Sostenimiento de Taludes

MUNICIPALIDAD METROPOLITANA DE LIMA

N Doc.: Rev.:

8668-ES-14-GE 2

Emisin: Pgina:

17 / 10 / 12 01 de 50

Proyecto: Emite

VA EXPRESA LNEA AMARILLA Proyectista TCNICA Y PROYECTOS, S.A.

(TYPSA)

Objeto: Emite

Estudio de la estabilidad de taludes para la excavacin del tnel

PK 17+060 al 17+340

Documentos de Referencia:

Documentos Resultantes

Observaciones

Correcciones CQP

2 APL/TYPSA 17/10/2012

1 MTG/TYPSA 10/08/2012

REV. RESP. TC. / EMITE FECHA REV. RESP. TC. / EMITE FECHA

.DOC

EMITE CLIENTE

TCNICA Y PROYECTOS, S.A. (TYPSA) LAMSAC Lnea Amarilla

DOCUMENTO TCNICO

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CONTROL DE LA EJECUCIN

Actividad Nombre Revisin / Categora

GE MTG 1

GE APL 2

Actividad EL Elaboracin

V1 Verificacin de 1 nivel V2 Verificacin de 2 nivel

AP Aprobacin

Control de las revisiones

Revisin Revisin Revisin

del Doc. 0 del Doc. 0 del Doc. 0

Pgina Revisin de pgina Pgina Revisin de Pgina Pgina Revisin de pgina

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NDICE

1. INTRODUCCIN ....................................................................................................................................... 42. DATOS DE PARTIDA ............................................................................................................................... 43. PARMETROS GEOTCNICOS .............................................................................................................. 74. HIPOTESIS DE CLCULO ....................................................................................................................... 8

4.1. Metodologa de clculo ....................................................................................................................... 84.2. Consideracin del sismo ................................................................................................................... 104.3. Consideraciones adicionales ............................................................................................................ 10

5. PROTECCIN DE TALUDES ................................................................................................................. 115.1. Anclajes pasivos (soil-nailing) ........................................................................................................... 115.1. Clculo estructural de la cara de hormign ...................................................................................... 12

6. CLCULOS DE ESTABILIDAD .............................................................................................................. 206.1. P.K. 17+090, talud izquierdo ............................................................................................................. 216.2. P.K. 17+110, talud izquierdo ............................................................................................................. 236.3. P.K. 17+130, talud izquierdo ............................................................................................................. 256.4. P.K. 17+220, talud izquierdo ............................................................................................................. 276.5. P.K. 17+220, talud derecho .............................................................................................................. 296.6. P.K. 17+240, talud izquierdo ............................................................................................................. 306.7. P.K. 17+240, talud derecho .............................................................................................................. 326.8. P.K. 17+250, talud izquierdo ............................................................................................................. 336.9. P.K. 17+250, talud derecho .............................................................................................................. 356.10. P.K. 17+320, talud izquierdo ............................................................................................................. 366.11. P.K. 17+330, talud izquierdo ............................................................................................................. 386.12. P.K. 17+330, talud derecho .............................................................................................................. 406.13. P.K. 17+330, talud derecho superior ................................................................................................ 42

7. ANLISIS TENSO-DEFORMACIONALES ............................................................................................. 437.1. Talud izquierdo del P.K. 17+220 ....................................................................................................... 44

8. RESUMEN ............................................................................................................................................... 48

APNDICE 1: Planos

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1. INTRODUCCIN

Para la construccin de la nueva Va Expresa Lnea Amarilla en la ciudad de Lima, se proyecta un tnel de 1.6 km de recorrido por debajo del ro Rmac. La metodologa constructiva para la ejecucin del tnel consiste en el desvo temporal del ro mediante la construccin de un canal, y la estabilizacin de los taludes de excavacin para abrir un tajo completo para la construccin posterior del falso tnel mediante mtodos convencionales.

Para la estabilizacin de los taludes de excavacin en el tramo de 280 m comprendido entre las progresivas 17+060 y 17+340 se ha propuesto la tecnologa soil-nailing en ambos taludes.

La tecnologa soil-nailing consiste en la instalacin de pernos pasivos de alta resistencia insertados en un terreno granular (suelos sueltos), de forma que aporten a los cortes realizados la suficiente resistencia para garantizar su estabilidad durante las etapas de excavacin y construccin del tnel.

En el talud izquierdo se ha analizado adems la necesidad o no de limitar las deformaciones sobre las estructuras prximas, ya que los movimientos del terreno inherentes a la tcnica flexible del soil-nailing podran producir deformaciones inasumibles en la plataforma de la Va de Evitamiento.

El Ro Rmac, en este tramo, debe pasar del lado derecho en la seccin de mayor kilometraje (aguas arriba), al lado izquierdo de la Lnea Amarilla. Se ha considerado que el desvo provisional por el lado derecho es viable en toda la longitud de la obra en este tramo, por lo que se puede emprender la misma con el ro desviado por la derecha de la Lnea Amarilla mientras se ejecuta la misma.

En el lado izquierdo de las excavaciones se encontrar la Va Evitamiento a una distancia variable en funcin de la seccin considerada.

En el presente informe, en base a la informacin proporcionada por OAS, se ha comprobado la estabilidad de los taludes y se ha optimizado la solucin en la medida de lo posible.

En los planos adjuntos a este documento se detalla la solucin propuesta.

2. DATOS DE PARTIDA

Tal y como se ha indicado en el apartado anterior, en el presente informe se analiza la estabilidad de los taludes de excavacin, optimizando la solucin en la medida de lo posible.

Para ello, se ha considerado la topografa del tramo y la geometra de las secciones representativas proporcionadas por OAS, y se ha considerado como punto de partida una solucin tipo soil-nailing.

De la misma forma, los parmetros geotcnicos, efectos ssmicos y sobrecargas consideradas se han utilizado segn las indicaciones del cliente OAS.

Adicionalmente se ha contado con los documentos:

Estabilizacin Va Parque Rmac. Etapa 1. Proporcionado por OAS. Estabilizacin Va Expresa Lnea Amarilla. Tramo 17+240 a 17+280 Lado Izquierdo. Proporcionado

por OAS.

Ambos documentos contienen soluciones de estabilizacin con pernos pasivos en zonas que ya se han ejecutado y que han sido tenidos en cuenta en el clculo. Concretamente en los taludes superiores de los tramos 17+230 a 17+270 y 17+280 a 17+340.

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Se ha analizado las secciones transversales en el tramo previsto, tramificando segn geometras similares que puedan ser modelizadas de acuerdo a una seccin estandarizada para una longitud concreta.

En la siguiente tabla se realiza la tramificacin considerada para la posterior eleccin de las secciones de clculo. Los extremos de los tramos corresponden con secciones transversales extradas de los planos recibidos.

n Tramo Taludizquierdo Taludderecho Observaciones1 17+06017+090 1H:1V Despreciable2 17+10017+110 1H:2V Despreciable3 17+12017+130 1H:5V Despreciable4 17+14017+220 Vertical 1H:1V Muroizquierdosubverticalarespetar5 17+23017+240 1H:5V 1H:5V Nailejecutadoshayquequitarlosparaeldefinitivo6 17+25017+270 1H:5V 1H:5V Sepuedenaprovecharnails

Superior1H:2VconnailsejecutadosInferior1H:5V

Superior1H:2Vconnailsejecutados ClculoizquierdocongeometradecanalInferior1H:5V8 17+32017+340 1H:5V

TRAMOSYSITUACIONESDECLCULO

7 17+28017+320 1H:5V

Tabla 1.Sectorizacin del tramo estudiado

En los tramos en los que se han desarrollado los nailings de las zonas superiores, se ha calculado con su contribucin. Sin embargo, en el sector 17+230 a 17+240, las exigencias geomtricas finales de la obra obligan a que los nails ejecutados deban ser retirados para la ejecucin correcta del talud con el desarrollo previsto.

