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MICROPILOTES
Manuel Romana RuizUniversidad Politécnica de Valencia
STMR mromana@stmr.com
Madrid,Enero de 2010
iiR
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Situación de la Normativa
Hasta hace poco tiempo no había ningunaEn este momento (2008):
Norma EN 14199 “Execution of special geotechnical works – Micropiles”(2005)“Guía para el proyecto y la ejecución de micropilotes en obras de carretera”, DGC, Dirección General de Carreteras (diciembre de 2005)Norma UNE EN 14199 “Ejecución de trabajos geotécnicos especiales-Micropilotes”, AENOR (diciembre de 2006)
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Normas españolas para micropilotes
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Norma UNE EN 14199 “Ejecución de trabajos geotécnicos especiales. Micropilotes”
Dos clases de micropilotesPerforadosHincados
“Esta norma establece principios generales para la ejecución de micropilotes: perforados con un diámetro de fuste ≤ 300 mm ; hincados con un diámetro (o dimensión máxima de la sección transversal) del fuste ≤ 150 mm “
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Norma UNE EN 14199 Clasificación de micropilotes perforados
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Norma UNE EN 14199 Clasificación de micropilotes hincados
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Norma UNE EN 14199. Elementos no incluidos
Columnas mezcladas in situPilotes de maderaColumnas de jet groutingAnclajes
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Norma UNE EN 14199. Campos de aplicación de los micropilotes
Trabajos con acceso/gálibo restringidoNuevas cimentaciones (especialmente en formaciones muy heterogéneas de suelo o roca)Trabajos de recalceReducción de asientos/desplazamientosFormación de murosRefuerzo de suelos para portancia/contenciónMejora de estabilidad de taludesEvitar levantamientosOtras aplicaciones en que la técnica sea apropiada
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Nueva Guía de Micropilotes
de la DGCCon fecha diciembre, 2005Puesta al público en 2006Obligatoria en obras de carreterasSecuela de EN 14199Secuela de la Guía de Cimentaciones de la DGC para el cálculo como cimentación Nuevo planteamiento en paraguas de túneles
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Guía de Micropilotes de la DGC. Micropilotes considerados 1/2
Con fecha diciembre de 2005, editada en 2006Obligatoria en obras de carreterasSecuela de
Guía de Cimentaciones de la DGC para el cálculo como cimentación Borrador de AETESS para inyección y rellenoEN 14199 (no adaptada en 2005 como Norma UNE) para algunos aspectos
Solo incluye pilotes perforados con armadura de tuboNuevo planteamiento en paraguas de túneles
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Guía de Micropilotes de la DGC. Micropilotes considerados 2/2
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¿Qué es un micropilote? (I)Terminología
Italiano : Palo radice, MicropaliPlural: Pali radici, Micropali
Francés: Pieux racines, Pieux aiguilles, Micropieux
Inglés: Micropile, Minipile, Root pile, Needle pile
Alemán: Wurzelpfahle, VerpresspfahlePortugues: Estaca raiz
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Los primeros micropilotes
Patente de FONDEDILE en Italia (1952)Primera referencia en SANSONI (1963)Definidos como pilotes:
Perforados a rotación (entubación 100mm)Con armadura central de barra/barrasHormigonados con presión de aire comprimido en cabeza Dosificación “elevada” de cemento
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Primera aplicación documentada
Recalce de la Escuela “Angiulli” en NápolesArenas, puzolanas y cenizas volcánicasPali radici
Diámetro 100 mm.Longitud 13 m.Barra central 12mm
Carga de trabajo 20 T.
Primera prueba de cargaCarga máxima 46 T. Asiento máximo 4 mm. Asiento remanente 0,3 mm
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Denominación a usar
“Palo radice” es una denominación comercial patentada por FONDEDILEEn Italia se prefiere “Micropalo”En USA y muchos países europeos
“Minipile” diámetro 150-250 mm.“Micropile” diámetro < 150 mm.
En España “Micropilote” diámetro <300 mm.
