Andrés Cruz Blanco Títol PFC
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1 Titulació: Enginyeria Industrial Alumne (nom i cognoms): Andrés Cruz Blanco Títol PFC: Proyecto constructivo de una Hinca para el transporte y distribución de servicios Director del PFC: Carles Romea Rosas Convocatòria de lliurament del PFC: Del 10 al 14 Setembre 2012
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Titulació:
Enginyeria Industrial
Alumne (nom i cognoms):
Andrés Cruz Blanco
Títol PFC:
Proyecto constructivo de una Hinca para el transporte y distribución de servicios
Director del PFC:
Carles Romea Rosas
Convocatòria de lliurament del PFC:
Del 10 al 14 Setembre 2012
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Titulació:
Enginyeria Industrial
Alumne (nom i cognoms):
Andrés Cruz Blanco
Títol PFC:
Proyecto constructivo de una Hinca para el transporte y distribución de servicios
Director del PFC:
Carles Romea Rosas
Convocatòria de lliurament del PFC
Contingut d’aquest volum: Memoria
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Titulació:
Enginyeria Industrial
Alumne (nom i cognoms):
Andrés Cruz Blanco
Títol PFC:
Proyecto constructivo de una Hinca para el transporte y distribución de servicios
Director del PFC:
Carles Romea Rosas
Convocatòria de lliurament del PFC
Contingut d’aquest volum: Anexos
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Titulació:
Enginyeria Industrial
Alumne (nom i cognoms):
Andrés Cruz Blanco
Títol PFC:
Proyecto constructivo de una Hinca para el transporte y distribución de servicios
Director del PFC:
Carles Romea Rosas
Convocatòria de lliurament del PFC
Contingut d’aquest volum: Pliego de condicones
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Titulació:
Enginyeria Industrial
……………………………………………………………………………………………..
Alumne (nom i cognoms):
Andrés Cruz Blanco
………………………………………………………………………………………………
Títol PFC:
Proyecto constructivo de una Hinca para el transporte y distribución de servicios
………………………………………………………………………………………………
Director del PFC:
Carles Romea Rosas
……………………………………………………………………………….…………….
Convocatòria de lliurament del PFC
……………………………………………………………………………………………..
Contingut d’aquest volum: Planos
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annex III: etiqueta llom esquerre,
part superior, de la carpeta general
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Nom i cognoms:
Andrés Cruz Blanco
convocatòria:
Setembre 2012
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núm. ………..
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Títol del projecte: Proyecto constructivo de una Hinca para el
transporte y distribución de servicios
Autor/a: Andrés Cruz Blanco
Director/a: Carles Romea Rosas
Estudis. Enginyeria Industrial
Curs: 2011-2012
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Exemple d’etiqueta interior:
Títol del Projecte: Proyecto constructivo
de una Hinca para el transporte y
distribución de servicios
Autor/a: Andrés Cruz Blanco Director/a: Carles Romea Rosas Estudis: Enginyeria Industrial
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ÍNDICE
1. Objeto de proyecto ....................................................................................... 8
2. Alcance del proyecto .................................................................................... 8
3. Servicios afectados ....................................................................................... 9
4. Ámbito de actuación ..................................................................................... 9
5. Descripción geométrica .............................................................................. 10
6. Alternativas de construcción ....................................................................... 10
6.1. Muro Pantalla........................................................................................... 10
6.2. Muro Tablestacas .................................................................................... 10
6.3. Muro Ménsula .......................................................................................... 11
6.4. Muro contrafuertes .................................................................................. 11
6.5. Muro pantalla de micropilotes ................................................................ 11
7. Bases del cálculo ........................................................................................ 12
7.1. Características del terreno ..................................................................... 12
7.2. Acciones ................................................................................................... 13
7.2.1. Acciones permanentes ....................................................................... 13
7.2.2. Acciones variables. ............................................................................. 17
7.2.2.1. Sobrecarga de uso ...................................................................... 17
7.2.2.2. Acciones térmicas y reológicas. ................................................. 17
7.2.3. Acciones accidentales......................................................................... 18
7.2.3.1. Sismo ............................................................................................ 18
8. Materiales ................................................................................................... 19
8.1. Hormigón armado.................................................................................... 19
8.2. Resistencia a la compresión. ................................................................. 19
8.2.1. Docilidad............................................................................................... 19
8.2.2. Tamaño máximo del árido. ................................................................. 19
8.2.3. Relación A/C ........................................................................................ 20
8.3. Acero corrugado. ..................................................................................... 20
8.4. Acero laminado........................................................................................ 20
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8.5. Acero conformado. .................................................................................. 20
8.6. Materiales de aportación. ....................................................................... 21
8.7. Definición del tipo de ambiente .............................................................. 21
8.8. Coeficientes de cálculo adoptados ........................................................ 21
8.9. Recubrimiento.......................................................................................... 22
9. Hipótesis. .................................................................................................... 22
9.1. Hipótesis de cálculo: estructuras de hormigón. .................................... 22
9.1.1. Estados límites últimos (ELU) ............................................................ 23
9.1.2. Estados límites de servicio (ELS) ...................................................... 23
9.1.3. Coeficientes de seguridad para estructura de hormigón. ................ 24
9.2. Hipótesis de cálculo: estructuras de acero. .......................................... 25
9.2.1. Estado Límite Último (ELU) ................................................................ 25
9.2.2. Estado Límite de Servicio (ELS) ........................................................ 26
9.3. Coeficientes de seguridad: estructuras de acero. ................................ 27
9.4. Comprobación de secciones de acero .................................................. 28
9.4.1. Criterios de comprobación .................................................................. 28
9.4.2. Interacción de esfuerzos en secciones. ............................................ 29
9.4.3. Comprobación del grueso de la sección ........................................... 30
9.4.4. Calculo de la tensión tangencial ........................................................ 30
9.4.5. Caso particular de las secciones circulares ...................................... 30
10. Cálculo del armado ..................................................................................... 30
10.1. Procedimiento general ............................................................................ 31
10.1.1. Papel de la armadura ...................................................................... 31
10.1.2. Cuantía mínima geométrica............................................................ 31
10.1.3. Cuantía mínima mecánica .............................................................. 31
10.1.4. Recubrimiento mecánico utilizado ................................................. 32
10.2. Criterios de armado ................................................................................. 32
10.2.1. Armadura principal a flexión ........................................................... 34
10.2.2. Cuantía geométrica mínima............................................................ 34
(artículo 42.3.5. de la EHE) ............................................................................... 34
10.2.3. Cuantía mecánica mínima (artículo 42.3.2. de la EHE) ............... 34
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10.2.4. Cálculo de la armadura a flexión según las tablas universales de
cálculo para sección rectangular. ...................................................................... 35
10.2.5. Cálculo a flexión simple con tabla .................................................. 35
10.2.6. Cálculo a flexión compuesta con tabla .......................................... 36
10.3. Armadura a cortante ............................................................................... 36
10.3.1. Cálculo de la armadura a cortante ................................................. 37
10.4. Consideraciones sobre el armado de secciones .................................. 39
10.5. Armadura longitudinal de montaje ......................................................... 39
10.6. Armadura longitudinal de refuerzo en vigas ......................................... 40
10.7. Armadura transversal .............................................................................. 40
11. Micropilotes ................................................................................................ 41
11.1. Armaduras ............................................................................................... 41
11.2. Lechadas y morteros de cemento ......................................................... 42
11.2.1. Consideraciones generales ............................................................ 42
11.2.2. Lechadas de cemento ..................................................................... 42
11.3. Protección contra la corrosión ................................................................ 43
11.3.1. Consideraciones generales ............................................................ 43
11.4. Cálculo de los micropilotes ..................................................................... 43
11.4.1. Carga admisible de los pilotes........................................................ 43
11.4.2. Coeficientes adicionales de seguridad .......................................... 43
11.4.3. Excentricidades y Pandeo .............................................................. 44
11.4.4. Proximidad otras fundamentaciones.............................................. 44
11.4.5. Esfuerzos debidos al transporte y colocación ............................... 44
11.4.6. Carga de hundimiento de un piloto aislado ................................... 45
11.4.7. Rozamiento negativo....................................................................... 45
11.5. Comprobaciones específicas a efectuar ............................................... 46
11.5.1. Comprobación frente al hundimiento ............................................. 46
11.5.2. Resistencia unitaria por punta ........................................................ 46
11.5.3. Resistencia por fuste ....................................................................... 47
11.5.4. Capacidad portante del terreno ...................................................... 48
11.5.5. Fallo estructural de los micropilotes ............................................... 48
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11.6. Cálculo de los tirantes............................................................................. 50
11.6.1. Seguridad frente al arrancamiento del bulbo ................................ 50
11.6.2. Comprobación de la tensión admisible del acero ......................... 50
12. Modelización de las acciones sobre la pantalla de micropilotes .................. 51
12.1. Empujes del terreno ................................................................................ 51
12.2. Métodos de dimensionamiento .............................................................. 51
12.3. Método de BLUM .................................................................................... 52
12.4. Cálculo simplificado: método base empotrada ..................................... 52
12.5. Metodología de cálculo ........................................................................... 53
12.5.1. Programa Muros Pantalla de CYPE .............................................. 53
12.5.2. Modelo de cálculo de esfuerzos ..................................................... 54
12.5.2.1. Definición de los empujes ........................................................... 54
12.5.2.2. Cálculo en situación sísmica ...................................................... 57
12.6. Perfiles de acero ..................................................................................... 60
12.7. Los anclajes ............................................................................................. 60
12.8. Puntales ................................................................................................... 60
12.8.1. Los puntales metálicos.................................................................... 61
12.9. Metodología de cálculo de puntales ...................................................... 61
12.9.1. General ............................................................................................. 61
12.9.2. Puntales metálicos .......................................................................... 62
12.10. Criterios generales de cálculo ................................................................ 64
13. Método de ejecución de hinca de tubería por el procedimiento de escudo
abierto en obras con equipo de empuje simultáneo de tubería. ......................... 64
13.1. Método de hinca ...................................................................................... 64
13.2. Estación principal de empuje ................................................................. 65
13.3. Pozo de ataque ....................................................................................... 65
13.4. Escudo de perforación ............................................................................ 66
13.5. Sistema de extracción............................................................................. 66
13.6. Equipo de guiado .................................................................................... 66
13.7. Sistema de inyección de bentonita ........................................................ 67
13.8. Metodología de trabajo ........................................................................... 67
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13.9. Principios de aplicación .......................................................................... 67
13.10. Límites del avance de tubos................................................................... 69
13.11. Condicionamiento del terreno ................................................................ 70
13.12. Fuerzas de avance .................................................................................. 70
14. Proceso constructivo. ................................................................................. 72
14.1. Demolición ............................................................................................... 72
14.2. Retirada de elementos urbanos ............................................................. 72
14.3. Definición de la solución ......................................................................... 72
14.4. Proceso de faseamiento constructivo.................................................... 73
14.4.1. Levantamiento de las confrontaciones existentes y regulación de
la plataforma de trabajo. .................................................................................... 73
14.4.2. Ejecución de los microgilotes ......................................................... 74
14.4.3. Ejecución de los aguieros rellenados con Iechada de cemento . 74
14.4.4. Ejecución del 1° Nivel de arriostramiento ...................................... 74
14.4.5. Ejecución del 2° nivel de arriostramiento ...................................... 74
14.4.6. Ejecución del 3° nivel de arriostramiento ...................................... 75
14.4.7. Excavación final ............................................................................... 75
14.4.8. Ejecución de la losa de cimentación .............................................. 75
15. Estudio de seguridad y salud ...................................................................... 75
16. Control de calidad ....................................................................................... 76
17. Pliego de condiciones técnicas particulares ................................................ 76
18. Declaración de obra completa .................................................................... 77
19. Periodo de las obras ................................................................................... 77
20. Periodo de garantía .................................................................................... 77
21. Plan de obra ............................................................................................... 77
22. Presupuesto ............................................................................................... 78
23. Bibliografía.................................................................................................. 78
24. Documentos que integran del proyecto ....................................................... 79
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1. Objeto de proyecto
El objeto del proyecto es el diseño y construcción de una hinca. Estará constituida por dos pozos, uno de ataque y otro de recepción.La hinca servirá para el paso de servicios de instalaciones que confluyen en la zona de actuación.
La hinca, ubicada en la C/Llacuna de Barcelona cruce con Avda/ Diagonal, pretende abastecer la demanda del servicio a banda y banda de la avenida diagonal de Barcelona.
El tranvía que cruza la avenida diagonal, la afluencia de tráfico en la zona y la imposibilidad de ejecutar un paso mediante rasas, hacen que la construcción de la hinca sea la solución más óptima.
Se prevé que la hinca se use como paso de instalaciones de diversas compañías de electricidad, agua y telefonía.
Se ha proyectado la construcción de dos pozos, uno de ataque y otro de recepción, para la manipulación y mantenimiento de las instalaciones, que además se utilizarán como zona de registro y maniobra de las mismas.
2. Alcance del proyecto
El ámbito del estudio es la excavación y contención periférica para la construcción de una hinca y dos pozos para la instalación de servicios circundantes al edificio de Las Glories de Barcelona.
El documento trata de la presentación, descripción y justificación a nivel de proyecto de construcción y ejecución, de una solución periférica para las excavaciones a realizar así como la hinca de tubería con escudo abierto. La hinca secaracteriza por la introducción de tubos mediante el empuje simultáneo de tubería y la excavación del frente del terreno.
Por razón de síntesis, sólo se ha estudiado en este proyecto de fin de carrera el tema de laspantallas de micropilotes perimetrales y la ejecución de la hinca de tubo, también se ha diseñado los pilares, losas y resto de estructura que es necesaria para su correcto funcionamiento. Para concluir se ha analizado el proceso constructivo de los pozos.
El proyecto incluye la descripción de las fases de obra, los cálculos analíticos, los cálculos realizados con programas informáticos, un estudio de impacto ambiental, presupuesto, pliego de condiciones técnicas y otras informaciones adicionales.
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3. Servicios afectados
La evaluación social de los proyectos consiste en comparar los beneficios y los costos que ellos implican para la sociedad. Este proyecto pretende dar la infraestructura necesaria para que las empresas suministradoras de servicios de agua, electricidad y telefonía, puedan utilízalo para abastecer la zona de actuación de mejoras en las instalaciones ya existentes.
