Calculo de encepados II

Vamos con los encepados rígidos y, como ejemplos,pondremos las fórmulas de los encepados de 2, 3 y 4 pilotes pero la fórmula esgeneralizada para cualquier número.

Recordamos, como dijimos en la entrada anterior, que losencepados rígidos se calculan utilizando el sistema de bielas y tirantes. Perose calcula la armadura inferior. ¿Y el resto? Pues tres simples reglas:

1. Comoes un elemento que va hormigonado contra el terreno, el recubrimiento debe serde 7 cm.
2. Laarmadura superior estará repartida en la cara superior del encepado y debetener, al menos, el 10% de la capacidad mecánica de la inferior.
3. Sedebe disponer una armadura vertical y horizontal en las caras laterales delencepado que aten las armaduras superior e inferior. Seran cercos cerrados y lacuantía geométrica con relación a la sección de hormigón perpendicular a cadauna de ellas debe ser del 0,4%

O sea, que conociendo la armadura inferior del encepadopor bielas y tirantes ya lo tenemos definido.

Vale, pues vamos a ver las fórmulas de cálculo de losencepados de 2, 3 y 4.

Paraun encepado de dos pilotes el área de acero necesario será:

siendo a1 elancho del pilar,a2 la distancia entre ejes depilotes, d el canto útil y fyd no menor de 400 N/mm². N´d esel axil del pilote más cargado, o sea, que si es un encepado que no tienemomentos será la mitad de la carga que transmite el pilar pero si los tiene hayque repartirlos entre los pilotes.

Para un encepado de tres pilotes

siendo “l” la distancia entre pilotes.

Para un encepado de 4 pilotes:

Os pongo ahora unos planos de detalle de un encepadostipo de dos piltoes de Ø450 mm

Seguiremos.

Calculo de encepados

Lo primero, aclaremos para que ponemos encepados. Losencepados se ponen para absorber la carga que le transmiten los pilares de laestructura y transmitirla a los elementos que hayamos dispuesto, ya seanpilotes o micropilotes.

O sea, que lo que le tenemos que pedir al encepadobásicamente es que sea capaz de hacer esa labor de transmisión. Además, alencepado se le unen vigas riostras que permiten transmitir y absorber momentosflectores que eliminan prácticamente la existencia de flectores en los pilotes,de manera que los podemos dimensionar a compresión.

Antes de seguir, os recomiendo un par de textosinteresantes sobre este tema: el libro de D.José Calavera “Calculo de estructuras de cimentación” editado por INTEMAC y textos de D. Pedro Pérez Carvallode la Universidad Politécnica de Sevilla. Fáciles, didácticos y entendibles. Ánimo.

Bien. Podemos considerar dos tipos distintos deencepados: flexibles y rígidos. Se dice que un encepado es rígido si el vuelo vno supera el doble del canto total, siendo el vuelo la distancia entre elparamento del pilar y el pilote más alejado. En caso contrario es flexible.

¿Y qué diferencia hay entre uno y otro? Pues que si esrígido se calcula según la teoría de bielas y tirantes y si es flexible se calculasegún la teoría normal de flexión. Lo veremos más adelante.

¿Qué dimensiones mínimas tiene que tener un encepado?Pues básicamente tres:

1. El cantodel encepado no será menor de 40 mm ni al diámetro de los pilotes.
2.  La distanciadesde el perímetro del pilote al exterior del encepado será como mínimo elradio del pilote y nunca inferior a 25 cm.
3. La distanciamínima entre pilotes será de 2 diámetros, mejor tres, salvo que trabajen enpunta.

En condiciones normales, siempre trabajaremos conencepados rígidos.

Seguiremos.

Cálculo de micropilotes de cimentación.

Como me he pasado al lado oscuro, he tenido descuidado eltema de los micros pero vamos a irlo solucionando poco a poco. Me pasa una cosacuriosa. Conforme voy haciendo las entradas, más me voy dando cuenta de lacantidad de cosas que hay que ir incluyendo para hacer más fácil este mundillode las cimentaciones especiales. Y me preocupa, sobre todo, hacerlo de maneraordenada. Por eso, lo primero de hoy es pedir disculpas si no soy capaz deescribir tan ordenadamente como pretendo ni de transmitirlo de una maneraamena.

