PAUTAS DEL PROCESO CONSTRUCTIVO Y CONSIDERACIONES DE DISEÑO EN ANCLAJES DE MUROS TENSADOS Y ATIRANTADOS, COMO COMPLEMENTO AL MANUAL DE ANCLAJES EN INGENIERÍA CIVIL - ROBERTO UCAR NAVARRO

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PAUTAS DEL PROCESO CONSTRUCTIVO Y CONSIDERACIONES DE DISEÑO EN

ANCLAJES DE MUROS TENSADOS Y ATIRANTADOS, COMO COMPLEMENTO AL

MANUAL DE ANCLAJES EN INGENIERÍA CIVIL - ROBERTO UCAR NAVARRO

NIXON HERNANDO LÓPEZ PERDIGÓN

COD. 20112279025

JHONATAN JAVIER RIAÑO LOZADA

COD. 20112279036

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

FACULTAD TECNOLÓGICA

INGENIERÍA CIVIL

BOGOTÁ D.C.

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PAUTAS DEL PROCESO CONSTRUCTIVO Y CONSIDERACIONES DE DISEÑO EN

ANCLAJES DE MUROS TENSADOS Y ATIRANTADOS, COMO COMPLEMENTO AL

MANUAL DE ANCLAJES EN INGENIERÍA CIVIL - ROBERTO UCAR NAVARRO

NIXON HERNANDO LÓPEZ PERDIGÓN

COD. 20112279025

JHONATAN JAVIER RIAÑO LOZADA

COD. 20112279036

PROYECTO DE GRADO PARA OPTAR POR EL TITULO DE

INGENIEROS CIVILES

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

FACULTAD TECNOLÓGICA

TECNOLOGÍA EN CONSTRUCCIONES CIVILES

BOGOTÁ D.C.

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Contenido

RESUMEN ... 4

1 INTRODUCCIÓN... 5

2 PROBLEMA ... 6

2.1 Antecedentes ... 6

2.2 Contexto y caracterización del problema ... 7

2.3 Justificación ... 7

2.4 Formulación del problema ... 8

2.5 Objetivos del proyecto... 8

2.5.1 Objetivo General. ... 8

2.5.2 Objetivos Específicos: ... 8

3 DISEÑO METODOLÓGICO ... 9

3.1 INSPECCIÓN PRELIMINAR ... 9

3.2 EXPERIMENTACIÓN ... 9

3.3 MEDICIÓN Y OBSERVACIÓN ... 9

3.4 ENTREVISTA. ... 9

3.5 ANÁLISIS ... 10

3.6 CONCLUSIONES... 10

4 MARCO DE REFERENCIA ... 10

4.1 Programación de Obra ... 11

4.1.1 Qué es la programación ... 11

4.1.2 Programación en construcción. ... 11

4.2 Diseño ... 12

4.2.1 Diseño de anclajes tensados inyectados: ... 13

4.2.3 Determinación de la longitud libre: ... 13

4.3 Ejecución de proyectos ... 13

4.3.1 Muros atirantados ... 13

4.3.2 ¿Desde cuándo se utilizan los muros atirantados? ... 14

4.3.3 Clasificación de muros atirantados según la vida útil o de servicio ... 14

4.3.4 Aplicación de los muros atirantados ... 14

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5.1 INSPECCIÓN PRELIMINAR ... 6

5.1.2 Descripción de la obra ... 6

5.1.3 Ubicación de muros y distribución de anclajes ... 6

5.1.4 Recopilación información existente ... 18

5.1.5 Especificaciones de elementos ... 19

5.1.6 Caracterización de suelos en la zona de trabajo ... 20

5.1.7 Equipo a utilizar ... 21

5.2 EJECUCIÓN DE LOS ELEMENTOS... 23

5.2.1 Perforación ... 23

5.2.2 Armado de anclajes ... 25

5.2.3 Instalación del anclaje. ... 29

5.2.4 Llenado e inyección de anclajes ... 30

5.2.5 Inyección... 34

5.2.6 Tensionamiento de anclajes ... 35

5.3 Medición y Observación ... 38

5.4 ANÁLISIS ... 40

5.4.1 CONDICIONES PRESENTES EN CAMPO Y CONSIDERACIONES DE DISEÑO... 40

5.4.2 Programación y alcance... 77

6. Pautas y Recomendaciones de obra. ... 81

6.1 Pautas y recomendaciones de programación: ... 81

6.2 Pautas y recomendación de diseño: ... 81

6.3 Pautas y recomendación de ejecución en obra: ... 82

7 CONCLUSIONES ... 84

8 BIBLIOGRAFIA ... 86

9 ANEXOS ... 87

TABLAS Tabla 1. Aplicación de los muros atirantados (FHWA Tiebacks, weatherby, 1982) ... 5

Tabla 2 Coeficiente de reacción del suelo ... 46

Tabla 3 Condiciones de dimensionamiento ... 62

Tabla 4 Cantidades ejecutadas. ... 74

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Tabla 6 Largueros utilizados. ... 75

Tabla 7 Relación de anclajes ... 75

Tabla 8 Obras que implementan Anclajes ... 78

FOTOGRAFIAS Fotografía 1 Muro 1... 8

Fotografía 3 Muro 2 ... 9

Fotografía 13 Perforación hidráulica ... 21

Fotografía 14 Perforación hidráulica Ingersoll rand klemm ... 22

Fotografía 15 Perforación hidráulica Track Drill Holman ... 22

Fotografía 16 Perforación ... 24

Fotografía 17 Fabricación de manguitos ... 26

Fotografía 18 Perforación en tubería PVC ... 26

Fotografía 19 Revestimiento de perforaciones en PVC ... 27

Fotografía 20 Unión del anclaje ... 28

Fotografía 21 Instalación del anclaje ... 29

Fotografía 22 Inspección de equipos ... 30

Fotografía 23 Ubicación de la maquinaría ... 31

Fotografía 24 Mezclada de lechada ... 33

Fotografía 25 Llenado ... 34

Fotografía 26 Inyección... 34

Fotografía 27 Tensionamiento ... 37

Fotografía 28 Talud y edificaciones vecinas ... 41

Fotografía 29 Elementos estructurales reducidos ... 42

Fotografía 30 zonas de afectación viales y edificaciones menores ... 50

Fotografía 31 Inyección del bulbo ... 52

Fotografía 32 Evidencia de lechada por bulbo en mal estado ... 53

Fotografía 33 Alteraciones en pantallas ... 56

Fotografía 34 Método de excavación e importancia. ... 56

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Fotografía 36 Anclajes que no soportaron carga de diseño ... 63

Fotografía 37 Frente para evaluación ... 65

Fotografía 38 Muro no monolítico ... 66

Fotografía 39 Cruce de anclajes entre muros ... 67

Fotografía 40 Anclajes que no alcanzan la carga de diseño ... 70

Fotografía 41 Panorama de anclajes ... 70

Fotografía 42 Zonas pendientes por estabilizar ... 71

Fotografía 43 Perforación y panorama de avance ... 72

Fotografía 44 Remoción de pelos ... 73

Imagen 1 Localización del punto de estudio ... 7

Imagen 2 Ubicación de los anclajes ... 6

Imagen 3 Alzado muro 1 ... 8

Imagen 10 Muro 8 ... 15

Imagen 13 Longitud de anclaje para 3 niveles ... 19

Imagen 14 Longitud anclaje de 2 niveles ... 20

Imagen 15 Diagrama de fuerzas ... 43

Imagen 16 Comportamiento de una pantalla ... 47

Imagen 17 Zonas de afectación de carga ... 49

Imagen 18 Diagrama de empujes ... 51

Imagen 19 Empuje esperado ... 54

Imagen 20 Determinación de fuerza del anclaje ... 55

Imagen 21 Diagrama de anclaje ... 60

Imagen 22 Zonas de afectación por perforación en inyección ... 64

Imagen 23 Utilización de largueros ... 68

GRÁFICAS Gráfica 1 Relación de anclajes ... 76

Gráfica 2 Relación de cemento ... 76

Gráfica 3 Cronograma Vs Ejecución ... 79

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RESUMEN

Teniendo en cuenta las dificultades y problemas constructivos que han surgido en las construcciones de edificaciones de gran altura que implementan niveles subterráneos, como ha sucedido en edificios representativos como el One World Trade Center en New York - EE.UU, Burj Khalifa en la Ciudad de Dubai – Emiratos Arabe o el el Bacatá en la Ciudad de Bogotá D.C. – Colombia que nos sirve de mejor referencia actualmente, construcciones que sufrieron retrasos en la etapa de excavación y estabilización de taludes. Se pretende complementar procedimientos existentes de construcción y diseño de muros atirantados que son fundamentales para la estabilización de taludes y la continuación de las profundas excavaciones.

