GUA

PARA EL PROYECTO Y LA EJECUCIN DE MICROPILOTES EN OBRAS DE CARRETERA

Esta Gua para el proyecto y la ejecucin de micropilotes en obras de carretera forma parte de una serie de un documentos de divulgacin tecnolgica elaborados por la Direccin Tcnica de la Direccin General de Carreteras, incluidos en una lnea editorial que pretende el conocimiento y la armonizacin de conceptos sobre aspectos relevantes relacionados especficamente con el quehacer de los tcnicos del Centro Directivo. En el mbito de lo concreto, pretende desarrollar las principales cuestiones a tener en cuenta en lo referente a materiales y productos, diseo y clculo, ejecucin y procedimientos de control de micropilotes en los proyectos y obras de carretera. Para ello los define y clasifica, introduce mtodos de clculo, expone los criterios a seguir para su ejecucin, formula prescripciones bsicas sobre su control, e incluye una serie de apndices sobre aspectos diversos; todo ello sin perjuicio de la existencia de cuestiones particulares de cada obra o proyecto que puedan quedar, por su singularidad, fuera del contexto de la misma. Su elaboracin se ha dividido en dos fases sucesivas: la primera de redaccin de un documento bsico de partida que reflejara la experiencia en la ejecucin de este tipo de trabajos en Espaa, y la segunda que ha comprendido su ampliacin y puesta al da, a la luz de los principales textos sobre la materia normativos y divulgativos a nivel nacional e internacional, la revisin integral del documento por especialistas en geotecnia y estructuras, la fase de consultas internas y la redaccin definitiva, con la consiguiente introduccin de nuevos conceptos en diferentes campos, si bien, fundamentalmente relativos a cuestiones de proyecto geotcnico y estructural, mtodos de clculo y normativa. La primera fase, dirigida por el catedrtico de Ingeniera del Terreno D. Carlos Oteo Mazo, fue llevada a cabo, en primer lugar, por el ingeniero de caminos, canales y puertos D. Jos Luis Fernndez Salso, con la colaboracin del Comit Tcnico de la Asociacin de Empresas de la Tecnologa del Suelo y del Subsuelo (AETESS), compuesto por ingenieros de caminos, canales y puertos de las empresas integradas en dicha asociacin, reconocidos especialistas en geotecnia. En esta fase se ha pretendido recoger la gran experiencia de dicha asociacin en la realizacin de este tipo de trabajos. La segunda de las fases descritas ha sido llevada a cabo por ingenieros de caminos, canales y puertos, funcionarios de la Direccin General de Carreteras. La redaccin del texto definitivo ha sido responsabilidad del Servicio de Geotecnia: D.a Mercedes L. Gmez lvarez. D. ngel Juanco Garca. D. lvaro Parrilla Alcaide quienes adems han contado con las valiosas opiniones de: D.a Pilar Crespo Rodrguez, Servicio de Estudios Especiales. D. Csar Fernndez-Nespral Prez, Demarcacin de Carreteras del Estado en Asturias. D. Francisco Javier Gonzlez Cabezas, Demarcacin de Carreteras del Estado en Castilla-La Mancha. D. ngel Carlos Paradela Snchez, Servicio de Estudios Especiales.

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A

D. Javier Payn de Tejada Gonzlez, Demarcacin de Carreteras del Estado en Castilla y Len Occidental. D. Fernando Pedrazo Majarrez, Demarcacin de Carreteras del Estado en Extremadura. D. Francisco Ruiz Hidalgo, Demarcacin de Carreteras del Estado en Andaluca Oriental. Asimismo han recibido las observaciones de los reconocidos expertos en estructuras, D. Juan Luis Alcal Snchez, y en geotecnia, profesor D. Luis Sopea Maas y, de nuevo, del profesor D. Carlos Oteo Mazo. La utilizacin de esta Gua en el proyecto, construccin y seguimiento de las obras, permitir en el futuro matizar y completar los criterios recogidos en la misma, teniendo en cuenta que se trata de un tipo de trabajos en que los avances e innovaciones se producen de manera casi continua. Octubre de 2005

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NDICE

1. Consideraciones generales ......................................................................................................................... 1.1. 1.2. 1.3. 1.4. Introduccin ........................................................................................................................................ Definicin y clasificaciones ............................................................................................................... Recomendaciones sobre la posible idoneidad de cada tipo de micropilote ............................... Principales aplicaciones ....................................................................................................................

7 7 7 8 8 13 13 14 15 19 19 21 24 32 34 36 42 45 48 50 59 59 60 63 63 68 69 69 73 73 73 74 75 79 81 81 82 85 85 87 88

2. Materiales y productos ............................................................................................................................... 2.1. 2.2. 2.3. Armaduras .......................................................................................................................................... Lechadas y morteros de cemento .................................................................................................... Proteccin contra la corrosin .........................................................................................................

3. Clculo de los micropilotes ........................................................................................................................ 3.1. 3.2. 3.3. 3.4. 3.5. 3.6. 3.7. 3.8. 3.9. 3.10. Estados lmite ................................................................................................................................... Comprobaciones especficas a efectuar en las aplicaciones ms usuales ................................ Comprobacin frente al hundimiento ............................................................................................ Comprobacin frente al arranque .................................................................................................. Comprobacin frente a solicitaciones transversales .................................................................... Fallo estructural de los micropilotes .............................................................................................. Clculo de asientos de los micropilotes ........................................................................................ Grupos de micropilotes ................................................................................................................... Unin a las cimentaciones o encepados ....................................................................................... Consideraciones de clculo en aplicaciones especiales ..............................................................

4. Ejecucin de los micropilotes ..................................................................................................................... 4.1. 4.2. 4.3. 4.4. 4.5. 4.6. 4.7. Operaciones bsicas .......................................................................................................................... Perforacin del taladro del micropilote ........................................................................................... Colocacin de la armadura ............................................................................................................... Inyeccin del micropilote .................................................................................................................. Ejecucin de micropilotes de eje no vertical .................................................................................. Conexin de los micropilotes con la estructura ............................................................................. Protocolo de ejecucin y partes de trabajo ....................................................................................

5. Procedimientos de control .......................................................................................................................... 5.1. 5.2. 5.3. 5.4. Consideraciones generales ............................................................................................................... Control de materiales ........................................................................................................................ Control de ejecucin .......................................................................................................................... Pruebas de carga ...............................................................................................................................

Apndice 1. Clasificacin de los micropilotes segn la norma EN 14199 ..................................................... Apndice 2. Aspectos relativos a la realizacin de pruebas de carga in situ ........................................... A.2.1. A.2.2. A.2.3. A.2.4. A.2.5. A.2.6. Introduccin .................................................................................................................................... Procedimientos de carga ............................................................................................................... Montaje de las pruebas de carga ................................................................................................. Instrumentacin de las pruebas de carga ................................................................................... Toma de datos e informe de la prueba de carga ....................................................................... Ejemplo prctico de realizacin de una prueba de carga ..........................................................

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Apndice 3. Desarrollos tericos complementarios ........................................................................................ A.3.1. A.3.2. A.3.3. A.3.4. Resistencia frente a solicitaciones transversales ........................................................................ Comprobacin de la inestabilidad estructural ............................................................................ Mtodo de la imperfeccin geomtrica ....................................................................................... bacos de Souche ..........................................................................................................................

89 89 95 97 100 109 109 110 111 113 113 118 120 121 121 122 122 123 124 131 131 132 139 139 140

Apndice 4. Resistencia estructural a flexin, cortante y esfuerzos combinados ....................................... A.4.1. Resistencia estructural a flexin ................................................................................................... A.4.2. Resistencia estructural a cortante ................................................................................................. A.4.3. Resistencia estructural frente a esfuerzos combinados ............................................................. Apndice 5. Ejemplos de conexin entre micropilotes y estructura ............................................................. A.5.1. Ejemplos de conexin a una cimentacin de nueva construccin ........................................... A.5.2. Ejemplos de conexin directa a una cimentacin preexistente ................................................ A.5.3. Ejemplos de conexin a un nuevo encepado que se conecta a su vez a una cimentacin preexistente ..................................................................................................................................... Apndice 6. Correlaciones y clasificaciones empricas de tipo geotcnico, referidas en esta Gua .......... A.6.1. Escala de meteorizacin de las rocas .......................................................................................... A.6.2. Clasificacin de la compacidad de las arenas ............................................................................. A.6.3. Correlacin entre el ndice N del ensayo SPT y la resistencia por punta del ensayo de penetracin esttica CPT ............................................................................................................... A.6.4. Clasificacin de la consistencia de los suelos arcillosos ........................................................... A.6.5. Mdulo de reaccin del terreno ................................................................................................... Apndice 7. Nomenclatura ................................................................................................................................. A.7.1. Glosario ........................................................................................................................................... A.7.2. Notacin .......................................................................................................................................... Apndice 8. Normas UNE y bibliografa ........................................................................................................... A.8.1. Normas UNE ................................................................................................................................... A.8.2. Bibliografa ......................................................................................................................................

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CONSIDERACIONES

GENERALES

1

1.1.

INTRODUCCIN

Esta Gua contempla las principales cuestiones a considerar durante el proyecto y la ejecucin de micropilotes en obras de carretera, en sus principales aplicaciones. Define las caractersticas que deben cumplir sus elementos constituyentes, as como las de los materiales y medios auxiliares empleados. Incluye las principales cuestiones relativas a la concepcin, tipologa y clculo resistente de los micropilotes, todas ellas dependientes de la aplicacin concreta a la que vayan a destinarse y de las caractersticas del terreno en el que se construyan, que debern estudiarse con carcter previo a la ejecucin de las obras. Indica y describe las diferentes fases que pueden distinguirse durante la ejecucin de un micropilote: la perforacin del taladro en el terreno, la colocacin de la armadura, la inyeccin del micropilote y su conexin con la estructura proyectada o preexistente en su caso. Por ltimo, seala las tolerancias en la ejecucin y los ensayos de uso ms frecuente para esta unidad de obra, e incluye una serie de apndices que pretenden encaminar al lector hacia una mejor asimilacin de ciertos conceptos incluidos en la Gua.

1.2.

DEFINICIN Y CLASIFICACIONES

La presente Gua se refiere a micropilotes cilndricos, de dimetro inferior a trescientos milmetros (300 mm), perforados en el terreno, armados con tubera de acero reforzada a veces con una o varias barras corrugadas, e inyectado con lechada o mortero de cemento en una o varias fases. Si bien hay otros tipos de micropilotes, no son objeto de este documento. En el apndice 1 de esta Gua se reproduce la clasificacin de los micropilotes segn la norma UNE EN 14199. Ejecucin de trabajos geotcnicos especiales. Micropilotes. Los contemplados en esta Gua, se refieren en dicha clasificacin como perforados con armadura constituida por un perfil tubular. Los micropilotes objeto de esta Gua pueden clasificarse atendiendo, fundamentalmente, a los siguientes aspectos: Segn la forma de transmisin de los esfuerzos al terreno: Individualmente como cimentacin profunda, a travs del fuste y la punta. Como grupo, actuando sobre una determinada zona del terreno. Segn el tipo de solicitacin dominante a la que estn sometidos: Esfuerzos axiles de compresin o traccin (normalmente en obras de cimentacin)1. Momentos flectores y esfuerzos cortantes (normalmente en obras de estabilizacin de laderas, contencin de tierras, paraguas en tneles, etc.).1 En cimentaciones, con acciones horizontales importantes (pilas en zona ssmica, estribos de puente, etc.), adems de axiles, habr flectores y cortantes.

