasivo Reducido cuando el

movimiento del empotramiento no es suficiente para alcanzar el

valor lmite de ste.

Empujes Intermedios Generalidades

Estados de Equilibrio Lmite Deformacin necesaria

para alcanzarlos

Experiencias indican:

Movimientos necesarios para provocar el Estado Lmite deEmpuje Activo en terrenos granulares de densidad media para unaaltura H de muro; del orden de:

Desplazamiento por Rotacin alrededor de la cabeza = 0, 2% H

Desplazamiento por Rotacin alrededor del pie = 0, 5% H

Traslacin Horizontal = 0, 1% H

Valores tpicos de Rotacin x/H necesaria para movilizar el Empuje en Estados Lmites

Tipo de terreno Empuje Activo KA Empuje Pasivo KPGranular denso 0, 1 % 2 %

Granular suelto 0, 4 % 6 %

Cohesivo duro 1 % 2 %

Cohesivo blando 2 % 4 %

Ejemplo: Empuje Sobre un Conducto

Rgido en sus bordes

UNIDAD N 5 1 Parte

Estructuras de Contencin y Estructuras de Contencin y Estructuras de Contencin y Estructuras de Contencin y Anclajes Anclajes Anclajes Anclajes

ENTIBACIONES TEMPORARIAS

Ao 2014Ao 2014Ao 2014Ao 2014

RESUMEN DE PUNTOS IMPORTANTES

Estructuras Flexibles de Retencin:

Principal empleo: se relaciona con excavaciones en taludesverticales temporarias o provisorias.

Tienen por objeto: solventar las presiones que generanlos suelos sobre estos taludes o cortes verticales. Se corta el suelo del lugar - NO hay relleno contra el muro.

Proyecto: ligado no solo a conocer la distribucin delas presiones sino tambin al clculo esttico de suselementos de fijacin, sean puntales, codales o anclajes.

APARTAMIENTO DE LA TEORA DE MUROS

RGIDOS. La distribucin de presiones detrs de una retencin flexible

NO sigue en absoluto una ley lineal como en murosrgidos de sostenimiento.

Depende del modo de deformacin de las estructuras amedida que se construyen.

No hay giro superior a partir de un punto fijo en la base comoen el caso de los muros rgidos.

FALLAS:Muro Rgido: por rotacin o traslacin como un elementomonoltico.Retencin Flexible: por pandeo de puntales o agotamiento dela capacidad de anclajes o por levantamiento del fondo.

Objetivos:1. Proteger a los operarios;2. Evitar colapsos o desprendimientos; y3. Limitar los movimientos del terreno colindante.

Empujes Activos: Los EA a que son sometidos dependen no solamente del:

1. Tipo de Suelo lateral; sino tambin varan grandemente con:2. Mtodo Constructivo y Equipo de Excavacin:

a) Experiencia de la cuadrilla de excavacin yb) Velocidad de ejecucin o ritmo de obra;

3. Flexibilidad Relativa del Apuntalamiento respecto al suelo;4. Desplazamiento-Cedimiento Lateral de la pantalla, varia con:

I. Tiempo transcurrido entre excavacin y apuntalamiento,II. Rigidez del apuntalamiento, etc.;

5. Tipo y Capacidad Portante del suelo del fondo de la fosa;6. Nivel Fretico, piezmetrico, tcnicas de abatimiento y

factores climticos, etc.

Excavacin de CONDUCTO

Diferentes configuraciones geomtricas

Modos de falla de excavaciones acodaladas en trincheras.

DIFERENTES SISTEMAS DE ENTIBACIN Sistemas Convencionales normalmente se distinguen:

1. Entibacin Horizontal elementos del revestimientohorizontales - los empujes del terreno son transmitidos atravs de elementos verticales (pies derechos), los cuales seaseguran mediante codales.

2. Entibacin Vertical Tablestacado Liviano elementos derevestimiento verticales - los empujes del terreno sontransmitidos a vigas carreras horizontales, acodaladas.

3. Muro Berlins tablones horizontales, dispuestos a medidaque avanza la excavacin - estas tablas acuadas,transmiten el empuje del suelo a perfiles metlicos Hhincados previamente; asegurados mediante vigas carrerasapuntaladas.