Lo anterior con el fin de mejorar inicialmente los procedimientos constructivos en sitio y la metodología al desarrollar los cálculos de diseño de los anclajes de muros tensados, por otro lado el optimizar los tiempos de ejecución para dar cumplimiento a los términos contractuales y los recursos de inversión estimados, ya que los imprevistos requieren adiciones presupuestales y gastos administrativos que son significantes para proyectos con estas dimensiones.

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1 INTRODUCCIÓN

Con base a la experiencia encontrada en obras de construcción que desarrollan excavaciones para sótanos y realizan la estabilización de taludes en sectores urbanos, más las exigencias de cuidar el entorno y edificaciones vecinas, se ha evidenciado que la mayoría de obras han encontrado inconvenientes tales como seguridad, retrasos en tiempos contractuales y gastos económicos no previstos que afectan la evolución de las mismas construcciones.

Para ello es importante fortalecer el conocimiento que existe para el diseño de anclajes de muros atirantados y la ejecución de los mismos con el fin de subsanar la mayoría de los inconvenientes que se generan, adicional a ello resaltar la importancia de las diferentes etapas que llevan a la ejecución de los anclajes, teniendo en cuenta que cada etapa es condicional o prerrequisito de las otras, generando un buen o mal resultado.

Lo anterior ya que el grado de responsabilidad de cada etapa es fundamental en los resultados, tales como la efectividad y selección de los puntos de estudio al suelo en donde se va ejecutar el proyecto y su correlación con el suelo aferente al mismo, o quizás la selección del método de análisis y la selección correspondiente al método de ejecución en obra. Siendo así la importancia de destacar las consideraciones en el diseño del anclaje junto con la información preliminar de estudio y la necesidad de ejecutar teniendo concordancia los respectivos diseños y la capacidad de asumir los imprevistos que se pudiesen dar.

En el desarrollo del trabajo se pretende fortalecer el conocimiento constructivo de muros atirantados teniendo en cuenta que es un proceso reciente en estos dos últimos siglos con la implementación de edificaciones de grande altura, para ello se tendrá como intensión servir de complemento y soporte al libro “Manual de Anclajes en ingeniería civil (Ucar, 2002”) para el caso particular de muros atirantados.

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2 PROBLEMA

2.1 Antecedentes

En el ámbito de la construcción de obras civiles alrededor del mundo, se ha evidenciado que las obras de construcciones urbanas que implementan sotanos para aprovechar el espacio y dar mayor funcionalidad a la altura total de los mismos han presentado retrasos considerables que han afectado la evolución del proyecto de construcción y los plazos contractuales.

En el Ministerio de Hacienda y Crédito Público se decidió la opción de la construcción de un edificio y restauración de viviendas presentes en la zona del centro de Bogotá, el cual se localiza en el antiguo parqueadero que tenía entradas por la carrera 6 # 6-31 y carrera 7 #5-80, su posición coincide en frente del archivo distrital apreciando su entrada principal.

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El sector indicado es considerado patrimonio cultural e histórico, razón por la que se torna de mayor importancia conservar la integridad de las estructuras colindantes al proyecto, que en primera instancia es la idea fundamental del sistema de muros anclados, pero estos han generado escarpes en el talud de algunas zonas.

2.2 Contexto y caracterización del problema

Frecuentemente se está evidenciando que las obras de edificación vertical con utilización de sotanos está presentando retrasos y perdidas económicas que para algunos inversionistas puede ser relevante y para otros no, quizás edificios como el One World Trade Center en New York - EE.UU, Burj Khalifa en la Ciudad de Dubai – Emiratos Arabe o el el Bacatá en la Ciudad de Bogotá D.C. tuvieron dificultades en su etapa de excavación y estabilización de taludes, pero que cuentan con inversionistas privados que han tenido la solvencia económica para resolver los atrasos e imprevistos al presupuesto de estos proyectos, pero en otras particularidades no es tan factible asumir dichos retrasos o adiciones presupuestales, ahora bien si tenemos en cuenta que para el edificio del Archivo del Ministerio de Hacienda y Crédito que es la referencia de nuestro proyecto por tener recursos del estado su complejidad de adicionar tanto tiempo como dinero no es tan maleable.

2.3 Justificación

Los retrasos presentados en este tipo de obras e inversiones no previstas se están generando a la poca efectividad de análisis de la información previa que sirve de suministro a los diferentes estudios que se desarrollan para realizar los cálculos y procedimientos de obra correspondientes, a su vez el desconocimiento tanto de ingenieros como operarios para hacer efectivos los diseños

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finales para desarrollar las obras más el tiempo que requieren estas mismas, precisamente refiriéndonos a los anclajes para muros atirantados, donde existe la posibilidad de que los resultados esperados y/o manifiestos en especificaciones técnicas sean difíciles de conseguir de acuerdo a las condiciones de obra; no queriendo afirmar que no se obtenga una solución.

Debido a estas premisas se ha podido observar que en el momento de la aplicación de algunos anclajes en sitio no han funcionado, los cuales han fallado, o es imposible su instalación en el sitio previsto, también ha sido una realidad que tanto el anclaje como el muro de pantalla colapse; hechos que han afectado directamente el desarrollo del proyecto.

2.4 Formulación del problema

¿Será que se puede optimizar el tiempo de ejecución de los anclajes para alcanzar lo programado y lograr las especificaciones demandadas por el diseño en su tiempo de ejecución ideal?

2.5 Objetivos del proyecto

2.5.1 Objetivo General.

Identificar las condiciones que generan los retrasos de las obras producidas en la etapa de contención de masas mediante muros atirantados, que sirva de complemento al manual de anclaje de ingeniería civil de Roberto Ucar, estableciendo pautas de construcción y haciendo revisión de las consideraciones tenidas en cuenta en el diseño.

2.5.2 Objetivos Específicos:

 Documentar las hojas de vida de cada elemento construidos que nos servirán como instrumento en el análisis.

 Ejecutar actividades de perforación, para evidenciar su procedimiento y tiempo de ejecución.

 Generar una descripción del proceso constructivo

 Presentar recomendaciones para resolver imprevistos en campo.

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3 DISEÑO METODOLÓGICO

Tipo de investigación: Empírica-analítica.

La investigación comprenderá:

3.1 INSPECCIÓN PRELIMINAR

 Revisión de planos del proyecto y detalles constructivos para la definición de componentes solicitados en los diseños a ejecutar.

 Visita al sitio con enfoque a la utilización de equipos de perforación y definición de sectores o frentes de inicio.

 Reconocimiento en campo de estructura en proyección y posibilidad de ejecución de anclajes.

 Se hará revisión de la proyección de tiempo establecida en el cronograma.

3.2 EXPERIMENTACIÓN

 Se procederá a la ejecución de los anclajes con base a los diseños otorgados y la disposición de equipos idóneos (Track drilles).

 Se adoptará el método con mejor respuesta al comportamiento del terreno para la correcta ejecución de las perforaciones.