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A

Segn el sistema de inyeccin de la lechada o mortero de cemento: Los inyectados en una sola fase, tambin denominados de inyeccin nica global (IU). Los reinyectados hasta dos veces a travs de tubos o circuitos con vlvulas antirretorno, tambin denominados de inyeccin repetitiva (IR). Los reinyectados varias veces a travs de tubos-manguito desde el interior de la tubera de armadura, en toda la longitud del micropilote o en parte, tambin denominados de inyeccin repetitiva y selectiva (IRS). En esta Gua se abordar normalmente la clasificacin de los micropilotes atendiendo al sistema de inyeccin empleado. En el epgrafe 4.4.2 se efecta una descripcin ms detallada de cada uno de los tipos recin mencionados.

1.3.

RECOMENDACIONES SOBRE LA POSIBLE IDONEIDAD DE CADA TIPO DE MICROPILOTE

El proceso de inyeccin tiene por objeto garantizar el contacto y la transmisin de esfuerzos entre la armadura tubular y el terreno. El sistema de inyeccin ms adecuado a cada caso, deber elegirse en funcin del terreno atravesado, entre otros aspectos. A continuacin se formulan algunas recomendaciones genricas acerca de la posible adecuacin del uso de unos u otros tipos de inyeccin, que deben considerarse nicamente a ttulo orientativo. Los micropilotes del tipo IU suelen ser los ms adecuados en rocas ms o menos sanas, suelos cohesivos muy duros y suelos granulares. Los del tipo IR se emplean generalmente en rocas blandas y fisuradas y en materiales granulares gruesos y de compacidad media. Los del tipo IRS, que permiten efectuar una inyeccin ms controlada, se recomiendan en suelos cohesivos (salvo los muy duros), suelos de consistencia baja o media y especialmente en suelos granulares en los que se intenta formar un bulbo. No obstante lo anterior, cada caso precisa una definicin especfica de la tipologa a utilizar, que ser funcin, adems, de la capacidad resistente requerida para el mismo y que el proyecto deber evaluar de modo expreso.

1.4.

PRINCIPALES APLICACIONES

Las aplicaciones ms usuales de los micropilotes en obras de carretera, que se recogen en esta Gua, son las que se indican en este apartado; as, en lo sucesivo, se estudiar el empleo de los micropilotes como: a) Estructuras de cimentacin: pueden emplearse tanto en obra nueva como en recalces, reparaciones, etc., de estructuras preexistentes: Obras de nueva planta: su campo de aplicacin fundamental son las estructuras con espacio de trabajo reducido o acceso complicado, los terrenos difciles de perforar por intercalacin de niveles rocosos, bolos o bloques de grandes dimensiones, etc. Los micropilotes transmiten las cargas de manera menos concentrada y ms uniforme que los pilotes, pudiendo suponer una ventaja en determinadas circunstancias, como por ejemplo en zonas constituidas por roca alterada, etc. Obras de reparacin, refuerzo, rehabilitacin, mejora o recalce de estructuras preexistentes: incluye la remodelacin de aqullas que presentan incrementos de las solicitaciones, la actuacin frente a determinadas patologas geotcnicas, etc.

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CONSIDERACIONES

GENERALES

FIGURA 1.1.

EJEMPLO DE CIMENTACIN DE NUEVA PLANTA CON MICROPILOTES

NOTA: Estas figuras son meramente ilustrativas y no incluyen detalles sobre las conexiones (vase apartado 3.9).

FIGURA 1.2.

EJEMPLOS DE RECALCE DE CIMENTACIONES PREEXISTENTES MEDIANTE MICROPILOTES

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A

b) Estructuras de contencin o sostenimiento2 del terreno: normalmente se disponen formando alineaciones o grupos numerosos con varias inclinaciones, se encepan en cabeza y se acompaan de anclajes u otras unidades de obra. Se sitan en un mismo plano (generalmente vertical) o formando abanico.

Encepado de hormign armado

Vigas de arriostramiento y reparto Anclajes

Micropilotes inclinados Alineacin de micropilotes

FIGURA 1.3.

EJEMPLO DE MICROPILOTES COMO ESTRUCTURA DE CONTENCIN O SOSTENIMIENTO

c)

Estabilizacin de taludes o laderas: se disponen formando alineaciones o grupos numerosos con varias inclinaciones y se encepan en cabeza, pudiendo ir acompaados de anclajes u otras unidades de obra. Producen una mejora del coeficiente de seguridad global de los taludes o laderas por incremento de la resistencia al corte de las mismas, evaluada segn potenciales superficies de rotura, que comprenden secciones transversales a la alineacin de micropilotes.

2 A los efectos de esta Gua se utilizan, de conformidad con lo especificado en la Gua de cimentaciones en obras de carretera y en Tipologa de muros de carretera, los conceptos de estructura de contencin como obra que contiene terrenos, exteriores a la carretera, respecto a la misma y de estructura de sostenimiento como obra de sujecin, generalmente de rellenos, sobre la que se sita la propia plataforma de la carretera.

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CONSIDERACIONES

GENERALES

Encepado de hormign armado

Carretera

Superficie de rotura potencial

Micropilotes

FIGURA 1.4.

EJEMPLO DE MICROPILOTES PARA ESTABILIZACIN DE TALUDES O LADERAS

d) Paraguas de sostenimiento: ejecutados como sostenimiento del terreno en la excavacin de tneles, normalmente antes de la fase de avance, bien con carcter general en toda una obra, en emboquilles, zonas de especial dificultad, etc.

CROQUIS FRONTAL

CROQUIS LATERALParaguas de micropilotes

Frente de avance

FIGURA 1.5.

EJEMPLO DE MICROPILOTES COMO PARAGUAS DE SOSTENIMIENTO

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e)

Mejora del terreno: pretenden el aumento de la capacidad de soporte global de una masa de terreno y la reduccin de asientos de las estructuras, cimentadas posteriormente sobre el mismo.

Pilares o muros

Zapata o losa sobre terreno mejorado

Micropilotes

FIGURA 1.6.

EJEMPLO DE MICROPILOTES COMO MEJORA DEL TERRENO

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MATERIALES

Y PRODUCTOS

2

2.1.

ARMADURAS

La armadura de los micropilotes considerados en esta Gua estar constituida por un tubo de acero estructural, pudiendo estar complementada por una o varias barras corrugadas de acero situadas en su eje, o dispuestas en torno al mismo. Segn el proceso de fabricacin empleado, la armadura tubular deber cumplir lo especificado en una de las dos normas siguientes, segn el caso de que se trate: UNE EN 10210. Perfiles huecos para construccin, acabados en caliente, de acero no aleado de grano fino. UNE EN 10219. Perfiles huecos para construccin, conformados en fro, de acero no aleado y de grano fino. En obras permanentes no se reutilizarn, como armaduras tubulares, perfiles procedentes de campaas petrolferas, sondeos, o cualquier otra aplicacin. Sin embargo, en obras auxiliares, en las que la funcin resistente se desempee en un plazo muy corto, se podr contemplar el uso de esos materiales siempre que cumplan los mismos requisitos que los exigidos a las armaduras tubulares nuevas. A efectos de clculo, los lmites elsticos de los aceros ms habituales empleados como armadura tubular son los que figuran en la tabla 2.1.

TABLA 2.1.

LMITE ELSTICO DE LOS ACEROS PARA LAS ARMADURAS TUBULARES, fy

DESIGNACIN UNE EN 10027 S 235 S 275 S 355 S 420 S 460

LMITE ELSTICO fy (MPa) 235 275 355 420 460

Para la armadura constituida por barras corrugadas de acero, se estar a lo dispuesto en el artculo 240 del Pliego de Prescripciones Tcnicas Generales para Obras de Carreteras y Puentes (PG-3) y en la Instruccin de Hormign Estructural (EHE). Los lmites elsticos de los aceros de las barras corrugadas, de acuerdo con la EHE 1, son los que figuran en la tabla 2.2.1

Vase: EHE, apartado 31.2.

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TABLA 2.2.

LMITE ELSTICO DE LOS ACEROS PARA LAS BARRAS CORRUGADAS DE ACERO, fsk

DESIGNACIN UNE EN 36068:94 B 400 S B 500 S

LMITE ELSTICO fsk (MPa) 400 500

Respecto al posible uso de barras de alto lmite elstico, se estar a lo especificado al respecto en la EHE 2 para barras de pretensado. Los empalmes en las armaduras tubulares se efectuarn por soldadura o por roscado; en las barras corrugadas sern de tipo mecnico3; cualquier otro tipo de empalme habr de considerarse como excepcional, debiendo justificarse expresamente en el proyecto. En el caso de que se empleen aceros laminados en las conexiones con las estructuras a recalzar, encepados o vigas riostras, estos debern cumplir lo especificado en UNE EN 10025 y UNE EN 10113.

2.2.

LECHADAS Y MORTEROS DE CEMENTOGENERALES

2.2.1. CONSIDERACIONES

El cemento para la fabricacin de lechadas y morteros cumplir lo especificado en las vigentes instrucciones para la Recepcin de Cementos (RC), Hormign Estructural4 (EHE) y artculo 202 del Pliego de Prescripciones Tcnicas Generales para Obras de Carreteras y Puentes (PG-3). Los cementos a utilizar para las lechadas y morteros de cemento sern los especificados por la EHE para cimentaciones de hormign armado y su clase resistente ser al menos 42,5 N. En caso de existir sustancias agresivas en el terreno, el cemento a utilizar deber ser resistente al ataque de las mismas. El agua5 de amasado y los aditivos6 debern cumplir asimismo las especificaciones de la EHE. A los efectos de esta Gua, se definen las lechadas como mezclas de cemento, agua y aditivos en su caso. Asimismo se denominan tambin lechadas7, aquellas mezclas que incluyan la adicin de polvo mineral o arena de tamao inferior a dos milmetros (2 mm) en cantidad, inferior en peso, a la total de cemento de la mezcla. Las mezclas que incluyan ridos que superen las limitaciones anteriores de tamao mximo o de peso total, sern consideradas como morteros.

2.2.2. LECHADAS

DE CEMENTO

La resistencia caracterstica a compresin de la lechada a utilizar en micropilotes debe cumplir: A veintiocho das de edad (28 d) ser superior o igual a veinticinco megapascales (fck 25 MPa). A siete das de edad (7 d) ser superior o igual que el sesenta por ciento de la requerida a los veintiocho das (fck,7 0,6 fck).2 3 4 5 6 7

Vase: EHE, apartado 32.4. Vase: EHE, apartado 66.6. Vase: EHE, artculo 26. Vase: EHE, artculo 27. Vase: EHE, artculo 29. Definicin conforme a UNE EN 14199.

