Experiencias de Estabilizacion

LA COMPLETA SOLUCIN AL CONTROL DE ESTRATOS PARA LA INDUSTRIA DE LA MINERA, TUNELERA Y OBRAS CIVILES

MINERA Carbn y Roca Dura

TUNELERA Transporte y Servicio

OBRAS CIVILES Control de Terrenos

JENNMAR-UNIFER: SOLUCIONES ALTERNATIVAS

Quito, 27 de Marzo de 2014

EXPERIENCIAS EN ESTABILIZACIN DE OBRAS DE INFRAESTRUCTURA MEDIANTE ELEMENTOS DE SOPORTE

CONTENIDOS

1. PRESENTACIN JENNMAR 2. SISTEMAS DE SOPORTE 3. CONCEPTOS DE DISEO 4. ENSAYOS DE CONTROL 5. CASOS DE OBRAS 6. CONSULTAS

Realizado por: Prof. Ing. Juan Manuel Fernandez Vincent

1. PRESENTACIN JENNMAR



qJennmar es una empresa especializada en el soporte de roca para tneles, obras civiles y minera, que nace en USA hace unos 100 aos.

qNuestra Misin es mejorar la seguridad y niveles de produccin en las industrias de Minera y Tunelera, proveyendo de la ms alta calidad y servicio posible.

qJennmar cuenta con 23 plantas de produccin con altos estndares de calidad y tecnologa en USA, Canad, Australia, Europa, China y Latinoamrica, donde Per y Mxico estn con plantas en etapa de construccin, sumado a esto cuenta con oficinas y bodegas de distribucin estratgicamente localizadas alrededor del mundo.

qEn Amrica Latina, Jennmar cuenta con una planta productiva ubicada en Santiago de Chile, la que opera desde inicios de 2010 y tiene una superficie productiva de ms de 14.000 m, sumado a un laboratorio in-situ de nivel mundial.

qEn este corto periodo Jennmar LA se ha consolidado como la empresa lder en el mercado regional, con un servicio y calidad a toda prueba.



JENNMAR EN EL MUNDO

JENNMAR CORPORATE HEADQUARTERS JENNMAR PENNSYLVANIA

JENNMAR EAST VIRGINIA JENNMAR WEST VIRGINIA

JENNMAR Plantas en USA

Company Overview 6


PRODUCT RANGE Santiago de CHILE


MATERIAL EXCLUSIVO

El acero de gran parte de los productos es trado en forma exclusiva desde nuestras plantas JM Steel de EE.UU. Acero de alta resistencia y baja aleacin, de mejores prestaciones que los aceros estructurales usados habitualmente en la industria.



EQUIPAMIENTO DE LTIMA GENERACIN

Contamos con la planta ms moderna de Latinoamrica en su tipo, con maquinaria de ltima generacin.



FISCALIZACIN DE PRODUCCIN

En base a norma ASTM F432. Laboratorio certifica. a) Ensayos

Traccin Compresin Espesor recubrimiento metlico

b) Personal de Laboratorio:

Inspeccin a Procesos de Soldadura (MIG, Arco) Nivel I: Tintes penetrantes, Inspeccin visual Nivel II: Partculas Magnticas Ultrasonido



2. SISTEMAS DE SOPORTE


ANCLAJES de FRICCCION

q FRICTION-LOK (Split-set) q PYTHON (Swellex)

ANCLAJES MECNICOS Y CEMENTADOS

q BARRAS HELICOIDALES/ROSCADAS q BARRAS AUTOPERFORANTES q CABLES DE ACERO q ANCLAJES CON CABEZAS EXPANSIVAS

SOPORTE q MARCOS DE ACERO q FIBRAS SINTETICAS q FIBRAS METLICAS q MALLAS METALICAS

ANCLAJES ESPECIALES q PERNOS DINMICOS/CEDENTES q PERNOS FRICCION

AUTOPERFORANTES q BARRAS DE REFUERZO DE ALTO

DESEMPEO



BARRAS DE REFUERZO



BARRAS ESPECIALES



SISTEMAS MULTICABLE, STRAND JENNMAR fabrica todos los accesorios necesarios para configurar un sistema Strand o Multitoron, con capacidad de confeccionar sistemas especficos segn los requerimientos de cada clientes.

