Rafael Fiabilidad

Fiabilidad en serie

En una cimentación de 4 anclajes si falla uno fallan todos. Fg=F1*F2*F3*…Fn

Redundancia Total o Fiabilidad en paralelo

En una cimentación con 2 anclajes y 1 de emergencia, para que fallen todos tienen que fallar los 3. Pg=Pf1*Pf2

Redundancia parcial

En una cimentación de 4 anclajes, la cimentación falla si fallan al menos dos anclajes. El índice de fiabilidad será mayor que si sólo permitimos que falle uno. Fiabilidad Modelo r de N. Fg=sumatorio(N k)(1-p)^k*p^(N-k). ; k nº de pilotes para que funcione; p es la probabilidad de fallo de cada pilote

Jesús Mejora

Ortuño Vial

Muros de contención

Design and Construction of Mechanically Stabilized Earth Walls and Reinforced Slopes. FHWA GEC-011

Tierra armada (en terraplén) - Ground Anchoring

El suelo reforzado es básicamente un material compuesto por una matriz de suelo y unos elementos, lineales, superficiales, abiertos o cerrados, embebidos en la matriz, que trabajan predominantemente a tracción.

Trazado

La longitud de los refuerzos suele ser del orden de 0.7H como mínimo. El empotramiento de la zapata es al menos del orden de 60 a 70 cm.

Suelo claveteado (en desmonte) - Soil Nailing

Ortuño Vial. Estabilidad de taludes

Diseño de taludes

Altura/Pendiente

En un suelo homogéneo, la rotura más común es la circular. Se estudia mediante los ábacos Hoek & Brown para rotura circular. El objetivo de este método es determinar el coeficiente de seguridad F, para unas determinadas condiciones de ángulo de talud y cohesión, ángulo de rozamiento interno y peso específico del suelo. Los ábacos de H&B son más desfavorables conforme va subiendo el número del abaco: Ceteris paribus, a mayor número de abaco, menor coeficiente de seguridad para esas condiciones.

Limitaciones: los ábacos evidentemente excluyen las roturas producidas en condiciones sin drenaje (c=su, rozamiento interno=0).

Pilotes

¿Cuándo?

• Cuando la superficie más desfavorable del deslizamiento se encuentre en el entorno de los 10-20 metros de profundidad.
• Cuando las pendientes son suaves, y por lo tanto, las longitudes de afección muy largas (80-100 metros). Al tener volúmenes de deslizamiento tan considerables, hace que otras soluciones no sean efectivas (anclajes, drenajes, excavaciones en coronación…etc.)
• Muy frecuente en arcillas sobreconsolidadas de alta plasticidad, comportamiento frágil.
• Habitual que haya niveles piezométricos elevados.

Trazado

• Longitud 10-20 m (atraviesan y cosen la superficie de rotura del talud hasta en 1/3 de la longitud del pilote).
• Separación de 1.35 a 1.5 metros.

Diseño

• De 0.85 a 1.5 metros de diámetro.
• Arriostramiento en cabeza (zapata corrida) si superan más de 8 metros de voladizo.

Proceso constructivo

• Se necesitan espacios de 16 m para la maquinaria.
• Ejecución al tresbolillo (ejecución intercalada).

Conclusiones

1. La rotura de terraplenes (y desmontes) en laderas formadas por arcillas sobreconsolidadas de alta plasticidad resulta bastante frecuente.
2. Habitualmente en la zona de deslizamiento existen previamente presiones intersticiales elevadas. Es muy deseable realizar un estudio hidrogeológico adecuado y medir ya en fase de proyecto. Frecuentemente los signos de existencia de agua y sus consecuencias, no se evalúan adecuadamente.
3. La rotura se produce frecuentemente tras un proceso de degradación de resistencia, en ocasiones antes de alcanzar valores residuales.
4. Los análisis retrospectivos son bastante deterministas (superficie de deslizamiento previamente conocida). Predecir la rotura no es sencillo.
5. La combinación de pantallas de pilotes con sistemas de drenaje mediante pozos es efectiva. Hay que decidir no obstante cuánto confiar en el drenaje y qué esfuerzos pueden actuar sobre los pilotes.
6. Las coacciones en cabeza (anclaje, encepado) resultan muy interesantes para limitar esfuerzos.
7. Los métodos de muelles parecen conservadores. Los de EF con programas comerciales no están tan claros.

Anclajes

¿Qué empresas lo realizan?

Keller have a comprehensive temporary and permanent ground anchor offering. We undertake Keller SBMA (single bore multiple anchors) high capacity anchors, RMA (removeable multiple anchor),and in clays, Multibell Anchors.

¿Cuándo?

En suelos granulares, rapidez de construcción y bajo coste.

Trazado

• Inclinación: Para taludes y estructuras de contención, 15 a 35º •A partir de 45º, poco aprovechamiento de la fuerza horizontal en el caso de pantallas.
• Separación: Por eventual interacción entre bulbos:1,5 a 2 m (1 m en BSI) •Aumentar separación con anclajes largos (desvío) •Aumentar separación con inyección IRS.
• Longitud: Tienen que superar las superficies de deslizamiento de menor coeficiente de seguridad para que se produzca un cosido efectivo de terreno. •Alternativamente, disponer cambios de longitud libre o inclinación.