Dado el gran número de instalaciones que confluyen en el ámbito de actuación se pretende que las empresas se apoyen en la hinca y puedan prever posibles cortes de suministros por averías, ocasionadas algunas veces por instalaciones defectuosas o con un mantenimiento precario.
En el anexo dedicado a los servicios afectados en la zona se muestra el elevado tráfico de instalaciones que pasan por la zona. Se procederá pues al desvió previo de las ya existentes, manteniendo el suministro y en el caso necesario puedan reponer las instalaciones definitivas mediante la hinca de tubo.
Este proyecto pretende ser beneficioso para los usuarios de las instalaciones, ya que la zona está siendo fuertemente dinamitada desde haces varios años.
4. Ámbito de actuación
La zona de actuación forma parte del 22@Barcelona. Esta zona transforma doscientas hectáreas de suelo industrial del Poblenou en un distrito productivo innovador que ofrece espacios modernos para la concentración estratégica de actividades intensivas en conocimiento. Esta iniciativa es a la vez un proyecto de renovación urbana y un nuevo modelo de ciudad que quiere dar respuesta a los retos de la sociedad del conocimiento.
Es el proyecto de transformación urbanística más importante de la ciudad de Barcelona en los últimos años y uno de los más ambiciosos de Europa de estas características, con un potencial inmobiliario alto y una inversión pública del plan de infraestructuras de 180 millones de euros.
Por tanto resulta interesante poder abastecer de servicio de climatización y otras instalaciones en el 22@barcelona ya que la creciente implantación de grandes empresas en la zona hace muy atractivo su explotación.
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5. Descripción geométrica
Los pozos tanto de ataque como recepción, tienen unas dimensiones en planta de 10 m de largo por 5 m de ancho, con una profundidad de 10m. El diámetro de perforación de la hinca de tubo es de 1.8m nominales. La longitud de la hinca de tubo será de 58 metros.
6. Alternativas de construcción
Las alternativas que se han tenido en cuenta para el diseño y cálculo son las siguientes y están desarrolladas en el anexo alternativas de construcción.
Muro Pantalla Muro Pantalla micropilotes Muro Tablestacado Muro Ménsula Muro de contrafuertes
6.1. Muro Pantalla
Los muros pantalla son un tipo de cimentación profunda muy usada en edificios de altura. Se trata de unas paredes que se construyen al efectuar una excavación profunda, con la doble misión de resistir los empujes del terreno y, en ciertos casos, evitar o limitar la entrada de agua al terreno. También sirven para recoger las cargas verticales que las puedan transmitir otros elementos estructurales y constituyen la solución más eficaz para limitar los movimientos del terreno consecuentes a toda excavación, y reducir el riesgo de daños en construcciones próximas. Dado la utilidad de los muros pantalla se desestima esta opción como solución constructiva.
6.2. Muro Tablestacas
Las tablestacas se constituyen de madera, hormigón armado o acero. Las más usadas son de material constituido por metal. Se emplean con frecuencia en obras de tierra, en Ingeniería Civil especialmente, y con menos ocurrencia en edificación. El uso de tablestacas se presta fácilmente para el sostenimiento lateral del terreno y, sobre todo, en presencia del nivel freático.
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Su gran virtud resalta en obras provisionales donde se puede utilizar para aislar el nivel freático del terreno, para posteriormente rellenar con los áridos necesarios y retirar la pantalla de tablestacado. Dado que en la obra a ejecutar existe la aparición de freático esta alternativa hubiera sido interesante, pero su carácter provisional hacen declinar esta alternativa.
6.3. Muro Ménsula
Estos muros por lo general son económicos para alturas menores de 10 metros. Se diseñan para soportar la presión de tierra, el agua debe eliminarse con diversos sistemas de drenaje que pueden ser barbacanas colocadas atravesando la pantalla vertical, o sub-drenajes colocados detrás de la pantalla cerca de la parte inferior del muro. Si el terreno no está drenado adecuadamente, se puede presentar presiones hidrostáticas no deseables.
Debido a las características de los trabajos a realizar y de la profundidad de los pozos, esta alternativa es desestimada.
6.4. Muro contrafuertes
Los muros con contrafuertes suelen ser los más económicos. La pantalla de estos muros resiste los empujes trabajando como losa continua apoyada en los contrafuertes, es decir, el refuerzo principal en el muro se coloca horizontalmente. Son muros de hormigón armado, para alturas mayores a 10 metros. No obstante dado la naturaleza de la obra no son adecuados.
6.5. Muro pantalla de micropilotes
Las aplicaciones más usuales de los micropilotes en obras de carretera, que se recogen en la guía para el proyecto y ejecución de micropilotes en obras de carretera, son las siguientes.
Estructuras de cimentación: pueden emplearse tanto en obra nueva como en recalces o reparaciones de estructuras preexistentes
Obras de nueva planta: su campo de aplicación fundamental son las estructuras con espacio de trabajo reducido o acceso complicado, los terrenos difíciles de perforar por intercalación de niveles rocosos, bolos o bloques de grandes dimensiones, etc. Los micropilotes transmiten las cargas de manera menos concentrada y más uniforme que los pilotes, pudiendo suponer una ventaja en determinadas circunstancias, como por ejemplo en zonas constituidas por roca alterada.
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Obras de reparación, refuerzo, rehabilitación, mejora o recalce de estructuras preexistentes: incluye la remodelación de aquéllas que presentan incrementos de las solicitaciones, la actuación frente a determinadas patologías geotécnicas.
Estructuras de contención o sostenimiento del terreno: normalmente se disponen formando alineaciones o grupos numerosos con varias inclinaciones, se encepan en cabeza y se acompañan de anclajes u otras unidades de obra. Se sitúan en un mismo plano, generalmente vertical o formando abanico. Por todo lo expuesto y por la sencilla ejecución de los trabajos frente a otras alternativas, todos los pozos descritos en este proyecto serán de pantallas de micropilotes.
7. Bases del cálculo
7.1. Características del terreno
Los perfiles utilizados para el estudio de la estación se obtienen del estudio geotécnico realizado por una empresa GEOCACHING, que a partir de sondeos, ha determinado un perfil del terreno según el trazado previsto.
Muestra del perfil:
Fig 1 Perfil del terreno
Descripción:
-Nivel R: Relleno de arcillas de color oscuro además arenas irregulares y medianamente consolidado.
-Nivel A: Arenas medianas marrones, saturadas poco compactas.
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-Nivel B: Arcillas limosas y arenas argilosas, orgánicas, marrones-grisáceas. De muy poco a medianamente compactas.
-Nivel C: Arenas de grano fino, de marrón a grisáceas con restos de crustáceos. De muy sueltas a medianamente densas.
-Nivel E: Arenas de grano fino, de marrón a grisáceas medianamente densas.
El nivel freático medido en los sondeos de reconocimiento va de los 10.2 m a los 10.5 m desde la cota de iniciación de la perforación. Dado la proximidad del solar al mar se puede suponer que la oscilaciones máximas y mínimas interanuales de esta nivel freático serán del orden de los +/- 30 cm.
7.2. Acciones
Las acciones que solicitan a cada uno de los elementos que componen la estructura estarán de acuerdo con el Código Técnico de la Edificación (CTE) al Documento básico SE-AE. Seguridad estructural Accionas en la edificación, capítulos 2, 3 y 4, en referencia a las acciones gravitatorias permanentes y variables.
Las acciones a considerar en cada una de los pozos no varían. Las acciones previstas en cada caso figuran en el Anexo de cálculo y se especifica las acciones utilizadas.
7.2.1. Acciones permanentes
Se consideran acciones permanentes las cargas debidas al peso propio del elemento resistente, cerramientos, elementos separadores y las cargas debidas al terreno
Peso propio
Las pantallas de micropilotes son de hormigón armado y se ha considerado, conforme con el EHE, artículo 10.2, un peso específico de 25kN/m3.
Carga muerta
Se ha considerado un recubrimiento máximo de tierras de 0.75 metros sobre la rasante del muro, con un peso específico de 20 kN/m3
Acciones sobre el terreno
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Se utiliza la caracterización del terreno que proporciona el estudio geotécnico y que es resumido en la parte este mismo informe y en el Anexo – Estudio geotécnico.
Empuje de tierras Para estudiar los empujes de un macizo de tierras limitado por un muro u otro elemento resistente, utilizaremos la teoría de CULOMBIO. Esta teoría establece que el empuje unitario activo producido por un terreno homogéneo no cohesivo sobre el trasdós de un muro, en el caso de trasdós plano y superficie libre llanura exenta de sobrecarga, responde a una ley lineal con la siguiente expresión:
( )v v
senp z q
sen
vvsen
senqzp
)(
- Coeficiente de empuje activo horizontal.
2
2
2
( )
( ) ( )1
( ) ( )
h
sen
sen sensen
sen sen
- Coeficiente de empujón activo vertical.
cot ( )v h g
Dónde:
z Profundidad media desde la coronación del muro
t Densidad del terreno α Inclinación del *trasdós del muro q Carga uniformemente repartida sobre terreno
Ángulo de rozamiento entre muro y terreno
Inclinación del terreno respecto al horizontal
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Ángulo de rozamiento interno c Cohesión
En caso de terrenos cohesivos podría considerarse el efecto favorable de la cohesión, pero dado que esta depende de la humedad del terreno, no se puede garantizar que a lo largo de la vida del muro el terreno no pierda su cohesión.
Si existe un nivel freático en una profundidad z0, el empuje en un punto cualquiera del Trasdós del muro a una profundidad z > z0 desde su coronación será:
0( )( )
h h w
senp z q z z sen
sen
0( ) cos( )
v v w
senp z q z z
sen
El peso de las tierras a una cierta profundidad se calcula por la fórmula
·tPt z
En caso de que las tierras soporten una carga repartida, sería necesario añadirla
al valor ( t· z)
· ·t tPt z q
- Presión en terreno de cimentación. De acuerdo con el informe geotécnico “Centro Catalán de Geotecnia”, los valores de diseño de los elementos de contención de tierras y fundamentos valen:
MEMORIA
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Tipo de terreno Valores de cálculo adoptados.
γtpeso específico aparente = 1,9 T/m3 γspeso específico saturado = 2,0 T/m3 ángulo de rozamiento interno = 25º c cohesión = 0,15 kg/cm2 tensión admisible = 2.5 kg/cm2 K módulo de balasto = 0.5 kg/cm3
Cargas verticales debidas al tráfico de vehículos
Para el cálculo del empuje producido por las cargas verticales debidas al tráfico se ha cogido un valor proporcionado por cálculo de carretas. Con un valor de 2.5 kN/m2
Empuje sobre pantallas debido a las sobrecargas
Para el cálculo del empuje del terreno sobre las pantallas, se considera actuando en la parte superior del terraplén una sobrecarga de 5 kN/m2 siguiendo así la norma Instrucción sobre las acciones a considerar en el proyecto de puentes de carretera (IAP-11) (véase Anexo .. –en cuanto a las sobrecargas de uso a
considerar en terraplenes adyacentes a una estructura.
Empuje sobre pantallas debido a las cimentaciones de los edificios próximos
Para el cálculo del empuje se han considerado las cargas proporcionadas por el Anexo A – Valores de sobrecarga. que aconseja utilizar una sobrecarga de 5 kN/m2 por estar cerca de una zona comercial
Sobrecargas debidas al agua
Hay que considerar la sobrecarga debida al agua cuyo nivel se considera igual a -10.2m para la cota de diseño. En este proyecto, se considera como una sobrecarga normal, es decir con un coeficiente parcial de seguridad de 1,5 pero según el CTE DB-SE (véase Anexo I
MEMORIA
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Tabla1 Acciones
7.2.2. Acciones variables.
7.2.2.1. Sobrecarga de uso
La sobrecarga de uso es el peso de todo lo que puede gravitar sobre el edificio por razón de su uso. Los efectos de la sobrecarga de uso se simulan con la aplicación de una carga uniformemente repartida teniendo en cuenta los valores facilitados en la tabla 3.1 del DB.SEAE. En el presente proyecto se ha considerado una sobrecarga de uso de 10kN/m2 en el caso de la solera que estará solicitada por el peso de los equipos de hincado. y 5 kN/m2 en el caso de los forjados de coronación.
7.2.2.2. Acciones térmicas y reológicas.
Según el CTE, artículo 3.4. Pueden no considerarse acciones térmicas a las estructuras formadas por vigas y pilares cuando se disponen juntas de dilatación a distancia adecuada.
Acciones Permanentes
Valor
Cargas verticales debidas al tráfico de vehículos
2.5 kN/m2
Empuje sobre pantalla micropilotes debido a las sobrecargas
5 kN/m2
Empuje sobre pantallas micropilotes debido a las cimentaciones de los edificios próximos
5 kN/m2
Empuje sobre pantalla de micopilotes debido al agua.
1.5 kN/m2
MEMORIA
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No se han considerado para el cálculo de las pantallas. Para la retracción del hormigón, la presencia de juntas transversales hace que el fenómeno no tenga mucha influencia, y verticalmente, el fenómeno no es relevante. Para la fluencia, su efecto hace que las deformaciones tengan tendencia a aumentar, y en particular las deformaciones debidas a las flexiones, pero el cálculo práctico hace que se puede despreciar su efecto.
Por tratarse de un elemento de cimentación enterrado, rodeado por una parte por el terreno cuya temperatura cambia muy poco y por otra parte por la atmósfera artificial controlada de la estación, no se ha considerado la acción térmica como un elemento relevante para el dimensionamiento.
7.2.3. Acciones accidentales
7.2.3.1. Sismo
Dada la situación geográfica de la estructura y según la norma NCSE-02 (véase el Anexo I – Normativa del proyecto), es necesario realizar el cálculo sísmico de las pantallas cuando la aceleración sísmica de cálculo es superior a 0,04g.
Clasificación de las construcciones
Los pozos son una construcción de importancia especial. Mapa de peligrosidad sísmica - Aceleración sísmica básica
La carta y la tabla proporcionada por la normativa da, para la ciudad de Barcelona, sitio de la construcción de la hinca, una aceleración básica ab = 0,04 g y un coeficiente K = 1.
Aceleración sísmica de cálculo. Según la norma NCCR-02 “Norma de Construcción Sismo resistente Parte General y Edificación”
Situación de la obra: Barcelona
Aceleración básica ab = 0,04 x g m/s2
Coeficiente de contribución k = 1
Edificio de normal importancia = 1
Aceleración sísmica de cálculo ac = 0,04 x g m/s2.
