USOS Y APLICACIONES DEL SOIL NAILINGGUATEMALA AGOSTO, 2010

PROGRAMA Introduccin Aspectos bsicos de diseo Metodologa constructiva Instrumentacin Consideracin y/o requerimientos para su aplicacin Aplicaciones en grandes excavaciones Estabilizacin de taludes

SOIL NAILINGLos orgenes del Soil Nailing o Suelo Enclavado se remontan a 1960 en Austria, cuando se inicio la utilizacin de pernos para estabilizar las excavaciones de tneles. Este procedimiento se denomino el Nuevo Mtodo Austriaco de Tunelacin. Esta tcnica de soporte del suelo se basa en la movilizacin del esfuerzo de tensin del refuerzo de acero con una deformacin del suelo relativamente pequea.

Una de la primeras aplicaciones del Soil Nailing de las que se tienen registro es en 1972 en Francia. Se utilizo Soil Nailing para estabilizar un corte de 18.00 m de altura en arenas para la aplicacin de una lnea de tren cerca de Versalles.

Debido a que la tcnica es costo eficiente se propago por Europa con gran rapidez. Actualmente es una tcnica bien estudiada y muy desarrollada a nivel mundial.En Guatemala la tcnica fue introducida por RODIO-Swissboring en los aos 90 para contener la excavacin de la Torre II del Centro Gerencial Las Margaritas, Zona 10. La tcnica se ha logrado aplicar exitosamente en muchos proyectos alcanzndose profundidades de excavacin de hasta 27.50 m.

DEFINICION DE SOIL NAILINGEl Soil Nailing es un arreglo de inclusiones capaces de resistir esfuerzos de tensin y corte que interactan con el terreno a travs de la adherencia del grout (terreno-groutrefuerzo) y distribuyen los esfuerzo a una cubierta.

APLICACIONES Estructuras de Retencin Cortes Verticales Portales de tneles Confinamiento de suelos

Reparaciones Refuerzo de muros de mampostera Reparacin de muros de tierra armada

San Salvador, El Salvador 9, 10 y 11 de Julio de 2008

Estabilizacin de taludes Mejora de factor de seguridad Estabilizacin de movimientos lentos Cosido de macizos rocosos fracturados Deslizamientos en terrenos sueltos

San Salvador, El Salvador 9, 10 y 11 de Julio de 2008

ELEMENTOS QUE CONSTITUYEN EL SOIL NAILING INCLUSIONES Acero Barras Mecnicos Hlice Ancla

Fibra de Vidrio

INYECCION Lechada Resina Mortero

TERRENO

CUBIERTA Concreto Shotcrete Planchas

Malla Electro Soldada Alambre (Doble Torsin) Geomallas

DETERMINAR UNA SOLUCINOPCIONES PARA ESTABILIZAR UN TALUD: Revegetacin o proteccin contra la erosin (mantenimiento) Remoldeado Geomtrico (cuando hay suficiente espacio) Muros de gravedad (cuando hay suficiente espacio, estabilidad temporal y no haya problema de falla en el pie) Muros en voladizo cuando el suelo es bueno y las alturas no son muy grandes (cuando hay suficiente espacio, estabilidad temporal y no haya problema de falla en el pie) Muros con anclajes cuando hay estructuras cercanas Soil Nailing (estabilidad temporal, trabajan hasta que ocurre el esfuerzo) Anclajes activos (estabilidad temporal) Pantallas Continuas de Concreto o Pantallas de Pilotes

Los muros de Soil Nailing No se ejecutarn en terrenos sin cohesin. En la siguiente tabla se presentan los valor mnimos para ejecutar este tipo de muros.g suelo (Ton/m3) F () Altura Excavacin (2.00 m) Cohesin (Ton/m) 2.00 2.25 2.50 1.40 1.60 Altura Excavacin (2.50 m) Cohesin (Ton/m) 2.25 2.50 2.75 1.60 1.80

