Calzadura y Sostenimiento de Excavaciones una mirada

Transcripción

CALZADURAS Y SOSTENIMIENTO DE
EXCAVACIONES, UNA MIRADA BAJO LA
NTE E.050
LIMA, 19 DE OCTUBRE DEL 2011
Manuel A. Olcese Franzero
[email protected]
Laboratorio de
Mecánica de Suelos
LAS CALZADURAS Y SOSTENIMEINETO EN EXCAVACIONES
UNA MIRADA BAJO LA NTE E.050
1
Laboratorio de
Mecánica de Suelos
2
Ing. Manuel A. Olcese Franzero
Laboratorio de
Mecánica de Suelos
3
VARIABILIDAD NATURAL
DEL SUELO EN
TRES OBRAS CERCANAS
Laboratorio de
Mecánica de Suelos
4
Laboratorio de
Mecánica de Suelos
5
Miraflores 12 de junio 2007
Chorrillos 13 de junio del 2007
Laboratorio de
Mecánica de Suelos
6
La victoria, 12 diciembre 2007
(7 fallecidos)
Calle Porta, profundidad 15 m,
enero 1996
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Mecánica de Suelos
7
Las Casuarinas – Santiago de Surco,
28 de octubre del 2008
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Mecánica de Suelos
8
ARTÍCULO 33.1 NORMA E.050
“Las excavaciones verticales de más de 2,00 m
de profundidad requeridas para alcanzar los
niveles de los sótanos y sus cimentaciones, no
deben permanecer sin sostenimiento, salvo
que el estudio realizado por el PR determine
que no es necesario efectuar obras de
sostenimiento.
La necesidad de construir obras de
sostenimiento, su diseño y construcción
son responsabilidad del contratista de la
obra”.
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Mecánica de Suelos
9
SOLUCIONES PARA UNA EXCAVACIÓ
EXCAVACIÓN SEGURA
Laboratorio de
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10
ARTÍCULO 33.3 NORMA E.050
“El informe del EMS deberá incluir los
parámetros de suelos requeridos para el
diseño de las obras de sostenimiento de
las edificaciones, muros perimetrales,
pistas y terrenos vecinos, considerando
que estos puedan ser desestabilizados
como consecuencia directa
de las
excavaciones que se ejecuten para la
construcción de los sótanos.”
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11
EJEMPLO DE LOS DATOS EXIGIDOS POR LA NORMA E.050 Y
REQUERIDOS PARA EL DISEÑO DE LAS OBRAS DE
SOSTENIMIENTO
Nombre
Símbolo
Profundidad
Valor
Valor
0.00 a 6.00 m
6.00 a 12.00 m
Peso unitario

