anclajes y sistemas de anclajes de algunas estructuras de concreto preesforzado

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1 U.T.N. - F.R.B.A. Universidad Tecnolgica Nacional Facultad Regional Bs. As. ANCLAJES Y SISTEMAS DE ANCLAJES Ctedra: Cimentaciones Edit: Prez, Mara Celeste. Fecha: Noviembre 2004 Revisin: 0 2 INDICE 1. ANCLAJES...........................................................................................................................4 1.1.INTRODUCCIN............................................................................................................4 1.2.DEFINICIN ANCAJES-SISTEMAS DE ANCLAJES...............................................41.3.COMPONENTES DE UN ANCLAJE............................................................................5 1.4.MATERIALES DEL TENDN......................................................................................8 1.5.TIPOS DE ANCLAJES....................................................................................................8 1.5.1.Generalidades.................................................................................................................8 1.5.2.Anclajes inyectados a gravedad....................................................................................8 1.5.3.Anclajes inyectados a presin.......................................................................................9 1.5.4.Anclajes post-inyectados................................................................................................9 2.MECANISMOS DE FALLA DE LOS SISTEMAS DE ANCLAJES.............................9 2.1.CONCEPTO PRINCIPAL...............................................................................................9 2.2.DESCRIPCINGENERALDELOSMECANISMOSPOSIBLESDE FALLA.......................................................................................................................................9 3.INVESTIGACIONES ACERCA DE LA DISTRIBUCIN Y TRANSFERENCIA DE CARGAS ENTRE EL ANCLAJE Y EL TERRENO.SHIELDS Y OTROS (1978).......11 4.ANCLAJES EN ROCA.....................................................................................................12 4.1.INTRODUCCIN..........................................................................................................12 4.2.DISEO DE ANCLAJES EN ROCA...........................................................................12 4.2.1.Resistencia al tiro por falla en el macizo de roca (cono de rotura).........................13 4.2.2.Verificacin de la interfase inyeccin-roca................................................................14 4.2.2.1.Dimensiones usuales de la raz y datos del tendn usados en la prctica............16 4.2.3.Verificacin de la falla inyeccin-tendn...................................................................17 4.2.4.Verificacin del tendn de acero.................................................................................17 5.ANCLAJES EN SUELO...................................................................................................17 5.1.INTRODUCCIN..........................................................................................................17 5.2.DISEO DE ANCLAJES EN SUELO..........................................................................17 5.2.1.Anclajesinyectadosagravedadoabajapresin(presinmenora10 kg/cm2)......................................................................................................................................17 5.2.1.1.Clculo tradicional....................................................................................................17 5.2.1.2.Clculodelacargaltimaconsiderandounadistribucinnolinealde tensionesaplicandofactoresdeeficiencia(Woodsy Barkhordari)............................................................................................................................19 5.2.2.Ancajesinyectadosaaltapresin(presinmayora10kg/cm2)ypost-inyectados.................................................................................................................................20 5.2.2.1.Descripcin de anclajes inyectados (I. R. S.)..........................................................21 5.2.2.2.Descripcin de anclajes tipo I. G. U. (Inyeccin Global Unificada).....................25 5.2.2.3.Relaciones de Bustamante y Doix............................................................................25 5.2.3.MtododeclculodelacapacidaddelanclajeensueloporFHWA-IF-99-015 (1999) (Kulhawy).....................................................................................................................27 5.2.4.Seleccin del elemento de acero pretensado..............................................................28 6.APLICACIONES DE LOS SISTEMAS DE ANCLAJES............................................28 3 6.1.ESTRUCTURAS FLEXIBLES DE RETENCIN......................................................29 6.1.1.Modos de falla en muros anclados..............................................................................29 6.1.2.Pasos en el diseo de un muro de retencin flexible.................................................32 6.1.3.Evaluacin de las presiones en el terreno para el diseo del muro.........................32 6.1.3.1.Introduccin..............................................................................................................32 6.1.3.2.Diagramas de empujes aparentes de Terzaghi y Peck...........................................33 6.1.3.2.1.Clculodelascargasenelanclajeapartirdelosdiagramasdeempujes aparentes..................................................................................................................................34 6.1.3.3.Diagramas de empujes para suelos estratificados..................................................37 6.1.3.4.Mtodo de anlisis de la cua deslizante.................................................................37 6.2.ESTRUCTURASSOMETIDASALEVANTAMIENTOPORFUERZAS HIDROSTTICAS.................................................................................................................39 7.DISPOSICIONES CONSTRUCTIVAS DE PROYECTO............................................40 7.1.UBICACIN DE LA SUPERFICIE POTENCIAL DE FALLA...............................40 7.2.REQUERIMIENTOS PARA LA SEPARACIN DE ANCLAJES..........................40 7.3.DISEO DE LA LONGITUD LIBRE..........................................................................41 7.4.DISEO DE LA LONGITUD DE LA RAZ...............................................................41 8.CONSIDERACIONES ACERCA DE LA CORROSIN.............................................41 8.1.INTRODUCCIN..........................................................................................................41 8.2.PROTECCIN CONTRA LA CORROSIN DE ANCLAJES................................42 8.2.1.Requerimientos de los sistemas de proteccin contra la corrosin.........................42 8.2.2.Diseo de los sistemas de proteccin contra la corrosin.........................................42 9.ENSAYOS DE CARGA EN ANCALJES........................................................................46 9.1.INTRODUCCIN..........................................................................................................46 9.2.ENSAYOS DE RENDIMIENTO U HOMOLOGACIN..........................................46 9.3.ENSAYOS DE PRUEBA O RECEPCIN...................................................................47 9.4.CRITERIOS DE ACEPTACIN..................................................................................48 9.4.1.Generalidades...............................................................................................................48 9.4.2.Creep............................................................................................................................48 ANEXO IMGENES: APLICACIONES DE ANCLAJES.............................................49 REFERENCIAS......................................................................................................................54 4 ANCLAJES Y SISTEMAS DE ANCLAJES 1.ANCLAJES 1.1.INTRODUCCIN Elobjetivodeestetrabajoespresentarmtodosyprocedimientosdediseoparaanclajesy sistemas de anclajes de acuerdo a la recopilacin de investigaciones y estudios realizados. 1.2.DEFINICIN ANCLAJES SISTEMAS DE ANCLAJES Conceptualmente, un anclaje es un elemento estructural instalado en suelo o roca y que se utiliza para transmitir al terreno una carga de traccin aplicada. Laspresionesquedesarrollanlossuelosdetrsdeuntaludpuedenabsorberseinterponiendo estructurasderetencin.Estasestructuraspuedenestarconstitudaspormurosrgidospor sistemasflexibles.Lossistemasflexibles,comolastablestacas,losmurospantalla,los tabiques necesitan para su estabilidad, estar ligados a puntos fijos. En excavaciones grandes o en taludes naturales las retenciones flexibles logran su estabilidad generalmenteconanclajesensuelo.Cuandolosmaterialesinvolucradossonrocas,sobrelas cualesseimplantanestructurasqueestnsometidasatraccin,setratademejorarel comportamientodeuntaludfrentealaposibilidaddeunderrumbeoundeslizamientolos anclajes sern anclajes en roca.