< 1.80 1.80 2.00 < 1.80 1.80

0 0 0 25 25

2.00< 1.80 1.80 2.00

2530 30 30

1.751.30 1.50 1.60

2.001.50 1.70 1.80

En el caso de que existan edificaciones medianeras antiguas, con cimentacin deficiente, no se ejecutarn este tipo de muros. Ser necesario realizar un recalce previo completo de todos los edificios medianeros de esas caractersticas, o cambiar la solucin de contencin en esa zona. El nivel fretico debe quedar siempre, al menos, 1.00 m por debajo del mximo nivel de excavacin.

ASPECTOS BASICOS DE DISEO

ASPECTOS BASICOS DE DISEOEl diseo de los muros de Soil Nailing tiene un proceso, como todo diseo en ingeniera, este proceso contempla las etapas de recoleccin de informacin, modelaje de solucin, anlisis del modelo y calculo de los elementos. El resultado final siempre queda acompaado del respectivo detallaje estructural y constructivo plasmado en los planos finales.

RECOLECCION DE LA INFORMACINInformacin para el Diseo: Geometra del Talud Planos y Secciones Topografa

Estudio de Suelos Informe Completo Propiedades del Suelo Ensayos de Corte (Corte Directo y/o Compresin Triaxial) Ensayos de Penetracin Estndar (SPT)

Sobre cargas Estticas (Edificios, Casas, Tanques, etc.) Dinmicas (Sismo, Transito, Vibracin)

Temporalidad del Tratamiento (Duracin) Temporal (18 meses o menos) Definitivo (ms de 18 meses)

Nivel Fretico Nivel Esttico Nivel Colgado Flujo Irregular

Apoyo Final

MODELAJE DE LA SOLUCIONCon la informacin recolectada en la etapa previa se debe realizar un modelo que satisfaga las siguientes interrogantes: Que se desea hacer (finalidad del proyecto)? Cmo se va hacer (tomar en cuenta el mtodo constructivo)? La solucin es ambientalmente adecuada? La relacin costo-beneficio es satisfactoria?

ANALISIS Y CALCULO DE MUROS DE SOIL NAILING DISEO EXTERNO (ANALISIS) ANALIS DE ESTABILIDAD PROCESO CONSTRUCTIVO ASENTAMIENTOS

DISEO INTERNO (CALCULO) INCLUSIONES REFUERZO PLATINA

LECHADA (GROUT) CUBIERTA MURO CIMENTACION

Como todo diseo en la ingeniera civil, geotcnica, podemos utilizar dos mtodos de integracin de cargas y resistencia de los materiales, el mtodo de esfuerzos permisibles, Allowable Stress Design (ASD) o el mtodo de factores de carga, Load and Resistance Factor Design (LRFD).

La falla mas comn de los muros de Soil Nailing en el entorno externo puede ocurrir debido a exceso de esfuerzo cortantes o exceso de esfuerzos de traccin. Mientras que la falla mas comn en el entorno interno puede ocurrir por falta de resistencia en la cubierta.

DISEO EXTERNOEl diseo externo considera la estabilidad global de la masa de suelo en cada etapa de la construccin. En esta etapa del diseo se debe establecer la deformacin mxima y el factor de seguridad mnimo para el proyecto.

VALORES MNIMOS (ASD)El valor mnimo del factor de seguridad esta directamente relacionado a la duracin del tratamiento. Temporal: Cargas estticas: 1.35 Sismo: 1.10 Definitivo: Cargas estticas: 1.50 Sismo: 1.10

El desplazamiento mximo permitido (dmx) ser inferior a 10.00 mm 25.00 mm, segn la siguiente condicin:

ANALISIS DE ESTABILIDADEl anlisis de estabilidad determina el factor de seguridad bajo determinadas condiciones. El objetivo final de este anlisis es definir la geometra y/o elementos externos que proporcionen un factor seguridad adecuado al proyecto.

