ESTRUCTURAS ENTERRADAS Y DE RETENCIÓN

1.-ESTRUCTURAS ENTERRADAS:Las estructuras enterradas son elementos capaces de resistir esfuerzos a flexión que se colocan dentro del suelo atravesando la posible superficie de falla. Estas estructuras trabajan empotradas en el suelo por debajo de la falla. Se conocen varios tipos de estructura enterrada así:

• Tablestacas

• Pilotes

• Pilas o caissons

Tablestacas: Las tablestacas son estructuras de contención hincadas, delgadas y esbeltas las cuales trabajan generalmente a flexión empotradas o ancladas. Pueden ser de acero, de concreto o de madera siendo las de acero las más utilizadas. El muro de tablestaca está conformado por una serie de pilotes unidos entre sí para formar una pared continua. La integridad del muro depende de las uniones entre pilotes individuales. Las tablestacas son utilizadas con relativa frecuencia como estructura de contención para la conformación de muelles en ríos o mares. Para su hincado se requiere que el suelo permita la penetración del pilote y no existan bloques o cantos grandes de roca. La sección de la tablestaca depende de la altura de la tierra a retenerse y de las condiciones del suelo y agua, así como del sistema de anclaje de los pilotes. La altura de los muros de tablestacas varían generalmente entre 4.5 y 12 metros.

• Pilotes: Los pilotes son elementos constructivos de tipo puntual usados para cimentación profunda en obras de construcción, los cuales permiten transmitir las cargas de la estructura hasta capas de suelo más profundas que tengan la capacidad de carga suficiente para soportarlas. Los pilotes trasmiten al terreno las cargas que reciben de la estructura por medio de una combinación de resistencia por fuste y resistencia por punta. Pueden estar construidos con concreto armado, con concreto pretensado, con secciones metálicas o con madera. Los pilotes se hincan verticalmente sobre la superficie del terreno por medio de golpes, utilizándo un martinete, o una pala metálica equipada, maquinas a golpe de masas o con un martillo neumático. Esto permite que el pilote descienda, penetrando el terreno, hasta que se alcanza la profundidad de capas de suelos resistentes y se produzca el rechazo del suelo en caso de ser un pilote que trabaje por punta, o de llegar a la profundidad de diseño, en caso de ser un pilote que trabaje por fricción.

Pilas de cortante: Las pilas de cortante son estructuras circulares verticales de concreto armado que pasan a través de la superficie de falla y se entierran en suelo o roca competente. El anclaje en el suelo competente genera una resistencia lateral de capacidad de soporte permitiendo a la pila hacer una fuerza que se opone al movimiento del deslizamiento. Las pilas de cortante pueden colocarse formando una línea, la cual actúa como un muro de contención. Aunque en deslizamientos profundos sólo se requiere pila en el área arriba y debajo de la superficie de falla, generalmente se refuerza la totalidad de la pila.

2.- ESTRUCTURAS DE RETENCION:Los suelos, así como otros materiales tienen un ángulo de reposo propio; para lograr una pendiente mayor que la proporcionada por dicho ángulo se requiere de algún tipo de estructura de retención o soporte que evite el deslizamiento. Tratándose de muros de pequeña altura se utilizan muros convencionales, tales como los muros de gravedad, semi-gravedad, en voladizo, de contrafuertes, etc. Mientras que para alturas mayores se utilizan otras técnicas o tecnologías no tan convencionales, tales como muros anclados, apuntalamientos, muros Soil Nailing, entre otros.

Clasificación de las estructuras de retención:

• Muros convencionales

• Muros no convencionales o de aplicación reciente

Muros convencionales: Muros de gravedad.- Los muros de gravedad son los que generalmente tienen un

perfil trapezoidal y dependen principalmente de su peso propio para asegurar la estabilidad; se hacen generalmente de concreto ciclópeo o de mampostería de piedra y no llevan ningún refuerzo. El muro debe proporcionarse de tal manera que no haya esfuerzo de tracción en ninguna de las secciones; son muros muy económicos para alturas bajas (hasta 3 ó 3.50 metros aproximadamente).

Muros de semi-gravedad.- Los muros de semi-gravedad son un poco más esbeltos que los de gravedad porque toleran esfuerzos pequeños de tracción que se absorben con pequeñas cuantías de acero de refuerzo y que en general pueden resultar aún más económicos que los de gravedad para alturas de hasta 4 metros.

Muros de voladizo.- Los muros de voladizo, son muros de concreto reforzado de tallo delgado y una losa de base. El perfil común de este tipo de muros es el de una T o una L y a veces son compuestos. Estos muros utilizan por lo menos parte del peso del relleno para asegurar la estabilidad; este es el tipo de muro que con mayor frecuencia se presenta en la práctica del calculista y su utilización resulta económica hasta alturas de hasta los 6 metros aproximadamente.