Porlotantoelmecanismobsicodeunanclajeconsisteentransferirlasfuerzasde traccin que se generan en las inclusiones, hacia el suelo o la roca a travs de la resistencia movilizada en la interfase entre el anclaje y el material que lo rodea (raz).

superficie de deslizamientopotencialPlaca de anclajeRazResistencialateral Fig. 1: Mecanismo bsico de un anclaje . Losanclajesqueatraviesanpotencialessuperficiesderoturaenlostaludesgeneransobre 5 dichas superficies un incremento de la presin normal n la cual a su vez aumenta la resistencia al corte a lo largo de la misma (Fig. 1). = n tg Deestamanera,unsistemadeanclajesenunaestructurapermiteaumentarlaseguridad contra el tiro vertical, el vuelco y el desplazamiento a lo largo de la superficie de falla (Fig. 2) Subpresin en cmara bajo aguaUAnclajeEstructuraVuelco en presa de hormignEw Fig.2: Sistemas de anclajes en diferentes estructuras 1.3.COMPONENTES DE UN ANCLAJE. Los anclajes estn compuestos bsicamente por (ver Fig. 3): La cabeza del anclaje Tendn (Longitud libre). Raz (Longitud de adherencia) 6 vainaDimetro delanclaje inyeccinRazcabeza del anclajeplaca de asientoTendn (Longitud libre)Cable o barra de hierro redondo Fig. 3: Componentes del anclaje. La cabeza de anclaje, que est siempre en el exterior del paramento, es el sistema integrado por la placa de apoyo y una tuerca, que es capaz de transmitir la fuerza desde el acero (barra o cable) a la superficie del terreno o a la estructura de soporte (ver Fig. 4). Fig. 4: Componentes de un anclaje con tendn de barra Eltendn,queconectalacabezaconlaraz,puedeelongarseelsticamenteytransmitirla fuerza de resistencia de la raz a la estructura.Para que el acero se deforme libremente se coloca unmanguitoovainadematerialplsticoliso,alrededordeltendnparaimpedirlaadherencia del tendn con la inyeccin circundante.El tendn puede estar formado por cables o barras de acero. 7 La raz es un cuerpo enterrado que acta en el extremo del anclaje destinado a fijar el mismo en el macizo que lo rodea.Este cuerpo puede formarse en suelo generalmente con una inyeccin controlada que adopta la forma de un bulbo ramificado.En cambio la raz de un anclaje en roca puedelograrsellenandoporgravedadunaperforacinconunalechadacementiciadentrodela cual se instala una barra de acero, sta puede tener una tuerca de fondo (Figs 5.a y 5.b); tambin puede inyectarse a presin.De esta manera una porcin de la barra se adhiere a la lechada y es capaz de transmitir dentro del terreno la carga de traccin aplicada.La raz debe ubicarse detrs de la superficie crtica de falla. Lechadaa.uFb.FuLechada Fig. 5: Esquema simplificado de anclaje en roca

Existen otros elementos que pueden o no estar includos en el anclaje dependiendo del tipo de esteltimocomoporejemplo,lavaina,loscentralizadores,ylosseparadores.Lavainaesun caootubo,lisoocorrugadoqueprotegeelacero,enlalongitudlibre,delacorrosin.Los centralizadoresposicionanelelementodeaceroenlaperforacindemaneratalqueselogreel mnimorecubrimientoespecificadodelmismoconlainyeccin(Fig.6).Paratendones compuestosdeelementosmltiples,losseparadoresseutilizanparaespaciaraloscableso barras, componentes del tendn, para que cada uno pueda vincularse correctamente a la lechada. Fig. 6:Corte de un tendn de cables La inyeccin es una mezcla basada en cemento Portland que provee la transferencia de carga desde el tendn al suelo y le brinda, a ste ltimo, proteccin contra la corrosin. Elpretensadodeunanclajeesunprocesoporelcualseintroduceenelmismounafuerza permanente de traccin que se denomina fuerza de pretensado. 8 1.4. MATERIALES DEL TENDN Lasbarrasestndisponibles,usualmente,endimetrosde20,25o32mm,esteltimoa pedido especial. En comparacin con los tendones constituidos por cables, las barras son ms fciles de tensar. Lostendonesdecablescomprendencablesmltiplesde7alambres.Losanclajesqueusan estetipodecablesnotienenlimitacionesprcticasdecargasnidelongitud,siendoestassus principales ventajas. Lostendonesdeacerotienenpropiedadesbajasderelajacincomoparaminimizarlas prdidas de carga a lago plazo. 1.5. TIPOS DE ANCLAJES 1.5.1.Generalidades Existen tres tipos principales de anclajes (Fig. 7): 1-Anclajes inyectados a gravedad. 2-Anclajes inyectados a presin. 3-Anclajes post-inyectados. Anclaje inyectado a presinAnclaje inyectado a gravedadAnclaje post-inyectado Fig. 7:Principales tipos de anclajes. 1.5.2.Anclajes inyectados a gravedad Paraestetipodeanclajes,seefectaunaperforacinqueluegosellenaconlechada cementicia por gravedad sin formarse un bulbo en la raz sino que la misma es cilndrica. 9 Soninstaladoscomnmenteenrocayendepsitosdesueloscohesivosmuycompactosa duros, utilizando perforadoras rotativas o mquinas tuneleras. La resistencia del anclaje al arrancamiento depende de la resistencia al corte desarrollada en la interfase inyeccin-suelo. 1.5.3.Anclajes inyectados a presin Losanclajesinyectadosapresinsonmsapropiadosparasuelosgranularesgruesosypara roca dbil fisurada.Este tipo de anclaje se usa tambin en suelos de granos finos sin cohesin. Enlosanclajesinyectadosapresinlalechadaseinyectadentrodelazonadeadherencia bajo presiones mayores a 3,5 kg/cm2. Laperforacin,usualmente,seejecutausandotcnicasdebarrenadordevstagootcnicas rotatorias con caeras de encamisado.Cuando el barrenador o la camisa se retira, la lechada se inyectadentrodelagujerobajopresin.Esteprocedimientodeinyeccinincrementala resistencia al arrancamiento porque: aumentalatensinnormal(esdecir,lapresindeconfinamiento)enelbulbode inyeccin, como resultado de la compactacin del material que lo rodea; incrementa el dimetro efectivo del bulbo de la lechada cementicia. 