01-anclajes y sistemas anclados

ICO363-Diseo de Estructuras ICO363-Diseo de Estructuras Geotcnicas

Anclajes y sistemas anclados

Profesor: Juan Carlos Tiznado A.

[email protected]

Contenido

1. Introduccin

Caractersticas generales, tipos y aplicaciones de sistemas anclados

2. Aspectos generales

Tipos de anclajes: activos y pasivos

Componentes y materiales

Secuencia constructiva de ejecucin

Modos de falla en sistemas anclados

3. Evaluacin de empujes3. Evaluacin de empujes

Repaso de resistencia al corte y empujes

Determinacin y seleccin de parmetros resistentes del suelo

Envolventes de Terzaghi-Peck y FHWA

Efectos de la presencia del agua

Empujes debidos a sobrecargas y cargas puntuales

4. Diseo de anclajes

Ubicacin de superficies potenciales de falla

Cargas de diseo

Clculo de longitud libre y de bulbo inyectado

5. Criterios bsicos de diseo ssmico

Estabilidad interna y externa

Anlisis pseudo-esttico: eleccin del coeficiente ssmico

1. Introduccin1.1. Caractersticas generales, tipos y aplicaciones de sistemas anclados

Los sistemas anclados se utilizan para el sostenimiento de excavaciones, cortes y

taludes:

Edificio Beauchef 851. Escuela de Ingeniera Uchile.

Pilotes y Pilas Ancladas. Hmx=30m aprox.

Foto: Pilotes Terratest S.A.



taludes:

Universidad Finis Terrae. Providencia

Muro anclado

Foto: Pilotes Terratest S.A.



taludes:

Refuerzo Talud Mall Via del Mar

Soil Nailing

Foto: Pilotes Terrarest S.A.



taludes:

Clnica Avansalud Via del Mar

Muro Berlins




taludes:

Tablestacado o Atagua




taludes:

Excavacin apuntalada

Foto: Prof. Michel Van Sint Jan, PUC


El uso de una determinada tecnologa de sistema anclado depende de una serie

de factores, entre otros:

Tipo de suelo: consistencia o compacidad, cohesin, tamao de partculas (bolones)

Profundidad mxima de excavacin

Caractersticas de estructuras vecinas

Presencia de agua

Posibilidad fsica de instalacin de anclajes hacia terreno

Espacio para posicionamiento y movilidad de equipos

Costos y plazos de ejecucin

Contenido

1. Introduccin















Cargas de diseo





2. Aspectos generales2.1. Tipos de anclajes: Activos y Pasivos

Anclajes Activos

Elementos estructurales instalados hacia el interior del terreno (temporales/permanentes)

Transmiten cargas de traccin aplicadas (pretensado), al suelo

Se instalan en una perforacin (entubada), la cual se inyecta parcialmente con lechada de

cemento (A/C0.5) a presin (grout)

Componentes de un anclaje activo. FHWA


Anclajes Activos

Longitud libre (Lf): Parte del anclaje libre de deformarse elsticamente

Longitud de bulbo (Lb): Parte del anclaje capaz de transmitir la carga de tensado del anclaje al

suelo

Longitud libre

Componentes de un anclaje activo. FHWA

Longitud libre

Longitud fija o de bulbo


Anclajes Activos

El elemento estructural o tendn de anclaje puede estar constituido por barras o cables (torones):

En Chile, la prctica actual es utilizar los anclajes de cables

Anclaje de barra. FHWA Anclaje de cables o torones. FHWA


Anclajes Pasivos

Elementos estructurales instalados hacia el interior del terreno (temporales/permanentes)

Pueden instalarse en una perforacin (entubada) o bien ser autoperforantes

Se inyectan completamente con lechada de cemento (A/C0.5) a presin (grout)

No van pretensados, por lo cual requieren un desplazamiento de la estructura para tomar carga

Anclaje pasivo

2. Aspectos generales2.2. Componentes y materiales

Anclajes Activos

Anclaje de cables o torones. FHWA


Anclajes Activos

Los cables se engrasan en su longitud libre

Se debe dejar aproximadamente 1.0-1.5m de longitud adicional para realizar la faena de tensado

Resistencia mnima lechada: 21MPa (Post Tensioning Institute PTI, 1996)

