Anclajes Activos

Medidas de protección ante el fallo de Anclajes activos. Muros anclados en Etxegarate.

1. Antecedentes

Como resultado del fallo de la zona libre de una conjunto de anclajes activos de muy alto límite elástico instalados hace varios años en varios puntos, de la red vial de Guipuzcoa y Vizcaya y ante la peligrosidad de los mismos, pues en varios se ha producido la rotura frágil del mismo y las barras han sido disparadas literalmente como proyectiles, alcanzando distancias de más de 100m.

Información del Diario Vasco 20 junio 2007

Información del Diario Vasco 20 junio 2007

 Barras rotas que se ha quedado en la superficie del muro

Barras rotas que se ha quedado en la superficie del muro

Barras rotas que se ha quedado en la superficie del muro

El objetivo del presente trabajo es justificar desde el punto de vista técnico la propuesta de seguridad, para el control de la rotura frágil que están teniendo los anclajes activos situados en el talud de referencia.

CaracteristicasBarras

 

 

Para ello se cuenta con las características técnicas de las barras que se emplearon:

  • Diámetro nominal:       36mm
  • Límite elástico:            1.080 N/mm²
  • Rotura unitaria:           1.230N/mm²

Según los datos anteriores se pueden determinar las cargas de rotura, en el límite elástico y de trabajo teóricas.

Trot = 182. p. 1.230 . 10-3 = 1.252kN

Tle = 182. p. 1.080 . 10-3 = 1.099kN

La carga de trabajo de esta barra según la normativa vigente página 17, estará sobre el 60% de la tensión para el límite elástico, dado que son anclajes permanentes.

Ttrab = 1.099 . 0,60 = 659kN

Sin embargo las especificaciones de fabricante (DSI) recomiendan que la fuerza máxima permitida en este tipo de barras sea de 553kN.

En cualquier caso, se tiene referencia que los bulones se han tensado a Ttensado = 600kN

2. Posibles hipótesis

De acuerdo con el fenómeno que está ocurriendo se pueden establecer tres hipótesis para analizar la carga a la cual se produce la rotura.

  1. La barra está trabajando a su máxima carga y la rotura frágil se produce al llegar a valores cercanos a su capacidad en rotura, por encima del límite elástico.
  2. La composición del acero de la barra hace que la zona elástica del material sea mínima o casi nula y la barra rompe en el entorno del límite elástico.
  3. La barra tiene desperfectos en su proceso de fabricación y rompe de forma frágil en el entorno de la carga de trabajo que se le ha impuesto 60t.

Para cualquiera de las hipótesis la longitud del bulbo definida parece correcta, ya que la rotura de la barra se produce en la zona libre, a unos 3-4m de la zona de la cabeza, quedando el empotramiento en perfectas condiciones, lo cual no admite cuestionamiento alguno.

3. Soluciones posibles

Sea cual fuere la hipótesis a asumir, la solución propuesta pasa por colocar en las cabezas de los anclajes un elemento de unión a un conjunto de cables flexibles que controlen el desplazamiento en el momento de la rotura. Estos cables se interrumpirán cada 40m y su objetivo es evitar que los bulones se desplacen excesivamente en dirección a la carretera. Es muy importante señalar que esta “solución” en ningún caso se corresponde con un aporte de estabilidad al talud, la propuesta es simplemente una medida temporal de seguridad.

Primera hipótesis

Si se sabe que el espaciamiento medio entre anclajes es del orden de los 2m, se puede plantear, que la carga necesaria (Tc) del cable o conjunto de cables de seguridad, estará dada por la expresión:

Tc = Trot / (2 . sen 30º) = 1.252kN

Desde el punto de vista práctico se ha demostrado que cables con diámetro por encima de 22mm no son factibles de utilizar en estos tipos de trabajos en taludes, por ello se propone el empleo de un cable especial de 22m especial cuya carga de rotura es 400kN y cuyos datos se recogen a continuación:

  • Diámetro nominal mm: 22
  • Masa por metro lineal kg/m: 2,16
  • Carga de rotura mínima kN: 400,61
  • Calidad del acero N/mm2: 1.960
  • Acabado del alambre: galvanizado según DIN 2078
  • Lubricante: sin
  • Tipo de trenzado: regular
  • Dirección de trenzado: derecha

Luego:

Nc = 1.252 / 400 = 3,13 por lo tanto se debe colocar 3-4 cables.