En el informe se han considerado ocho secciones tpicas a lo largo del tramo objeto de anlisis y que responden a los tramos anteriormente definidos.

n Tramo Seccin Comentarios Seccin Comentarios1 17+06017+090 17+0902 17+10017+110 17+1103 17+12017+130 17+1304 17+14017+220 17+220 Estudiodedeformaciones 17+2205 17+23017+240 17+2406 17+25017+270 17+250 17+250

SECCIONESTRANSVERSALESCONSIDERADASENCADATRAMO

Mismasituacinquen8Dcho

8 17+32017+340 17+330 Geometracompuesta+geomcanal 17+330

LADOIZQUIERDO LADODERECHO

7 17+28017+320 17+320 Geometracompuesta 17+320

Tabla 2.Secciones de clculo elegidas del tramo estudiado

Como se observa en las tablas anteriores, los taludes que se analizan en el presente documento quedan del siguiente modo:

Seccin n 1. P.K. 17+090: Presenta una altura total de 5.39 m. El talud de excavacin del lado izquierdo es 1H:1V, propuesto sin proteccin. A la izquierda de dicha seccin queda la va de Evitamiento. A la derecha, la canalizacin del Ro Rmac deja un talud de excavacin de altura muy reducida. Se ha estudiado la estabilidad del talud izquierdo de esta seccin.

Seccin n 2. P.K. 17+110: La geometra del talud izquierdo se verticaliza a 1H:2V, empleando shotcrete en la superficie de talud. La altura del mismo se cifra en 5.73 m con la Va de Evitamiento muy cerca de la coronacin del talud de excavacin. A la derecha, igual a la seccin anterior, la

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restitucin del Ro Rmac en canalizacin, deja un talud de altura reducida. Se ha estudiado la estabilidad para el talud izquierdo.

Seccin n 3. P.K. 17+130: El talud izquierdo evoluciona hacia la vertical, adoptando una geometra 1H:5V que se propone con shotcrete en la cara superficial. La altura resultante es de 6.55 m. La va de Evitamiento contina adosada en la coronacin del talud. El lado derecho sigue con las mismas caractersticas que hacia el inicio del tramo. Se ha estudiado la estabilidad del talud izquierdo de esta seccin.

Seccin n 4. P.K. 17+220: Se trata de la seccin con mayor restriccin lo que obliga a adoptar un talud subvertical, que se prev con una altura de 11.92 m. La Va de Evitamiento queda en coronacin por lo que deben extremarse las precauciones para que las deformaciones en la misma sean admisibles para el trfico rodado. En el lado derecho se ha previsto un talud de altura moderada de 4.42 m, con un talud 1H:5V con shotcrete en su paramento. El espacio disponible hacia la margen derecha es amplio, por lo que se considera viable suavizar el talud derecho si fuera necesario. Han sido estudiadas las condiciones de estabilidad de ambas mrgenes. Adicionalmente se ha realizado un estudio de deformaciones del talud izquierdo con los refuerzos propuestos para comprobar su aptitud.

Seccin n 5. P.K. 17+240: En el lado izquierdo las condiciones geomtricas permiten suavizar el talud a 1H:5V. Si bien, continua la Va de Evitamiento en coronacin. La altura de este talud es de 13.12 m. Se ha colocado nailing en la zona superior con una geometra que no es la definitiva, lo que hace necesaria su retirada previa a la excavacin del talud final. En el lado derecho tambin se prev una excavacin para el encaje del tnel. El talud de excavacin inicialmente previsto es 1H:5V, por lo que resulta una altura de 5.27 m en el lado derecho. El espacio disponible hacia la margen derecha es amplio, por lo que se considera viable suavizar el talud derecho si fuera necesario. Han sido estudiadas las condiciones de estabilidad de ambas mrgenes.

Seccin n 6. P.K. 17+250: Las condiciones geomtricas son similares a la seccin anterior en el lado izquierdo, aunque en la parte superior se ha colocado un pequeo retaluzado en el que se disponen dos filas de nailing ejecutadas y que pueden mantenerse para la excavacin definitiva. La inclinacin del talud es 1H:5V (ligeramente suavizado en coronacin) con una altura de 13.53 m. Para el lado derecho se ha previsto un talud 1H:5V con una altura de 6.01 m. El espacio disponible hacia la margen derecha es amplio, por lo que se considera viable suavizar el talud derecho si fuera necesario. Han sido estudiadas las condiciones de estabilidad de ambas mrgenes.

Seccin n 7. P.K. 17+320: La altura de la excavacin es creciente en el lado izquierdo por lo que se adopta una geometra de talud compuesto. La Va de Evitamiento no queda en coronacin, lo que permite suavizar los taludes. Para la zona superior se ha previsto un talud 1H:2V con una altura aproximada de 9.81 m. Para la zona inferior del talud se prev una geometra 1H:5V y altura 6.58 m. Se ha tenido en cuenta que las tres filas superiores de soil nailing ya estn ejecutadas en el momento de redaccin del presente informe, por lo que se ha continuado con el diseo del sostenimiento en descenso. Para el lado derecho, se ha previsto un talud 1H:5V de altura 8.43 m. En este caso si hay restricciones por el lado derecho y un eventual suavizado de taludes podra no ser beneficioso, afectando a una altura de ladera importante. Se ha estudiado la estabilidad del talud izquierdo de esta seccin. El lado derecho se ha estudiado en la seccin siguiente (17+330) por tener condiciones psimas respecto a la presente.

Seccin n 8. P.K. 17+330: La nica diferencia respecto a la seccin anterior es que en el lado izquierdo se encaja la excavacin del canal de desvo del ro, por lo que se prevn taludes verticales en la zona superior. Igualmente se prevn las tres primeras filas de nailing ejecutadas, geometra

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1H:2V para los 9.39 m superiores (y el canal insertado en esta zona) y 1H:5V para los 6.58 m inferiores. Para el lado derecho, se ha previsto un talud 1H:5V de altura 9.10 m que no puede suavizarse porque afectara a la plataforma derecha adyacente, dejando una altura de ladera significativamente importante. Han sido estudiadas las condiciones de estabilidad de ambas mrgenes.

3. PARMETROS GEOTCNICOS

Los parmetros geotcnicos indicados y utilizados en el presente informe son los proporcionados por OAS, que segn el mismo, se basan en el estudio del diseo original del sostenimiento lateral del tnel mediante anclajes activos realizado por la empresa Maffei Engenharia.

En la zona objeto de anlisis se consideran dos unidades geotcnicas diferenciadas:

- Unidad A: Gravas y arenas sueltas. Es la unidad geotcnica ms superficial, y su base se sita aproximadamente a cota de ro.

- Unidad B: Grava arenosa densa. Es la unidad geotcnica profunda, donde se apoya la estructura del falso tnel.

Se ha considerado que el lmite entre la unidad A y la unidad B se encuentra a la cota de cimentacin de los muros que encauzan el ro por ambas mrgenes.