1.5.4.Anclajes post-inyectados Losanclajespost-inyectadosusaninyeccionesmltiplesretardadasparaagrandarelcuerpo de la lechada cementicia del tipo de anclajes inyectados a gravedad.Las inyecciones se realiza con intervalos de 1 o 2 das.El post-inyectado se realiza a travs de un tubo de inyeccin sellado instalado con el tendn.El tubo est equipado con vlvulas de control en la zona de adherencia.Las vlvulas de control permiten una inyeccin adicional bajo gran presin dentro de la lechada inicialqueyahasidorealizada.Estalechadaadicionalfracturalainicialylaencastrams afuera, dentro del suelo, agrandando el cuerpo de la inyeccin.De esta manera el bulbo tiene la formadeuncilindroconfracturas,cuyodimetroesporlomenosdosveceseldela perforacin.Adems,lasaltaspresionesdeinyeccin,aseguranunabuenaadherenciaentreel bulbo y el suelo circundante. 2.MECANISMOS DE FALLA DE LOS SISTEMAS DE ANCLAJES 2.1.CONCEPTO PRINCIPAL Lacapacidaddecargadeunanclajeeslacargabajolacualseagotalaresistenciade cualquiera de las partes que constituyen el conjunto anclaje-roca o anclaje-suelo (por ejemplo, el macizodesuelo,laestructuraflexible,elanclajeensi),enconsecuenciaparalacarga,el anclaje cesa en su funcin. 2.2.DESCRIPCIN GENERAL DE LOS MECANISMOS POSIBLES DE FALLA Existendiversosmecanismosdefallaposiblesdelosanclajes.Estosestn,generalmente, causados por cargas estticas excesivas en los anclajes.Las mismas pueden deberse a: 10 traccin que aparece en el anclaje durante los ensayos de carga o al sellado del anclaje; la secuencia de excavacin; sobrecargas debidas a materiales o equipos de construccin; construccin de estructuras adyacentes; combinacin de las causas arriba mencionadas. La falla del anclaje puede ocurrir: Falla en la masa de suelo: Estos tipos de falla se deben a cargas del anclaje.Las fuerzas exteriores,talescomoderrumbesnointroducencargasestticasexcesivasenelanclaje.Paraanclajessuperficiales,lafalladelamasadesuelosecaracterizaporun levantamiento de la masa de suelo en frente de la zona de adherencia del anclaje seguido porelarrancamientodelamisma.Sedesarrollaenelsuelounasuperficiedecorte, adelantedelanclaje,almismotiempoquealincrementarselatensinprovocala movilizacin completa de la resistencia de la raz.La superficie de falla simula una falla por empuje pasivo. La falla en la masa de suelo, prcticamente, no es un factor de importancia para anclajes embebidos a ms de 4.5 m debajo de la superficie del terreno. Paraanclajesenroca,elplanodefallaposible,parainstalacionessuperficialesenunmanto de roca resistente, es un cono generado con un ngulo aproximado de 45 desde el anclaje.Enrocafracturadaoestratificada,laformadelconoyeltamaovaraconla distribucin de la estratificacin, de los planos de fractura y con las fisuras generadas en lalechadadecementodelainyeccin.Anenestetipodeterrenos,lafallararamente ocurre en anclajes embebidos a ms de 4.5 m debajo del terreno porque la resistencia de adherencia entre la roca y la inyeccin o entre la inyeccin y el tendn es menor que la resistencia de la roca. Falla en la interfase suelo-inyeccin: Los anclajes movilizan la friccin lateral entre larazdelanclajeyelsuelo.Engeneral,estaadherenciadependedelatensin normal actuante en la zona de inyeccin, en la adherencia propiamente dicha y en la friccindesarrolladasentreelsueloylalechadadelainyeccin.Engeneral,la interfasesuelo-inyeccinsedesarrollaprogresivamenteenunsueloorocauniformea medidaquelatensinsetransmitealolargodelalongituddelaraz.Inicialmente, cuandoelanclajeestensado,laporcindelaraz,mscercanaalaaplicacindela carga, se elonga y transfiere la carga al terreno.A medida que se desarrolla la resistencia enestaporcin,latensinsetransmitemsabajo.Duranteesteproceso,elanclaje contina su deformacin para as movilizar las zonas de la raz que se encuentran a ms profundidad.De esta manera la falla por arrancamiento ocurre una vez que la tensin se transfiere al final de la raz y la adherencia ltima entre suelo y lechada es excedida.Losanclajesqueseinyectaninadecuadamente,como,porejemplo,laexistenciadeuna columnadelechadacementiciaentrelaplacadeapoyoomuroylapartesuperiordela raz, no ofrecen ninguna transferencia de carga de la raz cuando se incrementa la carga..Laexperienciademuestraqueincrementandolalongituddelaraz,enanclajestpicos, ms all de 9 a 12 m no se logra un aumento en la resistencia. La falla en la interfase suelo-inyeccin puede caracterizarse por deformaciones excesivas bajo carga sostenida (Creep). Falla en la interfase inyeccin-tendn: No debe sobrepasarse la adherencia entre la inyeccin y el tendn de acero.El mecanismo de falla de la interfase inyeccin-tendn incluye tres componentes: 11 1.la adherencia propiamente dicha; 2.la friccin; 3.la trabazn. Laadherenciaeslauninfsicaentreelacero,microscpicamenterugoso,yelsuelo circundante,aunqueseutilizaeltrminoadherenciaparadenominarlaaccindelos tres componentes.De este vnculo inicial slo permanece la friccin luego que