Cemento especial: 7 das despus de la inyeccin

Cemento extra: 4 das despus de la inyeccin

Ensayos de investigacin (falla) Ensayos de investigacin (falla)

Ensayos de aptitud (verif. fluencia y prdida de carga)

Ensayos de aceptacin (verif. carga de prueba y longitud libre aparente)

Verificacin de creep (ej. DIN 4125)

Procedimiento de tensado de anclajes

ej. Norma DIN 4125 Ground anchorages


Anclajes Activos

Cables de acero:

TIPODE

CABLE

13 mm (0.5) 15 mm (0.6)Euronorma

138 79 oBS 5896: 1980

Super

ASTMA 416-85

Grado 270

Euronorma138 79 o

BS 5896: 1980Super

ASTMA 416-85

Grado 270

De uso tpico

Super Grado 270 Super Grado 270

Dimetro nominal (mm) 12.9 12.7 15.7 15.2Seccin nominal (mm^2) 100 98.7 150 140Peso por metro (kg/m) 0.785 0.775 1.18 1.10Limite elstico (Mpa) 15801) 16702) 15001) 16702)

Resistencia a la traccin (Mpa) 1860 1860 1770 1860Carga de rotura garantizada (kN) 186.0 183.7 265.0 260.7

Mdulo de Elasticidad (Gpa) Aprox. 1951) Valor correspondiente a una deformacin remanente del 0.1%2) Valor correspondiente a un alargamiento efectivo del 1%


Anclajes Activos

Proteccin contra la corrosin:

Aplicaciones permanentes (uso >2 aos)

Cabeza del anclaje: Capuchn

Longitud libre: Encapsulamiento de cables

Longitud de bulbo: vaina, espaciadores y grout


Anclajes Pasivos (pernos autoperforantes TITAN ISCHEBECK)

Tubo de polietileno de alta densidad

CentradorCentrador

Manguito de empalme

Centrador

Broca de perforacin (perdida)

Barra

(acero grano fino)

Bulbo inyectado

(suelo mejorado)


Anclajes Pasivos (pernos autoperforantes TITAN ISCHEBECK)

Acero estructural de grano fino S460 NH

Norma EN 10210


Anclajes Pasivos

Proteccin contra la corrosin:

Aplicaciones permanentes (uso > 2 aos)

En ambientes normales, el recubrimiento entregado por la inyeccin es, en general, suficiente

En ambientes especialmente agresivos:

Galvanizado en caliente

Capa Dplex (galvanizado en caliente + capa superficial de epxico)

Acero inoxidable

2. Aspectos generales2.3. Secuencia constructiva de ejecucin

- Ejecucin del elemento/estructura de sostenimiento

(continua o discontinua)

-Excavacin hasta la cota de ejecucin del primer anclaje

(0.5m a 1m bajo cota de proyecto)

- Instalacin de sostenimiento entre elementos (si se requiere)

- Instalacin, prueba y tensado (si aplican) del (los)

anclaje(s)

- Descenso hasta el siguiente nivel de anclaje o bien

hasta el sello de excavacin

2. Aspectos generales2.4. Modos de falla en sistemas anclados

Modos de falla. FHWA

Contenido

1. Introduccin















Cargas de diseo





3. Evaluacin de empujes3.1. Repaso de resistencia al corte y empujes

Criterio de falla de Mohr-Coulomb

donde es la resistencia al corte, c la cohesin, n el esfuerzo normal y el ngulo de friccin interna del material.

tannc +=

En trminos de los esfuerzos principales:

donde 1 es el esfuerzo principal mayor, 3 el esfuerzo principal menor.

