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UNIÓN DE UN MICROPILOTE A CIMENTACIÓN EXISTENTE EN RECALCES ESPECIALES ACTUALIZADO (1ª PARTE)

28 de Octubre de 2018 | Autor: Antonio J. Sánchez (@) Leído: 9239 veces

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Aprovechando una dirección de obra de una reparación estructural reciente sobre un proyecto propio consistente en el recalce integral por micropilotes de las zapatas de un edificio docente de dos plantas (B+1) afectado por arcillas con alta expansividad, hemos considerado que sería una buena oportunidad para explicar una forma sencilla de verificar la unión del micropilote a la cimentación existente.

 

No es difícil que nos encontremos con proyectos en los que no se define dicha unión o que, con suerte, se disponga de un "detalle tipo" confiando ciegamente de su eficacia universal y en la pericia de la empresa especializada en ejecutar los micropilotes. No es aceptable dejar al arbitrio ajeno a la DF una cuestión tan importante como la garantía en la transferencia de esfuerzos entre los pilares y los micropilotes a través de los encepados; tiene que estar prescrito, perfectamente definido y comprobado desde la propia redacción de proyecto, aunque solo sea para cerciorarnos que rezuma seguridad (ya veremos que no siempre es así, especialmente en la 2ª parte del presente artículo).

 

En nuestro caso, se ejecutaron 158 unidades de micropilotes con un total de 1.235 ml repartidos en encepados con grupos fundamentalmente de 2 y algunos de 3 micros, según ha sido necesario por cálculo tanto para la comprobación a hundimiento como la de arranque. Las características del micropilote que vamos a utilizar como ejemplo están definidas en el siguiente croquis, con el detalle de unión de los micropilotes a la zapata existente así como distintas opciones de conectadores de enlace:

 

Untitled-1.tif

 

Para verificar la seguridad de esta conexión, nos tendríamos que hacer y contestar a dos preguntas:

 

a)        ¿Cuánto resiste la unión entre la lechada o mortero del micropilote y su armadura tubular? (1ª parte del artículo)

b)        ¿Cuánto resiste la unión entre la lechada o mortero del micropilote y el cimiento existente? (2ª parte del artículo)

 

A) TRANSMISIÓN ENTRE ARMADURA TUBULAR Y LA LECHADA O MORTERO DEL MICROPILOTE:

 

El quid de la cuestión es el cortante: La carga total que debe transmitir el cimiento existente se realizará a través de la superficie de contacto de la camisa metálica del micropilote que está embebida en el encepado, esto es, la resistencia unitaria del rozamiento entre la armadura tubular y el hormigón del encepado multiplicado por la superficie de contacto del micropilote dentro del encepado debe ser igual o mayor que la carga que debe absorber dicho encepado. Naturalmente se tendrá que comprobar la zapata existente como encepado de acuerdo con lo dispuesto en el art. 58.4.1.2 de la EHE-08 "cálculo de encepados rígidos", donde la armadura inferior será la encargada de soportar el esfuerzo de tracción Td solicitado para la trasmisión de cargas del pilar a los micropilotes (eso sería materia para otro post).

 

Según el art. 42.2 de la vetusta pero aún aprovechable EH-91 (la EHE-08 ya ni lo tiene en cuenta, así que "ojo con el baile de unidades") la resistencia de cálculo para adherencia de una barra lisa y el hormigón circundante es:

Adherencia de una barra lisa (armadura tubular) de acero con el hormigón (s/ EH-91)

 

 

Sin embargo, la tensión de adherencia considerada según la EH-91 puede que sea bastante optimista. En el EC-4 "Proyecto de estructuras mixtas de acero y hormigón" (apartado 6.7, tabla 6.6 valor de cálculo de la resistencia a esfuerzo rasante trd) se considera en condiciones óptimas una resistencia por adherencia de 0,55 N/mm2 (5,5 Kg/cm2) para las secciones huecas circulares rellenas de hormigón y solo de 0.30 MPa para las completamente embebidas.

 

 

Por otro lado el FIB MC2010, haciendo un cálculo según artículo 6.1 y tablas 6.1-1 y 6.1-2, considerando la simplificación que la adherencia de un tubular redondo de 88.9 mm de diámetro se desarrolla igual que la de una barra lisa, resulta aproximadamente 0,6 N/mm2 (agradecemos a Manuel F. Herrador por este apunte).

 

Como se puede apreciar, el problema radica en que el rozamiento por adherencia con el tubo es muy pequeño en comparación con la carga que le podría llegar al micropilote que supondremos de 521,04 KN como la máxima capaz de aguantar un tubo de 275 N/mm2 con Ø 88.9 mm y espesor 8 mm, por lo que necesitaríamos, a priori, un canto brutal de encepado para desarrollar el rozamiento necesario.

