GUÍA MF: Micropilotes de cimentación

Cálculo según Guía para el proyecto y la ejecución de micropilotes en obras de carretera

En estructuras de cimentación, los micropilotes se deben proyectar para que trabajen sometidos a esfuerzos axiles, fundamentalmente de compresión.

Cuando la cimentación esté sometida a esfuerzos horizontales significativos, se pueden disponer micropilotes inclinados para absorber la componente horizontal de la carga, o parte de la misma.

Los modos de fallo que se comprueban con esta aplicación son:

  • Hundimiento.
  • Fallo estructural de los micropilotes a compresión.

3.3. COMPROBACIÓN FRENTE AL HUNDIMIENTO

Cimentación en suelos.

En el caso de apoyo de los micropilotes en suelos (granulares y/o cohesivos), y dada la pequeña sección transversal de los mismos, no se considerara la colaboración por punta del terreno.

Rc,d = Rfc,d

donde:

  • Rc,d: Resistencia de cálculo frente al modo de fallo de hundimiento.
  • Rfc,d: Resistencia por fuste de cálculo frente a esfuerzos de compresión

Resistencia de cálculo por fuste.

resistencia por fuste

donde:

  • n: Número de tramos de terreno considerados.
  • ALi: Área lateral del micropilote en la zona comprendida dentro del tramo de terreno i-ésimo.
  • (rfc,d)i: Rozamiento unitario por fuste de cálculo en el tramo de terreno i-ésimo.

El valor de cálculo del rozamiento unitario por fuste rfc,d, se puede obtener utilizando correlaciones empíricas mediante la expresión:

rfc,d = rf,lim / Fr

donde:

  • rfc,d: Rozamiento unitario por fuste de cálculo frente a esfuerzos de compresión.
  • rf,lím: Rozamiento unitario límite por fuste. Puede obtenerse a partir de la figura 3.3.
  • Fr: Coeficiente de minoración que tiene en cuenta la duración de la función estructural de los micropilotes, que puede obtenerse de la tabla 3.2.

Tabla 3.2. coeficiente Fr

Duración Fr
Obras donde los micropilotes tienen una función estructural de duración inferior o igual a seis (6) meses 1,45
Obras donde los micropilotes tienen una función estructural de duración superior a seis (6) meses 1,65

Figura 3.3 Rozamiento unitario límite por fuste

rozamiento fuste arenas y gravasrozamiento fuste arcillas y limos

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 inyección utilizado, el valor rf,lím correspondiente al de una inyección del tipo IU.

Cimentación en roca.

La roca en la zona de influencia de la punta debe cumplir con las siguientes condiciones:

  • Presenta un grado de meteorización inferior o igual a III (menos de la mitad del material está descompuesto a suelo) según la escala ISRM.
  • El índice RQD (porcentaje de recuperación de testigos de más de 10 cm de longitud) es superior a sesenta (RQD > 60%)
  • La resistencia a compresión simple es superior a veinte megapascales (qu > 20 MPa)

El empotramiento del micropilote en la roca debe ser superior o igual a seis diámetros nominales (Lemp ≥ 6D), medidos sobre el plano de la punta.

La resistencia de cálculo en el empotramiento se obtiene mediante la expresión:

Re,d = ALe · fe,d + APe · qpe,d

donde:

  • Re,d: Resistencia de cálculo en el empotramiento en roca.
  • ALe: Área lateral del micropilote en el empotramiento en roca.
  • fe,d: Resistencia unitaria por fuste de cálculo en el empotramiento en roca.
  • APe: Área de la sección recta de la punta en el empotramiento en roca.
  • qpe,d: Resistencia unitaria por punta de cálculo en el empotramiento en roca.

Los parámetros fe,d y qpe,d pueden tomarse de la tabla 3.3.

Tabla 3.3. Resistencia unitaria en el empotramiento en roca, por fuste y punta

Tipo de roca fe,d (MPa) qpe,d
Margas y margocalizas   0,15 - 0,40 0,07 · qu
Pizarras y otros esquistos 0,20 - 0,30 0,07 · qu
Areniscas 0,30 - 0,45 0,07 · qu
Calizas y dolomías  0,40 - 0,50 0,10 · qu
Granitos y basaltos 0,40 - 0,60 0,10 · qu

 

3.6. COMPROBACIÓN ESTRUCTURAL DE MICROPILOTES

3.6.1. Resistencia estructural a compresión

Se debe comprobar:

Nc,Rd ≥ Nc,Ed

donde:

Nc,Rd: Resistencia estructural del micropilote sometido a esfuerzos de compresión, o máxima capacidad que se le puede asignar como elemento estructural frente a este tipo de esfuerzos.

Nc,Ed: Esfuerzo axil de cálculo (compresión), obtenido a partir de acciones mayoradas.