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Áreas de utilización
Muros continuos y/o discontinuosFLEXION
Corrección de corrimientos FLEXOTRACCIÓN
Presostenimiento de túneles (paraguas)FLEXION + CORTANTE
Cimentaciones y/o recalces COMPRESIÓN
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Áreas de utilización. Muros (I)
Poco frecuentePara armar muros “especiales”Para reforzar muros existentes (mampostería, otros...)
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Áreas de utilización.Muros (II)
Muro de micropilotes para proteger un edificio (Metro de Barcelona)
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Áreas de utilización. Corrección de corrimientos (I)
Poco frecuente aúnUso crecienteCaroFácil de construirNunca empeora la situaciónRequiere rapidez de ejecución
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Áreas de utilización. Corrección de corrimientos (II)
Parador de Carmona
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Áreas de utilización.Presostenimiento de túneles
“Paraguas” de emboquille con micropilotes resistentes a flexión
Paraguas pesadosParaguas medios
Muy frecuenteSoluciones para los paraguas ligeros
BulonesColumnas horizontales de “jet-grouting”
“Paraguas” de micropilotes para interior
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Paraguas de emboquille (I)
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Paraguas de emboquille (II)
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Áreas de utilización. Cimentaciones
Menos frecuenteSustituyendo a pilotes normalesConveniente en casos especiales
Terrenos muy heterogéneosTerrenos con inclusiones de hormigón
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Áreas de utilización. Recalces
Muy frecuenteConveniente en casi todos los casos
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Ventajas de los micropilotes en cimentaciones y/o recalces
Equipos de tamaño reducidoAtraviesan cualquier tipo de terreno (inclusiones “duras” o hormigón)Similar a sondeo (detecta cavidades)Trabaja casi exclusivamente por fusteProyecto y replanteo sencillo que se adapta a condiciones variables del terreno y/o de la cimentación
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Equipo de micropilotartrabajando en un sótano
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Inconvenientes de los micropilotes en cualquier uso
La relación coste/carga admisible es mayor en los micropilotes que en los pilotesLos procesos de cálculo son empíricos y solo pueden contrastarse con pruebas de cargaLa calidad depende mucho de que el proceso de ejecución sea riguroso
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Orden de la presentación
Métodos de ejecución y clasificacionesFases de ejecuciónCálculo de la carga admisible a compresiónAplicaciones a cimentacionesAplicaciones a recalcesMicropilotes como refuerzo de estructuras
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Orden de la presentación
Métodos de ejecución y clasificacionesFases de ejecuciónCálculo de la carga admisible a compresiónAplicaciones a cimentacionesAplicaciones a recalcesMicropilotes como refuerzo de estructuras
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Método de ejecución de un “palo radice” (I) (FONDEDILE)
1-2 Perforación 3 Colocación de armadura4 Puesta en obra del mortero(con tremie)5 Hormigonado6 Extracción de entubación y presión de aire comprimido7 Palo radice terminado
Según LIZZI, 1985
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Método de ejecución de un “palo radice” (II) (FONDEDILE)
Perforación a rotación lavada con agua o fango bentoníticoArmadura: barra, tubo o compuestaMortero muy ricoPresión máxima 6-7 bares
LONGITUD:Arena y/o grava compacta 6-10 m.
Arcilla media 10-15 m
Suelos duros 10-15 m
Arcilla blandahasta 20 m.
Suelos muy blandoshasta 30 m.
