Retenciones Flexibles apuntaladas. Protecciones para excavación en trincheras.
Levantamiento de fondo en excavaciones transitorias.
Diagramas envolventes de empujes aparentes.
APORTES A LA ARQUITECTURA DE WALTER GROPIUS Y FRANK LLOYD WRIGHT
Unidad nº 5 -Entibaciones-2014
1. Cátedra deCátedra deCátedra deCátedra de
CimentacionesCimentacionesCimentacionesCimentaciones
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL
Facultad Regional Concordia
3. UNIDADUNIDADUNIDADUNIDAD 5555
Estructuras de ContenciónEstructuras de ContenciónEstructuras de ContenciónEstructuras de Contención FlexiblesFlexiblesFlexiblesFlexibles
---- Suelo Reforzado – Uso de Geosintéticos
5-I-A. Retenciones Flexibles Apuntaladas.
Presiones de suelo sobre entibaciones y tablestacas.
5-I-B. Tablestacados y Pantallas.
5-II. Tierra Armada,
Aplicación en taludes y terraplenes.
5-IV. Suelo Claveteado. Gaviones.
5-V. Geosintéticos;
Geotextiles; Refuerzo del plano de asiento de
terraplenes y Protección de taludes; Geodrenes.
4. ESTRUCTURAS DE CONTENCION DE SUELOSESTRUCTURAS DE CONTENCION DE SUELOSESTRUCTURAS DE CONTENCION DE SUELOSESTRUCTURAS DE CONTENCION DE SUELOS
DEFINICIÓNDEFINICIÓNDEFINICIÓNDEFINICIÓN
MuroMuroMuroMuro dededede ContenciónContenciónContenciónContención dededede SuelosSuelosSuelosSuelos:
Estructura permanente o temporaria,
relativamente rígida 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 (trasdós).
Terzaghi,Terzaghi,Terzaghi,Terzaghi, PeckPeckPeckPeck yyyy MesriMesriMesriMesri (1996):::: estructuraestructuraestructuraestructura destinadadestinadadestinadadestinada aaaa
soportarsoportarsoportarsoportar suelossuelossuelossuelos quequequeque presentanpresentanpresentanpresentan pendientespendientespendientespendientes mayoresmayoresmayoresmayores quequequeque
susususu ánguloánguloánguloángulo dededede reposoreposoreposoreposo.
6. En función de la Interacción sueloInteracción sueloInteracción sueloInteracción suelo‐‐‐‐estructuraestructuraestructuraestructura
- Ortuño, L. (2005)
Estructuras RígidasRígidasRígidasRígidas: materiales, dimensiones y morfología ==== RigidezRigidezRigidezRigidez;
No cambian de forma bajo los empujes del terreno. Los movimientos son de
giro y/o traslación, sin deformaciones significativas por flexión.
Estructuras FlexiblesFlexiblesFlexiblesFlexibles: soportan los empujes de tierras con deformaciones a
flexión considerables o debido a sus deformaciones y restricciones modifican
la configuración de empujes del terreno.
Según 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 configuración geométrica,
pueden ser :
i. en cantiléver (en voladizo o ménsula)
ii. con contrafuertes.
c) alivianados, el efecto estabilizador dado por el aprovechamiento de los
suelos colocados en su trasdós (típico de muros ménsula).
7. Estructuras deEstructuras deEstructuras deEstructuras de RetenciónRetenciónRetenciónRetención de Suelosde Suelosde Suelosde Suelos
• Muros de Contención - Estabilidad debida a fricción y peso propio
RIGIDAS:
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/o
anclajes
FLEXIBLES:
Entibaciones Temporarias (Muro Berlinés)
Tablestacados
Pantallas continuas (Muro Milán)
Pantallas discontinuas (de pilotes)
Suelos Claveteados (Soil-nails)
• Permanentes
• Temporarias
10. Sí el movimiento del muro no es suficiente para desarrollar el
valor límite 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 deformación o en tablestacas con
anclajes pretensados o puntales precargados, donde el movimiento
inicial de la pantalla es hacia el trasdós 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 límite de éste.