MEMORIA
19
Según el artículo 1.2.3. “Criterios de aplicación de la norma”, no es obligatoria su aplicación cuando la aceleración sísmica de cálculo sea inferior a 0,04g. Por lo tanto, no se considerará la acción sísmica.
8. Materiales
8.1. Hormigón armado El material será utilizado para la realización de los elementos que componen la obra. Sus características más relevantes son las siguientes:
8.2. Resistencia a la compresión. La resistencia característica de proyecto, fck es el valor que se adopta al proyecto para la resistencia a compresión, como base de los cálculos.
La resistencia característica no será inferior a 20 N/mm2 en hormigones en masa, ni a 25 N/mm2 en hormigones armados o pretensados.
La resistencia adoptada para el presente proyecto es de 30 N/mm2.
8.2.1. Docilidad. La docilidad del hormigón será la necesaria para que el hormigón rodee las armaduras sin solución de continuidad y llene completamente los encofrados sin que se produzcan huecos.
La docilidad del hormigón se valorará determinando su consistencia, acción que se llevará a cabo según el método de ensayo UNE correspondiente.
En elementos con función resistente queda prohibida la utilización de hormigones de consistencia fluida.
8.2.2. Tamaño máximo del árido.
A falta de referencias específicas, el tamaño máximo del árido se fija en 20 mm y de tipo rodado.
MEMORIA
20
8.2.3. Relación A/C
La máxima relación agua/cemento y el contenido mínimo de cemento tendrán que cumplir las especificaciones recogidas a la EHE-08
8.3. Acero corrugado. Para las armaduras pasivas utilizadas al hormigón se utilizarán a todos los elementos de la estructura aceros corrugados de límite elástico no menor a f y = 500 N/mm2. Según la Instrucción EHE-08 se considera como límite elástico fy del acero, el valor de la tensión que produce una deformación permanente del 0,2%.
En circunstancias especiales también se podrá utilizar para otro tipo de elementos como puedan ser anclajes o tirantes.
8.4. Acero laminado.
Utilizado para la realización de los elementos estructurales metálicos, tanto principales como secundarios.
El acero utilizado para la realización de los diferentes elementos estructurales del presente proyecto es del tipo S-275.
Las características mecánicas más relevantes del acero tipo S-275 son las siguientes:
Límite elástico 2750 N/mm2
Resistencia a tracción 4400 N/mm2
Alargamiento de rotura 24 %
Módulo de elasticidad: E = 2100000 kp/cm2
Módulo de elasticidad transversal: G = 810000 kp/cm2
Coeficiente de Poisson: m = 0.30
Coeficiente de dilatación t= 1,2 x 10-5 m/m Cº
Peso específico = 7850 kg/m3
8.5. Acero conformado.
Utilizado principalmente para la realización de los elementos estructurales secundarios.
El acero utilizado para la realización de los diferentes elementos secundarios del presente proyecto es del tipo S-275
MEMORIA
21
Las características mecánicas más relevantes del acero tipo A37b son las siguientes:
Límite elástico .............................275 N/mm2
Resistencia a tracción ................... kg/cm2
Alargamiento de rotura ..................26 %
8.6. Materiales de aportación.
Las características mecánicas de los materiales de aportación serán en todos los casos superiores a las del material base. Las calidades de los materiales de aportación ajustadas a la norma EN ISO 14555 se considerarán aceptables.
8.7. Definición del tipo de ambiente
Según la Tabla. 8.2.2 Clases generales de exposición relativas a la corrosión de las armaduras (Anexo, se considera una clase de exposición para los pozos de tipo normal, con humedad media y por lo tanto de tipo IIa por ser un elemento enterrado o sumergido
Además, faltaría saber el estudio geotécnico de si hay o no hay ninguna agresividad en el terreno que justifique la utilización de un hormigón particular como lo muestra la tabla Tabla 8.2.3.b. Clasificación de la agresividad química de la EHE. Así, se puede utilizar un hormigón de tipo IIa.
8.8. Coeficientes de cálculo adoptados
Según el artículo 15.3 de la EHE:
Situación de Proyecto
Hormigón γc
Acero pasivo y activo γs
Persistente o transitoria
1.5
1.15
MEMORIA
22
Accidental 1.3 1.0
Tabla2 Coeficientes para los materiales
8.9. Recubrimiento
Para esta parte, se tendría que seguir lo que dice la EHE, artículo 37.2.4. e). En efecto, la pantalla es un elemento hormigonado contra el terreno y por lo tanto se tiene que considerar un recubrimiento mínimo de 70mm. Sin embargo, los comentarios de este mismo artículo dice “En muros hormigonados contra el terreno, así como en el caso de pantallas y pilotes, la propia técnica constructiva conlleva un sobredimensionamientos que hacen que, sólo en estos casos, no sea necesaria la especificación adicional de 70mm de recubrimiento mínimo que establece el apartado e) del presente Artículo”. Como recubrimiento mínimo, se podría considerar el de la norma para un HA-30/F/20/IIa y un control normal de la ejecución, según la tabla 37.2.4 o sea rnom = 35mm pero para tener en cuenta la notificación de la EHE, se considera un recubrimiento geométrico de 50mm.
9. Hipótesis.
Las hipótesis de cálculo vienen determinadas según el método de los estados límite que se clasifican en estado límite último (ELU) y estado límite de servicio (ELS). Estos se definen como aquellas situaciones para las que, en el caso de ser superadas, se puede considerar que la estructura no cumple alguna de las funciones para las que ha sido proyectada. Para su comprobación se utilizan los valores representativos de las acciones, que son el valor característico de las acciones afectado por los coeficientes de simultaneidad.
9.1. Hipótesis de cálculo: estructuras de hormigón.
Para cada una de las situaciones estudiadas se establecerán las posibles combinaciones de acciones. Una combinación de acciones consiste en un conjunto de acciones compatibles que se considerarán actuando simultáneamente para una comprobación determinada. Cada combinación, en general, estará formada por las acciones permanentes, una acción variable determinante y una o varias acciones variables concomitantes. Cualquiera de las acciones variables puede ser determinante.
MEMORIA
23
9.1.1. Estados límites últimos (ELU) Para estructuras de edificación y obra civil, simplificadamente, para las diferentes situaciones de proyecto, podrán seguirse los siguientes criterios:
Situaciones persistentes o transitorias
Situaciones con una sola acción variable Qk,1
Q+G k,1Q,1jk,jG,
1j
Situaciones con dos o más acciónes variables Qk,1
Q0,9+G ik,iQ,
1i
jk,jG,
1j
Situaciones sísmicas
Q0,8+A+G ik,iQ,
1i
kE,Ajk,jG,
1j
Gk,j Valor característico de les accions permanents
Qk,1 Valor característico de la acción variable
Ad Valor característico de la acción accidental
Coeficiente de simultaneidad
9.1.2. Estados límites de servicio (ELS) Por estos Estados Límite se consideran únicamente las situaciones de proyecto persistentes y transitorias. En estos casos, las combinaciones de acciones se definirán de acuerdo con los siguientes criterios:
Situación poco probable o frecuente
MEMORIA
24
Situaciones con una sola acción variable Qk,1
Situaciones con dos o más acciones variables Qk,1
Situaciones casi permanentes
Q0,6+G ik,iQ,
1i
jk,jG,
1j
9.1.3. Coeficientes de seguridad para estructura de hormigón.
Coeficientes parciales de seguridad para las acciones, aplicables para la evaluación de los Estados Límite Últimos:
Tipos de acción Situación persistente o transitoria Situación accidental
Efecto favorable
Efecto desfavorable
Efecto favorable
Efecto desfavorable
Permanente γG = 1,00 γG = 1,5 γG = 1,00 γG = 1,00
Permanente de valor no constante
γG = 1,00 γG = 1,50 γG = 1,00 γG = 1,00
Variable γQ = 0,00 γQ = 1,6 γQ = 0,00 γQ = 1,00
Accidental - - γA = 1,00 γA = 1,00
Tabla 3 Coeficientes de seguridad
Q+G k,1Q,1jk,jG,
1j
Q0,9+G ik,iQ,
1i
jk,jG,
1j
MEMORIA
25
Coeficientes parciales de seguridad para las acciones, aplicables para la evaluación de los Estados Límite de Servicio:
Tipos de acción Efecto favorable Efecto desfavorable
Permanente γG = 1,00 γG = 1,00
Permanente de valor no constante γG = 1,00 γG = 1,00
Variable γQ = 0,00 γQ = 1,00
Tabla 4 Coeficientes parciales de seguridad
Coeficiente de minoración de la resistencia del hormigón:
a = 1,5
Coeficiente de minoración de la resistencia del acero:
a = 1,15
Estos coeficientes corresponden a un nivel de control normal.
9.2. Hipótesis de cálculo: estructuras de acero.
9.2.1. Estado Límite Último (ELU)
Según el artículo 13.2 de la EHE, tenemos que considerar las combinaciones de acciones siguientes:
Situaciones permanentes o transitorias:
iki
i
iQkQPjk
j
jG QQPG ,,0
1
,1,1,,
1
,
Situaciones accidentales:
MEMORIA
26
iki
i
iQkQPjk
j
jG QQPG ,,0
1
,1,1,,
1
,
Gk,j Valor característico de les accions permanents
Qk,1 Valor característico de la acción variable
Ad Valor característico de la acción accidental
Coeficiente de simultaneidad
9.2.2. Estado Límite de Servicio (ELS)
Por estos Estados Límite se consideran únicamente las situaciones de proyecto persistentes y transitorias. En estos casos, las combinaciones de acciones se definirán de acuerdo con los siguientes criterios:
Efectos debidos a acciones de corta duración que pueden resultar irreversibles
*
*
, , , ,1 ,1 , 0, ,,1 1 1
· · · · ·G j k j k j Q k Q i i k iG jj j i
G G Q Q
Efectos debidos a acciones de corta duración que pueden resultar reversibles
*
*
, , , ,1 1,1 ,1 , 2, ,,1 1 1
· · · · ·G j k j k j Q k Q i i k iG jj j i
G G Q Q
Efectes deguts a accions de llarga durada
*
*
, , , , 2, ,,1 1 1
· · · ·G j k j k j Q i i k iG jj j i
G G Q
MEMORIA
27
El cálculo de los diferentes elementos que integran la estructura se realiza aplicando en cada caso las cargas ponderadas, obtenidas al afectar con los correspondientes coeficientes las acciones definidas en esta memoria.
9.3. Coeficientes de seguridad: estructuras de acero. Coeficientes parciales de seguridad para las acciones, aplicables para la evaluación de los Estados Límite Últimos.
Tipo de acción Situaciones permanentes-transitorias:
Situaciones Accidentales
Efecto favorable
Efecto desfavorable
Efect0 favorable
Efect0 desfavorable
Permanente γG = 0,8 γG = 1,35 γG = 1,00 γG = 1,00
Variable γQ = 0,00 γQ = 1,5 γQ = 0,00 γQ = 1,00
Accidental - - γA = 1,00 γA = 1,00
Tabla 5 Coeficientes de seguridad
Coeficientes parciales de seguridad para las acciones, aplicables para la evaluación de los Estados Límite de Servicio:
Tipos de acción Efecto favorable Efecto desfavorable
Permanente γG = 1,00 γG = 1,00
Variable γQ = 0,00 γQ = 1,00
Tabla 6 Coeficientes de seguridad
Coeficientes parciales de seguridad para determinar la resistencia:
MEMORIA
28
M0 = 1,05 coeficiente parcial de seguridad relativo a la plastificación del material
M1 = 1,1 coeficiente parcial de seguridad relativo a los fenómenos deinestabilidad.
M2 = 1,25 coeficiente parcial de seguridad relativo a la resistencia última del material o sección, y a la resistencia de los medios de unión.
9.4. Comprobación de secciones de acero
9.4.1. Criterios de comprobación
Se ha seguido los criterios indicados en el Código Técnico de la Edificación, Documento Básico SE-A, para realizar la comprobación de la estructura, de acuerdo con los siguientes estados límites:
A. Estado límite de equilibrio
Se comprueba que en todos los nudos se tienen que igualar las cargas aplicadas con los esfuerzos de las barras. No se realiza la comprobación general de vuelco de la estructura.
B. Estado límite de rotura La comprobación a rotura de las barras, sometidas a la acción de las cargas mayoradas, se desarrolla de la siguiente forma:
Descomposición de la barra en secciones y cálculo a cada una de ellas de los valores de momentos, flectores, cortantes, axil de compresión y axil de tracción.
Cálculo de las tensiones combinadas en las siguientes secciones:
Sección de máxima compresión
Sección de máxima tracción
Sección de máximo momento flector según el eje Yp
Sección de máximo momento flector según el eje Zp
MEMORIA
29
Sección de mayor tensión tangencial combinada
Sección de mayor tensión combinada, que puede coincidir con alguna de las anteriores, aunque no necesariamente.
Obtención de las seis combinaciones de solicitaciones más desfavorables por las correspondientes secciones de la barra.
La comprobación de agotamiento, referida a los ejes de una sección cualquiera es:
2 23· ;n u
Donde;
- Es la tensión resultante en la sección considerada.
- u Es la resistencia de cálculo depende del tipo de acero y dividida por el coeficiente de minoración del acero.
- n Es la tensión normal.
