Con frecuencia se colocan anclajes a varios pies por debajo de la superficie del terreno. Estos pueden ser bloque individual o vigas continuas. En general, se pueden diseñar, suponiendo que la resistencia pasiva del suelo sea aproximadamente igual al peso de la cuña del suelo que se impulsaría hacia fuera si el suelo se fractura. Esta “cuña pasiva” se muestra en la figura 12.1. No obstante, para resolver las incógnitas en las variaciones de las condiciones de los suelos, es práctica común utilizar un factor de seguridad, dentro de la gama de 1 ½ a 2, al diseñar loa anclajes. Por consiguiente, la geometría del anclaje debe ser tal que tienda a arrastrar hacia fuera una mayor cuña de tierra.
Fig. 1. La calza o zapata puede ser de madera, acero y concreto, pilotes, pilotes de escarpes o pilotes laminados. Cuando es posible, lo mejor es el apuntalamiento contra una cimentación interna permanente.
En las excavaciones profundas resulta conveniente colocar anclajes que se instalan con equipos perforadores. Estos anclajes empotrados pueden extenderse hasta el hecho rocoso y afianzarse a él. Como alternativa, los anclajes empotrados pueden extenderse mucho al interior del suelo y obtener su resistencia de la fricción entre el suelo y un cilindro de concreto. Esto se indica en la figura 2. Una tercera alternativa consiste en acampanar un anclaje circular, utilizando una herramienta acampanadora especial. Este método se muestra en la figura 2. El tamaño o la longitud de los anclajes que se extienden al interior de las rocas o del suelo, dependerá de la resistencia de las rocas o del suelo de que se trate. Todos los anclajes deben extenderse por detrás de una línea que puede definirse como la “línea tras la cual no es probable que ocurra una fractura”. Si se examina el dibujo de la figura 12.7, se verá que la línea a lo largo de la cual es más probable que ocurra una fractura, puede ser la A. Un cálculo de estabilidad indicaría que el factor de seguridad es 0.7.
Más atrás, en la línea B, la fractura es menos probable. En este punto, el factor de seguridad puede ser de 1.0.
Todavía más atrás, en la línea C, las fracturas son muy improbables. En este punto, el factor de seguridad puede ser de 1.5.
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Fig. 2. Selección de profundidades de empotramiento para sistemas perforados de anclajes.
En relación con el factor o el grado de seguridad que se desee, se escogería una línea como la C como zona segura contra los deslizamientos o como “la línea tras la cual son improbables las fracturas”.
El anclaje debe obtener su resistencia del suelo o la roca que se encuentra detrás de la línea C.
La resistencia crítica de un cilindro de concreto se puede estimar como el área perimetral del cilindro por la resistencia al corte del suelo, a lo largo del cilindro de concreto. Como ejemplo, supóngase que se tiene:
Resistencia del suelo = 1,000 lb/pie2 (4,880 kg/m2) en promedio, a la profundidad del anclaje.
Diámetro del anclaje = 1 pie (30 cm); área superficial = 3 pies (0.90 cm) por pie de longitud (30 cm).
Capacidad deseada = 50,000 lb (22,700 kg).
Factor de seguridad deseado = 1.5.
Longitud requerida = 25 pies (7.5 m).
En el caso de un anclaje acampanado, la profundidad por debajo el nivel del terreno influye considerablemente en la capacidad de carga. Supóngase que a la profundidad de que se trata, la capacidad de carga equivale a 20,000 lb/pie2 (97,650 kg/m2). Entonces, el tamaño del anclaje será de
Área = 3.75 pies2 (0.349 m2); diámetro = 27 pulg. (68 cm).
En la mayoría de los trabajos se realizan pruebas de extracción para verificar la capacidad de los anclajes.
La construcción de anclajes requiere capacidad, experiencia y un suelo de tipo conveniente. Las características del suelo que se requieren incluyen:
1. El suelo debe ser suficientemente firme para que un orificio se mantenga abierto, sin desplomes.
2. El orificio debe estar seco aunque con alguna modificación de los métodos de construcción es posible desarrollar un anclaje satisfactorio, cuando el orificio se encuentre por debajo del nivel freático.
3. Que no haya peñasco o bordes de rocas que dificulten la perforación o desvíen las barrenas, haciendo que los orificios sean irregulares.
En la mayoría de los casos, se considera que los anclajes son temporales y útiles para mantener las excavaciones abiertas durante las operaciones de construcción. No obstante, a veces es conveniente que los anclajes sean permanentes. En este caso, lo primero que necesita es que la varilla de acero esté bien cubierta de concreto o con alguna otra protección, para resistir el deterioro.
Las varillas de anclajes llevan por lo común cargas del orden de 30,000 hasta 100,000 libras (13,620 a 45,400 kg). Las cargas más comunes son del orden de 50,000 libras (22,700 kg). Las varillas suelen tener 1 pulgada de diámetro y se hacen de acero de alta resistencia. Por lo común, el espaciamiento horizontal entre varillas de anclaje suele ser de 8 a 15 pies (2.40 a 4.5 m). Cuando se requieren excavaciones profundas, los anclajes se pueden colocar en hileras, unos debajo de otros. En general el espaciamiento vertical entre anclajes es dl orden de 6 a 8 pies (1.80 a 2.40 m).
La fórmula que sigue se puede utilizar para determinar la profundidad de empotramiento que se requiere para resistir las cargas laterales cuando no hay en la superficie del terreno ninguna limitación como, por ejemplo, un pavimento rígido.
Puntales de erección libre.
A veces se utilizan tablestacas para mantener el apuntalamiento como postes libres (véase la figura 12.8). El puntal desarrolla resistencia contra las inclinaciones debidas a la resistencia pasiva del suelo. Hay varios métodos para calcular la resistencia contra las inclinaciones. Algunas de esas fórmulas se denominan de astabandera o mástil (véase la fórmula siguiente y la figura 3.).
Fig. 3. Fórmula de astabandera o mástil para calcular la resistencia a la torsión (del Uniform Building Code).
EN DONDE A = 2.34 P/S1b.
P = Fuerza lateral aplicada, en libras.
S1 = Presión lateral permisible de carga del suelo, basada en una profundidad igual a un tercio de la profundidad de empotramiento.
b = Diámetro de zapata o poste redondo o dimensión diagonal de una zapata o un poste cuadrado (en pies).
h = Distancia en pies de la superficie del terreno al punto de aplicación de P.
d = Profundidad de empotramiento en pies; pero no por encima de 12 pies, para calcular la presión lateral.
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