Empujes Intermedios
• Generalidades
12. Experiencias indican:
Movimientos necesarios para provocar el Estado Límite de
Empuje Activo en terrenos granulares de densidad media para una
altura H de muro; del orden de:
Desplazamiento por Rotación alrededor de la cabeza = 0, 2% H
Desplazamiento por Rotación alrededor del pie = 0, 5% H
Traslación Horizontal = 0, 1% H
Valores típicos de Rotación x/H necesaria para movilizar el
Empuje en Estados Límites
Tipo de terreno Empuje Activo KA Empuje Pasivo KP
Granular denso 0, 1 % 2 %
Granular suelto 0, 4 % 6 %
Cohesivo duro 1 % 2 %
Cohesivo blando 2 % 4 %
14. UNIDAD Nº 5 – 1° Parte
Estructuras de Contención yEstructuras de Contención yEstructuras de Contención yEstructuras de Contención y
AnclajesAnclajesAnclajesAnclajes
ENTIBACIONES TEMPORARIAS
Año 2014Año 2014Año 2014Año 2014
15. RESUMEN DE PUNTOS IMPORTANTES
Estructuras Flexibles de Retención:
Principal empleo: se relaciona con excavaciones en taludes
verticales – temporarias o provisorias.
Tienen por objeto: solventar las presiones que generan
los 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 distribución de
las presiones sino también al cálculo estático de sus
elementos de fijación, sean puntales, codales o anclajes.
16. APARTAMIENTO DE LA
TEORÍA DE MUROS
RÍGIDOS.
La distribución de presiones detrás de una retención flexible
NO sigue en absoluto una ley lineal como en muros
rígidos de sostenimiento.
Depende del modo de deformación de las estructuras a
medida que se construyen.
No hay giro superior a partir de un punto fijo en la base como
en el caso de los muros rígidos.
FALLAS:
Muro Rígido: por rotación o traslación como un elemento
monolítico.
Retención Flexible: por pandeo de puntales o agotamiento de
la capacidad de anclajes o por levantamiento del fondo.
17. Objetivos:
1. Proteger a los operarios;
2. Evitar colapsos o desprendimientos; y
3. Limitar los movimientos del terreno colindante.
18. Empujes Activos:
Los EA a que son sometidos dependen no solamente del:
1. Tipo de Suelo lateral; sino también varían grandemente con:
2. Método Constructivo y Equipo de Excavación:
a) Experiencia de la cuadrilla de excavación y
b) Velocidad de ejecución 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 excavación y apuntalamiento,
II. Rigidez del apuntalamiento, etc.;
5. Tipo y Capacidad Portante del suelo del fondo de la fosa;
6. Nivel Freático, piezómetrico, técnicas de abatimiento y
factores climáticos, etc.
21. DIFERENTES SISTEMAS DE ENTIBACIÓN
Sistemas Convencionales normalmente se distinguen:
1. Entibación Horizontal elementos del revestimiento
horizontales - los empujes del terreno son transmitidos a
través de elementos verticales (pies derechos), los cuales se
aseguran mediante codales.
2. Entibación Vertical – Tablestacado Liviano elementos de
revestimiento verticales - los empujes del terreno son
transmitidos a vigas carreras horizontales, acodaladas.
3. Muro Berlinés tablones horizontales, dispuestos a medida
que avanza la excavación - estas tablas acuñadas,
transmiten el empuje del suelo a perfiles metálicos “H”
hincados previamente; asegurados mediante vigas carreras
apuntaladas.
24. I. ESTABILIDAD EN EL FONDO DE UN CORTE
LEVANTAMIENTO DEL FONDO EN ARCILLA ( C = Cu).
ESTABILIDAD DEL FONDO EN ARENA
1) FONDO EN ARCILLA
Antes de considerar las presiones contra las
retenciones flexibles, es necesario evaluar si el fondo
de la excavación puede levantarse bajo el peso de
los 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 superficie
de falla se extendería más allá del ancho de la zanja.
