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EADIC – Escuela Técnica Especializada Tema 6. Cimentaciones profundas. Estructuras www.eadic.com 91 393 03 19 [email protected]

ÍNDICE CIMENTACIONES PROFUNDAS. ESTRUCTURAS .......................................................................................... 4 1

INTRODUCCIÓN. ........................................................................................................................................................ 4

2

CIMENTACIÓN SOBRE PILOTES. ................................................................................................................. 8 2.1 2.2 2.3

3

DISEÑO Y DIMENSIONAMIENTO DE UNA CIMENTACIÓN PROFUNDA. .................12 3.1 3.2

4

¿Cuándo se recurre a este tipo de cimentación?. .................................................................... 8 ¿Qué materiales emplear?...................................................................................................................... 10 ¿Cómo se calcula una cimentación sobre pilotes? ................................................................ 11

Pilotes ......................................................................................................................................................................12 Encepados .......................................................................................................................................................... 53

NORMATIVA Y RECOMENDACIONES BÁSICAS .........................................................................70 4.1 4.2

Normas de acciones....................................................................................................................................70 Normas de construcción ..........................................................................................................................70

3

CIMENTACIONES PROFUNDAS. ESTRUCTURAS 1

INTRODUCCIÓN. 4 Siguiendo con el criterio básico del curso y con la intención de ser lo más práctico

posible el capítulo se centrará sobre todo en las cimentaciones sobre pilotes, es decir encepados y pilotes. Otro tipo de cimentaciones profundas se tratarán más someramente y en el tema dedicado a cimentaciones especiales. En el último apartado se realizará un tratamiento de pantallas aunque sin entrar tanto en profundidad, ya que se trata de un elemento que suele requerir el apoyo de un programa de cálculo para considerar correctamente todas las fases de ejecución. Esquema de cimentación profunda, que recibirá las cargas de la estructura a través de la pila, repartirá entre los pilotes con el encepado y transmitirá al terreno mediante el fuste y punta de los pilotes:

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En líneas generales, y según refleja el esquema de cimentación anterior, el objetivo de los pilotes (cimentación profunda en general), será pasar la capa blanda para apoyar y empotrar en una inferior que tenga capacidad portante suficiente. Aunque la teoría parece sencilla, no siempre es posible, existiendo casos en los que será necesario que el pilote trabaje en la capa blanda ya que resulta prácticamente inviable alcanzar una con capacidad portante suficiente. En estos casos el pilote trabajaría por fuste. En el siguiente esquema se muestra el equilibrio de comportamiento del pilote.

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A grandes rasgos también es muy sencillo: Qh + W < Q p + Q f Siendo: -

Qh carga recibida de la estructura. W peso del pilote. Qp Carga por punta que aguanta el pilote. Qf carga por fuste que aguanta el pilote.

Obsérvese que se ha modificado la igualdad por el símbolo de menor que las cargas recibidas (verticales), que es la condición de cálculo a cumplir. Claro que la ecuación anterior variará según: - Posibilidad de considerar el rozamiento a fuste o no. - Consideración o no del rozamiento por punta y su grado de desarrollo (dimensión de la zona de influencia). En líneas generales lo descrito anteriormente sería el comportamiento conceptual de una cimentación profunda.

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2 CIMENTACIÓN SOBRE PILOTES. Según se ha comentado en la introducción será la tipología base de trabajo, se trata de una cimentación profunda habitualmente recurrida tanto en obra civil como en edificación.

2.1

¿Cuándo se recurre a este tipo de cimentación?. La necesidad de recurrir a este tipo de cimentación se podrá reducir a dos posibilida-

des: - En el caso de que el terreno hasta una cota de unos 4,50 m no tenga capacidad suficiente para soportar las cargas a las que verá sometido. Se trataría de la situación habitual de empleo de cimentaciones profundas.

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- Situaciones particulares en la que no se puede invadir ciertos terrenos, o se debe evitar algún problema, etc. Entre estos casos y para que sirva de orientación estaría la necesidad de pilotar para evitar que se descalce la cimentación en las proximidades de un rio (se protege además con escollera), cimentar a cierta profundidad (pilotes) evitando las afecciones a cimentaciones o estructuras muy próximas, localización de la estructura en las proximidades de los bordes de un terraplén, evitando y cosiendo el posible deslizamiento. Sería un caso particular de pantallas, las cuales podrán ser continuas o con pilotes.

2.2 ¿Qué materiales emplear?. Aunque pudiera parecer lo contrario el empleo de pilotes es muy antiguo, utilizándose en edificaciones en zonas inundables (como sería el caso de Venecia) o puentes sobre ríos (puente de Julio Cesar para pasar el Rin). Inicialmente se emplearon pilotes de madera (puente de Julio Cesar para pasar el Rin), y posteriormente, cuando se ha extendido su empleo se han comenzado a emplear otros materiales, entre los que se podrían citar: - Metálicos, empleados también desde hace bastante tiempo, se ha recurrido a perfiles laminados más recientemente. -

Pilotes de hormigón: o Prefabricados, generalmente cuadrados y de dimensiones hasta unos 45 cm, ejecutados hincados y con un campo de aplicación muy reducido a edificación. o Pilotes de hormigón armado, son los que generalmente se emplean en obra civil, de sección circular y con los que se pueden alcanzar diámetros considerables (superior a 2,0 m). La armadura se dispondrá perimetral y rellenos de hormigón.

- Mixtos, se trata de una tipología particular, generalmente se componen de un perfil metálico con una capa exterior que la rodea de hormigón. cuya finalidad es fundamentalmente la de protección del perfil. - Micropilotes, se trata de una tipología particular de pilotes de pequeñas dimensiones con una armadura central y una lechada de cemento perimetral. El uso se sueles reducir a las zonas de difícil acceso o para anclajes.

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2.3 ¿Cómo se calcula una cimentación sobre pilotes? Los pasos a seguir en el cálculo serían: - Conocer los esfuerzos transmitidos desde la estructura principal, ya que lo que se está haciendo es calcular el elemento de apoyo. - Tantear unas dimensiones y distribución del encepado, incluyendo una estimación previa del número de pilotes. - Determinación de la carga máxima y mínima por pilote que forma parte del encepado (podría darse el caso de que algún pilote quedase sometido a tracción). -

Armado del encepado.

-

Armado de los pilotes.

Aunque los puntos se piensen y desarrollen correlativamente no impiden que en alguno se los pasos sea necesario el volver un paso atrás para afinar en el diseño y cálculo, según veremos a continuación.

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3 DISEÑO Y DIMENSIONAMIENTO DE UNA CIMENTACIÓN PROFUNDA. En los dos puntos anteriores se ha intentado centrar el tema a desarrollar, es decir, que el alumno conozca las tipologías habitualmente empleadas, que sepa como desarrollan su trabajo así como los pasos para su cálculo. El curso se centrará en pilotes de hormigón armado fundamentalmente, ya que son los más complejos de cálculos además de los de mayor utilidad. A continuación se tratará cada uno de los elementos que formarían la cimentación profunda tipo que nos servirá para desarrollar el tema.