 Dentro del informe se describirá con base en la experiencia el procedimiento completo de ejecución de los anclajes desde la instalación y posicionamiento del equipo hasta el tensionamiento del elemento.

 En caso de que se presenten inconvenientes se afrontarán y se elaborarán recomendaciones en campo.

3.3 MEDICIÓN Y OBSERVACIÓN

 El criterio final del diseño de los anclajes corresponde a la carga de servicio, por lo que los anclajes se someterán al tensionamiento y se verificará su catalogación de conformidad o no conformidad con respecto a las solicitudes del terreno.

 Se hará observación detallada del comportamiento de los anclajes teniendo en cuenta factores como localización, posición, longitud, cargas, profundidad, método de perforación entre otros.

3.4 ENTREVISTA.

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3.5 ANÁLISIS

 De acuerdo a los resultados obtenidos se realizará el análisis de las situaciones que influyeron al desarrollo de lo obtenido, y se verificará el cumplimiento establecido tanto en los diseños como en el cronograma.

 Se revisarán factores como propiedades del suelo, solicitudes, cargas y demás, con la finalidad de analizar la contemplación de consideraciones en el diseño de un anclaje.

3.6 CONCLUSIONES

 Por último, se emiten conclusiones y recomendaciones que estarán directamente relacionadas con los resultados.

4 MARCO DE REFERENCIA

En la práctica de las obras de contención se vienen aplicando cada día con mayor frecuencia el concepto de masas de suelos ancladas mediante la utilización de elementos pretensados, lográndose de esta forma alcanzar un campo de aplicación muy amplio en las obras de ingeniería.

El uso de muros de atirantados en la construcción de sótanos y pasajes subterráneos, ha permitido su ejecución en forma habitual y exitosa, por cuanto esta tecnología constituye en la actualidad un mecanismo fundamental para garantizar la estabilidad de estructuras muy diversas, contrarrestando los momentos de vuelco así como el efecto de las subpresiones debido a las fuerzas de filtración del agua.

Un caso muy común es observar este tipo de estructura de retención a lo largo y ancho de importantes tramos carreteros en donde de la calzada ha colapsado, quedando restituida satisfactoriamente mediante la técnica de muros atirantados.

Por otro lado los requerimientos de espacio en los centros urbanos exigen y comprometen a multiplicar los niveles útiles de las construcciones, sobre todo por debajo del nivel del terreno, generando por lo tanto cortes verticales en la masa de suelo que alcanzan en muchos casos hasta los 20 metros en las cercanías de las calles y avenidas, o colindantes a zonas construidas. Una solución satisfactoria ha sido el sostenimiento lateral de la excavación utilizando paredes ancladas al terreno, un método de construcción en los países europeos, el cual es empleado también en norte y Suramérica.

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No obstante, este método ha requerido un tiempo mayor de ejecución al previsto, tal como se describe en el capítulo 2, por ende, aunque el método se adapta a las requerimientos y finalidad de estabilidad de la obra, aún no ha podido ser estimada su ejecución exacta o precisa.

Debido a lo anterior es necesario contextualizarnos en tres etapas donde se encuentra involucrado el factor tiempo, las cuales son:

 Programación de obras

 Diseño

 Ejecución de proyectos

4.1 Programación de Obra

Teniendo en cuenta la importancia de la programación de obra, con el fin de no tener inconvenientes sobre todo en el caso contractual de cualquier proyecto como lo manifiesta el Ingeniero Javier Fajardo en su documento de programación de obra: “La programación en la gestión de proyectos de Construcción” de la Pontificia Universidad Javeriana, se debe tener claro lo siguiente:

4.1.1 Qué es la programación

Como programación podríamos definir la enumeración anticipada de las etapas necesarias para realizar algo. Listado de actividades, o recursos necesarios.

Anticipada: debe ser antes de que ocurra la acción.

Etapas: debe ir en forma secuencial; lo primero, lo segundo, lo tercero...lo último para realizar algo: puede ser un evento social, un discurso, una actividad industrial, una intervención quirúrgica, una acción bélica y en nuestro caso una construcción.

4.1.2 Programación en construcción.

La programación en construcción se acomete como una acción bélica, si analizamos la acción de la construcción, esta se desarrolla en forma muy similar a la acción de la guerra, aunque sus resultados son completamente opuestos; la guerra es la técnica que busca la mayor eficiencia en la destrucción y nuestra actividad es la técnica que busca la mayor eficiencia en la construcción.

No obstante en toda construcción tenemos que tener en cuenta las mismas premisas de la guerra:

1. Financiación (en forma global, cuánto nos va a costar)

2. Conocimiento del sitio (dónde se va a desarrollar la acción)

3. Vías de comunicación

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12 5. Equipo (equivalente a las divisiones blindadas)

6. Elemento humano (equivalente a la infantería)

1-2 Programación en Construcción

Criterio Anterior:

Concretándose a nuestra especialidad que es la construcción, vemos que anteriormente la programación la hacíamos con base a un diagrama de barras o de Gantt.

Para elaborarla empleábamos un método más o menos intuitivo.

Por otra parte, éste método de barras era un sistema rígido, estático, fácil de llevar si no se presentaban contratiempos, pero difícil de reacomodar cuando se presentaban imprevistos y desgraciadamente en la construcción los imprevistos se presentan con mucha frecuencia.

Como resultado ante cambios y ajustes que iban apareciendo en la obra, lo abandonamos, lo olvidábamos y quedaba ese gráfico de barras como un adorno de nuestra oficina limitándose su uso a despertar la admiración de uno que otro visitante que al verlo quedaba muy bien impresionado de la eficiencia de nuestra organización.

Criterio Actual

El método que hoy usamos tiene varios nombres pero en el fondo todos son lo mismo, se les denomina como simulación de sistemas, como Pert, como C.P.M., Ruta Crítica, Línea de Balance, L.P.U etc. La diferencia con el método anterior es la metodología para realizarlo.

El método anterior de barras es un sistema RIGIDO, ESTATICO; el método de la Ruta Crítica es DINAMICO y muy VERSATIL. Anteriormente nos basábamos en la intuición y la experiencia; hoy nos basamos en la información y el raciocinio.

4.2 Diseño

En la actualidad hay varios métodos de diseño, de los cuales cuatro sobre salen por su análisis metodológico, aunque en la actualidad el método de Kranz es el más utilizado en Europa como para Latinoamérica.

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trapezoide que no es posible de obtener por medio de la resistencia al corte del suelo se suple con la fuerza del o los anclajes.

Determinación de la fuerza del anclaje A : (a) fuerzas actuando sobre el bloque de suelo deslizante y (b) polígono de fuerzas

4.2.1 Diseño de anclajes tensados inyectados:

El diseño de anclajes se realiza a partir de los resultados obtenidos de los análisis de estabilidad desarrollados para el proyecto. Mediante este análisis se obtiene la carga y la longitud libre de los anclajes necesaria para garantizar la estabilidad del sistema de entibación, además de la longitud de bulbo y la cantidad de cables de los anclajes.

4.2.3 Determinación de la longitud libre:

La longitud libre del anclaje se determinó de acuerdo a los resultados del análisis de estabilidad. La longitud libre tiene que ser tal que cumpla con los siguientes requerimientos:

4.3 Ejecución de proyectos

4.3.1 Muros atirantados

Los muros anclados son estructuras de gravedad, semi-gravedad o pantallas; que se sostienen mediante anclas pre-tensadas o pos-tensadas con bulbos profundos que transmiten una carga de tensión a suelos o rocas en los cuales pueden ser instalados. Generalmente se coloca sobre la cara de un muro, una carga detensión a través de un cable o barra de acero anclado a un bulbo cementado a profundidad dentro del talud. Los anclajes pre-tensados incrementan los esfuerzos normales sobre la superficie de falla real o potencial y así aumentan las fuerzas resistentes al incrementar la resistencia a la fricción, a lo largo de esa superficie.