- Es la tensión tangencial
9.4.2. Interacción de esfuerzos en secciones.
Para secciones de clase 1 y 2
1,
,
,
,
, Rdzpl
Edz
Rdypl
Edy
Rdpl
Ed
M
M
M
M
N
N
Para secciones de clase 3
1,
,
,
,
, Rdzel
Edz
Rdyel
Edy
Rdpl
Ed
M
M
M
M
N
N
Para secciones de clase 4
MEMORIA
30
1,0
,
,0
,
, Rdz
NyEdEdz
Rdy
NyEdEdy
Rdu
Ed
M
eNM
M
eNM
N
N
9.4.3. Comprobación del grueso de la sección
1,,,,,,
, ydz
EdzNEdzzm
zz
ydyLT
EdyNEdyym
y
Rdb
Ed
fW
NeMck
fW
NeMck
N
N
9.4.4. Calculo de la tensión tangencial
Viene dada por la expresión siguiente:
9.4.5. Caso particular de las secciones circulares
En el caso de barras de forma circular, con módulos resistentes, áreas e inercias iguales en el eje Yp y Zp, se compone vectorialmente los momentos My y Mz en lugar de sumarlos algebraicamente como aparece en las expresiones anteriores. De esta forma se consigue un cálculo más cercano a la realidad en este tipo de barras
10. Cálculo del armado
Se trata de dimensionar las armaduras longitudinales que resiste la flexión-compuesta, y las armadurae transversales y en particular los cercos para resistir al cortante. Se ha seguido el principio de los estados Límites Últimos y de los
xx
tal
y
y
y
zz
z
M
W
F
A
F
A; ; ;
y z x
2 2
MEMORIA
31
Estados Límites de Servicio conforme a lo que explicita la EHE y las bases de partida fueron los gráficos de la ley de axiles (compresión), la ley de cortante y la ley de momento flectores del programa Muros Pantalla de CYPE así como las hipótesis hechas en cuanto al tipo de hormigón y al acero utilizado. De manera general, se ha determinado una armadura base.
10.1. Procedimiento general
10.1.1. Papel de la armadura
El hormigón es un material que resiste muy poco a la tracción pero muy bien a la compresión. Cuando tiene que resistir a esfuerzos de tracción, se añaden barras de acero que tienen el papel de contener la tracción a la que el hormigón no puede resistir sólo.
Básicamente, hay dos conceptos que hay que tener en cuenta cuando se trata de dimensionar la armadura:
- tiene que resistir al esfuerzo a tracción que el hormigón sólo no puede contener.
- tiene que estar en cierta cantidad lo que se llama las cuantías mínimas geométricas y mecánicas.
10.1.2. Cuantía mínima geométrica
Estas cuantías geométricas mínimas se imponen con el fin de controlar la fisuración debida a las deformaciones causadas por los efectos de la temperatura y de la retracción. Estas cuantías mínimas varían en función de lo que se verifica, en particular entre el ELU a flexión y el ELU a cortante, que se definen a continuación.
10.1.3. Cuantía mínima mecánica
Esta limitación se ve impuesta para evitar que debido a la insuficiencia de la armadura a tracción para resistir a los esfuerzos, en el momento en el que se fisura el hormigón, se rompa la pieza sin aviso previo porque el hormigón ha alcanzado su resistencia a tracción. Mejor dicho, se trata de colocar una armadura a tracción mínima para que resista por lo menos más que el hormigón
MEMORIA
32
a tracción. Hay que entender que el hormigón tiene un comportamiento frágil y rompe sin avisar mientras que el acero tiene un comportamiento dúctil. Se trata de utilizar este último como aviso de un eventual fallo de la estructura.
10.1.4. Recubrimiento mecánico utilizado
Es un dato importante en el sentido en que fija el valor del canto útil de la sección d. Se ha escogido un recubrimiento geométrico de las pantallas de 5cm. Además, en una pantalla, se considera que la armadura exterior es la armadura horizontal (que así mantiene la armadura vertical adentro). Después, se ha siempre puesto al lado de la seguridad en cuanto a este recubrimiento mecánico, considerándolo con respecto al centro de gravedad de la armadura más adentro. Por fin, se ha impuesto como hipótesis de que la armadura transversal no puede tener un diámetro superior a 25mm y la armadura longitudinal máximo 32 mm lo que da un recubrimiento mecánico de 9,1cm máximo o sea un canto útil de d = 1,109m.
10.2. Criterios de armado
Los criterios considerados en el armado siguen las especificaciones de la Norma EHE, ajustándose los valores de cálculo de los materiales, los coeficientes de mayoración de cargas, las disposiciones de armaduras y las cuantías geométricas y mecánicas mínimas y máximas a las mencionadas especificaciones.
- Estado límite último de equilibrio. (Artículo 41º)
Se comprueba que en todos los nudos se tienen que igualar las cargas aplicadas con los esfuerzos de las barras.
- Estado límite de agotamiento ante solicitaciones normales (Artículo 42º)
Se comprueban a rotura las barras sometidas a flexión y axil debidas a las cargas mayoradas. Se consideran las excentricidades mínimas de la carga en dos direcciones (no simultáneas), en el cálculo de pilares.
- Estado límite de agotamiento por torsión (Artículo 45º)
MEMORIA
33
Se comprueba la resistencia del hormigón, las armaduras longitudinales y las transversales ante las solicitaciones normales y tangenciales de torsión producidas a las barras por las cargas mayorades. También se comprueban los efectos combinados de la torsión con la flexión y el cortante.
- Estado límite de punzonamiento (Artículo 46º)
Se comprueba la resistencia a punzonamiento en zapatos, forjados reticulares, losas de forjado y losas de fundamentación producido en la transmisión de solicitaciones a los pilares o por los pilares. No se realiza la comprobación de punzonamiento entre vigas y pilares.
- Estado límite de fisuración (Artículo 49º)
Se calcula la máxima fisura de las barras sometidas a las combinaciones casi permanentes de las cargas introducidas a las diferentes hipótesis.
- Estado límite de deformación (Artículo 50º)
Se calcula la deformación de las barras sometidas a las combinaciones correspondientes en los estados límite de servicio de las cargas introducidas a las diferentes hipótesis de carga. El valor de la inercia de la sección considerada se un valor intermedio entre el de la sección sin fisuración y la sección fisurada (fórmula de Branson). Los valores de las flechas calculadas corresponden a las flechas activas, donde se ha tenido en cuenta para su determinación el proceso constructivo del edificio, con los diferentes estados de cargas.
- Estado límite de inestabilidad (Artículo 43º)
Se realiza de forma opcional la comprobación del efecto del pandeo en los pilares de acuerdo con el artículo 43.5.3 de la norma EHE. Se define para cada pilar y a cada uno de sus ejes principales independientemente: si se desea realizar la comprobación de pandeo, se desea considerar la estructura traslacional, intraslacional o se desea fijar su factor de longitud de pandeo
(factor que al multiplicarlo por la longitud del pilar se obtiene la longitud de pandeo).
Si se fija el factor de longitud de pandeo de un pilar, se considerará que por este pilar la estructura se traslacional cuando sea mayor o igual que 1,0, y intraslacional en caso contrario.
MEMORIA
34
10.2.1. Armadura principal a flexión
Se trata de dimensionar la armadura longitudinal de los elementos constructivos, sometidos a una flexión compuesta, o sea una compresión, un momento flector y un cortante.
10.2.2. Cuantía geométrica mínima
(artículo 42.3.5. de la EHE)
Los elementos estructurales estudiados dispondrán del acero utilizado, siendos un B 500S por lo cual, con respecto a la sección total de hormigón, hay que considerar las cuantías geométricas mínimas siguientes:
Tabla 7 Cuantía geométrica mínima
10.2.3. Cuantía mecánica mínima (artículo 42.3.2. de la EHE)
La armadura resistente longitudinal traccionada deberá cumplir la siguiente limitación:
MEMORIA
35
1· 0.25· ·s yd cd
WA f f
h
10.2.4. Cálculo de la armadura a flexión según las tablas universales de cálculo para sección rectangular.
Se ha hecho una verificación de los cálculos utilizando para esto los métodos de cálculo a flexión simple y flexión compuesta. Así, se puede hacer una comprobación de los cálculos del programa. Se puede notar que la flexión compuesta hace referencia a los dominios 2, 3 o 4 del diagrama de pivotes característico del hormigón armado.
La teoría utilizada estriba en las ecuaciones adimensionales de equilibrio y compatibilidad para secciones rectangular, que han permitido crear tablas y diagramas de cálculo práctico. A continuación, se presenta la tabla universal para el dimensionamiento o la comprobación de secciones rectangulares sometidas a flexión simple o a flexión compuesta utilizada para las verificaciones de cálculos en este trabajo. La tabla proporciona las relaciones entre los parámetros δ, μ y ω. Los métodos consisten a deducir ω que nos da la capacidad mecánica necesaria para las armaduras. Hay que también comprobar si se necesita o no armadura a compresión.
10.2.5. Cálculo a flexión simple con tabla
Datos: momento de cálculo Md y las características de los materiales utilizados.
Se calcula el momento reducido 2· ·
d
cd
M
b d fy se compara con el valor de 0,252
(valor recomendable del Sr. Montoya) para determinar si se necesita una armadura a compresión o no.
Si μd< 0,252, no se necesita armadura a compresión y la única incógnita es la armadura a tracción. Se entra μd en la tabla anterior y se obtiene
· · · ·
yd
yd yd
AfU
b d f b d fpor lo tanto la capacidad mecánica de la armadura a
tracción (d y b fijados). Si μd > 0,252, se necesita armadura a compresión y consideramos un
estadolímite para el que tenemos. · · ·yd cdU A f b f
MEMORIA
36
10.2.6. Cálculo a flexión compuesta con tabla
Datos: momento de cálculo Md, la excentricidad e y las características de los materiales utilizados.
La hipótesis base del método estriba en el teorema de Ehlers que se reseña a continuación:
Todo problema de flexión compuesta puede reducirse a uno de flexión simple, sin más que tomar como momento el que produce el esfuerzo normal respecto a
la armadura de tracción ·d dM N e . La capacidad mecánica de la armadura de
tracción necesaria en flexión compuesta; · yd dU A f N
Tenemos la notación siguiente:
· ·
d
cd
M
b d f · ·
yd
yd
Af
b d f · ·
d
cd
N
b h f
x
d'
'
d
d
10.3. Armadura a cortante
- Estado límite de agotamiento frente a cortante (Artículo 44º)
Se comprueba la resistencia del hormigón, las armaduras longitudinales y las transversales ante las solicitaciones tangentes de cortante producidas por las cargas mayoradas.
El cálculo de la armadura a cortante se hace por metro lineal según el método general de cálculo de Bielas y Tirantes (Artículos 24 y 40 de la EHE).– Normativa del proyecto pero estriba básicamente en considerar la estructura o una parte de ella en una estructura de barras articuladas que representa su comportamiento. Las barras comprimidas son las bielas y representan la compresión del hormigón. Las barras traccionadas son los tirantes y representan las fuerzas de tracción de las armaduras (a cortante). La idea es que el cortante se transmite a lo largo de las bielas y tirantes hasta ser absorbido.
El modelo considerado y conforme a la figura 44.2.3.1.a de la EHE (artículo 44.2.3.1.).
Cuantía mínima (artículo 44.2.3.4.1. de la EHE)
MEMORIA
37
0· 0.02· ·cort yd cdA f f b
Además, se prolongará la colocación de cercos en una longitud igual a medio canto de la pieza, más allá de la sección en la que teóricamente dejen de ser necesarios.
Esfuerzo cortante efectivo (según artículo 44.2.2. de la EHE)
No se utiliza pretensado para nuestro problema por lo cual se considera V rd = Vd = valor de cortante de los gráficos de CYPE mayorado por el coeficiente de seguridad 1,5.
10.3.1. Cálculo de la armadura a cortante
(según artículo 44.2.3. de la EHE)
El estado límite de agotamiento por esfuerzo cortante puede ocurrir o sea por fallo a compresión del alma, es decir un fallo del hormigón, o sea por agotarse la resistencia a tracción que depende a la vez de la armadura longitudinal a tracción y de la armadura a cortante.
Así, hay que comprobar dos cosas 1rd uV V y 2rd uV V
Donde:
Vrd Esfuerzo cortante efectivo de cálculo, Vu1 Esfuerzo cortante de agotamiento por compresión oblicua en el alma
(resistencia o de la biela de hormigón),
Vu2 Esfuerzo cortante de agotamiento por tracción en el alma (resistencia del tirante de
o acero que es la armadura a cortante).
MEMORIA
38
Conforme con las hipótesis hechas y los comentarios de los artículos utilizados en la EHE, podemos aproximar los valores de Vu1 y Vu2 de la manera siguiente (el cálculo completo está en el Anexo I – Normativa del proyecto):
Cálculo de Vu1 (comentario artículo 44.2.3.1.)
0.3· · ·d cdV f b d
Donde;
fcd es la resistencia de cálculo a compresión del hormigón, o sea 20 N/mm2,
b0 es la anchura neta mínima del elemento, definida de acuerdo con el Artículo 40.3.5.
d es el canto útil de la sección considerada.
Cálculo de Vu2 sin armadura a cortante (comentario artículo 44.2.3.2.2.)
1
32 00.12· ·(100· · ) 0.15· · ·u l ck cdV f b d
Con:
2001
d,
0
0.02·
sl
A
b d
Donde;
As es el área de la armadura longitudinal pasiva traccionada. fck = 30 N/mm2
d
cd
c
N
Adonde Nd es el esfuerzo axil de cálculo y Ac el área total de la
sección de hormigón.
Cálculo de Vu2 con armadura a cortante (comentario artículo 44.2.3.2.2.)
u2 cu suV =V +V
1
31
2000.1 1 (100· · ) · · )cu ckV f b d
d
MEMORIA
39
Contribución del hormigón a la resistencia a esfuerzo cortante, con;
2001
d0
0.02·
sl
A
b d
fck = 30 N/mm2
· ·0.9·su cort ydV A f d
(Contribución de la armadura a cortante Acort incógnita) y fyd resistencia de cálculo a tracción del acero de la armadura a cortante de 434 N/mm2.
Ac es tal que cumpla con el sistema siguiente:
0
1
30
0.30· · ·
0.10· ·(100· · ) · ·
·0.90·
rd cd
rd l ckc
yd
V f b d
V f b dA
f d
10.4. Consideraciones sobre el armado de secciones
Se ha considerado un diagrama rectangular de respuesta de las secciones, asimilable al diagrama parábola-rectángulo pero limitando la profundidad de la línea neutra.
10.5. Armadura longitudinal de montaje
En el armado longitudinal de vigas, losas y se han dispuesto unas armaduras repartidas en un máximo de dos filas de redondos, estando los redondos separados entre sí según las especificaciones de la Norma: 2 cm. si el diámetro del redondo es menor de 20 mm. y un diámetro si es mayor. No se consideran
MEMORIA
40
grupos de barras. En cualquier caso la armadura de montaje los elementos de construcción puede ser considerada a los efectos resistentes.
