A continuación se describen los criterios de cálculo adoptados para el software, que permiten el dimensionado y la verificación de las obras provisionales necesarias para la excavación de pozos en terrenos estratificados. El programa de cálculo permite evaluar el empuje ejercitado sobre las paredes de excavación de pozos de cimentación en terrenos arcillosos saturados, conforme a soluciones semi-empíricas presentadas,por ejemplo, por Terzaghi & Peck (1948) y por NAVFAC DM-7 Design Manual (1971).
Estimación de los empujes ejercitados por el terreno
Es sumamente difícil efectuar una estimación del empuje ejercitado sobre las paredes de excavación de pozos de cimentación en terrenos arcillosos saturados, ya que la misma depende de numerosos factores, entre los cuales podemos citar:
•el tiempo (t1) que transcurre entre la excavación y la inserción de los elementos estructurales. Entre mayor sea (t1), menor resulta el empuje sobre el elemento estructural; obviamente esto va a expensas del abultamiento y por lo tanto de un empeoramiento de las características del material circunstante a las paredes del pozo;
•el tempo (t2) que transcurre entre la inserción de los elementos estructurales y el chorreado. Entre mayor es (t2) menor son los empujes que el elemento estructural debe sostener;
•la deformación de los elementos estructurales;
•las características del terreno circunstante alas paredes del pozo (grado de cementación, coeficiente de permeabilidad, características de resistencia, etc.).
Los métodos de cálculo teóricos que toman en cuenta los aspectos antes indicados resultan bastante complejos y por lo tanto, considerando el carácter provisional de los soportes, son poco utilizados.
A nivel práctico, normalmente se recurre a soluciones semi-empíricas como por ejemplo las de Terzaghi & Peck (1948) y NAVFAC DM-7 Design Manual (1971). Tal empuje se puede obtener con base en la expuesto en la Figura 11.
Figura 11. Empuje de tierras en condiciones drenadas agente en las paredes de soporte multi-ancladas en terrenos sin cohesión
Como primera aproximación se puede mantener la solución indicada en la Figura 10, pero introduciendo en el cálculo coeficientes de empuje activo equivalentes (ka*) calculados de la siguiente manera:
pa = ka,φ × γ’t × H - c'× ka,c
ka* = pa / (γ’t × H)
donde:
pa = empuje activo agente en el fondo de la excavación (en kPa)
ka,φ = coeficiente de empuje activo (Mueller-Breslau)
ka,c = 2 · (ka,φ)0.5 = coeficiente de empuje activo (-)
c' = cohesión real o aparente (in kPa)
γ’t = peso específico inmerso (kN/m3)
En cuanto al empuje del agua, considerando el hecho de que las paredes de excavación no son impermeables y que por lo tanto no impiden totalmente los flujos de filtración, se puede tomar en cuenta el hidrostático reducido alrededor de un 30%.
Criterios para el dimensionado de las cimbras y de la coronilla de soporte (micropilotes)
Conocidos los empujes agentes radialmente en las paredes de excavación de los pozos de cimentación, la sección de las cimbras y los interejes se pueden estimar según la siguiente expresión:
ice × R × kd × kas σh ≤ Ace × fy
siendo:
ice = intereje cimbras (m)
R = radio del pozo (m)
σh = empuje agente en las paredes del pozo (kPa)
kd = coeficiente amplificativo del frente de empuje (normalmente 1.5 D) (-)
kas = coeficiente amplificativo, que considera la potencial asimetría de las presiones horizontales y la indeterminación en la valoración de las presiones mismas(-)
Ace = área de la sección de las cimbras (m2)
fy = tensión de enervación (MPa)
En caso de que se presente un espesor significativo de spritz-beton, el cálculo de las solicitaciones del conjunto cimbras-spritz se efectúa con referencia al área ideal, en comparación con el hormigón. En el programa de cálculo adjunto se considera un coeficiente de homogenización n=10.
El máximo momento flector en la sección del elemento que forma la coronilla de soporte (micropilote/pilote) se estima según la siguiente expresión:
M = (ice × ice × i × σh)/α
donde:
M = momento flector de una viga de longitud igual al intereje de las cimbras, encajada en los extremos (kN)
i = intereje de los micropilotes/pilotes (m)
α = coeficiente función del tipo de encaje de los micropilotes
ice = intereje cimbras (m)
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