De la unidad geotcnica B se dispone de ensayos triaxiales y de corte en clula de gran tamao que arrojan valores de rozamiento del orden de los 45. No obstante, del lado de la seguridad se han empleado parmetros deducidos para la matriz del aluvial, sin considerar los bolos de gran tamao existentes en su seno.

As pues, los parmetros de las unidades geotcnicas consideradas en el presente informe son las siguientes:

Unidad Cota

superior (msnm)

Cota inferior (msnm)

Potencia estrato

(m)

Peso unitario (kN/m3)

Cohesin (kN/m2)

ngulo de friccin

interna ()

Mdulo Young (MPa)

A Gravas y arenas sueltas

146 137.8 8.2 20 2 33 80

B Grava arenosa densa

137.8 127 10.8 21.5 10 37 200

Tabla 3. Parmetros caractersticos geotcnicos de las unidades presentes

Los anlisis en rotura realizados en el presente informe se han llevado a cabo mediante la aplicacin de coeficientes de seguridades parciales, segn se indica en los cdigos europeos EC7. Por su parte, los anlisis de deformaciones no llevan aplicados factores reductores de la resistencia.

Aplicando los Factores de Reduccin de los Parmetros resistentes del suelo, los parmetros utilizados en los clculos en rotura (estabilidad de taludes) realizados son los siguientes:

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Unidad Peso unitario

(kN/m3) Cohesin (kN/m2)

ngulo de friccin interna ()

Mdulo Young (MPa)

A Gravas y arenas sueltas 20 1.73 28.69 80

B Grava arenosa densa 21.5 8.69 32.17 200

Tabla 4. Parmetros de clculo geotcnicos utilizados

4. HIPOTESIS DE CLCULO

4.1. Metodologa de clculo

Tal y como se ha indicado en el apartado anterior, los anlisis realizados en el presente informe se han llevado a cabo mediante la aplicacin de coeficientes de seguridad parciales, segn se indica en los cdigos europeos EC7.

El concepto de seguridad parcial aplica factores de mayoracin para las acciones y de minoracin para las reacciones en las ecuaciones, de tal forma que al final del clculo las acciones tienen que ser simplemente menores que las reacciones. De la relacin entre acciones y reacciones se obtiene un Factor de Uso que deber ser siempre menor a 1 para asegurar la estabilidad del sistema.

Los coeficientes de seguridad parciales dependen de los casos de carga. En este informe se presentan los anlisis correspondientes a la situacin lmite durante las etapas constructivas del proyecto, y concretamente se analiza la etapa constructiva peor de todas que corresponde a la etapa de mxima excavacin.

La situacin lmite respecto a la seguridad de las excavaciones se produce durante las etapas constructivas, obteniendo los factores de uso ms cercanos a 1. En las situaciones para uso permanente o definitivo o la situacin lmite extraordinaria o ssmica se obtienen factores de uso muy inferiores a los obtenidos para las etapas constructivas, siendo por consiguiente dichas etapas las que determinan el criterio de diseo.

En la siguiente tabla se indican los coeficientes parciales para la situacin lmite durante las etapas constructivas del proyecto:

Factores de Reduccin de los Parmetros resistentes del suelo

Coeficiente del ngulo de friccin interna 1.15

Coeficiente para la cohesin C 1.15

Factores de Mayoracin de las acciones desestabilizantes

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Acciones permanentes, peso propio del suelo G 1.00

Acciones variables desfavorables Q 1.20

Factores de Reduccin de los Pernos

Resistencia del perno 1.15

Resistencia al arrancamiento del bulbo 1.10

Tabla 5. Coeficientes parciales de reduccin y mayoracin.

Para analizar la estabilidad de las excavaciones proyectadas se ha utilizado el mtodo de equilibrio lmite mediante el software GEOSLOPE. Dicho software permite determinar el factor de seguridad (inverso del factor de uso) mediante los mtodos de Bishop y Janbu, entre otros.

El mtodo de Bishop plantea un cuerpo de falla circular dividido por dovelas (rebanadas verticales) de ancho uniforme o variable. En cada dovela se realiza el clculo de equilibrio de fuerzas verticales y se determina el factor de seguridad a partir de la sumatoria de momentos con respecto al punto de giro.

En el mtodo de Janbu utilizado en los anlisis del presente documento se ha planteado un cuerpo de falla delimitado por tres superficies planas (rotura en bloque), de forma que corte a los pernos de la manera ms desfavorable. El programa divide el bloque deslizante en dovelas en las que se realiza el clculo de equilibrio de fuerzas verticales y se determina el factor de seguridad a partir de la sumatoria de fuerzas.

Se ha empleado el mtodo de Bishop (rotura circular) para determinar la seguridad global del talud, mientras que se ha empleado la rotura tipo bloque calculada mediante el mtodo de Janbu para determinar la seguridad interna del suelo reforzado.

La solucin proyectada inicialmente (soil-nailing con pernos pasivos) consiste en reforzar los taludes de excavacin mediante la colocacin de pernos pasivos. Los elementos pasivos se caracterizan por entrar en carga cuando se produce una deformacin. Durante la excavacin de la obra se producirn deformaciones y los pernos se irn cargando.

Es por este motivo que en los taludes proyectados con este sistema de refuerzo se vern sometidos a deformaciones que pueden no ser admisibles para las estructuras cercanas. Para analizar las deformaciones que pueden producirse se ha realizado un modelo numrico con elementos finitos mediante el software PLAXIS 2D. En el caso que dichas deformaciones no sean admisibles para las estructuras cercanas, se podran reducir las deformaciones mediante la aplicacin de anclajes activos, los cuales estn sometidos a carga desde el primer momento y no se requiere de deformaciones adicionales para que entren en carga.

As pues, se ha realizado el anlisis tenso-deformacional mediante mtodos numricos para el talud izquierdo de la seccin 17+220, dado que se ha previsto una excavacin subvertical junto a la Va de Evitamiento.

En cualquier caso, se recomienda realizar un control y seguimiento de la auscultacin durante la construccin de los taludes, as como de las estructuras cercanas para detectar posibles movimientos que puedan influir en la funcionalidad de dichas estructuras.

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4.2. Consideracin del sismo

Tal y como se indic en el apartado anterior, el diseo del sistema de refuerzo de los taludes de excavacin viene determinado por las etapas constructivas. La zona inferior del talud quedar completamente cubierta y tendr un relleno de material granular entre el tnel y el talud, dando su peso y empuje pasivo adicional que no permitir que exista una falla de estabilidad durante la vida til del proyecto. Por este motivo, la zona inferior se considera en el diseo como temporal.

El coeficiente ssmico adoptado para todos los estados constructivos del tnel, corresponden a un perodo de retorno equivalente a 200 aos, adoptando un nivel de riesgo del 10% para un perodo de vida til de 20 aos. Para perodos de retorno de 200 aos el estudio de riesgo ssmico del proyecto establece la aceleracin ssmica bsica entre 0.30g y 0.31g.

Para el dimensionamiento del refuerzo de los taludes temporales del proyecto (etapas constructivas), se considera el 50% de la aceleracin bsica, dando un coeficiente ssmico horizontal para el anlisis pseudo-esttico de los muros en la parte alta del talud de Kh=0.155g.

4.3. Consideraciones adicionales

Aunque solamente en la parte superior se considera el sistema soil-nailing de forma permanente, todos los pernos sern del tipo permanente, y deben llevar una proteccin adecuada contra la corrosin.