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MATERIALES

Y PRODUCTOS

Los ensayos para determinar la resistencia de la lechada se efectuarn con probetas cilndricas fabricadas, curadas y ensayadas a compresin, segn la normativa8 indicada en la EHE para el control de la resistencia del hormign. Respecto a su dosificacin, las lechadas de cemento debern presentar alta resistencia y estabilidad, ser fcilmente bombeables y alcanzar la resistencia a compresin requerida. La relacin agua/cemento, en peso, deber mantenerse aproximadamente entre cuarenta y cincuenta y cinco centsimas (0,40 a/c 0,55). En caso de que sea necesario recurrir a lechadas con relaciones agua/cemento por debajo de cuarenta centsimas (a/c < 0,40), normalmente debern agregarse aditivos a las mismas para permitir que se puedan bombear de forma adecuada. La exudacin de la lechada9, determinada segn se indica en la EHE, ser menor o igual que el tres por ciento (3%) en volumen, transcurridas dos horas (2 h) desde la preparacin de la mezcla.

2.2.3. MORTEROS

DE CEMENTO

La resistencia caracterstica a compresin a veintiocho das (28 d) de los morteros de cemento a utilizar en micropilotes, ser superior o igual a veinticinco megapascales (fck 25 MPa). Los ensayos para determinar la resistencia del mortero se efectuarn con probetas cilndricas fabricadas, curadas y ensayadas a compresin a veintiocho das (28 d) de edad segn la normativa10 indicada en la EHE para el control de la resistencia del hormign. Respecto a su dosificacin, los morteros debern presentar un contenido mnimo de cemento de trescientos setenta y cinco kilogramos por metro cbico (375 kg/m3), salvo especificacin expresa del proyecto. Su relacin agua/cemento, en peso, deber ser inferior a sesenta centsimas (a/c < 0,60) y la distribucin granulomtrica del rido a emplear deber cumplir: D85 D100 donde: Dx: Tamiz por el que pasa el x% de la muestra. La arena de los morteros deber cumplir las especificaciones recogidas en la EHE, estar limpia y seca, y normalmente no contener partculas que pasen por el tamiz 0,16 UNE. Las arenas rodadas, en general, mejoran la inyectabilidad de la mezcla. 4 mm 8 mm

2.3.2.3.1.

PROTECCIN CONTRA LA CORROSINCONSIDERACIONES GENERALES

Las armaduras de los micropilotes y el resto de elementos metlicos de los mismos, como por ejemplo los de unin, debern estar protegidos frente a la corrosin durante su vida til. El sistema de proteccin considerado en esta Gua se basa en la disposicin de un recubrimiento mnimo de la armadura, mediante lechada o mortero de cemento y en la consideracin de una reduccin del espesor de acero debida a la corrosin.8 9

Vase: EHE, artculo 84. Vase: EHE, anejo 6. 10 Vase: EHE, artculo 84.

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A

Para micropilotes en ambientes agresivos, el proyecto podr disponer protecciones adicionales, tales como: Uso de cementos y aceros especiales. Recubrimientos superiores a los especificados en la tabla 2.3. Proteccin catdica. Entubacin permanente en el tramo de terreno considerado como agresivo. Tratamiento superficial. Otros sistemas.

2.3.2. RECUBRIMIENTO

MNIMO

En las aplicaciones consideradas en esta Gua, debe procurarse que las armaduras tubulares no acten como sostenimiento de la perforacin. Se recomienda que la punta de la armadura no apoye directamente sobre el fondo y que el recubrimiento mnimo entre armadura y terreno se materialice mediante centradores. Los valores mnimos del recubrimiento se debern tomar de la tabla 2.3, debiendo garantizarse, incluso en las secciones de empalme de las armaduras. TABLA 2.3.RECUBRIMIENTOS MNIMOS, r (mm)

LECHADA Compresin Traccin 20 25

MORTERO 30 35

La diferencia entre el dimetro de perforacin y el exterior de la armadura tubular, debe ser mayor o igual que el doble del recubrimiento previsto (Dp de 2r), si bien es recomendable que esta distancia sea algo mayor, en funcin del tipo de ejecucin, de las caractersticas de los centradores empleados, etc.

2.3.3. REDUCCIN

DE ESPESOR

En el clculo de la resistencia estructural de los micropilotes, deber tenerse en cuenta la correspondiente reduccin de espesor de las armaduras por corrosin, en funcin de la vida til de la estructura proyectada y de las caractersticas del terreno. Salvo justificacin expresa del proyecto, la reduccin de espesor de la armadura que debe considerarse, a causa de la corrosin, por el contacto del micropilote con el terreno (con o sin presencia de agua subterrnea) ser mayor o igual que la reflejada en la tabla 2.4.

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MATERIALES

Y PRODUCTOS

TABLA 2.4.

REDUCCIN DE ESPESOR DE ARMADURA POR EFECTO DE LA CORROSIN1, re (mm)

TIPO DE TERRENO 5 Suelos naturales sin alterar Suelos naturales contaminados o suelos industriales Suelos naturales agresivos (turbas, cinagas, etc.) Rellenos no agresivos sin compactar2 Rellenos agresivos sin compactar (cenizas, escorias, etc.)21 2

VIDA TIL REQUERIDA AL MICROPILOTE3 (aos) 25 0,30 0,75 1,00 0,70 2,00 50 0,60 1,50 1,75 1,20 3,25 75 0,90 2,25 2,50 1,70 4,50 100 1,20 3,00 3,25 2,20 5,75

0,00 0,15 0,20 0,18 0,50

Segn UNE EN 14199. La corrosin es menor en rellenos compactados que en rellenos sin compactar; as, en los compactados, los valores reflejados en esta tabla pueden reducirse hasta la mitad. 3 Los valores dados para 5 y 25 aos se basan en mediciones reales, mientras que en los dems casos se han obtenido como resultado de extrapolaciones.

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CLCULO

DE LOS MICROPILOTES

3

3.1.

ESTADOS LMITE

3.1.1. INTRODUCCIN El clculo de los micropilotes requiere el conocimiento previo de los esfuerzos actuantes, transmitidos por la estructura a cimentar o recalzar, por el macizo de terreno a estabilizar, etc. Lo relativo a situaciones de proyecto, acciones y caractersticas del terreno, deber abordarse de conformidad con lo especificado en la Gua de cimentaciones en obras de carretera. En esta Gua se aplica un procedimiento de anlisis basado en coeficientes de seguridad parciales. Cuando se trate de micropilotes en cimentaciones, las acciones que habrn de considerarse para definir las diferentes situaciones de proyecto susceptibles de anlisis, sern esencialmente las reacciones en los apoyos de la estructura correspondiente, para cargas mayoradas de acuerdo con la Instruccin sobre las acciones a considerar en el proyecto de puentes de carreteras (IAP) y la EHE. En algunos casos de micropilotes dispuestos para contencin del terreno, como estabilizacin de laderas o paraguas en tneles, se pueden seguir mtodos basados en coeficientes de seguridad globales como los expuestos en la Gua de cimentaciones en obras de carretera. En el apartado 3.10 de este documento se efectan algunas indicaciones para el clculo de esfuerzos en dichas aplicaciones. Con carcter general, y de conformidad con lo especificado al respecto en la Gua de cimentaciones en obras de carretera, debern efectuarse las siguientes comprobaciones: Estados lmite ltimos: Fallo de estabilidad global. Fallo de capacidad de soporte del terreno. Fallo estructural. Socavacin del cimiento. Estados lmite de servicio. Otras comprobaciones.

3.1.2. ESTADOS

LMITE LTIMOS

Dan lugar a una situacin de ruina o fallo del cimiento. Entre los estados lmite ltimos habrn de comprobarse, en todo caso, los que se citan a continuacin:

Fallo de estabilidad global Esta comprobacin requiere suponer varias superficies de rotura que engloben a toda la cimentacin, o a parte de ella, y analizar su estabilidad, en general, a partir de mtodos de clculo de

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equilibrio lmite. Los requisitos a satisfacer y los procedimientos de evaluacin sern los indicados en la Gua de cimentaciones en obras de carretera1.

Fallo de capacidad de soporte del terreno El fallo del cimiento puede producirse por falta de resistencia del terreno, de los siguientes modos: Hundimiento: Cuando la capacidad de soporte del terreno es inferior a la carga (de compresin) que transmite el micropilote al terreno. Arranque: Cuando en micropilotes sometidos a esfuerzos de traccin se alcanza el agotamiento por esfuerzo rasante en el fuste. Rotura horizontal del terreno: Cuando en micropilotes de eje aproximadamente vertical, las presiones horizontales agotan la capacidad del terreno.

Fallo estructural Debern analizarse los siguientes modos de fallo: Fallo estructural de los micropilotes: Cuando los esfuerzos transmitidos superan la resistencia del micropilote como elemento estructural. Fallo de conexin con la estructura: Cuando los esfuerzos transmitidos superan la resistencia de la conexin entre el micropilote y la estructura de cimentacin de la que forma parte, o el encepado que une sus cabezas, segn el caso.

Socavacin del cimiento Su consideracin como estado lmite en la comprobacin de cimentaciones deber abordarse de conformidad con lo especificado al respecto en la Gua de cimentaciones en obras de carretera, si bien su anlisis especfico excede el contenido de este documento.

3.1.3. ESTADOS

LMITE DE SERVICIO

No implican la ruina o fallo del cimiento, aunque s suponen una limitacin de su capacidad funcional, esttica, etc. Debern abordarse con carcter general, segn lo especificado en la Gua de cimentaciones en obras de carretera. El estado lmite de servicio debido a los asientos podr abordarse con la metodologa de clculo prevista en este documento. No obstante lo anterior, hay que tener en cuenta que los asientos del micropilote pueden originar un estado lmite ltimo por daos en la estructura soportada.

3.1.4. COMPROBACIONES

ADICIONALES

En determinadas circunstancias sern necesarias otras comprobaciones adicionales entre las que pueden citarse: Estabilidad de los taludes de las excavaciones y plataformas realizadas para construir los micropilotes.1

Vase: Gua de cimentaciones en obras de carretera, apartado 4.4.

20

CLCULO

DE LOS MICROPILOTES

Expansividad del terreno, que puede provocar cierto levantamiento de la cimentacin. Problemas de colapsabilidad en suelos. Heladicidad del terreno, que puede afectar a encepados poco empotrados en el mismo. Ataque qumico, del terreno o de las aguas, a los micropilotes. Posible contaminacin debida a materiales que se utilicen en la perforacin. Posibles efectos ssmicos y en particular la licuacin del terreno en el entorno del cimiento. Erosin localizada por escorrenta. Cualquier otro fenmeno ligado a condiciones especiales de cimentacin de las obras de que en cada caso se trate. En el proyecto deber hacerse mencin expresa de la consideracin de cada uno de los aspectos indicados en la lista precedente, as como de cualquier otra singularidad propia del emplazamiento de la cimentacin, adicional a las de la relacin anterior.

3.2.