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La factibilidad de utilizar un muro anclado en una ubicación determinada se deberá determinar analizando si las condiciones del suelo y la roca dentro de la zona del bulbo de los anclajes adherentes son adecuadas. También se debería considerar la posibilidad de encontrar instalaciones de servicio público (tuberías de agua, gas, etc.) subterráneas y la proximidad de otros tipos de estructuras enterradas (cimientos de edificios aledaños) respecto de la ubicación de los anclajes.

4.3.2 ¿Desde cuándo se utilizan los muros atirantados?

El uso de los anclajes de tierra se inició en la década de 1930, específicamente en 1933 cuando en la Presa Cheurfas, ubicada en Argelia, se utilizaron anclajes individuales para el refuerzo de la tierra en la represa existente. Los anclajes se colocaron en forma vertical y soportaban una fuerza de 9810 KN y desde entonces se han utilizado en el refuerzo de otras represas o estructuras existentes en suelos rocosos. En los Estados Unidos durante la década de 1950, los constructores comenzaron a utilizar los muros anclados de carácter permanente para el soporte de las paredes en excavaciones de profundidades moderadas, sobre todo en suelos cohesivos. Estos muros tenían anclajes cuyas capacidades de carga variaban desde 178 KN hasta 890 KN, respectivamente. Por otra parte, para mediados de la década de 1960, los anclajes para muros permanentes de contención se utilizaron en Brasil, Suiza, Alemania, Inglaterra y Francia.

4.3.3 Clasificación de muros atirantados según la vida útil o de servicio

El uso de muros anclados, se puede considerar para proveer apoyo temporal o permanente para masas de suelo y roca estables e inestables, los cuales se describen a continuación:

• Muros anclados Provisionales: Tienen carácter de medio soportante auxiliar y proporcionan las condiciones de estabilidad a la estructura durante el tiempo necesario para disponer de otros elementos resistentes que los sustituyan. La vida útil no se recomienda que sea mayor de 18 meses.

• Muros anclados Permanentes: Se instalan con carácter de acción definitiva. Se dimensionan con mayores coeficientes de seguridad y han de estar diseñados y construidos para hacer frente a los efectos de la corrosión. Adicionalmente el tendón debe ser capaz de trasmitir de forma duradera y continua los esfuerzos del anclaje sin sufrir deterioro alguno1.

4.3.4 Aplicación de los muros atirantados

Los muros anclados son muy utilizados en excavaciones de tierra, tal como es el caso de la construcción de carreteras, en donde se requieren cortes verticales o semiverticales. La importancia de este tipo de muros radica, sobre todo en su gran aporte a la estabilidad de las masas de suelo, en estribos de puentes, en la construcción de muros para fundaciones de edificaciones, etc. A continuación se detallan en la tabla 1 algunas aplicaciones de estos sistemas.

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5. DESARROLLO DEL PROYECTO

5.1 INSPECCIÓN PRELIMINAR

Uno de los procedimientos más importantes para esta investigación, es la forma de ejecución en campo de los anclajes empleados y estudiados, ya que este dará las bases para identificar la complejidad de la ejecución, tiempos de productividad y los resultados esperados.

5.1.2 Descripción de la obra

La obra “edificio Archivo Ministerio de Hacienda y Crédito” abarca grandes ejemplares de técnicas de construcción en diferentes sectores de la edificación, sin embargo, no con la idea de minimizar la importancia de demás actividades, nos concentraremos en la zona de los muros atirantados, conformándonos con la idea de que hay otro tipo de cimentación en la misma obra.

5.1.3 Ubicación de muros y distribución de anclajes

Los muros que serán tensados fueron enumerados según, al parecer, obedeciendo a su orden de replanteo en campo, los cuales inician en la unidad y culminan en la undécima denotación. Lo que se ve reflejado en la siguiente Imagen:

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Evidente es el hecho de que los muros no presentan congruencia en magnitudes y otras características, razón por la que en primer plano se describirá cada uno de ellos, procurando hacernos a la idea de su responsabilidad, por llamarlo de alguna manera, dentro de la estructura del proyecto.

5.1.3.1 Muro uno.

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8 Fotografía 1 Muro 1

Imagen 3 Alzado muro 1

5.1.3.2 Muro dos.

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Fotografía 2 Muro 2

5.1.3.3 Muro tres.

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5.1.3.4 Muro cuatro.

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5.1.3.5 Muro cinco.

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5.1.3.6 Muro seis.

Lineado ortogonalmente al muro uno, se presenta como uno de los muros con mayor número de anclajes, y al igual que el muro dos, inicia con tres niveles y culmina en

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5.1.3.7 Muro siete.

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5.1.3.8 Muro ocho.

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16 5.1.3.9 Muro nueve.

Es la inflexión del muro ocho y marca el primer quiebre para la culminación dela zona de muros atirantados.

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17 5.1.3.10 Muro diez.

Es el último muro intervenido para contención con tirantes. En este sector los muros nos superan las dos filas de anclajes.

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18 5.1.3.11 Muro once.

Particularmente este muro daba por finalizado el perímetro de muros de contención, sin embargo, en su trasdós se ubicaba un tanque de almacenamiento de agua, por lo que, por obvias razones, no se efectuará la construcción de anclajes, y por la tanto no resulta necesario exponer su alzado, ni hacernos a la idea de la cantidad y distribución de elementos tensores.

5.1.4 Recopilación información existente

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5.1.5 Especificaciones de elementos

Existen ciertas modalidades de contratación para este tipo de trabajos, las cuales pueden contemplar, por generar un ejemplo, diseño y construcción, no obstante para la particularidad de nuestra labor el objeto hace cobertura solamente a la construcción, y es un tercer ente que se hace cargo del diseño, que nos son entregados por el cliente para su correcta ejecución; Situación que aprovecharemos para procurar generar un nexo entre diseños y ejecución, mediante pautas de construcción y revisión de consideraciones de diseño.

Para los anclajes en la obra en desarrollo se determinan las siguientes especificaciones:

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Imagen 14 Longitud anclaje de 2 niveles

5.1.6Caracterización de suelos en la zona de trabajo

No contando con un informe de estudio de suelos, propiamente dicho, sino con recomendaciones y propuestas de cimentaciones, la manera en la que podemos hacernos una idea de la caracterización del terreno y, teniendo en cuenta que la actividad de perforación está presta a la incertidumbre en cuanto a respuesta o reacción del suelo se refiere debido a su recorrido en la masa del mismo. Sin embargo, en obras ejecutadas del mismo tipo con anterioridad en la zona del centro de Bogotá, se puede describir como material fino saturado, con un porcentaje pequeño de material granular, en parte de su extensión, ya que se encuentran zonas parciales de rocas y espacios ocupados por agua, asumiendo por lo anterior, que lo descrito es un rastro de antiguos rellenos y flujo libre de caudal pluvial proveniente de los cerros ubicados al oriente de Bogotá.

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5.1.7 Equipo a utilizar

En trato realizado con ANCOS S.A.S es puesto a disposición parte del conjunto de equipos para este tipo de trabajos, contando con su vasta experiencia para el desarrollo del proyecto se espera minimizar el factor de error por carencia de conocimiento y manejo de la actividad; dejando claro que fue un periodo de tiempo en el que se mantienen operando tres máquinas simultáneamente, esto al inicio del proyecto dónde existía el espacio y la disposición para la ejecución de actividades. A continuación se hará una somera descripción del equipo a utilizar:

5.1.7.1 Perforadora hidráulica FL 140.

Durante el proceso de construcción fue el equipo de perforación que más permaneció tiempo en el sitio de trabajo, que comprende un periodo de tiempo desde octubre de 2013 hasta noviembre de 2014, posicionándose como la máquina que más cantidad de perforación realizó para el proyecto. Su hoja de vida y básicas descripciones se encuentran como anexo al presente documento.