)2/45tan(2)2/45(tan231 +++= oo c


Comportamiento drenado y no drenado

Comportamiento drenado:

La aplicacin de la carga es lenta respecto de la permeabilidad del suelo y la distancia de drenaje

o

La carga se aplica durante un tiempo suficiente para disipar toda la sobrepresin de poros inicial

(hidrosttica o flujo permanente)(hidrosttica o flujo permanente)

Si la sobrepresin es despreciable, el incremento de esfuerzos se transmite totalmente a la fase

slida del suelo, con lo cual aumentan los esfuerzos efectivos

Se produce una disminucin del volumen del suelo, los granos del esqueleto slido se acercan

entre s y un volumen de agua equivalente es expulsado durante el proceso de carga

Representa el comportamiento del esqueleto slido del suelo


Comportamiento drenado y no drenado

Comportamiento no drenado:

La aplicacin de la carga es rpida respecto de la permeabilidad del suelo y la distancia de drenaje

o

La carga se aplica durante un tiempo durante el cual no se alcanza a disipar la sobrepresin de

poros inicial (hidrosttica o flujo permanente)poros inicial (hidrosttica o flujo permanente)

En laboratorio, esto se materializa impidiendo la salida de agua al exterior de la muestra. Si el

suelo est saturado, el volumen de la muestra es constante.

Representa el comportamiento conjunto de la fase lquida y slida del suelo


Empujes laterales

Base conceptual: Estados de equilibrio plstico del suelo

Crculos de Mohr. Reposo v/s estados de equilibrio plstico.

Bowles (1996)

)2/45tan(2)2/45(tan213 == oo ch

)2/45tan(2)2/45(tan231 +++== oo ch

Caso activo

Caso pasivo


Empujes laterales

Para el caso de un suelo sin cohesin:

Caso en reposo:

Caso activo:

Caso pasivo:

Idealizacin de los estados de empuje activo y pasivo. Bowles (1996)

vh K 0=

vah K = si el desplazamiento h,a es suficiente

vph K = si el desplazamiento h,p es suficiente

)sin(10 K Jacky


Qu significa suficiente?

Ha

100H

p

Utilizar las alguna de estas condiciones para diseo implica, necesariamente,

verificar los niveles de desplazamiento supuestos

1000a


Mtodo de Coulomb

Empuje activo:

El mximo valor de Pa corresponde al empuje activo:

Para un muro vertical liso, de relleno horizontal (hiptesis de Rankine), i.e. ==0 y =90:

aa KHP2

2= 2

)sin()sin()sin()sin(1)sin(2sin

)(2sin

+

++

+=

aK

( )2

452tan2

2

)sin1()sin1(

2

2

=

+

=oHH

aP


Mtodo de Coulomb

Empuje pasivo:

El mnimo valor de Pp corresponde al empuje pasivo:

Para un muro vertical liso, de relleno horizontal (hiptesis de Rankine), i.e. ==0 y =90:

pp KHP2

2= 2

)sin()sin()sin()sin(1)sin(2sin

)(2sin

++

+++

=

pK

( )2

452tan2

2

)sin1()sin1(

2

2

+=

+=

oHHpP

3. Evaluacin de empujes3.2. Determinacin y seleccin de parmetros resistentes del suelo

Suelos granulares

La resistencia al corte se analiza en trminos de los esfuerzos efectivos

Las sobrepresiones se disipan en forma prcticamente inmediata (uw0) debido a la alta

permeabilidad

+= tannc

permeabilidad

El anlisis se hace en general en condiciones drenadas

Excepciones: ej. Caso ssmico en algunas arenas

La contribucin de la cohesin a la resistencia es, en general, baja

En general, los parmetros requeridos se obtienen a partir de ensayos SPT o CPT (correlaciones)


Suelos cohesivos

Se distinguen las condiciones no drenadas (corto plazo) de las drenadas (largo plazo)

La resistencia al corte se analiza en trminos de los esfuerzos efectivos

+= tannc Se requiere conocer la distribucin de esfuerzos efectivos al interior del suelo

Si la carga se aplica de forma rpida respecto a la velocidad de consolidacin y no hay drenaje (ej.

Triaxial UU), se puede expresar la resistencia del suelo en tensiones totales como :

No olvidar que cu depende del estado (consolidacin) del suelo:

uu qc 5.0==

( ) ppuuu ccc >+= 330 si


Suelos cohesivos

En arcillas blandas o normalmente consolidadas, controla la condicin de corto plazo (no drenada)

En arcillas duras o preconsolidadas, la resistencia de corto plazo es mayor que la drenada, por lo

cual se suele hacer el anlisis en condiciones drenadas despreciando la cohesin

Los valores de la resistencia al corte no drenada Cu pueden obtenerse a partir de ensayos de

terreno (ej. CPT) o preferentemente por medio de Triaxiales CUterreno (ej. CPT) o preferentemente por medio de Triaxiales CU

Los valores de resistencia al corte en el caso drenado se obtienen preferentemente de ensayos

Triaxiales CU con medicin de presin de poros.