COMPROBACIONES ESPECFICAS A EFECTUAR EN LAS APLICACIONES MS USUALESESPECFICAS

3.2.1. COMPROBACIONES

Para cada modo de fallo, la capacidad resistente del micropilote o del conjunto micropilote-terreno, deber cumplir: Rd donde: Rd: Resistencia de clculo frente a un determinado modo de fallo, obtenida a partir de valores caractersticos (de las propiedades resistentes de los materiales o del terreno) minorados. Ed: Esfuerzo de clculo para un determinado modo de fallo, obtenido a partir de acciones mayoradas. Si se siguieran mtodos de clculo basados en coeficientes de seguridad globales, la comprobacin se efectuara segn la metodologa presentada en la Gua de cimentaciones en obras de carretera. En los siguientes apartados se indican algunos criterios bsicos de comprobacin especfica de los micropilotes para diferentes modos de fallo, si bien se deber estar, en todo caso, a lo especificado con carcter general en el epgrafe 3.1 de este documento. En el caso de micropilotes verticales sometidos simultneamente a esfuerzos axiles y laterales, el anlisis de los mismos, en relacin con su rigidez y desplazamientos, se podr efectuar de manera independiente, estudiando por separado el comportamiento frente a cargas axiles y frente a cargas laterales2. Este principio resulta vlido asimismo, para el estudio de micropilotes cuyas inclinaciones estn comprendidas entre 0 y 20 respecto de la vertical, que se podrn estudiar descomponiendo la carga en dos direcciones, una axial y otra transversal. La inclinacin de la carga respecto al eje del micropilote produce, en general, una reduccin de su capacidad de soporte en las direcciones axial y lateral. En micropilotes verticales con una carga inclinada un ngulo a respecto a la vertical, la resistencia de clculo se puede aproximar mediante la expresin:2 En clculos con modelos tridimensionales de elementos finitos descritos en Forever (vase apndice 8) se ha puesto de manifiesto que el comportamiento del micropilote en direccin lateral es independiente de la carga axial, pero que la rigidez frente a la carga axial puede aumentar con la existencia de la carga lateral. Este ltimo aspecto puede despreciarse, quedando del lado de la seguridad.

Ed

21

A

R ,d Rc , d donde:

2

cos +

R ,d Rh,d

2

sen

=1

R,d: Resistencia de clculo frente a una carga que forma un ngulo con la vertical. Rc,d: Resistencia de clculo frente al modo de fallo de hundimiento. Si el sentido de la carga es de arranque debe tomarse la resistencia de clculo frente a esfuerzos de traccin, Rt,d. Rh,d: Resistencia de clculo frente a carga horizontal.

3.2.2. APLICACIONES

MS USUALES

La clasificacin funcional efectuada en el captulo 1 de esta Gua, junto con la relacin de comprobaciones genricas del apartado 3.1, permiten definir, para las aplicaciones ms habituales, las comprobaciones especficas que deben plantearse en el proyecto de micropilotes. No obstante lo anterior, debe entenderse que la relacin que se presenta a continuacin no ser aplicable a todos los casos, sino nicamente a los de ms frecuente aparicin, y que la comprobacin exhaustiva de los estados lmite ltimos, deber efectuarse de conformidad con lo especificado en el epgrafe 3.1 de este documento y en la Gua de cimentaciones en obras de carretera. En este apartado se presentan nicamente aquellos aspectos no recogidos en dicha publicacin que resultan especficos para micropilotes. Tal y como se ha puesto de manifiesto en 3.1.2, los estados lmite ltimos de estabilidad global y socavacin del cimiento no implican una metodologa de clculo especfica por tratarse de micropilotes. Por el contrario, los estados lmite ltimos de falta de capacidad de soporte del terreno de cimentacin y de agotamiento estructural del micropilote, se abordan en esta Gua mediante mtodos de clculo concebidos expresamente para micropilotes. De acuerdo con las aplicaciones indicadas en el apartado 1.4 de esta Gua, los esfuerzos ms importantes y los modos de fallo a considerar en el clculo de los micropilotes, en la mayora de los casos, son: a) En estructuras de cimentacin, tanto en obras de nueva planta como de refuerzo o recalce, en general, los micropilotes se debern proyectar para que trabajen sometidos a esfuerzos axiles, fundamentalmente de compresin y en ocasiones de traccin. Cuando la cimentacin est sometida a esfuerzos horizontales significativos, se podrn disponer micropilotes inclinados para absorber la componente horizontal de la carga, o parte de la misma. Los modos de fallo ms tpicos para esta aplicacin son los de: Hundimiento. Arranque. Rotura del terreno por esfuerzos horizontales. Fallo estructural de los micropilotes. Fallo de la conexin con la estructura. En las aplicaciones de los micropilotes como elementos de cimentacin, se debern comprobar adems los asientos, segn se especifica en los apartados 3.7 y 3.8 de esta Gua. b) En estructuras de contencin o sostenimiento del terreno los micropilotes estarn sometidos fundamentalmente a esfuerzos de flexin, cortante y, segn su disposicin, a esfuerzos de traccin o compresin.

22

CLCULO

DE LOS MICROPILOTES

Momento Carga vertical Carga lateral

Momento Carga vertical Carga lateral

Micropilote inclinado para absorber parte de la componente horizontal de la carga

Micropilotes

Micropilotes

FIGURA 3.1.

MICROPILOTES EN ESTRUCTURAS DE CIMENTACIN. ACCIONES A CONSIDERAR EN LOS CASOS MS HABITUALES

Encepado de hormign armado

Encepado de hormign armado

Carga lateral

Carga lateral

Anclajes

Carga lateral

Carga lateral

Carga lateral

Carga lateral

Micropilotes

Micropilotes

FIGURA 3.2.

MICROPILOTES EN ESTRUCTURAS DE CONTENCIN O SOSTENIMIENTO DEL TERRENO. ACCIONES A CONSIDERAR EN LOS CASOS MS HABITUALES

Los modos de fallo ms tpicos para esta aplicacin son los de: Fallo de estabilidad global. Fallo estructural de los micropilotes. Fallo de la conexin con el encepado. c) En estabilizacin de terrenos los esfuerzos transmitidos a los micropilotes sern fundamentalmente de cortante y de flexin. Los modos de fallo ms tpicos para esta aplicacin son los de: Fallo de estabilidad global.

23

A

Fallo estructural de los micropilotes. Fallo de la conexin con el encepado. d) En paraguas de sostenimiento los esfuerzos a los que se encuentran sometidos los micropilotes sern principalmente de flexin y cortante. Los modos de fallo ms tpicos para esta aplicacin son los de: Fallo estructural de los micropilotes. e) En aplicaciones de mejora del terreno: los esfuerzos transmitidos a los micropilotes son bsicamente de compresin. Los modos de fallo ms tpicos para esta aplicacin son los de: Hundimiento. Fallo estructural de los micropilotes.

3.3.

COMPROBACIN FRENTE AL HUNDIMIENTODE CLCULO FRENTE AL MODO DE FALLO DE HUNDIMIENTO

3.3.1. RESISTENCIA

El valor de la resistencia de clculo frente al modo de fallo de hundimiento Rc,d, deber ser mayor o igual que el esfuerzo axil (compresin) de clculo transmitido por la estructura en la hiptesis ms desfavorable Nc,Ed, es decir: Rc,d donde: Rc,d: Resistencia de clculo frente al modo de fallo de hundimiento (esfuerzo axil de compresin). Nc,Ed: Esfuerzo axil de clculo (compresin), obtenido a partir de acciones mayoradas. La resistencia de clculo frente al modo de fallo de hundimiento ser la suma de las resistencias de clculo por fuste y por punta en su caso, las cuales dependen tanto de las caractersticas del micropilote, como del terreno de su entorno. Nc,Ed

3.3.1.1. En suelos Para poder considerar la resistencia por punta es preciso que se verifique, simultneamente, en la zona de influencia de la misma3, que: En terrenos granulares4 el ndice N del ensayo SPT segn UNE 103800 sea superior a treinta5 (N > 30), es decir, compacidad densa a muy densa.3 De acuerdo con lo especificado en la Gua de cimentaciones en obras de carretera (epgrafe 5.10.2), el valor de clculo de un determinado parmetro resistente correspondiente a la punta en este caso N qu ser la semisuma del que se asigne a la zona activa inferior (desde el plano de la punta, hasta tres dimetros nominales bajo el mismo, 3D) y a la zona pasiva superior (desde seis dimetros nominales, 6D, sobre el plano de la punta, hasta alcanzar ste). A su vez, el valor que se asigne a cada una de estas dos zonas, debe ser una estimacin prudente del parmetro en cuestin dentro de las mismas. 4 A los efectos de esta Gua, se considera terreno granular, aquel cuyo cernido por el tamiz 0,080 UNE sea inferior al quince por ciento (# 0,080 mm < 15%), y terreno cohesivo aquel cuyo cernido por el tamiz 0,080 UNE sea superior al treinta y cinco por ciento (# 0,080 mm > 35%). En los casos comprendidos entre los lmites anteriores y, sobre todo, en suelos saturados, ser conveniente efectuar ambas hiptesis de comportamiento y adoptar finalmente la ms pesimista respecto a la seguridad. 5 Los ndices N del ensayo SPT deben ser corregidos por el efecto de la sobrecarga de tierras y normalizados a la energa estndar del sesenta por ciento (60%). Vase: Gua de cimentaciones en obras de carretera, epgrafes 3.4.1.1, 4.5.2.1 y 5.10.2.1.

24

CLCULO

DE LOS MICROPILOTES

En terrenos cohesivos la resistencia a compresin simple del terreno, segn UNE 103400, o mediante correlacin con otros ensayos, sea superior a cien kilopascales (qu > 100 kPa), es decir, consistencia firme, muy firme o dura. La longitud de empotramiento en el terreno de las caractersticas recin referidas, debe ser superior o igual a seis dimetros nominales (Lemp 6D), medidos sobre el plano de la punta. De acuerdo con lo inmediatamente expuesto, la resistencia de clculo frente al modo de fallo de hundimiento Rc,d, en micropilotes sometidos a esfuerzos de compresin habr de determinarse de alguna de las dos maneras que se indican a continuacin, segn pueda o no considerarse la contribucin de la punta: a) Cuando no pueda considerarse la resistencia por punta habr de tenerse en cuenta nicamente la resistencia por fuste de clculo del micropilote Rfc,d: Rc,d = Rfc,d = AL rfc,d donde: Rc,d: Resistencia de clculo frente al modo de fallo de hundimiento. Rfc,d: Resistencia por fuste de clculo frente a esfuerzos de compresin. Deber deducirse de pruebas de carga segn se especifica en el epgrafe 3.3.2.2, o en su defecto, calcularse a partir de estimaciones del rozamiento unitario por fuste. AL: rea lateral del micropilote. Deber determinarse a partir del dimetro nominal6, D. rfc,d: Rozamiento unitario por fuste de clculo frente a esfuerzos de compresin. Se obtendr su valor de acuerdo con lo especificado en el epgrafe 3.3.2. La expresin anterior resulta de aplicacin en terrenos homogneos; cuando se atraviesen n horizontes de distinta naturaleza, deber efectuarse una discretizacin y considerarse el producto del rea lateral del micropilote en cada zona, por su rozamiento unitario por fuste de clculo. Es decir:n

Rfc ,d =

ALi (rfc ,d )ii =1

donde: n: ALi: Nmero de tramos que comprende la discretizacin. rea lateral del micropilote en la zona comprendida dentro del tramo i-simo de la discretizacin efectuada.

