Anclajes

Anclajes (Shoring)
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Concepto:Los anclajes son estructuras de contención que se utilizan para reforzar y sostener suelos y masas rocosas parcialmente sueltas, fracturadas o incompetentes


Los Anclajes (Shoring) constituyen en la actualidad un medio esencial para garantizar la estabilidad de diversas estructuras. Pueden usarse en forma muy ventajosa en cualquier situación en que se necesite ayuda de la masa de suelo para soportar un determinado estado de esfuerzos o tensiones.

Introducción

Los muros de gravedad y contención han existido siempre y para construirlos se han tomado en cuenta importantes variables, como la conveniencia de su utilización, las condiciones originales del terreno, la ubicación del mismo, costo esfuerzo y tiempo. Se han utilizado materiales tradicionales como el concreto armado; pero la evolución social necesita aprovechar mejor del tiempo con la celeridad de la construcción y dadas las circunstancias económicas contemporáneas, hay necesidad de aprovechar mejor los recursos mediante la optimización de su uso y la búsqueda de nuevas tecnologías, lo que ha llevado a la búsqueda de nuevos materiales de construcción que satisfagan las mencionadas expectativas.

Para alcanzar estos objetivos, se considera conveniente la utilización de geosintéticos como muros de gravedad, tierra armada, anclajes, aptos para cumplir la función que de ellos se espera:prolongada duración, ser realizados en el menor tiempo posible y una inversión monetaria reducida.

Criterios de Diseño

El criterio actual de diseño puede ser clasificado en dos grandes grupos, el primero se basa en la teoría de la elasticidad, la cual presenta limitaciones cuando se trata de masas rocosas heterogéneas.El segundo criterio involucra la selección de parámetros mediante reglas empíricas. La brecha entre los dos métodos es todavía muy real y las razones son que al diseñar un sistema de anclaje el proceso es muy complejo y requiere un conocimiento detallado de la geología del sitio,de las propiedades de la roca, de las condiciones hidráulicas del suelo, conjuntamente con el estado de las presiones originadas por el flujo de agua a través de la masa de subsuelo. Y adicionalmente es importante conocer la magnitud y dirección de los esfuerzos antes y después de la excavación.

Por otra parte, la función principal del anclaje es reforzar y sostener suelos y masas rocosas parcialmente sueltas, fracturadas o incompetentes que de otra manera pueden estar sujetas a fallar.

Los anclajes introducen tensiones y deformaciones adicionales en la masa de suelos mejorando la estabilidad general, y en donde el tipo de anclaje, el método de instalación, conjuntamente con los aspectos geológicos mas resaltantes juegan un papel preponderante en el diseño del soporte.

Clasificación

Según su aplicación en función de su tiempo de servicio

Anclaje Temporal
Anclaje Permanente
  • Anclajes temporales

Tienen carácter de medio auxiliar y proporcionan las condiciones de estabilidad a la estructura durante el tiempo necesario para disponer otros elementos resistentes que lo sustituyan. La vida útil no debe de ser mayor a 18 meses.

  • Anclajes permanentes

Se instalan con carácter de acción definitiva. Se dimensionan con mayores coeficientes de seguridad y han de estar proyectados y ejecutados para hacer frente a los efectos de la corrosión. Dichos anclajes están diseñados para una vida de servicio superior a 18 meses.

Según su forma de trabajar

• Anclajes pasivos:

No se pretensa la armadura después de su instalación. El anclaje entra en tracción al empezar a producirse la deformación de la masa de suelo o roca.

• Anclajes activos:

Una vez instalado se pretensa la armadura hasta alcanzar su carga admisible, comprimiendo el terreno comprendido entre la zona de ancaje y la placa de apoyo de la cabeza.

• Anclaje mixto:

La estructura metálica se pretensa con una carga menor a la admisible, quedando una fracción de su capacidad resistente se reserva para hacer frente a posibles movimientos aleatorios del terreno.