ocurre el desplazamiento, porque la trabazn y la adherencia se agotan.La friccin depende de la rugosidaddelasuperficiedelacero,delatensinnormal,ydelamagnituddel deslizamiento.La trabazn mecnica consiste en que la inyeccin moviliza su resistencia al corte contra irregularidades mayores del tendn, tales como nervaduras o roscas.Esta trabazneselmecanismodominantedevinculacinparabarrasroscadasdondela resistencia ltima de la barra puede desarrollarse con una corta inmersin en la inyeccin.La vinculacin entre la interfase inyeccin-tendn en tendones de acero liso se desarrolla progresivamenteenunaformasimilaralvnculoentreelsueloylainyeccin.El deslizamientoocurresolodespusquesehamovilizadolaresistenciamximadel vnculo entre la inyeccin y el tendn sobre aproximadamente la total longitud de la raz. Luego del mismo, y para futuras elongaciones, el tendn ofrecer, solamente, resistencia a la friccin (alcanzando alrededor de la mitad de la resistencia total obtenida) Fallaeneltendndeacero:Cuandoelanclajeentraencarga,eltendnse tracciona.Silacargaaplicadaesmayorquelacapacidadestructuraldeltendn,la falla se hace inevitable.Por lo tanto se debe considerar aplicar un factor de seguridad al valor de falla del acero.Se recomienda que la carga del tendn no exceda el 60% de la resistencia mnima a traccin especificada para un proyecto de condiciones permanentes, y para condiciones temporales no debe exceder el 80%. 3.INVESTIGACIONESACERCADELADISTRIBUCIONYTRANSFERENCIADE CARGAS ENTRE EL ANCLAJE Y EL TERRENO.SHIELDS Y OTROS (1978). Lamayoradelosmtodosyprocedimientostradicionalesdeclculodeanclajesestn basados en la suposicin que la distribucin y transferencia de cargas entre el anclaje y el terreno esuniforme.Investigacionesmsrecientesdemuestranquelarealidadestlejosdeestapresuncin simplificada. Pormedioderesultadosdeensayosdecarga,realizadosporShieldsyotros,sobreanclajes instaladosenarena,pudorepresentarseladistribucindelacargaenelanclaje(vergrficoen Fig.8)y,ladistribucindelacargadetransferenciaenelanclajeduranteelensayo, demostrando, principalmente, que la misma no es uniforme.

Siseanalizaelgrfico,sepuedeverquelacaractersticafundamentaldelacurvaesla disminucin rpida de la carga a lo largo de la raz hacia el final del anclaje.De esta manera, la pendientedelacurvadedistribucindecargasrepresentaelndicedetransferenciadecarga desde el anclaje al suelo circundante. Apesardeesto,debidoasimplificacionesnecesariasdeclculolasestimacionesdela capacidaddetransferenciadecargaenlarazdelanclajeestnbasadasenexperienciasprevias decampoy las frmulas utilizadas estn orientadas a considerar la uniformidad de distribucin decargas.Adems,cuandoserealizanestasestimacionessedebenconsiderarvariaciones posiblesendichacapacidaddetransferenciadebidasalosdiferentesmtodosdeinstalacine 12 inyeccin.En un depsito de suelo dado la capacidad real obtenida en el campo depender del mtodo de barrenado incluyendo la calidad de lavado del barreno y el perodo de tiempo que la perforacin se deja abierta,del dimetro del barreno, del mtodo y de la presin utilizados para la inyeccin, y de la longitud de la raz del anclaje. 5,76*91,21 0,30*13341112234455562,12 3,03*4*3 *2*54,00 4,84*6 *7*8668vaina de proteccin6,70[m]*10carga [kN] Nota: 1 kN = 0,1 t Fig.8:Distribucindelosesfuerzosenlosanclajesduranteunensayodearrancamiento (Shields y otros). 4. ANCLAJES EN ROCA 4.1.INTRODUCCIN Losanclajesenrocaconstituyenpiezasquegeneran,enelcontactoestructura-roca,fuerzas decompresin,enconsecuencialarocaylaestructuraprcticamenteseadhierencomo consecuencia del proceso. En el anlisis del diseo de este tipo de anclajes, el objetivo principal es establecer y utilizar frmulas confiables con factores de seguridad reales. 4.2.DISEO DE ANCLAJES EN ROCA Un anclaje en roca puede fallar segn uno o ms de los siguientes mecanismos: 1-Falla en la masa de roca donde se aloja el anclaje. 2-Falla en la interfase inyeccin-roca. 3-Falla en la interfase tendn-inyeccin. 4-Falla del tendn de acero o falla de la cabeza. 13 Por lo tanto, para proporcionar una seguridad total al anclaje, se debe considerar cada una de las fallas descriptas. 4.2.1.Resistencia al tiro por falla en el macizo de roca (Cono de rotura) Laevaluacindelaresistenciaaltirodeunanclajesellevaacaboparaasegurarqueno ocurralafallaenlamasaderocaquerodeaalanclaje.Paraanclajessimples,seasumequela falla se desarrolla por un arrancamiento en la masa de suelo en forma de cono invertido. La resistencia al tiro del anclaje se supone, usualmente, que es igual al peso efectivo del cono invertido,comosemuestraenlaFig.9.asintenerencuentalaresistenciaalcortedelaroca debidoalaposibilidaddeexistenciadefisurasenlamasaderoca.Deestamanera,sielpeso efectivo de la roca contenida en el cono es mayor que la carga de diseo del anclaje, el mismo se considera seguro. Sesuponequeelvrticedelmecanismodefallaseubicaenlapartesuperior,enlaparte media,o en la inferior, de la zona de adherencia del anclaje y que el ngulo del cono oscila entre 60 a 90. Para anclajes con conos que se yuxtaponen o solapan, se analiza la estabilidad del suelo como se muestra en la Fig. 9.b.La yuxtaposicin de las zonas de influencia entre anclajes adyacentes da como resultado una resistencia relativa al tiro menor que para un anclaje actuando solo.