Muro Berlins

Tablestacado

Muro Berlins

I. ESTABILIDAD EN EL FONDO DE UN CORTE LEVANTAMIENTO DEL FONDO EN ARCILLA ( C = Cu). ESTABILIDAD DEL FONDO EN ARENA

1) FONDO EN ARCILLAAntes de considerar las presiones contra lasretenciones flexibles, es necesario evaluar si el fondode la excavacin puede levantarse bajo el peso delos prismas laterales de suelo contiguos.

Se examina el coeficiente de seguridad al levantamiento de fondo.

Bx no puede ser mayor que 0,707.B porque la superficiede falla se extendera ms all del ancho de la zanja. La capacidad neta total de carga en el plano cd ser:(Para una base rugosa, L ) u = 0; Nc 5,7;

Qu = Cu . Nc . Bx = Cu . 5,7 . 0,7 B

Terzaghi (1943); Sugiri el Factor de Seguridad al levantamiento del fondo:

Fs = QBU/QV, Fs = 5,7 .Cu.Bx /( .H . Bx - Cu.H ) = 5,7 Cu / ( - 2Cu////B )H

1) LEVANTAMIENTO DEL FONDO EN ARCILLA Cuando el ancho B de la excavacin es muy grande;

Entonces 2/B 0;

y si el manto de cohesin Cu sigue hasta una gran profundidad

Si el valor de Ns es pequeo el coeficiente de seguridad FScrece;

Cuando mayor es la profundidad de la zanja: el nmero NsNsNsNs crece y el coeficiente FsFsFsFs decrece - ms inestable es el fondoms inestable es el fondoms inestable es el fondoms inestable es el fondo.

Bjerrum y Eide (1956) propusieron un factor, ms general: NbNbNbNb = Nmero funcin de la relacin de forma de la excavacin

Largo - Profundidad/Ancho: L/B; H/B, Grfico de JambuJambuJambuJambu similar al Concepto de Factor de Capacidad de Carga NcNcNcNc.

Chang (2000) sugiri una revisin para el Factor de Seguridad,La resistencia al corte a largo de la superficie (= Cu.H), debe considerarse comoun incremento de la resistencia en vez de una reduccin de la carga.El factor de capacidad de carga Nc = pi+2 5,14 para una zapata lisa,

Fs = 5,7 . Cu = NC . H NS

NS = .H/Cu Nmero de Estabilidad; FS NC/NS

Fsb = Nb . Cu .H + q

Fs 1,50

Trminos de la Estabilidad del Fondo

Zc = 2Cu1 /Altura Estable o Crtica:

Grfico de Janbu (1968)

Considera elfondo de la zanjacomo una zapatainvertida virtual.

La capacidad decarga dependedel factor deforma B/L, y de larelacinprofundidad-ancho H/B.

El subndice "b"se refiere al fondoo base de laexcavacin

Fsb = Nb . Cu .H + q

Bjerrum y Eide (1956)

Suelo Estratificado

N'c = Factor de capacidad para L = funcin de C1 (CuSuperior) y C2 (Cu Inferior)

Fd = Factor de profundidad funcin de H/BFs = Factor de forma = (1+ 0,2 B / L)

H/B

Revisin del Factor de Seguridad Chang (2000)1. Considera la resistencia al corte a largo de la superficie (= Cu.H), como un incremento de la

resistencia en vez de una reduccin de la carga.

2. El ancho Bx en el fondo de la de la excavacin puede ser tratado como una zapatanegativamente cargada.

3. El factor de capacidad de carga es NcNcNcNc = pi+2 5555,,,,14141414 para una zapata perfectamente lisa,debido a la falta de restriccin de la base de la excavacin, en lugar de 5555,,,,7777 para zapata rugosay u = 0.

4. Si la longitud L de la excavacin no pude considerase infinita, la capacidad de carga debecorregirse por el factor de forma: Sc = 1 + 0,2.B1/L.

Tambin puede utilizarse el factor de capacidad de carga NcNcNcNc dado por Skempton (1951) queincluye la correccin por el factor de forma Sc y por profundidad de empotramiento (o ficha)dc: Nc = 5,14 . Sc . dc = (1+2) . (1 + 0,2.B1/L) . (1 + (0,053 + Df / B1)

Si la arcilla es homognea, resulta adecuado: FSb 1,50.

2) FONDO DE UN CORTE EN ARENA Caso con profundidad de zanja inferior al nivel fretico y se requiere deprimir la

excavacin para trabajar en seco, debe revisarse el factor de seguridad contraFalla por Sifonaje, tambin llamado ebullicin o tubificacin

El levantamiento del fondo, ocurre cuando se crea un alto gradiente hidrulico porel agua que fluye desde abajo hacia el fondo de la excavacin, y dicho gradientesupera al gradiente hidrulico crtico del suelo.