3.1

Pilotes Según se ha comentado anteriormente se trata de la cimentación profunda a la que

más se recurre, centrándose el tema prácticamente en exclusiva en los de hormigón armado. Para poder considerarse que una cimentación es profunda deberá cumplir: Longitud > 5 diámetros. Una de las clasificaciones más interesantes de los pilotes desde el punto de vista del diseño es por su forma de trabajar: - Pilote columna, se denominará así el que trabaja por punta empotrando en una capa lo suficientemente competente para no requerir el trabajo de las superiores. La ecuación de cálculo quedaría reducida a: Qh + W < Q p

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- Pilote flotante, se trata de un pilote que trabaja exclusivamente por fuste, no se alcanza ningún estrato competente. En este caso la ecuación de cálculo sería: Qh + W < Q f -

Pilote mixto será el que comparta características de los dos anteriores. Qh + W < Q p + Q f

Evidentemente lo deseable sería encontrarse en el tercer caso, es decir, en una zona en la que trabajarían todas las capas por las que pasa el elemento de cimentación (pilote). En el siguiente gráfico se mostraría el comportamiento, o mejor dicho, la forma de trabajo de un pilote.

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Obsérvese como la carga total que puede soportar un pilote es suma de la parte de fuste y la de punta. Cada una de ellas depende respectivamente de la tensión o rozamiento por fuste y punta que será función del terreno que rodea al pilote (tratado en la parte de geotecnia). El rozamiento de cada uno de los elementos va multiplicado por el área del fuste o punta, por lo que incrementar la carga total en función del diámetro resulta sencillo. Ejemplo 1.

Se está dudando en disponer pilotes de 0,45 m de diámetro o de 0,85 m, sabiendo que es necesario alcanzar una profundidad de 12 m en un terreno de resistencia a fuste 1,5 t/m2 y a punta 50 t/m2. Evaluar ambas posibilidades. Objetivo: comprobar la variación de carga total con la que se puede “jugar” en función del diámetro del pilote. Pilote de 0,45 m de diámetro: -

Qp = 50 x 0,159 = 7,95 t. Qf = 1,5 x 12 x 1,413 = 25,43 t. QT = 7,95 + 25,43 = 33,38 t

Pilote de 0,85 m de diámetro: -

Qp = 50 x 0,567 = 28,35 t. Qf = 1,5 x 12 x 2,67 = 48,06 t. QT = 28,35 + 48,06 = 76.41 t

Por tanto se pude verificar que en las mismas condiciones un pilote de 0,85 m de diámetro sería capaz de alcanzar una carga total 2,29 veces superior que un pilote de 0,45 m de diámetro. Equivaldría uno a 2,29. Realmente el ejemplo es únicamente comparativo, se han realizado ciertas simplificaciones según se verá a continuación.

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También resulta interesante conocer lo que se denomina bulbo de presiones de un pilote, que equivaldría a la zona de terreno movilizada o que trabaja.

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Observando con detenimiento la figura anterior se ve que para que el pilote trabaje por punta tiene que desarrollarse un bulbo de tensiones como en que se representa. Este bulbo o zona activa no solo afecta a la parte inferior del pilote, también lo hace a la superior, y la proporción será función del terreno en el que se encuentre ejecutado (desarrollado en la parte de geotecnia). Por ello lo que tiene que quedar claro es que si por alguna circunstancia el bulbo queda cortado no se podrá contar con la totalidad de la resistencia a punta. El diseño y dimensionamiento de este elemento requiere conocer diversos puntos, además de los desarrollados de manera general hasta el momento, procediendo a ello a continuación.

3.1.1

Clasificación de los pilotes.

Además de las mencionadas en los apartados anteriores, que se consideran muy importante para conceptualmente evaluar la forma de trabajo, existen otras que se pasarán a enumerar a continuación y que suelen aportar información respecto a dicho elemento: -

Según la ejecución: o Pilote hincado también denominado de desplazamiento. Suelen ser prefabricados que se hincan por golpeo o vibración consiguen remoldear el terreno y se emplean principalemnte en edificación. o Pilotes de extracción, en ellos se ejecuta previamente un agujero en el terreno que posteriormente se rellena de hormigón y armadura. Resultan más complicados de ejecutar y requieren mayores coeficientes de seguridad. Son los habituales en obra civil, ya que debeido a las cargas con las que se trabaja es necesario recurrir a diámetros muy elevados para ser pregabricados. o Mixto, con un preagujero e hincado a posteriori, es una tipología poco habitual.

-

Según forma de trabajo: o Pilote a compresión. o Pilotes a flexocompresión, que es lo habitual, concentrándose la flexión en los primeros metros. Es raro encontrar sometidos a flexión pura (Duque de Alba). o Pilotes a tracción, es raro diseñarlos para este tipo de solicitaciones y se debe evitar. Un caso particular serían los anclajes (micropilotes).

-

Según la inclinación: o Pilote vertical, que es lo normal. o Pilote inclinado, se recurre a este tipología para compensar esfuerzos horizontales, en el caso de que superen los 25% hay que recurrir a hincados.

16

-

Según el material: o o o o o o

Pilote de madera, uso restringido a casos muy particulares. Metálicos, resultan caros y se corroen con el tiempo. Hormigón armado, lo normal para pilotes in situ y prefabricados. Hormigón pretensado, en raras ocasiones y pilotes trabajando a flexión. Mixtos, hormigón u acero. Arena o grava, se emplean normalmente para drenaje. 17

-

Colocación: o o

Totalmente enterrados, que es lo normal. Con parte libre, serían las pilas-pilote.

Lo normal es que un pilote sea extracción, que trabaje a flexocompresión, de hormigón armado, totalmente enterrado y vertical.

3.1.2

Tipología según su ejecución.

Se trata de una clasificación recogida en casi todas las normativas, se ha considerado adecuado mencionarla pero sin entrar en más detalle, ya que es más útil desde un punto de vista geotécnico: -

Pilote barrenado sin entubación (CPI-7).

-

Pilote de extracción: o o

Con camisa perdida (CPI-5). Con camisa recuperable (CPI-4).

-

Pilote excavado con barrena hueca (CPI-8).

-

Pilotes de desplazamiento (CPI-2 y CPI-3).

-

Pilote prefabricado hincado (CPI-1).

-

Pilote perforado con lodos trixotrópicos (CPI-6)

Lo habitual es la ejecución de pilotes CPI-7, en el caso de terrenos inestables o con corrientes de agua será necesario recurrir a camisas o lodos trixotrópicos.

Según la clasificación citada, más bien desde un punto de vista constructivo, será el comportamiento del pilote, ya que resulta evidente que la respuesta de un pilote con camisa recuperable no puede ser la misma que la de una barrenado.

3.1.3

Selección del tipo de pilote.

Los criterios básicos para seleccionar el tipo de pilote más adecuado son: 18 -

Adaptabilidad al tipo de terreno y construcción.

- Localización, en el que quedarían incluidos aspectos hidrológicos y así como la proximidad a otras estructuras. -

Economía.

-

Método constructivo.

Los criterios citados son los evaluables en un caso idea, aunque como se menciona en otro de los apartados existes otros factores que quedan fuera del poder de decisión de un proyectista que puedan conducir a la elección de una u otra tipología.

3.1.4

Ejecución de pilotes.