9.a. Geometra del conoSe utiliza 60 cuando la masa de roca es blanda,muy fisurada o erosionadaSe utiliza 90 para las dems condiciones de la roca.LL/2DL/260 a 90hdonde = peso unitario de la roca(por ej.: 2,75 t/m) RNota: si el anclaje est situado bajo el nivel fretico, utilizar el peso sumergidoPeso del cono = Volumen cono x R 14 9.b. Interaccin entre los conos para el anlisis de estabilidad general Fig. 9: Mecanismo del cono invertido para la estabilidad general de la masa de roca LasrecomendacionesmostradasenlaFig.9.a,debenaplicarseenausenciademodeloso resultadosdepruebasdecargaaescalatotal.Paraloscasosenlosqueelestratoderocaest debajodeunmantodesuelo,elmecanismodefallasesuponequeescilndricoarribadela interfase roca-suelo. Cuandoseanalizaestetipodefallaseutiliza,comnmente,unfactordeseguridadde1,6 (LittlejohnyTruman-Davies,1974),2(Rawlings,1968)3(Schmidt,1956),paracalcularla resistencia admisible al tiro. 4.2.2.Verificacin de la interfase inyeccin-roca Laresistenciaaltirodelanclajedependedelaprofundidadrelativadelarazdelmismo, definidacomoh/D,dondeheslaprofundidaddesdelapartesuperiordelarazyDesel dimetrodelanclaje.Paravaloresdeh/D>15,elmecanismodefalladominanteenrocaesla falla en la interfase inyeccin-roca.Los resultados de los ensayos indican ms especficamente, que en rocas dbiles, la falla ocurre en la interfase roca-inyeccin, mientras que en rocas duras la falla ocurre en la interfase tendn-inyeccin. En muchos pases la resistencia lateral, por el fuste, se asemeja la que corresponde a un pilote dedimetroD,siendoDeldimetrodelaperforacindelanclaje.Adems,seasume, usualmente,queladistribucindelatensindecortealolargodelaparteinyectada(raz)es uniforme, a pesar que todas las evidencias conducen a afirmar, como se demostr en el punto 3, que la misma decrece con la longitud de la raz, a menos que laraz se forme en roca blanda o dbil; esto indica que en los extremos ms cercanos a la cabeza puede producirse una progresiva falla de la adherencia entre lechada y roca. Por lo tanto, la carga de tiro est dada por: L D Tec. 1 donde T, es la fuerza de tiro desarrollada por el anclaje, L es la longitud de la raz, es la tensin de corte de trabajo en la interfase inyeccin-roca (Fig. 10). 15 DTLh Fig. 10: Representacin de los valores de la ecuacin 1 Cuando se conoce bien la resistencia al corte por medio de ensayos realizados en la masa de roca,lamximatensindecortedetrabajoenlainterfaseinyeccin-rocanodebeexcederla mnimaresistenciaalcortedivididaelfactordeseguridad(conFS2).Littlejohn(1977) establecequelatensinltimaactuanteenlainterfaseinyeccin-rocasetoma,usualmente, como el 10% de la resistencia a la compresin uniaxial de la roca hasta un valor mximo u = 42 kg/cm2.Enrocasmuyafectadas,especialmenteaquellasconunbajovalordelngulode friccin, puede considerarse que la tensin ltima actuante en la interfase inyeccin-roca, es un 25%delaresistenciaalacompresinsimpledelaroca.Enlatabla1semuestrandistintos valores de la tensin ltima de corte para distintos tipos de roca. Detodasmaneras,evidenciasmatemticas,delaboratorioydecampoindicanquela distribucindelatensindeadherenciaenlainterfaseroca-inyeccin,esimprobablequesea uniforme a menos que la roca sea blanda (como ya se aclar en otro artculo). Tabla 1: Valores aproximados de u para distintos tipos de roca. Tipo de rocau [kg/cm2] Granito alterado15 a 25 Granito sano45 a 50 Basalto sano40 a 45 Rocas calcreas13 a 20 Arenisca descompuesta7 a 9 Arenisca sana9 a 17 Arcilita (con fisuracin)3 a 4 16 4.2.2.1.Dimensiones usuales de la raz y datos del tendn usados en la prctica G. S. Littlejohn (1977) informa sobre dimensiones de la raz, utilizadas en la prctica, dadas por diferentes cdigos internacionales. SegnelCdigodeSudfrica,pararocasmuydurasablandas,laslongitudesdelaraz oscilan entre 4 m a 6 m. Conrespectoalaeleccindeldimetrodelosanclajessedebentenerencuentadistintas consideraciones: tipo y tamao del tendn; la relacin entre el dimetro y el rea perimetral de la