CONCEPTOS BASICOS DE MEJORAS DE TERRENO

MINISTERIO DE TRANSPORTES Y COMUNICACIONES
PROVIAS NACIONAL
INDICE
N° de Páginas
INDICE
001
CONCEPTOS BÁSICOS DE MEJORA DEL TERRENO
002
SECTOR “EL HUANUQUEÑO”
005
ANEXOS
007
ESQUEMA GENERAL DEL SOIL NAILING
009
SALIDAS DEL PROGRAMA SNAIL WIN 3.10 (GRÁFICO)
012
SALIDAS DEL PROGRAMA SNAIL WIN 3.10 (TEXTO)
014
CATALOGO DE PERNOS ACEROS AREQUIPA
017
ESTUDIO COMPLEMENTARIO DE ESTABILIDAD DE TALUDES Y ADECUACIÓN DEL EXPEDIENTE TÉCNICO DE
LA CARRETERA TINGO MARÍA – AGUAYTÍA, TRAMO 1.2: Km. 15+200 – Km. 51+551
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CONCEPTOS BASICOS DE MEJORA DEL TERRENO
EL CLAVADO DEL SUELO
El clavado del suelo es un método relativamente nuevo (1976) de mejora estructural del suelo. Una
cantidad significativa de investigaciones están continuando en muchos países incluyendo los
Estados Unidos para formalizar los métodos de diseño y un mejor entendimiento del comportamiento
de la masa de suelo "clavada" bajo diferentes condiciones. Sin embargo no es un método
'experimental' y muchas aplicaciones ya han sido usadas incluyendo muros que tienen mas de 20
metros de profundidad. Básicamente, un clavo de suelo es un elemento de tensión no pretensado
que es insertado y adherido al suelo. Hay diferentes métodos de instalación y tipos de elementos de
tensión que pueden ser usados para el clavado del suelo.
El clavado del suelo puede ser usado para aplicaciones temporales y permanentes y los
requerimientos de corrosión a la protección son similares a las recomendaciones para anclajes en
tierra. Desde que el elemento de tensión no es pretensazo, éste debería ser una barra helicoidal de
Alto Grado la cual tiene más ductilidad que el acero de alta resistencia y provee una eficiente
capacidad de enlace de transferencia. Un procedimiento de instalación típica para apoyo de
excavaciones está comprendido en cuatro etapas repetitivas.
Fase 1: Excavar un corte de aproximadamente 1.0 a 1.5 metros dependiendo del tipo de suelo.
Fase 2: Perforación de los agujeros en el lugar y longitud predeterminada.
Fase 3: Insertar e inyectar el clavo de suelo, instalar malla de refuerzo y aplicar un shotcrete
de recubrimiento de 10 a 15 cm de espesor.
Fase 4: Cuando el shotcrete ha endurecido instalar la placa de anclaje y tuerca de la barra
Helicoidal e iniciar la excavación para el nivel mas bajo.
El clavado de suelo es un método pasivo de mejora del suelo y la masa del suelo experimenta
movimientos verticales y hacia fuera antes que el elemento de tensión esté movilizado y tensado.
Existe un amplio rango de aplicaciones para el clavado del suelo, pero éste debería ser combinado
con anclajes de suelo pretensados cuando los movimientos del suelo y asentamientos están
perjudicando las estructuras cercanas. Algunas aplicaciones típicas son mostradas aquí y es de
notar que un recubrimiento de shotcrete no siempre es requerido. Para entender el comportamiento
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de una masa de suelo clavado vamos a examinar las figuras siguientes con tres tipos de falla que
han sido observadas y estudiadas:
a.
Un corte al plano de la falla separa la masa estable de suelo de un prisma que tiende a
moverse hacia fuera, este movimiento movilizará la fuerza en el clavo de suelo en ambos
lados del plano de la falla. Así como el movimiento se incrementa, el clavo de suelo está sujeto
a una distorsión del plano de falla lo cual resulta en un incremento de la fuerza de tensión y un
cambio localizado en la dirección del clavo. La fuerza máxima en el clavo de suelo está en el
plano de suelo y se reduce conforme nosotros nos movemos afuera desde éste en ambas
direcciones. El mecanismo de falla del elemento de tensión es algo complejo y es mostrado en
detalle en la figura adjunta. En el plano de falla la sección del clavo de suelo está sujeta a
corte axial, curvaturas y tensión y ellos deberían estar todos combinados para verificar la
seguridad contra la rotura del elemento de tensión. Debería notarse que como la dirección del
clavo de suelo cambia su efectividad contra la falla rotacional del prisma del suelo se
incrementa y asimismo se reduce la probabilidad de ocurrencia de este modo de falla.
b.
Falla local de una franja de suelo no apoyado durante las fases de excavación o antes que el
recubrimiento del shotcrete sea asegurado podría conducir a una falla general de las capas
superiores de suelo clavadas. Los procedimientos de instalación de clavos de suelo deberían
ser cuidadosamente planeados y cada etapa de construcción debería ser evaluada para
reducir el riesgo de este modo de falla no común.
c.
Para un buen rendimiento de la adherencia del clavo de suelo a ambos lados del plano de falla
es importante estabilizar el sistema de apoyo. La falta de adherencia entre el elemento de
tensión y el suelo del entorno conducirá a la falla general. Si el probable plano de falla del
suelo es demasiado cercano a la cara de la excavación entonces consideraciones especiales
deberían ser dadas al diseño y detalles del recubrimiento y placas de soporte tal que ellas
puedan resistir la fuerza de diseño.
A continuación son dados algunos comentarios generales correspondientes al uso y rendimiento de
los clavos de suelo:

El clavado del suelo debería ser económico para excavaciones poco profundas y debería ser
considerado para cortes tan bajos como de 2.5 a 3.0 metros.

No se requiere nueva tecnología

El equipo de construcción es esencialmente el mismo que se usa para la instalación de los
anclajes en tierra.

El inyectado de los clavos de suelo tiene mejor protección a la corrosión que los clavos
conducidos (driven nail) y ofrece un mayor diámetro para soportar el plano de falla del suelo.

Clavos de suelo pre-inyectados en tuberías plásticas, deberían ser considerados para
aplicaciones permanentes en suelos agresivos.
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
Si es usado recubrimiento de shotcrete entonces éste debe ser diseñado y reforzado para
espacios entre el clavo de suelo y el suelo debe ser bien drenado para eliminar el aumento
de la presión de agua.

Las barras helicoidales están muy bien preparados para el clavado de suelos debido a su
alta ductibilidad, rigidez flexional y rosca continua que permite acoplar y conectar a la placa
de soporte cualquier longitud de la barra de acero.

Hasta que recomendaciones específicas sean publicadas, la presión de diseño para
estructuras en suelos clavados debería ser el mismo que para apoyo de tirantes de
excavaciones como es desarrollado por Peck.

La resistencia al corte y curvatura de clavos de suelo rígido, tales como las barras
helicoidales, incrementa la resistencia de la masa del suelo clavado. Este es un contraste
para franjas delgadas muy flexibles que tienen solamente rigidez axial.

Anclajes y clavos son fundamentalmente diferentes en que los clavos interactúan con su
entorno del suelo a lo largo de toda su longitud mientras que el anclaje no lo hace. Ellos
interactúan con el suelo solamente a lo largo de la longitud de adherencia
Aunque el clavado del suelo es una técnica muy adaptable a la mejora del terreno, ésta tiene sus
limitaciones que son brevemente discutidas:
1.
Los movimientos del suelo son inherentes en el concepto de clavado de suelos y ello evita
su uso en áreas urbanas y estructuras cercanas que pueden ser sensibles al asentamiento.
2.
Debido a los procedimientos de construcción, el clavado de suelos de muros puede ser
solamente construido sobre la superficie libre de una capa (natural o bajada)
3.
Es difícil usar el clavado de suelo en suelos arenosos con poca cohesión, desde que ellos no
se mantienen estables cuando se excava a cualquier profundidad apreciable.
4.
Cuando el clavado del suelo es usado en un suelo de arcilla, la posibilidad de saturación y
su reducción significativa de la resistencia a la fricción clavo-suelo debería ser evaluada.
5.
Los efectos de un conglomerado helado detrás de un recubrimiento de shotcrete debería ser
causa considerable de daño si no es considerado en el diseño del recubrimiento y clavo.
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SECTOR “EL HUANUQUEÑO”
Para el sector critico El Huanuqueño se diseñó Soil Nail en las progresivas que se presentan
en la Tabla Nº 1, en esta tabla se encuentran los valores de resistencia cortante del suelo y
los valores de resistencia de los pernos de anclaje.
Los pernos permitirán proteger el lado derecho de la vía y tendrán una profundidad de
anclaje de 4.5m proporcionando un adecuado factor de seguridad es estas zonas.
Para el análisis de estabilidad de taludes se hizo uso del programa SNAIL WIN 3.10, dicho
programa funciona en entorno window. La salida grafica y textual del programa SNAIL WIN
3.10 para el sector el Huanuqueño se presenta en los anexos.
El plano TM-PTECH-GH-003 indica el lugar de colocación del Soil Nail, además se presenta
en la parte final de este volumen la documentación proporcionada por la empresa ACEROS
AREQUIPA sobre el tipo de pernos utilizados en el diseño.
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