3. Evaluacin de empujes3.3. Envolventes de Terzaghi-Peck y FHWA

Relacin entre desplazamientos y empujes en sistemas anclados

Modelo a escala real: Ref. FHWA-RD-98-067, 1998

Estudio de la relacin entre los desplazamientos y empujes para las distintas etapas

constructivas de un sistema anclado



Etapa 1: Excavacin 1er nivel de anclaje

Desplazamiento y empuje consistentes

con la condicin activa

El muro se comporta con su extremo

inferior empotrado



Etapa 2: Tensado del 1er anclaje

Bajo la carga de prueba, el estado

es cercano al pasivo en la zona de es cercano al pasivo en la zona de

anclaje

Cuando el anclaje se bloquea, el

empuje se reduce de forma

importante

El tensado del anclaje provoca un

movimiento de la estructura hacia

el terreno



Etapa 3: Excavacin 2do nivel de anclaje

El muro se deforma hacia la

excavacinexcavacin

El empuje se redistribuye,

concentrndose en las zonas de

anclaje y empotramiento



Etapa 4: Tensado del 2do anclaje - Trmino de la construccin

El empuje se concentra en las zonas

rgidas (anclajes)

La estructura se desplaza hacia la La estructura se desplaza hacia la

excavacin, con valores mximos en

la cabeza y el empotramiento

Suponer distribucin de empujes

triangular subestimara las cargas en

los anclajes y sobreestimara los

momentos flectores y el

empotramiento requerido

Se suele disear utilizando

envolventes de empuje aparente


Envolventes de empuje aparente de Terzaghi-Peck

Excavacin apuntalada con H>6m

La estructura se desplaza lo

suficiente para movilizar la

resistencia al corte del suelo

(homogneo)

Se suponen condiciones de corto

En arcillas, la distribucin de empujes se relaciona con el factor de estabilidad Ns :

Se suponen condiciones de corto

plazo: drenadas en arenas y no

drenadas en arcillas

Los diagramas aplican a la porcin

expuesta de la estructura (no al

empotramiento)

us

c

HN =


Envolventes de empuje aparente propuestas por la FHWA

Arenas: H1: Distancia desde la superficie del terreno hasta el primer anclaje

Hn+1: Distancia desde el sello de

excavacin hasta el ltimo anclaje

Thi: Fuerza horizontal en anclaje i

Estos diagramas aplican tanto a condiciones temporales como permanentes. Los empujes

debidos al agua y/o sobrecargas deben ser adicionados explcitamente a lo anterior.

R: Reaccin del lado pasivo

(empotramiento)

p: Valor mximo del diagrama de

empujes

Carga total: 0.65KaH2

Ka=tan2(45-/2)



Arcillas firmes a duras (Ns 4):



Arcillas firmes a duras (Ns 4):

En arcillas, las mediciones

experimentales han demostrado

mayor variabilidad

Resultados en 7 proyectos , 5 de

ellos en suelos sobreconsolidados

Ulrich 1989, Tieback supported cuts in overconsolidated soils.

Journal of Geotechnical Engineering ASCE, Vol. 115, No. 4



Arcillas firmes a duras (Ns 4): Las cargas mximas propuestas varan en un rango de entre 0.2H a 0.4H (conservador)

En general, los valores medidos en

proyectos reales estn en buena

concordancia con las envolventes

Para el anlisis a largo plazo (permanente), se deben comparar estos diagramas con aquellos que se

obtienen al considerar una resultante total igual a 0.65KaH2 ,donde Ka se calcula con el ngulo en condicin drenada.

de valor mximo p = 0.2H

Usar envolventes de diseo con

valores menores debiese ser

justificado sobre la base de

experiencia en suelos similares

Estos diagramas aplican al caso

temporal



Arcillas blandas a medias (Ns >4): m es un factor emprico que se relaciona con el potencial de falla

de fondo

Terzaghi-Peck recomiendan m=0.4

cuando Ns>6 y m=1 en otro caso.