De la misma forma, y porque cada uno sabe de lo que sabe(aunque curiosidad me sobra), tengo mucha información, textos, programas decálculo (propios) y demás que me gustaría compartir. Pero, en fin, dadme tiempoy ya veremos cómo lo arreglamos.

Al tajo. Para calcular micropilotes de cimentaciónbarajamos normalmente tres métodos diferentes en función de los datos de losque dispongamos: 

• Cálculousando una resistencia por punta y una resistencia por fuste.
•  Cálculousando la teoría de Bustamante, que también sirve para los anclajes.
•  Cálculosun pelín más complicados, considerando también la repercusión del pandeo, etc.

Vamos con el primero

Tanto para calcular los pilotes como los micros, engeneral los estudios geotécnicos en este país suelen dar unos parámetros queson la resistencia por punta y la resistencia por fuste.

Lo primero es decir que ambas resistencias dependen deltipo de terreno y que, como se puede intuir, a mejor terreno (más resistente)los valores de las mismas aumentan.

La carga de hundimiento por fuste no es más que laoposición lateral del terreno a que el elemento se hunda y funciona básicamentepor rozamiento, Es función del área de micro o de pilote que está en contactocon el terreno y su resultado final va a ser el producto del área lateral delmicro en contacto con el terreno por la resistencia por fuste.

Y, como es evidente, la carga de hundimiento por punta noes más que la oposición que hace el terreno para evitar que el elemento sehunda y su resultado será, evidentemente, el área neta de la punta del elementopor la resistencia por punta.

Y como en geotecnia somos tan “arriesgados”, ambosvalores vendrán afectados por un coeficiente de seguridad que puede variarentre 2 y 3.

Con lo que la carga que un pilote es capaz de transmitiral terreno vendrá dada por la expresión:

Si consideramos que el elemento tiene un diámetro Ø

Perdonad, no me he podido resistir a empezar a ponerfórmulas porque creo que es importante. Ahora, traducción al cristiano.

La carga de hundimiento de un elemento cualquiera, piloteo micro que atraviesa varios estratos hasta llegar a una capa resistente dondese pueda empotrar, se calcula de siguiente forma (suponiendo que sabemos losvalores de la resistencia por fuste de todos los estratos y la resistencia porpunta del estrado donde vamos a empotrar):

1.  Lacarga de hundimiento de por fuste total será la suma de todas las relativas acada estrato. O sea, calculamos el área lateral por resistencia por fuste decada estrato, las sumamos todas y la dividimos por el coeficiente de seguridaddel fuste.
2.  Lacarga de hundimiento por punta la obtenemos multiplicando el área del elementopor la resistencia por punta del estrato donde se empotra y lo dividimos por elcoeficiente de seguridad de punta.
3. Sumamoslas dos y ya está.

Y, claro, la carga de hundimiento total debe ser inferiora la carga que le transmite el pilar a través del encepado correspondiente. Sino, mal vamos.

¿Y qué coeficientes de seguridad tomamos? Ya hemoscomentado que debe ser un valor entre 2 y 3, a juicio del calculista. A estasalturas yo ya he visto de todo pero recomiendo tomas 2 para el fuste y 3 parala punta. ¿Por qué la diferencia? Porque el fuste se moviliza antes que lapunta.

Otro comentario interesante a tener en cuenta que tieneque ver con el orden de magnitud. La resistencia por fuste es, normalmente,menor de 10 tn/m² mientras que la de punta puede tener cualquier valor.

Más comentarios importantes: en el caso de losmicropilotes, que son de pequeño diámetro, muchas veces se desprecia laresistencia por punta. Así de chulos somos…..

Seguiremos.

Dimensionamiento de armado de pilotes

Bueno, pues suponiendo que ya sabemos el número depilotes que vamos a poner bajo cada pilar, ahora hay que ver como armamos cadauno de los pilotes.

Dado que los pilotes de cimentación se dimensionan acompresión, vamos a ir a cuantía mínima. Normalmente los calculas una vez yluego los usas. Vamos a ver el armado de los pilotes de 450 mm de diámetro:

Los de 550:

Y finalmente los de 650:

Me vais a permitir que haga una serie de comentarios queme parecen importantes, sobre todo a la hora del dimensionamiento:

La norma actual española dictamina que, por razones de durabilidad,toda estructura hormigonada contra el terreno debe tener un recubrimientomínimo de 7 cm en vez de los 5 que se usaban en la versión anterior,instrucción que se aplica a todo tipo de estructuras (zapatas, losas, etc) y nosólo a pilotes. La verdad es que hancomplicado mucho la correcta ejecución de los pilotes de pequeño diámetroporque se hormigonan con mucha dificultad (no cabe el tubo TREMIE). Por cierto,ya aprovechando, el tubo TREMIE de unasola pieza es garantía de un incorrecto hormigonado.