Muros con contrafuertes.- Los muros con contrafuerte son de concreto reforzado y son los que están constituidos por placas o losas verticales delgadas que se apoyan sobre grandes voladizos espaciados en forma regular que se denominan contrafuertes, los cuales reducen las fuerzas cortantes y los momentos flexionantes. Este tipo de muro es conveniente cuando las alturas por vencer son en general, mayores de 6 metros.

Muros no convencionales:

Método de muros anclados.- Los muros anclados son estructuras de gravedad, semi-gravedad o pantallas; que se sostienen mediante anclas pre-tensadas o pos-tensadas con bulbos profundos que transmiten una carga de tensión a suelos o rocas en los cuales pueden ser instalados. Generalmente se coloca sobre la cara de un muro, una carga de tensión a través de un cable o barra de acero anclado a un bulbo cementado a profundidad dentro del talud.

VENTAJAS DESVENTAJAS Su proceso constructivo se realiza de arriba

hacia abajo, por lo que no se necesita rellenos artificiales y reduce el volumen de excavación.

Reducción de la cantidad de concreto reforzado para su construcción .

Puede interferir con estructuras vecinas o adyacentes al lugar del proyecto.

Los muros anclados no son efectivos en suelos blandos, ya que pueden causar deformaciones excesivas en la masa del suelo.

Método de soil nailing.- El método de Soil Nailing o Suelo Claveteado es una técnica relativamente nueva usada para el reforzamiento y mejoramiento de suelos in-situ para la estabilización de taludes o bien para la retención de excavaciones en proyectos de construcción. El concepto fundamental del Soil Nailing se basa en que el suelo es un material que no posee alta resistencia a la tensión, por lo que éste puede ser reforzado efectivamente por medio de la instalación de barras de acero con una mezcla de concreto llamadas “Nails” o “Clavos” espaciados de manera cercana y en donde el acero recibe la tarea de soportar los esfuerzos de tensión que se den en la masa de suelo reforzada. Estas barras, generalmente sub-horizontales, se colocan en agujeros previamente perforados y luego se coloca una mezcla de grout para rellenarlo y desarrollar una adherencia entre el suelo y el nail.

VENTAJAS DESVENTAJAS Se puede hacer fáciles ajustes a la

inclinación y ubicación de los nails cuando existen obstáculos siempre que esto sea posible.

Proveen una mayor flexibilidad que otras estructuras, lo que hace posible que puedan resistir movimientos tanto horizontales como verticales.

En áreas urbanas el arreglo de los nails puede interferir con estructuras o instalaciones cercanas.

No debe aflorar agua en la cara de la excavación. Si el agua se filtra a través de la cara, es posible que el área de suelo reforzada por los nails se desprenda y se derrumbe hacia la excavación.

Método de apuntalamiento gigante.- El apuntalamiento gigante es un tipo de estructura de contención provisional versátil, se construye mediante tablones de madera o elementos metálicos y placas cuadradas, de dimensiones que varían de acuerdo a las condiciones de la obra. Este sistema de apuntalamiento, se basa en la inserción de un sistema de apoyo que se instala por debajo de un nivel de terreno existente por medio de excavaciones progresivas y que transfiere las cargas del suelo ocasionadas por estructuras adyacentes a las excavaciones o bien por su propio peso. Dichas cargas son transferidas a una nueva superestructura o al paramento vertical de la excavación de manera provisional.

VENTAJAS DESVENTAJAS El sistema de apuntalamiento se instala

conjuntamente con la excavación, por lo que las paredes de la misma siempre están protegidas, evitando desmoronamientos.

Los perfiles de acero para el apuntalamiento, se pueden encontrar en varios tamaños de sección y de varias longitudes que van desde los 5 m hasta los 12 m.

Sin la protección mínima adecuada, los perfiles de acero suelen ser vulnerables y sufrir corrosión, lo que conllevaría a una disminución significativa de su durabilidad.

No pueden ser utilizados cuando existen grandes cantidades de agua subterránea y menos si no existe un sistema de drenaje adecuado.

TALUDES Y EXCAVACIONES

TALUD En general, un talud es una zona plana inclinada. Específicamente puede referirse:

• En Arquitectura e Ingeniería civil, a la pendiente de un muro, la que es más gruesa en el fondo que en la parte superior de éste, de modo que así resista la presión de la tierra tras él acumulados por la erosión al pie de un acantilado o de una vertiente abruptiva.

• También, puede referirse al talud continental de los océanos.Talud, o “Pedrero” es el término que se utiliza para designar a la acumulación de fragmentos de roca partida en la base de paredes de roca, acantilados de montañas, o cuencas de valles.