Placa Base con cua de compensacin

Puntera

Longitud de bulbo, cable desnudo

Separadores centradores configurables segn requerimientos

Cabezal multitoron fabricados en maquinas con control numrico CNC de ltima generacin (disponible de 3 a 12 torones)

Para el diseo se cuenta con programas de diseo asistido y de anlisis de Elementos Finitos para validar el comportamiento de los componentes

Cable de Acero 0.6 grado 270 de baja relajacin envainado en Tubo HDPE inyectado en grasa, longitud libre



DESCRIPCIN GENERAL

BARRAS AUTOPERFORANTES Consiste en barras roscadas a lo largo de toda su longitud, que se empalman una con otra por medio de coplas. Las barras, al ser huecas en su interior, permiten el paso de agua/aire de barrido durante la perforacin, as como la lechada de cemento, la cual puede ser inyectada durante la perforacin o tras la ejecucin de la perforacin. stas barras llevan en su extremo una broca o BIT que se pierde que presenta uno o ms orificios de barrido.

Los pernos autoperforantes son utilizados principalmente en macizos rocosos de baja calidad, suelos o macizos rocosos donde las condiciones no permiten estabilidad en las perforaciones, impidiendo la normal instalacin de cualquier soporte estndar.

VER SISTEMA



17

PROPIEDADES QUMICAS ELEMENTOS

C Mm Si Cr Mo 0,40 0,65 0,25 1,00 0,25

CARACTERSTICAS PERNOS AUTOPERFORANTES

TIPO Dimetro Exterior

Dimetro Interior

Dimetro Exterior Efectivo

Seccin Carga Rotura Carga Fluencia Esfuerzo Rotura

Esfuerzo Fluencia Peso

mm mm mm mm KN KN N/mm N/mm Kg/m R25N 25 14 23 244 210 150 805 660 2.3 R32N 32 18.5 29.1 396 280 230 720 560 3.2 R32S 32 15 29.1 488 360 280 740 570 3.6 R38N 38 19 35.7 717 500 400 700 540 5.5 R51L 51 36 47.8 776 550 450 690 580 6.5 R51N 51 33 47.8 939 800 630 840 670 8 T76N 76 52 71 1900 1600 1200 800 650 16 T76S 76 45 71 2500 1900 1500 800 650 19.7

T103N 103 75 98 3450 2380 1900 690 560 27.3 T103S 103 53 98 5200 3550 2680 680 520 42

BARRAS AUTOPERFORANTES



18

La instalacin de l1ma generacin de J-Lok est completamente automa1zada y asegura 1empos reproducibles de insercin y jacin para todos los cartuchos y productos de control de techo de Jennmar. J-lok est produciendo productos de resina para complementar los productos de Jennmar del presente y del futuro. Los equipos J-Lok son los ms tecnolgicamente avanzados en el negocio de la resina.

RESINA J-LOK


19 19

La JM 47 es una FIBRA SINTETICA especialmente diseada para ser u1lizada como refuerzo de carcter secundario, entregando un gran control de contraccin pls1ca y disminuyendo las grietas producto del asentamiento. La JM 47 otorga un aumento en tenacidad a la exin, resistencia a la abrasin y estallido, aumentando el rendimiento del concreto. La JM 47 ha sido especialmente diseada para su aplicacin en shotcrete y losas de concreto sobre terreno.

USOS RECOMENDADOS

Losas compuestas Pisos industriales y de almacenes

Pavimentos de concreto Concreto prefabricado Losas sobre terreno Concreto proyectado

Paredes prefabricadas de bajo espesor Reves1miento de tneles

Sistemas de paredes


20 20

PROPIEDADES

ENSAYOS REALIZADOS CON FIBRA METLICA Y MALLA DE ACERO

Curvas de deflexin por carga obtenidos mediante mtodos de ensayo ASTM 1018

FIBRA SINTTICA JM 47


3. CONCEPTOS DE DISEO


1. UNE-EN 1537 (1999): Ejecucin de Trabajos Geotcnicos Especiales. Anclajes Postesados (Norma Europea)

2. DIN 4125 (1990): Ground Anchorages. Design, construction and Testing. (Alemania)

3. Tirants dAncrage. Recommandations TA-95 (Francia) 4. British Standard BS 8081 (1989) 5. PTI Recommendations for Prestressed Rock and Soil Anchors, 2004. (USA) 6. Recomendaciones para el Diseo, Ejecucin y Control de Anclajes

Inyectados y Postensados en suelos y rocas, CDT, C.Ch.C. (2001)

7. Gua para el diseo y ejecucin de anclajes al terreno en obras de carretera - Direccion General de Carreteras - Ministerio de Fomento, Espaa (2001).

