Calculo de micropilotes. Programa

Os planteo una nueva alternativa de cálculo de micropilotes, que es el que uso yo en los proyectos en los que intervengo. El algoritmo lo perfeccioné hace unos cuantos años y ya lo tengo suficientemente chequeado.

Tiene varias ventajas. En función de la carga que le introduzcas, la mayora, comprueba el micropilote a pandeo, calcula la longitud (para eso necesita datos del terreno evidentemente) por el método de Bustamante, y saca la curva de interacción.

Advertencias: no calcula grupos de micro; vale sólo para uno o sea, que tiene que existir un trabajo técnico previo.

Una de las ventajas más importantes es que, una vez metidos los datos (2 minutos si lo tienes claro), los mismos listados te sirven como memoria de cálculo.

Os pongo un ejemplo de la hoja resumen y de la curva para que lo veáis.

Si queréis verlo entero, pulsad aqui.

Si alguno de vosotros está interesado en más, mandadme un mail y, como siempre, agradezco vuestros comentarios.

Seguiremos

Graficas de Bustamante con valores de SPT

Buenas. Ya casi se me habia olvidado pero había prometido poner las gráficas de Bustamante para valores de SPT. Os pongo dos, para arcillar y para arenas, que van a ser casi todos los casos que realmente vais a plantearos habitualmente. Me falta el de las margas y las rocas. Mas adelante, espero.

Seguiremos.

Cálculo de micropilotes de cimentación. Método de Bustamante.

Vamos a seguir con el segundo método de cálculo de micropilotes.  Michael Bustamante es un ingeniero francés que se ha dedicado a hacer una serie muy grande de anclajes y micropilotes y, después, los ha maltratado y ensayado haciendo series con inyección repetitiva y selectiva (IRS) o con inyección de una sola vez.

Dos comentarios antes de entrar a ver el método como tal:

•  Es, conforme mi criterio, el método más extendido y el menos discutido (que parece que no pero es bastante importante con vista direcciones facultativas complicadas – vamos, como calcular con CYPE). Además, está bastante contrastado y refrendado por la experiencia.
•  Los artículos que he leído del señor Bustamante, así como sus intervenciones en mesas redondas de jornadas técnicas (ver documentación de AETESS), parece indicar o, al menos es lo que a mí me parece, que es una persona sensata, aspecto también interesante.

Vamos con el método. Citando literalmente a D. Manuel Romana, en un documento acerca de los micros de junio del 2003:

La carga límite de un micropilote a compresión es la suma de la resistencia límite por punta y la resistencia por fuste.

La resistencia por fuste será

siendo la Di el diámetro equivalente que se obtiene multiplicando el diámetro de la perforación por un coeficiente α en función del terreno y del tipo de inyección, Li la longitud de cada uno de los estratos atravesados y qfi la resistencia por fuste de cada estrato que se atraviesa.

La resistencia por punta se considera 0 o, como mucho, el 15 % de la resistencia por fuste del estrato de empotramiento.

El coeficiente de seguridad que se considera en el método es 2 en todos los casos.

Los valores de α se obtienen del siguiente cuadro:

Los valores de la resistencia unitaria por fuste se obtienen de los siguientes gráficos;

La forma de entrar en estos ábacos es, con valores de presiómetro en mega pascales, subes hasta la línea del tipo de inyección prevista y se obtiene el valor de qs.

Para el caso de micros a tracción, el valor es igual pero solo se considera la resistencia por fuste.

Existen las mismas gráficas pero referidas a SPT en vez de a presiómetro. Las pondré más adelante.

Seguiremos.

Resumiendo.

Bueno, ya sabemos que es un micropilote, para que se usa y de que está constituido. Sabemos, además, como se llama lo que lleva dentro y cómo podemos tener una idea de qué es lo que debe utilizarse. Sabemos, además, como comprobar la lechada o el mortero que se use además de comprobar si la densidad que tiene es la adecuada

Bueno, pues vamos a ver (sin asustarse), que es un recalce, o sea, micropilotes en una casa (en tu casa). Por favor, si fumas, es el momento de encender uno.

