Para este blog es una satisfacción tener la colaboración de Asier Castaño Ávila, Director de Proyectos de Ingeniería con casi 10 años de experiencia, y que nos va ayudar a entender un poco mejor los aspectos prácticos a tener en cuenta para proyectar y ejecutar micropilotes. Espero que guste.
¡Muchas gracias Asier, y que no sea el último!
Hoy hablaremos de los aspectos prácticos a la hora de proyectar y materializar un micropilote en obra. El objetivo de este artículo es proporcionar una visión práctica de los condicionantes a tener en cuenta cuando se toma la decisión de proyectar y entrar a la obra con una solución de micropilotes.
La principal referencia es la “Guía para el proyecto y la ejecución de micropilotes en obras de carretera”, la cual es una muy buena publicación española a nivel general pero, también es muy recomendable atender a la normativa internacional de referencia, como es la “FHWA NHI-05-039 Micropile Design and Construction”.
¿QUÉ ES UN MICROPILOTE?
Un micropilote es una cimentación profunda con un diámetro inferior a 300 mm (12 pulgadas) basados en una perforación previa, refuerzo de acero e inyectados con lechada o mortero.
La secuencia general de ejecución de un micropilote es la siguiente:
- Perforación del taladro con posible instalación de tubería de revestimiento.
- Colocación de la armadura en el interior de la perforación.
- Inyección del micropilote extrayendo la tubería de revestimiento provisional.
- Elemento de conexión en cabeza de micropilote y ejecución de encepado, si procede.
El refuerzo de acero puede ser una tubería de acero, una barra, un conjunto de barras o una combinación de tubería y barras:
CONSIDERACIONES PRÁCTICAS
Equipo necesario para ejecutar micropilotes
En los proyectos se suele indicar los puntos de ejecución de los micropilotes pero rara vez se analiza la cuestión de cómo va a llegar la máquina a dicho punto, aspecto que suele ser fundamental en muchas obras.
En primer lugar es necesario saber que en el mercado existen diferentes tipos de equipo de perforación que pueden adaptarse a las necesidades particulares de cada obra pero hay que ser conscientes de sus limitaciones.
Según su tamaño y potencia, se dividen en equipos:
- Pequeños:
- Dimensiones: 1 a 1,5 m de anchura, de 2 a 3 m de largo y entre 2 y 5 m de mástil.
- Peso: entre 3 y 8 toneladas.
- Medianos:
- Dimensiones: 2,4 m de ancho, 6 m de largo y 6 m de mástil.
- Peso: entre 12 y 15 toneladas.
- Grandes:
- Dimensiones: 2,4 a 3 m de anchura y 7 a 12 m de largo; el mástil puede llegar a medir más de 20 m, el diámetro 350 mm y hasta 60 m la longitud de perforación.
Equipo de perforación de tamaño medio (izquierda) y de tamaño reducido (derecha)
En función del tipo de terreno, el diámetro de perforación y la longitud del micropilote, es necesaria una potencia, la cual es limitada, especialmente a los equipos de menor tamaño, habituales en recalces en espacios interiores.
Sistemas de perforación de micropilotes
Existen diferentes sistemas de perforación que habrá que prever en función de lo anterior:
De forma más simple, los sistemas de perforación aplicables se dividen en tres grupos:
- Perforación a rotación: triconos, trialetas y hélices.
- Perforación a rotopercusión con martillo en cabeza.
- Perforación a rotopercusión con martillo de fondo.
También hay que tener en cuenta el nivel de afección de la perforación al entorno ya que si estamos recalzando una cimentación existente, el sistema de percusión puede afectar a las estructuras adyacentes.
De igual forma pasa con el fluido de perforación que sirve para refrigerar el útil de corte y extracción del detritus. En exteriores se puede emplear aire comprimido, que suele ser lo habitual, pero en interiores se emplea agua ya que el polvo de extracción es peligroso, aunque existe el inconveniente del suministro de grandes cantidades de agua y el tratamiento del residuo. En casos en los que el terreno sea muy inestable durante la perforación se pueden emplear lodos con bentonita o polímeros, aunque no hay que olvidar que es necesario recoger y tratar el lodo generado, especialmente con bentonita.
Por otro lado, el equipo de perforación requiere de más espacio para acopiar el varillaje, la tubería de revestimiento, cabezales de perforación, equipo de inyección y otros elementos auxiliares.
Replanteo
Puede parecer algo simple y fácil, pero es el fallo más habitual que te encuentras en obra. El problema es que es un elemento de pequeño diámetro, de modo que la tolerancia de posicionamiento es de tan solo 5 cm según la Guía de Micropilotes. El replanteo se suele realizar clavando una barra o estaca en el suelo en el punto que indica el topógrafo y este punto es muy susceptible de moverse por golpes o por el simple posicionamiento de la máquina, la cual suele tener bastante prisa.
No es inusual encontrar micropilotes a 20-30 cm de la posición teórica, lo que requiere normalmente de un rediseño del encepado.
Todo se solucionaría si se realizaría el replanteo sobre una pequeña capa de hormigón y se fijaría la barra de replanteo.
Materiales estructurales
En España lo más habitual es disponer de la tubería de acero y, excepcionalmente, añadir una barra GEWI de refuerzo en el interior. Sin embargo, en otros países como Francia o EEUU, también es habitual disponer únicamente barras sin presencia de tubería.