La ejecución de un pilote resulta relativamente sencilla y se podría dividir en cuatro pasos según se muestra en el siguiente gráfico:

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1 Excavación del pilote.2 Colocación de la armadura. 3 Hormigonado. 4 Descabezado.

Maquinaria: En la siguiente fotografía se muestra la típica pilotera y la maniobra, en el lateral se observa la camisa metálica. Solo viendo la fotografía se observan las dimensiones de este tipo de maquinaria, en la que no son extrañas las alturas de 12 m.

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21

En el siguiente esquema se muestra la ejecución de un pilote prefabricado, que se podría hincar o introducir vibrando.

3.1.5

PROYECTO DE PILOTE.

Una vez desarrollada la parte teórica (aunque ha sido superficialmente), pasaremos a la práctica y realmente interesante para el alumno. Se quiere llamar la atención sobre la apariencia un cierto desordenada de la presentación, pero se ha realizado con una doble intención: 22 -

Evitar una teoría excesivamente larga que termine aburriendo al alumno.

- Minimizar y relacionar los distintos puntos tratados con la finalidad de hacer más vivo el desarrollo. A la hora de abordar directamente el cálculo de un pilote necesitaremos disponer de los siguientes datos de partida: -

Cargas transmitidas por la estructuras.

-

Asiento permitido.

-

Características del terreno, adaptadas para el cálculo del pilotes: o o

-

Resistencia a punta. Resistencia a fuste.

Esfuerzos o cargas transmitidas desde la estructura a la cual soporta.

Estos datos o parámetros geotécnicos vendrán reflejados en el correspondiente informe. Con los datos anteriores, los pasos a seguir serían: - Determinación de las valores de carga máxima y mínima de cada uno de los pilotes. - Cálculo del área necesaria para las cargas anteriores. - Determinación de la longitud del pilote, determinando la carga de hundimiento, considerando el efecto grupo y coeficiente de minoración. - Armado del pilote.

Por lo tanto a continuación se seguirá el desarrollo de cada uno de los puntos anteriores hasta concluir con el armado del pilote. 3.1.5.1

Distribución de carga en grupo de pilotes

Otro posible título sería la determinación de cargas de cada uno de los pilotes, como se ha citado anteriormente. 23 A continuación se presentan una serie de gráficos y formulaciones en las que se expone como obtener la carga de cada uno de los pilotes que forman el encepado a partir de los esfuerzos que les llegan de la estructura.

Realmente es una simplificación de la conocida formulación:

Que en el caso de que todos los pilotes tengan la misma sección (como es lo normal) quedaría:

Una de las cosas que deben quedar claras al repartir las cargas entre los distintos pilotes, es que dependerá del encepado proyectado, por lo que es evidente que aunque se arma a posteriori debe estar previamente tanteado (se verá en el correspondiente apartado).

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Ejemplo 2.

Se tiene un encepado con la siguiente geometría:

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Geometría encepado (proyectados en planta) Longitudinal (x) Tranversal (y) Canto Número pilotes H tierras (m)

11.00 m 14.50 m 3.00 m 12.00 0.50 m

Los 12 pilotes están distribuidos de la siguiente manera referidos al cdg (0,0,0) del encepado:

Pilote 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

long. X (m) Trans. Y (m) 4.25 4.25 4.25 4.25 0.00 0.00 0.00 0.00 -4.25 -4.25 -4.25 -4.25

6.00 2.00 -2.00 -6.00 6.00 2.00 -2.00 -6.00 6.00 2.00 -2.00 -6.00

26

Las cargas que llegan a la cara superior del encepado son: Nk [t]

-3511.94

Mklong [mt] Mktrans [mt]

7225.22

7480.27

Vklong [t] 114.76

Vktrans [t] 167.05

Se pide obtener el valor al que se cargará en la hipótesis anterior cada uno de los pilotes que forma el encepado. Se debe trabajar con esfuerzos sin mayorar. El primer paso será obtener los esfuerzos en la cara inferior del encepado, es decir, añadir la contribución de éste. Nk [t]

-4,708.19

Mklong [mt] Mktrans [mt]

7,569.49

Vklong [t] Vktrans [t] 7,981.42 114.76 167.05

Obsérvese que la carga vertical se ha puesto negativa. Aplicando las fórmulas para repartir las cargas entre los pilotes tendremos:

Nk (t) Pilotes 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

814.52 681.49 548.47 415.45 591.88 458.86 325.84 192.81 369.25 236.23 103.21 -29.82

Por tanto el pilote más cargado se pondrá a 814,52 t, pero cuidado uno de ellos quedaría sometido a tracción (-29,82 t). Se debe comentar que en los pasos anteriores se ha cometido una ligera trampa que se comenta a continuación: No se ha considerado el peso del relleno sobre el encepado, por la sencilla razón de que su correcta ejecución suele ser dudosa, en cualquier caso el incremento causado por la capa de 0,50 m será de unas 159,5 t (11 x 14,5 x 0,5 x 2,0), que repartido entre los 12 pilotes sería unas 13,3 t/pilote de incremento de la carga vertical, quedando los pilotes anteriores: -

Máxima carga

827,72 t.

-

Mínima carga

-16,52 t.

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Ejemplo 3.

Veamos cómo afecta el cambio de esfuerzos en cara superior del encepado de geometría idéntica a la del ejercicio anterior, a los esfuerzos soportados por los pilotes. En el caso de que los esfuerzos en la cara superior del encepado sean los siguientes: Nk [t] -1934.63

Mklong [mt] Mktrans [mt]

5671.98

1086.47

Vklong [t] 114.76

Vktrans [t] 0.00

En la cara inferior serán: Nk [t]

-3,130.88

Mklong [mt] Mktrans [mt]

6,016.26

1,086.47

Vklong [t] Vktrans [t] 114.76 0.00

Con los doce pilotes distribuidos según el ejemplo anterior las cargas a las que quedarían sometidos serían:

Nk (t) Pilotes 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

465.02 446.91 428.80 410.69 288.07 269.96 251.85 233.74 111.12 93.01 74.90 56.80

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Ejemplo 4.

Veamos una nueva distribución de cargas en pilotes para una nueva geometría.

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Geometría encepado (proyectados en planta) Longitudinal (x) Tranversal (y) Canto Número pilotes H tierras (m)

11.00 m 18.50 m 3.00 m 15.00 0.50 m

Los esfuerzos en la cara superior del encepado serán: Nk [t]

-3542.86

Mklong [mt] Mktrans [mt]

7445.69

7678.23

Vklong [t] 115.22

Vktrans [t] 168.91

Por lo que al pasarlos a la cara inferior, es decir, los de cálculo reales se tendría:

Nk [t]

-5069.11

Mklong [mt] Mktrans [mt]

-836.99

12560.36

Vklong [t] 115.22

Vktrans [t] 168.91

El encepado apoya sobre 15 pilotes distribuidos en el encepado respecto al origen en el eje (0,0,0).