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5.1.7.2 Perforadora hidráulica INGERSOLL RAND KLEMM

Es, claramente, el equipo más grande y con mayor potencia en rotación, no obstante fue su tamaño lo que no le permitió extender su estadía y operación en el proyecto, ya que como se verá en el desarrollo de este documento resulta ser un factor de principal preocupación, dicho lo anterior, cabe aclarar que fue la máquina inició trabajo de perforación en septiembre de 2013, pero su salida se realizó en diciembre del mismo año. Su hoja de descripción se encuentra como anexo a este trabajo.

Fotografía 13 Perforación hidráulica Ingersoll rand klemm

5.1.7.3 Perforadora hidráulica TRACK DRILL HOLMAN.

Llegó por muy corto tiempo y se obligó a su partida debido a una serie de inconvenientes que serán descritos en un próximo aparte de este escrito, sin embargo, no sobra comentar que su aporte al desarrollo de la obra no fue significativo, siendo las perforaciones del muro 4, mencionado con anterioridad, el objetivo del equipo.

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5.2 EJECUCIÓN DE LOS ELEMENTOS

Una vez establecidas las actividades a ejecutar, el paso a seguir es manifestar una

descripción detalla de cómo se han de efectuar, realizando una separación de actividades productivas de acuerdo a su orden cronológico en el proceso constructivo de un anclaje de la siguiente manera:

5.2.1 Perforación

Antes de iniciar la actividad de perforación es importante llevar a cabo las siguientes actividades como medidas preventivas:

 Identificar y evaluar los riesgos asociados a la actividad de Perforación.

 Inducción acerca del procedimiento operativo normalizado de perforación además de otros aplicables, por ejemplo ensamble de andamio y trabajos en alturas.  Establecer las medidas preventivas y medios de protección para la correcta

ejecución de las actividades de perforación.

 Además, las medidas preventivas complementarias para el control de los riesgos residuales.

 Verificar que los indicadores de la maquinaria funcionan correctamente.

 Antes de Iniciar el trabajo es bueno diligenciar un registro del estado de los equipos a utilizar, Perforadora, Compresores, Bombas.

 Implementar posibles Medidas preventivas para riesgos residuales:  Señalización.

 Utilización de elementos de protección personal.

5.2.1.1 Desplazamiento al sitio de trabajo.

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24

5.2.1.2 Desplazamiento de la maquinaria al punto de perforación.

El punto de perforación debe estar debidamente señalizado ya sea con una estaca o pintura conforme a los planos de ejecución previamente definidos y debidamente aprobados.

Fotografía 15 Perforación

5.2.1.3 Realización de la perforación.

Una vez ubicada la máquina en el punto de perforación previamente definido, se debe tener en claro la inclinación de la maquinaria con respecto a un eje horizontal o vertical, ésta inclinación está definida en los planos o especificaciones. Se debe utilizar una plantilla y un nivel o un medidor de ángulos.

Coloque las herramientas de perforación, martillo de fondo, tricono, brocas y barras de perforación, rectificando que éstas quedan debidamente aseguradas.

Utilice la herramienta apropiada según el tipo de terreno a perforar y de maquinaria a utilizar, de acuerdo a las indicaciones del jefe de perforaciones o ingeniero encargado del proyecto o de acuerdo a la siguiente guía:

Perforadora de rotaria con:

Martillo de fondo: perforaciones mayores a 3 pulgadas de diámetro, de una profundidad mayor a 5 metros, en terreno duro tipo roca, o en materiales granulares como arenas o gravas.

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en muchos de los casos será necesario utilizar agua, bentonita o polímero y una bomba de lodos para mantener la perforación.

Perforadoras con:

Martillo de Cabeza: Se utiliza en terrenos duros como rocas areniscas o arcillolitas.

Jack Legs:

Perforaciones de menor profundidad, hasta 5 metros y menor diámetro, se utiliza generalmente para en la construcción de pernos o agujas.

Durante la perforación asegúrese de realizar las suficientes pasadas con la herramienta de tal forma que la perforación no se derrumbe, o que se traban las barras impidiendo la salida de las herramientas de perforación.

Para sacar las barras de perforación utilice las mordazas de la máquina si ésta las posee, en caso contrario utilice llaves para tubo o de cadena, o úes.

Se debe dejar registro de la perforación realizada, el tipo de material perforado, la profundidad, el diámetro y la inclinación en algún formato de registro del elemento a instalar.

5.2.2 Armado de anclajes

Para desarrollar el armado e instalación de los anclajes es necesario tener en cuenta al igual que el proceso anterior los riesgos asociados a esta actividad, a su vez satisfacer las siguientes fases:

Movilícese al sitio de trabajo teniendo en cuenta la identificación de peligros y riesgos, realizada anteriormente, además tenga en cuenta los procedimientos operativos de armado e instalación de anclajes y otros como por ejemplo trabajo en alturas.

5.2.2.2 Fabricación de manguitos.

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Fotografía 16 Fabricación de manguitos

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Fotografía 18 Revestimiento de perforaciones en PVC

5.2.2.3 Corte de cable.

Mida el cable, para realizar el corte en una superficie plana horizontal que puede ser sobre el piso, la longitud de corte es la longitud perforada del anclaje más 1 (un) metro que se dejan para que el anclaje pueda tensionarse posteriormente.

Realice el corte del cable con la pulidora, teniendo en cuenta la emisión de partículas en caliente, use siempre gafas de protección personal, calzado de seguridad y casco.

Para desenvolver el cable tenga en cuenta que debido a sus características de resistencia y de uso, éste es acerado. Por lo cual en el momento de desenvolverse va a tratar de volver a su estado original y puede golpear a la persona que no realiza la actividad con la debida precaución, recuerde usar siempre los elementos de protección personal, posteriormente al realizar los cortes al cable recuerde usar la herramienta apropiada, pulidora con disco de corte de acero. No deben permanecer personas alrededor que puedan ser alcanzadas por esquirlas o chispas de corte.

5.2.2.4 Unión del anclaje.

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29 5.2.2.5 Traslado del anclaje.

El anclaje deberá ser transportado al sito donde se haya realizado la perforación, en esta etapa, se debe considerar el peso del mismo y de acuerdo a este trasladarlo con la ayuda de varias personas al sitio para comenzar la instalación, se deben tener en cuenta sobre-esfuerzos y caídas al mismo y diferente nivel, si es necesario tenga en cuenta el procedimiento de trabajos en alturas, dependiendo del lugar de instalación del anclaje.

5.2.3 Instalación del anclaje.

La instalación del anclaje se realiza de forma manual introduciendo el anclaje en la perforación previamente realizada, cerciórese que la perforación tiene un diámetro mayor a 3 o 4 pulgadas, dependiendo el número de cables del anclaje.

Las personas que transportan el anclaje pasarán el mismo a las personas que lo instalan (mínimo 2) las cuales ejercerán una fuerza para introducir el anclaje, tenga en cuenta el riesgo de fatiga y sobre-esfuerzos, en caso que la perforación sea inestable y no se pueda instalar el anclaje deberá ser retirado y se re-perforará, según procedimiento de perforación de anclajes, micropilotes y otros.

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30

5.2.4 Llenado e inyección de anclajes

Actividad de suma relevancia, es necesario efectuar el llenado del anclaje garantizando la descargar correcta y verificando que no se presente fuga entre el terreno, hacen parte de esta actividad los elementos y herramientas utilizados para la tarea tales como obturadores, flauta, llaves para tubo, mangueras y tubería de inyección acerada (presión mayor a 1000PSI)

Movilícese al sitio de trabajo teniendo en cuenta la identificación de peligros y riesgos, realizada anteriormente, además tenga en cuenta los procedimientos operativos normalizados de llenado e inyección

Inspección pre-operacional de los equipos de llenado e inyección (bomba de inyección, tubería de inyección, manguera de inyección) equipos adicionales (obturadores, flauta, etc.)