(rfc,d)i: Rozamiento unitario por fuste de clculo en el tramo i-simo de la discretizacin efectuada. b) Cuando pueda considerarse la resistencia por punta, la resistencia de clculo frente al modo de fallo de hundimiento Rc,d, ser la suma de las resistencias por punta y fuste: Rc,d = Rp,d + Rfc,d donde: Rc,d: Resistencia de clculo frente al modo de fallo de hundimiento.6 Dimetro del micropilote considerado a efectos de clculo, que ser menor o igual que el de perforacin (vase epgrafe 4.2.1).

25

A

Rp,d: Resistencia por punta de clculo. Deber determinarse segn se especifica en el epgrafe 3.3.3. Rfc,d: Resistencia por fuste de clculo frente a esfuerzos de compresin. Deber determinarse segn se especifica en 3.3.1.1.a.

3.3.1.2. En roca Para poder considerar que el micropilote est empotrado en roca es preciso que en la zona de influencia de la punta7 se cumpla, simultneamente: La roca presente un grado de meteorizacin inferior o igual a III segn la escala ISRM (vase apndice A-6.1), el ndice RQD sea superior a sesenta (RQD > 60%) y la resistencia a compresin simple de la roca sea superior a veinte megapascales (qu > 20 MPa) determinada preferiblemente segn UNE 22950-1, o en su defecto mediante correlacin con otros ensayos. El empotramiento en el terreno de las caractersticas que se acaban de describir sea superior o igual a seis dimetros nominales (Lemp 6D), medidos sobre el plano de la punta. En tales circunstancias, la resistencia de clculo frente al modo de fallo de hundimiento Rc,d ser la proporcionada por el empotramiento, es decir: Rc,d = Re,d donde: Rc,d: Re,d: Resistencia de clculo frente al modo de fallo de hundimiento. Resistencia de clculo en el empotramiento en roca. Deber determinarse segn se indica en el epgrafe 3.3.3.

En caso de que no se cumplan los requisitos especificados para poder considerar que el micropilote est empotrado en roca, se analizar el caso como si se tratase de un micropilote en suelos, conforme a lo indicado en 3.3.1.1.

3.3.2. RESISTENCIA

DE CLCULO POR FUSTE

3.3.2.1. Sistemas de clculo La resistencia de clculo por fuste Rfc,d, se puede obtener mediante ensayos de carga, o a partir del valor del rozamiento unitario por fuste de clculo, deducido por mtodos tericos o correlaciones empricas. Los valores ms representativos son los obtenidos en pruebas de carga realizadas sobre micropilotes del mismo tipo y dimensiones y en el mismo terreno que los que se vayan a ejecutar. Para la adopcin del valor de clculo correspondiente al rozamiento unitario por fuste rfc,d, se seguir el siguiente orden de prelacin: En primer lugar, y con carcter preferente, a partir de ensayos de carga in situ, segn los criterios especificados en el epgrafe 3.3.2.2.7 De acuerdo con lo especificado en la Gua de cimentaciones en obras de carretera (vase epgrafe 5.10.2), el valor de clculo de un determinado parmetro resistente correspondiente a la punta en este caso el grado de meteorizacin, el ndice RQD, o la resistencia a compresin simple qu ser la semisuma del que se asigne a la zona activa inferior (desde el plano de la punta, hasta tres dimetros nominales bajo el mismo, 3D) y a la zona pasiva superior (desde seis dimetros nominales, 6D, sobre el plano de la punta, hasta alcanzar ste). A su vez, el valor que se asigne a cada una de estas dos zonas, debe ser una estimacin prudente del parmetro en cuestin dentro de las mismas.

26

CLCULO

DE LOS MICROPILOTES

En ausencia de los referidos ensayos de carga, se adoptar el valor que se considere como ms representativo de entre los siguientes: El obtenido por el mtodo terico (vase epgrafe 3.3.2.3). El obtenido por correlaciones empricas (vase epgrafe 3.3.2.4). En caso de que el micropilote atraviese cavidades o huecos, deber considerarse nula la resistencia por fuste en el tramo en cuestin. Tambin se considerar nula la resistencia por fuste en los tramos en los que, por cualquier circunstancia, se deje una tubera de revestimiento de forma permanente (camisa prdida), salvo justificacin del proyecto.

3.3.2.2. Pruebas de carga Los clculos asociados al estudio de las cimentaciones profundas pueden resultar, en ocasiones, poco precisos y por ello la realizacin de ensayos o pruebas de carga resulta especialmente recomendable. Las pruebas de carga conviene que se realicen sobre micropilotes de las mismas dimensiones (longitud y dimetro) que aquellos a cuyo estudio vayan a aplicarse los resultados, para evitar la consideracin del efecto escala. Asimismo, estas pruebas deben realizarse sobre micropilotes construidos en terrenos semejantes a los del caso estudiado, preferiblemente en la propia obra y, sobre todo, deben ser construidos con tcnicas anlogas. La mxima utilidad de los ensayos de carga se obtiene cuando los micropilotes ensayados son aquellos cuyo comportamiento se quiere conocer. En tales circunstancias, aunque no se alcance la carga de hundimiento, puede definirse con bastante precisin la deformabilidad de la cimentacin. Los ensayos de carga vertical de compresin hasta provocar el hundimiento, presentan el inconveniente de tener que proporcionar una reaccin vertical suficientemente elevada, lo que normalmente se consigue con lastre o mediante el empleo de elementos de traccin construidos en el entorno: por lo general, otros micropilotes o anclajes dispuestos con este propsito. En el apndice 2 se incluye tanto la metodologa recomendada para la obtencin de la resistencia por fuste a partir de los resultados de pruebas de carga, como una serie de aspectos relativos a su realizacin.

3.3.2.3. Mtodo terico El rozamiento unitario por fuste de clculo a una determinada profundidad z, podr obtenerse como: c Fc tg F

rfc ,d (z) =

+ H (z)

donde: rfc,d: z: c: Rozamiento unitario por fuste de clculo frente a esfuerzos de compresin. Profundidad, medida verticalmente desde la superficie del terreno. Cohesin efectiva del terreno natural a la profundidad z. Puede determinarse mediante ensayos triaxiales segn UNE 103402, o de corte directo segn UNE 103401, con consolidacin y con drenaje (CD). Tambin pueden emplearse datos deducidos de ensayos de campo, observacin del comportamiento de estructuras enterradas, etc. En general, salvo que se tenga un conocimiento muy exhaustivo acerca de este parmetro en el terreno concreto a estudiar, se recomienda reducir el valor de la cohesin

27

A

efectiva deducida por estos sistemas, llegando incluso a considerarla nula (c = 0) en el caso de valores poco representativos.

:

ngulo de rozamiento del contacto terreno-fuste del micropilote, a la profundidad z. Es una fraccin del ngulo de rozamiento interno efectivo del terreno , que puede determinarse mediante ensayo de corte directo segn UNE 103401, con consolidacin y con drenaje8 (CD). Tambin pueden emplearse datos deducidos de ensayos de campo, observacin del comportamiento de estructuras enterradas, etc. Resulta habitual considerar = kr donde: kr: Relacin entre los ngulos de rozamiento del contacto terreno-fuste e interno del terreno. Es un coeficiente comprendido habitualmente, para micropilotes, entre dos tercios y la unidad (2/3 kr 1).

H(z): Presin horizontal efectiva del terreno a la profundidad z. Se determinar como se indi ca a continuacin, dependiendo del tipo de inyeccin: Inyecciones tipo IR IRS, con registro de presiones de inyeccin, para profundidades superiores a cinco metros (z 5 m): pi 3

H (z) = k o v (z) + Resto de casos:

H (z) = k o v (z) donde:

V(z): Presin vertical efectiva del terreno a la profundidad z. pi: Presin de inyeccin. Slo se considerar no nula (pi 0) en micropilotes tipo IR IRS con registro de presiones de inyeccin, para zonas del fuste que se encuentren a una profundidad superior a cinco metros (z 5 m); en caso contrario deber considerarse de valor nulo (pi = 0). Coeficiente de empuje al reposo9.

ko:

Fc, F : Coeficientes de minoracin que dependen del tipo de aplicacin y que pueden obtenerse de la tabla 3.1.8 Como alternativa a los ensayos con consolidacin y drenaje (CD), se puede considerar la opcin de efectuar ensayos triaxiales consolidados no drenados (CU) con medida de presiones intersticiales. 9 La determinacin de este parmetro excede el contenido de este documento. A falta de informacin ms precisa, en terrenos con superficie horizontal, puede considerarse:

Terrenos normalmente consolidados: k o = (1 sen ) Terrenos sobreconsolidados: k o = (1 sen ) ROC donde:

= ngulo de rozamiento interno efectivo del terreno, determinado segn se especifica en 3.3.2.3. ROC = Razn de sobreconsolidacin. Se define como el cociente entre la mxima presin efectiva vertical a que un determinado punto de un suelo ha estado sometido en cualquier poca y la que presenta en la actualidad.

28

CLCULO

DE LOS MICROPILOTES

TABLA 3.1.TIPO DE APLICACIN Estructuras de cimentacin de nueva construccin

COEFICIENTES Fc, F

Fc 1,50 1,20

F 1,50 1,20

Recalce de estructuras de cimentacin preexistentes

Situaciones de corto plazo Para el caso de micropilotes cuyo fuste est en contacto con suelos arcillosos saturados y para el anlisis concreto de situaciones de corto plazo10, el rozamiento unitario por fuste de clculo, se obtendr como: su Fcu

rfc ,d =

donde: rfc,d: Rozamiento unitario por fuste de clculo frente a esfuerzos de compresin. su: Resistencia al corte sin drenaje del terreno natural a la profundidad z. En general es equivalente a la mitad de la resistencia a la compresin simple del terreno en cuestin, salvo en arcillas fisuradas en las cuales se debe obtener a partir de ensayos triaxiales sin consolidacin y sin drenaje (UU) segn UNE 103402. Tambin puede obtenerse in situ, mediante el ensayo de molinete. Fcu: Coeficiente de minoracin, cuyo valor puede considerarse un noventa por ciento del coeficiente Fc, obtenido de la tabla 3.1. Fcu = 0,90 Fc

3.3.2.4. Correlaciones empricas Utilizando correlaciones empricas, el rozamiento unitario por fuste de clculo se obtiene mediante la expresin: rf ,lm Fr

rfc ,d =

donde: rfc,d: Rozamiento unitario por fuste de clculo frente a esfuerzos de compresin. rf,lm: Rozamiento unitario lmite por fuste. Puede obtenerse a partir de la figura 3.3, siempre que se cumplan los criterios de aplicabilidad de dicha figura, que se refieren en este mismo epgrafe. Fr: Coeficiente de minoracin que tiene en cuenta la duracin de la funcin estructural de los micropilotes, que puede obtenerse de la tabla 3.2.