Pilote

long. X (m) Trans. Y (m) 30

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

4.25 4.25 4.25 4.25 4.25 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 -4.25 -4.25 -4.25 -4.25 -4.25

8.00 4.00 0.00 -4.00 -8.00 8.00 4.00 0.00 -4.00 -8.00 8.00 4.00 0.00 -4.00 -8.00

Para las cargas anteriores y con la distribución anterior las cargas a las que quedarán sometidos los pilotes serán las siguientes:

Nk (t) Pilotes 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

527.59 422.92 318.25 213.58 108.91 547.28 442.61 337.94 233.27 128.60 566.97 462.30 357.63 252.96 148.30

Por tanto el pilote más cargado quedaría sometido a 547,28 t y el menos cargado a 108,91 t; todos ellos sometidos a compresión. 3.1.5.2

Recomendaciones para el diseño de pilotes

El tope estructural depende del tipo de pilote con el que se trabaje, lo cual no suele ser una elección del proyectista, ya que viene fijado por la geotecnia, maquinaria existente y costumbre de la zona. A continuación se citan los valores más habituales: -

Pilote in situ: o o

-

En seco Con agua

40,0 kg/cm2. 35,0 kg/cm2.

Prefabricado: o o

En taller En obra

125,0 kg/cm2. 90,0 kg/cm2.

31

-

Armaduras

-

Acero

1.600,0 kg/cm2. 800,0 kg/cm2.

Las técnicas de ejecución de los pilotes in situ han mejorado considerablemente a lo largo de la experiencia desarrollada en los últimos años, por lo que resulta habitual el empleo de valores de 50,0 kg/cm2, en incluso en algún caso particular se llega a los 65 kg/cm2.

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Las cuantías mínimas recomendables para los pilotes son: -

Hormigón in situ

-

Hormigón prefabricado

5/1000. 12,5/1000.

Se trata de una recomendación, existiendo diversas normativas con valores diferentes pero en el mismo orden. La inclinación límite del pilote será 4 %. En el caso de que se desvíen los pilotes de un encepado se deberán recalcular y en su caso reforzar. Otra solución será la disposición de vigas riostras. Recomendable que la separación entre pilotes ronde los 3 diámetros, evitando la consideración del efecto grupo en el cálculo. Ejemplo 5.

Siguiendo con la duda presentada en el primer ejercicio sobre el empleo de pilotes de 0,45 m de diámetro o de 0,85 m de hormigón armado ejecutados in situ, una forma de compararlos sería conocer su tope estructural, por lo que se procederá a su cálculo: Pilote de 0,45 m (lo normal es que entre el mundo de los pilotes se denominen en mm, por lo que lo lógico sería pilote de 450). -

Área: 0,159 m2. Hormigón de 40 – 50 kg/cm2 Tope estructural: 63,6 t – 79,5 t

Pilote de 0,85 m pilote de 850). -

Área 0,567 m2. Hormigón de 40 – 50 kg/cm2 Tope estructural 227 t – 283,7 t

Por lo tanto unos valores normales para el tope estructural de cada pilote serían: -

Pilote 450 Pilote 850

70 t. 250 t.

Lo que quiere decir que un pilote de 850 soportará una carga unas 3,5 veces superior a uno de 450. Ejemplo 6.

Qué pilote se requeriría para los resultados obtenidos en el segundo ejercicio. Recordemos que la máxima a la que queda solicitado el pilote en el encepado es de 814,52 t, y la mínima de -29,82 t (tracción). Según se ha comentado el valor de resistencia del hormigón a compresión de los pilotes para obtener el tope estructural está entre los 40 kg/cm2 y los 50 kg/cm2, por lo que en el ejemplo tomaremos una media (45 kg/cm2). Por tanto la sección necesaria para quedar sometida a ese valor de resistencia a compresión será: (814,52 t/450 t/m2) = 1,81 m2. Por tanto la sección del pilote circular que cumple con lo anterior tendrá un radio de 0,76 m, luego el pilote propuesto será > 1,52 m de diámetro. En este caso se podría considerar una resistencia del hormigón ligeramente superior por lo que valdría un pilote de 1,50 m (1500 mm).

33

No todas los diámetros son comerciales, por lo que ¡cuidado! se deberá saltar de una valor a otro pero siempre trabajando con diámetros comerciales. En el caso del ejemplo si fuese necesario subir el diámetro se debería pasar a 1,80 m (1800 mm), por lo que parece más lógico sobrepasar ligeramente los 45 kg/cm2 que incrementar tanto la sección. ¿Qué pasa con el pilote de menor solicitación?. Si no estuviese traccionado no habría problema, pero no es conveniente que queden traccionados, a pesar de que el valor no es muy elevado. La sección de un pilote de 1,50 m (1500 mm) es de 1,767 m2 por lo que cada metro de pilote pesará 4,42 t. Por tanto el compensar la tracción de 29,82 t se podrá realizar de dos maneras: - Si el pilote tiene una longitud superior de 6,75 m (prácticamente seguro), el peso propio de este la compensaría. - En caso contrario deberá ser el rozamiento por fuste el que cumpla tal función, sin olvidar que los valores no coinciden con los de compresión. Ahora que en el caso de pilote traccionado hay que cuidar el anclaje, es decir, deberá poder transmitir dicha tracción el encepado al pilote, cosa que tras un descabezado parece muy compleja. Por lo mencionado anteriormente resulta preferible que no queden pilotes sometidos a tracción para evitar posibles problemas. 3.1.5.3

Carga de hundimiento de pilotes

Se trata de un aspecto claramente ligado a la geotecnia, aunque se considera imprescindible calcularlo conjuntamente a la estructura del pilote o tener un conocimiento de su manejo.

34

La carga de hundimiento tiene dos componentes: -

Una carga por punta Qp.

-

Una Carga por Qf. QH = Qp.+ Qf

La carga admisible de cada pilote se obtiene de la carga de hundimiento aplicando los coeficientes de seguridad correspondiente a punta y fuste, debiendo cumplir: Qadm = Qp/Fp + Qf/Ff Debiendo cumplir que la carga admisible sea inferior o igual al tope estructural. Los coeficientes de seguridad habituales (también fijados por normativas o recomendaciones) serán: Ff

2,0 a 2,5.

Fp

3,0 a 4,0.

El fuste se moviliza primero, como es lógico, y con el tiempo se transmite la carga a la punta. El comparar la el tope estructural (Te) con la carga admisible (Qadm) del pilote nos aportaría la siguiente información de comportamiento: - En el caso de que Te > Qadm nos estaría diciendo que fallaría primero el terreno que el pilote de hormigón armado. - Si lo que ocurre es Qadm > Te ocurre lo contrario, es decir, rompería la estructura de hormigón de pilote antes que hundirse (rotura terreno) Evidentemente siempre deberá ocurrir que la carga a la que queda sometido el pilote será inferior al Te y la Qadm.

35

Se llama la atención sobre lo escrito en los últimos párrafos, parece que se ha producido un error, ya que por un lado se menciona que “Debiendo cumplir que la carga admisible sea inferior o igual al tope estructural” y por otro se presenta la posibilidad contraria. La expresión “Debiendo cumplir que la carga admisible sea inferior o igual al tope estructural” es el ideal en el diseño de pilotes, es decir: -

Es preferible que el pilote se hunda (rompa el terreno) a que se rompa el hormigón.

-

Las dimensiones de los pilotes (diámetro y longitud) se han optimizado.