Fotografía 21 Inspección de equipos

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En las uniones de mangueras de acoples rápidos se deben utilizar guayas anti-látigo, o abrazaderas de seguridad.

Existen riesgos de atrapamientos o golpes cuando se está realizado el movimiento de la maquinaria por la utilización de herramienta menor. Utilice siempre los elementos de protección personal. Se debe tener especial cuidado en el apoyo de la herramienta menor como barras y llaves.

5.2.4.2 Ubicación de la maquinaria.

Se debe ubicar la maquinaria en un sitio de fácil acceso, y que tenga las facilidades para el suministro de agua y de cemento.

Fotografía 22 Ubicación de la maquinaría

5.2.4.3 Mezclado de lechada agua cemento.

Realice la dosificación Agua - Cemento atendiendo las especificaciones ya sea para la Inyección o Llenado. Utilice un mezclador manual o eléctrico debidamente revisado a diario en los formatos pre-operacionales. A su vez se debe considerar los siguientes factores:

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• Utilice los elementos de protección personal, recuerde que la exposición a material particulado por la utilización del cemento, puede causar daños en el sistema respiratorio severo, use protección respiratoria; y para el riesgo de material particulado en los ojos, use gafas de seguridad.

• Se debe haber divulgado previamente el riesgo químico por la exposición al cemento identificado en la hoja de seguridad respectiva.

• Controle la posibilidad de derrames y contaminación del suelo con los materiales utilizados.

• Las bolsas del cemento utilizado son residuos que se deben almacenar separadamente en el sitio de trabajo, como en el sitio de acopio general especificado por el dueño del proyecto.

• Controle la posibilidad de derrames y contaminación del suelo con los materiales utilizados.

• Las bolsas del cemento utilizado son residuos que se deben almacenar separadamente en el sitio de trabajo, como en el sitio de acopio general especificado por el dueño del proyecto.

• La maquinaria debe tener asegurada las guardas de seguridad, las mangueras y demás partes que puedan generar riesgo de golpe o atrapamiento.

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Fotografía 23 Mezclada de lechada

5.2.4.4 Llenado.

Dependiendo del tipo de perforación realizada, ya sea con aire, con agua o con algún otro fluido, se podrá realizar un llenado de la perforación por gravedad o colocando presión en el fondo del anclaje, ésto depende también del tipo de terreno que previamente se ha perforado.

Se debe realizar un llenado por gravedad para una perforación que no ha presentado signos de inestabilidad en ninguno de los estratos perforados, esto sucede para terreno duros como roca arenisca, limolita o arcillolita, entre otros.

Se debe realizar un llenado desde el fondo anclaje aplicando una presión menor, si la perforación ha sido inestable, o realizada con agua o algún otro líquido expansivo como bentonita o polímero. Lo que generalmente se utiliza para terrenos como arcillas, limos, arenas u otros.

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Fotografía 24 Llenado

5.2.5 Inyección.

Para la realización de la inyección se debe colocar la tubería de inyección, incluyendo dos obturadores y una flauta que puede tener longitudes desde 1 metro hasta 2, dentro de la tubería del anclaje.

Fotografía 25 Inyección

Una vez instalada la tubería de inyección dentro del anclaje ésta debe ser asegurada, en el extremo libre.

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psi no se supere la resistencia del mismo, para lo cual no es necesario seguir inyectando en ese metro. Así como también se puede presentar, que haya la necesidad de realizar una segunda o tercera inyección cuando el bulbo no se ha conformado en la primera inyección, ya que la presión no superó los 100 psi.

Puede presentarse que en el momento de realizar el tensionamiento de un anclaje éste no asuma la carga requerida o la prueba de carga, por lo tanto se debe re-inyectar el anclaje, para tal caso se debe tener siempre el cuidado de lavar el tubo por el que es introducida la tubería de inyección.

Al igual que el llenado se debe, antes de realizar la inyección, haber revisado cuidadosamente las uniones de mangueras de acoples rápidos y si es posible incluir guayas antilátigo y dejar registro de los bultos utilizados para la inyección y de la presión por cada metro inyectado, en el registro en el formato de registro del elemento (anclajes).

Una vez se haya inyectado la longitud del bulbo en caso de anclajes se debe retirar la tubería de inyección y lavar el tubo PVC por el cual fue introducida la tubería de inyección.

5.2.6 Tensionamiento de anclajes

Es necesario asegurar que los equipos de trabajo y herramientas se encuentren en buen estado, como escaleras, plataformas, material eléctrico y sistemas de iluminación antes de iniciar el trabajo.

Desplazamiento al Sitio de Trabajo, Movilícese al sitio de trabajo teniendo en cuenta la identificación de peligros y riesgos, realizada anteriormente, además tenga en cuenta los procedimientos operativos que son los siguientes:

Realizar las conexiones de los equipos (Bomba, Cilindro Hidráulico Y Accesorios)

Realice primero la conexión de los quipos de presión, verifique que los acoples rápidos de las mangueras se encuentren limpios y realice las conexiones eléctricas una vez realizadas las conexiones de presión.

5.2.6.1 Montaje del equipo sobre el anclaje o perno.

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36

Monte el cilindro hidráulico sobre los cables del anclaje o sobre la varilla de los pernos y coloque todos los accesorios necesarios.

Además colocar correctamente los elementos de fijación de carga del anclaje al cable, como platinas, póporas y cuñas que mantendrán el cable a la carga indicada por diseño, revise la conformidad de las cuñas de anclaje, que asumirán la carga de cada cable. Atienda siempre las instrucciones del operador o ingeniero encargado del tensionamiento, y asegure el cilindro hidráulico a los cables de forma correcta, con las cuñas diseñadas para este fin, aplique grafito, esperma o un lubricador al exterior de las mismas para facilitar la expulsión y el retiro posterior del cilindro, previa revisión de la conformidad de la cuñas teniendo en cuenta que las estrías no estén gastadas, lo que asegurará el correcto sostenimiento del cilindro a los cables, dejando una holgura de 3 a 5 cm entre el anclaje y el cilindro hidráulico teniendo en cuenta el halado del cable y el retorno del cilindro hidráulico.

5.2.6.2 Prueba del anclaje.

Realice la prueba del anclaje, siguiendo las recomendaciones del diseñador, que para este proyecto en particular serán anexas al documento, estableciendo una tabla de medidas esfuerzo vs deformación cada 1000 psi u otra escale según sea la facilidad del operador, esto hasta llegar a lo exigido por el ingeniero diseñador.

Debe quedar registro de la prueba en el formato para registro de ejecución de anclajes.

5.2.6.3 Tensionamiento definitivo.

Desmonte el cilindro hidráulico una vez esté descargado, coloque los elementos de acuñación, vuelva a colocar el cilindro y repita el paso de montaje del equipo sobre el anclaje.

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Fotografía 26 Tensionamiento

Tenga en cuenta que para que el anclaje quede a la carga específica se debe subir aproximadamente 50 PSI más considerando la tolerancia de los resortes.

Antes de realizar el tensionamiento verifique que no existan fugas de aceite hidráulico ya sea del cilindro, o de la bomba.

Al comenzar a bombear aceite manténgase a una distancia prudencial de los cables, nunca se ubique detrás o frente al cilindro hidráulico en lo posible ubíquese a los lados y mantenga su distancia.

Para realizar las medidas de elongación del cable, la bomba debe estar parada, debe confirmarse que no existan fugas ni re-acomodamiento de los cables y esté atento a cualquier movimiento del cilindro hidráulico.

Realice la medida tomando un punto de referencia a un lado del cable que se le facilite en el terreno, realice esta actividad lo más rápido posible y manténgase alejado del cilindro hidráulico, nunca se acerque al mismo de frente o por detrás del cilindro.