• El talud continental es una parte de la morfología submarina, ubicada entre los 200 a 4.000 metros bajo el nivel del mar. Esta zona tiene un fuerte relieve o declive, en la que se encuentran profundos valles, grandes montañas y gigantescos cañones submarinos.

TIPOS DE TALUDES

• Naturales: son formados por la naturaleza a través de la historia geológica.

• Artificiales: necesitan de la intervención del hombre y son ejecutados para construir: carreteras, represas ferrocarriles, etc. “taludes, cortes, terraplenes.Cuando se va a construir taludes en presas de enrocamiento o de tierra.

DESPRENDIMIENTOS

• Tanto en los desprendimientos de roca como de suelo, la masa se mueve rápidamente a través del aire en caída libre. No existe un movimiento lento que precede al deslizamiento. Se presenta principalmente en rocas afectadas por desintegración y descomposición, actuando en planos o sectores mas débiles. La experiencia ha indicado la conveniencia de ejecutar la construcción de taludes en roca.

EXCAVACIONES • Cuando la superficie del terreno no es horizontal

existe una componente del peso que tiende a provocar deslizamientos del suelo, como se aprecia en el diagrama de fuerzas de la Fig. 1 .12a. Si, a lo largo de una superficie potencial de deslizamiento, tos esfuerzos tangenciales debidos al peso propio o a cualquier otra causa (como agua de filtración, peso de una estructura o de un terremoto) superan la resistencia al corte del suelo, se produce un deslizamiento de una parte del terreno. Existen muchos casos en los taludes naturales, terraplenes compactados y excavaciones, en que el ingeniero debe estudiar la estabilidad de un talud, comparando los esfuerzos tangenciales con la resistencia al corte a lo largo de una superficie de deslizamiento potencial, es decir, deberá realizar un edículo de estabilidad.

Fig. 1.12 a) Talud Natural b) Excavación para un edificio c) Zanja para una conducción d) canal

• La Fig. 1.1 2a muestra un talud natural sobre el cual se ha construido un edificio. El incremento de esfuerzos tangenciales provocado por el edificio y la posible disminución de la resistencia al corte del terreno por el agua infiltrada desde aquel puede ocasionar una falla del talud, el cual pudo ser estable durante muchos años antes de la construcción.

Fig. 1.12 a) Talud Natural b) Excavación para un edificio c) Zanja para una conducción d) canal

• Las Figs. l.12b y c, se muestran excavaciones para un edificio y una conducción. La excavación para el edificio es una excavación apuntalada y la de la conducción es una excavación sin apuntalar en zanja. Al proyectar debe comprobarse que no se supera la resistencia al corte del talud, ya que esto daría lugar a un derrumbe hacia el interior.

Fig. 1.12 a) Talud Natural b) Excavación para un edificio c) Zanja para una conducción d) canal

La Fig. 1.1 2d muestra el esquema de un canal. Generalmente los canales se construyen excavando el terreno natural, aunque a veces se construyen con bordos compactados. Los taludes laterales del canal deben tener suficiente seguridad contra un deslizamiento. Si no se dispone de una protección adecuada contra la corriente de agua, los costeros del canal pueden sufrir erosión, lo cual hace necesario eliminar continuamente el azolve del canal y puede originar un deslizamiento general de los taludes.

Fig. 1.12 a) Talud Natural b) Excavación para un edificio c) Zanja para una conducción d) canal

EL SUELO

• Resulta de la composición de rocas por cambios .

• Es el material de construcción mas abundante del mundo .

• Desde el periodo neolítico la tierra se ha utilizado en diferentes construcciones.

EL SUELO COMO MATERIAL DE CONSTRUCCION:

• El suelo es el primer elemento estructural y por lo tanto es el elemento mas importante a tener en cuenta.

• Cumple la función de soportar las cargas del edificio, sean estas verticales , horizontales o negativas .

• El tipo de fundación a utilizarse ira en función al tipo de suelo en que se encuentre.

• Unos de los problemas de los suelos es su heterogeneidad , puede darse en distancias cortas.

• Cuando el ingeniero emplea el suelo debe seleccionar el tipo adecuado , así como el método de colocación.

• El ing. debe cerciorarse de que las propiedades colocadas en la obra sean las adecuadas

IMPORTANCIA DEL ESTUDIO DE SUELOS EN LA CONSTRUCCIÓN:• La falta de un estudio de suelos podria hacer colapsar a un edificio o vivienda.

• El Estudio de Mecánica de Suelos , es un documento suscrito por un especialista en suelos del cual determinaremos resistencia.

• El estudio de suelos permite conocer las propiedades físicas y mecánicas del suelo, y su composición.estratigrafica.

• Depende del estudio de suelos, determinaras cuanto vas a gastar o cuanto vas a ahorrar en cimentación

• El uso de la tec. Moderna ha fijado como primera exigencia en las normas la realizacion de estudio de suelos.