Lo primero, las fotografías son cortesía de Micros. Esta máquina, la que veis en las fotos, está haciendo un recalce en una vivienda y lo que veis destrozado (que la verdad, no es mucho) no es necesario para el recalce, es necesario para que la máquina entre hasta la zona donde tiene que trabajar. Aquí veis una imagen con la máquina en la zona del baño, que es donde había que trabajar. Por los suelos tampoco hay que preocuparse mucho (bueno, un poco) porque, normalmente, estas máquinas lleva las orugas de goma y el daño que hacen es, digamos, limitado.

Lo que estáis viendo es sólo el equipo de perforación. Faltaría la mezcladora y el compresor dado que en estos casos se utiliza un compresor para evacuar los residuos de la perforación. De esto hablaremos muy pronto.

En las dos fotos se ve que la maquina está en posición de trabajo, con la torre de perforación vertical. Este tipo de máquina tiene una altura de trabajo de unos 2,20-2,30 metros, con lo que entra perfectamente para realizar este tipo de trabajo.

Seguiremos.

¿Están utilizando el cemento correcto?.

Vamos a avanzar un poco más. ¿Qué tipo de cemento hay que usar en la lechada? ¿Arena de río o de miga?.... Fácil, como todo lo que hemos visto hasta ahora.

El cemento, aunque parezca mentira, tiene su propia norma y es lógico, pensando en lo que se utiliza. Tiene que haber un documento que garantice que el cemento se fabrica y cumple las garantías necesarias.

El documento que regula al cemento es la “RC-08. Instrucción para la recepción de cementos.” Como os podéis imaginar, el documento es amplio y regula de una manera muy detallada las características físicas y químicas del cemento dependiendo de su composición y de su comportamiento. Os dejo un enlace del BOE en el que figura la instrucción entera.

Pero nosotros nos vamos a fijar en lo más básico, en la denominación. Un cemento se denomina de la siguiente forma:

·        CEM I (cemento portland): No lleva adicciónes, solo el componente básico del cemento que se llama Clinquer. Se denomina con CEM I, seguida de la resistencia (32,5-42,5 o 52,5) y de la letra R si es de alta resistencia inicial o la N si es de resisitencia inicial normal. No parece tan complicado, pero sólo es el primero. Se usan para hormigones de alta resistencia, obras públicas especiales en hormigón pretensado y prefabricado de elementos.

·        CEM II (cemento portland con adicciones). Se denominan con CEM II seguida de una barra (/) y de la letra que indica el subtipo (A o B) separada de un guión de la letra que identifica el componente principal de su adicción y que es:

o   S: Escoria de alto horno.

o   D: Humo de sílice.

o   P: Puzolana natural.

o   Q: Puzolana natural calcinada.

o   V: Ceniza volante silícea.

o   W Ceniza volanta calcarea.

o   T: Esquitos calcinados.

o   L y LL: Caliza

A continuación se indicará la clase de resistencia (igual que en el caso anterior) y R o N como en el CEM I. En el caso del cemento portland mixto (M) se indicará además las letras de los componentes utilizados en su adicción. Este tipo de cemento se usa en hormigones y en morteros en general y es el que normalmente se usará en la ejecución de micropilotes y anclajes.

·        CEM III son cementos con esocrias del alto horno, CEM IV es un cemento puzolánico y CEM V es un cemento compuesto. Es este caso, los tipos son 3 (A,B o C) y se debe indicar entre paréntesis, en el caso de CEM IV y V, los componentes que forman la adición. Los cementos CEM III son aptos para hormigones en ambientes agresivos por sulfatos de terrenos o agua de mar. Los cementos CEM IV son aptos para hormigones en ambientes ácidos moderadamente agresivos y para obras hidráulicas. Los cementos CEM V son aptos para la estabilización de suelos y terrenos, para bases de carreteras y firmes de hormigón para grandes macizos de hormigón de presas.

·        Si además es de bajo calor de hidratación se debe añadir al final de la denominación correspondiente LH.

