DB-SE-C · Fragmento de PDF p157 · versión 2019-12-20 · capa oficial
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ID técnico a0266 · PDF pág. 157-164 · jerarquía no validada por persona · no es capítulo: sin_linea_de_encabezado · padre: raíz · literal original en el contenido: «F.3. Elementos de contención F.3.1 Métodos de equilibrio límite para estudio de la estabilidad de la pantalla»
F.3. Elementos de contención F.3.1 Métodos de equilibrio límite para estudio de la estabilidad de la pantalla F.3.1 Métodos de equilibrio límite para estudio de la estabilidad de la pantalla 1 La comprobación de la estabilidad propia de la pantalla puede hacerse por el método del equilibrio límite, suponiendo que es una estructura rígida y que se produce la rotura del terreno en la base de la pantalla, a ambos lados de la misma. 2 Los empujes del terreno y del agua sobre la pantalla se determinan según los criterios definidos en el apartado 6.2, tomando en consideración la posible presencia de edificaciones o servicios próxi- mos a coronación. 3 Los empujes del terreno no deben ser inferiores, en ningún caso, a 0,25·´v, siendo·´v la presión efectiva vertical en cada capa del terreno. Documento Básico SE-C Cimientos SE-C-153 4 Los cálculos se podrán efectuar, en las fases intermedias de la excavación o de la construcción del edificio, considerando los valores representativos de las acciones y los valores característicos de los parámetros del terreno. En el intradós se considerará únicamente una fracción del empuje pasi- vo (ya que los corrimientos que serian necesarios para su movilización completa son demasiado grandes). En la elección de dicha fracción del empuje pasivo va implícito el coeficiente de seguridad de la estabilidad de la pantalla. Se tomarán los empujes activos sin afectar por ningún coeficiente de seguridad y los pasivos disminuidos, con relación a los de cálculo, por el coeficiente, E, definido en la tabla 2.1. 5 Se plantean las siguientes alternativas para el estudio de la pantalla: a) pantalla en voladizo; b) pantalla con un punto de sujeción; c) pantalla con más de un punto de sujeción; F.3.1.1 Pantalla en voladizo 1 En la Figura F.11a se representa la deformada de la pantalla y las leyes de empujes unitarios a ambos lados de la misma, supuesto un terreno homogéneo sin cohesión y sin agua así como sin construcciones ni servicios en su entorno. Figura F.11. Pantalla en voladizo 2 En la Figura F.11b se representan las leyes de empujes simplificadas por encima del punto P de momento nulo, y la resultante R de los empujes por debajo de dicho punto que se supone actuando en P. 3 El planteamiento del equilibrio de fuerzas y momentos con el diagrama de la Figura F.11b, permite determinar las dos incógnitas R y to. En general, será suficiente establecer la nulidad de los momen- tos en P, con lo que se obtendrá to. 4 Para determinar el empotramiento total de la pantalla, to + t, para que sea estable, se podrá aplicar la regla empírica: t = 0,2 to (F.62) 5 Este exceso de profundidad por debajo del punto de momento nulo es suficiente para que pueda desarrollarse la fuerza R necesaria para mantener el equilibrio. 6 La magnitud de los empujes del terreno y del agua puede determinarse por medio de los criterios definidos en el apartado 6.2, no debiendo ser inferior el empuje unitario obtenido, a 0,25·´v. 7 Si la pantalla es de tablestacas metálicas, el ángulo de rozamiento del terreno con la pantalla se considerará nulo. En cualquier otro caso no debe tomarse mayor de los dos tercios del ángulo de rozamiento interno del terreno. 8 El rozamiento de la pantalla con el terreno en el intradós (lado de los empujes pasivos) se conside- rará nulo. 9 En el cálculo de los empujes se tendrán en cuenta las sobrecargas de cualquier tipo que puedan existir sobre el terreno en el trasdós de la pantalla. 10 El coeficiente E de minoración del empuje pasivo se define en la tabla 2.1. 11 Si la excavación se hace por debajo del nivel freático se considerará, a cada lado de la pantalla, la correspondiente ley de presiones intersticiales y de empujes del terreno, en términos de tensiones efectivas. Documento Básico SE-C Cimientos SE-C-154 F.3.1.2 Pantalla con un punto de sujeción próximo a coronación 1 Se plantean dos posibles métodos de análisis: a) método de “base libre”; b) método de “base empotrada”. 