FSb = i crtico (suelo) 1,50 Factor de Seguridadi mx.(salida)

EJEMPLO:Cada de Energa entre equipotenciales para el caso ms desfavorable,diferencia de energa 13,00 m (N.F-Fondo Excavacin):

hf = h/Nd = 13m/15 = 0.867 m.Gradientes Hidrulicos - Crtico del suelo

ic = sat - w = 2,10 1,00 = 1,10w w 1.00

imx. = hf/s = 0,87 m. / 1,62 m. = 0,53Coeficiente de Seguridad:

F = i crtico (suelo) / i mx.(salida) = 1,10/0,53 = 2.07 > 1,50 Verifica

II. DIAGRAMAS APARENTES DE PRESIN SOBRE ENTIBACIONES

La distribucin de presiones es funcin de las propiedades del suelo y de las restricciones a las deformaciones que va imponiendo

el mtodo constructivo.

Diagramas Empricos Envolventes de Empujes Aparentes

La gran variedad de factores e incertezas que afectan lamagnitud y la distribucin del empuje sobre una entibacin,y la gran nube de datos registrados en el mundo, durante laconstruccin de grandes excavaciones lineales a cieloabierto, como las redes de subterrneos y de desages delas principales metrpolis;justifica plenamente la adopcin de:

La fuerza total Resultante (PT) de estos diagramas aparentes, envolventes y empricos, siempre es mayor que la fuerza activa terica de Rankine (PA);

PT / PA > 1

Si el muro es flexible:

Diagramas de Presin en Entibaciones -

Terzaghi y Peck - 1967

Mediciones en:

Berln, Mnich, Chicago, Nueva York

y Oslo a mediados del siglo XX.

En entibaciones Apuntaladas,

No con anclajes.

De ms de 6,00 m de profundidad.

Suponen el nivel piezomtrico

deprimido o por debajo del fondo de la

excavacin, para:

Arena, en condicin drenada .

Arcilla, en condicin no drenada Cu.

Posicin de la resultantena = 0,46 a 0,5 H

Diagramas Envolventes de Empujes Aparentes Cdigo de Edificacin Ciudad de Bs. As.

TOSCASi:N 4; KA = 0,24

SEPARACIN ENTRE PUNTALES

La 1r lnea de codales en un suelo cohesivo debe estar a una profundidad:

Z < Z c ; siendo: Zc = 2Cu /. Cestelli Guidi recomienda: Z = 1/3 Zc. 1 r lnea en arenas aproximadamente a: 1,00 a 1,50 m. desde la superficie.

Sv = Verticalmente entre: 2,50 y 3,00 m.

Sh = Horizontalmente entre: 2,50 y 3,00 m.

Hc = 2Cu /

PUNTALES TELESCPICOS

Pre- esfuerzo

PilotesPilotesPilotesPilotes----perfilesperfilesperfilesperfiles: Perfiles H (de acero de ala ancha),tambin se usan Perfiles U (canales de acero), tubos de

acero y de hormign prefabricado. Hincados o perforados a una distancia de 2222 aaaa 3333 metrosmetrosmetrosmetros.

TablonesTablonesTablonesTablones dededede MaderaMaderaMaderaMadera

Por efecto arco, se usan reglas empricas, en lugar del diagramade presiones.

Espesores Usuales de Tablones (e 2)

Luz Libre 1,8 m. 2,4 m.

Espesor de Tabln 3. 3-4.

El espesor mayor para la luz libre de 2,4 m, se asocia a cortes ms profundosde 10 m. o en suelos como arenas saturadas con cohesin que tienencaractersticas menos favorables al efecto de arco.

Excavacin con Tablestacas:EMPOTRADAS y LIBRES

MODO OPERATIVO:

Colocacin con Vibradora Elctrica o Hidrulica

Tablestacas Livianas Tablestacas Livianas Tablestacas Livianas Tablestacas Livianas para Entibaciones Temporariaspara Entibaciones Temporariaspara Entibaciones Temporariaspara Entibaciones Temporarias

En Argentina ACINDAR; CIMTRONIC; CORIPA

En Entibaciones el tablestacado metlico es ms caro que elsistema Berlins, por lo que se utiliza cuando las condiciones delsuelo no permiten ese sistema, o si los costos de deprimir el nivelfretico son muy altos.