CURSO DE DISEÑO DE TALUDES FERROVIARIOS

GIS FORMACIÓN

MODELIZACIÓN DE ANCLAJES EN SLOPE/W 2007

Germán López Pineda

Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos

Gabinete de Ingeniería Civil del Sur S.L

Universidad de Córdoba

ÍNDICE

1 INTRODUCCIÓN ............................................................................................ 3

2 DEFINICIÓN DEL PROBLEMA ....................................................................... 3

2.1 Definición geométrica del problema ............................................................ 3

3 CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES ................................................. 4

4 RESULTADO DE LOS CÁLCULOS EN EL CASO DE NO APLICAR REFUERZOS EN EL TERRENO .................................................... 4

5 APLICACIÓN DE ANCLAJES AL TERRENO .................................................. 5

5.1 Puntos de colocación de los anclajes ......................................................... 5

5.2 Características de los anclajes ................................................................... 6

5.3 Introducción de los datos de los anclajes en el modelo .............................. 6

6 RESULTADO DE LOS CÁLCULOS DE ESTABILIDAD DESPUÉS DE COLOCAR LOS ANCLAJES ................................................................... 11

3

INICIO

1 Introducción

En este caso vamos a aplicar una de las herramientas de la versión profesional de la versión 2007 del programa Slope/W , la aplicación de anclajes al terreno con objeto de mejorar el coeficiente de seguridad, de un talud.

Vamos a usar la geometría más desfavorable a la que se puede enfrentar un problema de este tipo, un desmonte vertical :

En este caso vamos a calcular la estabilidad del talud en el caso de realizar la excavación directamente y después de colocar dos anclajes

2 Definición del problema

2.1 Definición geométrica del problema

Se trata de comprobar la estabilidad de un desmonte de 10 metros de altura, con una pendiente completamente vertical.

Los puntos que definen el problemas son los que se indican en la siguiente figura:

TABLA 1. Puntos del la geometría

Id Coordenada x Coordenada y

1 0 0

2 30 0

1 2

34

56

Distancia (m)

0 5 10 15 20 25 30

Ele

vaci

ón (

m)

0

5

10

15

4

3 30 5

4 20 5

5 20 15

6 0 15

3 Características de los materiales

Los parámetros que definen el comportamiento mecánico del terreno son:

TABLA 2. Parámetros resistentes del terreno

Parámetros aparente(kN/m3) c (kN/m2) º Terreno 1 20 15 30

4 Resultado de los cálculos en el caso de no aplicar refuerzos en el terreno

Para la realización de los cálculos se ha usado dadas las características geométricas del problema (un talud vertical), el método entrada-salida, se ha definido en la cabeza del desmonte una franja de zonas de entrada de círculos de rotura y en la base de ha optado por suponer que las rotura son todas por el pie, por lo que en la zona de salida se ha puesto sólo un punto.

No se ha considerado nivel freático.

Se ha considerado en método de Morgenstern-Price.

Los resultados de los cálculos son:

5

Figura Nº 1.- Resultado de los cálculos para un talud vertical sin refuerzo

Se ha obtenido un coeficiente de seguridad de FS=0,647 evidentemente insuficiente para garantizar la estabilidad del talud.

5 Aplicación de anclajes al terreno

5.1 Puntos de colocación de los anclajes

Se van a aplicar dos baterías de anclajes separadas dos metros entre hileras, la posición de los puntos donde van a ir definidas las dos filas de anclajes son:

TABLA 3. Localización de los anclajes anclaje 1

Id Coordenada x Coordenada y

1 20 12

2 12.572113 9.029057

TABLA 4. Localización de los anclajes anclaje 2

Id Coordenada x Coordenada y

1 20 8

0.647

Distancia (m)

0 5 10 15 20 25 30

Ele

vaci

ón (

m)

0

5

10

15

6

2 14.429085 5.771793

5.2 Características de los anclajes

Las características de cada uno de los anclajes es la que se indica en los siguientes datos:

Carga constante aplicada por metro lineal = 600 kN

Espaciamiento entre filas = 2 metros

Carga de trabajo 600 kN / 2m = 300kN

Longitud de anclaje = 3 metros

Diámetro del bulbo de inyección= 0.30 metros

Coeficiente de seguridad del anclaje =1.5

Capacidad de Tensión del Anclaje =2000 kN

Coeficiente de seguridad de minoración de la tensión del Anclaje= 2

Resistencia al corte o cizalla del anclaje =no se considera.

¿Cómo introducimos estos datos en el modelo?

5.3 Introducción de los datos de los anclajes en el modelo

Para la introducción de los datos de las características de los anclajes KeyIn>Reinforcement Loads, tal como se puede observar en la siguiente figura:

Figura Nº 2.- Activación de la introducción de datos de los anclajes

Después de seleccionar la opción nos saldrá un cuadro de diálogo tal como el siguiente:

7

Figura Nº 3.- Opciones de introducción de los datos

Tal como aparece en la imagen anterior, en el desplegable Add.. pulsamos New con los que generaremos en primer tipo de refuerzo.