Proceso constructivo

Se va atacando el talud desde corona y bajando en bancadas de 5 metros de ancho, hasta donde pueda operar la maquinaria. Se perfora el terreno, se introducen las vainas de PVC y se introducen los anclajes rellenándose de lechada. La cabeza del anclaje estará formada por gunita armada y un sistema de drenaje. Se vuelve a empezar bajando una nueva bancada.

Limitaciones

No en arcillas blancas, no en arcillas expansivas, o arcillas con fluencia. El drenaje es crítico, hay que combatirlo.

CONCLUSIONES

• La norma UNE-EN 1537:2001 define los sistemas de protección a emplear para anclajes provisionales y permanentes, que habitualmente se conocen como de"protección simpl" y de"doble protecció" respectivamente. Quedan sin definición los anclajes de barra pasivos, que quedan fuera del ámbito de la norma.
• Los anclajes permanentes con tirantes de acero de alto límite elástico deberían llevar"doble protecció", tanto en el caso de barras como de cables. Esta recomendación debería extenderse a las situaciones provisionales en las que pueda darse condiciones severas de agresividad.
• Los anclajes de barra de acero convencional (límite elástico de 500 MPa) resisten mejor la corrosión.
• La cabeza del anclaje y su empalme con la longitud libre son las partes más expuestas y vulnerables. Debe prestarse atención especial a la ejecución de estas zonas.

Rehabilitación de taludes

Metodología de estudio

• Trabajos preliminares de investigación
• Prospecciones geotécnicas y ensayos
• Detección de la superficie de deslizamiento
• Investigación de niveles piezométricos
• Ensayos de laboratorio
• Modelos de resistencia
• Análisis retrospectivos

Suavización de pendientes

Trazado

Es inútil retaluzar si no se alcanza la inclinación del plano de debilidad.

La suavización de pendientes es un tipo de rehabilitación muy parecida al propio diseño de los taludes, luego seguirá la misma metodología. Lo que se trata de proyectar es una solución de compromiso entre la altura del talud y la pendiente del mismo. Al disminuir la pendiente, aumenta el factor de seguridad PERO habrá que tener en cuenta que a mayor suavidad de pendiente, mayor altura de talud, que disminuye el factor de seguridad ERGO SOLUCIÓN DE COMPROMISO.

Metodología de diseño como SLOPE

1. Diseño de la geometría.
2. Definición de los materiales que componen la geometría: Peso específico, cohesión y ángulo de rozamiento interno.
3. Definición del nivel freático.
4. Definición del tipo de resistencia del material:
   1. Mohr Coulomb
   2. Undrained (phi=0). Ausencia de resistencia por rozamiento interno.
   3. Hoek Brown
5. Definición del Método de Cálculo. Análisis de seguridad:
   1. Bishop Simplificado
   2. Morgenstein Price
   3. Spencer
6. Output. Para un determinado talud dado (geometría), da la superficie de deslizamiento más desfavorable, con menor factor de seguridad.

Excavación en cabeza

¿Cuándo?

Solución más económica que la suavización de todo el talud. Reducirá el momento volcador.

Rellenos a pie de talud

¿Cuándo?

En taludes de mucha pendiente, hay que dar peso en la base.

Proceso constructivo

Utilización de bataches y empleo de gaviones.

Gaviones. Estructuras flexibles de contención

¿Cuándo?

Necesitamos contener.

Muro de protección con escollera

¿Cuándo?

Con la presencia de arcillas plásticas (taludes suaves degradados, reptaciones y flujos de barro).

Trazado

Se dispone de un manto sobre la ladera.

Proceso constructivo

Se ejecutan bancadas, con la disposición de drenes, se vierte el manto de grava. Y se ejecuta el pie del talud.

Zanjas drenantes

¿Cuándo?

Cuando tenemos nivel freático somero. Las zanjas siguiendo líneas de nivel son fundamentales en los terraplenes a media ladera para interceptar el agua proveniente de la ladera.

Trazado

Se pueden proyectar zanjas drenantes en las direcciones de máxima pendiente o siguiendo líneas de nivel, requieren superar el nivel freático. En perfil, si atravesamos la superficie de deslizamiento más desfavorable, mejor, ya que sirven como contrafuertes de refuerzo.

Proceso constructivo

Ejecución de zanja mediante cajeado, ubicación de geotextil, volcado de grava, protección superficial con una capa de arcilla.

Pantallas drenantes

Trazado

Aguas arriba del talud. El agua se evacua lateralmente haciendo la pantalla cada vez más profunda. Si no hay salida de agua lateral, se pincha la pantalla sacando un dren horizontal hacia el pie de talud.

Proceso constructivo

Excavación mediante sondeo, inserción de lodos bentoníticos para mantener las paredes estables, relleno con grava.

Drenes subhorizontales o californianos

Trazado

Se pincha la masa de agua y se llevan a una galería subterránea que va perpendicular al talud.