Por ningún motivo coloque las manos u otro elemento frente al cilindro o entre el cilindro y el anclaje, mantenga su distancia.

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ningún elemento hasta que no se haya descargado por completo la bomba hidráulica y el manómetro se encuentre en ceros.

Para el retiro del cilindro hidráulico no se debe forzar ningún elemento, procure no utilizar martillo y cincel para la separación de las cuñas, en caso de ser necesario use siempre los elementos de protección personal.

En el retiro de los elementos del cable especialmente el cilindro hidráulico tenga en cuenta las personas que están a su alrededor y no realice movimientos bruscos.

5.2.6.4 Desmontaje del equipo.

Descargue el cilindro hidráulico, y desmonte los accesorios, tenga en cuenta los riesgos definido anteriormente y sus medidas preventivas.

5.3 Medición y Observación.

Basándose en la información suministrada por la empresa Anclajes y Construcción S.A., inicialmente se procedió a obtener información de proyectos de edificaciones con sótano con la implementación de muros con anclajes, que tuvieran similitud en su forma de ejecución, personal, maquinaria y equipos, de los cuales se seleccionaron 5 de ellos como puntos de muestreo para observar un comportamiento típico, dicho patrón se determinar el proceso de análisis del presente trabajo, esta empresa nos suministró un documento denominado “Certificado de Calidad y Cumplimiento” el cual se anexa al presente trabajo.

Estas edificaciones se desarrollaron en:

 Edificio Masoa

 Museo del Oro

 Edifico Mirador 52  Edificio Chco Oriental II

 Archivo del Ministerio de Hacienda y Crédito

En este último se realizó personalmente la ejecución de 250 anclajes aproximadamente, permitiendo poder reconocer la ejecución, y registro de lecturas de cada anclaje, registrando la información obtenida en hojas de vida del elemento el cual registra datos generales del proyecto y específicos para obtener lo establecido en el diseño.

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REGISTRO DE CONSTRUCCIÓN DE ANCLAJES FR-97-01

OBRA: CONTRATANTE: PLANOS DE EJECUCIÓN ANCLAJE No: PERFORACION FECHA PROFUNDID AD DIAMET RO TIPO DE MATERIAL INCLINACI ÓN

Firma Lider Ancos en el proyecto

Firma Lider de la empresa Contratante

Firma Lider

Interventoría

LLENADO E INYECCIÓN

PROFUNDID AD LLENAD

O INYECCION 1 INYECCION 2

FECHA:

12/02/201

3 17/02/2013

M btos

bto s ps i BA R bto s PS I BA R

Firma Lider de Interventoría

TENSIONAMIENTO FECHA:

TENSIONAMIENTO 2 CAR GA CAR GA PRUE BA TENSIONAMIE NTO

PSI TON

DEF

cm DEF cm

Firma Lider

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Vale aclarar que el formato de hoja de vida solo contempla el proceso de ejecución desde el día que se realiza la perforación hasta el día que el tensionamiento satisfaga la carga de servicio solicitada por el diseño, dejando a un lado las actividades previas de preparación del anclaje, adecuación de equipos para la perforación y el tiempo que éstos requieran.

El desarrollo del presente formato se desarrollaba en 3 etapas esencialmente, la primera de ella establece el día de la perforación, en la cual hubo algunas veces que esperar a proceder nuevamente la perforación y establecer dicha fecha, la segunda etapa consiste en la inyección y llenado, por ultimo culmina la etapa de tensionamiento, en la cual diversas veces no se alcanzaba la carga de tensión requerida en diseño, por lo cual se debía proceder a desarmar y reinyectar hasta que se cumpliesen las especificaciones requeridas, dicho tensionamiento exitoso establece la fecha de tensionamiento final

En cuanto a las dimensiones de los diferentes anclajes siempre cumplieron con las especificadas en el diseño, medidas que se pueden verificar en la preparación de los anclajes, tales como longitud total, longitud del bulbo y diámetros.

5.4 ANÁLISIS

5.4.1 CONDICIONES PRESENTES EN CAMPO Y CONSIDERACIONES DE DISEÑO

Una vez descrito el proceso con el cual se cumple con la ejecución de anclajes, se hace una descripción de los acontecimientos con mayor relevancia en las consideraciones que se tuvieron en cuenta y las que se debieron haber tenido presentes obedeciendo a las condiciones en el sitio de trabajo, obviamente sin intención alguna de ejercer un tipo de juicio sobre el diseñador, sencillamente revisaremos las circunstancias en la obra, las circunstancias de campo y los escenarios tenidos en cuenta por el autor del libro que hace las veces de guía.

En primera instancia cabe resaltar la clara aserción del autor al mencionar que hablando en generalidades el dimensionamiento del soporte que está sujeto a los empujes laterales del terreno son llevados a cabo por procedimientos semiempíricos, que llevados a la práctica han arrojado buenos resultados, no obstante, no se conoce a exactitud tal factor de tan gran relevancia para el diseño de muros.

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41

y a medida que se lleva a cabo la excavación, lo anterior con la idea de incrementar el rendimiento y reducir el tiempo de construcción, por lo que se hará notorio la actividad tanto en trincheras como en los taludes conformados para proporcionar una masa de suelo que equilibre el sistema hacia el lado de futura edificación, procurando seguir las recomendaciones establecidas por el diseñador en documento que se presenta como anexo a este documento.

Fotografía 27 Talud y edificaciones vecinas

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Fotografía 28 Elementos estructurales reducidos

Realizado un tipo de presentación, por llamarlo de alguna manera, se prosigue con la descripción de acontecimientos presenciados durante la ejecución de la obra y se revisarán consideraciones de diseño, teniendo en cuenta el método de diseño expuesto en el libro tomado como guía, refiriéndonos al llamado método de Kranz.

5.4.1.1 Consideraciones de diseño

No queriendo pasar por alto que es un método utilizado en Europa para diseñar la estabilidad de muros anclados, es de principal denotación que el método contempla una pantalla de un único anclaje y se prolonga a varios niveles; es decir, es como hacerse a la idea de que se ha diseñado uno de los elementos reducidos de los que se habla en la sección inmediatamente anterior, y se extiende verticalmente hacia la parte inferior, alcanzando la cota de zarpa especificada, y puestos dichos pequeños muros consecutivamente hacia los lados hasta cubrir la totalidad del muro definitivo.

5.4.1.1.1 Principio del análisis para el método.

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43

cuenta en la sumatoria de fuerzas para dar cumplimiento a la primera ley establecida por Newton.

Imagen 15 Diagrama de fuerzas

No es la idea presentar crítica al método, porque no hace parte de la problemática expuesta.

5.4.1.1.2 Homogeneidad.

Pretendiendo tomar como ejemplo uno de los muros, esperando realizar una somera revisión de lo considerado en primera instancia por el método, el muro uno se posiciona como apropiado por ser el de mayor longitud horizontalmente hablando, consiguiendo distribuir treinta (30) anclajes en sí mismo, lo que nos lleva a pensar en la posibilidad de que el primer anclaje tenga un comportamiento similar, si es que no es el mismo, al del último anclaje del mismo muro que se ubica a una longitud aproximada de cincuenta y seis (56m) metros, según lo especificado en el diseño otorgado, ya que, por lo menos los cuerpos y demás características de los anclajes son idénticas. En el desarrollo del trabajo se expondrá lo acontecido en este muro y sus respectivos tensionamientos de anclajes.

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44

 Afectación. Dentro del análisis para el diseño de los anclajes contra lo presente en campo tendrá influencia en la fricción generada para obtener la carga deseada y en el cálculo de la cuña de suelo para la determinación de la carga de diseño.

 Solución. La mejor alternativa es esperar al comportamiento del terreno y responder a las solicitudes.

