PILOTES PERFORADOS EN SUELOS GRANULARES ¡Cuidado con el CTE!

*Este post es continuación de la breve introducción sobre Cálculo de Pilotes (Generalidades) *

En cuanto a normativa, geotécnicamente tenemos algo de jaleo. En España hay tres documentos en los que buscar inspiración; a saber: Recomendaciones de Obras Marítimas (ROM), la Guía de Cimentaciones de Obras de Carreteras (GCOC) y el Código Técnico apartado Cimientos (CTE).

Lo normal es que todos vayamos usando los Eurocódigos (EC) y así ya no habrá discusión del tema de cómo calcular las resistencias por punta y fuste en pilotes. Pues te equivocas si piensas eso, ZASCA!  En el EC hay muchos numeritos y fórmulas, pero no nos dice cómo tenemos que calcular esas resistencias. Pero algo es algo, si nos dice la “filosofía del cálculo” lo que llaman enfoque de diseño: tendremos que mayorar las acciones y minorar las resistencias, y nos aporta una serie de valores (Esto lo veremos en algún artículo más adelante, lo prometo).

Bueno, pues espera que me estoy liando más. Hasta ahora ¿Qué tenía? Tengo tres normas, las anteriores (CTE; ROM GCOC), y cada una me dice sus coeficientes parciales de mayoración de acciones y de minoración de resistencias.  Pero si me voy al EC, me dice los coeficientes pero no como calcular las resistencias, puedo usar la que quiera, pero…¿Son todas son iguales?

En este post analizamos y comparamos el cálculo de la resistencia por punta y por fuste de pilotes perforados con las fórmulas analíticas para suelos granulares o a largo plazo.

Las fórmulas analíticas utilizan la fórmula de la carga de hundimiento de las cimentaciones superficiales, conocida como Brinch-Hansen, adaptadas a los pilotes. Esta adaptación se consigue con una serie de factores que tienen en cuenta el diámetro del pilote y otras correcciones.

Así tenemos, que para la resistencia unitaria por punta:

¿Qué significa cada operador?

σ ´ es la presión vertical efectiva al nivel de la punta del pilote, Nq es el factor de capacidad de carga que lo tenemos tabulado en función del ángulo de rozamiento interno del terreno (deberemos conocer este parámetro, juas, juas) y fd es un factor función del diámetro del pilote que penaliza a los diámetros mayores.

Este factor fd será siempre mayor de 0,7 según la ROM y de 0,66 para la GCOC, y por ejemplo, para un pilote de 350mm tiene un valor de 0,88, por lo tanto, hay poca variabilidad (0,66-0,88).

fd= 1-(D/3)

Fp es un factor que tiene en cuenta el proceso constructivo del pilote:

En la fórmula original de la ROM el factor Fp es 3 , pero se indica que su uso es para pilotes hincados pero que para los pilotes perforados se debe aplicar un coeficiente reductor de 0,5, salvo que el asiento de los pilotes no tenga consecuencias importantes o que se tomen precauciones especiales de mejora del contacto entre terreno y pilote en su punta (inyecciones). El GCOC se indica un valor de 1,5 para este valor en pilotes perforados y de 3 para hincados en suelos granulares o análisis a largo plazo y 1,5 en análisis a corto plazo de terreno cohesivos, y en el CTE se deja como 2,5 en perforados y 3 en hincados.

Como podemos ver el CTE tiene un factor de multiplicación mayor que el resto y no tiene el factor reductor en función del diámetro del pilote. Algo huele a podrido en Dinamarca

Entonces, para cada normativa nos queda así de bonito:

Es el turno de la resistencia unitaria por fuste. La formulación es parecida a la anterior con la salvedad que la presión vertical se calcula a la cota media del nivel considerado, y se introducen factores de empuje lateral y de corrección del rozamiento por fuste pilote terreno:

y que significa cada palabreja:

σ ´ es la presión vertical efectiva a la cota media del nivel considerado

K es el coeficiente de empuje horizontal;

f  el factor de reducción del rozamiento del fuste;

ϕ el ángulo de rozamiento interno del suelo.

El conjunto K*f*tgϕ se conoce como β, por lo que también se denomina método β o de tensiones efectivas. Este parámetro es puramente geológico, varía con la granulometría del suelo, la composición mineralógica, la densidad, la historia de su formación… Los resultados disponibles de análisis a partir de mediciones de distribución de la resistencia de fuste indican, sin duda, que la resistencia unitaria de fuste aumenta más o menos linealmente con la profundidad. Es decir, la tensión efectiva gobierna la resistencia unitaria de fuste.

Si nos paramos a pensar, a lo largo del fuste el terreno presiona lateralmente sobre nuestro pilote y lo hará con una presión efectiva horizontal σ´_h. Esta presión es proporcional a la presión vertical, y esa proporción dependerá de la manera que ejecutemos el pilote, modificando las condiciones naturales.