La estructura de anclajes permite deformaciones en el terreno, que se producirn a medida que se vaya realizando la excavacin. Sin embargo, y de forma conservadora, se considera que pueden producirse todava algunas deformaciones una vez el tnel est construido. Aunque parte de dichas deformaciones residuales sern absorbidas por el relleno de material granular entre el tnel y el talud, no se puede asegurar que el talud no transmitir ningn empuje al tnel en el futuro. Es por este motivo que se recomienda disear las paredes del tnel para empujes de al menos el 50% del empuje lateral del suelo.

En los clculos realizados, se ha considerado una sobrecarga mnima de trfico a nivel de la coronacin de los taludes, y zonas con trfico de vehculos, igual a 10 kN/m2, que aplicando los coeficientes de mayoracin parciales corresponden a un valor de 12 kN/m2.

Aunque durante las fases constructivas se producir un drenaje a travs del propio tajo de la obra, se ha considerado que existirn prdidas del eventual canal de desviacin del lado derecho. Para que no se produzcan empujes mayores en el trasds del hormign proyectado, ser necesario la disposicin de drenes de capa o barbacanas que permitan la salida del agua que puede llegar a las protecciones de los taludes. En el clculo en rotura, del lado de la seguridad, se ha considerado un nivel fretico alto en el lado derecho, producido por el caudal que circula por el desvo del ro. En el lado izquierdo se supone que la excavacin drena por completo el subsuelo, dada la relativamente alta permeabilidad del terreno (gravas y arenas).

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5. PROTECCIN DE TALUDES

El sistema de proteccin y estabilidad de taludes soil-nailing consiste en el sostenimiento de la excavacin de un corte en suelos mediante hormign proyectado y pernos de anclaje pasivos. En los siguientes apartados se indican las caractersticas de los elementos que conforman el sistema soil-nailing y el clculo de los elementos estructurales.

5.1. Anclajes pasivos (soil-nailing)

Para los anlisis y diseo del soil-nailing se han utilizado las barras de anclaje pasivo del tipo TITAN 40/16 de la firma Ischebeck, los cuales tienen la caracterstica de ser autoperforantes, siendo la armadura misma del anclaje la barra de perforacin e inyeccin. Esta es una caracterstica fundamental, que asociada a la alta calidad de los elementos componentes del sistema (barras, acoples, etc...) resulta en una solucin de alta velocidad de ejecucin en terreno.

Los anclajes TITAN estn compuestos por barras huecas con rosca externa continua en toda su longitud. La longitud de fabricacin de estas barras es de 3.0 metros, y se empalman mediante manguitos roscados hembra-hembra, siendo siempre posible empalmar barras hasta alcanzar las longitudes totales deseadas, cortndose las barras en caso de ser necesario.

La perforacin con barras TITAN puede ser rotativa pura o por rotopercusin en cabeza, eligindose la broca de perforacin segn las condiciones del terreno. Como la lechada de cemento cumple la funcin de fluido de perforacin, se inyecta durante todo momento mientras se perfora, retornando gran parte de la suspensin por el espacio anular que queda entre la barra y suelo.

La capacidad de carga interna del nail est dada por la capacidad de carga de la barra de acero.

Tabla 4. Caractersticas de los pernos de anclaje

Dado que en el diseo se utiliza un anlisis de estado lmite ltimo mediante factores de seguridad parciales, se utiliza la resistencia de fluencia caractersticas de estas barras para el clculo.

Tal y como se ha indicado anteriormente, los anclajes pasivos se consideran de forma permanente, por lo que debern estar protegidos mediante una proteccin anticorrosiva. Dicha proteccin se lleva a cabo mediante un espesor mnimo de recubrimiento de lechada de cemento de 35 mm, que se garantiza mediante los centradores.

Para determinar la resistencia de los anclajes pasivos, se considera un dimetro de perforacin de 70 mm que genera en el tipo de suelo de proyecto un dimetro de bulbo final de 0.145 m. Adicionalmente se ha

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considerado conservadoramente que el suelo puede activar una friccin lateral de 150 kN/m2 en la unidad correspondiente a gravas y arenas sueltas, mientras que se puede activar una friccin lateral de hasta 200 kN/m2 para la unidad de gravas arenosas densas.

Independientemente de lo anterior, y para corroborar estos valores, se debern realizar pruebas de arrancamiento de los anclajes proyectados en los materiales in situ y a distintos niveles.

5.1. Clculo estructural de la cara de hormign

Descripcin del funcionamiento

Dentro del sistema de anclas diseado la cara de hormign proyectado tiene diversas funciones, como proporcionar confinamiento lateral al terreno entre las propias barras o dar un acabado decorativo al talud. Es la primera funcin la que interesa y la que se utiliza para el diseo; este diseo contempla la determinacin del espesor de material necesario, la calidad de los materiales, el clculo del armado y las dimensiones de la chapa de anclaje de la barra.

A grandes rasgos, la cara de hormign debe retener localmente el suelo entre las anclas; el primer parmetro determinante en el diseo es la separacin entre las barras: cuanto mayor sea su separacin ms se aproximar el problema a un muro de retencin convencional. Por otro lado, la distribucin de la presin no es uniforme: el efecto arco tiende a desarrollarse en horizontal y vertical, concentrando las tensiones en los alrededores de las anclas.

La incertidumbre en la presin desarrollada y su distribucin hace adoptar hiptesis conservadoras a la hora de disear esta parte del sistema, para ello se sigue la metodologa recogida en el Manual for design and construction monitoring of soil nail walls del FHWA, 1998, por su extensin de aplicacin y estar contrastada por la prctica. Siguiendo esta publicacin, los modos de fallo crticos a contemplar en el diseo de la cara de hormign son la flexin y el punzonamiento. Adems, se aade la comprobacin local de resistencia en la conexin.

Figura 4. Desarrollo de presiones tras el ancla.

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a) Flexin

La resistencia a flexin se formar con el desarrollo de lneas plsticas a lo largo de la cara de hormign. Los mecanismos plsticos crticos se formarn con lneas radiales de momentos negativos alrededor de la cabeza de las anclas y con lneas de positivos en las zonas medias entre barras.

La formulacin propuesta por el FHWA para determinar el tiro mximo en el ancla por flexin es la siguiente:

En la expresin, TFN es la resistencia del ancla buscada; CF es un coeficiente de seguridad que vale 1 en caso de caras permanentes; mv son los momentos unitarios, SH y SV son las separaciones horizontales y verticales respectivamente entre anclas.

Es necesario desarrollar el concepto del coeficiente CF. ste representa la no-uniformidad en el reparto de la presin del suelo; cuanto mayor es menos uniforme es la presin y ms punta se adopta tras la barra. Es por ello que se aplica la unidad para sostenimientos permanentes, para no dejar trabajar al terreno fuera del rango elstico.

Para determinar el momento resistido unitario, se propone la siguiente expresin:

En esta expresin, As es el rea de armadura dispuesta; Fy el lmite de fluencia del armado; b es la anchura unitaria de la cara del muro (SH es la anchura o separacin entre barras); fc es la resistencia a compresin del hormign; d es el canto til de la seccin.

Las ecuaciones anteriores estn pensadas para esfuerzos predominantes horizontales. En caso de separaciones horizontales y verticales diferentes, deben chequearse en las dos direcciones, en funcin de la distancia predominante que suponga una mayor luz de clculo.

b) Punzonamiento

El fallo por punzonamiento supone la rotura del cono de corte centrado alrededor de la cabeza de la cabeza del ancla. Para considerar la resistencia a punzonamiento de la cara de hormign se tiene en cuenta la disminucin en la solicitacin que proporciona la propia reaccin del terreno.

