Proceso constructivo de cimentaciones profundas: Pilotes.

Los pilotes son elementos estructurales más esbeltos que las pilas, los cuales pueden alcanzar grandes profundidades.

Son construidos de diferentes formas, tamaños y materiales (madera, concreto y acero).

Se clasifican dependiendo de su forma de trabajo en:

a) Pilotes de Punta

b) Pilotes de Fricción

HORMIGÓN ARMADO: Determinación de la tensión de adherencia.

Se trató en post anteriores  la adherencia entre las barras de acero y el hormigón, como del ensayo de flexión (beam test) que se emplea para medirla. Antes de la aparición de este ensayo se utilizaba otro de tracción (ensayo de arrancamiento, pull out test), más intuitivo pero mucho menos representativo que el ensayo de adherencia por flexión. En base al mismo y de forma esquemática, cabe hacer las siguientes consideraciones. 

Figura 9.2 Ensayo de arrancamiento (pull out test)

Sea una barra de acero de diámetro Ø embebida en un bloque de hormigón. Si la sometemos a un esfuerzo de tracción N creciente, para cada valor de N habrá una distribución de las tensiones τ de adherencia como la indicada en la figura 9.2a, cuyo valor medio τm valdrá:

y a este valor le corresponderá un cierto deslizamiento (expresado en mm) de la barra con respecto al hormigón. Si dibujamos el diagrama τm - deslizamientos, obtenemos unas curvas como las de la figura 9.2b.

En el ensayo descrito termina con la rotura de la barra fuera del hormigón (caso de anclaje total) o con su arrancamiento. De acuerdo con lo indicado, se define como tensión media de adherencia el valor 

es decir, la media aritmética de las tensiones correspondientes a los deslizamientos de 0,1 mm y 1,0 mm en el ensayo de flexión.

En lo sucesivo, denominamos por fb, al valor limite de la tensión de adherencia, refiriéndonos con ello al valor medio τm en las condiciones límites, y por fbd correspondiente valor de cálculo.

El valor límite de la tensión de adherencia, fb varía con la resistencia a compresión del hormigón, con las características adherentes de las barras y con la posición que ocupan en la pieza respecto a la dirección de hormigonado; también depende, según algunos autores, del diametro de las barras. El Eurocodigo 2 recomienda, como valores de cálculo de la tensión límite de adherencia,fbd, los indicados en la tabla 9.1.

Por último, las longitudes prácticas de anclaje adoptadas para las barras corrugadas, han sido determinadas a partir de valores de fb obtenidos mediante ensayos .

TABLA 9.1  VALORES DE CÁLCULO DE LA TENSIÓN DE ADHERENCIA fbd

Adherencia entre el hormigón y el acero.

La adherencia hormigón-acero es el fenómeno básico sobre el que descansa el funcionamiento del hormigón armado como material estructural. Si no existiese adherencia, las barras serian incapaces de tomar el menor esfuerzo de tracción, ya que el acero deslizaría sin encontrar resistencia en toda su longitud y no nacompañaría al hormigón en sus deformaciones, con lo que, al fisurarse éste, sobrevendría bruscamente la rotura. Por el contrario, radas a la adherencia son capaces las armaduras de trabajar, inicialmente, a la vez que el hormigón; después cuando éste se fisura, lo hace de forma más o menos regularmente distribuida a lo largo de la pieza, en virtud de la adherencia; Y la adherencia permite que el acero tome los esfuerzos de tracción, manteniendo la unión entre los dos materiales en las zonas entre fisuras.

La adherencia cumple fundamentalmente dos objetivos: asegurar el anclaje de las barras y transmitir las tensiones tangentes periféricas que aparecen en la armadura principal como consecuencias de las variaciones de su tensión longitudinal.

El fenómeno de adherencia está originado por dos tipos de causas, unas de naturaleza física (o físico-química) y otras de naturaleza mecánica.

Las primeras provocan la adhesión del acero con el hormigón, a través de fuerzas capilares y moleculares desarrolladas en la interfaz; es como si el acero absorbiese pasta cementante, ayudado por el efecto de la retracción.

Las segundas mucho más importantes, están constituidas por la resistencia al deslizamiento debida a la penetración de pasta de cemento en las irregularidades de la superficie de las barras. Esta causa de origen mecánico, que puede denominarse rozamiento, es la que produce la mayor parte de la adherencia en las barras lisas (hoy día prácticamente en desuso) y varía apreciablemente con el estado de su superficie. En el caso de barras corrugadas, a este rozamiento se añade el efecto de acuñamiento del hormigón entre los resaltos, de primordial importancia (figura 9.1). 

Figura 9.1 Efecto de acuñamiento del hormigón entre corrugas.