Si se considera que en el proceso de rotura pudiese haber una pérdida de tensión del orden del 30%, producto de la fricción, la inclinación del taladro y el peso propio de la barra.

Nc = 1.252 . 0,7 / 400 = 2,19 por lo tanto se puede colocar 2 cables.

Segunda hipótesis

La carga necesaria del cable o conjunto de cables de seguridad, es:

Tc = Tle / (2 . sen 30º) = 1.099kN

Luego:

Nc = 1.099 / 400 = 2,74 por lo tanto se debe colocar 3 cables.

Si igualmente, se considera, que en rotura puede haber una pérdida de tensión del 30%

Nc = 1.099 . 0,7 / 400 = 1,92 Siguen siendo necesarios al menos 2 cables.

Tercera hipótesis

La carga necesaria del cable o conjunto de cables de seguridad, será:

Tc = Ttensado / (2 . sen 30º) = 600kN

Luego:

Nc = 600 / 400 = 1,5 por lo tanto se pueden colocar 2 cables.

Considerando una pérdida de tensión del 30%.

Nc = 600 . 0,7 / 302 = 1,39 Siguen siendo necesarios al menos 2 cables.

4. Solución

Sobre la base del fenómeno que está ocurriendo, lo más probable es que se cumpla la primera de las hipótesis, sin embargo no se descarta que la segunda hipótesis se pueda corresponder en buena medida con la realidad, en cualquiera de los casos, lo que se propone es colocar líneas de al menos 2 cables de 22mm del tipo Geobinex, siendo más seguro emplear 3, uniendo las cabezas de los anclajes mediante un dispositivo creado al efecto en forma de T compuesto por dos tubos, uno de diámetro ligeramente mayor al de las caperuzas, y unido de forma ortogonal al anterior en forma de T otro que proteja el conjunto de cables. Estas línea de cables estarán ancladas en los extremos al terreno mediante un anclaje especial GA-7001 del tipo IV 22,5mm carga de rotura 940kN, y el factor de seguridad, sobre la rotura del par de cables Geobinex 22mm, es de 1,2.

Detalle de los tubos de sujeción

Detalle de los tubos de sujeción

Esquema general de la aplicación. Vista superior.

Esquema general de la aplicación. Vista superior.

Fotografía de detalle del tubo y el cable en obra.

Fotografía de detalle del tubo y el cable en obra.

5. Influencia de la curvatura de los muros para la definición de la distancia entre puntos de anclaje

Para garantizar la forma correcta de trabajo del cable de refuerzo se propone la colocación de anclajes adicionales del tipo GA-7001, para disminuir los posibles efectos de la curvatura en el diseño realizado, para muros curvos en planta. A continuación varios valores de M en función del radio de curvatura.

Valores de la ordenada media de la curva, M [mm]

Valores de la ordenada media de la curva, M [mm]

Esquema de la curva circular simple

Esquema de la curva circular simple

 

Es cierto que el radio de curvatura ejerce influencia en el caso de las curvas cóncavas, en la tabla anterior se muestra en las columnas de la derecha, para diversas longitudes de arco, el valor del desplazamiento máximo teórico en punto medio en cada curva.

Si se considera que este valor permisible puede llegar a ser 100mm (50% de la longitud del tubo de protección), se puede controlar correctamente el efecto de la curvatura, colocando anclajes GA-7001 intermedios, para adosar los cables a la superficie del muro, como medida complementaria.

Para los muros 2 y 5 la distancia entre anclajes intermedios complementarios puede ser de 15m mientras que para el muro 4 debe ser de 10m, ya que en ese punto el radio de curvatura es menor.