• Si se hace un estudio del pilote cargado con un axil y unmomento, modelizando el terreno como tipo WINCKER (cambiando la constante enfunción de cada estrato de terreno, claro está), se puede comprobar que elmomento se amortigua entre los 5 y los 6 metros. Vamos, que no hace falta másarmadura por mucho que lo diga el arquitecto de turno a no ser que haya algúnotro motivo (y puede haberlo). Señores, dimensionamos por motivos técnicos, nopara aliviar los miedos de nadie.

Para la organización de los pilotes, el CTE lo organizade la siguiente manera:

• Los pilotes de menos de 45 cm no se pueden ejecutaraislados a no ser que sea un proyecto de escasa repercusión (un día deberíamoshablar del término repercusión)
• Los pilotes entre 45 y 1 metro se pueden dimensionaraislados siempre que vayan arriostrados en dos direcciones perpendiculares(luego se pueden dimensionar a compresión)
• A partir de un metro se pueden dimensionar pilotes únicossin necesidad de arriostrar luego, cuidado con esto.

Seguiremos.

Topes estructurales, encepados múltiples

Así, hemos concluido que el tope estructural del pilote seobtendrá multiplicando su área por el coeficiente de trabajo de hormigón. Paraque resulte más fácil de aclarar, os pongo una tabla con las capacidadesportantes de los pilotes con diferentes topes estructurales.

Como norma general, trabajaremos con un coeficiente detrabajo de 35 kg/cm² para pilotes in situ y si el terreno es realmente bueno yhacemos un CPI-7 muy claro podríamos pasar a 40.

Seguimos hablando desde el punto de vista estructural. Enuna planta de un edificio, de la que tenemos la bajada de cargas y el plano deplanta, ¿cuántos diámetros distintos ponemos? ¿Sólo pilotes únicos? Si ponemospilotes múltiples debajo de un pilar, ¿qué capacidad portante consideramos?

Cuando trabajaba en Pilotes Sánchez recuerdo que meenseñaron que en obras de menos de 1000 metros es una locura trabajar con másde dos diámetros. Parece un criterio lógico. Es más. Si se dimensiona una obrapara varios diámetros, se pueden producir los siguientes problemas:

• Hay que trasladar utillaje de perforación decada uno de los diámetros. Y eso se lleva en una góndola y cuesta dinerito.
•  A más diámetros distintos, más maniobras decambio de barrenas y menos producción.
•  A mas diámetros distintos, más armadurasdistintas, más complicación en la organización de la obra y más posibilidadesde que existan equivocaciones.

Con lo que el criterio anterior parece correcto.

Siguiendo con este criterio, cuando aumentan las cargasde los pilares parece lógico ir a una agrupación de pilotes de diámetro pequeñoantes que ir a un pilote de diámetro más grande del que nos van a salir pocasunidades.

Cuando usamos pilotes en grupos hay dos posibilidades, deacuerdo a lo recogido en el libro de José María Rodríguez Ortiz “Curso aplicadode Cimentaciones”:

1.   En el caso de pilotes de hinca, la resistencia del grupo de pilotes es incluso mayor que las sumas de los componentes porquedurante la hinca se comprime el terreno. En cualquier caso, se considera, dellado de la seguridad, la resistencia total como la suma de la resistencia decada uno de los pilotes del grupo.

2.   En el caso de los pilotes in situ, dependedel terreno y de la separación entre los pilotes

• Para pilotes en arena y con distancias entreejes de entre dos y cuatro diámetros, se puede tomar la suma del total como el70% de la suma individual de los componentes.
• Para pilotes en arcilla y con distancias entreejes de entre dos y 3 diámetros se considera una eficiencia de los pilotes queviene dado por la fórmula:

donde m es el número de pilotes por fila, n el número de pilotespor columna, Ф=arctg (d/2s), siendo s la separación de los pilotes entre ejes yd el diámetro del pilote.

•  Para pilotes en roca se puede llegar adistancias hasta 1,5 diámetros sin reducir la carga total.