Proceso constructivo

Construcción de galería, pinchazo de los drenes, colocación del tubo de PVC ranurado. Si no se ejecuta la galería, se pueden proyectar los drenes hacia la ladera del talud proveyendo de bandas gunitadas, que canalizan el agua por la ladera hasta el pie del talud.

Pozos drenantes

¿Cuándo?

Más fácil que las pantallas.

Proceso constructivo

Se sondea verticalmente y se disponen de drenes radiales para que atraigan más agua.

Ortuño Edificación

Colapso de suelos (limosos)

El colapso consiste en un asiento brusco, grande y espontáneo por humectación (inundación), a veces casi independiente de la carga. Suelos finos limosos de baja densidad, débilmente cementados y semisaturados y rellenos mal compactados o compactados “muy del lado seco. En suelos granulares el colapso se produce para valores menor de grado de saturación Sr de 40-60%. El colapso ocurre también en suelos compactados del lado seco del óptimo, aunque las densidades sean altas. (2 – 3% por debajo de woptima. La compactación es el proceso por el cuál se consigue que el suelo expulse aire de sus poros y las partículas se reordenen en una estructura más densa, con muy escasa o nula modificación de su humedad.

Mapa de riesgos de Hundimiento

Mayor riesgo en el levante, y especialmente en Antequera, Baeza, Madrid, Aragón, y Llanes. Yesíferos de Aragón, Limo alicantino.

Cómo se forman los socavones

Se producen por condiciones de sequía, fuertes lluvias y pozos. El agua filtrándose hacia el suelo disuelve el CO2 de suelos provocándose cavidades. La extracción agresiva de agua mediante pozos hace disminuir la presión intersticial y acelera la filtración de agua desde la superficie. Fuertes lluvias o vibraciones por construcción hacen que el suelo termine por colapsar.

Socavones de Madrid

El agua en circulación puede arrastrar el suelo progresivamente. Si el terreno tiene cohesión la cavidad se puede mantener estable hasta llegar a un tamaño crítico (y con un camión encima, colapsar).

Refuerzo de cimentaciones

Refuerzos

• Inyecciones de lechada.
• El zunchado es el cosido de zapatas en cimentaciones someras.

Refuerzo mediante bataches

Es un procedimiento de recalce de muros mediante bataches al tresbolillo. Primero se excava una parte dejando la cimentación en voladizo para colocar bataches bajo esta. Otro método es el Castillete Pynford.

Recalce mediante sistema de congelación líquido criogénico

16 + 15 anillos o cilindros alternos, separados entre ejes unos 6,5 a 7 m, Cada uno de los cilindros tendría teóricamente un espesor de pared congelada de 1,0 m aproximadamente, y un diámetro interior de unos 4 ó 4,5 m.

Cimentaciones en suelos expansivos

Identificación arcillas expansivas

• Densidad seca: muy baja. Gran porcentaje de huecos.
• Humedad: muy alta, tanto bajo NF, como a varios metros bajo superficie.
• Plasticidad: muy alta. La plasticidad indica el posible rango de variación de humedad de un suelo.
• Presión de hinchamiento (kPa): menos de 30 (baja), menos de 120 (media), menos de 300 (alta), más de 300 (muy alta).
• Hinchamiento libre (%): Menos de 1 (baja), menos de 5 (media), menos de 10 (alta), más de 10 (muy alta).

En la estación húmeda el agua penetra en la estructura de las arcillas incrementándose el volumen aparente, por el contrario, en la estación seca, el agua sale de la estructura debido a la desecación de éstas y como consiguiente se produce una reducción en el volumen del suelo.

Capa activa

La zona situada entre la cota cero y una profundidad determinada donde se producen estos cambios de humedad es lo que denominamos capa activa en un suelo predominantemente arcilloso. En España, los autores suelen situar la capa activa entre los 3 o 4 primeros metros de profundidad.

Clima monzónico

Se caracteriza por estaciones marcadas. Cuanto más baja sea la humedad inicial, más hinchará si llega a saturarse. Si una arcilla está bajo nivel freático, no hinchará.

Clima saheliano

Déficit permanente de humedad. La capa activa es muy profunda. La humedad fluye hacia la zona protegida. Se produce un levantamiento monótono (en cúpula), tarda en manifestarse y puede concentrarse localmente (tuberías frías).

Árboles peligrosos

. Peligrosidad Muy peligrosos: Álamo, chopo, aliso, acacia, sauce, olmoPeligrosos: Arce, abedul, fresno, haya, encinaPoco peligrosos: Cedro, abeto (colcoar a más de 1.5 metros su altura) Soluciones. 1. Evitar el terreno expansivo (cambio de trazado) 2. Sustitución del terreno (saneamiento del terreno) 3. Estabilización con cal 4. Cimentar con cargas altas y a mayor profundidad. 5. Cimentar con pilotes. 6. Forjados en lugar de soleras. 7. Reducir cambios de humedad. 8. Conducciones suspedidas, estanqueidad de arquetas, cámaras bufas