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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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