8. Ground anchors and Anchored Systems. Federal Highway Administration. FHWA-IF-99-015

NORMAS DE ANCLAJES ACTIVOS EN ROCA/SUELOS



1. UNE-EN 14490: Execution of special geotechnical Works Soil Nailing.

2. Recomendaciones Clouterre 1991

3. Manual para el diseo y construction de muros de soil nailing - U.S. DOT Federal Highway Administration FHWA de Estados Unidos Publicacin Nro. FHWA-SA-93-026)

4. Aprobacin del Sistema de Soil-Nailing Preussag por el Instituto Tcnico de la Construccin de Berln. Nro. de permiso Z-20.1-105 (1988)

NORMAS DE ANCLAJES PASIVOS EN ROCA/SUELOS



CLASIFICACION DE LOS ANCLAJES


Tipo de trabajo

Activo Pasivo

Vida til

Temporal Permanente

Material

Fibra de vidrio/carbono

Acero

Inyeccin

IU IR

IRS Barra Cable


Anclaje activo

Un anclaje activo es un anclaje que se carga mediante tcnicas de postensado. (Gato hidrulico)

La carga mxima se coloca en la cabeza del anclaje

Un anclaje recin instalado toma carga.

Se ensaya el 100% de los anclajes con un ensayo de aceptacin.

RETAINING WALLS 11.35

FIGURE 11.20 Cross section showing tieback anchors for retaining walls. (Reproduced with permissionfrom AASHTO, 1996.)

2. Tendon. The tendon is usually made of prestressing steel wires, strands, or bars. The tendonincludes the following:a. Bonded length. The bonded length is that part of the tendon that is fixed in the primary

grout and transfers the tension force to the surrounding soil or rock. The anchor bond length isdesigned so that it can resist the required pullout load of the anchor. The bonded length isoften created by the pressure injection of a Portland cement-based mixture. As shown inFig. 11.20, the bonded length should be located well behind the active wedge or other crit-ical failure surface.

Especially for cohesionless soil, the tieback anchors will need an adequate overburden pres-sure to increase the bond stress at the grouted end. To accomplish this, the tieback anchors areoften installed at a downward angle as shown in Fig. 11.20.

b. Unbonded length. This is the part of the tendon that is able to elongate and hence transfersthe tension force to the bonded length. As shown in Fig. 11.20, the unbonded length is oftenfilled with grout, but because the tendon is contained within a sheath, the tension force is trans-ferred to the bonded length. Grouting of the unbonded length will prevent cave-in of this por-tion of the borehole and it will protect the tendon from corrosion.

3. Anchorage. The anchorage consists of a bearing plate and anchor head that permits stressing ofthe tendon. Because tiebacks are often inclined, the anchorage must resist both horizontal and ver-tical forces. If the anchorage is not adequately designed to resist these forces, deformation cansubstantially reduce the effectiveness of the tieback anchor. For example, if the anchorage shouldslide downward, the tensioning force will be reduced, allowing the retaining wall to deflect or fallinto the excavation.

In order to determine the bonded length, the bond stress between the soil and rock and the groutmust be known. Some of the variables that govern the soil-grout and rock-grout bond stress are the

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RETAINING WALLS



Anclaje pasivo

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To achieve a balanced design, all of the resisting components in a system should have comparable margins of safety; no component should be significantly oversized or undersized. In the case of nail tensile forces, a good design should balance the capacities of all resisting elements; therefore, values of RP, RT, and RF should be reasonably similar. 5.5.3.3 Maximum Tensile Forces Distribution

The tensile force in a particular nail is a function of the location where the nail crosses the failure surface. As shown schematically in Figure 5.14, the distribution of tensile forces in the soil nails varies throughout the cross-section of the wall system. Due to the complexities of load transfer within individual nails, the location of maximum nail tensile forces is close to, but generally does not coincide with, the location of the critical failure surface found during global stability analysis. The location of the failure surface is controlled by global limit equilibrium considerations. Strain measurements in instrumented soil nail walls have indicated that in the upper portion of the wall, the maximum tensile force occurs approximately between 0.3 H to 0.4 H behind the wall facing (Plumelle et al., 1990; Byrne et al, 1998). In the lower portion of the wall, the maximum tensile force occurs approximately between 0.15 H to 0.2 H behind the wall facing.

Locus of MaximumNail Axial Force

Distribution of tension along nail

Critical failure surfacefrom limit equilibrium

with FSGL

Facing

(0.3 to 0.4) H

H

Lp

Lp

Lp

T3

T2

T1

1

2

3

Modified after Byrne et al., 1998.

Figure 5.14: Schematic Location of Soil Nail Maximum Tensile Forces.

Un anclaje pasivo es un anclaje que se carga cuando se deforma la estructura que la sostiene

La carga mxima no llega a la cabeza del anclaje. (funcin de la grilla de separacin y espesor shotcrete, > 80%)

Un anclaje recin instalado no toma carga.