2.20 ton/m3
2.20 ton/m3
Cohesión
c
kg/cm2
0.20 kg/cm2
Angulo de fricción

30°
35°
Coeficiente Activo Estático
Ka
0.32
0.27
Coeficiente en Reposo Estático
Ko
0.50
0.43
Coeficiente Pasivo Estático
Kp
6.65
10.43
Factor de Reducción del Empuje Pasivo para /=0
0.00
R
0.47
0.37
Coeficiente Activo Dinámico
Kas
0.51
0.46
Coeficiente en Reposo Dinámico
Kos
0.70
0.62
Coeficiente Pasivo Dinámico
Kps
5.65
8.87
tan δ
0.55
0.55
Coeficiente de fricción bajo la cimentación.
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12
ESTUDIOS DE MECÁNICA DE SUELOS
(EMS)
NORMA E.050
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13
Publicado el 9 de junio del 2006
NORMA E.050
Nueva actualización 2009
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14
Norma actual 2006
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15
OBJETIVO DE LA NORMA E-050
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16
CLASIFICACIÓN DE LAS OBRAS,
NÚMERO "n" DE PUNTOS A
INVESTIGAR Y PROFUNDIDAD
z = 1,5 B; siendo B el
ancho de la cimentación
prevista de mayor área.
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z = 6,00 metros, en el
80 % de los sondeos y
1,5 B, en el 20 % de los
sondeos, siendo B el
ancho
de
la
cimentación, delimitada
por los puntos de
todos los pilotes o las
bases de todos los
pilares.
17
POZOS O CALICATAS, BARRENO
Las calicatas y trincheras serán realizadas según la NTP
339.162 (ASTM D 420). El PR deberá tomar las
precauciones necesarias a fin de evitar accidentes.
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18
EXPLORACION EN ARENABarreno manual con SPT
SPT
CONO TIPO PECK
DPSH
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19
Densidad de campo: cono de arena, balón o nuclear
NO PERMITIDO PARA DISEÑO
Artículo 10.1
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20
Contenido del
Informe del
Estudio de Mecánica de Suelos
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21
CONTENIDO DEL INFORME DEL ESTUDIO DE MECÁNICA DE SUELOS
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Resumen de las Condiciones de
Cimentación
Información Previa
Exploración de Campo
Ensayos de Laboratorio
Perfil del Suelo
Nivel de la Napa Freática
Análisis de la Cimentación
Plano de ubicación
Perfiles del suelo
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22
RESUMEN DE LAS CONDICIONES DE CIMENTACIÓN
En los casos en que es obligatorio efectuar un
EMS, de acuerdo a lo indicado en esta Sección,
el informe del EMS correspondiente deberá ser
firmado por un Profesional Responsable (PR)
(Ingeniero Civil registrado en el Colegio de
Ingenieros del Perú y hábil).
En estos mismos casos deberá incluirse en los
planos de cimentación una trascripción literal
del “Resumen de las Condiciones de
Cimentación” del EMS (Ver Sección 2.4.1.a).
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23
ANÁLISIS DE LA CIMENTACIÓN
En esta sección se incluirá una memoria de cálculo
que contendrá como mínimo:
•
•
•
•
•
•
Tipo de cimentación y otras soluciones si las hubiera.
Profundidad de cimentación (Df ).
Determinación de la carga de rotura al corte y factor de seguridad (FS).
Estimación de los asentamientos que sufriría la estructura con la carga
aplicada (diferenciales y/o totales).
Presión admisible del terreno.
Indicación de las precauciones especiales que deberá tomar el diseñador o
el constructor de la obra, como consecuencia de las características
particulares del terreno investigado (efecto de la Napa Freática, contenido
de sales agresivas al concreto, etc.)
•
Parámetros para el diseño de muros de
contención y/o calzadura.
•
Otros parámetros que se requieran para el diseño o construcción de las
estructuras y cuyo valor dependa directamente del suelo.
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24
Rellenos Artificiales
o
Rellenos no controlados
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25
RELLENOS NO CONTROLADOS
Los rellenos no controlados son aquellos que
no cumplen con la Sección 4.4.1. Las
cimentaciones superficiales no se podrán
construir sobre estos rellenos ni sobre tierra
de cultivo, suelos orgánicos, turba, o mezclas
de ellos, los cuales deberán ser removidos en
su totalidad y reemplazados por suelos
seleccionados, antes de iniciar la construcción
de la cimentación.
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26
Artículo 19 Profundidad de cimentación
“No debe cimentarse sobre turba, suelo orgánico,
tierra vegetal, relleno de desmonte o rellenos sanitario
o industrial, ni rellenos No Controlados. Estos
materiales inadecuados deberá
deberán ser removidos en su
totalidad, antes de construir la edificació
edificación y ser
reemplazados con materiales que cumplan con lo
indicado en la Artí
Artículo 21 (21.1)”
(21.1)”
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27
Empuje de suelos en reposo.
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28
Tensiones en reposo
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29
Tensiones en reposo
Laboratorio de
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30
Tensiones en reposo
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31
Tensiones al excavar
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32
Tensiones al excavar => inestabilidad
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33
Tensiones al excavar => inestabilidad
Laboratorio de
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34
Tensiones al excavar => inestabilidad => colapso
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35
Colapso de una excavación
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36
Causas de inestabilidad
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37
Causas de inestabilidad: aumento de la profundidad
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38
Causas de inestabilidad: saturación del suelo
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39
Causas de inestabilidad: elevación del Nivel Freático,
filtraciones etc.
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40
Causas de inestabilidad: colocación de cargas cerca al corte
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41
Causas de inestabilidad: cercanía de vehículos o maquinaria
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42
Causas de inestabilidad: presencia de vibraciones
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43
Causas de inestabilidad: efecto de las heladas
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44
ESTADOS DE EQUILIBRIO PLASTICO