Pues esto que parece tan sencillo no lo es, a la hora de determinar la sección necesaria tendremos que seleccionar entre las que son comerciales, no vale cualquiera. Por otra parte la resistencia del hormigón dependerá del empleado y como se ha ejecutado, se trata de una tecnología que ha avanzado mucho, consiguiéndose en la actualidad resistencias reales muy elevadas. La longitud del pilote depende de las recomendaciones geotécnicas, así como de las necesidades de empotramiento, por lo que la Qadm final suele ser muy superior que la necesaria. Efecto grupo. ¿En que consiste el efecto grupo? Se trata de un valor cuya finalidad es evaluar la influencia entre pilotes que se ejecutan muy próximos, y en consecuencia no permiten el desarrollo de los bulbos de presiones individuales, es decir, se solapan entre ellos. La forma de evaluar este efecto es mediante un coeficiente de minoración (η) que en función de la bibliografía tratada tiene una u otra formulación. Una manera sencilla de considerarlo, obtenida en base a la experiencia será: - En el caso de que los pilotes se encuentren separados más de tres (3) diámetros no es necesario aplicar coeficiente de minoración (η = 1).

36

- En el caso de que los pilotes sean tangentes el valor del coeficiente de minoración será 0,5 (η = 0,5). Los valores entre ambos se obtendrán interpolando. Ejemplo 7.

Se plantea el caso de la necesidad de determinar la longitud de un pilote que deberá soportar una carga de 814.52 t. Según los datos aportados en el informe geotécnico se requiere que el empotramiento mínimo sea de 1,50 m en una capa que se localiza a una profundidad de 8,5 m. La capa superior a la de empotramiento se recomienda no considerarla en el cálculo. Las recomendaciones geotécnicas proporcionadas para el cálculo han sido: Pila Empotramie nto (m)

qp Unitaria (MPa)

tf Unitaria (MPa)

1.5 2 2.5 3 4 4.5 5 5.5 6 7 8 8.5 9.5

3.80 4.16 4.53 4.89 5.43 5.43 5.43 5.43 5.43 5.43 5.43 5.43 5.43

0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27

En primer lugar se tanteara el pilote que es necesario para esa carga, con el valor de 45 kg/cm2. -

Sección necesaria 1,81 m2. Radio > 0.76 m.

37

En el caso de elegir una sección de 1,50 m de diámetro (pilote de 1500) el hormigón quedaría trabajando a unos 46,1 kg/cm2, lo cual se considera aceptable. Por tanto la sección de pilote adoptada será de 1,5 m de diámetro (pilote de 1500). El valor de la carga de hundimiento para el pilote de 1,50 m, siguiendo las recomendaciones geotécnicas, e incrementando la longitud 0,5 m sucesivamente será: 38 Diámetro (m)

Empotramie nto (m)

qp Unitaria (MPa)

tf Unitaria (MPa)

Longitud (m)

qh (t)

1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5

1.5 2 2.5 3 4 4.5 5 5.5 6 7 8 8.5 9.5

3.80 4.16 4.53 4.89 5.43 5.43 5.43 5.43 5.43 5.43 5.43 5.43 5.43

0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27

10.00 10.50 11.00 11.50 12.50 13.00 13.50 14.00 14.50 15.50 16.50 17.00 18.00

319.89 373.20 426.52 479.83 575.80 607.79 639.78 671.76 703.75 767.73 831.71 863.70 927.67

Los coeficientes de minoración empleados en el cálculo para obtener la carga de hundimiento han sido: -

Fuste

2,0.

-

Punta

3,0.

El valor de carga que se encuentra sometido el pilote será necesario incrementar el peso propio, el pilote incrementará 4,42 t/m de longitud, partiendo de un valor de 44,18 t. Sabemos que ya inicialmente estará sometido a 814,52 t, por lo que la longitud mínima será de 16,50 m. La carga total incluido el peso propio sería 887,45 t superior a la de hundimiento, es necesario incrementar la longitud.

Ocurre lo mismo hasta llegar a los 18 m de longitud, en donde Nk y peso propio alcanzar un valor de 896,29 t inferior a la carga admisible de 927,67 t. Por tanto la longitud del pilote debería de ser de 18,0 m para soportar las cargas a las que se verá sometido. Ejemplo 8.

39 Con los datos del problema anterior verificar que ocurre si la distancia entre pilotes es de 3,75 m, es decir, en el caso de verse afectados por el efecto grupo. En primer lugar se determina el valor del parámetro que refleja el efecto grupo (η). Separación 3,75/1,5 = 2,5 veces el diámetro. Por tanto el valor de minoración será de: η = 0,916. La carga de hundimiento o admisible para 18 m de longitud en este caso quedaría reducida a: Qadm = 849,75 t La carga a la que se verá sometida a esa profundidad era de 896,29 t, por lo que será necesario incrementar la longitud del pilote. En este caso incrementando la longitud 1,0 m (total 19,0 m). La carga de hundimiento obtenida será de 991.65 t que reduciendo debido al efecto grupo se quedaría en 908,35 t. El valor de las cargas que debe transmitir sería de 905,13 t, por lo que ha sido necesario incrementar la longitud del pilote 1,0 m para compensar el efecto grupo.

3.1.5.4

Armado de pilotes

El armado de los pilotes se deberá hacer con los esfuerzos obtenidos anteriormente pero en estado límite último, es decir, mayorados. A continuación vamos a describir como se obtiene cada uno de los esfuerzos de cálculo: 40 - Carga vertical o axil, evidentemente se obtiene de los pasos anteriores aunque mayorado por los correspondientes coeficientes (según normativa seguida). - Esfuerzo cortante, según hemos visto en los pasos anteriores el cortante que deberá soportar cada uno de los pilotes será el transmitido por los pilares repartido por el número que forma el encepado. Ejemplo 9.

Determinar el esfuerzo cortante soportado por cada pilote de un encepado de quince (15) pilotes, en los siguientes casos: - El cortante longitudinal que transmite la pila a la cara superior del encepado tiene un valor de 161,31 t ya mayorado (Vd). Lógicamente el cortante en la cara inferior del encepado será independiente de su canto y el peso, por tanto seguirá siendo 161,31 t. El reparto para cada pilote se obtendrá de dividir el cortante entre el número de pilotes que forma el encepado: 161,31 t/15 = 10.75 t - El cortante transversal que transmite la pila a la cara superior del encepado tiene un valor de 236,47 t ya mayorado (Vd). El valor del contante transversal en la cara inferior seguirá siendo 236,47 t. El reparto para cada pilote se obtendrá de dividir el cortante entre el número de pilotes que forma el encepado:

236,47 t/15 = 15.76 t - Que ocurre en el caso de actual ambos esfuerzos cortantes (longitudinal y transversal) sobre el encepado. Según se ha mencionado en los puntos anteriores en la cara inferior del encepado el valor de los cortantes seguirá siendo: o o

Vd longitudinal Vd transversal

161,31 t. 236,47 t.

El reparto entre pilotes quedará: o o

Vd longitudinal Vd transversal

10,75 t. 15,76 t.