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Figura 5. Esquema de la reaccin del terreno frente al punzonamiento.

La expresin para evaluar la resistencia a punzonamiento de la cara de hormign se basa en la formulacin de la ACI, convenientemente corregida para adaptarla al problema que nos ocupa, con una superficie cnica y aplicando la reaccin del terreno. La resistencia bsica se evala:

que es la conocida expresin del ACI, donde fc es la resistencia a compresin del hormign empleado y Dc y hc es el canto de la escama de hormign.

De forma conservadora se puede aproximar la mxima carga por ancla con la resistencia a punzonamiento anterior. Sin embargo, para aprovechar de forma ms realista la capacidad del sistema se puede aumentar considerando la disminucin por la reaccin del terreno con la siguiente expresin:

Donde Ac y AGC tienen el significado expresado en la imagen anterior; Cs es el coeficiente de seguridad, que se adopta como 1 para casos permanentes y Sv y Sh es la separacin vertical y horizontal de las barras.

c) Comprobacin local anclaje

La ltima comprobacin que se realiza es la tensin transmitida al hormign. Para ello se divide la carga de clculo por el rea de la chapa de acero, que se considera cuadrada de lado a, y se comprueba que la tensin transmitida es inferior al 60 % de la resistencia de compresin del hormign:

s = TFN/a2 < 0.6.fck

Con esta tensin se determina el espesor necesario de placa, con la siguiente expresin, deducida de la plastificacin:

t (cm) = 0,0412 . (s. a2/8)1/2

Con la tensin expresada en kg/cm2 y la dimensin a tambin en cm.

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Por ltimo, se coloca un armado de refuerzo local suficiente para resistir las tracciones inducidas por el esfuerzo local, de valor:

As (cm2) = 0,006 . TFN (kN)

Expresin vlida para un acero de lmite de fluencia 420 MPa.

Diseo

Como se ha mostrado en el apartado anterior, el principal parmetro de diseo es la separacin entre barras. Se busca uniformizar, para simplificar la construccin, los materiales (resistencias del hormign y del acero), los armados, el espesor de la cara y de los detalles de conexin. Se adopta como dato las caractersticas de las anclas (dimetro del bulbo, material de las barras).

Como las caras de hormign no pueden ser limitantes en la resistencia del sistema, para su diseo se comprobar que tienen suficiente capacidad como para resistir toda la capacidad de las propias anclas, adoptando la carga caracterstica del lmite de fluencia del acero: no se superar este valor, pues ello supondra la ruina del sistema por otros modos de fallo. Adems se tiene el coeficiente de seguridad adicional derivado de considerar coeficientes de reparto 1 en el clculo de la flexin y el punzonamiento, lo que supone no dejar trabajar al terreno ms all de su rango elstico.

Respecto al clculo del hormign, ste se realiza considerando la capacidad ltima de las barras. Con este criterio el diseo se hace con carga ltima, con toda la capacidad del ancla.

Los taludes son muy verticales, por lo que la carga transmitida es prcticamente ntegra. Como carga objetivo de diseo, teniendo en cuenta los coeficientes de seguridad, se fija en 400 kN, por el lmite de fluencia de las barras para las anclas pasivas.

Se adoptan dos secciones tipo, en funcin de la separacin genrica de las anclas. La separacin vertical vara poco y est en torno a los 2 m, condicionados por la propia construccin. En cuanto a la separacin horizontal hay dos modulaciones principales, 1,5 m y a 3 m.

a) Sh = 1,5. Sv = 2,0. Anclas pasivas. Comprobacin a flexin.

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1.GeometraSh= 1500 mm SeparacinhorizontalSv= 2000 mm Separacinverticalh= 150 mm Cantodelaseccin

h1= 40 mm Recubrimientosuperiorh2= 50 mm Recubrimientoinferiord1= 100 mm Cantotil,momentonegativod2= 110 mm Cantotil,momentopositivo

CF= 1 Coeficientedeseguridad

2.MaterialesFy= 420 Mpa Lmitefluenciaacerofc= 25 MPa LmiteacompresinhormignAs,inf= 503 mm2/m ArmadobaseinferiorAs,sup= 503 mm2/m Armadobasesuperior

(mm) Separacion(mm)Mallainferior 8 100Mallasuperior 8 100

DATOS

Armadoderefuerzo(mm) nmero

Barrasneg. 16 6Barraspos. 12 0

As,inf= 1960 mm2/m Armadoinferior,negAs,sup= 754 mm2/m Armadosuperior,pos

mv,neg= 47,80 kN.m/mmv,pos= 22,17 kN.m/m

TFN= 419,8 kN

COMPROBACIONVERTICAL





TFN= 450,5 kN

COMPROBACIONHORIZONTAL

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Comprobacin a punzonamiento

1.Geometrabpl= 200 mm AnchodelaplacaDgc= 140 mm Dimetrobulboh= 210 mm Cantodelaseccin


Cs= 1 Coeficientedeseguridadfc= 25 MPa Lmiteacompresinhormign

DATOS

D'c= 370 mm DimetropunzonadoVn= 403 kN ResistenciapunzonadosimpleDc= 620 mm DimetropunzonadocontraelsueloAgc= 15394 mm2 reabulboAc= 301907 mm2 reapunzonadocontraelsuelo

TFN= 470.7 kN

COMPROBACIONPUNZONADO

Comprobacin local anclaje Comprobacin tensin.-

s = 466/0.202 = 11650 kPa< 0.6.fck = 15000 kPa

Espesor chapa.-

t (cm) = 0,0412 . (116,5. 202/8)1/2 = 3,14 cm 32 mm Armado local.-

As (cm2) = 0,006 . 465 = 2,8 cm2

b) Sh = 3,0. Sv = 2,0. Anclas pasivas.

Comprobacin a flexin.

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1.GeometraSh= 3000 mm SeparacinhorizontalSv= 2000 mm Separacinverticalh= 150 mm Cantodelaseccin


CF= 1 Coeficientedeseguridad

2.MaterialesFy= 420 Mpa Lmitefluenciaacerofc= 25 MPa LmiteacompresinhormignAs,inf= 503 mm2/m ArmadobaseinferiorAs,sup= 503 mm2/m Armadobasesuperior

(mm) Separacion(mm)Mallainferior 8 100Mallasuperior 8 100

DATOS





TFN= 681,3 kN

COMPROBACIONVERTICAL





TFN= 405,7 kN

COMPROBACIONHORIZONTAL

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Comprobacin a punzonamiento

1.Geometrabpl= 200 mm AnchodelaplacaDgc= 140 mm Dimetrobulboh= 210 mm Cantodelaseccin


Cs= 1 Coeficientedeseguridadfc= 25 MPa Lmiteacompresinhormign

DATOS

D'c= 370 mm DimetropunzonadoVn= 403 kN ResistenciapunzonadosimpleDc= 620 mm DimetropunzonadocontraelsueloAgc= 15394 mm2 reabulboAc= 301907 mm2 reapunzonadocontraelsuelo

TFN= 470.7 kN

COMPROBACIONPUNZONADO

Comprobacin local anclaje Comprobacin tensin.-

s = 466/0.202 = 11650 kPa< 0.6.fck = 15000 kPa

Espesor chapa.-

t (cm) = 0,0412 . (116,5. 202/8)1/2 = 3,14 cm 32 mm Armado local.-

As (cm2) = 0,006 . 465 = 2,8 cm2.