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Método de ejecución de un “Tubfix” o “Ropress”(I) (RODIO)
A) PerforaciónB) Colocación de armadura tubularC) Inyección del relleno para formar vainaD) Inyección del relleno para formar bulboE) Micropilote terminado
MASCARDI, 1985
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Método de ejecución de un “Tubfix” o “Ropress”(II) (RODIO)
Perforación a rotación con diámetro 10-20 cm.Sin entubaciónInyección de relleno a baja presiónInyección posterior por etapas, a alta presión, en longitudes estudiadas para conseguir el bulbo
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Método de ejecución de un “Tubfix”o “Ropress”(III) (RODIO)
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Método de ejecución con inyecciones de compensación
A) PerforaciónB) Colocación de armadura de barraC) Inyección con retirada simultanea de la tubería de perforaciónD) Pilote terminado tras la retirada total de la tubería de perforación
A
C D
B
ARMIJO, 2003
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Norma UNE EN 14199. Métodos de relleno e inyección del taladro
Relleno del taladro con lechadaInyección a presión con lechada
En un paso, o inyección única global a través de tubería de revestimiento temporalEn un paso, o inyección única global a través del elemento portanteDurante la hinca y/o perforación
Inyección repetitiva (en uno o múltiples pasos) a través de tubos-manguitos, válvulas especiales o tubos de reinyección
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Método de ejecución con relleno sin presión ni inyección
A) Perforación con lavado a aire o agua, y circulación inversaB) Vertido del mortero fluido con tolva y tubería, sin presiónC) Colocación de la armadura (tubo, barra o perfil de acero) y retirada de la entubaciónD) Micropilote terminado
HERBERT, 1985
Es el método más frecuente
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Inyección directa sin/con presión Norma UNE EN 14199
Relleno de la perforación sin
presión
Inyección a través de la tubería de
entibación
Inyección a través de una tubería
específica
Presión posible en cabeza
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Inyección a presión con tubos manguito Norma UNE EN 14199
En un paso a través de
varios tubos
En un paso a través de varios
manguitos
En varios pasos a través de
varios manguitos
1 obturador
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Clasificación FHWA (USA) (1997)
Tipo A Mortero vertido por gravedadTipo B Inyección a baja presión por la entubación en retiradaTipo C Inyección de lechada posterior (IGU)Tipo D Inyección en varias fases con obturadores en la entubación (IRS)
(BRUCE et al, 1995)
A CB D
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Clasificación francesa (según Bustamante, 1986)
Tipo IGU, inyección en una sola pasada (“injection globale et unitaire”) con presión pi 0,5pl<pi<pl (IR AETESS)
Tipo IRS, inyección repetitiva y en varias pasadas (“injection repetitive et selective”) con presión pi pi>pl(se puede llegar a 2-3 Mpa.) (IRS AETESS)
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Clasificación de la Guía de Micropilotes de la DGC (2005)
Sigue la clasificación de AETESS, 2000Tipo 1(IU),inyección única globalTipo 2(IR), inyección única repetitivaTipo 3(IRS), inyección repetitiva y selectiva
IU IR IRS
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Guía de Micropilotes de la DGC. Sistemas de inyección considerados
IU: Inyección única global. Inyectados en una sola faseIR: Inyección repetitiva. Reinyectados hasta dos veces a través de tubos o circuitos con válvulas antirretornoIRS: Inyección repetitiva y selectiva. Reinyectados varias veces a través de tubos-manguito, desde el interior de la armadura, en toda o parte de la longitud
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Guía de Micropilotes de la DGC. Sistemas de inyección recomendados
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Guía de Micropilotes de la DGC. Sistemas de inyección recomendados
IU: Inyección única globalRocas más o menos sanas, Suelos cohesivos muy duros, Suelos granulares
IR: Inyección repetitivaRocas blandas y fisuradas, Materiales granulares gruesos de compacidad media
IRS: Inyección repetitiva y selectivaSuelos cohesivos no muy duros, Suelos de consistencia baja o media, Suelos granulares donde se intenta crear un bulbo
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Guía de Micropilotes de la DGC. Inyección IU
Presión de inyecciónA la salida de la bomba si
Desnivel< 1mDistancia< 50m
En boca de taladro
plim/2 <pi <plim
0,5 Mpa< pi < 1Mpa
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Guía de Micropilotes de la DGC. Inyección IR
Presión de inyección como en IU (pi>=0,5 Mpa)
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Guía de Micropilotes de la DGC. Inyección IRS