No tiene ensayo de aceptacin



Como reconocer los anclajes activos y pasivos Anclaje activo: La carga inicial es mayor al 90% de la carga de diseo Tiene una longitud libre Tiene poca rigidez axial: la carga cambia poco con la deformacin Material: cable o barra de alta resistencia.

Anclaje pasivo: La carga inicial es casi nula. No tiene una longitud libre Tiene gran rigidez axial: la carga cambia linealmente con la

deformacin

Material: placas, hlices y barras



Como reconocer los anclajes activos y pasivos (a igual carga, solo como ejemplo)

P

pasivo

P diseo Anclaje activo: menos deformacin pero mayor carga sobre la estructura

activo

P0 Anclaje pasivo: mayor deformacin pero menor carga sobre la estructura

Menor rigidez



Seleccin de anclajes activos y/o pasivos

Anclaje activo: Cargas de 30 a 200 toneladas Menor deformacin de la estructura Menor costo por carga Temporales

Anclaje pasivo: Cargas de 20 a 40 toneladas. Menos tecnolgicos Longitudes habitualmente limitadas

0.000 10.000 20.000 30.000 40.000 50.000 60.000

0.000

10.000

20.000

30.000

40.000

Deformed MeshExtreme total displacement 26.23*10-3 m

(displacements at true scale)



Clasificacion segn tipo de inyeccion (FHWA)

A: Inyeccin por gravedad

B: Inyeccin global nica

C: Posinyeccin en etapas

D: Con campanas



Procedimiento de ejecucion

Perforacin encamisada

Instalacin de anclaje (previa llenado)

Extraccin de la camisa

Tesado

Proteccion anticorrosiva de cabeza

Inyeccion a presin



Procedimiento de ejecucion (autoperforante)

Perforacin encamisada

Instalacin de anclaje (previa llenado)

AUTOPERFORANTE EXHUMADO EN PRUEBA PARA EL METRO DE SANTIAGO

Tesado



Anclaje activo temporal (postensado)

VIDA UTIL < 2 AOS (sin ambiente marino)



Anclaje activo permanente (postensado)

VIDA UTIL > 2 AOS

Cordn envainado y engrasado

Compuesto anticorrosivo

Grout cementicio

Centralizadores

Sello

Espaciadores

Vaina corrugada



Anclaje activo permanente EN1537 (aislado electricamente)



Anclaje activo permanente EN1537 (doble proteccion plastica)



Anclaje activo temporal (barra)

OJO barra de postensado!!!



Anclaje activo permanente (barra)

Compuesto anticorrosivo

Grout cementicio

Vaina lisa

Centralizador

Puntera

Vaina corrugada



Anclaje pasivo temporal/permanente (barra maciza)



Diseo

Diagramas segn EAB.

(Norma de excavaciones alemanas)



Longitud libre de un anclaje activo - Metodo Simplificado

LF: Longitud libre con con tendn no adherido al suelo (4.5 m mnimo). R: Revancha igual al mayor valor entre 1.5 m y H/6. Csy: Coeficiente de aceleracin pseudoesttica.


Longitud libre de un anclaje activo (falla por cua profunda Ranke_Ostermayer (1968)


Modos de falla de una estructura anclada



Modos de falla de una estructura con anclajes pasivos

!



Modos de falla de una estructura con anclajes pasivos



Verificaciones de un muro de Soil Nailing

1. Verificacin de la estabilidad interna va investigar el deslizamientos de cuerpos rgidos, generalmente con un mecanismo de falla consistente en dos cuerpos.

2. Verificacin de la seguridad al deslizamiento segn DIN 1054.

3. Verificacin de la estabilidad al vuelco. La resultante de fuerzas debe estar dentro del ncleo de la base.

4. Verificacin de la capacidad de carga segn DIN 4017 5. Verificacin de la estabilidad general segn DIN 4084 6. Verificacin de las deformaciones de la contencin. 7. Verificacin de la capacidad estructural del hormign

proyectado.