En el CTE: para pilotes hincados se tomará K= 1 y para pilotes perforados K = 0,75. Para pilotes híbridos, ejecutados con ayudas que reducen el desplazamiento del terreno, se tomará un valor intermedio en función de la magnitud de esa ayuda. Para pilotes de hormigón «in situ» o de madera se tomará f=1. Para pilotes prefabricados de hormigón se tomará f = 0,9 y para pilotes de acero en el fuste se tomará f = 0,8.

En la ROM: para pilotes hincados se tomará K = 0,75 y para pilotes perforados K = 0,5. Para pilotes híbridos, ejecutados con ayudas que reducen el desplazamiento del terreno, se tomará un valor intermedio en función de la magnitud de esa ayuda. Para pilotes de hormigón “in situ” o de madera se tomará f = 1. Para pilotes prefabricados de hormigón se tomará f = 1 y para pilotes de acero en el fuste se tomará f = 0,9.

En la GCOC nos dicen que si no tenemos datos de este valor β tomemos un valor de 0,3 para pilotes perforados. En pilotes hincados nos indican valores distintos en función del tipo del material y del tipo de terreno. Obtendremos la resistencia por fuste igual que los pilotes perforados pero: para pilotes de hormigón utilizaremos un factor multiplicador de la τ de 1,3 en suelos granulares y 0,9 en cohesivos, para pilotes de acero 0,9 y 0,6 y para pilotes de madera 1,4 y 1,0.

Por lo tanto, la resistencia por fuste es una fracción de la presión vertical efectiva en el nivel considerado.

Para pilotes perforados y de hormigón nos queda:

No perdamos de vista que hablamos de suelos granulares o sin cohesión. Para un suelos con ángulos de rozamiento interno entre 30º-36º las fórmulas de la ROM y de la GCOC quedan de una forma muy similar, es decir, la presión efectiva vertical por un coeficiente aproximado de 0,3, mientras que para el CTE el factor quedaría alrededor de 0,5.

Después de este coñazo de teoría creo que lo mejor es verlo con un ejemplo sencillo.

Pensemos en un modelo geotécnico con 6,0m de relleno superior γ=1,8 t/m³ y por debajo un nivel de arenas con γ=2,1 t/m³, SPT=30, Ø=30º D50=0,4mm Nq=18,40. Utilizamos un pilote de diámetro 550mm empotrado lo suficiente en estas arenas, al menos 3,5m. No tenemos presencia de nivel freático.

Si utilizamos las formulitas anteriores, y no me he equivocado, estos son los resultados obtenidos:

	Fórmulas Analíticas
Normativa	ROM	GCOC	CTE
Qp Resistencia Punta	409,00	410,00	835,00
Tf Resistencia Fuste	4,18	4,35	6,26

Los valores están expresados en t/m² (es que soy un romanticón….).

Como se puede ver tenemos resultados muy similares entre la ROM y la GCOC, y bastante dispares con el CTE, del orden del doble. Esto se debe a que en la ROM y GCOC se utilizan coeficientes de minoración para los pilotes perforados pero no el CTE…y ¿Cómo puede ser esto?

Con la inquietud de esta diferencia tan grande entre los valores de la ROM-GCOC y el CTE, me puse a descargar la versión que existe en la página web del CTE por ver si la que yo tenía estaba desfasada, pero no he encontrado nada que cambie de la versión original. Las fórmulas siguen siendo las mismas y con los mismos factores correctores. Entonces rebusqué entre mis apuntes, libros…y encontré una documentación de unas jornadas sobre el CTE, que elaboró el ICOG por el año 2004 y en las que, aquí sí ,he encontrado una explicación. En dichos textos se indica lo siguiente en el apartado de cimentaciones profundas para soluciones analíticas:

            “Es importante indicar que, para pilotes hormigonados in situ, el valor fp de 2,5 (algo mayor que en otros códigos), conlleva una buena ejecución del pilote que permita obtener un correcto contacto del pilote con el terreno.”

Bueno, esto ya me deja más tranquilo, ya que igualaría a los tres códigos, pero por otro lado me inquieta aun más, ya que no se ha incluido en el texto del CTE, o por lo menos yo no lo he encontrado. Creo que no estaría de más incluirlo en futuras ediciones del CTE para que los proyectistas, DF, constructores y demás implicados tengan claro el tema.

A modo de conclusión, las fórmulas de la ROM me parecen las más completas, ya que introducen factores de la granulometría del suelo y factores del diámetro del pilote. Y aunque estos valores de resistencias unitarias qp y tf suelen venir definidos en el estudio geotécnico siempre me gusta revisarlos y confirmarlos o detectar algún posible error.

Gracias por llegar hasta aquí. Si te gusta comparte, please. Y me gustaría conocer tus comentarios al respecto. Gracias.