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Guía de Micropilotes de la DGC. Inyección IRS
Inyección previa de sellado de la corona entre armadura y terrenoInyección por manguitos (d<1m)Inyección final de relleno de la armadura
Presión de inyección por manguitos
A la salida de la bomba si
Desnivel< 1mDistancia< 50m
En boca de taladro
plim <pi
1 Mpa< pi
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Orden de la presentación
Métodos de ejecución y clasificacionesFases de ejecuciónCálculo de la carga admisible a compresiónAplicaciones a cimentacionesAplicaciones a recalcesMicropilotes como refuerzo de estructuras
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Fases de ejecución
PerforaciónLimpiezaIntroducción de la armaduraPuesta en obra del morteroInyección
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Perforación / Limpieza
MÉTODOSA rotación con
WidiaDiamanteTricono
A rotopercusión conMartillo en fondo
Con hélice continua
ENTIBACIÓNEn secoCon lodo bentoníticoCon tubería
RecuperableNo recuperable
Fluido: aire o aguaCirculación inversa
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Tipos de armadura (I)
Varias posibilidadesBarrasTubosCombinación
Lo más frecuenteTubo
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Tipos de armadura (II) (BACHY)
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Características del acero
Resistencia fyk entre 250 MPa y 800 MPaLímite elástico más frecuente 560 MPaEl tubo
Garantiza continuidadAñade resistencia a:
FlexiónEsfuerzo cortante
TUBO Longitud comercial máxima 9 mResistencia a flexión y cortante si el empalme es por:
Rosca, pierde 50%Manguito, no pierde
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Mortero/Lechada de inyección
CARACTERÍSTICASResistencia fck=25MPaRelación agua/cemento baja w/c= 0,5Árido: arenaDosificación típica: agua(0,5),cemento(1), arena(0,5) en pesoVolumen 140-180 %
INYECCIÓN Resistencia fck=25 MPaRelación agua/cemento baja w/c=0,5Número de fases en:
Rocas 2Suelos compactos 3Suelos blandos 4
Caudal máximo (m3/h)0,3-0,6 suelo cohesivo0,8-1.2 suelo granular
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Orden de la presentación
Métodos de ejecución y clasificacionesFases de ejecuciónCálculo de la carga admisible a compresiónAplicaciones a cimentacionesAplicaciones a recalcesMicropilotes como refuerzo de estructuras
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Cálculo
Métodos de cálculo de la cargaPor fustePor punta
Pruebas de cargaDistribución de la carga en el fusteTope estructural del micropilote
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Cálculo de la carga admisible a compresión
Método tradicional para “pali radici”Método de BUSTAMANTE
A) anclajeB) micropilote
Método convencional
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Método tradicional para “pali radici” (LIZZI, 1985)
Pult = π D L K I (sólo resistencia por fuste)D diámetro; L longitud; K rozamiento por
fuste; I coeficiente adimensional función de D
0,8025200Muy compacto (grava)0,8520150Compacidad media0,9015100Suelto1,001050Blando
ID(cm)K(KPa)SUELO
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Método de BUSTAMANTE (1980/6)
Válido paraIGU (fase única)
IRS (varias fases)Coeficiente de seguridad 2 (1,8)A compresión
QT= QP + QS
QP = 0,15 QS
A tracciónQT= QS
QS=Σ π Dsi Li qsi
Dsi = α Dni
α incremento de diámetro α=Dsi/Dpi
qsi resistencia unitaria por fusteα y q se toman de tabla y ábacos
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Tabla de BUSTAMANTE para α
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Ábaco de BUSTAMANTE (I) para qsiarcilla y limos
IRS 1
IGU 2
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Ábaco de BUSTAMANTE (II) para qsiarena y grava
IRS 1IGU 2
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Ábaco de BUSTAMANTE (III) para qsiroca alterada y fragmentada
IRS 1
IGU 2
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Ábaco de BUSTAMANTE (IV) para qsimargas, margas calcáreas, creta
IRS 1
IGU 2
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Método convencional (I)
PN =(πDLqs/F2+πD2qP/4F3)/F1
Coeficientes de seguridad (OTEO, 2001)
GrandeGrande1,50BastanteMedia1,40PocaPoca1,25
IMPORTANCIA ECONÓMICA
RESPONSABILIDADF1
F2=1,5-2
F1=1,2-1,6
F3=3-4
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Método convencional (II)
La resistencia por la punta puede despreciarse La resistencia por el fuste vale
En cada estrato iqsiadm=c’i/Fc+(σ’vio+σiny)tgφ’/Fφ
En todo el micropilotePn= Σ π D Li qsiadm
c’ será muy bajo en rellenos,arenas y arcillas normalmente consolidadas (puede tomarse 0)
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Pruebas de carga
Dispositivo usado por URIEL et alEscalones de carga: 25%,,50%, 75%, 100%, 125%Mantener cada escalón
Hasta estabilizaciónMínimo 30-45 min.