Anclajes inyectados

Estos tipos de anclaje son armaduras metálicas, alojadas en taladros perforados cementadas mediante inyecciones de la lechada de cemento o mortero. El elemento estructural es sometido a tracción, generando un esfuerzo de anclaje el cual es soportado por la resistencia al corte lateral en la zona de inyección en contacto de terreno.

A través de la inyección se forma un miembro empotrado en el extremo profundo del tirante metálico dentro el barreno, por lo tanto las fuerzas que actúan sobre el anclaje inyectado no se transmiten al terreno en toda su longitud, sino solamente en el tramo de la zona inyectada.

Cabe destacar que adicionalmente a los anclajes inyectados se emplean también los pernos de anclajes puntuales, los cuales tienen un dispositivo para empotrar el sistema de anclaje en el fondo del barreno siendo en minería muy utilizados los de expansión. Con mayor frecuencia se utilizan los tirantes constituidos por un cierto número de hilos o cables unidos formando un haz. El anclaje se hace generalmente mediante enclavamientos cónicos.

Partes de los anclajes

La zona de anclaje

El dispositivo mecánico más elemental y de más instalación es el casquillo expansivo dado su carácter puntual, está concebido para anclar la roca sana o estabilizar bloques o cuñas de roca que se han desarrollado por la intersección de unos pocos planos de debilidad.

La lechada se inyecta por la boca del barreno y el tubo de regreso llega hasta el final del mismo. La inyección termina después de la salida del aire y de la emisión de lechada por el tubo de regreso. De esta manera el anclaje actúa en forma permanente, evitándose efectos de corrosión.

Una forma de eliminar el sistema de inyección del mortero o lechada de cemento, es aplicando el método perfo, sin lugar a dudas más versátil pero también más costoso. La inyección se lleva a cabo a través de tuberías de PVC y es frecuente inyectar a presión, alcanzándose valores de hasta 3.00 Mpa. En este caso es necesario separar la zona de anclaje de la zona libre y evitar la lechada. Puede ser ventajoso el uso de aditivos para celebrar el fraguado y disminuir la retracción.

La zona libre

Es la parte en la cual la armadura metálica se encuentra separada o independiente del terreno que la rodea, lo cual permite deformarse con plena libertad al ponerse en tensión. La zona libre, cuando el terreno de la perforación puede separarse, queda independizado del mismo mediante camisas de PVC o metálicas. En cualquier caso debe protegerse de la corrosión mediante rellenos, productos y productores.

La cabeza

Corresponde a la zona de unión de la armadura a la placa de apoyo. El anclaje de los tirantes se coloca mediante inyecciones de mortero o lechada de cemento. El tirante tiene uno o dos tubos que sirven para la inyección y salida del aire.

Protección contra la corrosión

La vida útil de un anclaje está condicionada a los efectos de la corrosión. Un anclaje carentede este tipo de protección puede tener una duración de pocos meses.

Los principales factores que ayudan a contribuir con el proceso de corrosión, son los siguientes:

  • Resistividad del suelo, la cual decrece a medida que la porosidad aumenta.
  • Factores microbiológicos.
  • Contenido de humedad (w): un incremento en esta genera un ambiente propicio para la corrosión bacterial.
  • Contenido de sales en el suelo.
  • Valor del PH: PH < 4, corresponde a suelos altamente ácidos, generando picaduras en metal.
  • Contenido orgánico y transferencia de oxigeno: suelos orgánicos producen ácidos orgánicos los cuales atacan a metales enterrados; el flujo de aire o de oxigeno a través del suelo, retrasa la corrosión microbiológica, pero aumenta la corrosión electroquímica.

Uso de los anclajes

Los casos más comunes son los muros de tierra en donde es necesario garantizar la estabilidad de la masa de suelo, y por ende en la obra. En este sentido, cabe destacar que en las construcciones civiles se viene utilizando cada vez con mayor frecuencia y éxito los anclajes inyectados para sostener muros y absorber momentos volcadores.