5.4.1.1.3 Factores de influencia en el cálculo

El proceso de determinación de una fuerza A para lograr el equilibrio de la cuña de masa de suelo soportada por el muro es claro y muy viable partiendo de otros datos conocidos del terreno a intervenir, lo que resulta como un verdadero reto es conseguir que en el momento del tensionamiento del elemento de atirantamiento cumpla con los resultados esperados, que se deducen con base a diferente factores que serán expuestos en la siguiente sección del documento y con revisión de la Imagen 15.

G= Peso de la cuña de la masa de suelo sobre la superficie de rotura interna.

Eah= Empuje activo (sin presión de agua) actuando sobre el muro desde el nivel superior hasta el punto de apoyo del mismo.

E1h= Empuje activo sobre la pantalla ficticia.

ϕ= Ángulo de rozamiento interno del suelo.

Θ=Ángulo de inclinación de la superficie de rotura.

α= Ángulo de inclinación del anclaje con la horizontal.

En la sumatoria de fuerzas en el polígono resultante se deduce que:

𝐸_𝑟ℎ= [𝐺 − (𝐸_𝑎ℎ− 𝐸_1ℎ) tan 𝛿] tan(𝜙 − Θ)

𝐴_ℎ+ = 𝑓_𝐴. (𝐸_𝑎ℎ− 𝐸_1ℎ+ 𝐸_𝑟ℎ)

5.4.1.1.4 Precisión en estudio de suelos.

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45

fricción interna del suelo, denotado para este documento con la letra ϕ, que por sencillo razonamiento se espera que sea en la zona donde actuará el elemento para anclaje, y para

ser objetivos en el momento de contemplar este tipo de situaciones, muy pocos, si es que ningún, ingeniero especialista en suelos asumirá la tarea de estudiar el terreno del entorno del proyecto, y mucho menos a una distancia aproximada de veintidós metros de su límite, ya que la experiencia dicta que los sondeos de estudios son al interior del predio donde se proyecta la edificación, y en el caso particular de anclajes, se es necesario acostumbrarse a trabajar con la expectativa de lo que el suelo nos pueda ofrecer, por lo que en el proceso constructivo se contempla la idea de realizar dos o tres inyecciones de lechada, según los resultados arrojados

En la prueba de carga. Al realizar el estudio de esta manera, siendo una generalidad ya asimilada, se manifiesta como obligado, sea por practicidad, manejo de información, economía entre otros, asumir una característica de homogeneidad, y es incluso una consideración tomada por el autor para el método de diseño en mención.2

 Inconvenientes. Se termina por desconocer las características del terreno en el sitio donde se solicita la fricción.

A continuación el autor realiza comparaciones entre propuestas de envolventes aparentes de presiones, y esfuerzos en función de la característica del terreno, declarándose todas como válidas y dejando la elección a criterio del diseñador.

5.4.1.1.5 Teoría de la viga apoyada en zona elástica

Por otra parte, aparece una propuesta basada en la teoría general de la viga que se apoya en un medio elástico, suponiendo que la reacción del medio es proporcional al desplazamiento que sufre el suelo en la consideración de un punto. Lo que se pretende es determinar la fuerza del anclaje de tal manera que la deformación en ningún momento salga del dominio elástico.

Como lo demarca la teoría elástica habrá un esfuerzo normal que corresponde a la reacción en el punto determinado y es directamente proporcional al producto de un módulo y el desplazamiento de la viga en el mismo punto analizado.

𝝈 = −𝒌 ∗ 𝒚

2_{UCAR NAVARRO, ROBERTO (2004). “Manual de anclajes en Ingeniería Civil”. Madrid, España. Capítulo 8,}

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46

Entendiendo que K será el conocido como el coeficiente de reacción del suelo o el llamado módulo de balasto o fundación, cuyas dimensiones finalizan estando determinadas por la relación entre la fuerza y el volumen. Con el transcurso del tiempo se han dado valores aproximados de K obedeciendo al tipo de terreno en donde se pretenda intervenir.

Tabla 2 Coeficiente de reacción del suelo

 Principal inconveniente. En realidad, revisando la situación en sitio de obra, no es difícil pensar que el terreno en donde se apoyará una viga, asumiendo que se tendrá en cuenta la teoría descrita anteriormente, no se presenta con la condición de elasticidad dentro de sus propiedades y, añadiendo la posición del autor del libro al respecto de la teoría elástica como una simple aproximación de los fenómenos que verdaderamente ocurren en el entorno de la masa del suelo, y encuentra un obstáculo en la determinación precisa del módulo de balasto3. Por lo que no haremos gran inferencia en esta teoría de la viga continua apoyada sobre un medio elástico; por lo menos, no para esta obra en el centro de Bogotá.

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En el método descrito también se ve como obligación asumir homogeneidad del terreno, o contemplar la idea de realizar la determinación de 30 cargas (P) para un nivel de anclajes en el caso del muro uno, y una cifra cercana a los trescientos para el proyecto en general, lo que resulta poco concebible.

Procurando resumir gráficamente el principio de la teoría para una pantalla indefinida cargada con una fuerza (P) que actúa contra el terreno, se obtiene:

Imagen 16 Comportamiento de una pantalla

5.4.1.1.6 Ejemplo del desarrollo del método

Para realizar un seguimiento al proceso analítico de Kranz y con la idea de aplicar conceptos teórico en el diseño de tirantes.

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48

excavación de 12.5 m de profundidad, la que fue construida en Berlín y se realizaron tan solo ligeras modificaciones en los detalles de la solución4.

Se partirá del conocimiento de las características del terreno que corresponde a un medio homogéneo de arena media a gruesa y además:

ϕ= Ángulo de fricción interna = 32.5°

γ= Peso unitario= 1.9 kN/m3

δ= Ángulo de rozamiento del terreno con el muro = (2/3) Φ=21.7°

Ka= Coeficiente activo de presión de tierras. = ¼

Kp= coeficiente pasivo de presión de tierras= 7.1

q= sobrecarga = 10kN/m2

H= Altura del muro= 12.5 m

6.5.1.1.7 Sobrecarga.

Dentro de los datos de inicio se encuentra uno que resulta condicional, obedeciendo a la localización del muro en el proyecto, refiriéndose al factor de sobrecarga se hace notorio que las condiciones no son iguales en todos los frentes de trabajo, y antes de continuar se hará una descripción de lo evidenciado en la obra, pues tiene influencia en el polígono de fuerza en el análisis inicial y en el cálculo de empuje tanto activo como pasivo.

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49 𝐸 =𝐾𝑝

2 𝛾 ∗ ℎ

2_{− {}𝐾𝑎[𝑞 + 𝛾 ∗ 𝐻] + [𝑞 + 𝛾(𝐻 + ℎ)𝐾𝑎]

2 } ∗ ℎ

Imagen 17 Zonas de afectación de carga

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sobrecarga como el tránsito de la carrera sexta (muro uno, de tres filas de anclajes), y el patio de una casa cural o lote baldío (muro cuatro y cinco, con dos niveles).

Fotografía 29 zonas de afectación viales y edificaciones menores

 Acción a tomar. Es preciso optar por modificar inclinación, longitud y cantidad en las zonas donde se manifieste como necesario.

Prosiguiendo con el desarrollo del ejemplo planteado, el paso a seguir es calcular los esfuerzos que directamente afectarán al muro.

Se sabe que el esfuerzo será:

𝜎_ℎ = 𝑞. 𝑘_𝑎+ 𝛾. 𝐻. 𝑘_𝑎

Para determinarlo en la base de la excavación igualaremos la profundidad H a los 12.5 metros correspondientes, lo que nos arroja un resultado de 61.9 kN/m2.

El empuje total será

𝐸_𝑎ℎ = [(𝑞 𝐻) +

𝛾

2] . 𝐾𝑎. ℎ 2

Lo que para el ejemplo resulta

𝐸_𝑎ℎ = [( 10 12.5) +

19 2] .

1 4. 12.5