En el armado longitudinal de pilares se han dispuesto unas armaduras repartidas como máximo en una fila de redondos, de igual diámetro, y, opcionalmente, con armadura simétrica a sus cuatro caras para el caso de secciones rectangulares. En el caso de secciones rectangulares, se permite que el diámetro de las esquinas sea mayor que el de las caras. Se considera una excentricidad mínima que se el valor mayor de 20 mm o 1/20 del lado de la sección, en cada uno de los ejes principales de la sección, todavía no de forma simultánea. La armadura se ha determinado considerando un estado de flexión desviada, comprobando que la respuesta real de la sección de hormigón más acero es menor que las diferentes combinaciones de solicitaciones que actúan sobre la sección. La cuantía de la armadura longitudinal de los pilares será, al menos, la fijada por la Norma: un 4‰ del área de la sección de hormigón.
10.6. Armadura longitudinal de refuerzo en vigas
Cuando la respuesta de la sección de hormigón y de la armadura longitudinal de montaje no son suficientes para poder resistir las solicitaciones a las que está sometida la barra o el área de acero se menor que la cuantía mínima a tracción, se han colocado las armaduras de refuerzo correspondientes.
La armadura longitudinal inferior (montaje más refuerzos) se prolonga hasta los pilares con una área igual al menos a 1/3 de la máxima área de acero en lo va y, en las áreas donde exista tracción, se coloca al menos la cuantía mínima en tracción especificada por la Norma. Las cuantías mínimas utilizadas son:
Acero B 400 S: 3,3 ‰
Acero B 500 S: 2,8 ‰
Cuantías expresadas en tanto por mil de área de la sección de hormigón.
Se limita el máximo momento flector a resistir a 20.45· · ·cdf b d
Conforme a las especificaciones de la Norma, y de forma opcional, se reducen las longitudes de anclaje de los refuerzos cuando el área de acero colocada en una sección sea mayor que la precisada según el cálculo.
10.7. Armadura transversal
MEMORIA
41
En el armado transversal de vigas y diagonales se ha considerado el armado mínimo transversal como la suma de la resistencia a cortante del hormigón y de la resistencia del área de los aros de acero, que cumplan las condiciones geométricas mínimas de la Norma EHE y los criterios constructivos especificados por la Norma NCSE-02. Las separaciones entre estribos varían en función de los cortantes encontrados a lo largo de las barras.
En el armado transversal de pilares se ha considerado el armado mínimo transversal con las mismas condiciones expuestas para las vigas. Se ha calculado una única separación entre aros para toda la longitud de los pilares, y en el caso de que sean de aplicación los criterios constructivos especificados por la Norma NCSE- 02 se calculan tres zonas de estribado diferenciadas.
Siempre se determina que los aros forman un ángulo de 90º con la directriz de las barras. Así mismo, siempre se considera que las bielas de hormigón formando 45º con la directriz de las barras. Se considera una tensión máxima de trabajo de la armadura transversal de 400 MPa.
Conforme a EHE, se comprueba el no agotamiento del hormigón y se calcula el armado transversal necesario para resistir los momentos torsores de vigas y pilares.
También se comprueba la resistencia conjunta de los esfuerzos de cortante más torsión y de flexión más torsión.
11. Micropilotes
Los micropilotes pueden considerarse como estructuras de contención o sostenimiento del terreno: normalmente se disponen formando alineaciones o grupos numerosos con varias inclinaciones, se encepan en cabeza o mediante una viga coronación y se acompañan de anclajes u otras unidades de obra. Se sitúan en un mismo plano (generalmente vertical) o formando abanico.
11.1. Armaduras
La armadura de los micropilotes considerados estará constituida por un tubo de acero estructural, pudiendo estar complementada por una o varias barras corrugadas de acero situadas en su eje, o dispuestas en torno al mismo.
Según el proceso de fabricación empleado, la armadura tubular deberá cumplir lo especificado en una de las dos normas siguientes, según el caso de que se trate:
MEMORIA
42
- UNE EN 10210. Perfiles huecos para construcción, acabados en caliente, de acero no aleado de grano fino.
- UNE EN 10219. Perfiles huecos para construcción, conformados en frío, de acero no aleado y de grano fino.
11.2. Lechadas y morteros de cemento
11.2.1. Consideraciones generales
El cemento para la fabricación de lechadas y morteros cumplirá lo especificado en las vigentesinstrucciones para la Recepción de Cementos (RC), Hormigón Estructural (EHE). Los cementos a utilizar para las lechadas y morteros de cemento serán los especificados por la EHE para cimentaciones de hormigón armado y su clase resistente será al menos 42,5 N. En caso de existir sustancias agresivas en el terreno, el cemento a utilizar deberá ser resistente al ataque de las mismas.
El agua de amasado y los aditivos deberán cumplir asimismo las especificaciones de la EHE.
A los efectos, se definen las lechadas como mezclas de cemento, agua y aditivos en su caso. Asimismo se denominan también lechadas, aquellas mezclas que incluyan la adición de polvo mineral o arena de tamaño inferior a dos milímetros (2 mm) en cantidad, inferior en peso, a la total de cemento de la mezcla. Las mezclas que incluyan áridos que superen las limitaciones anteriores de tamaño máximo o de peso total, serán consideradas como morteros.
11.2.2. Lechadas de cemento
La resistencia característica a compresión de la lechada a utilizar en micropilotes debe cumplir:
A veintiocho días de edad (28 d) será superior o igual a veinticinco megapascales (fck 25MPa).
A siete días de edad (7 d) será superior o igual que el sesenta por ciento de la requeridaa los veintiocho días (fck 7d < 0,6 fck).
MEMORIA
43
11.3. Protección contra la corrosión
11.3.1. Consideraciones generales
Las armaduras de los micropilotes y el resto de elementos metálicos de los mismos, como por ejemplo los de unión, deberán estar protegidos frente a la corrosión durante su vida útil. El sistema de protección considerado en esta Guía se basa en la disposición de un recubrimiento mínimo de la armadura, mediante lechada o mortero de cemento y en la consideración de una reducción del espesor de acero debida a la corrosión.
11.4. Cálculo de los micropilotes
Los pilotos se calculan y arman esencialmente como pilares, con las siguientes excepciones:
11.4.1. Carga admisible de los pilotes
Para calcular la carga admisible de un grupo de pilotos de un mismo encep, se calcula previamente la carga de hundimiento de un piloto aislado.
11.4.2. Coeficientes adicionales de seguridad
Se pueden definir los coeficientes adicionales de seguridad siguientes:
Un coeficiente reductor ( 1,0) de la resistencia del hormigón por hormigoado vertical.
Un coeficiente de minoración ( 1,0) de la resistencia del acero de las armaduras. Este coeficiente será normalmente 1,0 en pilotos prefabricados.
Un coeficiente de mayoración ( 1,0) de las cargas. Dada la inexactitud inherente a la construcción de un piloto hormigonado
“in situ”, se define un coeficiente de reducción de las dimensiones de la sección del piloto a efectos resistentes.
MEMORIA
44
11.4.3. Excentricidades y Pandeo
Las excentricidades mínimas y la longitud de pandeo se fijan de manera específica. Tenemos que tener en cuenta que las imprecisiones de replanteo e inclinación de micropilotes son muy superiores a las de los pilares. Además, no es posible inspeccionar el piloto una vez ejecutado.
Por otro lado, el terreno en el que se introduce el piloto proporciona una determinada coacción lateral que reduce significativamente la longitud de pandeo respecto a la de un pilar de igual dimensión.
11.4.4. Proximidad otras fundamentaciones
La proximidad otras fundamentaciones provoca empujes horizontales a lo largo de parte del fuste del piloto, el que se traduce en flexiones que se añaden a las procedentes de la estructura. Para evaluar este momento adicional, se utiliza la expresión
16
hh
Q k LM
Donde;
Mh es el momento adicional a considerar Qh es el empuje, en kgf/ml ó kN/ml, transmitido por la cimentación
próxima al pilar L es la longitud total del pilote k es un factor menor de 1,0 que indica la parte de fuste del piloto
afectada por este empuje.
11.4.5. Esfuerzos debidos al transporte y colocación
Los pilotos prefabricados pueden sufrir debido a su propio peso y cómo se trasladan e hincando hasta su posición, momentos flectores que se tienen que tener en cuenta. Estos momentos no sueño adicionales, puesto que desaparecen una vez el piloto está situado a su posición definitiva.
MEMORIA
45
Este momento, que sólo se aplica a los pilotos prefabricados, se evalúa según la expresión
2p LM
x
Donde;
p es el peso propio por metro lineal del piloto L es la longitud del piloto x es un factor a definir
11.4.6. Carga de hundimiento de un piloto aislado
La carga de hundimiento se define como la máxima carga vertical que puede transmitir un piloto aislado de unas determinadas dimensiones al terreno. La transmisión de esta carga al terreno puede hacerse por dos mecanismos:
Por fricción o pilotos flotantes. La transmisión se realiza mediante el rozamiento entre el terreno (de resistencia media a baja) y el fuste del pilote.
Por punta o pilotos columna. La transmisión se realiza a la punta del piloto, asentado normalmente en un estrato más resistente que en el terreno superior.
11.4.7. Rozamiento negativo
Este fenómeno se produce debido a asentamientos o consolidaciones del terreno, que queda parcialmente „colgado‟ de los pilotos, a los que transmite por lo tanto una tensión tangencial.
La carga transmitida al piloto por este fenómeno se calcula mediante la expresión.
n
i
viinegsF1
, ·
MEMORIA
46
Donde;
i es cada una de las unidades geotécnicas consideradas a lo largo del piloto
β es 0,25 en arcillas y limos blandos; 0,1 en arenas flojas y 0,8 en arenas densas.
vi es la tensión efectiva en el punto del madera considerado
11.5. Comprobaciones específicas a efectuar
Se trata de verificar si el terreno en el que está empotrada la pantalla puede resistir a los esfuerzos recibidos y transmitidos por la pantalla. Por eso, si se hace una analogía con un pilote de hormigón armado realizado in situ, hay que verificar dos cosas: la resistencia por puntal y la resistencia por fuste. Para estas comprobaciones, se utiliza el capítulo F.2.1 del CTE DB-SE-C haciendo la hipótesis de suelo granular
11.5.1. Comprobación frente al hundimiento
El valor de la resistencia de cálculo frente al modo de fallo de hundimiento Rc,d deberá ser mayor o igual que el esfuerzo axil (compresión) de cálculo transmitido por la estructura en la hipótesis más desfavorable Nc,Ed es decir:
,cd c EdR N
donde:
Rc,d: Resistencia de cálculo frente al modo de fallo de hundimiento (esfuerzo axil de compresión).
Nc,Ed: Esfuerzo axil de cálculo (compresión), obtenido a partir de acciones mayoradas.
La resistencia de cálculo frente al modo de fallo de hundimiento será la suma de las resistencias de cálculo por fuste y por punta, las cuales dependen tanto de las características del micropilote, como del terreno de su entorno.
11.5.2. Resistencia unitaria por punta
MEMORIA
47
· · 20p p vp qq f N MPa
Donde;
fp toma el valor de 2,5 para pilotes hormigonados in situ.
σ‟vo La resistencia unitaria de hundimiento por punta de pilotes en suelos granulares se podrá estimar con la expresión siguiente:
Nq el factor de capacidad de carga definido por la expresión
1·
1
tgsene
sen
donde φ es el ángulo de rozamiento interno del suelo.
Nota: La presión vertical efectiva corresponde a la presión vertical que ejerce el terreno en la punta considerando su densidad sumergida y sin considerar el peso del agua.
11.5.3. Resistencia por fuste
Se trata de tener en cuenta el rozamiento que existe entre el terreno y la pantalla y que transmite el esfuerzo al terreno que tiene que resistir.
Según el mismo capítulo, la resistencia unitaria por fuste en suelos granulares se puede estimar
de la manera siguiente
' · · · 120f v fk f tg kPa
Donde;
σ‟v la presión vertical efectiva al nivel considerado; kf el coeficiente de empuje horizontal f el factor de reducción del rozamiento del fuste; φ el ángulo de rozamiento interno del suelo granular.
MEMORIA
48
11.5.4. Capacidad portante del terreno
La capacidad portante del terreno por metro lineal es la suma de la resistencia de la resistencia en punta y de la resistencia por fuste, considerando un coeficiente de seguridad de 2 para la fricción y de 3 para la punta y sea L la longitud equivalente de pilote. Así, tenemos que verificar
11.5.5. Fallo estructural de los micropilotes
3.6.1. Resistencia estructural del micropilote a compresión
Se debe comprobar:
, ,c Rd c EdN N
Dónde:
Nc,Rd: Resistencia estructural del micropilote sometido a esfuerzos de compresión, o máxima capacidad que se le puede asignar como elemento estructural frente a este tipo de esfuerzos.
Nc,Ed: Esfuerzo axil de cálculo (compresión), obtenido a partir de acciones mayoradas.
La resistencia estructural del micropilote sometido a esfuerzos de compresión se puede determinaren general, mediante la siguiente expresión:
, 0.85 · · ·1.20
c Rd c cd s yd
e
RN A f A f
F
Dónde:
Ac Sección neta de lechada o mortero, descontando armaduras. Para calcularla se debe utilizar el diámetro nominal del micropilote.
fcd Resistencia de cálculo del mortero o lechada de cemento a compresión
ckcd
c
ff
MEMORIA
49
fck: Resistencia característica del mortero o lechada de cemento a compresión simple, a los veintiocho días (28 d) de edad.
γc: Coeficiente parcial de seguridad para el mortero o lechada, γc = 1,50. As: Sección total de las barras corrugadas de acero. fsd: Resistencia de cálculo del acero de las armaduras corrugadas.
400sksd
s
ff MPa
fsk: Límite elástico del acero de las armaduras corrugadas, que puede obtenerse de la tabla 2.2.
γs: Coeficiente parcial de seguridad para el acero de las armaduras corrugadas15. Se tomará
un valor de uno coma quince (γs = 1,15). fyd: Resistencia de cálculo del acero de la armadura tubular. Deberá
considerarse menor o igual que cuatrocientos megapascales:
400y
yd
a
ff MPa
fy: Límite elástico del acero de la armadura tubular, que puede obtenerse de la tabla 2.1.
γa: Coeficiente parcial de seguridad para el acero de la armadura tubular16. (γa = 1,10).