Sin embargo, se ha visto que para el

Diagrama Terzaghi-Peck

+=

HC

Hd

HcK ubua

14.512241

Sin embargo, se ha visto que para el

caso m=0.4, el mtodo es no

conservador

Se prefiere el uso de la solucin de

Henkel (1971) para obtener

directamente Ka


Qu hacer en el caso de perfiles estratificados?

Establecer parmetros representativos para el sistema:

Set de datos ms desfavorable (conservador)

Promedios ponderados (con peso) de parmetros

Recomendacin FHWA:

Evaluar empuje activo en todo el perfil, asumiendo movilizacin de la resistencia al corte

Incrementar la resultante del diagrama de empujes en un 30% para el caso de tablestacados

o muro berlins

Este porcentaje puede ser mayor si se requiere un mayor control de las deformaciones

Distribuir la carga resultante en un diagrama trapezoidal de presiones como el recomendado

para arenas

3. Evaluacin de empujes3.4. Efectos de la presencia del agua

Mtodo simplificado que supone que

la prdida de carga se disipa

uniformemente a travs del trayecto

2d+H-i-j2d+H-i-j

Entrega presiones mayores que la

hidrosttica frente al muro y menores

que la hidrosttica tras este

Se trabaja con un gradiente hidrulico

jiHdjiHi+

+=

2CIRIA (1984)

3. Evaluacin de empujes3.4. Efectos de la presencia del agua

wf jiHdidjHdU

+

+=

2))((2

wc jiHdidjiHU

+

+=2

)(2)(

Una solucin ms refinada se encuentra en el uso de redes de flujo

Sin embargo, la recomendacin de la FHWA es conservadora en trminos de las presiones

netas

jiHd +2

wn jiHU )( +=

3. Evaluacin de empujes 3.4. Efectos de la presencia del agua

Redes de Flujo: Mtodo grfico para la resolucin de problemas de flujo

Se construye una red con una familia de

curvas equipotenciales y de corriente

Se busca que la prdida de carga entre curvas

sucesivas sea constante (h=cte.)

1 a 8: cadas de potencial

1 a 4: tubos de flujo o de corriente (Q=cte.)

Equipotenciales

Lneas de flujo

Los bordes impermeables (pantalla y fondo de la excavacin) son, necesariamente, lneas

de corriente

Terzaghi et al., 1996


Si hL = hsup hinf es la prdida de carga del sistema

y nh es el nmero de cadas de potencial:

Si p es un punto sobre la j-sima equipotencial:

h

Lh

n

h=

En un tubo de corriente (1 a 4), Q=cte. Si b es el ancho de uno de estos tubos:

hjhph )1()( sup =

( ) ( )( )pzphpu ww = )(

bs

hbbq kkiV

===

Equipotenciales

Lneas de flujo


Adems,

En general, se emplean redes de flujo con tubos

de flujo cuadrados, es decir, donde:

Qq =

de flujo cuadrados, es decir, donde:

Por tanto, si nc es el nmero total de tubos de

corriente:

1s

b

h

cch

n

nHknkQ ==

Equipotenciales

Lneas de flujo

3. Evaluacin de empujes3.4. Empujes debidos a sobrecargas y cargas puntuales

Sobrecargas

Se considera que generan como efecto un incremento uniforme de las presiones verticales

en toda la altura de la estructura de contencin:

K es el coeficiente de empuje de tierras y depende de las condiciones de deformacin esperadas de la

ss qK =

K es el coeficiente de empuje de tierras y depende de las condiciones de deformacin esperadas de la

estructura

Cargas puntuales (puntos, lneas, tiras)

El incremento de carga que producen en altura se estima generalmente con soluciones

basadas en teora de elasticidad.