2 La rotura por rotación o traslación de la pantalla con un punto de sujeción puede efectuarse en la hipótesis de que todos los corrimientos de la pantalla, en la parte empotrada, tienen el mismo senti- do (hacia el lado de la excavación). Este procedimiento se conoce con el nombre de "base libre". 3 En la Figura F.12a se representa la deformada de la pantalla y las leyes de empujes unitarios, acti- vos en el trasdós y pasivos en el intradós por debajo del fondo de excavación; en la Figura F.12b se representan las leyes de empujes simplificadas. Figura F.12. Pantalla con un punto de sujeción y base libre 4 La magnitud de los empujes puede determinarse por medio de los criterios definidos para pantallas en voladizo y en el apartado 6.2, no debiendo ser inferior, el empuje unitario obtenido, a 0,25·´v 5 El coeficiente E de minoración del empuje pasivo se define en la tabla 2.1. 6 El planteamiento del equilibrio de fuerzas y momentos permite determinar las dos únicas incógnitas, la fuerza de sujeción F y la profundidad de empotramiento to, estrictamente necesaria para la estabi- lidad. Como profundidad real de empotramiento debe tomarse: to + 0,2 to (F.63) 7 Otra posible alternativa de cálculo consiste en el método de la "base empotrada". Este método toma en consideración el hecho de que, cuando la profundidad de empotramiento aumenta, aparece un cierto empotramiento en la base. Utiliza la hipótesis de Blum (el punto de momento nulo coincide aproximadamente con el punto de empuje nulo). En la Figura F.13a se representan la deformada y las leyes de empujes, en el caso de suelo homogéneo, sin cohesión y sin agua. En la Figura F.13b se representan las leyes de empujes unitarios simplificadas, y en la Figura F.13c, las que se consi- deran para el planteamiento del equilibrio, junto con las fuerzas F, de sujeción y R, resultante de empujes por debajo del punto P, que se requieren para establecerlo. Se ha representado la ley de empujes resultante y puede apreciarse que tiene valor nulo en un cierto punto O (en el cual, el em- puje activo en el trasdós iguala al pasivo afectado por el coeficiente de seguridad en el intradós), por debajo del nivel de excavación. Documento Básico SE-C Cimientos SE-C-155 Figura F.13. Pantalla con un solo punto de sujeción y base empotrada 8 En este caso el número de incógnitas es de tres (to, F y R), mientras que el de ecuaciones estáticas es de dos (equilibrio de resultante y de momentos). Para resolver el problema se hace uso de una hipótesis auxiliar, muy aproximada a la realidad, consistente en suponer que el momento de la fuer- za de sujeción en el punto O es igual y contrario al de los empujes unitarios por encima de dicho punto, con relación al mismo. O lo que es lo mismo, que el momento flector de la pantalla en el pun- to O es nulo. Esta hipótesis proporciona la tercera ecuación necesaria. 9 Para determinar el empotramiento total de la pantalla, to + t, para que sea estable, se aplica la regla empírica: t = 0,2 to (F.64) 10 Este exceso de profundidad por debajo del punto de corrimiento nulo es suficiente para que pueda desarrollarse la fuerza R necesaria para mantener el equilibrio. F.3.1.3 Pantalla con más de un punto de sujeción 1 El problema de la estabilidad es estáticamente indeterminado, aún en el caso de que la pantalla se proyecte sin soporte fijo en la zona de empotramiento. Los empujes sobre la pantalla se definirán según los criterios definidos en el apartado 6.2. 2 En cuanto a las fuerzas de sujeción, será necesario hacer hipótesis suplementarias razonables, sobre qué parte de los empujes activos absorbe cada anclaje o elemento de sujeción, siendo con- veniente efectuar los cálculos por procedimientos que tomen en consideración la interacción terreno - pantalla (basados en el modelo de Winkler o mediante métodos de elementos finitos o diferencias finitas). 3 La deformada real, en cada caso, dependerá de la magnitud de los empujes (o de la naturaleza del terreno), de la flexibilidad de la pantalla, del tipo de sujeción y del momento en que empiece a ac- tuar con relación a la excavación. F.3.1.4 Métodos basados en el modelo de Winkler para el estudio de la estabilidad de la pantalla 1 La pantalla se modeliza como una viga elástica sobre muelles. 