Los anclajes geotécnicos y el sistema de soil nailing son soluciones fundamentales para mejorar la estabilidad de taludes, excavaciones, terraplenes, muros de contención y estructuras sometidas a empujes del terreno.
Los anclajes geotécnicos postensados son elementos fundamentales en la ingeniería civil y geotécnica, diseñados para proporcionar estabilidad y resistencia a estructuras y terrenos.
Un anclaje geotécnico postensado es un dispositivo que se utiliza para transferir cargas de tensión desde una estructura a un estrato de suelo o roca más profundo y resistente.
Este sistema consiste en cables de acero de alta resistencia, también conocidos como tendones, que se instalan en perforaciones y se tensan después de la inyección de lechada o mortero.
El tensado induce una fuerza de compresión en el suelo o roca, mejorando su capacidad de soporte y estabilidad.
Los anclajes son esenciales para prevenir deslizamientos, asentamientos y fallas estructurales.
Qué es el soil nailing
El Soil Nailing es una técnica de contención y refuerzo del suelo diseñada tanto para trabajos permanentes como provisionales.
El primer paso es la perforación de los taladros en los que se colocarán posteriormente los bulones pasivos, normalmente subhorizontales, que trabajarán bajo esfuerzos de tracción por adherencia.
La excavación se cubre con hormigón proyectado que tiene la misión de proteger al mallazo (armadura) frente a la corrosión, ayudar en el reparto de cargas e impedir la caída de tierra entre los puntos de anclaje.
La capa (piel) de hormigón proyectado (gunita) se refuerza con un mallazo de acero para repartir las cargas de forma uniforme en toda la superficie.
La profundidad del bulón debe ser suficiente para transmitir la carga a un estrato competente.
El restringido tamaño del equipo utilizado facilita los trabajos en zonas de accesos difíciles.
El claveteado del suelo mediante bulones en forma de micropilotes se pueden utilizar para asegurar secciones de taludes, pendientes inestables y terraplenes, para el anclaje temporal y permanente de revestimientos de hormigón proyectado (gunita), para asegurar excavaciones y en la renovación de muros de contención.
El equipo requerido se puede elegir para adaptarse a las circunstancias locales.
La elección del detalle en cabeza depende de la aplicación específica.
Aplicaciones de los anclajes y micropilotes
Estabilización de taludes
Cuando se trata de estabilizar taludes, nuestros micropilotes se utilizan con frecuencia junto con mallas de alambre de alta resistencia para asegurar la superficie.
En muchos casos, los anclajes para la malla de alambre se instalan junto con vallas de retención de caída de rocas, que también se aseguran con micropilotes.
En muchos taludes, cortes y proyectos de estabilización de carreteras, el objetivo es distinto.
Un patrón denso de clavos de suelo pasivos o barras huecas autoperforantes puede crear una masa de suelo reforzada detrás de un revestimiento de concreto lanzado, malla o placas de apoyo.
Esto es especialmente relevante para aplicaciones de soil nailing, cortes de talud, frentes de roca meteorizada y zonas propensas a deslizamientos donde se necesitan muchos puntos de refuerzo.
Excavaciones temporales y permanentes
El apuntalamiento en excavación temporal y permanente con micropilotes para anclar el revestimiento de hormigón proyectado se puede adaptar fácilmente a las circunstancias locales.
No se requieren equipos pesados para construir muros para asegurar una excavación.
La excavación se asegura paso a paso, cada aprox.
En excavaciones junto a líneas de metro, cimentaciones existentes, servicios enterrados, corredores ferroviarios o estructuras de alto valor, el movimiento del muro puede controlar el diseño.
La carga de diseño y la carga de bloqueo deben ser definidas por el ingeniero, no por una regla fija.
Terraplenes ferroviarios y canales
Los terraplenes (naturales o artificiales) junto a las líneas ferroviarias se pueden asegurar con micropilotes que actúan como clavos en el suelo (soil nailing), para estabilizar las pendientes tanto por encima como por debajo de las vías.
Los terraplenes junto a los canales se pueden asegurar con micropilotes que actúan como soil nailing como alternativa a los muros de tablestacas.
Muros de contención y restauración
El soil nailing con micropilotes en combinación con muros de contención es un enfoque frecuente cuando se diseñan medidas de estabilización de taludes.
A menudo, en estos casos, se restauran las estructuras existentes.
El claveteado del suelo mediante bulones en forma de micropilotes se pueden utilizar para la renovación de muros de contención.
Soporte de túneles y refuerzo de cimentaciones
En muchos proyectos, los anclajes autoperforantes se usan para soil nailing, estabilización de taludes, soporte de túneles, soporte de excavaciones, micropilotes y refuerzo de cimentaciones.