Aa: Sección de cálculo de la armadura tubular de acero:
2
,2 ·4
a e e i u cA d r d F
Dónde:
de: Diámetro exterior nominal de la armadura tubular. re: Reducción de espesor de la armadura por efecto de la corrosión, que
puede obtenerse de la tabla 2.4. di: Diámetro interior nominal de la armadura tubular. Fu,c: Coeficiente de minoración del área de la armadura tubular en función
del tipo de unión (compresión). Salvo justificación expresa se deberán adoptar los valores de latabla 3.4.
MEMORIA
50
11.6. Cálculo de los tirantes
Por el diseño y cálculo de los anclajes no definitivos se sigue el que dice la “Guía para el diseño y ejecución de anclajes del terreno en obras de carretera”
11.6.1. Seguridad frente al arrancamiento del bulbo
· ·
ndadm
n b
P
D L
Donde;
Pnd es la carga nominal mayorada del anclaje Pnd = F1. *Pn En el caso de provisional se toma F1 = 1,2 Dn = Diámetro nominal del bulbo Dn = α . Ø perforación ( entubado) α Coeficiente amplificador que en mujer la expansión del terreno por la
presión de la llechada dependen del tipo de suelo y del tipo de inyección.Tomamos α = 1.30
Lb = Longitud del bulbo según valores de cálculo σadm Adherencia admisible frente al deslizamiento o arrancamiento del
terreno que rodea el bulbo, 3
admadm
F, para tirantes provisionales
F31.45
11.6.2. Comprobación de la tensión admisible del acero
Para anclajes provisionales
1.25
pkndfP
at
1.10
ykndfP
at
MEMORIA
51
Donde;
Pnd carga nominal mayorada at Area del tirante fpk Límite de rotura del acero de los tirantes 1.910 N/mm2 fyk Límite *elastic del acero 1.710 N/mm
12. Modelización de las acciones sobre la pantalla de micropilotes
La idea en esta parte es modelar el comportamiento del terreno en función de las características del mismo ( γ,c,φ ) y de las cargas para obtener la ley de tensiones transmitidas en la interacción terreno-micropilotes. Evidentemente, las leyes de esfuerzos dependen de la fase del proceso constructivo. Para este ejemplo, se modeliza los dos pozos, el de ataque y recepción.
12.1. Empujes del terreno
En trasdós, se dispone de un terreno con varios estratos que tienen por lo tanto características distintas y coeficientes de empuje distintos. Por lo cual, sería necesario calcular para cada estrato los coeficientes de empuje. No obstante, el objetivo es dar una idea de lo que ocurre, se aproxima el coeficiente de empuje para todos los estratos, o sea KA = 0,3 y KP = 3 (y por lo tanto se considera un ángulo de rozamiento interno igual a 30º). Además, para el valor de la densidad, se considera 19.8 kN/m3 para todos los estratos. Así, considerando sólo los empujes del terreno, se tiene una ley de empuje triangular
12.2. Métodos de dimensionamiento
Básicamente, los libros como las normas proponen varios tipos de dimensionamiento, se ha decidido utilizar el método simplificado de Blum que presentados brevemente a continuación. Estos cálculos presentan incertidumbre porque la deformación de la pantalla y la interacción suelo-pantalla tienen una gran influencia. Hay que precisar que se tratan de casos muy específicos que no se aplican todas a situaciones con varios apoyos.
MEMORIA
52
12.3. Método de BLUM
Fig 2 Esquema Método Blum
La hipótesis fundamental de este método es que el momento de todas las fuerzas respecto al centro de rotación C, punto de giro de la pantalla, es nulo. Por lo tanto en el intradós existe un empuje pasivo en la zona BC y activo en la zona CD. En el trasdós existe empuje activo en la zona AC y pasivo en la zona CD. Este último suele llamarse contra-empuje (Fig. 5.3.13. a)). El Sr. BLUM introduce una simplificación adicional considerando el contra-empuje como una fuerza R, concentrada en el punto C, aceptando además que para que se desarrolle el contraempuje basta tomar h2 = 0,2.h1.
Las dos incógnitas son ahora R1 y h (según Fig.5.3.13. b)) por lo cual basta utilizar las dos ecuaciones del equilibrio para resolver el problema (h es conocida por ser la altura total de excavación en intradós).
12.4. Cálculo simplificado: método base empotrada
MEMORIA
53
Fig 3 Esquema Base empotrada
En el punto donde el empuje activo y el empuje pasivo son iguales, Ea= Ep se considera que el momento es nulo. Esto permite calcular la pantalla como dos vigas biapoyadas AC y CE ver esquema.
Si el empotramiento es muy grande y la pantalla muy flexible frente al terreno que contiene, la deformada de la pantalla será tal como la A‟BC‟DE‟ que se indica en la figura y aparecen empujes pasivos y activos tanto en el trasdós como en el intradós, que junto con la reacción N en el apoyo han de equilibrar la pantalla. Aparecen ahora las incógnitas N, h1, y h2 y el problema es por tanto hiperestático. Además de las dos ecuaciones de equilibrio, hace falta una tercera, que ha de derivarse de alguna condición de deformación. La más frecuente es la de imponer que la deformada de la pantalla tenga tangente vertical en el punto D situado en la profundidad h1.
12.5. Metodología de cálculo
12.5.1. Programa Muros Pantalla de CYPE
Para el cálculo de esfuerzos en las pantallas se utiliza el programa CORTINA DE MICROPILOTES, de CYPE, específico para este tipo de cálculo, que tiene en cuenta tanto las características del terreno como la contención (puntales y anclajes eventuales), los forjados, las fases de ejecución (en particular diferenciar las fases constructivas y las fases de servicio), etc., y modifica el empuje del terreno en función de las deformaciones de la pantalla.
MEMORIA
54
12.5.2. Modelo de cálculo de esfuerzos
El modelo de cálculo empleado por este programa consiste en una barra vertical cuyas características mecánicas se obtienen por metro transversal de pantalla. Sobre dicha pantalla actúan: el terreno, tanto en el trasdós como en el intradós, las cargas sobre el terreno (sobrecarga y edificio cercano), los forjados de coronación y los puntales. La introducción de elementos de contención como puntales añade condiciones de contorno a la pantalla que se materializan a través de muelles de rigidez igual a la rigidez axil del elemento. En el caso de forjados, su acción se reproduce con la introducción de un axil sobre la pantalla al nivel correspondiente con una rigidez equivalente.
Los empujes sobre la pantalla dependen de los desplazamientos de ésta. Para tener en cuenta esta interacción, se utiliza el diagrama de comportamiento del terreno de la Fig.5.4.1. Los desplazamientos límite activo y pasivo se obtienen a través de los módulos de balasto activo y pasivo del terreno.
Fig 4 Empujes
12.5.2.1. Definición de los empujes
El programa considera los tres tipos de empuje:
Empuje al reposo: el terreno empuja pero el muro no sufre apenas deformaciones es decir que son nulas o despreciables. Tenemos lo que
MEMORIA
55
podemos considerar como un equilibrio. Se utiliza la teoría de Jaky para determinarlo según la fórmula siguiente:
· ·rep repP z K
Siendo;
Prep= 1-sinφ z = profundidad, γ = densidad del terreno, φ = ángulo de rozamiento interno del terreno.
Empuje activo: el terreno empuja al muro permitiéndose las suficientes deformaciones en la dirección del empuje para llevar el terreno a su estado de rotura. Se utiliza la teoría de Coulomb para determinarlo. Sean ph y pv los valores de presión horizontal y vertical en un punto del trasdós situado a una profundidad z,
tenemos:
· ·h hP z
· ·v vP z
Siendo;
2
2
2
( )
( ) ( )1
( ) ( )
h
sen
sen sensen
sen sen
cot ( )v h g
Donde;
MEMORIA
56
z: Profundidad α: ángulo del parámetro del muro con la horizontal (90º en nuestro caso),
γ: densidad del terreno δ: ángulo de rozamiento muro-terreno aconseja escoger este ángulo como igual a los 2/3 del ángulo de
rozamiento interno
φ: ángulo de rozamiento interno del terreno β: ángulo de talud del terreno (0º en nuestro caso).
A la vista de los valores ya fijados, tenemos las fórmulas reducidas siguientes:
2
2
2
(90 )
( ) ( )1
(90 )
h
sen
sen sensen
sen
cot (90 )v h g
Empuje pasivo: el muro se desplaza contra el terreno, lo comprime y éste reacciona. Se utiliza también la teoría de Coulomb para determinarlo. Este cálculo es similar al cálculo del empuje activo, sólo es necesario cambiar el signo del ángulo de rozamiento interno del terreno en las fórmulas anteriores (porque el desplazamiento se hace en el sentido contrario) lo que nos da:
2
2
2
(90 )
( ) ( )1
(90 )
h
sen
sen sensen
sen
cot (90 )v h g
MEMORIA
57
· · 2 · ·cosh h hP z c y
· ·v vP z
Siendo c la cohesión del terreno.
12.5.2.2. Cálculo en situación sísmica
CYPE permite hacer el cálculo en situación sísmica o mejor dicho el cálculo dinámico. Emplea el método el método de Mononobe-Okabe.
Este método fue desarrollado por los señores Mononobe y Okabe y se trata de un método pseudos-estática que se apoya en las teorías clásicas de empuje activo.
Las hipótesis son las siguientes:
superficie de rotura plana,
el muro puede deformarse hasta alcanzar el empuje activo,
todos los puntos del relleno están sometidos a la misma aceleración en un mismo instante.
Sean s el coeficiente sísmico horizontal y v el vertical, se define el ángulo θ de la resultante de
las fuerzas aplicadas a una masa m.
Fig 5 Definición de parámetro s,v yθ
MEMORIA
58
El empuje total Ed, incluido el debido a la acción sísmica, viene dado por la fórmula:
21· · ·(1 )·
2d sE H v
Donde
2
2
( )
cos · ( )
( ) ( )1
cos( )· ( )
h
sen a
sen
sen sen
sen
Representado como
Fig 6 Definición de parámetro β,δ
y además:
φ : ángulo de rozamiento interno del terreno,
α: adhesión del terreno (según CTE DB-SE-C, se trata de la resistencia al corte de un contacto terreno-estructura, cuando la presión normal efectiva sobre el contacto es nula)
δ : ángulo de rozamiento terreno-muro,
α : ángulo de la pantalla con a horizontal (90º en el caso estudiado),
β : ángulo del terreno del talud (0º en el caso estudiado).
MEMORIA
59
Con las simplificaciones debidas al problema, la fórmula es:
2
2
( )
cos · ( 90)
( ) ( )1
cos( 90)
h
sen a
sen
sen sen
El libro del Sr. Calavera aconseja escoger para el ángulo δ de rozamiento entre relleno y muro valores muy moderados, e incluso nulo, debido a la vibración que acompaña al sismo
21· · · 1 ·
2s sE H v
Donde;
2 2
h v
En cuanto a su punto de aplicación, el empuje activo en situación normal se aplica a una cota H/3 por encima del plano de cimentación y el incremento de empuje debido al sismo a una cota 3/5H según la teoría de SEED como lo muestra la figura siguiente:
MEMORIA
60
Fig 7 Definición de parámetro β,δ
12.6. Perfiles de acero
Dadas las acciones que tiene que contener la estructura, o sea el empuje de las tierras y del agua principalmente, para impedir esfuerzos sobre ella demasiados grandes, hay que colocar elementos de contención a medida que se va excavando. En esta parte, se trata de definir las soluciones que existen para este problema, justificar y dimensionar la solución, o sea el apuntalamiento.
12.7. Los anclajes
El anclaje consiste en un tirante pretensado que atraviesa la pantalla y que sostiene el terreno en trasdós anclándose en los estratos más resistentes. De hecho, estos tirantes absorben los empujes que tendrían que actuar sobre la pantalla creando un tipo de contra-empuje.
La ventaja principal de este dispositivo es que deja libre la zona de obra porque va directamente en el terreno. Sin embargo, se encuentra también en el subsuelo de los terrenos vecinos o bajo la vía pública lo que necesita que no molesten al existente pero además autorizaciones especiales para la obra. No hay problema si se trata de un anclaje temporal y que la constructora se compromete a retirarlo después de la obra, lo que no es lo más sencillo, pero sino, modifica sensiblemente el comportamiento del terreno en la zona anclada maciza.
12.8. Puntales
Se trata de una viga de acero, de hormigón (armado o no) o de madera que trabaja a compresión (empujes del terreno). Esta solución es muy bien cuando la distancia entre pantalla de la excavación no es demasiada grande. Para evitar el pandeo, existen soluciones que consisten a colocar entre las pantallas, en el centro, un especie de pilar que sirve de apoyo para los puntales. Para excavaciones anchas, se puede también pensar en puntales que se apoyan en
MEMORIA
61
el fondo de la excavación y contra la pantalla (con un ángulo a 45º con la horizontal por ejemplo).
Por fin, es importante precisar que los forjados colocados a lo largo de la excavación desempeñan el papel de punto de sujeción por su rigidez axil que se opone al desplazamiento de la pantalla.
12.8.1. Los puntales metálicos.
Se ha escogido un perfil que se compone de perfiles HEB 220, 260 y 360 soldados en toda la longitud.
El acero es un material que trabaja muy bien a tracción pero también resiste bien a compresión. La ventaja principal que tiene con respecto al puntal de hormigón armado es que la puesta en obra es muy rápida porque sólo es necesario colocarlo con una grúa u otro equipo. No obstante, la densidad elevada del acero limita su uso a perfiles ligeros porque sino ya con su peso propio está sometido a una acción importante y una deformada inicial para el cálculo a pandeo perjudicable. Así, estos puntales son reservados para los empujes más pequeños y son temporales.
12.9. Metodología de cálculo de puntales
12.9.1. General
Los esfuerzos axiles que actúan sobre los puntales vienen directamente de los resultados de CYPE. El coeficiente de mayoración de esfuerzo utilizado es de 1,6. La idea general es de tomar en cuenta la deformación inicial debida al peso propio que crea una excentricidad y de considerar además la acción de los empujes de las pantallas que se traducen por esfuerzos axiles en los puntales.
De hecho, se trata de un dimensionamiento por comprobación, es decir que se escoge una estructura base que está determinada por pre-dimensionamiento
MEMORIA
62
(requisitos constructivos y/o arquitecturales, experiencia, etc.) y después se comprueba que resiste.