2 En la Figura F.14a se esquematiza una pantalla con el terreno modelado mediante una serie de muelles y en la Figura F.14b la ley empuje del terreno – deformación (tensión, desplazamiento) que debe definirse para cada uno de ellos. Documento Básico SE-C Cimientos SE-C-156 DESPLAZAMIENTO TENSION (a) (b) Estado pasivo Estado en reposo Estado activo Figura F.14. Pantalla modelada como viga elástica sobre muelles 3 El estudio geotécnico debe proporcionar la información necesaria para definir la ley tensión - des- plazamiento de cada uno de los muelles, mediante: a) coeficientes de balasto; b) coeficientes de empuje activo y pasivo; c) empuje al reposo (incluyendo los empujes debidos al terreno y al agua). 4 El coeficiente de balasto kh se define como el cociente entre la presión horizontal (q) aplicada sobre un determinado punto del terreno en el paramento de la pantalla y el desplazamiento horizontal () experimentado por dicho punto: q kh (F.65) 5 El coeficiente de balasto, así definido, tiene unidades de densidad. 6 El coeficiente de balasto no es un parámetro intrínseco del material y en su definición debe tomarse en consideración la geometría y características de la pantalla y el nivel de excavación. 7 La estimación del coeficiente de balasto podrá realizarse: a) a partir de correlaciones suficientemente contrastadas con parámetros geotécnicos del terreno; b) a partir de la determinación de parámetros de deformabilidad representativos del terreno en la zona de influencia de la pantalla, ya sea mediante ensayos in situ o de laboratorio, y el poste- rior cálculo geotécnico para estimar movimientos en función del nivel de tensiones en la panta- lla. 8 Podrán considerarse valores del coeficiente de balasto diferentes en las ramas de carga y descar- ga. 9 Los elementos de apoyo se modelarán mediante muelles caracterizados con sus leyes tensión - desplazamiento. 10 Los cálculos se efectuarán considerando los valores representativos de las acciones y los valores característicos de los parámetros del terreno. 11 Este método de análisis permite estudiar pantallas con varios niveles de apuntalamiento o anclaje y considerar en el cálculo el proceso de ejecución. Asimismo, permite estimar el movimiento horizon- tal de la pantalla. 12 Deberá comprobarse que el cociente entre el empuje pasivo total y el movilizado, E, es superior a 0,6 (pasivo movilizado inferior al 60%) en situaciones permanentes o transitorias y a 0,8 (pasivo movilizado inferior al 80%) en situaciones extraordinarias (tabla 2.1). F.3.1.5 Métodos basados en modelos de elementos finitos o diferencias finitas para el estudio de la estabilidad de la pantalla 1 El cálculo de la pantalla podrá efectuarse empleando modelos de elementos finitos o diferencias finitas, considerando el comportamiento del terreno según un modelo elastoplástico. Documento Básico SE-C Cimientos SE-C-157 2 La caracterización de los materiales en los cálculos tensodeformacionales debe ajustarse a partir de experiencias comparables, con el mismo modelo de cálculo. La deformabilidad adoptada para los materiales debe evaluarse tomando en consideración su nivel de deformación. 3 El cálculo debe efectuarse con programas suficientemente contrastados en este tipo de estudios, y en su caso, deben efectuarse análisis de contraste con procedimientos clásicos. 4 La pantalla se modelará como una viga elástica con unos elementos de interface que deben carac- terizar el contacto terreno - pantalla. 5 Las herramientas de cálculo deben eliminar las tracciones tanto en el terreno como en los elemen- tos de interface. 6 El estudio geotécnico debe proporcionar los parámetros necesarios para definir el comportamiento tensodeformacional de los distintos niveles de terreno afectados por la obra. 7 Los cálculos se efectuarán considerando los valores representativos de las acciones y los valores característicos de los parámetros del terreno. 8 Este método de análisis permite estudiar pantallas con varios niveles de apuntalamiento o anclaje y considerar, en el cálculo, el proceso de ejecución. Asimismo permite estimar el movimiento de la pantalla y de los elementos de cimentación o servicios próximos. 9 La estabilidad de la pantalla debe comprobarse por uno de los dos procedimientos siguientes: a) efectuando los cálculos minorando los parámetros resistentes del terreno. Se considerarán coeficientes de seguridad, M, de 1,5 en situación permanente o transitoria y 1,2 en situación extraordinaria (tabla 2.1); b) calculando directamente el coeficiente de seguridad, M, que debe ser superior a 1,5 en situa- ción permanente o transitoria y a 1,2 en situación extraordinaria. Documento Básico SE-C Cimientos SE-C-159
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