Figura Nº 4.- Creación de un refuerzo tipo anclaje

En la ventana indicada en la imagen anterior vemos una serie de elementos que pasamos a analizar:

8

Los valores Outside Ptx, Outside Pty, corresponden a las coordenadas de los puntos exteriores al terreno, es decir los puntos en contacto con el intradós del muro, los puntos denominados Inside Ptx, Inside Pty son puntos que están dentro del terreno.

Existe la opción de que el valor de la resistencia del anclaje sea proporcional al coeficiente de seguridad, esto se puede realizar activando la opción Yes del desplegable F of S dependent, lo dejomos en este caso en el valor No.

Podemos comprobar el comportamiento del sistema, considerando variable la carga aplicada entre 0 y el valor que hemos considerado, si activamos la opción Variable Applied Load, en caso de usar un valor constante activamos la opción Constant Applied load, en el casillero de la derecha colocamos la carga a repartir por los anclajes de la misma fila.

En la misma columna encontramos Bond Length, que corresponde al la longitud de anclaje, es decir la zona que transmitirá esfuerzos directamente al terreno.

Bond Diameter, es el diámetro de la zona de anclaje.

Bond Safety Factor, corresponde al coeficiente de seguridad de minoración de la adherencia del bulbo de inyección al terreno natural

Bond Skin Friction (F/Area), corresponde a la adherencia del bulbo al terreno natural

En la columna de la derecha encontramos:

Load Distribution, con una lista desplegable a la derecha, aparecen dos opciones :

Coinc in 1 Slice, es decir se aplica en la primera rebanada y el efecto se transmite a las demás

Even alog reinforcement, a lo largo del refuerzo,es decir distribuimos la carga del refuerzo en las dovelas que atraviese el anclaje

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Para nuestro ejemplo seleccionamos el primer caso, según el método seleccionado la variación de los coeficientes de seguridad son ligeramente diferentes.

Anchor Spacing, separación de los anclajes de la misma fila.

Bar Capacity, resistencia a tracción del cable del anclaje.

Bar Safety Factor, coeficiente de seguridad de minoración de resistencia a tracción del cable del anclaje

Shear Capacity, resistencia cortante del cable, 0 en el caso de cables.

Shear Safety, coeficiente de seguridad de minoración de la resistencia cortante del cable en el caso de que la considerásemos en el cálculo.

Apply Shear, junto a esta opción aparece un desplegable en el que se indica la forma en la que aplicamos la resistencia a la cizalla o cortante tenemos en el desplegable dos opciones:

Parallel to slip, paralela al deslizamiento

Perp, to Reinfor, perpendicular al anclaje

Naturalmente no tenemos que prestar atención a esta opción si no vamos a tener en cuenta la resistencia cortante o cizalla del cable.

Los datos que vamos a usar en los cálculos se indican en la siguientes imágenes:

Figura Nº 5.- Datos para el caso del anclaje nº 1

10

Figura Nº 6.- Datos para el caso del anclaje nº 2

El valor de Bond Resistance, se obtiene de forma automática, pero lo podemos comprobar:

Bond Resistance= 300kPa×π×0.30/(1.5×2.0)=94,248 kPa que corresponde a la tensión del anclaje

300 kPa corresponden a la tensión de rozamiento con el terreno

0.30 corresponde al diámetro del bulbo

1.5 y 2.0, son los coeficientes de seguridad de minoración de las cargas aplicadas

La resistencia del cable se puede comprobar como:

2000/(1.5*2)= 666,67 kPa, bastante alejadas de los 94,248 kPa que transmite el cable.

Después de la introducción de los datos en el modelo este nos quedará tal como se indica en la siguiente imagen:

11

Figura Nº 7.- Sección del modelo de cálculo después de incluir los datos de los anclajes.

En el imagen anterior se puede apreciar la colocación de los anclajes y la longitud de la zona activa, es decir el bulbo de la zona de transmisión de esfuerzos al terreno.

6 Resultado de los cálculos de estabilidad después de colocar los anclajes

Una vez que hemos introducido los elementos de los anclajes procedemos a realizar los cálculos de estabilidad y comprobar los resultados.

Estos se pueden observar en la siguiente imagen.

1 2

34

56

Distancia (m)

0 5 10 15 20 25 30

Ele

vaci

ón (

m)

0

5

10

15

12

Figura Nº 8.- Resultados de los cálculos después de colocar los anclajes.

1.751

Distancia (m)

0 5 10 15 20 25 30

Ele

vaci

ón (

m)

0

5

10

15