Respecto a los materiales cabe destacar que la Guía de Micropilotes establece aceros para la armadura tubular de calidades S235 a S460, sin embargo, lo más habitual es emplear acero N-80, según American Petroleum Institu (API), el cual tiene un límite elástico de 550 MPa y un límite de rotura de 680 MPa. Esto es debido a que gran parte del tubo empleado proviene de la reutilización de tubería empleada en la industria petrolífera. La argumentación para emplear este tipo de acero es que en la EN 11960 especifica como referencia la API 5CT. Este tipo de acero no puede tener marcado CE ya que su límite elástico es superior a 550 MPa.
Es importante asegurarse si el acero de la tubería es soldable ya que los requerimientos de composición química de la API para el acero N-80 son bastante flexibles. Generalmente son soldables pero la soldadura debe hacerse con electrodos básicos.
El problema de estos tubos es que no suelen mantener ni diámetro ni espesor a lo largo de toda su longitud. Además, suelen presentar óxido en el interior y el exterior, y tal vez una película de material que recubre el interior, procedente de su anterior uso de perforación. De modo que conviene examinarlos durante el suministro para garantizar tolerancias y limpieza.
Respecto a las barras, no se suelen disponer armaduras corrugadas convencionales, a menos que el micropilote sea corto. Sino se emplean barras GEWI con diámetros de hasta 63,5 mm (es raro superar los 40 mm) y con resistencias iguales a las armaduras convencionales, es decir, 500 MPa de límite elástico y 550 MPa de límite de rotura.
Diámetro de las tuberías
Respecto a los diámetros de tuberías, la Guía de Micropilotes propone una tabla de diámetros habituales pero no habla de espesores. Es habitual encontrar en proyectos que se emplean tubos normalizados para estructuras de acero convencionales con espesores de hasta 4 mm para optimizar la sección, sin embargo, los diámetros disponibles para micropilotes suelen ser los indicados en la tabla (o similares) ya que se ha comentado que su procedencia suele ser de la industria petrolera y los espesores no suelen ser inferiores a 6 mm ya que, con espesores menores, no se puede realizar el roscado del tubo.
Es muy recomendable acudir a catálogos de empresas suministradoras, donde se pueden conocer las tuberías disponibles:
Por último, un aspecto muy importante de los tubos es el elemento de conexión entre los mismos para alcanzar la longitud final (3-4 metros). Lo habitual es que los extremos se encuentren roscados y se establezca algún tipo de las siguientes uniones:
Estas uniones no se encuentran normalizadas y lo comentaremos en otro artículo pero el tipo de unión puede llegar a ser el factor fundamental que limitará la resistencia estructural del micropilote.
Volumen de inyección de micropilotes
Dentro de todos los variables que influyen en la inyección de lechada como son la resistencia, el escurrimiento, la presión de inyección, etc, el elemento en discordia por excelencia es el volumen de lechada inyectada.
En la Guía de Micropilotes se recoge una formulación con coeficientes para estimar la cantidad máxima prevista según el procedimiento de inyección:
Como se puede observar, para una inyección única se puede tener un 50% más de lechada y con una inyección repetitiva selectiva hasta 3 veces más. Sarcásticamente, en los pliegos de condiciones suele establecerse que el volumen normal es 3 veces el volumen teórico, cosa que viene definida también en la Guía de Anclajes como volumen normal de inyección:
En las obras es muy habitual que existan guerras continuamente por la medición y abono del exceso de lechada de inyección.
Conexión a encepado del micropilote
Los micropilotes son elementos muy pequeños pero que pueden trabajar a grandes cargas, incluso superiores a las 100 Tn. Esto supone un inconveniente en la conexión con el elemento de hormigón del encepado, de modo que es necesario de establecer de un elemento en cabeza de transmisión.
Nos encontramos habitualmente soluciones con barras soldadas, aunque generan serias dudas de cómo se genera el nudo de la biela en estos casos. La solución más coherente suele ser una placa metálica, la cual podemos encontrar sorprendentemente hasta sin rigidizadores. A pesar de ser elementos sometidos a grandes cargas son relegados a un segundo plano, siendo muy raro encontrar la justificación estructural de estos elementos en proyectos y, por supuesto, tampoco ejecutados y controlados en obra, especialmente la soldadura, como una estructura metálica convencional.
La recomendación es diseñar elementos en los que exista coherencia en la transmisión de la carga y sean fácilmente accesibles por el personal de obra.
CONCLUSIONES
Hay muchos aspectos a tener en cuenta para proyectar y ejecutar correctamente un micropilote, más allá de lo indicado en los documentos de referencia.
En muchos proyectos nos encontramos uno o un conjunto de errores habituales. Por ejemplo, el diámetro de perforación no estándar, diámetro y espesor de tubería no comercial, materiales mal designados, elementos de conexión sin justificar, etc.
En obra también nos encontramos un conjunto de errores y/o problemas habituales. Por ejemplo, replanteo de punto de perforación, imposibilidad de introducir la maquinaria, potencia necesaria de perforación superior a la maquinaria disponible, volúmenes de lechada inyectada inverosímiles, falta de control de soldaduras, etc.
Por todo lo anterior, las cimentaciones profundas son sector con un alto grado de especialización. Para lograrlo, se requiere la participación de personal capacitado y con experiencia, tanto para el proyecto como para la ejecución.