La resistencia estructural del micropilote sometido a esfuerzos de compresión se puede determinar en general, mediante la siguiente expresión:

Nc,Rd = (0.85·Ac·fcd + As·fsd + Aa·fyd) · R/(1.20·Fe)

donde:

  • Ac: Sección neta de lechada o mortero, descontando armaduras. Para calcularla se debe utilizar el diámetro nominal del micropilote.
  • fcd: Resistencia de cálculo del mortero o lechada de cemento a compresión:
    fcd = fckc
    • fck: Resistencia característica del mortero o lechada de cemento a compresión simple, a los veintiocho días (28 d) de edad.
    • γc: Coeficiente parcial de seguridad para el mortero o lechada1. Se tomará un valor de uno coma cincuenta (γc = 1,50).
  • As: Sección total de las barras corrugadas de acero.
  • fsd: Resistencia de cálculo del acero de las armaduras corrugadas. Deberá considerarse menor o igual que cuatrocientos megapascales:
    fsd = fsks ≤ 400 MPa
    • fsk: Límite elástico del acero de las armaduras corrugadas
    • γs: Coeficiente parcial de seguridad para el acero de las armaduras corrugadas. Se tomará un valor de uno coma quince (γs = 1,15).
  • fyd: Resistencia de cálculo del acero de la armadura tubular. Deberá considerarse menor o igual que cuatrocientos megapascales:
    fyd = fya ≤ 400 MPa
    • fy: Límite elástico del acero de la armadura tubular.
    • γs: Coeficiente parcial de seguridad para el acero de la armadura tubular. Se tomará un valor de uno coma diez (γa = 1,10).
  • Aa: Sección de cálculo de la armadura tubular de acero:

    sección armadura tubular

    donde:

    • de: Diámetro exterior nominal de la armadura tubular.
    • re: Reducción de espesor de la armadura por efecto de la corrosión, que puede obtenerse de la tabla 2.4.

    Tabla 2.4. Reducción de espesor de armadura por efecto de la corrosión re

    Tipo de terreno Vida útil requerida al micropilote (años)
    5 25 50 75 100
    Suelos naturales sin alterar 0,00 0,30 0,60 0,90 1,20
    Suelos naturales contaminados o suelos industriales 0,15 0,75 1,50 2,25 3,00
    Suelos naturales agresivos (turbas, ciénagas, etc.) 0,20 1,00 1,75 2,50 3,25
    Rellenos no agresivos sin compactar 0,18 0,70 1,20 1,70 2,20
    Rellenos agresivos sin compactar (cenizas, escorias, etc.) 0,50 2,00 3,25 4,50 5,75

    • di: Diámetro interior nominal de la armadura tubular.
    • Fu,c: Coeficiente de minoración del área de la armadura tubular en función del tipo de unión (compresión). Salvo justificación expresa se deberán adoptar los valores de la tabla 3.4.

    Tabla 3.4. coeficiente Fu,c

    Tipo de unión Fu,c
    Mediante manguitos exteriores doblemente roscados, sin disminución de sección 1.0
    De rosca machihembrada con sección ensanchada
    De rosca machihembrada, sin sección ensanchada y con contacto a tope en ambos extremos
    Otras uniones diseñadas específicamente para no sufrir pérdidas de resistencia
    Resto de casos 0.5

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

    Tabla 3.5. coeficiente Fe

    Tipo de terreno y de perforación Fe
    Terreno con nivel freático por encima de la punta del micropilote y perforación sin revestir, sin empleo de lodos 1.50
    Terreno con nivel freático permanentemente bajo la punta del micropilote y perforación sin revestir, sin empleo de lodos 1.30
    Cualquier tipo de terreno perforado con lodos 1.15
    Cualquier tipo de terreno perforado al amparo de revestimiento recuperable 1.05
    Micropilote con tubería de revestimiento dejada «in situ» de forma permanente (camisa perdida) 1.00

  • R: Factor empírico de pandeo o coeficiente de reducción de la capacidad estructural del micropilote por efecto del pandeo, cuyo valor se tomará como se indica a continuación.

    Deberá considerarse el efecto del pandeo, aplicando un factor de reducción menor o igual que la unidad (R ≤ 1), cuando:

    • El micropilote esté rodeado por arenas con compacidades flojas a medias o suelos cohesivos con consistencias blandas a medias.
    • En caso de que existan zonas del micropilote denominadas libres (sin coacción lateral), por existir huecos en el terreno, sobresalir el micropilote de la superficie del mismo, o estar rodeado por terrenos inestables.

    El factor R se puede determinar mediante la siguiente expresión:

    R = 1,07 − 0,027·CR ≤ 1

    donde CR: Coeficiente adimensional cuyo valor se tomará de la tabla 3.6.

    Tabla 3.6. coeficiente CR

    Tipo de coacción lateral CR
    Fangos y turbas con 15 kPa ≤ su (kPa) ≤ 25 18 - 12
    Arcillas y limos blandos con 15 kPa ≤ su (kPa) ≤ 25   12 - 8
    Suelos no cohesivos de compacidad media (0,35 < lD < 0,65) que cumplan alguno de los siguientes requisitos:
    — Encontrarse permanentemente por encima del nivel freático
    — Presentar un coeficiente de uniformidad mayor o igual que dos (D60/D10 ≥ 2)
    8 - 7
    Suelos cohesivos de consistencia media (25 kPa ≤ su (kPa) ≤ 50)    
    Libre (sin terreno o rodeado de terreno inestable)
    (DR: Diámetro del micropilote; H: Longitud de la zona libre)
    H/DR

    En los restantes casos se adoptará un valor del factor empírico de pandeo igual a la unidad (R = 1).

Comentarios

No es exactamente igual que la guía de carreteas

¿que coeficiente de mayoración tiene el axil Nd, que sale del cálculo?

El axil Nd es un dato que introduces en la aplicación, y que debes obtener de un cálculo de esfuerzos previo.