La capacidad neta total de carga en el plano cd será:
(Para una base rugosa, L → ∞∞∞∞) φφφφ u = 0; Nc ≈ 5,7;
Qu = Cu . Nc . Bx = Cu . 5,7 . 0,7 B
Terzaghi (1943); Sugirió el Factor de Seguridad al levantamiento del
fondo:
Fs = QBU/QV, Fs = 5,7.Cu.Bx /( γγγγ.H. Bx - Cu.H ) = 5,7 Cu
/(γγγγ - √√√√2Cu////B )
H
25. 1) LEVANTAMIENTO DEL FONDO EN ARCILLA
Cuando el ancho B de la excavación es muy grande;
Entonces √2/B → 0;
y si el manto de cohesión Cu sigue hasta una gran profundidad
Si el valor de Ns es pequeño el coeficiente de seguridad FS
crece;
“Cuando mayor es la profundidad de la zanja: el número NsNsNsNs crece y
el coeficiente FsFsFsFs decrece - más inestable es el fondomás inestable es el fondomás inestable es el fondomás inestable es el fondo”.
Bjerrum y Eide (1956) propusieron un factor, más general:
NbNbNbNb = Número función de la relación de forma de la excavación
Largo - Profundidad/Ancho: L/B; H/B, Gráfico de JambuJambuJambuJambu – similar al Concepto de
Factor de Capacidad de Carga NcNcNcNc.
Chang (2000) sugirió una revisión para el Factor de Seguridad,
La resistencia al corte a largo de la superficie (= Cu.H), debe considerarse como
un incremento de la resistencia en vez de una reducción de la carga.
El factor de capacidad de carga Nc = π+2 ≈ 5,14 para una zapata lisa,
Fs = 5,7 . Cu = NC
γγγγ . H NS
NS = γγγγ.H/Cu Número de Estabilidad; FS ≅≅≅≅ NC/NS
Fsb = Nb . Cu
γγγγ.H+ ∆∆∆∆q
Fs ≥ 1,50
26. Términos de la Estabilidad del Fondo
Zc = 2Cu1 /γγγγ
Altura Estable o Crítica:
27. Gráfico de Janbu (1968)
Considera el
fondo de la zanja
como una zapata
invertida virtual.
La capacidad de
carga depende
del factor de
forma B/L, y de la
relación
profundidad-
ancho H/B.
El subíndice "b"
se refiere al fondo
o base de la
excavación
Fsb = Nb . Cu
γγγγ.H+ ∆∆∆∆q
Bjerrum y Eide (1956)
28. Suelo Estratificado
N'c = Factor de capacidad para L = ∞
función de C1 (CuSuperior) y C2 (CuInferior)
Fd = Factor de profundidad función de H/B
Fs = Factor de forma = (1+ 0,2 B / L)
H/B
29. Revisión 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 reducción de la carga.
2. El ancho Bx en el fondo de la de la excavación puede ser tratado como una zapata
negativamente cargada.
3. El factor de capacidad de carga es NcNcNcNc = π+2 ≈ 5555,,,,14141414 para una zapata perfectamente lisa,
debido a la falta de restricción de la base de la excavación, en lugar de 5555,,,,7777 para zapata rugosa
y Øu = 0.
4. Si la longitud L de la excavación no pude considerase infinita, la capacidad de carga debe
corregirse por el factor de forma:
Sc = 1 + 0,2.B1/L.
• También puede utilizarse el factor de capacidad de carga NcNcNcNc dado por Skempton (1951) que
incluye la corrección por el factor de forma Sc y por profundidad de empotramiento (o ficha)
dc:
Nc = 5,14 . Sc . dc = (1+2ππππ) . (1 + 0,2.B1/L) . (1 + √(0,053 + Df / B1)
• Si la arcilla es homogénea, resulta adecuado: FSb ≥1,50.
30. 2) FONDO DE UN CORTE EN ARENA
Caso con profundidad de zanja inferior al nivel freático y se requiere deprimir la
excavación para trabajar en seco, debe revisarse el factor de seguridad contra
“Falla por Sifonaje”, también llamado “ebullición o tubificación”
El “levantamiento del fondo”, ocurre cuando se crea un alto gradiente hidráulico por
el agua que fluye desde abajo hacia el fondo de la excavación, y dicho gradiente
supera al gradiente hidráulico crítico del suelo.