Asiento límite 0,5% D
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Prueba de carga (LIZZI, 1980)
Asiento máximo para movilizar resistencia por fuste en :
Palo radice:1 a 4 mm, que es menos del 2% de DPilote convencional no inyectado: 7 mm, que es el 5% de D
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Prueba de carga (LIZZI, 1980)
Asiento máximo para movilizar resistencia por fuste en :
Palo radice:1 a 4 mm, que es menos del 2% de DPilote convencional no inyectado: 7 mm, que es el 5% de D
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Prueba de carga (URIEL et al,1990)
Micropilote de 22cmRelleno por gravedadTerreno cársticoCiclos 1º/2º (600kN)
Régimen elásticoAsiento 2mm (1% D)
Ciclo 3º (800 kN)Régimen no elásticoAsiento 5mm (>2% D)Asiento remanente 2mm
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Prueba de carga (URIEL et al,1990)
Micropilote de 22cmRelleno por gravedadTerreno cársticoCiclos 1º/2º (600kN)
Régimen elásticoAsiento 2mm (1% D)
Ciclo 3º (800 kN)Régimen no elásticoAsiento 5mm (>2% D)Asiento remanente 2mm
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Manuel Romana Ruiz Micropilotes 75
Distribución de la carga en el fuste
Diámetro 242 mmEsbeltez (L/D) 45Área de la punta muy reducida (<0,05 m2)No llega carga a la punta
BUSTAMANTE, 1986
Manuel Romana Ruiz Micropilotes 76
Distribución de la carga en el fuste
Diámetro 242 mmEsbeltez (L/D) 45Área de la punta muy reducida (<0,05 m2)No llega carga a la punta
BUSTAMANTE, 1986
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Tope estructural del micropilote
Fórmula de JIMENEZ SALAS T=0,25 fck x B + 0,4 fyk x A
con 0,25fck< 6Mpa y 0,40fyk< 140MPaFórmula de la EHT=(0,85fck x B + fyk x A) /1,2 x 1,8 con A>0,2B y coeficiente global de seguridad 2,16Fórmula para soportes de la EHET=(0,85B fck/1,5 + A fyk/1,15)/F1
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Orden de la presentación
Métodos de ejecución y clasificacionesFases de ejecuciónCálculo de la carga admisible a compresiónAplicaciones a cimentacionesAplicaciones a recalcesMicropilotes como refuerzo de estructuras
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Conexión con la zapata/encepado.Guía de micropilotes de la DGC
Métodos sugeridosapoyo empotramiento
Manuel Romana Ruiz Micropilotes 80
Conexión con la zapata/encepado
AETESS, 2000CLASICO
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Manuel Romana Ruiz Micropilotes 81
Conexión con la zapata/encepadoSolución simple (aceptada en la Guia de la DGC)
Manuel Romana Ruiz Micropilotes 82
Cimentaciones normales mediante micropilotes
Máquina aislada Solera industrial
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Manuel Romana Ruiz Micropilotes 83
Cimentación de un nuevo elemento en una fábrica
Manuel Romana Ruiz Micropilotes 84
Encepado con micropilotes
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Manuel Romana Ruiz Micropilotes 85
Orden de la presentación
Métodos de ejecución y clasificacionesFases de ejecuciónCálculo de la carga admisible a compresiónAplicaciones a cimentacionesAplicaciones a recalcesMicropilotes como refuerzo de estructuras
Manuel Romana Ruiz Micropilotes 86
Ejemplo de recalce con micropilotes (I)
Castillo de Bootham, York, Inglaterra