Tipo y longitud del anclaje adicional a emplear:

Ta = (4 . Tc . sen15º )/ (FS)

Ta = 4 . 400 . 0,2588 .0,6 = 248,46kN (trabajo o servicio)

Si se emplea un anclaje GA-7001 tipo III de 14,5mm de carga de rotura 390kN el FS será:

FS = 390 / 248,46 = 1,56 (adecuado)

Longitud mínima del anclaje GA-7001

La = Ta / (p . fper . tah)

donde:

La:       Longitud del anclaje, m

fper:     Diámetro de la perforación

tah:      Adherencia hormigón muro-mortero de anclaje

 

La = (248,46) / (p . 0,09 . 600) =1,46m » 1,50m.

Las uniones se han diseñado con cables flexibles para poder dar continuidad en estos casos. En los casos donde hay tramos de diferentes niveles, hay que hacer líneas independientes.

Proceso de instalación de las líneas de refuerzo y protección, detalle extremos

Proceso de instalación de las líneas de refuerzo y protección, detalle extremos

Proceso de instalación de las líneas de refuerzo y protección, detalle extremos.

Conclusiones

El empleo de esta medida de protección para el control del desplazamiento de la cabeza y parte de la zona libre del anclaje tras la rotura frágil, significa sin duda un paso importante desde el punto de vista de la seguridad, es una forma de proteger las infraestructuras y las posibles viviendas existente ante este peligro, evidentemente demostrado.

Resultados de la obra ejecutada. Tesinsa (2009)

Resultados de la obra ejecutada. Tesinsa (2009)

Resultados de la obra ejecutada. Tesinsa (2009)

Se tiene referencias que se han ejecutado obras con esta solución en el País Vasco, tanto en Guipuzcoa como en Vizcaya, con buenos resultados. Los cables de alta resistencia del tipo Geobinex (1.960MPa) de 22mm aportan capacidad de carga de un 30% mayor que los cables estándares 1770MPa, para un diámetro similar, lo que facilita la puesta en obra. El anclaje GA-7001 ha sido sustituido en los puntos intermedios, por una placa base con igual capacidad de carga.

Referencias

  1. Aldama, P. (2007) ANCALES AMENAZADORES. El Diario Vasco (Edición Digital)
  1. Geotecnia Dywidag. PERNOS PARA ROCA. 2009
  1. GUIA PARA EL DISEÑO Y LA EJECUCION DE ANCLAJES AL TERRENO EN OBRAS DE CARRETERA (2003) 2ª ED. Madrid
  1. Hoek, E. & Bray, J. (2004). ROCK SLOPE ENGINEERING. Civil and Mining. 4ª Ed.
  1. JMA Studio (2008). INFORME SOBRE EL ESTADO DE LOS MUROS DEL ESCOLLERAS. URBANIZACIÓN LOMAS DEL BARRIO DE SEÑA. Cantabria.
  1. Luis Fonseca, R. (1995) DESARROLLO DE NUEVOS SISTEMAS DE PROTECCIÓN DE TALUDES Y LADERAS ROCOSAS: PANTALLAS DINÁMICAS. Tesis Doctoral Universidad de Cantabria Santander.
  1. Luis Fonseca, R. y Muñoz Pérez, B. (2008) REFUERZO DE ESCOLLERA CON MEMBRANAS FLEXIBLES DE ACERO TIPO TECCO®, COMBINADA CON BULONES MK4-670. No.175
  1. Norma de cables DIN 3055, 3060 y 3064
  1. Proyecto FEDER (2000): “Desarrollo de nuevas tecnologías de refuerzo y estabilización de desmontes en suelos y materiales sueltos”. Universidad de Cantabria.
  1. Serie Monografías (2000) PROTECCIÓN CONTRA DESPRENDIMIENTOS DE ROCAS. PANTALLAS DINÁMICAS. Ministerio de Fomento. Madrid
  1. Ucar Navarro, R. y López Jimeno, C. (2004) MANUAL DE ANCLAJES EN INGENIERIA CIVIL. Madrid

 

José A. NAVARRO 
Diputación de Guipúzcoa

Roberto LUIS FONSECA 
Geobrugg ibérica

Ver vídeo Soluciones Geobrugg para el salto de anclajes:

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