Aunque al actuar en las dos direcciones realmente el cortante a resistir por cada pilote será la composición de ambos, es decir, 19,08 t. Esfuerzo de flexión, como ya se ha comentado en la reducida teoría presentada sobre las cabezas se puede suponer una articulación (apoyo), es decir, los momentos de las pilas darán lugar a incrementos o disminuciones de fuerzas verticales no a momentos en la cabeza. ¿Eso quiere decir que los pilotes no están sometidos a esfuerzos de flexión?. No. Realmente si están sometidos a esfuerzos de flexión pero al que ha dado lugar la aplicación del cortante en cabeza. La forma de evaluar este es obtener la deformada o los esfuerzos al aplicar una carga en cabeza del pilote coaccionado por el terreno. Existen varias formulaciones para obtener una longitud elástica, o el máximo valor del momento en una profundidad, etc aunque la mayoría de ellas resultan complejas de manejar y pueden inducir a errores.

41

Una manera muy sencilla es recurrir a programas informáticos de cálculo, para lo cual se modeliza el terreno mediante muelles obtenidos del coeficiente de balasto horizontal y se la aplica la carga en cabeza. Se trabaja en función de la respuesta obtenida según se desarrolla en el siguiente ejemplo. Ejemplo 10.

Determinar el momento máximo que soportará un pilote de hormigón armado de 15 m de longitud y 1,0 m de diámetro sometido a los esfuerzos cortantes del problema anterior. La respuesta del terreno que lo confina será acorde a un coeficiente de balasto horizontal de 5.000 t/m3. En primer lugar se modeliza el pilotes mediante una barra de la sección correspondiente (1,0 m de diámetro), discretizada en el número de barras deseado (en este caso 15).

42

En cada uno de los nudos se le aplica un muelle de valor Kh x área tributaria, en este cado al ser el área 1 m2 el muelle tendría un valor de la constante de elasticidad de 5.000 t/m.

43

Aplicamos en la cabeza una fuerza de valor conocido y manejable, recomendable múltiplo de 10 ó 100. En este caso al estar trabajando en toneladas aplicamos 10 t.

44

Empleando el modelo de cálculo obtenemos:

Lo que nos diría que aplicando una fuerza de 10 t en cabeza se obtiene un momento de valor 9,55 tm a una profundidad de 3,0 m, pero lo que se debe obtener realmente es una longitud elástica que simule el comportamiento del pilote. Sabemos que FhxLe = M donde conocemos: -

Fh M

10 t. 9,55 mt.

45

Por tanto la longitud elástica sería 0.955 m. Por tanto el valor del momento en cada uno de los casos estudiados anteriormente será: -

Vd longitudinal=10,75 t Vd transversal=15,76 t Vd=19,08 t

Md = 10.27 mt Md = 15,05 mt. Md = 18,23 mt.

Aprovechamos el modelo para verificar si todo lo descrito es correcto, y al aplicar una fuerza en cabeza de 19,08 t se obtiene la siguiente ley de momentos:

46

Lo que coincide con todo lo descrito con anterioridad.

Ejemplo 11.

Que ocurriría con los datos del problema anterior en el caso del que el coeficiente de balasto disminuyera a la mitad (Kh = 2.500 t/m3). Al aplicar la misma carga horizontal de 10 t la respuesta del terreno sería: 47

En un primer vistazo de la ley de momentos se observa que se moviliza o activa mucha mayor longitud de pilote para un mismo valor de carga. En este caso aplicando las 10 t el momento obtenido es de 11,78 mt, por tanto la longitud elástica será: Le = 1,18 m Por tanto el valor del momento en cada uno de los casos estudiados anteriormente 48

será: -

Vd longitudinal=10,75 t Vd transversal=15,76 t Vd=19,08 t

Md = 12.69 mt Md = 18,60 mt. Md = 22,51 mt.

Al estar menos coaccionado el pilote da lugar a que quede sometido a mayores esfuerzos de flexión. Con los esfuerzos obtenidos en los cálculos anteriores se debe proceder al armado de la sección del pilote, aunque previamente se debería tener en cuenta unos criterios básicos: - Las normativas suelen presentar cuantías mínimas de armado, que en el caso de los pilotes suele estar en torno al 4/1000. - El armado a cortante obtenido es en cabeza, coincidiendo con una de las zonas más delicada en la ejecución, por lo que se recomienda que la disposición de cercos en el metro superior se incremente (refuerzo en cabeza). - Además de la armadura vertical y la transversal (cercos) suele ser normal el disponer armadura de montaje (normalmente horquillas en cruz) para evitar que se desmorone la jaula de armado al manejarla. ¡Cuidado! Esta observación será válida para diámetros superiores a 850 m ya que en caso contrario dificultaría la disposición del tremy (trompa de hormigonado). - Otro tema que suele estar normalizado son los recubrimientos a emplear, normalmente acotados entre los 5,0 y 7,0 cm. - También suelen presentarse recomendaciones sobre las separaciones mínimas y máximas de la armadura vertical, resistencia mínima del hormigón a emplear…...

Ejemplo 12.

Aunque se ha mencionado que el armado del pilote se deberá adaptar a la norma particular del país o zona de ejecución, a continuación se presenta un ejemplo empleando el eurocódigo. Pilote de 1,50 m de diámetro sometido a un axil de 100 t y un momento de 36 tm. 49 Comenzando con una armadura de 25 Ø20 y el hormigón de 25 N/mm2 se obtinene que se suficiente.

En el caso de incrementarse el momento en 10 veces (360 mt), entonces sería necesario incrementar el diámetro de la armadura vertical a Ø25, valiendo el mismo número.

50

La sección anterior con el armado de 25Ø20 sería capaz de soportar un cortante hasta de 59,57 t, aunque será recomendable disponer una armadura mínima.

51

52

Por tanto como mínimo se deberán disponer cercos Ø12/0,20 m, que en el metro superior deberían incrementarse como mínimo a Ø12/0,15 m. En el caso de que el cortante al que se ve solicitado requiriese mayor disposición de armado, debería incrementarse la cuantía mínima hasta la necesaria.

3.2 Encepados Al tratar los encepados lo haremos desde dos puntos de vista que a su vez deben ser complementarios: -

Cálculo y diseño.

-

Constructivo.

53

Evidentemente las necesidades de ambas deben considerarse en el diseño, ya que el calcular una solución que no es ejecutable será una pérdida de tiempo que no conduce a nada. Por tanto el proyecto o cálculo de la cimentación deberá ir unido a su ejecución, o mejor dicho condicionado por ella.

3.2.1

Cálculo y diseño.

El primer paso sería determinar si el encepado se comporta como flexible o como rígido, es decir, si se pude dimensionar como bielas y tirantes o no. La forma de clasificar es similar a las zapatas, en función del vuelo (Vmax):

La clasificación vendrá determinada en función de la relación del vuelo con el canto (h): -

Rígido Flexible

Vmax < 2,0 h. Vmax > 2,0 h.

No resulta inusual encontrar publicaciones que presentan ligeras variaciones en las relaciones anteriores. Lógicamente el concepto de rigidez se refiere únicamente a la estructura, en ningún caso a la distribución de tensiones al terreno, se trata de comportamiento interno. A continuación se desarrollará el tratamiento independiente para cada uno de los casos de clasificación.