10

Vase: Gua de cimentaciones en obras de carretera, apartado 2.8.

29

A

TABLA 3.2.DURACIN

COEFICIENTE Fr

Fr 1,45

Obras donde los micropilotes tienen una funcin estructural de duracin inferior o igual a seis (6) meses Obras donde los micropilotes tienen una funcin estructural de duracin superior a seis (6) meses

1,65

La figura 3.3 relaciona el rozamiento unitario lmite por fuste rf,lm, con una serie de parmetros geotcnicos representativos como el ndice N del ensayo SPT en terrenos granulares, la resistencia a compresin simple en los terrenos cohesivos qu, o la presin lmite del terreno en el ensayo presiomtrico Plm. Aunque en abscisas se usa una escala doble, ha de entenderse como una facilidad adicional para la obtencin del rozamiento unitario lmite por fuste rf,lm, pero nunca como correlacin entre las variables indicadas en dichos ejes paralelos.

ARENAS Y GRAVASr f,lim (MPa)

0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 0 0

r f,lim Rozamiento unitario limite por fuste P lim Presin limite en el ensayo presiometricoNndice del ensayo SPT

IRS IR IUProcedimientos de inyeccin

1 20

2 40

3 60

4 80

5 100

6 rechazo

7

P lim (MPa) N

ARCILLAS Y LIMOSr f,lim (MPa)

r f,lim Rozamiento unitario limite por fuste P lim Presin limite en el ensayo presiometricoq u Resistencia a compresin simple IRS

0,4

0,3

IR

Procedimientos de inyeccin

0,2

IU

0,1

0,0 0,0 0,0 0,5 0,1 1,0 0,2 1,5 0,3 2,0 0,4

P lim (MPa) qu (MPa)

FIGURA 3.3.

ROZAMIENTO UNITARIO LMITE POR FUSTE

30

CLCULO

DE LOS MICROPILOTES

Asimismo, cada figura incluye tres curvas correspondientes a otros tantos tipos de micropilotes, en funcin del tipo de inyeccin aplicada (IU, IR IRS). Debe tenerse en cuenta que si no se obtienen los lmites inferiores que se establecen para las presiones de inyeccin, en el epgrafe 4.4.2 de esta Gua, dichas curvas no resultarn de aplicacin. Para la parte del fuste que se encuentre a una profundidad, medida verticalmente desde la superficie del terreno, menor de cinco metros (z < 5 m), debe adoptarse en todo caso, e independientemente del procedimiento de inyeccin utilizado, el valor rf,lm correspondiente al de una inyeccin del tipo IU. En ausencia de datos ms especficos sobre el particular, en el apndice A-6.3 se incluye una correlacin entre los valores del ndice N del ensayo SPT segn UNE 103800 y la resistencia por punta qc, del ensayo de penetracin esttica con el cono CPT segn UNE 103804, en funcin del tamao medio de las partculas D50, lo que permite la utilizacin de la figura 3.3 cuando se disponga de este tipo de datos.

3.3.3. RESISTENCIA

POR PUNTA

3.3.3.1. Resistencia de clculo por punta en suelos En el caso de apoyo de los micropilotes en suelos, y dada la pequea seccin transversal de los mismos, resulta habitual no considerar la colaboracin por punta del terreno. No obstante lo anterior y cuando, de acuerdo con lo especificado en 3.3.1.1, pueda considerarse la resistencia por punta Rp,d, habr de adoptarse como valor mximo de la misma el quince por ciento (15%) de la resistencia de clculo por fuste frente a esfuerzos de compresin Rfc,d, es decir: Rp ,d donde: Rp,d: Resistencia de clculo por punta. Rfc,d: Resistencia de clculo por fuste frente a esfuerzos de compresin. 0,15 Rfc ,d

3.3.3.2. Resistencia del empotramiento en roca El aprovechamiento del rozamiento por fuste a lo largo de los suelos o rocas alteradas, por encima de la profundidad del empotramiento en roca, requiere para poder desarrollarse una deformacin que, en general, no es compatible con la propia condicin de empotramiento en roca. Cuando, de acuerdo con lo especificado en 3.3.1.2, pueda considerarse que el micropilote est empotrado en roca, la resistencia de clculo en el empotramiento se obtendr mediante la expresin: Re,d = ALe fe,d + APe qpe,d donde: Re,d: Resistencia de clculo en el empotramiento en roca. ALe: rea lateral del micropilote en el empotramiento en roca. fe,d: Resistencia unitaria por fuste de clculo en el empotramiento en roca. APe: rea de la seccin recta de la punta en el empotramiento en roca. qpe,d: Resistencia unitaria por punta de clculo en el empotramiento en roca.

31

A

Los parmetros fe,d y qpe,d pueden tomarse de la tabla 3.3 para rocas cuyo grado de alteracin sea igual o inferior a III segn la escala ISRM (vase apndice A-6.1).

TABLA 3.3.

RESISTENCIA UNITARIA DE CLCULO EN EL EMPOTRAMIENTO EN ROCA, POR FUSTE Y PUNTA (GRADO ISRM III)

TIPO DE ROCA Margas y margocalizas Pizarras y otros esquistos Areniscas Calizas y dolomas Granitos y basaltos

fe,d (MPa) 0,15 - 0,40 0,20 - 0,30 0,30 - 0,45 0,40 - 0,50 0,40 - 0,60

qpe,d 0,07 qu 0,07 qu 0,07 qu 0,10 qu 0,10 qu

qu: Resistencia a compresin simple de la roca, determinada preferiblemente segn UNE 22950-1, o en su defecto mediante correlacin con otros ensayos. Deber determinarse este parmetro en la zona de influencia de la punta, definida conforme a lo especificado en el epgrafe 3.3.1.2.

3.4.

COMPROBACIN FRENTE AL ARRANQUEDE CLCULO FRENTE AL MODO DE FALLO DE ARRANQUE

3.4.1. RESISTENCIA

El valor de la resistencia de clculo frente al modo de fallo de arranque Rt,d, deber ser mayor o igual que el esfuerzo axil (traccin) de clculo transmitido por la estructura en la hiptesis ms desfavorable Nt,Ed, es decir: R t ,d donde: Rt,d: Resistencia de clculo frente al modo de fallo de arranque (esfuerzo axil de traccin). Nt,Ed: Esfuerzo axil de clculo (traccin), obtenido a partir de acciones mayoradas. Las comprobaciones que se efectan en este apartado no comprenden el posible fallo por aplicacin de esfuerzos de traccin, en que se produzcan superficies de rotura distintas de la del contacto micropilote-terreno (es decir, cuando tenga lugar el arranque simultneo del micropilote y el cono de tierras circundante, bien desde la punta, o desde cualquier altura intermedia), que deben analizarse con la metodologa del fallo de estabilidad global, segn se especifica en el epgrafe 3.1.2. La resistencia de clculo frente al modo de fallo de arranque Rt,d, en micropilotes sometidos a esfuerzos axiles de traccin, se obtiene como suma de la resistencia por fuste frente a esfuerzos de traccin y la componente del peso propio del micropilote en la direccin de su eje, minorado tal y como se indica a continuacin: Rt ,d = Rft ,d + we Fwe Nt ,Ed

donde: Rt,d: Resistencia de clculo frente al modo de fallo de arranque. we: Componente del peso propio del micropilote en la direccin de su eje.

32

CLCULO

DE LOS MICROPILOTES

Fwe: Coeficiente de minoracin. Salvo justificacin expresa en contra, deber adoptarse un valor de uno coma dos (Fwe = 1,2). Rft,d: Resistencia de clculo por fuste frente a esfuerzos de traccin. Rft ,d = AL rft ,d donde: rft,d: Rozamiento unitario de clculo por fuste frente a esfuerzos de traccin AL: rea lateral del micropilote. Debe determinarse a partir del valor del dimetro nominal11.

3.4.2. RESISTENCIA

DE CLCULO POR FUSTE FRENTE A ESFUERZOS DE TRACCIN

3.4.2.1. Sistemas de clculo La resistencia de clculo por fuste frente a esfuerzos de traccin Rft,d, se puede deducir bien mediante ensayos de carga, o a partir del valor del rozamiento unitario por fuste de clculo frente a esfuerzos de traccin, deducido por mtodos tericos o correlaciones empricas. Siempre que sea posible, el dimensionamiento se basar en resultados de pruebas de carga realizadas sobre micropilotes del mismo tipo y dimensiones y en el mismo terreno que los que se vayan a ejecutar. Para la adopcin del valor de clculo correspondiente al rozamiento unitario por fuste frente a esfuerzos de traccin rft,d, se seguir el siguiente orden de prelacin: En primer lugar, y con carcter preferente, a partir de ensayos de carga in situ, segn los criterios especificados en el epgrafe 3.4.2.2. En ausencia de los referidos ensayos, se adoptar el valor obtenido segn lo especificado en el epgrafe 3.4.2.3. En caso de que el micropilote atraviese cavidades o huecos, deber considerarse nula la resistencia por fuste en el tramo en cuestin. Tambin se considerar nula la resistencia por fuste en los tramos en que por cualquier circunstancia, se deje una tubera de revestimiento de forma permanente (camisa perdida).

3.4.2.2. Pruebas de carga Tal y como se indica en 3.3.2.2, la realizacin de pruebas de carga resulta preferible a cualquier otro sistema, para la determinacin de parmetros de clculo en los micropilotes, obtenindose su mxima utilidad cuando se ensayan aquellos cuyo comportamiento se quiere conocer. Los ensayos de carga vertical de traccin, hasta provocar el arrancamiento, presentan el inconveniente de tener que proporcionar una reaccin suficientemente elevada, lo que normalmente se consigue con elementos de compresin construidos en el entorno, por lo general otros micropilotes dispuestos con este propsito. En el apndice 2 se incluye tanto la metodologa recomendada para la obtencin de la resistencia por fuste a partir de los resultados de pruebas de carga, como una serie de aspectos relativos a su realizacin.11 Dimetro del micropilote considerado a efectos de clculo, que ser menor o igual que el de perforacin (vase epgrafe 4.2.1).

33

A

Por otra parte, la posibilidad de utilizacin de datos provenientes de pruebas de carga de compresin, para la determinacin de valores de resistencia de micropilotes a traccin, debe evaluarse de manera especfica para cada situacin particular.

3.4.2.3. Mtodos tericos y correlaciones empricas El rozamiento unitario por fuste de clculo frente a esfuerzos de traccin podr determinarse mediante la expresin: rft ,d = rfc ,d donde: rft,d: Rozamiento unitario de clculo por fuste frente a esfuerzos de traccin.