raz; relacindelreadeacerorespectodelreatransversaldelagujerodelaperforacin paraunadistribucinconfiabledelaadherenciayunaeficienteproteccincontrala corrosin; mtodo de barrenado y equipo usado; naturalezadelarocaenlazonadeanclajeylaexistenciadesobrecargasno consolidadas. Segn una encuesta a distintas empresas comerciales se pudieron obtener los datos de la tabla 2 que relacionan el dimetro de la raz con la capacidad de trabajo . Tabla 2:Relacin aproximada entre el dimetro de la raz y la capacidad de trabajo. Capacidad [t]Dimetro [mm] 20 a 12050 a 100 100 a 30090 a 150 300 a 450150 a 200 450 a 1400 200 a 400 SegnelCdigodeSudfrica,cuandoesimportantelaproteccincontralacorrosin,el dimetro de la raz debe ser mayor o igual al dimetro del tendn ms 1,2 cm.Es decir: cm tendn D 2 , 1 + ec. 2 LittlejohnyTruman-Daviessugierenquelaseccindeaceronodebeexcederel15%dela seccin del agujero de la perforacin (rea del anclaje). 17 4.2.3.Verificacin de la falla inyeccin-tendn Lalongituddetransferencia(LT)eslalongitudrequeridaparatransmitirlafuerzade pretensado inicial del tendn a la inyeccin que lo rodea.La misma vara con la resistencia de la lechada cementicia, como as tambin del tipo y tamao del tendn (barras o cables).

Segnlasnormasbritnicas,enelcasodecablessimples,paraunaresistenciaala compresin de la lechada mayor a 350 kg/cm2, la longitud mnima es 100 dimetros; en el caso de paquetes de cables de pequeo dimetro (9 a 18 mm), para una resistencia a la compresin de la lechada, entre 340 y 480 kg/cm2, la longitud oscila entre 15 a 31 dimetros. El Cdigo Australiano, estipula un valor mximo de la tensin de adherencia de 10,5 kg/cm2 para un tendn de cables simples, y de 21 kg/cm2 para un paquete de cables. 4.2.4.Verificacin del tendn de acero Los tendones pueden ser barras, cables o paquetes de cables.Los ltimos dos tienen ventajas conrespectoalasbarrasysonelalmacenamiento,transporteyfabricacin.Lasbarrasse protegenmsfcilmentecontralacorrosin,yparaloscasosdeanclajessuperficialesdebaja capacidad, son ms fciles y baratas de instalar. Siseempleanbarrasnervuradasdeconstruccin,puedeadoptarseunatensinadmisiblea traccin de s = 1400 kg/cm2. 5. ANCLAJES EN SUELO 5.1. INTRODUCCIN Losanclajesysistemasdeanclajesensuelopuedenserpermanentestemporarios.Los anclajes permanentes son aquellos que, generalmente, se considera que tienen una vida til de 75 a 100 aos.La vida til de los temporarios est basada en el tiempo requerido para contener el suelomientrasseinstalanlasestructuraspermanentes.Osea,puedentenersuaplicacinen estructuras permanentes o temporarias. 5.2.DISEO DE ANCLAJES EN SUELO 5.2.1. Anclajes inyectados a gravedad o a baja presin (presin menor a 10 kg/cm2) 5.2.1.1.Clculo tradicional La transferencia de las cargas de la raz al suelo se efecta a partir de la resistencia lateral en la interfase con el suelo, siendo,segn la clasificacin del suelo, el siguiente valor: 18 DLTLDTDenAnclaje inyectado a gravedadAnclaje inyectado a baja presin ( 1,2 mhSbb. Vista en planta del muro a. Corte transversal del muro Fig. 27: Requerimientos para la separacin vertical y horizontal para anclajes 7.3.DISEO DE LA LONGITUD LIBRE Lalongitudlibremnimapararocasysueloses4,5mparatendonesdecablesy3mpara tendones de barra de acero.Estos valores mnimos tienden a prevenir reducciones significantes enlacargadebidaaprdidasdurantelatransferenciadecargasalaestructuradespusdel ensayo de carga del anclaje. Existen casos en los cuales se pueden necesitar longitudes libres mayores que las anteriores, como por ejemplo para: ubicar la longitud de la raz a una distancia mnima detrs de la superficie potencial de falla; ubicar la zona de adherencia del anclaje en un suelo apropiado para el mismo; Asegurar una estabilidad completa del sistema de anclajes; Dar lugar a movimientos a largo plazo.En general, la longitud libre se extiende a una distanciamnimadeH/5o1,5mdetrsdelasuperficieposibledefallaparaproveer una transferencia mnima de tensiones generadas por la raz.