3.2.2 Encepado rígido. En líneas generales resulta sencillo determinar el valor del tirante que se produce en la cara inferior del encepado, en relación con las dimensiones del pilar y el máximo axil en pilote (mayorado).

Una vez determinado el valor de la tracción resulta sencillo determinar el armado necesario en función del acero empleado, según se muestra en la siguiente formulación:

El anclaje de la armadura del tirante se podrá reducir ya que se encuentra en una zona comprimida.

54

Evidentemente el diagrama de bielas y tirantes no es tan sencillo como el expuesto en primer lugar, produciéndose también tracciones en la zona intermedia (por dispersión de compresiones) que serán necesario coser.

55

La solución a este problema se consigue con la disposición de cercos, según se muestra en el siguiente esquema.

Lo expuesto hasta el momento soluciona el problema cuando se trata de un plano con únicamente una pareja de pilotes, lógicamente los encepados suelen tener un mayor número de pilotes y aunque la sistemática a seguir es la descrita anteriormente su desarrollo se hace más complejo. Veamos en el caso normal de un encepado con cuatro pilotes:

56

La disposición de armadura para adaptarse al comportamiento previsto responde al gráfico anterior y se dispone como se presenta a continuación:

-

Planta:

57

-

Alzado:

La armadura principal que responderá a las tracciones principales se deberá localizar sobre el ancho de banda representado a continuación:

58

Veamos ahora la cuantía de armado en cada una de las posiciones: -

Armadura principal: Colocada en bandas o fajas sobre los pilotes según se ha descrito anteriormente, la cuantía a disponer será:

En dicha formula el valor se fyd será como máximo de 400 N/mm2. En el caso de un encepado con pilotes en ambas direcciones la fórmula anterior sería:

-

Armadura secundaria: Se colocará en retícula (en amabas direcciones) con una capacidad mecánica no inferior a ¼ de la principal.

-

Armadura secundaria vertical: Se dispondrá para coser las tracciones originadas por la dispersión de compresiones. La capacidad mecánica a disponer no será inferior a: Nd/(1.5 n)

Siendo: o o

Nd N

máximo axil del pilote. número de pilotes del encepado con un valor mínimo de 3.

Pensamos que con lo descrito anteriormente queda clara la disposición de la armadura dentro del encepado; realmente sin tener practica resulta compleja su compresión y la realización de esquemas en tres dimensiones pueden llegar a liarlo más debido al gran número de barras. 3.2.2.1

Encepado flexible:

Se realiza un tratamiento similar a las zapatas, aunque empleando la sección de cálculo que se presenta a continuación:

59

60

No se debe olvidar que en este caso de encepados será necesaria la comprobación a punzonamiento empleando el área crítica representada en el siguiente gráfico.

Debido a la similitud con el tratamiento de zapatas flexibles se ha preferido no desarrollar más la parte teórica realizando las comprobaciones mediante ejemplos.

Ejemplo 13.

El objeto del ejemplo será determinar el armado para un encepado con las características y esfuerzos que se irán describiendo. La geometría del encepado analizado será: 61

Geometría encepado (proyectados en planta) Longitudinal (x) Tranversal (y) Canto Número pilotes Diametro H tierras (m)

10.50 m 10.50 m 3.00 m 9.00 1.50 m 0.50 m

La distribución de pilotes en el encepado, tomado su centro con (0,0,0) será la siguiente:

Pilote 1 2 3 4 5 6 7 8 9

long. X (m) Trans. Y (m) 4.00 4.00 4.00 0.00 0.00 0.00 -4.00 -4.00 -4.00

4.00 0.00 -4.00 4.00 0.00 -4.00 4.00 0.00 -4.00

Los esfuerzos transmitidos por el pilar a la cara superior serán: Nk [t) -2517.96

Mklong [mt] Mktrans [mt]

1617.85

2613.08

Vklong [t] 86.04

Vktrans [t] 149.84

En la cara inferior: Nk [t)

Mklong [mt]

-3344.84

1875.96

Mktrans [mt] Vklong [t] 3062.59 86.04

Vktrans [t] 149.84

El reparto entre los pilotes:

Nk (t) Pilotes 1 2 3 4 5 6 7 8 9

62

577.42 449.81 322.21 499.26 371.65 244.04 421.09 293.48 165.88

Con una longitud del pilote de 11,50 m se tendrá:

Nk + pp (t) 628.23

pp (t) 50.81

Tierras (t) 12.25

Nktotal (t) 640.48

Observar que hasta el momento estamos trabajando en servicio, no en estado límite último. Los esfuerzos soportados por el pilote más cargado en ELU serán los siguientes:

Vdlong [t] 13.38

Vdtrans [t] 23.31

Vd [t] 26.88

A la reacción máxima se la ha denominado Rd max. Las dimensiones de la pila son las siguientes:

Ancho pila (y) Largo pila (x)

6.00 3.40

Rd max (t) 808.39

Determinamos las características básicas para el cálculo:

0.25 a (m) 1.5 Long tirante (m) 4.72 0,85 d 2.5075 Evidentemente se trata de un encepado rígido, por lo que el armado se podrá realizar por bielas y tirante según se presenta a continuación:

63

Bieleas y tirantes Armadura secunadaria (central)

Armadura principal Proyección

Tirante Td (t) As (cm2) ángulo (rd) Asx (cm2) Asy (cm2)

1,520.71 380.18 0.79 268.72 268.93

Tdx (t) Asx (cm2) Tdy (t) Asy (cm2) Banda (m)

1,074.87 268.72 1,075.73 268.93 1.7

Tdx (t) Asx (cm2) Tdy (t) Asy (cm2)

268.72 67.18 268.93 67.23

Armadura superior

Asx (cm2)? Asy (cm2)?

Armadura secunadria vertical

Central

Sobre bandas 26.87 26.89

Asx (cm2)? Asy (cm2)?

6.72 6.72

Td (t) As (cm2)

59.88 14.97

Se podría realizar el cálculo en dirección diagonal y proyectar posteriormente en x e y. Veamos qué ocurriría si se realizara el cálculo como encepado flexible:

Asx 0.15a (m) d (m) Md (t m) Asx (cm2)

0.51 2.81 2,271.58 204.27

Asy 0.15a (m) d (m) Md (t m) Asx (cm2)

0.9 1.90 1,535.94 138.12

Se comprueba que mediante bielas y tirantes se optimiza el armado, por ejemplo al comparar en la dirección x se obtendría: -

Bielas y tirantes

94,05 cm2.

-

Flexible

204,27 cm2.

Ejemplo 14.

64

Se realizará un nuevo ejemplo para otra distribución de pilotes y geometría de encepado. En este nuevo ejemplo la geometría del encepado estudiado será:

Geometría encepado (proyectados en planta) Longitudinal (x) Tranversal (y) Canto Número pilotes Diametro H tierras (m)

10.00 m 14.00 m 3.00 m 12.00 1.50 m 0.50 m

Los doce (12) pilotes sobre los que descansa tendrán la siguiente distribución respecto a su centro (cruce de diagonales).

