¿Está buscando construir sistemas de seguridad para excavaciones?
El sistema de soporte de madera es el método más utilizado para proteger terraplenes excavados en la construcción porque es más económico en comparación con otras técnicas. Sin embargo, existen limitaciones como menores alturas de soporte, por lo que su aplicación está limitada en cierta medida.
En este artículo analizamos el análisis, diseño y detalle del sistema de soporte. El sistema de soporte tiene como objetivo proteger los terraplenes excavados y, sobre todo, minimizar el impacto sobre las estructuras adyacentes y las caídas desde los terraplenes. El proceso de diseño se expresa con un cálculo de diseño.
Diseño de sistemas de seguridad en excavaciones: ejemplo práctico
Supuestos y parámetros
El análisis y diseño consideraron los siguientes supuestos y datos de diseño.
- Altura al nivel del agua subterránea desde el nivel del suelo terminado 2 m
- Densidad del hormigón 25 kN/m 3
- Densidad del suelo 18 kN/m 3
- Densidad del suelo saturado 20 kN/m 3
- Densidad del suelo sumergido 10 kN/m 3
- Densidad del agua 10 kN/m 3
- Ángulo de fricción con el suelo 30 0 (El ángulo de fricción promedio se considera para el pozo 01. Dado que el ángulo de fricción de algunas capas es cero, se suponen los valores anteriores.
- Ancho del perfil de acero 150 mm.
Disposición estructural del sistema de soporte.
Los perfiles de acero (hierro H) se colocan a una distancia de 1,2 m para conseguir una profundidad de excavación de 4 m. Se colocan placas de acero entre las barras de hierro H para mantener la tierra en su lugar.
Figura 01: Disposición del sistema de apuntalamiento.
Figura 02: Detalle típico de excavación
Análisis estructural de sistemas de soporte – sistemas de soporte de excavación.
El análisis estructural del sistema de soporte se realiza de acuerdo con las pautas del Manual de zanjas y apuntalamiento de California. En este análisis se supone que el ángulo de fricción promedio es 30,0 . A medida que varía el ángulo de fricción, en el diseño se asumen valores medios.
Si el ancho efectivo es de 1,2 m por encima de la línea de la excavadora, por debajo de la línea de la excavadora será de 150 mm (ancho de hierro H).
Por lo tanto, se considera el método de conversión para determinar el ancho efectivo equivalente.
Además, en este análisis se considera el efecto arco para aumentar la capacidad de carga del hierro H debajo de la línea de la excavadora. La Figura 03 muestra la distribución de presión del sistema de soporte.
Figura 03: Distribución de presión
La carga útil y la presión del agua sobre la línea de excavación no se tienen en cuenta en el cálculo, ya que este cálculo se lleva a cabo para comprobar si este sistema es aplicable a las profundidades de excavación propuestas.
Durante el diseño se tuvieron en cuenta los siguientes factores
Ajustar para efecto abultado
Capacidad total = 0,08 φ (≤ 3,00)
Ajuste por ancho de pila = (ancho efectivo) x 0,08 φ (≤ 1,00)
Factor de curvatura (f) = 0,08 φ (ancho efectivo de pila)/ (espaciado de pila) ≤ 1,0)
Factor de curvatura (f) = 0,08 φ (ancho efectivo de pila)/ (espaciado de pila) ≤ 1,0
Cálculos
El siguiente es el método de cálculo para determinar la profundidad de empotramiento requerida del perfil de acero para soportar la presión activa ejercida por la suela sobre la línea de la excavadora.
Cálculo de parámetros de diseño.
Ángulo de fricción con el suelo = 30 0
Ka = (1-Sin φ ) / 1+sin φ ) = (1-Sin 30) / 1+Sin 30) = 0,333
Kp = (1+Sin φ ) / 1-sen φ ) = (1+Sin 30) / 1-Sin 30 ) = 3.000
Capacidad total = 0,08 φ (≤ 3,00) = 0,08 x 30 = 2,4 <3
Ajuste por ancho de pila = (ancho efectivo) x 0,08 φ (≤ 1,00) = 0,15 x 0,08 x 30 = 0,36 < 1
Factor de curvatura (f) = 0,08 φ (ancho efectivo de pila)/ (espaciado de pila) ≤ 1,0 = 0,08 x 30 x 0,15 / 1,2 = 0,3
Densidad del suelo sumergido = γ sentado -γ I = 20 –10 = 10 kN/m 3
Las designaciones que se muestran en la Figura 3 y la Figura 3 se aplican a todas las designaciones mencionadas en este documento.
Figura 04: Designaciones – distribución de presión