Este armado se cubre con el mallazo de armado mnimo, que propociona 5 cm2/m.

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Resumen de resultados

A partir de los resultados del clculo se propone:

Espesor de escama de hormign mnimo de 150 mm, con resistencia a compresin a los 28 das de 25 MPa. Este espesor se recrece ligeramente en la conexin del ancla pasiva hasta conseguir un espesor mnimo de 210 mm.

Armado base con mallazos de 8 a 10 cm. Este armado se refuerza en la capa inferior en el entorno de las anclas pasivas a 1.5 m, con 616 horizontales. Para la separacin horizontal de 3 m, el refuerzo es de 1016 horizontales y 616 verticales.

Las chapas de conexin sern cuadradas de 200 x 200 x 35 mm.

6. CLCULOS DE ESTABILIDAD

En este apartado se presentan los clculos de estabilidad realizados para los taludes analizados:

P.K. 17+090. Talud izquierdo P.K. 17+110. Talud izquierdo P.K. 17+130. Talud izquierdo P.K. 17+220. Talud izquierdo y derecho P.K. 17+240. Talud izquierdo y derecho P.K. 17+250. Talud izquierdo y derecho P.K. 17+320. Talud izquierdo P.K. 17+330. Talud izquierdo y derecho P.K. 17+330. Talud superior derecho

Los clculos que se presentan en este apartado son clculos en rotura y no tienen en cuenta la deformabilidad.

Se ha considerado situacin ms crtica, que corresponde a la situacin constructiva de mxima excavacin, con aplicacin de todas las sobrecargas y la aceleracin ssmica.

Para cada talud, se ha analizado la estabilidad global con rotura circular por el mtodo de Bishop, y la estabilidad local de rotura de un bloque que corte a las anclas pasivas del soil-nailing por el mtodo de Janbu. En los siguientes apartados se presentan los resultados obtenidos, indicando las caractersticas del sistema de soil-nailing resultante.

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6.1. P.K. 17+090, talud izquierdo

En el talud de excavacin izquierdo, para el caso de mxima excavacin y considerando todas las cargas implicadas simultneamente (peso del terreno, carga de trfico y aceleracin ssmica), se obtiene un factor de seguridad de 1.121, equivalente a un factor de uso de 0.89 frente a la rotura global de superficie circular (mtodo de Bishop).

En la siguiente figura se muestra la superficie de rotura crtica:

Figura 6. P.K. 17+090 Talud izquierdo. Superficie de rotura crtica mediante el mtodo de Bishop.

Para el mismo talud anterior frente a la rotura local de superficie poligonal (mtodo de Janbu), se obtiene un factor de seguridad de 1.076, equivalente a un factor de uso de 0.93.


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Figura 7. P.K. 17+090 Talud izquierdo. Superficie de rotura crtica mediante el mtodo de Janbu.

En ambos clculos se ha tenido en cuenta la aceleracin ssmica, as como un nivel fretico que se puede considerar desfavorable, situado en la base de la excavacin. Se observa que la superficie de rotura ms desfavorable afecta en ambos casos a la zona superior de gravas y arenas sueltas.

El clculo por el mtodo de Janbu es el ms desfavorable. Los clculos dan como resultado la longitud mnima necesaria de las anclas pasivas para que el crculo psimo sea lo bastante profundo como para que sea estable. La rotura de tipo bloque ha permitido comprobar que los bulones utilizados son suficientemente seguros.

La distribucin de anclas obtenida es de 3 m (longitudinal) en todo el talud.

El sistema de soil-nailing necesario en el talud izquierdo para alcanzar dichos factores de uso se indica en la siguiente tabla resumen:

Nivel de anclaje Longitud (m) Inclinacin Separacin

horizontal (m)

1 5.70 15 3.0

Tabla 7. Caractersticas del sistema de anclaje lado izquierdo.

Este diseo ser de aplicacin en el tramo comprendido entre el P.K. 17+060 y el P.K. 17+095, en el lado izquierdo de la excavacin del tnel. En los planos de detalle se muestra la disposicin del sistema de soil-nailing propuesto.

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En ambos clculos se ha tenido en cuenta la aceleracin ssmica, as como un nivel fretico que se puede considerar desfavorable, situado en la base de la excavacin. Se observa que la superficie de rotura ms desfavorable afecta en ambos casos a la zona superior de gravas y arenas sueltas.


La distribucin de anclas obtenida es de 3 m (longitudinal) en todo el talud.


Nivel de anclaje Longitud (m) Inclinacin Separacin

horizontal (m)

1 5.70 15 3.0


Este diseo ser de aplicacin en el tramo comprendido entre el P.K. 17+095y el P.K. 17+115, en el lado izquierdo de la excavacin del tnel. En los planos de detalle se muestra la disposicin del sistema de soil-nailing propuesto.

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En ambos clculos se ha tenido en cuenta la aceleracin ssmica, as como un nivel fretico que se puede considerar desfavorable, situado en la base de la excavacin. Se observa que la superficie de rotura ms desfavorable afecta en ambos casos a todo el talud, rompiendo por el pie.


La distribucin de anclas es de 3x2 m (horizontal vertical) en todo el talud.


Nivel de anclaje (*)

Longitud (m) Inclinacin Separacin

horizontal (m)

1 6.70 15 3.0

2 5.70 15 3.0


(*) El nivel superior de anclaje corresponde al nivel 1.


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En ambos clculos se ha tenido en cuenta la aceleracin ssmica, as como un nivel fretico que se puede considerar desfavorable, situado en la base de la excavacin. Se observa que la superficie de rotura ms desfavorable afecta en ambos casos a toda la altura de talud.


La distribucin de anclas es de 1.5x2 (horizontal vertical) en todo el talud.




horizontal (m)

1 5.70 15 1.50

2 5.70 15 1.50

3 9.70 15 1.50

4 9.70 15 1.50

5 9.70 15 1.50

6 9.70 15 1.50



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6.5. P.K. 17+220, talud derecho

En el talud de excavacin derecho, para el caso de mxima excavacin y considerando todas las cargas implicadas simultneamente (peso del terreno, carga de trfico y aceleracin ssmica), se obtiene un factor de seguridad de 1.055, equivalente a un factor de uso de 0.95 frente a la rotura global de superficie circular (mtodo de Bishop).


Figura 14. P.K. 17+220 Talud derecho. Superficie de rotura crtica mediante el mtodo de Bishop.

En dicho clculo se ha tenido en cuenta la aceleracin ssmica, as como un nivel fretico que se puede considerar desfavorable, situado en la base de la excavacin. Se observa que la superficie de rotura ms desfavorable afecta a toda la altura de talud, rompiendo por el pie.

Dado el factor de uso obtenido, no se considera necesario el refuerzo con soil-nailing.

Este diseo ser de aplicacin en el tramo comprendido entre el P.K. 17+135 y el P.K. 17+225, en el lado derecho de la excavacin del tnel.

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horizontal (m)

1 5.70 15 1.50

2 5.70 15 1.50

3 11.70 15 1.50

4 10.70 15 1.50

5 10.70 15 1.50

6 10.70 15 1.50



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Las dos primeras filas de anclajes aunque ya han sido ejecutadas, deben demolerse para realizar la excavacin con la geometra final prevista y deben reejecutarse con el talud de excavacin definitivo.