FSb = i crítico (suelo) ≥ 1,50 Factor de Seguridad
i máx.(salida)
EJEMPLO:
Caída de Energía entre equipotenciales para el caso más desfavorable,
diferencia de energía 13,00 m (N.F-Fondo Excavación):
∆hf = ∆h/Nd = 13m/15 = 0.867 m.
Gradientes Hidráulicos - Crítico del suelo
ic ≅ γγγγ´ = γγγγ ´sat - γγγγw = 2,10 – 1,00 = 1,10
γγγγw γγγγw 1.00
imáx. = ∆hf/∆s = 0,87 m. / 1,62 m. = 0,53
Coeficiente de Seguridad:
F = i crítico (suelo) / i máx.(salida) = 1,10/0,53 = 2.07 > 1,50
⇒ Verifica
31. II. DIAGRAMAS APARENTES
DE PRESIÓN SOBRE ENTIBACIONES
“La distribución de presiones es función de las propiedades del suelo
y de las restricciones a las deformaciones que va imponiendo
el método constructivo”.
“Diagramas Empíricos Envolventes de Empujes Aparentes”
La gran variedad de factores e incertezas que afectan la
magnitud y la distribución del empuje sobre una entibación,
y la gran nube de datos registrados en el mundo, durante la
construcción de grandes excavaciones lineales a cielo
abierto, como las redes de subterráneos y de desagües de
las principales metrópolis;
justifica plenamente la adopción de:
La fuerza total Resultante (PT) de estos diagramas aparentes, envolventes y
empíricos, siempre es mayor que la fuerza activa teórica de Rankine (PA);
PT / PA > 1
Si el muro es “flexible”:
32. Diagramas de Presión
en Entibaciones -
Terzaghi y Peck - 1967
Mediciones en:
Berlín, Múnich, Chicago, Nueva York
y Oslo – a mediados del siglo XX.
En entibaciones Apuntaladas,
No con anclajes.
De más de 6,00 m de profundidad.
Suponen el nivel piezométrico
deprimido o por debajo del fondo de la
excavación, para:
Arena, en condición drenada Ø’.
Arcilla, en condición no drenada Cu.
Posición de la resultante
na = 0,46 a 0,5 H
33. Diagramas Envolventes de Empujes Aparentes
Código de Edificación Ciudad de Bs. As.
TOSCA
Si:
N ≤ 4; K’A = 0,2
4<N<6; K’A = 0,4
Si:
N > 6
N ≥ 6N < 6
34. SEPARACIÓN ENTRE PUNTALES
• La 1rª línea de codales en un suelo cohesivo debe estar a una profundidad:
Z < Z c ; siendo: Zc = 2Cu /γγγγ. Cestelli Guidi recomienda: Z = 1/3 Zc.
• 1 rª línea 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 /γ
36. PilotesPilotesPilotesPilotes----perfilesperfilesperfilesperfiles: Perfiles H (de acero de ala ancha),
también se usan Perfiles U (canales de acero), tubos de
acero y de hormigón prefabricado.
Hincados o perforados a una distancia de 2222 aaaa 3333 metrosmetrosmetrosmetros.
TablonesTablonesTablonesTablones dededede MaderaMaderaMaderaMadera
Por efecto arco, se usan reglas empíricas, en lugar del diagrama
de presiones.
Espesores Usuales de Tablones (e ≥ 2”)
Luz Libre 1,8 m. 2,4 m.
Espesor de Tablón 3”. 3-4”.
El espesor mayor para la luz libre de 2,4 m, se asocia a cortes más profundos
de 10 m. o en suelos como arenas saturadas con cohesión que tienen
características menos favorables al efecto de arco.
46. En Argentina ACINDAR; CIMTRONIC; CORIPA…
En Entibaciones el tablestacado metálico es más caro que el
sistema Berlinés, por lo que se utiliza cuando las condiciones del
suelo no permiten ese sistema, o si los costos de deprimir el nivel
freático son muy altos.
