Avance : Alfonso Armando Cerna Díaz

Referencia:

ESTABILIDAD E CAPACIDADE DE CARGAS DE CORTINAS ANCORADAS EM SOLO

Universidad Católica de Río

DIMENSIONAMIENTO DE LOS ANCLAJES

El dimensionamiento de los anclajes corresponde a dos etapas de análisis.

1. Investigación de los aspectos geométricos del anclaje, como inclinación y longitud total.

Como principio, una posición horizontal del anclaje es más adecuada para desarrollar los esfuerzos de tensión en la masa del suelo; sin embargo estos no siempre se pueden desarrollar, ya sea por detalles constructivos, debido a cimentaciones vecinas existentes o líneas de agua o desagüe, o problemas en la instalación misma, que establecen el dimensionamiento y ubicación de los anclajes.

Problemas relacionados con la ejecución del agujero y la introducción de la lechada de cemento, se muestran para valores menores a 10º -15º. Sin embargo en ciertos casos valores del orden de 20 a 45º de inclinación pueden observarse por presencias de ductos, cimientos vecinos, etc. Cercanos al nivel del muro anclado, o también por la presencia del suelo competente a anclar muy por debajo de la cabeza del anclaje, lo que refiere soluciones tales como aumentar la longitud del anclaje o aumentar el ángulo de inclinación.

Aspectos relacionados a la longitud total, (Littlejohn, 1972; Ostermayer, 1976) desarrollaron sugerencias mostradas en la figura siguiente y que resume:

• Los bulbos de los anclajes deben estar situados fuera de la cuña del empuje activo del suelo soportado por el muro anclado.

• Se recomienda que las longitudes de desarrollo de los bulbos estén por debajo de los 5 a 6m de la superficie del terreno, o por lo menos 3m por debajo de las cimentaciones, la base de esta recomendación son los efectos que tienen sobre la superficie o las fundaciones, las presiones de los bulbos en las capas superficiales.

• Un espaciamiento mínimo de 1.5m entre bulbos, de tal manera que los bulbos de esfuerzos no se superpongan y no se generen sobreesfuerzos, haciendo que los anclajes pierdan su capacidad. Pinelo (1980), utilizando métodos de elementos finitos, indico utilizar espaciamientos mínimos según la figura.

• La longitud libre inferior no debe ser inferior menor que 5 – 6m, de modo que las tensiones transmitidas al suelo a través del bulbo del anclaje, no ocasionen aumentos significativos de presión en el muro.

• Longitudes de bulbo menores a 3m no son aconsejables, el valor final depende de la capacidad de carga deseable del anclaje.

Fig – Aspectos para el dimensionamiento de muros anclados (Littlejohn, 1972; Ostermayer, 1976)

2. Investigación del comportamiento mecánico de los anclajes en relación a los estados límites de resistencia (servicio).

Los estados limites o de resistencia ultima, están relacionados con la ruptura de la armadura y la ruptura por deslizamiento del bulbo en el macizo de suelo, mientras que el estado limite de trabajo, más importante se refiere a la deformación excesiva, con pérdida de pretenzado, por fluencia del suelo que envuelve al bulbo del anclaje.

La tracción límite que corresponde a la ruptura de la armadura (T_a) es calculada a través la tensión límite de proporcionalidad en el acero para una deformación axial de 0.1% Segundo Hobst y Zajic (1983), la perdida de carga en el anclaje por relajación del acero, usualmente no sobrepasa el 10% de la carga pretendida, y puede ser considerada despreciable cuando el nivel de la carga pretendida o de trabajo no sobrepasa el 50% de la carga ultima (T_a).

Fig – Espaciamientos entre Anclajes (Pinelo, 1980)

La determinación de las tracciones límites correspondientes al deslizamiento del bulbo del anclaje y de la fluencia del suelo son determinados a partir de ensayos previos al anclaje, en el sitio de emplazamiento del anclaje, como una excavación profunda.

Para cada etapa de carga, las deformaciones de la cabeza del anclaje son medidos en intervalos de tiempo predefinidos, efectuándose la descarga después de alcanzado los niveles de deformaciones. Las tracciones máximas no deben sobrepasar el 95% de la carga de tracción de ruptura de la armadura (T_a), o cuando se sepa la carga de trabajo del anclaje, se limite al 150% de este valor, sin sobrepasar, claro el 0.95xT_a.

A partir de la interpretación de las deformaciones medidos en varios ciclos de carga en el ensayo, es posible estimar la capacidad de carga de los anclajes, para obtener su longitud libre efectivo y estimar la perdida por fricción a lo largo de la longitud libre, la perdida de carga por fricción el tramo libre, puede ser observada con mayor o menor intensidad en prácticamente todos los anclajes, siendo fácilmente identificada por la altar rigidez presentada al inicio de la carga o por la reducción de la carga aplicada; sin ocurrencia de deformaciones no hay inicio de descargas. La norma NBR-5629 limita la perdida de carga por fricción en el trecho libre en 15% de la carga máxima de ensayo del anclaje, siendo esta perdida en general ocasionada por el deslizamiento del anclaje, ineficiencia del aislamiento de los cordones (cables), o la incorrecta lubricación de los tirantes en el trecho libre.

La longitud libre puede ser mayor o menor de lo proyectado dependiendo de la eficiencia de aislamiento, lubricación del tirante en el tramo libre, además de la mayor o menor concentración de material inyectado bajo presión entre la longitud de transición entre la longitud libre y anclada.

La norma NBR-5629, establece los siguientes límites para la longitud del tramo libre efectivo, asumiendo el bulbo como indeformable:

1. Tramo libre efectivo máximo = Tramo libre proyectado + 0.5 Tramo anclado proyectado

2. Tramo libre efectivo mínimo = 0.8 x Tramo libre proyectado

Novais Souza (2001), muestra la importancia de considerar al bulbo como un elemento deformable, enfatizando que la no consideración del elongamiento del bulbo dificulta la representación real del comportamiento del anclaje, principalmente relacionado a la relación a la definición del límite mínimo del tramo libre efectivo.

Según el autor, el procedimiento aceptado por la norma, aceptando un cuerpo rígido puede estar contra la seguridad, pues el tramo libre mínimo efectivo puede ser bastante menor, cuando el elongamiento del bulbo sea considerado.

El objetivo del ensayo de fluencia es monitorear las deformaciones en la cabeza del anclaje con carga constante a lo largo del tiempo, para varios niveles de carga, teniendo en cuenta la determinación del coeficiente de fluencia CF, que representa un indicador del comportamiento del anclaje a lo largo de la vida útil en relación a su capacidad de mantenimiento de la carga aplicada.

La norma NBR considera aceptable un anclaje con coeficiente de fluencia menor o igual a 1mm (para bulbos en suelos arenosos), o 2mm (para bulbos en suelos arcillosos o limosos) , con carga constante equivalente a 1.75 veces la carga de trabajo prevista para el anclaje.

Donde :

d1, d2: son los desplazamientos de los anclajes en los tiempos t1 y t2 respectivamente.