7.4.DISEO DE LA LONGITUD DE LA RAZ Paraunproyectoenparticular,elprimerpasoenlaestimacindelacapacidadmnimadel anclajeessuponerlamximalongituddeadherenciaposible.Enelcasodeunterrenosin restricciones se puede disear un anclaje con una inclinacin de 15 y una longitud de adherencia de 12 m en suelo y de 7,5 m en roca. 8.CONSIDERACIONES ACERCA DE LA CORROSIN 8.1.INTRODUCCIN Con la proteccin de los componentes metlicos del tendn contra los efectos destructivos de 42 lacorrosin,seaseguraunadurabilidadalargoplazodelanclaje.Laproteccincontrala corrosinincluyeunaomsbarrerasfsicasqueprotegenaltendndeunambientecorrosivo.Estas barreras incluyen: revestimiento del anclaje, compuestos que inhiben la corrosin, vainas, encapsulaciones, revestimientos de epoxi, e inyecciones.La eleccin del tipo de barrera depende de la vida til de la estructura (temporario o permanente), de la agresividad del medio ambiente, lasconsecuenciasdelafalladelsistemadeanclajes,yloscostosdeunniveldeproteccin mejor. 8.2.PROTECCIN CONTRA LA CORROSIN DE ANCLAJES 8.2.1.Requerimientos de los sistemas de proteccin contra la corrosin Los sistemas de proteccin deben satisfacer el siguiente criterio: Asegurar que la vida til del anclaje con respecto a la falla por la corrosin es al menos igual que la vida til prevista del sistema de anclajes. Noproducirimpactosadversosalmedioambienteonoreducirlaresistenciadel anclaje. Permitir movimientos irrestrictos del tendn a lo largo de la longitud libre, de manera tal que toda la carga sea transferida a la raz. Inclurmaterialesquesonqumicamenteestablesynoreactivosconmateriales adyacentes. Serlosuficientementefuerteyflexibleparasoportarlasdeformacionesqueocurren durante el tensado del tendn. Serdurable,comopararesistirmanipuleosindaarsedurantelafabricacin, transporte, almacenado e instalacin. 8.2.2.Diseo de los sistemas de proteccin contra la corrosin Las tres partes bsicas, constitutivas del tendn, son: 1-la cabeza; 2-la longitud libre o tendn; 3-la raz. Elsistemadeproteccinconsisteenbrindarunabarrerairrompibleacadacomponenteyalas transiciones entre ellos.En los componentes del sistema de proteccin se incluyen: 1-para la cabeza, una cubierta de hormign, una trompeta , y compuestos inhibidores de la corrosin; 2-paralalongitudlibre,inyeccinyunavainarellenaconuncompuestoinhibidordela corrosin o lechada; 3-paralaraz,inyeccionesyencapsulacionesconcentralizadoresyrevestimientosepoxi. (Ver Figs. 28 a 29) Breve descripcin de los componentes de la proteccin: Revestimientodelacabeza:Lacoberturaprotegelacabezadelanclajeyelacero pretensado expuesto de la corrosin, y del dao fsico.Se fabrican en acero o plstico. Trompeta:Latrompetaprotegelapartedeatrsdelaplacadeasientoyelacero 43 pretensado en la transicin desde la cabeza hasta el tendn.Se fabrica con cao de acero o PVC. Compuestosinhibidoresdelacorrosin:Estoscompuestosprotegenloscomponentes de acero de la cabeza y del tendn. Inyeccin:Lainyeccinprotegeelaceropretensadoenlaslongitudesconysin adherencia y puede estar basada en cemento o resina polister. Vainas:Lasvainassontubosdeplsticolisosocorrugados,usadasparaprotegerel aceropretensadoeneltendn.Lavainacubretodosloselementospretensadosyes comnmente colocada y rellenada con lechada cementicia. Manguitos: Se utilizan principalmente para proteger las cuplas que conectan las barras pretensadas en los empalmes. Encapsulaciones:Soncaosotuboscorrugadosodeformadosqueprotegenelacero pretensado en la raz. Centralizadores:Estn,usualmente,hechosdeacerooplsticoyseutilizanpara soportareltendnenelbarrenoodentrodeunaencapsulacinparaqueeltendnse cubra con una mnima capa de lechada. 44 Revestimiento entablonadoBarra pretensadaTuerca del anclajePlaca de asientoa. Tendn de barraa. Tendn de cablesPlaca de la cuaPlaca de asientoRevestimiento entablonadoCuaCable pretensadoInyeccin300 a 600 mm100 mm1- Lechada cementicia 2- Compuesto inhibidor de la corrosinVaina llenacon grasa100 mm300 a 600 mmTrompetaSelladorInyeccinSellador1- Lechada cementicia 2- Compuesto inhibidor de la corrosinTrompetaVaina llenacon grasa Fig. 28: Ejemplos de proteccin contra la corrosin 45 Longitud libreLongitud de adherenciaCentralizador/separadorinteriorCentralizadorexteriorEncapsuladorSelladorVainaVaina engrasadaAABBCorte A-A Corte B-BLongitud de adherenciaLongitud libreAABCentralizador/separadorSelladorVaina engrasadaBCorte A-A Corte B-BVaina engrasadaTubo de inyeccinVainainyeccinTubo de inyeccinSeparador/CentralizadorinteriorCablesCentralizadorexteriorinyeccinTubo de inyeccinVaina engrasadaTubo de inyeccinSeparador/CentralizadorCablesinyeccin Fig. 29: Ejemplos de proteccin contra la corrosin 46 9.ENSAYOS DE CARGA EN ANCLAJES 9.1. INTRODUCCIN La aceptacin o rechazo de los anclajes se determina en base a los resultados de: 1-Ensayos de rendimiento 2-Ensayos de prueba 3-Ensayos extendidos de creep Cada uno de los anclajes se somete a uno de los ensayos expuestos.Sus resultados se comparan conlosvaloresdeaceptacinparaevaluarsielanclajepuedeserpuestoenservicio.Los criteriosdeaceptacinestnbasadosenlasdeformacionesporcreepadmisiblesyenlas deformaciones elsticas admisibles durante los ensayos de carga. 9.2. ENSAYOS DE RENDIMIENTO U HOMOLOGACIN Losensayosderendimientoinvolucranciclosdecargaydescargaenunanclaje.Estos ensayosseutilizanparaverificarlacapacidaddelanclaje,establecerelcomportamientocarga-deformacin, identificar las causas del movimiento del anclaje y verificar si la longitud real de la raz es igual o mayor a la supuesta en el proyecto.Para comenzar el ensayo se aplica una carga de alineacin que es el 5% de la carga de diseo.