Cómo se construye un muro tipo Soil Nailing
Anclajes activos y pasivos
En muros de contención, estabilización de taludes, portales de túneles, anclajes de cimentación y soporte de excavaciones, los anclajes suelen describirse con dos palabras sencillas: activos y pasivos.
Un anclaje activo se tensa antes de permitir que la estructura o el terreno se desplacen de forma significativa.
Un anclaje pasivo se instala sin tensión inicial y empieza a trabajar cuando el terreno circundante se deforma.
La diferencia principal no está solo en la barra de acero, el torón, el cable o el cuerpo de lechada.
Anclajes activos
Los anclajes activos se pretensan después de la instalación.
Una vez que la zona adherida ha desarrollado suficiente resistencia, un gato hidráulico tensa el tendón de acero hasta una carga especificada.
En la práctica, esto significa que el anclaje ya está trabajando antes de que el terreno retenido o la estructura soportada experimenten un movimiento importante.
La guía de FHWA describe los anclajes al terreno inyectados como tendones pretensados instalados en suelo o roca.
También destaca la importancia de los ensayos, la carga de bloqueo, la longitud libre de tensión, la longitud adherida y la protección contra la corrosión.
Estos detalles importan porque un anclaje activo no es solo una pieza de acero inyectada.
Los anclajes activos son sistemas pretensados que se usan cuando la verificacion de carga, la alta capacidad y el control de movimiento son críticos.
Anclajes pasivos
Los anclajes pasivos se instalan e inyectan sin pretensarse a una carga de bloqueo.
Un anclaje pasivo desarrolla carga a medida que el terreno o el revestimiento se mueve.
En un muro de soil nailing, por ejemplo, la masa de suelo retenida se deforma ligeramente durante la excavación y el servicio.
Esto no significa que los anclajes pasivos sean débiles o poco controlados.
Significa que su desempeño depende del movimiento controlado del terreno, el espaciamiento de los clavos, la resistencia de adherencia, el comportamiento del revestimiento, el drenaje y el modelo global de estabilidad.
Los sistemas pasivos se diseñan considerando la deformación esperada.
En un muro de soil nailing bien diseñado, el movimiento no es un accidente.
Es parte del mecanismo que moviliza el refuerzo.
Comparación entre anclajes activos y pasivos
| Característica | Anclajes activos | Anclajes pasivos |
|---|---|---|
| Instalación | Se pretensan después de la instalación. | Se instalan e inyectan sin pretensarse a una carga de bloqueo. |
| Movilización de carga | Trabajan antes de que se produzca un movimiento importante. | Desarrollan carga a medida que el terreno o el revestimiento se mueve. |
| Aplicaciones frecuentes | Excavaciones profundas, estructuras críticas, anclajes de cimentación y resistencia al levantamiento. | Soil nailing, estabilización de taludes, muros de contención y refuerzo de roca. |
| Control de deformaciones | Permiten un control más estricto de deformaciones. | Dependen de una deformación pequeña y controlada para movilizar el refuerzo. |
| Durabilidad | Requieren protección contra la corrosión y control de cabezales. | Requieren protección contra la corrosión, calidad de la lechada y drenaje del revestimiento. |
Selección según el terreno
El terreno no solo recibe el anclaje.
También controla como se transfiere la carga.
Roca competente
En roca competente, el refuerzo pasivo puede ser muy eficaz porque la masa rocosa puede necesitar solo pequeños movimientos para movilizar resistencia.
Los anclajes activos en roca se utilizan cuando el diseño requiere una fuerza de pretensado conocida, alta capacidad de anclaje o control más estricto de deformaciones.
Algunos ejemplos son estabilización de presas, resistencia al levantamiento, anclajes de cimentación y estructuras de contención críticas.
La elección no depende solo de si hay roca o suelo.
Suelo
En suelo, la decisión es más sensible.
Los anclajes activos pueden ser útiles cuando el muro o la estructura debe restringirse antes de que aparezca un movimiento apreciable.
Los clavos de suelo pasivos suelen ser una buena opción para estabilización de taludes y muros de soil nailing cuando el diseño puede permitir una deformación pequeña y controlada.
La pregunta de diseño más importante suele estar relacionada con el movimiento.
El terreno mixto o inestable introduce otra pregunta: ¿puede el barreno mantenerse abierto el tiempo suficiente para una instalación convencional?
En arena suelta, grava, relleno, roca fracturada o terreno húmedo, el entubado puede ser difícil o costoso.
Anclajes autoperforantes
Aquí es donde los sistemas de anclaje autoperforantes son prácticos.
Una barra hueca actúa como sarta de perforación y refuerzo final, mientras la lechada se inyecta a través de la barra durante la instalación.