En la NTE “Acondicionamiento del terreno. Cimentaciones”se da un criterio de cálculo bastante aceptado y es el siguiente:

• La capacidad portante de los pilotes únicosse multiplica por 0,75.
• La capacidad portante de los pilotes doblesse multiplican por 1,75.
•  A partir de 3, se multiplica la capacidadportante de cada pilote por el número de pilotes de cada encepado

Seguiremos.

Empezamos con los cálculos.

Vamos aempezar a meter un poco de cálculo en las entradas. Empezaremos con el cálculode pilotes in situ de cimentación, que nos dará además un posible método decálculo de micropilotes. Después, haremos el planteamiento del cálculo depantallas discontinuas de pilotes y micropilotes. Después, ya veremos, ¿no?

Vamos acentrarnos. Hemos realizado un estudio geotécnico de nuestro terreno, que puedeser una estructura de edificación o de obra civil. Lamentablemente (y eslamentable porque se va a gastar mucho dinero de más) se nos informa de que elterreno no es bueno porque no tiene buena capacidad portante para unacimentación directa y tenemos que recurrir a una cimentación mediante pilotes.

Bien. ¿Quénecesitamos para calcular una cimentación mediante pilotes? Hay que conseguirla siguiente documentación:

• Estudiogeotécnico, o en su defecto, gráficas de sondeos, de penetrómetros, valores deresistencia por punta y por fuste, o parámetros del terreno.
• Planode planta con el replanteo de pilares.
• Cargasde pilares en base de cimentación, SINMAYORAR.

Nota: Os pido paciencia. Conforme voy escribiendo me doy cuenta deque hay cosas que no he comentado, como los ensayos de los estudios geotécnico.Abriré una nueva etiqueta y, poco a poco, lo iremos completando.

Vamos a irpoco a poco. Cuando hablamos de dimensionamiento de pilotes, hay que hacer doscálculos diferenciados que se deben cumplir simultáneamente:

1. Hayque verificar que los pilotes son capaces de absorber la carga que transmitenlos pilares. Esto se hace mediante el conjunto pilotes-encepados-viga decoronación. Esta es la parte estructural del cálculo  mecánica.
2. El pilote debe ser capaz detransmitir la carga al terreno mediante un rozamiento lateral (que es laresistencia por fuste) y la parte inferior del pilote (que es la resistenciapor punta). Esta es la parte geotécnica del cálculo.

En estaentrada nos vamos a centrar en la parte estructural.

Capacidadportante del pilote.

¿Cuál es lamáxima carga que es capaz de absorber un pilote? Viene definida por el tope estructural. ¿Y qué es?. Pues noes más que la sección del pilote por lo que consideremos que es capaz detrabajar el hormigón.

¿Pero esa noes la resistencia a compresión del hormigón que estamos utilizando? Pues noporque el hormigón que se usa en cimentaciones especiales está sujeto a variosaspectos que no podemos conocer:

• Elprimero es la profundidad. Vertemos el hormigón a través del tubo tremie aprofundidades de hasta 40 metros. Parece prudente pensar que tenemos queajustar el valor de la resistencia a compresión por la incertidumbre que estosupone. ¿Cómo está realmente el hormigón a 10, 20 o 30 metros?
• Notenemos garantías reales de cómo se ha vertido. Es lamentable, pero es así.
• Estees un concepto que se viene arrastrando por razones históricas desde que seiniciaron las cimentaciones especiales en España. A mi me han llegado a contarque, en las primeras pruebas que se hicieron para un muro pantalla, el hormigónse vertía directamente desde el camión, no se utilizaba Tremie, con lo que aldesconocer el factor de segregación del hormigón por el vertido de altura,disminuyeron la resistencia del hormigón.

El valor quese considera del hormigón se denomina “coeficiente de trabajo del hormigón encabeza”. El valor varía entre 35 y 50 kg/cm² normalmente y depende del criteriodel calculista. En los libros de Jiménez Salas tenéis una explicación perfecta.

¿Qué dice laCTE? Os pongo la tabla explicativa a continuación.

O sea, quepara un pilote, CPI-7, en seco, de Ø450 mm, sin control de parámetros, según laCTE su capacidad portante sería de :

Comentariosimportante: para un hormigón HA-25, hemos tomado para la resistencia acompresión un coeficiente de seguridad de 6,25 (en vez de 250 kg/cm² hemostomado 40)

Seguiremos.