Como elemento que contrarresta las subpresiones producidas por el agua, en el sostenimiento de techos y hastiales de obras en obras subterráneas de vialidad, de centrales eléctricas y mineras, e igualmente en taludes construidos con masas de suelos y rocas. Las obras subterráneas tales como galerías y túneles de viabilidad el problema fundamental que se plantea es el de asergurar el sostenimiento mediante anclajes durante y posterior al periodo de excavación, definiendo y construyendo un soporte y revestimiento capaz de asegurar la estabilidad definitiva de la obra.

Uno de los grandes problemas que afronta la industria de la construcción, en las grandes excavaciones necesarias para edificios altos, es la implementación tradicional de grandes muros de contención, cuyo costo puede volverse prohibitivo, y cuyas dimensiones pueden afectar a laarquitectura de los proyectos.

Proceso constructivo

  1. Excavación de la primera franja superior de suelo:

Usualmente se realiza hasta unas pocas decenas de centímetros por debajo de la posición prevista para el primer nivel superior de anclaje. La profundidad de esta capa excavada y de todas las capas posteriores depende de las características de cohesividad del suelo.

  1. Excavación de orificios para el primer nivel de anclajes:

Generalmente se utilizan taladros horizontales para perforar orificios cuyo diámetro sea el previsto para el primer nivel superior de anclajes.

  1. Armado del primer nivel de anclajes:

Se suelen colocar varillas centradas, de diámetro apropiado, en los orificios previamente perforados. Las varillas colocadas son roscadas en la parte exterior para facilitar su proceso de tensado.

  1. Hormigonado parcial del primer nivel de anclajes:

Se introduce una manguera flexible hasta el fondo del orificio excavado, la misma que exteriormente está conectada a una bomba de hormigón fluido o de mortero. El hormigón o el mortero incluyen componentes expansivos para compensar la retracción de fraguado.

  1. Construcción del primer nivel superior de muro:

Exteriormente se arma, encofra y funde el primer nivel superior del muro, teniendo cuidado de

que no se integre a las varillas, para lo que se suele dejar un espacio alrededor de la varilla sin fundir.

  1. Anclado del primer nivel superior de muros:

Una vez fraguado el hormigón de un micro pilote y del muro superior al de la varilla de anclaje, se coloca una placa de acero que tiene un orificio centrado de un diámetro ligeramente superior al de la varilla. Se hace pasar la varilla a través del orificio, permitiendo que la placa se apoye parcialmente en la superficie del muro del hormigón.

  1. Integración del primer nivel de anclajes al primer nivel superior de muros:

A través de la ventanilla que se dejo para la fundición complementaria del muro se introduce nuevamente la manguera en el orificio del micro pilote y se completa su fundición. Adicionalmente se funde el hormigón faltante del muro alrededor de la varilla de anclaje.

Aplicación e importancia

Los anclajes al terreno se utilizan para sostener y dar resistencia a una superficie de dudosa estabilidad. Los anclajes introducen tensiones y deformaciones adicionales en la masa de suelos mejorando la estabilidad general, y en donde el tipo de anclaje, el método de instalación, conjuntamente con los aspectos geológicos mas resaltantes juegan un papel preponderante en el diseño del soporte.

Es importante mencionar que los anclajes activos ejercen una acción estabilizadora desde el mismo instante de su puesta en tensión incrementando la resistencia al corte de la masa de suelo o roca como consecuencia de las tensiones normales adicionales al esqueleto mineral. Los anclajes pasivos entran en acción, oponiéndose al desplazamiento, cuando la masa deslizante ha comenzado a moverse.

De lo anterior se obtiene importante ventaja de los anclajes activos sobre los pasivos. En los primeros se logra aprovechar la resistencia intacta del terreno, por cuanto, el movimiento de la masa que produce unas propiedades resistentes. Los anclajes pasivos entran en tracción a oponerse a la expansión o dilatancia que se produce en las discontinuidades de la roca cuando comienza a producirse un deslizamiento a lo largo de la misma.

Fuentes

  • Cardozo Adenay, Chacon "TIERRA ARMADA, MUROS DE CONTENCION Y ANCLAJES" Facultad De Ingenieria. Intensivo 2010. Universidad de los Andes. webdelprofesor.ula.ve/ingenieria/nbelandria/materias/