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Manuel Romana Ruiz Micropilotes 87
Ejemplo de recalce con micropilotes (II)
Viaducto de Teruel
Manuel Romana Ruiz Micropilotes 88
Ejemplo de recalce con micropilotes (III)
Torre campanil de la catedral de Buranoen VeneciaSe recalza la estructuraSe crea un “bulbo”de terreno asociado a la torre, bajando su centro de gravedad
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Manuel Romana Ruiz Micropilotes 89
Ejemplo de recalce con micropilotes (III)
Torre campanil de la catedral de Buranoen VeneciaSe recalza la estructuraSe crea un “bulbo”de terreno asociado a la torre, bajando su centro de gravedad
Manuel Romana Ruiz Micropilotes 90
Orden de la presentación
Métodos de ejecución y clasificacionesFases de ejecuciónCálculo de la carga admisible a compresiónAplicaciones a cimentacionesAplicaciones a recalcesMicropilotes como refuerzo de estructuras
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Manuel Romana Ruiz Micropilotes 91
Ejemplo de tratamiento de fábricas con micropilotes
Iglesia de S. Andresde los frati (Roma)Se recalza la estructuraSe “arman” los muros de mampostería
Manuel Romana Ruiz Micropilotes 92
Ejemplo de tratamiento de fábricas con micropilotes
Iglesia de S. Andresde los frati (Roma)Se recalza la estructuraSe “arman” los muros de mampostería
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Manuel Romana Ruiz Micropilotes 93
Micropilotes
GRACIAS POR SU
ATENCIÓNManuel Romana Ruiz
mromana@stmr.com
www.stmr.com
MICROPILOTES Apéndice. Paraguas para túneles
Manuel Romana RuizUniversidad Politécnica de Valencia
STMR mromana@stmr.com
Madrid, junio de 2008
IIR
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Manuel Romana Ruiz Micropilotes 95
Áreas de utilización.Presostenimiento de túneles
“Paraguas” de emboquille con micropilotes resistentes a flexión
Paraguas pesadosParaguas medios
Muy frecuenteSoluciones para los paraguas ligeros
BulonesColumnas horizontales de “jet-grouting”
“Paraguas” de micropilotes para interior
Manuel Romana Ruiz Micropilotes 96
Paraguas de emboquille (I)
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Manuel Romana Ruiz Micropilotes 97
Paraguas de emboquille (II)
Manuel Romana Ruiz Micropilotes 98
Paraguas de interior en túnel (I)
Túnel de Maçico
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Manuel Romana Ruiz Micropilotes 99
Paraguas de interior en túnel (II)
Túnel del Fabar
Manuel Romana Ruiz Micropilotes 100
Reglas de uso de paraguas de presostenimiento en túneles
DE EMBOQUILLEDe micropilotes
PesadoRMR<30Medio
30<RMR<70De bulones
60<RMR<80
DE INTERIORCon problemas
De inestabilidad del techo y/o frenteDe tiempo de estabilidad (“stand up time”) muy reducido
RMR<30
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Manuel Romana Ruiz Micropilotes 101
Guía de micropilotesParaguas en Túneles
Manuel Romana Ruiz Micropilotes 102
Guía de micropilotes Paraguas en Túneles. Alzado
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Manuel Romana Ruiz Micropilotes 103
Guía de micropilotes Paraguas en Túneles. Emboquille
Manuel Romana Ruiz Micropilotes 104
Cálculo deparaguas
de emboquille
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Guía de micropilotes Paraguas en Túneles.
Solapes de interior