Las barras huecas autoperforantes de ApexRoc combinan perforación, inyección y refuerzo en una sola operación.
La barra hueca conduce el fluido de barrido o la lechada, la broca perfora el terreno y queda en su lugar, y la barra se convierte en el refuerzo final.
Los anclajes autoperforantes suelen tratarse como sistemas pasivos, pero su valor principal está en la constructibilidad.
No sustituyen todas las aplicaciones de anclajes activos.
El método puede ser especialmente adecuado cuando el terreno dificulta mantener abierto el taladro o cuando el espacio de trabajo y el acceso son limitados.
Vida útil y protección contra la corrosión
La vida útil de diseño influye mucho en la selección del anclaje.
Los sistemas anclados temporales suelen utilizarse para sostener una excavación mientras se construye la estructura permanente.
Los anclajes activos de torónes son comunes en excavaciones profundas porque pueden tensarse y ensayarse a medida que avanza la excavación.
Cuando los anclajes se extienden bajo propiedades vecinas y deben retirarse después, pueden considerarse sistemas removibles.
Los sistemas permanentes requieren una estrategia de durabilidad mucho más cuidadosa.
La guía de FHWA suele tratar los sistemas anclados permanentes como estructuras de larga vida útil, a menudo en el rango de 75 a 100 años según los requisitos del proyecto.
Para anclajes activos permanentes, la protección contra la corrosión no es un detalle secundario.
Los anclajes activos permanentes pueden usar protección simple o doble contra corrosión según la exposición, la agresividad del terreno, la vida de diseño y los requisitos del propietario.
Los sistemas pasivos también pueden ser permanentes, especialmente en muros de soil nailing y refuerzo de roca.
En ese caso, el nivel de protección contra la corrosión, la calidad de la lechada, el drenaje del revestimiento y el comportamiento de deformación a largo plazo deben resolverse durante el diseño.
Un sistema pasivo no es automáticamente temporal ni de baja especificación.
Tanto los anclajes activos cómo los pasivos pueden fallar en durabilidad si se subestima la corrosión.
Los sistemas permanentes requieren evaluacion de corrosión, control de calidad de la lechada, protección de cabezales y placas expuestos, y atencion a condiciones agresivas del terreno.
Diseño, ejecución y control del sistema
La profundidad del bulón debe ser suficiente para transmitir la carga a un estrato competente.
La resistencia de adherencia, el espaciamiento de los clavos, el comportamiento del revestimiento, el drenaje y el modelo global de estabilidad forman parte del desempeño del sistema.
En los anclajes activos, una vez que la zona adherida ha desarrollado suficiente resistencia, un gato hidráulico tensa el tendón de acero hasta una carga especificada.
La guía de FHWA también destaca la importancia de los ensayos, la carga de bloqueo, la longitud libre de tensión, la longitud adherida y la protección contra la corrosión.
La excavación se asegura paso a paso, cada aprox.
El equipo requerido se puede elegir para adaptarse a las circunstancias locales.
El restringido tamaño del equipo utilizado facilita los trabajos en zonas de accesos difíciles.
La elección del detalle en cabeza depende de la aplicación específica.
Factores para elegir el sistema adecuado
Los anclajes activos no son automáticamente más resistentes.
Están pretensados.
Un sistema pasivo con suficiente longitud, capacidad de adherencia, área de acero y espaciamiento correcto puede proporcionar una estabilización fuerte.
La elección correcta depende de la vida de diseño, las condiciones del terreno, el movimiento admisible, el metodo de instalación, el riesgo de corrosión y la economía del proyecto.
La barra de acero más barata no siempre produce el sistema de menor costo.
El metodo de perforación, el entubado, la perdida de lechada, los ensayos, el acceso, la velocidad de instalación, el control de deformaciones y el monitoreo a largo plazo pueden cambiar el costo real del proyecto.
Los anclajes activos y pasivos resuelven problemás de ingenieria diferentes.
- Los anclajes activos se utilizan cuando se necesita una carga de pretensado conocida.
- Los anclajes pasivos se utilizan cuando el diseño admite una deformación pequeña y controlada.
- El soil nailing permite reforzar masas de suelo mediante bulones pasivos y un revestimiento de hormigón proyectado.
- Los micropilotes pueden adaptarse a taludes, excavaciones, terraplenes, canales y muros de contención.
- Los anclajes autoperforantes son prácticos en terrenos donde el barreno no puede mantenerse abierto con facilidad.
- Los sistemas permanentes requieren una evaluación específica de durabilidad y corrosión.
Keller Cimentaciones ha instalado y desarrollado técnicas de soil nailing durante varios años.