En resumen, el mecanismo de la adherencia puede asignarse a tres causas: adhesión, rozamiento (tensiones tangentes en el hormigón) y acuñamiento (de las corrugas). De estas tres causas, la adhesión queda anulada cuando el deslizamiento de la barra alcanza una cierta magnitud. Por su parte, el rozamiento comienza a actuar cuando la tensión alcanza un cierto valor; y a él se añade el acuñamiento, no siendo posible separar ambos efectos.

ARMADURAS - Características mecánicas de las barras corrugadas.

a) En la tabla 8.5 se indican los valores mínimos que deben garantizarse del límite elastico fyk, de la resistencia fsk del alargamiento de rotura Euk y de la relación máxima admisible entre los valores de la resistencia a tracción y el límite elástico obtenido en cada ensayo. Las dos ultimas limitaciones impuestas tienen por objeto garantizar ¡a ductilidad del acero.

b) En la tabla 8.6 se indican los diámetros de los mandriles sobre los que deben efectuarse los ensayos de doblado-desdoblado en las barras corrugadas. Estos ensayos tienen por objeto garantizar la plasticidad suficiente frente a los procesos de ferralla y manipulación en obra. 

 

TABLA 8.5 CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS DE LAS BARRAS CORRUGADAS ENSAYO DE TRACCIÓN.

TABLA 8.6 ENSAYO DE DOBLADO –DESDOBLADO DE LAS BARRAS CORRUGADAS.

c) En el dimensionamiento de secciones se adopta como diagrama tensión-deformación de cálculo el obtenido a partir del diagrama característico mediante una afinidad oblicua paralela a la recta de Hooke, de razón l/γs, siendo γs el coeficiente de seguridad adoptado para el acero (figura 8.6a), de valor 1,15 según la Instrucción española. Se considera como resistencia de cálculo el valor 

y como deformaciones en tracción y compresión, respectivamente, el 10 por 1.000 y el 3,5 por 1.000 . Por otra parte, tanto la Instrucción española como las normas europeas consideran aceptable y suficientemente preciso el diagrama simplificado de la figura 8.6b, con la segunda rama horizontal.

d) La forma de suministro de los aceros también influye en sus características mecánicas. Los diámetros medios y grandes, que se suministran en barras, no experimentan alteraciones de sus características de origen, pero los diámetros finos que se suministran en rollos pueden verse alterados al realizar el enderezado, con disminución de su límite elástico y carga de rotura. Por ello, la operación de enderezado debe efectuarse y controlarse cuidadosamente. 

Figura 6.6 Diagrama de cálculo σ-ε del acero: (a) no simplificado; (b) smp1ificado

e) Finalmente, debe procurarse que tanto las características mecánicas de las armaduras como las geométricas y de adherencia, estén garantizadas por un organismo competente (certificación). En Española existe la Marca AENOR de producto (que no debe confundirse con la Marca AENOR de Empresa Registrada), la cual garantiza: la homogeneidad de las materias primas empleadas en la fabricación; que el fabricante dispone de los medios adecuados de fabricación y control; y que, durante todo el proceso de elaboración de ¡os productos, se ha efectuado un correcto control estadístico de calidad. La identificación de la existencia de esta certificación se efectúa mediante etiquetas sujetas a cada paquete de barras o mallas, en las que figura la marca N de AENOR, con la leyenda “producto certificado” y el número de registro de la marca en cuestión.

BARRAS CORRUGADAS ARMADURAS:Características geométricas y adherencia.

Como ya se apuntó en 8.1-1°, al no ser constante Ja sección recta de las barras corrugadas es necesario definir su diámetro medio equivalente, que es el que corresponde a un cilindro de revolución de masa específica 7,85 kg/dm^3 y de igual masa por metro lineal que la barra en cuestión. Los diámetros y secciones equivalentes se determinan mediante las fórmulas: 

en donde el diámetro Ø se expresa en mm, la sección A en mm2 y la masa unitaria m en kg/m.

Los valores medios equivalentes deben coincidir con los nominales (tabla 8.3), que son aquellos respecto a los cuales se establecen las tolerancias de suministro.

TABLA 8.3 MEDIDAS NOMINALES DE LAS BARRAS CORRUGADAS 

 

Las características adherentes de las barras dependen de la forma del corrugado, que viene definida por una serie de parámetros, siendo los más importantes la altura de los resaltos, a la separación entre resaltos, c, y la inclinación de las corrugas, β. Tamo las normas europeas como la Norma UNE 36.068:94 consideran como indicador de calidad adherente el indice de corrugas, que mide en términos relativos la superficie que se opone al deslizamiento de la  barra, refiriéndola al área de la superficie de esta. El valor del índice de corrugas se obtiene co cociente del área de las corrugas proyectadas sobre una sección transversal y el área de la superficie de la barra, tomadas por unidad de longitud de la barra.

En la tabla 8.4 se dan los valores recomendados por la Norma UNE 36.068:94 para los parámetros mencionados, así como sus tolerancias.