En principio cualquier anlisis de estabilidad debe satisfacer los siguientes criterios: Equilibrio de Esfuerzos (Equilibrio de Fuerzas Verticales, Horizontales y Momentos) Compatibilidad entre deformaciones y desplazamientos Relaciones Esfuerzos-Deformacin-Resistencia de los materiales que constituyen el talud.

FACTOR DE SEGURIDADF. S.

Fuerzas Desestabilizadoras

Fuerzas Resistentes

MTODOS DE ANLISISLos mtodos de anlisis de estabilidad se basan en un planteamiento fsico-matemtico en el que intervienen las fuerzas estabilizadoras y desestabilizadoras que actan sobre el talud y que determinan su comportamiento y condiciones de estabilidad.

Podemos clasificar los mtodos de anlisis de estabilidad en dos grupos: Mtodos Determinsticos Mtodos de Equilibrio Limite (Mohr Coulomb) Mtodos Tenso-Deformacionales

Mtodos Probabilsticos

MTODOS DETERMINSTICOSConsisten en seleccionar los valores adecuados de los parmetros fsicos y resistentes que controlan el comportamiento del material para, a partir de ellos y de las leyes de comportamiento adecuadas, definir el estado de estabilidad o el factor de seguridad del talud. Existen dos grupos: Mtodos de Equilibrio Limite Mtodos Tenso-Deformacionales (Elementos Finitos)

MTODOS DE EQUILIBRIO LIMITEAnalizan el equilibrio de una masa potencialmente inestable, y consisten en comparar las fuerzas tendentes al movimiento con la fuerzas resistentes que se oponen al mismo a lo largo de una determinada superficie de rotura. La seleccin de una superficie terica de rotura en el talud. El criterio de rotura Mohr-Coulomb. La definicin de coeficiente de seguridad. Mtodo de Cuas Mtodo de la Masa Total Mtodo del Circulo de Rozamiento (Mtodo de Taylor) bacos de Hoek y Bray Mtodo de Dovelas Bishop Fellenius Jambu Spencer Morgenstern-Price

MTODOS TENSO-DEFORMACIONALES Estos mtodos constituyen una alternativa a los mtodos de equilibrio limite, siempre y cuando su utilizacin est justificada y sea apropiada para el anlisis del talud considerado. Su principal ventaja es que consideran la relaciones tensin-deformacin que sufre el material durante el proceso de deformacin y rotura, siendo estas relaciones las que dan la pauta de su comportamiento y las que controlan su resistencia. Ante unas determinadas cargas, el terreno se deforma en funcin de sus propiedades resistentes y deformacionales, siguiendo su ley de comportamiento hasta alcanzar, en su caso, la rotura, a la vez que se van generando diferentes estados tensinales en las distintas zonas del talud.

A diferencia de los mtodos de equilibrio limite, que consideran nicamente las fuerzas que actan sobre uno o varios puntos de la superficie de rotura, y que suponen que la rotura se produce de forma instantnea y que la resistencia se moviliza al mismo tiempo a lo largo de toda la superficie, los mtodos tensin-deformacin analizan el proceso de deformacin en cada uno de los puntos seleccionados del modelo; esto mtodos permiten evaluar, as mismo, la influencia de los diferentes parmetros en el estado de estabilidad del talud, como esfuerzos naturales del terreno, fuerzas dinmicas, presiones de agua, etc

EJEMPLO DE DISEO EXTERNOProyecto: Edificio Zona 14, Ciudad de Guatemala Excavacin Mxima: 16.00 m (4 Stanos) Tipo de Tratamiento: Temporal Datos de Partida: Estudio de Suelos y Planos