:

Coeficiente que tiene en cuenta la alternancia de cargas sobre el micropilote: Micropilotes sometidos alternativamente a cargas de compresin y traccin: = 0,60. Micropilotes sometidos nicamente a esfuerzos de traccin: = 0,75.

rfc,d: Rozamiento unitario de clculo por fuste frente a esfuerzos de compresin. Se adoptar el que se considere ms representativo de entre los valores siguientes: El obtenido por el mtodo terico (vase epgrafe 3.3.2.3). El obtenido por correlaciones empricas (vase epgrafe 3.3.2.4).

3.5.

COMPROBACIN FRENTE A SOLICITACIONES TRANSVERSALES

El valor de la resistencia de clculo de un micropilote vertical frente a carga horizontal Rh,d, deber ser mayor o igual que el esfuerzo horizontal de clculo que acta sobre el micropilote: Rh,d donde: Rh,d: Resistencia de clculo frente a carga horizontal. HEd: Carga horizontal de clculo. Para la determinacin de la resistencia de clculo frente a carga horizontal, resulta muy recomendable efectuar una prueba de carga lateral, conforme a lo especificado en el apartado 5.4 y en el apndice 2 de esta Gua. En su defecto, cuando se conozcan o se puedan estimar valores del mdulo de reaccin del terreno (vase apndice A-6.5) se recomienda realizar una estimacin terica segn la metodologa incluida en el apndice A-3.1. Se puede obtener una primera aproximacin de la resistencia de clculo frente a una carga horizontal a partir del peso especfico y los parmetros resistentes del terreno, usando los denominados bacos de Broms para pilotes flexibles12, recogidos en la figura 3.4. El valor obtenido tendr, nicamente, la consideracin de magnitud de referencia.12 A estos efectos, se entiende por pilotes flexibles, aquellos en los que la longitud enterrada del pilote L, es claramente mayor que su longitud elstica T, lo que se verifica con carcter general en los micropilotes (vase: Gua de cimentaciones en obras de carretera, apartado 5.13).

HEd

34

CLCULO

DE LOS MICROPILOTES

1. 2.

Carga actuando a la distancia eB indicada. Hiptesis de movimiento rgido horizontal.

FIGURA 3.4.

BACOS DE BROMS PARA PILOTES FLEXIBLES

Hay que tener en cuenta que estos bacos cubren nicamente dos situaciones particulares: La correspondiente a un terreno puramente granular (c = 0), que puede emplearse cuando se estime que la cohesin no contribuye de manera significativa en el resultado. La correspondiente a un terreno puramente cohesivo ( = 0), que puede emplearse, fundamentalmente, para el anlisis de situaciones de corto plazo en terrenos arcillosos saturados. Para el empleo de los bacos deben utilizarse los siguiente parmetros: D: Dimetro nominal del micropilote. MB: Momento que provoca la rotura del micropilote. Se tomar: MB = Mc,Rd: Resistencia de clculo de la seccin a flexin, que se determinar conforme a lo especificado en A-4.1.

35

A

ap: Peso especfico aparente13 del suelo.su: Resistencia al corte sin drenaje del terreno. kp: Coeficiente de empuje pasivo. Para terrenos puramente granulares debe tomarse: k p = tg2 45 +

2

donde:

: ngulo de rozamiento interno del terreno expresado en grados sexagesimales.Una vez consultados los bacos, se obtendr la resitencia de clculo frente a carga horizontal, como cociente entre la resistencia horizontal deducida de dichos bacos HB, y un coeficiente de minoracin FH. Finalmente se deber comprobar que la solicitacin horizontal de clculo HEd, es inferior a la resistencia de clculo Rh,d, es decir: HB FH

HEd

Rh,d =

donde: HEd: Carga horizontal de clculo. Rh,d: Resistencia de clculo frente a carga horizontal. HB: Resistencia horizontal obtenida de los bacos de Broms. FH: Coeficiente de minoracin de la resistencia horizontal. Salvo justificacin expresa en contra, deber adoptarse un valor de dos (FH = 2).

3.6.

FALLO ESTRUCTURAL DE LOS MICROPILOTESESTRUCTURAL DEL MICROPILOTE A COMPRESIN

3.6.1. RESISTENCIA

Se debe comprobar: Nc ,Rd donde: Nc,Rd: Resistencia estructural del micropilote sometido a esfuerzos de compresin, o mxima capacidad que se le puede asignar como elemento estructural frente a este tipo de esfuerzos. Nc,Ed: Esfuerzo axil de clculo (compresin), obtenido a partir de acciones mayoradas. La resistencia estructural del micropilote sometido a esfuerzos de compresin se puede determinar en general, mediante la siguiente expresin: R 120 Fe , Nc ,Ed

Nc ,Rd = (0,85 A c fcd + A s fsd + A a fyd )

13

Peso especfico aparente: peso por unidad de volumen del suelo en su estado natural, con el agua que contenga.

36

CLCULO

DE LOS MICROPILOTES

donde: Ac: Seccin neta de lechada o mortero, descontando armaduras. Para calcularla se debe utilizar el dimetro nominal del micropilote. fcd: Resistencia de clculo del mortero o lechada de cemento a compresin: fcd = fck

c

fck: Resistencia caracterstica del mortero o lechada de cemento a compresin simple, a los veintiocho das (28 d) de edad.

c: Coeficiente parcial de seguridad para el mortero o lechada14. Se tomar un valor de uno coma cincuenta ( c = 1,50).As: Seccin total de las barras corrugadas de acero. fsd: Resistencia de clculo del acero de las armaduras corrugadas. Deber considerarse menor o igual que cuatrocientos megapascales: fsd = fsk 400 MPa

s

fsk: Lmite elstico del acero de las armaduras corrugadas, que puede obtenerse de la tabla 2.2.

s: Coeficiente parcial de seguridad para el acero de las armaduras corrugadas15. Se tomar un valor de uno coma quince ( s = 1,15).fyd: Resistencia de clculo del acero de la armadura tubular. Deber considerarse menor o igual que cuatrocientos megapascales: fyd = fy 400 MPa

a

fy: Lmite elstico del acero de la armadura tubular, que puede obtenerse de la tabla 2.1.

a: Coeficiente parcial de seguridad para el acero de la armadura tubular16. Se tomar un valor de uno coma diez ( a = 1,10).Aa: Seccin de clculo de la armadura tubular de acero: Aa = donde: de: Dimetro exterior nominal de la armadura tubular. re: Reduccin de espesor de la armadura por efecto de la corrosin, que puede obtenerse de la tabla 2.4. di: Dimetro interior nominal de la armadura tubular. Fu,c: Coeficiente de minoracin del rea de la armadura tubular en funcin del tipo de unin (compresin). Salvo justificacin expresa se debern adoptar los valores de la tabla 3.4.14 15 16

4

[(de 2 re )2 di2 ] Fu,c

Vase: Recomendaciones para el proyecto de puentes mixtos para carreteras RPX-95, captulo 6. Vase: Recomendaciones para el proyecto de puentes mixtos para carreteras RPX-95, captulo 6. Vase: Recomendaciones para el proyecto de puentes mixtos para carreteras RPX-95, captulo 6.

37

A

TABLA 3.4.

COEFICIENTE Fu,c

TIPO DE UNIN Mediante manguitos exteriores doblemente roscados, sin disminucin de seccin De rosca machihembrada con seccin ensanchada

Fu,c

1,0 De rosca machihembrada, sin seccin ensanchada y con contacto a tope en ambos extremos Otras uniones diseadas especficamente para no sufrir prdidas de resistencia Resto de casos 0,5

Fe: Coeficiente de influencia del tipo de ejecucin, que tiene en cuenta la naturaleza del terreno y el sistema de perforacin empleado, que debe obtenerse de la tabla 3.5.

TABLA 3.5.

COEFICIENTE Fe

TIPO DE TERRENO Y DE PERFORACIN Terreno con nivel fretico por encima de la punta del micropilote y perforacin sin revestir, sin empleo de lodos Terreno con nivel fretico permanentemente bajo la punta del micropilote y perforacin sin revestir, sin empleo de lodos Cualquier tipo de terreno perforado con lodos Cualquier tipo de terreno perforado al amparo de revestimiento recuperable Micropilote con tubera de revestimiento dejada in situ de forma permanente (camisa perdida)

Fe 1,50

1,30 1,15 1,05 1,00

R: Factor emprico de pandeo o coeficiente de reduccin de la capacidad estructural del micropilote por efecto del pandeo, cuyo valor se tomar como se indica a continuacin. Deber considerarse el efecto del pandeo, aplicando un factor de reduccin menor o igual que la unidad (R 1), cuando: El micropilote est rodeado por arenas con compacidades flojas a medias o suelos cohesivos con consistencias blandas a medias (vase apndice 6). En caso de que existan zonas del micropilote denominadas libres (sin coaccin lateral), por existir huecos en el terreno, sobresalir el micropilote de la superficie del mismo, o estar rodeado por terrenos inestables. En los restantes casos se adoptar un valor del factor emprico de pandeo igual a la unidad (R = 1). A efectos de esta Gua, para la aplicacin del coeficiente de reduccin de capacidad estructural por efecto del pandeo R, se considerarn como terrenos inestables los siguientes: a) Suelos no cohesivos con coeficiente de uniformidad17 inferior a dos (Cu = D60/D10 < 2) que se encuentren bajo nivel fretico.

17 Coeficiente de uniformidad: Relacin de dimetros de partculas, o aberturas de tamices, por los que pasa el sesenta y el diez por ciento (60 y 10 %) de la muestra, en peso.

38

CLCULO

DE LOS MICROPILOTES

b) Suelos no cohesivos de compacidad floja, con ndice de densidad18 inferior o igual a treinta y cinco centsimas (ID 0,35). c) Suelos muy blandos, con resistencia al corte sin drenaje19 inferior a quince kilopascales (su < 15 kPa).

El factor R se puede determinar mediante la siguiente expresin: R = 1,07 0,027 CR donde: CR: Coeficiente adimensional cuyo valor20 se tomar de la tabla 3.6. 1

TABLA 3.6.

COEFICIENTE CR

TIPO DE COACCIN LATERAL Fangos y turbas con 15 kPa su (kPa) 25 su (kPa) 25

CR 18 - 12 12 - 8

Arcillas y limos blandos con 15 kPa

Suelos no cohesivos de compacidad21 media (0,35 < ID < 0,65) que cumplan alguno de los siguientes requisitos: Encontrarse permanentemente por encima del nivel fretico Presentar un coeficiente de uniformidad mayor o igual que dos (D60/D10 Suelos cohesivos de consistencia media (25 kPa Libre (sin terreno o rodeado de terreno inestable22) su (kPa) 50) H/DR 2) 8-7

Siendo: DR: Dimetro del micropilote en la zona de pandeo. Cuando en la zona libre (sin terreno o rodeado de terreno inestable) se haya colocado tubera de revestimiento perdida, DR ser el dimetro de dicha tubera; si no fuera as se tomar el dimetro exterior de la armadura tubular (DR = de). H: Longitud de la zona libre (sin terreno o rodeado de terreno inestable). Cuando se disponga de datos sobre las propiedades elsticas del terreno, el pandeo se podr analizar tambin con los mtodos incluidos en el apndice 3.