En el talud de excavacin derecho, para el caso de mxima excavacin y considerando todas las cargas implicadas simultneamente (peso del terreno, carga de trfico y aceleracin ssmica), dado que el talud previsto 1H:5V resulta un factor de seguridad inferior a 1, se ha optado por tender el talud de excavacin derecho a 1H:1V, obtenindose un factor de seguridad de 1.306, equivalente a un factor de uso de 0.77 frente a la rotura global de superficie circular (mtodo de Bishop).





Este diseo ser de aplicacin en el tramo comprendido entre el PK 17+225 y el PK 17+245, en el lado derecho de la excavacin del tnel.

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horizontal (m)

1 8.70 15 1.50

2 8.70 15 1.50

3 10.70 15 1.50

4 10.70 15 1.50

5 10.70 15 1.50

6 10.70 15 1.50



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Las dos filas superiores de anclas ya se han ejecutado y han sido consideradas en el clculo.



En el talud de excavacin derecho, para el caso de mxima excavacin y considerando todas las cargas implicadas simultneamente (peso del terreno, carga de trfico y aceleracin ssmica), dado que el talud previsto 1H:5V resulta un factor de seguridad inferior a 1, se ha optado por tender el talud de excavacin derecho a 1H:1V, obtenindose un factor de seguridad de 1.257, equivalente a un factor de uso de 0.80 frente a la rotura global de superficie circular (mtodo de Bishop).





Este diseo ser de aplicacin en el tramo comprendido entre el P.K. 17+245 y el P.K. 17+275, en el lado derecho de la excavacin del tnel.

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Los clculos dan como resultado la longitud mnima necesaria de las anclas pasivas para que el crculo psimo sea lo bastante profundo como para que sea estable. La rotura de tipo bloque ha permitido comprobar que los bulones utilizados son suficientemente seguros.





horizontal (m)

1 6.70 15 1.50

2 5.70 15 1.50

3 5.70 15 1.50

4 12.70 15 1.50

5 12.70 15 1.50

6 12.70 15 1.50

7 12.70 15 1.50

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horizontal (m)

8 12.70 15 1.50



Las tres filas superiores de anclas ya se han ejecutado y han sido consideradas en el clculo.






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horizontal (m)

1 6.70 15 1.50

2 5.70 15 1.50

3 5.70 15 1.50

4 12.70 15 1.50

5 12.70 15 1.50

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horizontal (m)

6 12.70 15 1.50

7 12.70 15 1.50

8 12.70 15 1.50



Las tres filas superiores de anclas ya se han ejecutado y han sido consideradas en el clculo.



En el talud de excavacin derecho, para el caso de mxima excavacin y considerando todas las cargas implicadas simultneamente (peso del terreno y aceleracin ssmica), se obtiene un factor de seguridad de 1.027, equivalente a un factor de uso de 0.97 frente a la rotura global de superficie circular (mtodo de Bishop). En la siguiente figura se muestra la superficie de rotura crtica:

1.10

0

1.400

1.5

00

1.600

1.700

2.500

2.80

0

2.900

1.027

Name: Grava arenosa densa Unit Weight: 21.5 kN/mCohesion: 8.69 kPaPhi: 32.17


PK 17+330TALUD DERECHOInclinacin compuesta: Variable superior 1H:5V inferiorCon refuerzo (nailing)Rotura Circular Bishop

Soil nailing ejecutado


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1.023



PK 17+330TALUD DERECHOInclinacin compuesta: Variable superior 1H:5V inferiorCon refuerzo (nailing)Rotura Bloque Janbu


Figura 26. P.K. 17+330 Talud derecho. Superficie de rotura crtica mediante el mtodo de Janbu.

En ambos clculos se ha tenido en cuenta la aceleracin ssmica, as como un nivel fretico que se puede considerar desfavorable, situado en la base de la excavacin. Se observa que la superficie de rotura ms desfavorable afecta a toda la altura de talud.


La distribucin de anclas es de 3x2 (horizontal vertical) en todo el talud.




horizontal (m)

1 11.70 15 3.0

2 11.70 15 3.0

3 12.70 15 3.0

4 10.70 15 1.5



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Este diseo ser de aplicacin en el tramo comprendido entre el P.K. 17+275 y el P.K. 17+340, en el lado derecho de la excavacin del tnel. En los planos de detalle se muestra la disposicin del sistema de soil-nailing propuesto.

6.13. P.K. 17+330, talud derecho superior

En este apartado se analiza la estabilidad del talud existente en el P.K. 17+330 en la margen izquierda del ro Rmac (lado derecho del tnel). Este talud exista previamente al inicio de los trabajos. A continuacin se analiza la estabilidad del mismo teniendo en cuenta el efecto del sismo, segn el mtodo de Bishop.

Fotografa 1. P.K. 17+330 Talud superior derecho.

En el talud existente superior derecho, considerando todas las cargas implicadas simultneamente (peso del terreno y aceleracin ssmica), se obtiene un factor de seguridad de 0.67, equivalente a un factor de uso de 1.5 frente a la rotura global de superficie circular (mtodo de Bishop). En la siguiente figura se muestra la superficie de rotura crtica. Se puede ver que se trata de una rotura superficial, debido a la baja cohesin de las gravas y arenas sueltas.

Por lo tanto el talud superior, a pesar de que es estable en la situacin actual, podra ser inestable en caso de sismo. Hay que destacar que en este talud no se realiza ningn tipo de actuacin ya que exista previamente al inicio de las obras y est suficientemente alejado de la excavacin para la construccin del tnel.

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1.100

0.699



PK 17+330TALUD DERECHOInclinacin compuesta: Variable superior 1H:5V inferiorCon refuerzo (nailing)Rotura Circular Bishop


Figura 27. P.K. 17+330 Talud existente superior derecho. Superficie de rotura crtica mediante el mtodo de Bishop.

7. ANLISIS TENSO-DEFORMACIONALES

Tal y como se ha indicado en el apartado anterior, los taludes proyectados con este sistema de refuerzo soil-nailing se vern sometidos a deformaciones que podran no ser admisibles para las estructuras cercanas. Para analizar las deformaciones que pueden producirse se ha realizado un modelo numrico con elementos finitos mediante el software PLAXIS 2D. En el caso que dichas deformaciones no fueran admisibles, se podran reducir las deformaciones mediante la aplicacin de anclajes activos, los cuales estn sometidos a carga desde el primer momento y no se requiere de deformaciones adicionales para que entren en carga.

De este modo, se ha realizado el anlisis tenso-deformacional mediante mtodos numricos para la seccin del P.K. 17+220 en su lado izquierdo. En este talud es donde la excavacin afecta en mayor medida a la Va de Evitamiento. Unas deformaciones excesivas podran dar lugar a su fisuracin y al corte de la va al trfico rodado.

Mediante el modelo numrico de elementos finitos se ha modelizado las distintas fases constructivas para la excavacin del talud, con la colocacin del sistema de anclajes pasivos y hormign proyectado a medida que se va realizando la excavacin. Es importante realizar la proyeccin del hormign y la colocacin de los anclajes inmediatamente despus de la excavacin del nivel correspondiente. De esta forma se limitan las deformaciones causadas y a su vez se garantiza la estabilidad del talud. Esto equivale a excavar por bataches.

En los clculos realizados para determinar las deformaciones en el trasds del talud de excavacin, se han empleado las caractersticas resistentes y deformacionales de las unidades geotcnicas indicadas en los apartados anteriores. En este caso, no se han aplicado coeficientes reductores para los parmetros resistentes del terreno. De la misma forma, tampoco se han aplicado los coeficientes de mayoracin para las cargas existentes.