12.9.2. Puntales metálicos
Para los puntales metálicos, se ha seguida el CTE DS SE-A. Se trata de hacer un análisis elástica dimensionando el puntal considerando el fenómeno de pandeo.
Se ha realizado un cálculo en secundo orden imponiendo una imperfección local inicial en el centro de la barra, con una deformada de tipo sinusoidal (o similar) que se va amplificando durante el proceso de carga. Esta imperfección inicial reprenda la imperfección geométrica de la pieza pero también la flecha debida al peso propio del elemento. El problema se reduce finalmente a una comprobación a flexo-compresión.
El procedimiento es el siguiente :
- Cálculo de la compresión crítica por pandeo (o fuerza de Euler)
2
2
,
· ·cr
k i
E IN
L
E el módulo de elasticidad del acero (210.000 N/mm2 según capítulo 4.2. punto 3 de la CTE DB SE-A), Ii el momento de inercia de la sección para flexión en el plano de verificación considerado i-i y Lk,i la longitud de pandeo de la pieza según i-i.
Cálculo de la esbeltez reducida· y
cr
A f
N
MEMORIA
63
λ = que es la relación entre la resistencia plástica de la sección de cálculo y la compresión crítica por pandeo.
Cálculo exacto del factor de reducción χ a partir del capítulo 6.3.2.1. punto 2 del CTE DB SE-A según la fórmula 1
22
11
k
Donde:
20.5· 1 ( 0.2)k k
Cálculo de la imperfección de cálculo que es la suma de la imperfección inicial y de la imperfección debida a la flecha inicial (peso propio)
Cálculo de los esfuerzos de sección sobre la sección central
Finalmente, se verifica que se cumple la comprobación a flexo-compresión
,
,
1
1
· ·
Ed Ed
y i y
el i
M Mo
N M
f fA W
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12.10. Criterios generales de cálculo
Acciones consideradas
De manera general, hay que considerar dos acciones principales o El peso propio que origina un momento flector Conforme con la EHE, artículo 10.2, el peso específico conforme con el CTE DB SE-A, capítulo 4.2. punto 3, la densidad del acero es de 78.500 kN/m3. Los esfuerzos de la pantalla de micropilotes sobre el puntal.
13. Método de ejecución de hinca de tubería por el procedimiento de escudo abierto en obras con equipo de empuje simultáneo de tubería.
13.1. Método de hinca
La hinca de tubería con escudo abierto se caracteriza por la introducción de tubos mediante el empuje simultaneo de tubería y la excavación del frente del terreno.
Para poder realizar con éxito este trabajo, el equipo básico debe estar compuesto por:
Estación hidráulica principal de empuje, que acciona los cilindros principales de empuje, así como las posibles estaciones intermedias instaladas
Bastidor, cilindros hidráulicos de empuje, placa de reparto de esfuerzos y aro de empuje.
Los siguientes componentes se instalan en el pozo de ataque.
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Escudo mecánico de perforación con su correspondiente herramienta de corte (excavadora o rozadora de ataque puntual). La herramienta de excavación viene determinada por las características geológicas y geotécnicas del terreno.
Sistema de extracción (vagonetas)
Equipo de guiado (emisor de láser u otro tipo de equipo utilizado en este tipo de obras)
Grúa o sistema de evacuación de detritus así como para posicionamiento de los
tubos.
Generador eléctrico de potencia adecuada
Sistema de inyección de lodos bentoniticos para reducir el rozamiento de la tubería.
13.2. Estación principal de empuje
Compuesto por un equipo hidráulico de alta presión (hasta 500 bar) y accionado eléctricamente, que tiene por objeto realizar el suministro de aceite hidráulico a los cilindros principales de empuje para avanzar los tubos en la dirección de la hinca.
También se puede acoplar al suministro de aceite hidráulico para las estaciones intermedias.
Los Cilindros Hidráulicos se acoplan por un extremo a la placa de apoyo sobre el muro de reacción y por el otro al Anillo de empuje. El esfuerzo de los Cilindros Hidráulicos se transmite al muro de reacción del pozo a través de la placa de apoyo y al tubo mediante el acoplamiento de éste al aro de empuje. Éste, efectúa el movimiento de avance y retroceso sobre el bastidor colocado sobre la solera del pozo.
Una vez los cilindros principales de empuje son extendidos totalmente, se procede a retraerlos para permitir la colocación de otro tubo delante del anillo de empuje
El número de Cilindros Hidráulicos y su carrera estará en función de las dimensiones de la tubería, esfuerzos máximos que permite dicha tubería así como la longitud de las hincas a realizar.
13.3. Pozo de ataque
Después de la apertura de un pozo para la instalación de la Estación Principal de empuje, se procede a introducir en el terreno el escudo de avance en el frente.
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13.4. Escudo de perforación
Colocado delante del primer tubo, tiene por objeto la entibación y sostenimiento del frente de excavación así como el recorte de la sección de excavación El sistema de excavación en el frente puede efectuarse mediante una rozadora de ataque puntual o por medio de una retroexcavadora.
Posteriormente se instala el tubo de trabajo, donde se instala todo el accionamiento eléctrico e hidráulico para manejar el sistema de excavación.
Retroexcavadora montada en escudo Rozadora montada en escudo En la unión entre el escudo de perforación y el tubo siguiente (tubo de trabajo) se colocan una serie se cilindros hidráulicos de pequeñas dimensiones y pequeño recorrido que permiten la orientación del escudo respecto a la tubería para poder corregir las desviaciones de la tubería.
13.5. Sistema de extracción
Estara compuesto por una cinta situada detrás del escudo que vierte el material o detritus en una vagoneta de capacidad suficiente en función de las dimensiones de la tubería y el pozo de ataque. Una vez llena la vagoneta, por medio de un cabestrante hidráulico se retira hasta el pozo de ataque, donde se evacuan los detritus fuera del pozo de ataque. Acabada esta acción, se deposita nuevamente la vagoneta en el pozo de ataque y por medio de otro cabestrante situado en la propia maquina se introduce dentro de la tubería para así continuar con el ciclo de excavaciónextracción avance.
13.6. Equipo de guiado
Para la realización de hincas con empuje simultaneo de tubería es imprescindible un sistema de acuerdo con las características del trabajo a realizar.
• Hincas de longitud reducida (hasta 350 metros) y rectos
• Hincas de longitud superior a 350 metros o con trazado curvo.
Para el primer caso es suficiente disponer de un emisor de rayo láser ampliamente conocido en el mercado.
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En el segundo caso se tiene que contar con empresas especializadas en este tipo de trabajos, bien sea con métodos giroscópicos o sistemas de topografía específicos para obras de este tipo.
13.7. Sistema de inyección de bentonita
Para reducir el coeficiente de rozamiento, entre el tubo de hinca y el terreno circundante se procede a realizar inyecciones de bentonita. Con esta medida reducimos el coeficiente de rozamiento de la tubería así como los esfuerzos de empuje sobre la propia tubería. Dichos parámetros (empuje máximo soportado) están definidos por el fabricante de la tubería de hinca.
Normalmente, la tubería de hinca se sirve con inyectores dispuestos cada 120º, por los cuales se inyecta una mezcla rica en bentonita a presión baja para su buena distribución alrededor del tubo.
13.8. Metodología de trabajo
Una vez realizado el pozo de ataque, se instala el bastidor o guía de los tubos. Sobre dicho bastidor se coloca el aro de empuje y las correspondientes botellas hidráulicas que se apoyan en la placa de reacción. Posteriormente a la instalación del pozo se coloca la máquina de escudo abierto sobre el bastidor.
Se comienza la excavación a la vez que se va empujando la maquina con las botellas de empuje. La extracción de material se realiza mediante una cinta transportadora que vierte sobre una vagoneta y esta se saca al exterior. Cuando la carrera de los cilindros llega a su final, se procede a retraer los mismos y a colocar un tubo en el bastidor. Esta operación se vuelve a repetir hasta el final de la hinca.
Una vez acabado el tramo de hinca se procede a desmontar los cilindros hidráulicos y cerrar la estación intermedia.
Salida de máquina
Para reducir el rozamiento entre el tubo y el terreno se realizan inyecciones de bentonita a través de orificios en el tubo diseñados para tal fin.
13.9. Principiosde aplicación
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El Equipo de Empuje de Tubería es fundamentalmente adecuado para resolver los problemas de ejecución de los siguientes
Tipos de obra:
1.- En zonas urbanas, donde existen dificultades para la apertura de zanjas o los asentamientos producidos por la ejecución en túnel con entibación puede originar graves dificultades. El Equipo de Empuje de Tubería a Presión garantiza un ritmo de ejecución que no proporcionan los métodos tradicionales, haciéndolo compatible con la seguridad del personal, las edificaciones y los servicios próximos a la traza.
2.- Para cruzar vías de comunicación, carreteras o ferrocarriles, eliminando los costosos desvíos de tráfico, limitaciones de velocidad y reduciendo considerablemente el plazo de ejecución.
3.- En obras subterráneas, con problemas derivados del terreno por el que discurre la traza: zonas con nivel freático muy superior a la rasante, suelos inestables, con elevadas presiones, etc. Éste sistema aporta soluciones de estabilidad y consolidación del frente que hacen posible la ejecución de obras que hasta ahora no se habían podido realizar con sistemas convencionales.
Como principales limitaciones del Equipo de Empuje de Tubería a Presión, hay que destacar los siguientes:
1.- En terrenos rocosos, que precisan la voladura del mismo. En estos casos hay que introducir importantes modificaciones.
2.- En obras cuya traza exige adaptarse a radios muy reducidos. Aunque teóricamente pueden tomarse radios muy amplios, lo adecuado es sustituir la curva por una poligonal, situando los pozos de empuje en los vértices de la misma.
3.- Por último, las limitaciones geométricas del tubo prefabricado, normalmente hormigón armado, aunque pueden ser aplicados otros revestimientos.
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La cota superior del tubo, viene dispuesta por las necesidades de fabricación y transporte. Es normal la aplicación del sistema hasta 3,50 mts. de diámetro interior.
La cota inferior, está condicionada a la necesidad de desenvolverse dentro del tubo para la excavación y evacuación de los productos. En diámetros inferiores a 1,50 mts. es poco corriente su aplicación.
13.10. Límites del avance de tubos
El avance de tubos es aplicable teóricamente a cualquier diámetro de tubo. Pero,prácticamente, tiene limitaciones.
El diámetro mínimo de los tubos avanzados lo determina la necesidad de arrancary transportar la tierra que se produce dentro de los tubos mismos. O sea que dentro de la tubería han de poder trabajar hombres. Como límite inferior para poder trabajar dentro del tubo, se ha obtenido una medida de 80 cms. de diámetro interior. Pero las dificultades en este caso son muy importantes y el rendimiento baja tan sensiblemente como consecuencia de la falta de espacio, que por razones económicas es conveniente elegir un diámetro mayor. En la práctica se ha considerado por lo tanto como límite inferior para el avance de tubos un diámetro interior de 1,20 mts. En el límite superior del diámetro del tubo hay que distinguir entre tubos que han sido prefabricados en una fábrica y se transportan a pie de obra, y los tubos que se fabrican a pie de obra. En tubos producidos en fábricas, el límite del diámetro lo determinan de una parte los métodos de fabricación y de la otra las posibilidades de transporte. Hasta la fecha se han fabricado tubos hasta aprox. 3,50 mts. de diámetro interior. También es posible fabricar tubos mayores, pero entonces resultan caros los equipos de fabricación. Esto repercute forzosamente en el precio y en la economía del procedimiento.
Límites absolutos para el diámetro de los tubos los ponen las posibilidades de transporte. Normalmente se transportan tubos con su eje en dirección longitudinal con respecto al vehículo. La anchura normal para el transporte por carretera es de 2,50 mts.; Esto corresponde a un diámetro interior del tubo de aprox. 2,00 mts.; Anchuras superiores son admisibles con autorización especial, a cuyo efecto vale como límite aprox. 3,00 mts. lo que corresponde a un diámetro interior de aprox. 2,50 mts.; Si han de transportarse por carretera tubos de diámetro aún mayor, tiene que hacerse esto con el eje del tubo transversal a la dirección de la marcha. Pero entonces las limitaciones de la anchura de transporte son a cargo de la longitud del tubo, esto es que la longitud de los tubos no debe sobrepasar 2,50 mts. normal y 3,00 mts. máximo. Por último la
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limitación absoluta en la altura del transporte, que para el vehículo juntamente con la carga no debe exceder de 4,00 mts.; Si los tubos se transportan en remolques de plataforma baja, a la altura de carga se puede agregar aproximadamente 0,50 mts.; El diámetro de los tubos mayor posible es así de 3,50 mts. lo que corresponde a un diámetro interior de aprox. 3,00 mts.
O sea que puede determinarse para la producción de tubos en fábricas desde el punto de vista de la fabricación como del transporte, un diámetro interior aprox. de 3,00 mts. representa el límite superior.
Por consiguiente, tubos de diámetro mayor tendrían que ser fabricados directamente a pie de obra. Pero para esto son necesarios voluminosos equipos de trabajo, y hay que disponer de un almacén de tubos importante, a fin de que los tubos a pesar de ser endurecidos artificialmente con vapor, tengan suficiente tiempo para ser utilizados.
13.11. Condicionamiento del terreno
El avance de tubos es sobre todo muy adecuado para la colocación de los mismos en suelos no cohesivos, como grava, arena, guijo, etc., así como en suelos cohesivos, como barro, barro-arena, arcilla, marga, etc.
El avance de tubos solo es apropiado en determinadas condiciones, de no ser incluso totalmente imposible, en, arena movediza y terrenos pantanosos así como en roca. Por lo tanto, terrenos arenas movedizas y terrenos pantanosos son inadecuados para el avance de tubos; porque de un lado, el frente solo se puede asegurar muy difícilmente contra hundimientos y de otro impiden el guiado, de modo que todo el recorrido del tubo puede variar de posición durante el avance. Las rocas son poco apropiadas, porque solo pueden ser arrancadas con máquinas especiales o por medio de voladuras.
Por lo tanto, el avance de tubos queda limitado en su aplicación práctica generalmente a terrenos de grava y arenosos, así como, a suelos cohesivos. Así es posible el avance tanto en el terreno seco como en el acuífero a un ritmo de 2.5 m. Lo que equivale a un tubo por día aproximadamente..