Alternativamente, se pueden convertir a sobrecargas uniformes equivalentes


Cargas puntuales

Ejemplo de soluciones basadas en teora de elasticidad (NAVFAC, 1986)


Cargas puntuales

Ejemplo de soluciones basadas en teora de elasticidad

Franja de ancho limitado, con carga uniforme q(ton/m2)

El factor 2 ya incorpora

el reacomodo del suelo

)2cossin(2 pi

=q

h

Modificado de Das, 1999

el reacomodo del suelo


Cargas puntuales

Ejemplo de sobrecargas uniformes equivalentes

EAB (2006), Recommendations on excavations

Contenido

1. Introduccin















Cargas de diseo





4. Diseo de anclajes4.1. Ubicacin de superficies potenciales de falla

IDEA GENERAL: El diseo de la longitud libre de los anclajes debe considerar una revancha

respecto de la ubicacin de la superficie potencial de falla ms crtica

3.0m para muro berlins (1.5m entre perfiles)

2.0m para muro pantalla

Superficies de falla, espaciamientos y revanchas. FHWA

2.0m para muro pantalla

3.0m para pilas y pilotes

hasta 3.5m pilas/pilotes en grava stgo.

= 45 + /2 en caso esttico para suelo sin cohesin

4. Diseo de anclajes4.2. Cargas de diseo

Para determinar las cargas en los anclajes a partir de los diagramas de empuje aparente

existen dos mtodos:

Ambos mtodos consideran que se

genera una rtula en la zona de

empotramiento (M=0) y que el lado

pasivo acta como soporte lateral de la

excavacin

Mtodo del rea tributaria y del apoyo rotulado. FHWA

Esta hiptesis es adecuada si la

estructura se empotra suficientemente

en un suelo competente

4. Diseo de anclajes4.2. Cargas de diseo

4. Diseo de anclajes4.3. Clculo de longitud libre y de bulbo inyectado

La longitud libre de los anclajes, como se ha visto, queda determinada por la ubicacin

de la superficie potencial de falla de la masa de suelo tras la estructura.

Existen diferentes mtodos para obtener la posicin y geometra de dicha superficie

(Mtodo simplificado, Mtodo de Kranz, Mtodos de equilibrio lmite, etc.)

La longitud de bulbo, por su parte, depende bsicamente de las caractersticas del suelo.


La capacidad de carga admisible del bulbo de los anclajes se puede estimar a partir de la

frmula general:

donde:

Tadm=Traccin admisible del elemento de anclaje

FS=Factor de seguridad (permanentes:2.0; temporales: 1.8)

T =Traccin lmite del elemento de anclaje

FSqDL

FSTT sbLadm

pi==

TL=Traccin lmite del elemento de anclaje

D=dimetro medio del bulbo de anclaje (1.2 a 2.0 dperforacin segn tipo de suelo)

Lb=longitud del bulbo de anclaje

qs=friccin unitaria lmite a lo largo de la superficie lateral del bulbo

Un mtodo frecuentemente utilizado para estimar qs es el llamado Mtodo de Bustamante

Publicacin Un mtodo para el clculo de los anclajes y los micropilotes inyectados

Recopilacin de 120 ensayos a escala real

Grficos con envolventes de diseo para diferentes tipos de suelo y mtodos de inyeccin

Mtodos: IGU (inyeccin global y nica) e IRS (inyeccin repetitiva selectiva)


Mtodo de Bustamante

175200225250275300325350

q

s

(

k

N

/

m

2

)

IRS

400450500550600650700

q

s

(

k

N

/

m

2

)

IRS

IGU

0255075

100125150175

0 5 10 15 20 25 30 35 40

N de golpes / 0.3 m (SPT)

IGU

050

100150200250300350

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120N de golpes / 0.3 m (SPT)

IGU

LIMOS - ARCILLAS ARENAS - GRAVAS


Mtodo de Bustamante


Mtodo de Bustamante

Clculo de D = x dperforacin

SuelosCoeficiente

IRS IGU

Grava 1.6 a 1.8 1.3 a 1.4

Grava arenosa 1.6 a 1.8 1.2 a 1.4

Arena en grava 1.5 a 1.6 1.2 a 1.3

Arena gruesa 1.4 a 1.5 1.1 a 1.2

Arena mediana 1.4 a 1.5 1.1 a 1.2

Anclajes:

En suelos como arena, grava y roca se usa el mtodo IGU

En limos y arcillas, se utiliza el mtodo IRS

Micropilotes:

El modo ejecucin se asimila a IRS

Arena mediana 1.4 a 1.5 1.1 a 1.2

Arena fina 1.4 a 1.5 1.1 a 1.2

Arena limosa 1.4 a 1.5 1.1 a 1.2

Limo 1.4 a 1.61.1 a 1.2

Arcilla 1.8 a 2.0

Roca alterada o 1.2 a 1.8 1.1

fragmentada

Contenido

1. Introduccin















Cargas de diseo





5. Criterios bsicos de diseo ssmico5.1. Estabilidad interna y externa

Estabilidad interna

Tiene que ver con la posibilidad de falla de alguno de los elementos del sistema: tensores,

anclajes o el mismo muro/sistema de contencin.