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De esta forma, las deformaciones calculadas mediante el modelo numrico no estn cubiertas por ningn coeficiente de mayoracin, lo cual que debe tenerse en cuenta para el diseo de las estructuras que puedan verse afectadas por dichas deformaciones.

Cabe indicar que las deformaciones calculadas dependen principalmente de los mdulos de Young del suelo. En caso que los suelos en la obra no correspondan con los mdulos de deformacin considerados, se deber recalcular el modelo para determinar su influencia en las deformaciones estimadas.

7.1. Talud izquierdo del P.K. 17+220

En la siguiente figura se muestra el modelo numrico utilizado para el anlisis de este talud. Las longitudes de las barras de soil-nailing son las deducidas anteriormente mediante los modelos de clculo de equilibrio lmite (Bishop y Janbu).

El modelo incorpora las correspondientes sobrecargas existentes (carga vehicular en la Va Evitamiento).

Las caractersticas de los materiales son las indicadas ms arriba en este documento.

El modelo elaborado es un modelo bidimensional en deformacin plana, formado por 214 elementos triangulares de 6 nodos, totalizando 642 puntos de tensin.

Figura 28. Modelo numrico PLAXIS utilizado para el anlisis del talud izquierdo en el P.K. 17+220

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En las siguientes figuras se muestran los desplazamientos horizontales y verticales que se producen en el talud por efecto de la mxima excavacin, en la hiptesis de sostener el corte mediante anclas pasivas (soil-nailing). Pueden sealarse algunos aspectos:

La superficie de la calzada se desplaza en horizontal hasta un mximo de unos 16 mm. La superficie de la calzada sufre unos asientos que alcanzan un mximo de 13 mm hacia su borde

exterior, ms prximo a la excavacin, siendo muy reducidos en el borde interior.

La mayor parte de los asientos producidos en superficie, tienen su origen en la deformacin del terreno por efecto de la descompresin que genera la excavacin, que produce movimientos tanto horizontales hacia el corte, como verticales.

El modelo proporciona ciertas deformaciones debidas al efecto borde, es decir, debidas a las limitadas dimensiones del propio modelo en relacin con la excavacin. Estas deformaciones son producto del modelo de clculo y no son consideradas.

Figura 29. Desplazamientos horizontales en la excavacin

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Figura 30. Desplazamientos verticales en la excavacin

En la figura siguiente se han representado mediante flechas los movimientos totales que puede sufrir la base del canal de desvo del ro y el talud de excavacin.

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Figura 31. Desplazamientos totales en la excavacin

Segn los resultados obtenidos, tanto la deformacin horizontal como la deformacin vertical se encuentran dentro de los rangos admisibles, ya que es admisible un asiento mximo de 40 mm en la calzada.

Las deformaciones previstas son admisibles para la Va de Evitamiento y, en todo caso, puede ser reparado su firme con sellados puntuales o con una leve repavimentacin.

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8. RESUMEN

En la siguiente tabla se resume las caractersticas de sistema de proteccin frente a la inestabilidad formado por soil-nailing, en base a los anlisis realizados y expuestos en los apartados anteriores.

m m m u17+06017+095

35 IZQUIERDO 1 1 P 3 5,7 66,00 11SUBTOTAL 66,00 11

17+09517+115

20 IZQUIERDO 2 1 P 3,0 5,7 36,00 6SUBTOTAL 36,00 6

1 P 3,0 6,7 42,00 62 P 3,0 5,7 36,00 6

SUBTOTAL 78,00 121 P 1,5 5,7 360,00 602 P 1,5 5,7 360,00 603 P 1,5 9,7 600,00 604 P 1,5 9,7 600,00 605 P 1,5 9,7 600,00 606 P 1,5 9,7 600,00 60

SUBTOTAL 3120,00 3601 P 1,5 5,7 78,00 132 P 1,5 5,7 78,00 133 P 1,5 11,7 156,00 134 P 1,5 10,7 143,00 135 P 1,5 10,7 143,00 136 P 1,5 10,7 143,00 13

SUBTOTAL 741,00 781 P 1,5 8,7 180,00 202 P 1,5 8,7 180,00 203 P 1,5 10,7 220,00 204 P 1,5 10,7 220,00 205 P 1,5 10,7 220,00 206 P 1,5 10,7 220,00 20

SUBTOTAL 1240,00 1201 P 1,5 6,7 231,00 332 P 1,5 5,7 198,00 333 P 1,5 5,7 198,00 334 P 1,5 12,7 429,00 335 P 1,5 12,7 429,00 336 P 1,5 12,7 429,00 337 P 1,5 12,7 429,00 338 P 1,5 12,7 429,00 331 P 3,0 10,7 176,00 162 P 3,0 10,7 176,00 163 P 3,0 8,7 144,00 164 P 3,0 7,7 128,00 16

SUBTOTAL 3396,00 3281 P 1,5 6,7 70,00 102 P 1,5 5,7 60,00 103 P 1,5 5,7 60,00 104 P 1,5 12,7 130,00 105 P 1,5 12,7 130,00 106 P 1,5 12,7 130,00 107 P 1,5 12,7 130,00 108 P 1,5 12,7 130,00 101 P 3,0 11,7 60,00 52 P 3,0 11,7 60,00 53 P 3,0 12,7 65,00 54 P 1,5 10,7 110,00 10

SUBTOTAL 1135,00 105TOTALES 9812,00 1020,00

ANCLAJES

NIVELDEANCLAJE

SEPARACIONHORIZONTALENTRE

ANCLAJES

LONGITUD/ANCLAJE

TOTALLONGITUDANCLAJES

NANCLAJESLONGITUD/BULBO

TIPOA=ActivoP=Pasivo

17+135

17+22

5

90 IZQUIERDO

TRAMOLONGITUDDELTRAMO

(m)LADO

SECCINTIPO

unidades

17+11517+135

20 IZQUIERDO 3

17+225

17+24

5

20 IZQUIERDO 5

4

17+245

17+27

5

30 IZQUIERDO 6

17+275

17+32

5

50

IZQUIERDO 7

DERECHO 7

17+325

17+340

15

IZQUIERDO 8

DERECHO 8

NOTA: La longitud total incluye 0.3 m adicional por anclaje en cabeza para rosca y placa

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Junto con el presente informe, se adjuntan los planos del sistema de estabilizacin de taludes (secciones transversales, planta, detalles de armados, hormign proyectado y anclajes).

Se recomienda en cualquier caso, realizar un seguimiento de las deformaciones que se producirn durante las excavaciones, verificando que se encuentran dentro de los rangos esperados. Dicho seguimiento debe ser intensivo en las zonas donde haya estructuras sensibles a las deformaciones. Para ello el plan de auscultacin de la obra deber recoger el plan de lecturas y los sistemas de aviso y alarma.

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APNDICE 1: PLANOS

Binder1.pdfTU-ET14-01-1de8_Ed02TU-ET14-01-2de8_Ed02TU-ET14-01-3de8_Ed02TU-ET14-01-4de8_Ed02TU-ET14-01-5de8_Ed02TU-ET14-01-6de8_Ed02TU-ET14-01-7de8_Ed02TU-ET14-01-8de8_Ed02TU-ET14-02-1de1_Ed02TU-ET14-03-1de1_Ed02TU-ET14-04-1de1_Ed02TU-ET14-05-1de5_Ed02TU-ET14-05-2de5_Ed02TU-ET14-05-3de5_Ed02TU-ET14-05-4de5_Ed02TU-ET14-05-5de5_Ed02

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