Vamos a poner un ejemplo: un cemento portland con caliza EN 197-1 CEM II/A-L 32,5 N-LH es un cemento de bajo calor de hidratación (LH), con caliza adicionada (L-según la norma, sabríamos además que la adicción es entre un 6 y un 20% en masa de caliza, solo hay que mirar la tabla-), de clase resistente 32,5 y resistencia inicial normal.

Bien, vamos a aplicarlos a nuestro caso. Usaremos cementos de tipo CEM II o CEM III(este último en caso de trabajar en suelos con alto contenido de sulfatos -yesos, por ejemplo-) o cerca del mar. Normalmente, será de resistencia inicial normal y usaremos una clase resistente siempre mayor de 42,5.

Por cierto, no lo habíamos comentado. La resistencia (32,5-42,5 o 52,5) viene expresada en N/mm² pero como es más común y más entendible, si la multiplicáis por 10 pasa a kg/cm²

Seguiremos.

¿Primera aproximación de cálculo? La Lechada y su dosificación.

¿Seríamos capaces de identificar una correcta dosificación de la lechada? a partir de ahora, si. Vamos a ver dos casos: una lechada con una relación agua cemento al límite, de 0,5 y un mortero con una relación agua/cemento/arena de 1/2/1 en peso.
Vamos con la lechada. Si la relación agua cemento es 0,5 eso significa que vamos a echar un kilo de agua (que es un litro, más manejable) por dos kilos de cemento. Como cada saco cemento ahora viene normalizado y pesa 35 kg, eso significa que tenemos que echar 18 litros de agua por cada saco de cemento. Ya tenemos la primera referencia.

Vamos necesitar los valores de los pesos específicos de cada uno de los materiales. Ahí va en tn/m³; la del agua es 1, la del cemento es 3,1 y la de la arena es 2,9.

Vamos a suponer que hacemos 1 metro cúbico de lechada. Primero calculamos la densidad con la siguiente fórmula:

Vaya chorizo pero la verdad es que es muy fácil y, además, tenemos los datos.

Lechada de cemento.

Partes de agua: 1. Partes de cemento: 2. Partes de arena: 0.

o sea, que cada metro cúbico de lechada pesa 1824 kg de los cuales 608 son de agua y 1216 sin de cemento, que son 34 sacos y tres cuartos de otro.

Luego ya sabemos controlar si hacen bien la lechada. La podemos medir o, por lo menos, hacernos una idea si están por hacer bien las cosas o no.

Mortero con una dosificación 1/2/1.

Partes de agua: 1. Partes de cemento: 2. Partes de arena: 1.

o sea, que cada metro cúbico de lechada pesa 2141 kg de los cuales 428 son de agua, 857 son de cemento (unos 24 sacos y medio) y 857 kilos de arena.

Seguiremos

¿Cómo se rellena el Micropilote?

Ya hemos visto una introducción a la armadura del micropilote. Vamos a ver la otra parte, lo que rellena el micropilote.

Lo primero a comentar es que se puede hacer el relleno de dos maneras distintas, con lechada de cemento o con mortero. ¿La diferencia entre los dos? La lechada de cemento se hace con agua, cemento y aditivos (si son necesarios) y el mortero lleva, además, arena.

¿Lo normal? Utilizar lechada de cemento a no ser que existan razones especiales para utilizar el mortero y, eso, depende del calculista.

Aquí empieza a tomar importancia la EHE, la norma que regula el diseño y el uso del hormigón estructural y que da las pautas para su uso. Si os interesa, tenéis un enlace en el blog.

Bueno, la lechada de cemento básicamente se hace con cemento y agua y se fabrica en obra. Para eso se utilizan mezcladoras y se llevan al micro por medio de bombas de impulsión. La mayoría de los modelos que se utilizan en obra van juntos en un mismo equipo, de manera que se hace la mezcla y, por medio de una salida, se bombea por mangueras a la perforación.