Empujes: Teora de Mononobe-Okabe (Okabe, 1926; Mononobe, 1929)

Fuerzas sobre un muro, mtodo Mononobe-Okabe. FHWA

El muro se puede mover lo suficiente como

para generar la condicin activa

Suelo seco y sin cohesin

El sismo se representa de manera

pseudoesttica con fuerzas inerciales

horizontales y verticales actuando sobre la

cua de suelo asociada a la superficie de falla

Se utilizan coeficientes ssmicos verticales y

horizontales kh y kh, respectivamente, que se

expresan como una fraccin de Amax del sismo

de diseo


Estabilidad interna


Estabilidad interna

Estas expresiones entregan el empuje total = esttico + ssmico que acta sobre la

estructuraestructura

Este empuje (ya sea activo o pasivo), para efectos de diseo, puede suponerse

uniformemente distribuido en la altura correspondiente

En el caso de sistemas anclados, la componente esttica se obtiene de las distribuciones

de empuje semi-empricas disponibles

Debe ponerse especial atencin en la eleccin de los coeficientes ssmicos kh y kv,sobretodo en estructuras de gran altura


Estabilidad interna

Aspectos complementarios:

El valor de la aceleracin mxima del sismo de diseo, con el cual se estiman los

coeficientes a utilizar en el anlisis pseudoesttico, debe considerar posibles efectos de

amplificacin en el suelo a trasds de la estructura (sistemas de gran altura)

La FHWA sugiere en dichos casos utilizar un promedio entre los valores esperados en la

base y en el coronamiento de la estructura.

Prestar atencin a estratos susceptibles de presentar licuacin.


Estabilidad externa

Est asociada con la posibilidad de que la estructura falle de manera global, tal

como ocurre en taludes; por medio de superficies potenciales que pasan por

debajo de la base de la estructura y/o ms all de la zona en que se ubica el bulbo

de los anclajes

Geometra de la superficie de falla Anlisis pseudoesttico

Verificar que el bulbo de los anclajes se encuentra fuera de la cua de Mononobe-Okabe,

cuyo ngulo respecto con la horizontal est dado por:

( ) [ ]{ }

++++

+++++= )cottan()tan(1

tancot)tan(1))cottan(tan(tan

2/11

baabba

== b ; ia


Estabilidad externa

Mtodos de equilibrio lmite

Otros mtodos

Un mtodo muy utilizado para verificar estabilidad externa en sistemas anclados es el

llamado Mtodo de Kranz, en el cual se verifica la seguridad del sistema ante superficies

de falla que van desde la base de la estructura hasta la mitad del bulbo de cada anclaje

Se consideran fuerzas

inerciales sobre estas cuas

5. Criterios bsicos de diseo ssmico5.2. Anlisis pseudo-esttico: eleccin del coeficiente ssmico

En Chile

En general, el coeficiente ssmico vertical se considera nulo

Cuando no se dispone de un estudio de riesgo ssmico, se puede utilizar kh = 0.5 A0 , donde A0 es la aceleracin efectiva mxima (MDC del MOP)

Cuando existe un estudio de riesgo ssmico que permita estimar amax , se puede utilizar la

expresin de Saragoni (1993):

Tambin se puede utilizar un kh asociado a un cierto nivel de desplazamiento esperado

gag

ahkgag

ahk 67.0max si ,

33.0max22.0 67.0max si ,

max3.0 ==

5. Criterios bsicos de diseo ssmico5.2. Anlisis pseudo-esttico: eleccin del coeficiente ssmico

Coeficiente ssmico segn desplazamientos esperados

Referencia:

NCh 3206 of. 2010, Geotecnia- Excavaciones, entibaciones y socalzados Requisitos

Antes de DS 61 !

01-anclajes y sistemas anclados

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