Losensayosderendimientosonrealizados,comnmente,sobrelosdosotresprimeros anclajes instalados y luego, como mnimo, en el 2% de los anclajes producidos restantes. Seregistracadadesplazamientoparacadaincrementodecarga.Eldesplazamientototalt, est compuesto por un desplazamiento elstico e ms un desplazamiento residual r. Losdesplazamientoselsticossonelresultadodelaelongacindeltendnydelos deslizamientoselsticosdelanclajeatravsdelsuelo.Eldesplazamientoresidualincluyela elongacin de la inyeccin del anclaje y del movimiento del anclaje total a travs del suelo.Por lotanto,eldesplazamientoelsticoesladiferenciaaritmticaentreeldesplazamientototal medido para la carga mxima para un ciclo de carga y el desplazamiento medido para la carga de alineacin. Cuando se ha finalizado el ensayo, es decir, cuando se alcanza la carga de ensayo, la misma semantieneconstantedurante10minutos,mientrassetomanlosdesplazamientosalprimer, segundo,tercero,cuarto,quinto,sextoydcimominuto.Elpropsitoesmedirladependencia delosdesplazamientosdelanclajeconeltiempo(creep).Estapartedelensayosedenomina ensayo de creep.Si el desplazamiento total entre el primer minuto y los 10 minutos exceden el desplazamientoespecificadoparacreep,entonces,lacargadelensayosmantieneotros50 minutos y se toman los desplazamientos a los 20, 30, 40, 50, y 60 minutos.Si los resultados de un anclaje especfico indican que los movimientos de creep son excesivos en comparacin con el criterio especificado, el anclaje puede incorporarse dentro de la estructura con una carga menor o puede reemplazarse. 47 75DesplazamientosetrAjuste255010 mn.Porcentaje de la carga de diseo100133120123456 Fig. 30: Grfico de los datos del ensayo de rendimiento u homologacin Unodeloscriteriosdeaceptacinestbasadoenlosdesplazamientoselsticosdurantelos ensayos de carga.Estos desplazamientos elsticos, que se calculan para cada ciclo, se grafican enfuncindelacargacorrespondiente,tambinserealizaelmismotipodegrficoparalos desplazamientos residuales 75Ajuste2550Porcentaje de la carga de diseo100135120erDesplazamientos elsticosDesplazamientos residuales123456123456 Fig. 31: Grfico de desplazamientos elsticos y residuales para el ensayo de rendimiento 9.3. ENSAYOS DE PRUEBA O RECEPCIN Elensayodepruebainvolucraunsolociclodecargayunacargamantenidaconstante (cuandosealcanzalacargadeensayo).Elensayodepruebaproveeunmedioparaevaluarla aceptacin de anclajes que no se someten al ensayo de rendimiento.La informacin del ensayo 48 seusaparaevaluarlacapacidaddelosanclajesconsiderandolosmismosfactoresqueparlos datos del ensayo de rendimiento. 75DesplazamientosetrAjuste255010 mn.Porcentaje de la carga de diseo100135120 Fig. 32: Grfico de los datos del ensayo de prueba o recepcin 9.4. CRITERIOS DE ACEPTACIN 9.4.1.Generalidades Elanclajeserpuestoenserviciosiemprequelosresultadosdelosensayoscumplanconel criterio de aceptacin.Este criterio dictamina lmites de creep aceptables (movimientos durante carga sostenida) y los desplazamientos elsticos. 9.4.2.Creep Paralosensayosderendimientoypruebalosdesplazamientostotalesmedidosparalacarga sostenidanodebenexceder1mmentreelprimerminutoyeldcimo.Silosdesplazamientos sonmenoresque1mmparaesteperodo,losanclajesseconsideranaceptablesconrespectoal creep.Como se coment anteriormente, para ensayos de carga en los cuales los desplazamientos totales exceden el criterio arriba descripto, la carga se mantiene durante 50 minutos adicionales.Si los desplazamientos totales no exceden lo 2 mm durante los 6 a 60 minutos de este perodo, entonces el anclaje se considera aceptado. 49 ANEXO IMGENES: APLICACIONES DE ANCLAJES Imagen 1: Perforacin con barreno contnuo en arcillas arenosas de Madrid, Espaa. 50 Imagen 2: Excavacin de 27 m de profundidad en Gnova.Pantalla anclada con tirantes definitivos realizados en formaciones sedimentarias fracturadas. Imagen 3: Excavacin de 20 m de profundidad en Zurich.Anclaje definitivo de una pantalla de pilotes no tangentes en areniscas, margas y morenas. 51 Imagen 4: Pantalla de retencin en talud. Imagen 5: Complejo hidroelctrico del Salto de Castro (Espaa) 52 Imagen 6: Central Nuclear de latina (Italia) Imagen 7: Dique seco para buques en Trieste.Anclaje Provisional de las ataguas y anclajes definitivos para subpresin. 53 Imagen 8: Anclajes permanentes para la excavacin de la central de Villacampo (Espaa). 54 REFERENCIAS GROUND ANCHORS AND ANCHORED SYSTEMS Geotechnical Engineering Circular N 4Publication N FHWA-IF-99-015 US. Department of Transportation - Federal Highway Administration. ROCKS ANCHORS DESIGN AND QUALITY CONTROL G. S. Littlejohn D. A. Bruce Geotechnics Research Group University of Aberdeen Scotland (1977). LOAD TRANSFER IN PRESSURE INJECTD ANCHORS David Shields, Harry Schnabel Jr., David Weatherby.Journal ofthe Geotechnical Engineering Division Vol. 104 N GT9. Sept. 1978 ESSAISENFRANCEELLTRANGERSUR.LEFROLTEMENTLATRALEN FONDATION: AMLIORATION PAR INJECION Gouvenot. LEcole Centrale de Lyon. FOLLETO COMERCIAL DE LA FIRMA ROFIX