Mezcladora de Lechada 1

Lo más importante es la relación agua-cemento, o sea, que la cantidad de agua que se añade a la mezcla depende de la cantidad de cemento que va a tener. Esta relación debe estar entre 0,4 y 0,55 o sea, por cada litro de agua se ponen 2 kilos de cemento. Cuanto menor es la cantidad de agua, más difícil es usar la lechada y bombearla con lo que se tiende a poner más cantidad de agua de la debida. Es más, la lechada se hace en obra y se dosifica en una cubeta, la de la mezcladora, y a ojo.

La cubeta de la mezcladora tiene una determinada capacidad, en litros, y normalmente los operarios marcan niveles en ella para saber que, cuando el agua ha llegado hasta allí, tienen que verter un determinado número de sacos. Aunque el método parece muy chapucero, la verdad es que los buenos equipos, lo que llevan tiempo en el oficio, se equivocan muy poco a la hora de la fabricación.

La lechada tiene que tener una resistencia de 25 MPa a 28 días y a 7 días debe tener el 60% de la que se necesita a 28 días.

Lo que se hace es tomar una serie de probetas en la obra, en unos moldes que están normalizados. De la serie de probetas se rompe una parte a 7 días y el resto a 28 y se comprueban los valores resultantes.

Seguiremos

Vamos con la tubería.

Vamos a echarle un vistazo a la armadura que se usa en los micropilotes.

Tomaremos la “Guía para el proyecto y la ejecución de micropilotes en obras de carretera” como referencia inicial aunque luego lo compararemos con otros documentos. La Guía está editada por el ministerio de Fomento y cubre todo el proceso de ejecución y diseño de los micropilotes, además de dar indicaciones acerca de las tolerancias de construcción.

Primero, se habla siempre de acero estructural, vamos, que no es demasiado recomendable utilizar tubo reutilizado o que venga procedente de otros usos sin garantizar sus características estructurales. Se admite, de la misma manera, el uso de acero corrugado como se hace en los pilotes, con lo que se acepta la semejanza total con sus hermanos mayores. Si es importante resaltar que si se colocan barras corrugadas en vez de tubería estructural, la resistencia de los micropilotes baja mucho con lo que sube el número y los metros de perforación (que termina pagando alguien, por cierto)

Os pongo unas fotos para que no os suene a chino.

Armadura Corrugada 1

Tubería estructural 1

En la norma citan una serie de condiciones que debe cumplir para que sean admisibles, normas UNE, etc e incluso se admite el uso de la tubería reutilizada para obras que tengan que soportar cargas durante poco tiempo pero, en cualquier caso, tiene que verificarse que cumplan las condiciones resistentes. Vamos, que para el caso de recalces no valen (o sea que cuidado). Se comprueba pidiendo los certificados de los materiales, o sea, una hoja en que se identifique quien, cuando y donde se ha fabricado. Los fabricantes, cuando son nuevas, lo facilitan directamente.

Con relación a los tipos de acero que se consideran, la guía recoge los siguientes:

Pero la que realmente se utiliza es la N-80 que tiene un límite elástico de 560 MPa, o sea, el más alto. Sencillo, cuando se dimensiona, se va al material más resistente. Un par de cosas curiosas con relación a esto:

• el N-80 lo llaman en algunos casos T.-80 aunque su correcta denominación no sea esa. Es una maniobra comercial de una casa que suministra mucha cantidad.
•  Se usa tanto la tubería tipo N-80 que, en algunos casos en que se quiere utilizar una tubería de menor resistencia (se supone que más barata) es, en algunos casos, más cara por temas comerciales y de suministro. Qué curioso, ¿no?

Lo último que quería por definir, sería la resistencia de cada uno de los tipos de tubería que se usan. Dependen del suministrador y del fabricante porque una misma tubería puede tener el mismo diámetro y, dependiendo del origen, variar en medio milímetro de espesor.

La tabla que os adjunto es de una empresa que se llama Hermagar y que lleva bastantes años en el mercado. Como os he dicho, depende del fabricante pero como orden de magnitud os servirá.

Seguiremos