13.12. Fuerzas de avance
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Las resistencias al avance a presión se componen de la resistencia en el frente y del rozamiento de la envolvente.
La resistencia en el frente se compone de la resistencia en el perímetro del tubo y de la fuerza para mantener estable el frente contra desprendimientos.
Para mantener lo más baja posible la resistencia a la penetración del tubo en el terreno, delante del primer tubo a avanzar se dispone una zapata de corte análoga a un escudo. Esta zapata de corte se fabrica generalmente de chapa de acero y tiene en su extremo anterior, como lo expresa su nombre, un filo acusado. El filo configurado la mayoría de las veces en forma de cuña se introduce a presión en el terreno y tiene la misión, análogamente a una herramienta de corte, de cepillar el suelo e introducirlo en el tubo. La resistencia a la penetración depende del grado de apelmazamiento del terreno existente. Con arreglo a mediciones comparativas, es de 15 a 30 Mp. por cada metro lineal del perímetro del tubo.
El apuntalamiento del frente contra un desprendimiento del terreno no se realiza generalmente disponiendo compartimentos, en los que puede depositarse la tierra de según el ángulo de talud natural. La penetración de estos compartimentos en el terreno y el apuntalamiento del mismo originan una resistencia análoga a la que encuentra el filo, depende del grado de apelmazamiento del terreno.
En tanto que para la construcción de la zapata de corte son de importancia las resistencias individuales en el perímetro y en los compartimentos, para el avance mismo no tiene importancia la división de las resistencias. Para el avance de los tubos interesa únicamente la resistencia total del frente. Esta puede suponerse de acuerdo con el grado de apelmazamiento del terreno aprox. 30 a 60 Mp/m² superficie de la zapata de corte, a cuyo efecto es habitual como valor medio 50 Mp/m².
Rozamiento de la envolvente. Siempre que se trate de un terreno con huecos este, no hace contacto con el tubo en todo su pavimento. Los procesos de empuje de las tierras son aquí más complicados. En primer lugar, puede partirse de que al penetrar la zapata de corte en el terreno se forma por encima del tubo una bóveda similar a la que se considera en el cálculo de túneles o galerías en el avance minero. O sea que en primer lugar solo empuja una parte limitada del terreno circundante sobre el tubo y no todo el terreno hasta la superficie del mismo. El empuje total de las tierras no se produce hasta después de un cierto
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tiempo en función de los movimientos del avance, de las vibraciones del tráfico, del agua subterránea, etc.
Esta hipótesis se confirma, en primer lugar, casi independientemente del recubrimiento existente sobre el vértice del tubo, el rozamiento de la envolvente por unidad de superficie es constante para las respectivas clases de terrenos. De acuerdo con las experiencias de que se dispone, el rozamiento de la envolvente en el terreno seco es de aprox. 2,5 Mp/m² en la superficie del tubo.
14. Proceso constructivo.
14.1. Demolición Se procederá a efectuar las siguientes actuaciones: demolición de pavimentos de todotipos (aglomerado, adoquines, panots en aceras, etc.), conjuntamente al de varias obras de fábrica o de hormigón (muros existentes, cimentaciones de antiguas construcciones, cierrede parcelas etc.) y de bordillos y rigolas, en los tramos de calles donde se mantenga la calzada y las cotas actuales se preverá su fresado y posteriormente se aplicará unacapa de aglomerado.
14.2. Retirada de elementos urbanos Se retirarán o dejarán fuera de servicio todos elementos urbanos que interfieran en el espació de trabajo. Se ejecutarán itinerarios para el cruce de viandantes.
14.3. Definición de la solución
Se propone que la excavación a realizar sea efectuada a través de una contención periférica constituida por una pantalla de micropilotes con cuadros metálicos de arriostramiento en los niveles inferiores.
Los micropilotes de la pantalla serán colocados en el interior de un agujero de Ø 175 mm, rellenado con lechada de cemento, con una distancia en planta de Ø 0.25m entre los ejes.
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En complemento a la solución de contención, se prevé la ejecución de agujeros de Ø 175mm intercalados con los anteriores, rellenados con lechada de cemento, para impermeabilización de la pantalla. Se define un empotramiento de 4.20m para los micropilotes, abajo de la cota de excavación, para control de afluencia de agua al interior de la excavación. Si durante la ejecución de la obra verificarse una afluencia de agua significativa, deberán preverse pozos de bombeo en el interior de la excavación.
La contención será, así, constituida por una pantalla de micropilotes TM-80 1.0x9.0 mm, conuniones exteriores, distancia en planta de 0.25m entre los ejes y tres niveles de arriostramiento de carácter provisional. El primero nivel deberé ser formado por la viga de coronación, con 0.60 m de largo y 0.80 m de altura. Los dos niveles inferiores de arriostramiento serán formados por cuadros metálicos en perfiles HEB 260.
De forma a reducir la luz del alzado longitudinal, deberán preverse apuntalamientos en perfiles HEB 260, localizados al nivel de la viga de coronación y de los cuadros metálicos inferiores.
14.4. Proceso de faseamiento constructivo
El proceso constructivo siguiente pretende definir una secuencia de operaciones que sirva de orientación para la ejecución de una contención tipo Pantalla Micropilotes
Esta secuencia de operaciones deberé adaptarse a las condiciones reales de ejecución de la obra.
14.4.1. Levantamiento de las confrontaciones existentes y regulación de la plataforma de trabajo.
En estos trabajos se incluyen la abertura de pozos para la determinación de posibles instalaciones existentes en los alineamientos, y definición de sus cotas de implantación de forma a evitar intersecciones con los trabajos necesarios para la realización de la excavación y en particular, con los micropilotes.
En esta fase, en caso de que existan estructuras confinantes no consideradas en el proyecto, se deberá proceder al registro de su estado de degradación, identificando el tipo, las causas y las zonas ya degradadas, de forma que posteriormente se puedan valorar las consecuencias de los trabajos de excavación de estas estructuras.
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Se procede a la regularización de la plataforma de trabajo.
14.4.2. Ejecución de los microgilotes
Estos trabajos se inician por la realización de un agujero Ø244.0mm por cada micropilote a realice iniciándose a partir de la cota de la plataforma de trabajo y terminando al nivel de la cota inferior de la zona de empotramiento prevista en proyecto, la cual se localiza íntegramente abajo de la cota final de excavación. Después de la realización de cada perforación, se coloca el micropilote definido en proyecto y se rellena todo el agujero con lechada de cemento de característica apropiadas.
14.4.3. Ejecución de los aguieros rellenados con Iechada de cemento
Realización de un agujero 177.0mm, intercalado con cada micropilote a realizar, iniciándosepartir de la cota de la plataforma de trabajo y terminando al nivel de Ia cota inferior de la zona de empotramiento prevista en proyecto, la cual se localiza íntegramente abajo de la cota final de la excavación. Después de la realización de cada perforación, se rellena todo el agujero con lechada de cemento de características apropiadas.
14.4.4. Ejecución del 1° Nivel de arriostramiento
La ejecución de la viga de coronación se inicia con Ia realización de una excavación a lo largo del perímetro de la estructura de contención, desde la cota de la plataforma de trabajo hasta la cota de la cara inferior de la viga. Después de la realización de la excavación se colocan las armaduras de la viga. Por último se hormigona la viga de coronación contra el terreno. En la superficie del trasdós no deberá ser colocado ningún tipo de encofrado.
14.4.5. Ejecución del 2° nivel de arriostramiento
Después de la excavación, se ejecuta el cuadro metálico provisional por HEB 260, soldado a lacortina de micropilotes. La viga del cuadro junto al muro pantalla deberé ser conectada a esta estructura a través de anclajes de seguridad.
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14.4.6. Ejecución del 3° nivel de arriostramiento
Después de la excavación, se ejecuta el cuadro metálico provisional por HEB 260, soldado a la cortina de micropilotes. La viga del cuadro junto al muro pantalla deberá ser conectada a esta estructura a través de anclajes de seguridad.
14.4.7. Excavación final
Se procede a la excavación hasta la cota de fundo del pozo.
14.4.8. Ejecución de la losa de cimentación
Se procede a la ejecución de la losa de cimentación dehormigón, con 0.30m de espesor, armada con mallazo tipo AQ 30.
15. Estudio de seguridad y salud
Debido a que el proyecto se desarrolla en zona urbana, con un gran movimiento de vehículos y de personas, con el consecuente peligro que comporta, se ha dividido la obra en 2 zonas o espacios para disminuir los riesgos.
1ª Zona. Comprende la creación de un pozo de micro pilotes de ataque ubicado en la C/ Llacuna zona montaña sur este por el cual se introducirá la hinca de escudo abierto.
2ª Zona. Comprende la creación de un pozo de micropilotes de recepción ubicado en la C/ Llacuna zona mar norte-oeste.
Además se ha previsto una señalización para garantizar el buen funcionamiento de las obras. Todo esto se incluye en el Estudio de Seguridad y Salud y es donde se establecen lasmedidas mínimas necesarias para asegurar la Seguridad y Salud durante la ejecución de lasobras. Esta documentación tiene que servir para dar a la emprendida constructora lasdirectrices mínimas para llevar a cabo sus obligaciones en el campo de laprevención de los riesgos profesionales y para la elaboración del Plan de Seguridad y Salud,facilitando los
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suyo desarrollo, bajo el control del Coordinador de Seguridad y Salud,de acuerdo con los Reales decretos 1627/1.997, de 24 de octubre, en quese establecen las disposiciones mínimas de seguridad y salud en las obras de construcción.
Para posibilitar la firma del acta de Replanteo de las Obras, se tendrá que haber aprobado por el órgano contratando el correspondiente Plan de Seguridad y Salud, elaborado por la empresa adjudicataria de las obras y con el informe de visto bueno del Coordinador de Seguridad y Salud.
16. Control de calidad
El control de calidad irá a cargo del Contratista hasta un máximo del 1,0 % del presupuesto de ejecución material del presente proyecto. En caso de que este coste sea superior, la diferencia será abonada por la propiedad.
Los ensayos a realizar se determinarán al momento de iniciarse los trabajos, teniéndose que aprobar el correspondiente Plan de Control de Calidad por parte del Ingeniero Director de las obras.
Una vez iniciadas las obras, la empresa responsable del Control de Calidad, entregará a la D.F, de igual manera que al Contratista, todos aquellos informes de cuántas pruebas y ensayos se realicen, avanzándolos por fax o e-mail, cuando de su resultado se deriven aprobaciones para la continuación de los trabajos de manera inmediata.
17. Pliego de condiciones técnicas particulares
Para todas las obras que se tienen que ejecutar dentro del presente proyecto se cumplirán las prescripciones que establece el Pliego de Condicionas Técnicas Particulares del presente proyecto constructivo junto con las prescripciones descritas en la descripción de cada uno de los precios unitarios.
Para la elaboración del Pliego de Condiciones Técnicas Particulares se ha utilizado básicamente:
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Pliego de Prescripciones Técnicas Generales de cada partida de obra que utilizada facilitada por el Instituto Tecnológico de la Edificación de Cataluña, ITEC.
18. Declaración de obra completa
Además de lo expuesto en la memoria en relación a la descripción de la obra proyectada, se hace constar expresamente que el presente proyecto hace referencia a una obra completa, de acuerdo con lo que disponen los Art. 58 y 64 del Decreto 3410/1975 mediante el cual se aprobó lo Reglamento de la Ley de Contratos del Estado.
19. Periodo de las obras
El periodo máximo de las obras se prevé que sea de 6 meses.
20. Periodo de garantía
El plazo de garantía de acuerdo con la ley 13/95 de 18 de Mayo de contratos de las Administraciones Públicas, elplazo de garantía se establece en doce 12 meses a partir de la recepción de lasobras.
En cualquier caso persistirá la responsabilidad decenal del adjudicatario de las obras. Transcurrido el plazo de garantía se procederá a la devolución de las garantías.
21. Plan de obra
El plan de obra se detalla en el anexo correspondiente y está dividido en los siguientes puntos.
El proceso de ejecución será el siguiente:
Implantación de obra Pozo de ataque
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Pozo de recepción Hinca de tubería Estructura Tapado Urbanizado de la zona afectada
La empresa adjudicataria de los trabajos habrá de realizar su propio plan de obra antes de la firma del acta de replanteo, en función de sus medios, habiéndose de aprobar por la D.F de las obras, que podrá introducir las modificaciones que considere convenientes para la correcta ejecución de las obras, con la garantía de calidad y la minimización del impacto en el entorno, tanto ambiental como de convivencia, al tratarse de una zona urbana, con equipamientos consolidados y en funcionamiento.
22. Presupuesto
Ascendiendo el presupuesto de ejecución del material de las obras a la cantidad de TRESCIENTOS DIECIOCHO MIL CUATROCIENTOS SETENTA Y UNO CON SIETE CENTIMOS. 318.471.07€
Aplicando los gastos generales, beneficio industrial y IVA asciende el presupuesto de ejecución por contrato de las obras a la cantidad de CUATROCIENTOS CINCUENTA Y OCHO MIL QUINIENTOS SESENTA Y SEIS CON CINCUENTA CENTIMOS. 458.566.50 €
23. Bibliografía
- Apuntes asignatura Estructuras de Hormigón. - Apuntes asignatura Ingeniería del Terreno. - Apuntes asignatura Estructuras Metálicas. - Libro Hormigón armado. Jiménez Montoya. - Libro Muros de contención y muros de sótano. J Calavera. - Código técnico de la Edificación - Instrucción Hormigón Estructural. E.H.E - Guía de Cimentaciones en obras de carretera. Ministerio de Fomento - Guía para proyecto y ejecución de micropilotes en obras de carretera.
Ministerio de Fomento. - Manual CYPE, muros pantalla.
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24. Documentos que integran del proyecto
ANEXO A SERVICIOS AFECTADOS
ANEXO B CÁLCULOS
ANEXO C ALTERNATIVAS DE CONSTRUCCIÓN
ANEXO D CYPE
ANEXO E LISTADO CYPE
ANEXO F PRONTUARIO INFORMÁTICO
ANEXO G IMPACTO AMBIENTAL
ANEXO H PRESUPUESTO
ANEXO I MEDICIÓN
ANEXO J PLIEGO DE CONDICIONES
ANEXO K PLANIFICACIÓN TEMPORAL
ANEXO L PLANOS
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