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ANCLAJES EN PANTALLAS DE CONTENCIÓN: ANÁLISIS

9 de Noviembre de 2016 | Autor: BlocIngeniería (@BlocIngenieria) Leído: 2589 veces

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Anclajes en la construcción

Los anclajes son sistemas usados en la construcción para solventar problemas que pueden estar relacionados con cantidad de variables propias del terreno, las estructuras que en él se sustentan, etc. El ámbito de aplicación de los anclajes es generalmente bastante extenso y existen gran cantidad de soluciones y tipos, es por ello que el estudio de las soluciones mediante anclajes ha de llevarse a cabo desde el inicio del proyecto y los cálculos pasando por la ejecución, el mantenimiento y la posible reparación de las construcciones en las que vayamos a emplear estos sistemas.

Se pretende en este texto demostrar la importancia de la situación e inclinación de los anclajes en el caso de su uso en el aumento de resistencia en pantallas ancladas, es por ello que quedan fuera del presente desarrollo otros posibles usos de los sistemas de anclajes.

Anclajes en el uso de pantallas

Las pantallas (o tablestacas) son sistemas de contención de tierras que trabajan a partir del empotramiento de una parte de la misma en el terreno, lo cual hace que este tipo de estructuras puedan resistir el empuje de las tierras. Las características de la pantalla, su profundidad de empotramiento, su sección, etc. dependerán entonces de las características del terreno que tengan que soportar. Para el análisis del soporte se realizan equilibrios de fuerzas y momentos y ha de verificarse que las variables de cálculo, así como el resultado final, cumplen con los presentes códigos técnicos, normativas, estados límites etc.

Cuando, debido a las características del terreno y cargas externas en él, la profundidad de empotramiento es grande (>6m), el proceso constructivo de las pantallas se complica y encarece. Una solución bastante común es el uso de anclajes que ayuden a la pantalla a resistir los esfuerzos generados por el terreno. Se consigue de esta manera reducir la profundidad de empotramiento de la pantalla.

El factor más determinante pues a la hora del diseño de nuestro sistema de anclajes ha de ser el de la fuerza “extra” que deben aportar estos a la pantalla para resistir las fuerzas generadas por el terreno.

Tipología y demostración

Basaremos nuestro desarrollo y demostración partiendo de un problema en el que ya sepamos la cantidad “extra” de fuerza que debe aportar nuestro anclaje a la pantalla y nos centraremos en el diseño y cálculo del mismo.

El tipo de anclaje empleado en el cálculo será el anclaje inyectado o tirante que alcanza la resistencia demandada mediante la adherencia del mismo con el terreno a lo largo de su longitud (fuera de la cuña activa del terreno)

Para ello partiremos de una pantalla de 11,08m de longitud total con 5,08m de la misma empotrados en el terreno. Mediante cálculos previos del problema se ha obtenido que la “fuerza extra” que debe aportar nuestro sistema de anclajes ha de ser T=130,7 kN/m el terreno en el que trabajamos tiene las siguientes características:

·         Peso específico: 17 kN/m3

·         Φ’= 32º

Se aplicará un coeficiente de mayoración al valor de la fuerza en el anclaje de Cm=1,2 y un factor de seguridad en el proceso de FS=1,5. El anclaje se sitúa a 1m de profundidad

El esquema de la situación es el siguiente:

 

Donde se diferencian dos cuñas, una de empuje activo y otra de empuje pasivo (Consúltese la teoría del empuje de tierras de Rankine) Tenemos por tanto que la longitud total del anclaje estará formada por la y le donde la depende íntegramente del ángulo de rozamiento del terreno y le puede calcularse a partir de la expresión:

 

 

Podemos calcular Tult a partir de T, FS y Cm con lo que obtenemos:

Con lo que, teniendo que d=0,2m σ’v=17kPa y δ=24º, el valor de le será:

El valor de la puede obtenerse fácilmente mediante trigonometría al igual que la neta con lo que obtenemos:

Y por lo tanto la longitud total del anclaje L será:

La longitud del sistema de anclaje parece excesiva, podemos reducir esa longitud con el simple hecho de aportarle inclinación a nuestro anclaje como se demuestra a continuación:

Partiendo de las mismas premisas y datos anteriores introducimos ahora un ángulo de inclinación en el anclaje β=20º lo que hará que el peso de tierras sobre el anclaje se incremente por lo que σ’v aumentará y el valor de le disminuye. El proceso es el siguiente:

 

Calculamos en primer lugar Tult para este caso mediante:

 

Como le dependerá de σ’v y este a su vez también depende de la longitud del anclaje nos encontramos en este caso ante una ecuación en la que tendremos que igualar y despejar le. Consideramos σ’v en el punto medio del anclaje (B) y mediante meras operaciones trigonométricas podemos establecer σ’v  en función de le

De donde obtenemos que le=12,18 m

El valor de la depende también de la inclinación en el anclaje y lo calcularemos mediante la expresión:

*se podría calcular este valor a partir de laneta pero calculándolo de esta forma se está aún más del lado de la seguridad y el incremento de longitud que aporta es solo de algunos cm, lo que no influye de manera importante en el resultado final.

Calculadas ya las dos longitudes de nuestro tirante, tanto dentro como fuera de la cuña activa, la longitud total en el caso de tirante inclinado resulta:

Se demuestra así que la inclinación proporcionada al anclaje permite reducir en más de un 60% la longitud de este.

 

El presente artículo, el texto y las operaciones matemáticas que le acompañan tienen como objetivo la demostración de cómo la inclinación del anclaje permite reducir la longitud del mismo, no obstante a la hora de acometer el proyecto, diseño y ejecución del proceso han de tenerse en cuenta, además de los aquí citados, otros factores de importancia técnica, económica, etc.

El presente cálculo ha sido desarrollado para un suelo granular, el procedimiento para suelos cohesivos emplea una formulación similar acorde a los parámetros geotécnicos del mismo.

El resultado aquí obtenido es para una sola línea de anclajes situada a 1 metro de profundidad, y es la fuerza por metro lineal de pantalla la que se obtiene. Otras soluciones a este tipo de problemas pueden pasar por establecer más líneas de anclajes a lo largo de la pantalla y modificar la separación de los mismos. Todo este cálculo se desarrolla mediante software matemático que permite determinar en pocos pasos cual es la mejor de las combinaciones posibles.

Referencias:

·         Infografía propia.

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Sobre el autor
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Sergio Miguel Galán Estudiante de Ingeniería Civil en la Escuela Politécnica de Cáceres (Universidad de Extremadura) Gran interesado en la implantación de los SIG en los campos de la ingeniería civil, se encuentra actualmente desarrollando su Trabajo fin de Grado relacionado con la investigación de las aplicaciones SIG en las redes de carreteras.
Twitter: @BlocIngeniería
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