Diseo de la longitud de bulbo (fija)

Tult = ( ) L qs Dimetro < 0.20m Longitud < 12m




feff = Area A Area bajo lnea ult Carga ltima = . D . L . ult . feff

avg= qs (Bustamante)




ej: un 100% de eficiencia implica movilizar la resistencia peak de la interfase grout-suelo a lo largo de toda la longitud de bulbo)



4. ENSAYOS DE CONTROL


Ensayo de los anclajes



Ensayo de los anclajes activos (postensados)

Ensayo de investigacin (antes de la obra): Ensayo destructivo Se provoca la falla por el suelo Verificacin de perdidas de carga

Ensayo de aptitud (al inicio) Comprobacin del diseo Carga de prueba Verificacin de perdidas de carga

Ensayos de aceptacin (durante) Carga del anclaje Verificacin de perdidas de carga La longitud libre aparente




ks = (s2-s1) / log (t2/t1)



Comportamiento de la carga de los anclajes activos




Verificacin de las perdidas de carga




Ensayo de aceptacin DIN 4125



5. CASOS DE OBRAS A) PIQUE METRO DE SANTIAGO

B) MURO JINAMAR C) MURO MALLECO D) SN BARRIO MODELO


Caso Pique Metro Santiago - Exc. 31m PPA y Muro SN 22,6m

5. CASOS DE OBRAS


Caso Pique Metro Santiago - Excavacion 31 metros

5. CASOS DE OBRAS


Caso Pique Metro Santiago - Muro SN 22,6m

5. CASOS DE OBRAS


Caso Pique Metro Santiago

5. CASOS DE OBRAS



FS=1,78 Deformacin 60mm

5. CASOS DE OBRAS



FS=1,84 Deformacin 30mm

5. CASOS DE OBRAS



5. CASOS DE OBRAS


Caso Muro Jinamar (Islas Canarias)

5. CASOS DE OBRAS


Caso Muro Jinamar

5. CASOS DE OBRAS


Caso Muro Jinamar

ESTABILIZACION CON ANCLAJES ACTIVOS Y PASIVOS PROF. ING. JUAN MANUEL FERNANDEZ VINCENT

5. CASOS DE OBRAS


Caso Muro Jinamar

5. CASOS DE OBRAS


Caso Muro Malleco

5. CASOS DE OBRAS


Caso Muro Malleco

5. CASOS DE OBRAS

Anclajes Postensados Permanentes de cable, Longitudes hasta 35 m

Caso Muro Malleco

5. CASOS DE OBRAS

Caso Lo Galindo


Las laderas del sector Lo Galindo sufrieron importantes deslizamientos con ocasin de los temporales de lluvia ocurridos todo el mes de Julio del ao 2000, afectando la seguridad de los tanques de abastecimiento de agua ESSBIO. La presencia de tanques de abastecimiento de agua potable en la coronacin de la ladera le dio un carcter de urgencia a la obra ante la incertidumbre del progreso de la falla y por encontrarse ante el inicio de la poca de mayor pluviometra en la regin, lo que podra desencadenar en mayores inestabilidades.

5. CASOS DE OBRAS

Caso Lo Galindo

Perfil de la falla. Se aprecia las unidades de suelo presentes y el contacto Limonita (arenisca)Arcilla, donde se produjo el deslizamiento

5. CASOS DE OBRAS

Caso Lo Galindo


Planta de la zona afectada por los deslizamientos. (Esquina inferior izquierda)

5. CASOS DE OBRAS

Caso Lo Galindo

Modelo de clculo empleado para el diseo

5. CASOS DE OBRAS


Caso Lo Galindo

Diagrama de interaccin del anclaje pasivo (nail) Esfuerzos del nail en su contacto con la superficie de falla

5. CASOS DE OBRAS


Caso Lo Galindo

Trabajos de estabilizacin luego de retirada gran parte de la masa de suelo deslizada

5. CASOS DE OBRAS

Caso Lo Galindo

Ensayos de investigacin ejecutados antes del inicio de los trabajos

5. CASOS DE OBRAS

Caso Lo Galindo

Etapa de ejecucin del muro en forma descendente

5. CASOS DE OBRAS

Caso Lo Galindo


Etapa de ejecucin del muro en forma descendente

5. CASOS DE OBRAS

Caso Lo Galindo

Etapa de ejecucin del muro Bandas de drenaje y drenes californianos

5. CASOS DE OBRAS

Caso Lo Galindo

Vista panormica de la estabilizacin mediante Soil Nailing. Superficie muro = 440 m2, Altura = 3 a 8 m, Nails = 5.000 ml

5. CASOS DE OBRAS

Caso Altea - Alicante

5. CASOS DE OBRAS


5. CASOS DE OBRAS


Caso anclaje fallado

5. CASOS DE OBRAS

Caso ingreso de agua por anclaje (lavado finos?)

5. CASOS DE OBRAS

Que tipo anclajes hay?

5. CASOS DE OBRAS


CONSULTAS ? COMENTARIOS ?

6. CONSULTAS


JENNMAR y UNIFER AGRADECEN SU ATENCIN

Prof. Ing. Juan Manuel Fernandez Vincent Asesor geotcnico especialista en

fundaciones especiales Jennmar LA

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Experiencias de Estabilizacion