3.6.2. RESISTENCIA

ESTRUCTURAL DEL MICROPILOTE A TRACCIN

Se debe comprobar: Nt ,Rd18 19

Nt ,Ed

Vase apndice A-6.2. Vase: Gua de cimentaciones en obras de carretera, apartados 3.4 y 3.5. La resistencia al corte sin drenaje puede determinarse preferiblemente mediante ensayos de campo (molinete), o en su defecto de laboratorio (fundamentalmente el de resistencia a compresin simple UNE 103400, triaxiales UNE 103402, o de corte directo UNE 103401). 20 Vase, Johnson, S. M. y Kavanagh, T. G. (1968): The Design of Foundations for Buildings, McGraw-Hill. 21 Adems de por el ndice de densidad, puede determinarse la consistencia de las arenas de modo aproximado, a travs del ensayo de penetracin estndar SPT, segn UNE 103800, conforme a lo indicado en el apndice A-6.2. 22 Vanse criterios para la consideracin del terreno como inestable en este mismo epgrafe.

39

A

donde: Nt,Rd: Resistencia estructural del micropilote sometido a esfuerzos de traccin, o mxima capacidad que se le puede asignar como elemento estructural frente a este tipo de esfuerzos. Nt,Ed: Esfuerzo axil de clculo (traccin), obtenido a partir de acciones mayoradas. El valor de la resistencia estructural del micropilote a traccin, se puede obtener de la siguiente expresin: 1 110 ,

Nt ,Rd = (A s fsd + A a fyd )

donde: As: Seccin total de las barras corrugadas de acero. fsd: Resistencia de clculo del acero de las barras corrugadas: fsd = fsk

s

fsk: Lmite elstico del acero de las barras corrugadas, que puede obtenerse de la tabla 2.2.

s: Coeficiente parcial de seguridad para el acero de las barras corrugadas23. Se tomar un valor de uno coma quince ( s = 1,15).fyd: Resistencia de clculo del acero de la armadura tubular: fyd = fy

a

fy: Lmite elstico del acero de la armadura tubular, que puede obtenerse de la tabla 2.1.

a: Coeficiente parcial de seguridad para el acero de la armadura tubular24. Se tomar un valor de uno coma diez ( a = 1,10).Aa: Seccin de clculo de la armadura tubular de acero:

Aa = donde:

4

[(de 2 re )2 di2 ] Fu, t

de: Dimetro exterior nominal de la armadura tubular. re: Reduccin de espesor de la armadura por efecto de la corrosin, que puede obtenerse de la tabla 2.4. di: Dimetro interior nominal de la armadura tubular. Fu,t: Coeficiente de minoracin del rea de la armadura tubular en funcin del tipo de unin (traccin). Salvo justificacin expresa en contra se debern adoptar los valores de la tabla 3.7.

23 24

Vase: Recomendaciones para el proyecto de puentes mixtos para carreteras RPX-95, captulo 6. Vase: Recomendaciones para el proyecto de puentes mixtos para carreteras RPX-95, captulo 6.

40

CLCULO

DE LOS MICROPILOTES

TABLA 3.7.

COEFICIENTE Fu,t

TIPO DE UNIN Mediante manguitos exteriores doblemente roscados, sin disminucin de seccin De rosca machihembrada con seccin ensanchada Otras uniones diseadas especficamente para no sufrir prdidas de resistencia Resto de casos

Fu,t

1,0

0,5

3.6.3. RESISTENCIA

ESTRUCTURAL A FLEXIN Y CORTANTE

Para calcular la resistencia estructural del micropilote a flexin, a cortante o a esfuerzos combinados, se supondr que nicamente colabora la armadura tubular del micropilote y se aplicarn los mtodos de clculo de estructuras metlicas. En el apndice 4 se incluyen las frmulas de aplicacin para los casos ms usuales. Especial atencin merece la resistencia estructural de la unin de las armaduras, pues sta pudiera ser inferior a la de la propia armadura tubular. Para estimar el momento flector mximo en el micropilote, originado por una carga horizontal Ho un momento Mo en cabeza, puede asimilarse el micropilote a una mnsula equivalente de anlogas caractersticas mecnicas25, sometida slo a los esfuerzos exteriores y en la que la accin del suelo se transforma en un empotramiento ficticio situado a una profundidad Lef: L ef = 12 f L e , siendo: Lef: Profundidad de empotramiento ficticio. Le: Longitud elstica del micropilote: Le = Ea: Mdulo de elasticidad del acero. Ia: Momento de inercia de la seccin de acero. EL: Mdulo de elasticidad del terreno a la profundidad L, siendo L la longitud del micropilote. f: Coeficiente que depende de la relacin entre el valor del mdulo de elasticidad del terreno en superficie y a la profundidad L. Su valor puede tomarse de la tabla 3.8. TABLA 3.8.E0/EL 0 0,5 125

3 Ea Ia EL

1/ 4

COEFICIENTE f

f 1,70 1,25 1,00

Vase, Jimnez Salas, J. A. y otros: Geotecnia y cimientos III, captulo 3.

41

A

E0: Mdulo de elasticidad del terreno en superficie. El momento mximo en la zona del empotramiento ficticio puede reducirse, multiplicando el obtenido de la manera recin indicada por un coeficiente me, cuyo valor depende de la relacin entre las longitudes libre (que sobresale de la superficie del terreno, en su caso) y elstica, que se puede obtener de la tabla 3.9. TABLA 3.9.L /Le 0 1 2 7COEFICIENTE me

me 0,45 0,60 0,70 0,85

El efecto de grupo tiene como consecuencia un aumento del valor de la profundidad del empotramiento ficticio Lef, que para los espaciamientos ms habituales, comprendidos entre tres y cuatro dimetros (S = 3D-4D), debe afectarse por un coeficiente g que puede tomarse de la tabla 3.10. TABLA 3.10.DIMENSIONES DEL GRUPO 21 22 44 >44COEFICIENTE g

g 1,10 1,25 1,40 1,50

3.7.

CLCULO DE ASIENTOS DE LOS MICROPILOTESGENERALES

3.7.1. CONSIDERACIONES

El asiento de los micropilotes sometidos a esfuerzos de compresin deber determinarse preferiblemente a travs de pruebas de carga, segn se especifica en 3.3.2.2. Cuando no se disponga de dichos ensayos puede calcularse de modo aproximado, segn se especifica en este apartado, dependiendo de que el micropilote est empotrado en roca, o situado en terreno granular o cohesivo. A los solos efectos de este tipo de clculos, se considerar terreno granular aquel cuyo cernido por el tamiz 0,080 UNE sea inferior al quince por ciento (# 0,080 mm < 15%) y terreno cohesivo aquel cuyo cernido por el tamiz 0,080 UNE sea superior al treinta y cinco por ciento (# 0,080 mm > 35%). En los casos comprendidos entre los lmites anteriores y, sobre todo, en suelos saturados, ser conveniente efectuar ambas hiptesis de comportamiento, y adoptar finalmente la ms pesimista respecto a la seguridad. En el clculo de asientos de cimentaciones nuevas o recalces, en que los micropilotes atraviesen suelos granulares y cohesivos, el trabajo principal corresponde a los niveles menos deforma-

42

CLCULO

DE LOS MICROPILOTES

bles, que son los primeros en entrar en carga de modo significativo. Por tanto, en el clculo se recomienda tener en cuenta nicamente los suelos cohesivos de consistencia26 muy firme a dura (qu > 0,35 MPa) y los granulares de compacidad media a densa y muy densa (N > 20). Cuando ninguno de los dos tipos de terreno sea claramente ms deformable que el otro, en ausencia de modelos numricos ms precisos, podr calcularse un asiento considerando que todo el terreno atravesado fuese granular y otro considerando que todo el terreno atravesado fuese cohesivo. El asiento total se estimar como media ponderada de dichos asientos, segn la longitud relativa en cada tipo de terreno.

3.7.2. MICROPILOTE

CON EMPOTRAMIENTO EN ROCA

Cuando se produzca, segn lo especificado en 3.3.1.2, la situacin de empotramiento en roca, el asiento se corresponder aproximadamente con el acortamiento elstico del micropilote: se = donde: se: Nc,Ek: LE: Acortamiento elstico del micropilote Esfuerzo axil caracterstico, considerando las acciones sin mayorar (vase apartado 3.1). Longitud del micropilote que se acorta elsticamente. Es igual a la longitud total del micropilote L, menos la longitud de la parte empotrada en roca27 de grado III o inferior segn ISRM, Lemp, es decir: LE = L L emp Ap Ep: Rigidez de la seccin transversal del micropilote. Equivale a la suma de las rigideces de la lechada o mortero y de la armadura. Es decir: Ap Ep = A c Ec + (APr + A s ) Ea donde: Ec: Mdulo de elasticidad de la lechada o mortero. Ac: Seccin neta de lechada o mortero, descontando la armadura. Ea: Mdulo de elasticidad del acero. As: Seccin total de las barras corrugadas de acero. APr: Seccin reducida de la armadura tubular de acero, calculada teniendo en cuenta la reduccin de espesor de la armadura por efecto de la corrosin. APr = siendo: de: Dimetro exterior nominal de la armadura tubular. re: Reduccin de espesor de la armadura por efecto de la corrosin. Deber tomarse de la tabla 2.4. di: Dimetro interior nominal de la armadura tubular.Vanse apndices A-6.2 y A-6.4. Ntese que la longitud de la parte empotrada en roca de grado III o inferior debe ser mayor o igual que seis dimetros nominales (Lemp 6D) para poder aplicar la condicin de empotramiento en roca (vase epgrafe 3.3.1.2).27 26

Nc ,Ek LE Ap Ep

4

[(de 2 re )2 di2 ]

43

A

3.7.3. MICROPILOTE

EN TERRENO GRANULAR

En terrenos granulares se puede emplear la siguiente expresin: 9 Nc ,Ek Rc , d D 90

sN =

2

donde: sN: Asiento del micropilote sometido al esfuerzo Nc,Ek, en terreno granular.

Nc,Ek: Esfuerzo axil caracterstico, considerando las acciones sin mayorar (vase apartado 3.1). Rc,d: Resistencia de clculo frente al modo de fallo de hundimiento, calculada conforme a lo especificado en el apartado 3.3 de esta Gua. D: Dimetro nominal del micropilote.

Cuando se reunieran los requisitos especificados en 3.3.1.1 para poder considerar la resistencia por punta, al asiento calculado con la expresin inmediatamente anterior, deber agregarse el acortamiento elstico del micropilote se, calculado con la expresin28 incluida en el epgrafe 3.7.2, y en su caso, el debido a la presencia de capas blandas profundas29 sb, situadas por debajo de la punta del micropilote. Es decir: sTOT = sN + se + sb

3.7.4. MICROPILOTE

EN TERRENO COHESIVO

En terreno cohesivo se puede emplear la siguiente expresin: 0,6 Nc ,Ek L qc

sN =

donde: sN: Asiento del micropilote sometido al esfuerzo Nc,Ek, en terreno cohesivo.

Nc,Ek: Esfuerzo axil caracterstico, considerando las acciones sin mayo