Pilote 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

long. X (m) Trans. Y (m) 3.75 3.75 3.75 3.75 0.00 0.00 0.00 0.00 -3.75 -3.75 -3.75 -3.75

5.75 2.00 -2.00 -5.75 5.75 2.00 -2.00 -5.75 5.75 2.00 -2.00 -5.75

Las cargas para el ejemplo en la cara superior del encepado serán: Nk [t)

-3665.25

Mklong [mt] Mktrans [mt]

623.09

1099.58

Vklong [t] 116.68

Vktrans [t] 0.00

En la cara inferior del encepado serán: Nk [t) -4715.25

Mklong [mt] Mktrans [mt]

973.13

1099.58

Vklong [t] 116.68

Vktrans [t] 0.00

Al distribuir entre cada pilote quedaría:

Nk (t) Pilotes 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

453.81 435.26 415.49 396.94 421.37 402.83 383.05 364.51 388.93 370.39 350.61 332.07

Para una longitud de 25 m de pilote quedarían una reacción total de:

Nk + pp (t) 661.45

pp (t) 207.64

Tierras (t) 11.67

Nktotal (t) 673.11

Los esfuerzos máximos mayorados que deberá soportar cada pilote serán:

Vdlong [t] 13.61

Vdtrans [t] 0.00

Vd [t] 13.61

Rd max (t) 635.33

65

La geometría de la pila que descansa sobre el encepado es de:

Ancho pila (y) Largo pila (x)

6.00 3.40

Los datos básicos para el cálculo serán:

0.25 a (m) 1.5 Long tirante (m) 5.67 0,85 d 2.5075

66

La armadura para un encepado rígido sería: Bieleas y tirantes Armadura principal Tirante Td (t) As (cm2) ángulo (rd) Asx (cm2) Asy (cm2)

Armadura secunadaria (central)

Proyección 1,436.09 359.02 0.32 113.53 340.60

Tdx (t) Asx (cm2) Tdy (t) Asy (cm2) Banda (m)

454.13 113.53 1,362.39 340.60 1.7

Tdx (t) Asx (cm2) Tdy (t) Asy (cm2)

113.53 28.38 340.60 85.15

Armadura superior Sobre bandas Asx (cm2)? Asy (cm2)?

Central 11.35 34.06

Asx (cm2)? Asy (cm2)?

Armadura secunadria vertical 2.84 8.51

Td (t) As (cm2)

35.30 8.82

En el caso de ser flexible (no es cierto pero para trabajar nos servirá esa consideración) se tendría:

Asx 0.15a (m) d (m) Md (t m) Asx (cm2)

0.51 2.56 1,626.45 146.26

Asy 0.15a (m) d (m) Md (t m) Asx (cm2)

0.9 3.65 2,318.96 208.54

Obsérvese que no ha sido necesario considerar el diámetro del pilote para el armado del encepado.

67

3.2.3 Recomendaciones constructivas. Se trata de un curso práctico de cálculo, por lo que vendrá implícito que las recomendaciones constructivas tratadas serán de aplicación al cálculo. Las recomendaciones para el diseño del encepado más importantes serán: -

La armadura del encepado quedará a más de 10 cm de la cara inferior.

-

La longitud de anclaje de la armadura será como mínimo el diámetro del pilote.

- Recomendable el emplear recubrimientos más elevados de lo normal (> 5,0 cm), o disposición de hormigón de limpieza o nivelación entre estructura y terreno. -

El pilote quedará un mínimo de 5 cm embebido en el encapado.

-

El canto del encepado deberá ser como mínimo: o o o

Superior a 50 cm. Superior al diámetro del pilote + 10 cm. Recomendable 1,5 veces el diámetro del pilote.

- Recomendable que la separación entre pilotes dentro del encepado ronde los 3 diámetros, evitando la consideración del efecto grupo. - Se deberá disponer una cuantía mínima entre ambas caras según especifique la normativa en vigor. En líneas generales, y siempre que sea posible, se deberá recurrir a encepados rígidos con separación entre de los pilotes que evite reducir la carga de hundimiento por efecto grupo, es decir, optimizar los elementos y materiales que forman el encepado.

Se aprovechara este mismo punto para presentar distintas fotografías y resaltar algunos comentarios realizados en el tema. En la primera fotografía se muestran unos pilotes de un encepado terminados, a los que aún no se ha procedido a descabezar; se puede observar que el hormigón de la cabeza no es de calidad adecuada, en particular en el interior de la jaula de armado. 68

La segunda fotografía presenta la preparación del encepado para poner su armadura, previamente se han descabezado los pilotes y se ha ejecutado el hromigon de limpieza. Se debemos llamar la atención sobre: - El hormigón del pilote descabezado ya tiene las características resistentes deseadas, siendo perceptible en la cara superior las muescas causadas por la demolición y consistencia es la zona buena. ¿Cómo saber la longitud a descabezar?. Normalmente se acota entre 0,5 y 1,0 m aunque la realidad es otra y depende de muchos factores. El descabezado pretende retirar la parte de pilote que está contaminada por los detritus arrastrados al hormigonar, por ello una persona habituada a estos temas detecta que el hormigón es bueno por la complejidad al demoler y el brillo que muestra al descubrirlo. - Una vez descabezado las armaduras del pilote suelen quedar muy deterioradas, incluso peor de lo que se aprecia en la fotografía, por lo que garantizar un empotramiento de dicho elemento en el encepado resulta prácticamente imposible.

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La tercera fotografía muestra el armado del encepado, en el que sobresalen los tubos de auscultación. La intención de presentar esta fotografía ha sido mostrar la elevada cuantía que suelen disponerse en estos elementos. Sería de resaltar la concentración de armado en las bandas sobre pilotes.

4 NORMATIVA Y RECOMENDACIONES BÁSICAS A continuación se citarán la normativa y recomendaciones de mayor interés para el cálculo de cimentaciones profundas. Evidentemente, y debido a que las cimentaciones se tratan normalmente conjuntamente, la documentación coincidirá en gran medida con el resto de los temas.

4.1

Normas de acciones Aunque no se ha seguido ninguna normativa en particular las referencias y valores

empleados se han obtenido normalmente de los eurocódigos, en particular: -

Eurocódigo 1: Acciones en estructuras.

4.2 Normas de construcción - “Instrucción de hormigón estructural” EHE-08 (R.D. 1247/2008 publicado en el BOE del 22/08/08). - Código Técnico de la Edificación. (Documentos básicos SE-C y SE-A). Marzo 2006 - “Eurocódigo 2: Proyecto de estructuras de hormigón. Parte 2: Puentes de hormigón” EC2.2 ENV 1992.2. Septiembre 1996. - Normas UNE particulares. - RECOMENDACIONES. - Prescripciones complementarias a la Instrucción de Hormigón Estructural (EHE) relativas a Puentes de carretera. - Guía de Cimentaciones en Obras de Carreteras. (Ministerio de Fomento. septiembre 2002). - Bibliografía de Fritz Leonhardt. - Curso de Aplicación de Cimentaciones de Colegio Oficial de Arquitectos de Madrid. - Catálogos y fichas de empresas de ejecución de pilotes. - Libros de Geotecnia y Cimentos de Jiménez Salas. - Pliego de Prescripciones Técnicas Generales para obras de Carreteras (PG-3). - Libros de Mecánica del Suelo y Cimentaciones de Fernando Muzas. - Normas Técnicas de Edificación (N.T.E.).

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