Por su parte, la instrucción española considera como barras de alta adherencia las que cumplen el ensayo de adherencia por flexión indicado en 8.1-3, que es el empleado para s homologación con carácter obligatorio. En el certificado de homologación (sin el cual no debe utilizarse el acero) se consignan los valores límites, con sus tolerancias, de las características geométricas del corrugado, con lo que la comprobación de que el acero cumple con las condiciones de adherencia se efectúa en la práctica mediante simples determinaciones dimensionales (altura de corrugas, separación entre corrugas y perímetro sin corrugas).

TABLA 8.4 GEOMETRÍA DEL CORRUGADO 

Tipos de acero de las barras corrugadas - Hórmigon Armado.

a) La Instrucción española considera como barras corrugadas para hormigón armado única,. mente hs de acero soldable (ver su composición química en tabla 82) de las clases siguientes:

B400S     B500S     y     B400SD

en las que el número indica el límite elástico garantizado, expresado en N/mm2 (MPa). La letra 13 (del alemán beton y el francés béton) indica que se trata de aceros para hormigón. La letra S (so1dable) no debe confundirse con la clase S de aceros de gran ductilidad, según flOtación del Código Modelo CEB-FIP 90 (apartado 8.l-4.°). La letra 1) indica que se trata de un acero de ductilidad especial, recomendado para estructuras sometidas a acciones sísmicas (apartado 8.1-4°). En la fig. 8.4 puede verse la forma de las corrugas del acero 13 400 SD.

Las barras se fabrican a partir de semiproductos procedentes de lingotes o de colada continua, generalmente según alguno de los siguientes procedimientos:

• Laminación en caliente, sin tratamiento posterior
• Laminación en caliente y tratamiento térmico mediante calor de laminación
• Laminación en caliente y deformación posterior en frío.

Figura 8.4 Forma de corrugas de acero B 400 SO, Fuente: Calidad Siderúrgica

b) El diagrama tensión-deformación de estos aceros depende del método de fabricación, por lo que debe ser facilitado por el fabricante. A partir de este diagrama se obtiene el diagrama característico, que es aquel cuyos valores de tensión presentan, para cada deformación no mayor del 10 por 1.000, un nivel de confianza del 95% con respecto a los obtenidos en el ensayo de tracción (Norma UNE 7.474:92); o dicho con otras palabras, que existe una probabilidad del 95% de que el valor real iguale o supere al valor característico.

c) Tanto la Instrucción española como el Eurocódigo 2 admiten que, a falta de datos experimentales, puede adoptarse COmO diagrama característico tensión-deformación el birrectilíneo indicado en la figura 8.5. Dicho diagrama está formado por la recta de Hooke (con Es = 2. 1º^5 

Figura 8.5  Diagrama caracteristico ρ - E del acero.

BARRAS CORRUGADAS: Consideraciones generales e identificación - Hórmigon Armado.

Al ir la técnica del hormigón armado se hizo patente la necesidad e emplear aceros de mayor límite elástico; pero para ello era necesario mejorar la adherencia el hormigón y las tablas, con objeto de conseguir una distribución mas uniforme de las posibles fisuras (mayor con aberturas mas pequeñas). Surgió así la idea de imprimir, en toda la superficie de la barra, una serie de resaltos, corrugas o aletas, lo que originó las denominadas barras corrugadas, cuyo empleo es, hoy día, casi exclusivo en la técnica del hormigón armado.

Las barras corrugadas están normalizadas en España por la Norma UNE 36.068:94. En la figura 8.3 se indican las formas de las corrugas que dicha norma impone. Como se observa en la figura, los dos tipos de acero contemplados por la norma (ver punto 2.° siguiente) se diferencian por la disposición de las corrugas en cada uno de los dos sectores opuestos en que aparece dividida Ja barra. En el tipo B 400 S la separación entre corrugas es diferente entre un sector y otro, pero las corrugas de ambos sectores tienen la misma inclinación, Por el contrario, en el tipo B 500 S las corrugas de un sector tienen una misma inclinación y están separadas uniformemente, en tanto que en el otro sector las corrugas aparecen agrupadas en dos series, de igual separación pero de inclinación diferente a la de las corrugas del sector opuesto. 

Figura 8.3 Forma de corrugas y código de identificación de barras. Fuente: Calidad Siderúrgica.

Por otra parte, el organismo normalizador (AENOR) tiene asignado un código a cada fabricante y marca comercial, el cual se refleja a través de unas marcas que el tren de laminación imprime a las barras, marcas que se repiten a distancias en general no superiores a un metro. Una corruga ordinaria entre dos corrugas regruesadas anuncia el comienzo de las marcas de laminación. A partir de ahí  y hasta la siguiente corruga regruesada, el número de corrugas ordinarias indica el país de fabricación (a España, junto con Portugal. le corresponden siete corrugas) y, a partir de esa corruga y h la siguiente regruesada, el número de corrugas ordinarias indica el fabricante.