ANALISIS DE ESTABILIDAD

ANALISIS DE DEFORMACIN

ASENTAMIENTOS

Los asentamientos y/o deformaciones verticales en el trasds de las pantallas vienen directamente relacionados con las deformaciones horizontales admitidas por la misma. Ou & Hsieh (2000), Ou et al (2005) as como Clough & ORourke (1990) determinaron que los asentamientos verticales pueden alcanzar la misma proporcin que los desplazamientos horizontales por lo que en las zonas colindantes directamente con edificaciones las deformaciones horizontales se limitaron a 10.00 mm Para una estimacin de los asentamientos en cada lindero a una distancia especfica se puede utilizar el siguiente grfico:

Donde: dv es la deformacin vertical, dvm es la deformacin vertical mxima (equivalente a la deformacin mxima horizontal), He es la profundidad de la excavacin y d es la distancia desde la pantalla. El grafico a es para arenas, el grafio b es para arcilla firme a muy firme y el grafico c es para arcilla suave a medio suave.

DISEO INTERNOEn el diseo interno se deben dimensionar los elementos para resistir los esfuerzo obtenidos en el diseo externo. Como se menciono anteriormente, se pueden elegir dos mtodos. Lo importante mantener un solo mtodos para el diseo completo.

Para el diseo del refuerzo de acero se debe de revisar: Resistencia al Cortante Resistencia a la Tensin Proteccin Contra la Corrosin Para el diseo de la cubierta se debe revisar: Relacin mxima y mnima de acero de refuerzo Resistencia a la Flexin Resistencia al Punzonamiento Para el diseo de la placa se debe revisar: Resistencia por aplastamiento (Bearing) Rosca Para la resistencia de la lechada Resistencia a la traccin Diseo de mezcla (relacin w/c)

Para el diseo del refuerzo de acero se debe de revisar: Resistencia al Cortante Resistencia a la Tensin Para el diseo de la cubierta se debe revisar: Relacin mxima y mnima de acero de refuerzo Resistencia a la Flexin Resistencia al Punzonamiento Para el diseo de la placa se debe revisar: Resistencia por aplastamiento (Bearing) Rosca Para la resistencia de la lechada Resistencia a la traccin Diseo de mezcla (relacin w/c)

METODOLOGIA CONSTRUCTIVA

EXCAVACIN

PERFORACIN

INYECCION

CUBIERTA

CONTROL DE CALIDAD Tallado del muro o talud: Debe de ser un tallado uniforme para asegurar el espesor de diseo. Perforacin Longitud de diseo. Inclinacin Correcta.

CONTROL DE CALIDAD Inclusiones Tipo de acero segn diseo. Proteccin contra la corrosin en caso definitivo o segn especificaciones. Centralizadas correctamente y con centralizador adecuado y funcional. Rosca o longitud de desarrollo mnima.

CONTROL DE CALIDAD Inyeccin Lechada dosificada correctamente. Notar que se habla de lechada y no concreto. Inyeccin desde el fondo hacia fuera para expulsar detritos de perforacin. Asegurar que la inyeccin sea completa. Es comn que despus de unos minutos de terminada la primera inyeccin, el nivel de inyeccin se reduzca.

CONTROL DE CALIDAD Refuerzo de Acero Electro malla Calibre correcto. Ubicacin correcta en el espesor del muro. Sin contacto con el suelo.

Refuerzo longitudinal Asegurar continuidad y traslapes correctos.

Placa de Acero

CONTROL DE CALIDAD Concreto Lanzado Debe de ser concreto o savieta con las caractersticas de diseo. Se pueden exigir muestras. No en cilindro pero de una muestra de muro Controlar acabado de la superficie. Se debe de curar el concreto con agua o aditivos. No permitir el uso de concreto de rebote.

CONTROL DE CALIDAD Obras complementarias Cunetas para captacin y conduccin de agua en la parte superior. Drenes longitudinales para captacin de humedad y evitar presin de agua.

REQUISITOS LEGALES

QU PASA CUANDO QUIERO EXCAVAR DEL OTRO LADO?

EJEMPLOS DE APLICACIN