 

 

Por lo tanto, para aumentar su resistencia tendremos que añadir barras corrugadas a la armadura tubular para aumentar el rozamiento unitario del conjunto zapata-micropilote. Para establecer una comparación entre los criterios de adherencia según la EH-91 y el EC-4, vamos a determinar la armadura necesaria en ambos casos.

 

Hay numerosas e ingeniosas soluciones con pletinas, aletas de acero laminado o con diámetros corrugados (algunas de las más usuales están dibujadas en el croquis inicial). Para este ejemplo vamos considerar una de las más "fáciles y económicas" de ejecutar (palabras que para el contratista sonarán a música celestial) y que consiste en soldar lateralmente unas barras corrugadas a la armadura tubular. ¿Pero cuántos? ¿De qué longitud y diámetro?

 

 

Según el anterior art. 42.2 de la EH-91 para una barra corrugada, la resistencia de cálculo para adherencia viene dada por:

 

Siendo la tensión de rotura de adherencia s/ el art. 9.3 de la EH-91 para Ø entre 8-32 mm ambos inclusive:

 

tbu= 130 - 0,9 Ø  (en Kg/cm2 y en mm), que es la que vamos a utilizar por comodidad.

 

Según el art. 32.2 de la vigente EH-08, para el mismo rango de diámetros, se ha de cumplir la relación prácticamente igual  tbu12,74 - 0,9 Ø (en N/mm2 y en mm).

 

Comprobemos, por ejemplo, 3Ø16 corrugados soldados a la armadura tubular formando 120º, con una longitud estimada de 45 cm (0,9 el canto de la zapata) y una pérdida por soldadura que hace que la longitud efectiva en contacto con el hormigón sea del 75 % de la longitud de la barra corrugada. Por cierto, conviene vigilar que "con las prisas" el operario no se conforme con realizar unos puntos de soldadura sino que se dispongan (para un canto similar al del ejemplo) al menos tres cordones continuos y uniformes por cada cara de contacto de la barra corrugada con el tubular y, por supuesto, limpios libres de escoria.

 

 

Por lo que la adherencia total  (armadura tubular + 3 corrugados) es:

 

Según criterio adherencia EH-91: 158,97 KN + 377,62 KN = 526,74 KN > 521,04 KN.  Correcto

 

Según criterio adherencia EC-4:     69,12 KN + 377,62 KN = 446,74 KN < 521,04 KN. ¿Incorrecto?

 

 

A la vista de los números, parecería que matemáticamente estamos incumpliendo, al menos según el Eurocódigo, lo que nos impulsaría a soldar apresuradamente una barra corrugada más. Sin embargo y antes de hiperventilar innecesariamente, como hemos visto antes los 521,04 KN es la máxima capacidad de la armadura tubular, y este valor está casi un 40 % por encima de la máxima compresión que le llega realmente al micropilote más cargado (376 KN) por lo que en realidad cumplimos con ambos criterios.

 

No obstante, la unión entre el tubo metálico y la lechada ya adelantamos que no será lo más restrictivo al poder soldar los conectores corrugados que necesitemos. Las fórmulas empleadas de la EHE están pensadas solo para hormigón y, como se demostrará en la segunda parte del artículo, el relleno del taladro en la cabeza del micropilote para materializar la conexión entre la lechada y la zapata existente NO se podrá resolver con este aglomerado.

Continuará (...)

 

Bibliografía empleada:

 

§   Guía para el proyecto de ejecución de micropilotes en obras de carretera. Ministerio de Fomento. Dirección General de Carreteras.

§   EH-91. Instrucción para el proyecto y la ejecución de obras de hormigón en masa o armado. Ministerio de Fomento (DEROGADA).

§   EHE-08. Instrucción de hormigón estructural. Ministerio de Fomento.

§   EC-4. Proyecto de estructuras mixtas de acero y hormigón.

§   FIB MC2010.  Model Code for Concrete Structures 2010

 

 

N.d.A:

                (1) Conforme a la tabla 2.4 de la Guía para el proyecto y la ejecución de micropilotes en obras de carretera                                                                                                       

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Sobre el autor
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Antonio J. Sánchez . Arquitecto, máster en arquitectura, postgrado en diagnosis y rehabilitación por la UPC y perito judicial y forense, con dieciséis años de experiencia en diseño y cálculo de estructuras. Ha sido profesor asociado en construcción, estructuras y mecánica de suelos para la titulación de Arquitectura EADE. Doctorando actualmente, compagina la redacción y desarrollo de proyectos en el estudio LR-A con la dirección técnica de ASG arquitectura + ingeniería, dedicada a la consultoría de estructuras, rehabilitación y demopatología.
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