La relación entre los estados activo y pasivos
pueden mostrarse gráficamente empleando los
círculos de Mohr
c tan 
h min
v
h max
Estado activo
Estado elástico inicial
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
Estado pasivo
45
EMPUJES Y MOVIMIENTO DEL MURO
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46
Ko para suelos granulares
K 0  1  sen '
Ko para suelos cohesivos
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47
Entibaciones
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48
PRESIONES GENERADAS POR LAS ENTIBACIONES
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49
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50
Laboratorio de
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51
Si el ancho de la excavación es menor de 3.60 m se considera como zanja
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52
La excavación de zanjas genera inestabilidad
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53
Zona probable de falla si
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54
Si la profundidad es mayor de 1.20 m, según la OSHA (Ocuppational
& Safety and Health Administration, USA) debe entibarse si los
operarios trabajaran dentro de la zanja, según la NTE E.050 si es
mayor a 2.00 m y así
así lo indica el PR como resultado del EMS.
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55
Excavaciones con paredes inclinadas.
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Excavación Mixta
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57
Requiere entibación
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58
La entibación de diseña para la profundidad total de la excavación.
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59
ENTIBACIONES
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60
ENTIBACIONES
Laboratorio de
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61
ENTIBACIONES
Laboratorio de
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62
Si la excavación si el ancho es mayor de 3.60 m la excavación
se considera masiva
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63
Entibaciones en excavaciones masivas
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64
Calzaduras
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65
CALZADURA CONVENCIONAL
Transmiten bien las cargas
verticales.
No soportan
adecuadamente los
empujes horizontales
Varillas corrugadas
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66
CALZADURA CONVENCIONAL
Carga
Varillas corrugadas
Empuje
Tan  =
¿?
0.55 % #200 <5%
0.45 5% <% #200 <12%
0.35 % #200 > 12%
Fricción
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67
Muros pantalla
o
Pantallas ancladas
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68
MURO PANTALLA
Laboratorio de
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69
MUROS PANTALLA
Laboratorio de
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70
ANCLAJE
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71
DISEÑO DEL MURO PANTALLA
NAVFAC DM7
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72
CAPACIDAD DE CARGA DE LOS ANCLAJES SEGÚN EL
NAVFAC DM7
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73
DISEÑO DE UN MURO
PANTALLA
L
Método de Kranz
a) Carga de anclaje y longitud libre
1.- Se eligen las longitudes L de las filas de anclajes
2.- Se define el mecanismo de rotura de la figura
3.- Se calculan las cargas en los anclajes A’i que equilibran
la cuña de terreno
4.- Si las cargas calculadas son superiores a las cargas límites de los
anclajes (ver puntos b) y c)), se cambian las longitudes de los anclajes
y se vuelven a calcular las cargas.
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74
DISEÑO DE UN MURO PANTALLA
b) Secció
Sección de acero
Método de Kranz
Q l 
0,9 f ys
y
Aacero
Aacero: sección de acero
Q:
carga del anclaje
 l:
coeficiente de seguridad como mayoración de la carga aplicada
sobre el anclaje
coeficiente de seguridad como minoración de la resistencia del acero
y:
resistencia del acero (típicamente entre 800-1100 MPa para barras y
fys:
entre 1800-2000 MPa para cables)
Q no suele superar, en servicio, el 60% del límite elástico de elemento de
acero (fys Aacero)
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75
Q
c) Longitud del bulbo
Método de Kranz
Q l 

A
t l
Al: área lateral del bulbo
Al
Q: carga del anclaje
:
resistencia al corte unitaria en el contacto bulbo-terreno
l: coeficiente de seguridad como mayoración de la carga aplicada sobre
el anclaje
t: coeficiente de seguridad como minoración de la resistencia al corte
límite en el contacto bulbo-terreno
Temporales
(según Norma Española de anclajes)
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Permanentes
Nivel de riesgo creciente
76
Valores de la resistencia al corte unitaria en el contacto bulbo-terreno ():
Se obtienen de ensayos de arrancamiento en condiciones reales o en el
laboratorio
Valores orientativos de  (pre-diseño)
Método de Kranz
(según Norma Española de anclajes)
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Método de Kranz
77
Valores orientativos de  (pre-diseño)
(según Ostermayer & Scheele, 1977)
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78
Método CAD
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Método CAD
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79
80
Método CAD
Laboratorio de
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Método CAD
Laboratorio de
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ETAPAS DEL ANÁLISIS
81
82
PLANO DE PLANTA DE LOS ANCLAJES
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MURO PANTALLA
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MURO PANTALLA
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85
MURO PANTALLA
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86
MURO PANTALLA
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Mecánica de Suelos
87
Factor de Seguridad frente al
levantamiento del fondo
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88
Tensiones en reposo (sin excavar)
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89
Tensiones al excavar
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90
Las tensiones al excavar puede generar levantamiento
del fondo de la excavación
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NAVFAC DM7
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NAVFAC DM7
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NAVFAC DM7
VALORES DE NCD Y NCR
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“En mecánica de suelos la exactitud de los
resultados calculados nunca exede al de una
estimación cruda, y la función principal de la
teoría consiste en el enseñar de que y como
observar en el campo.”
Karl Terzaghi, 1936
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VELEMOS POR QUE SE CUMPLAN LAS NORMAS DE
NOSOTROS DEPENDE QUE ESTO NO OCURRA NUEVAMENTE
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Muchas gracias
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