Utilización de pruebas de carga en el diseño de pilotes

En España hay tres códigos técnicos para el diseño de pilotes: uno obligatorio para edificación, unas recomendaciones geotécnicas para obras de carreteras, y otras para obras marítimas. Las referencias completas de los documenteos son las siguientes:

• Código Técnico de la Edificación (CTE), Documento Básico SE-C: Seguridad Estructural, Cimientos. Ministerio de la Vivienda (2006). Descarga gratuita en Internet aquí.
• Guía de cimentaciones en obras de carreteras. Dirección General de Carreteras del Ministerio de Fomento (2003). Descarga gratuita en Internet aquí.
• Recomendaciones Geotécnicas para Obras Marítimas y Portuarias (ROM 0.5-05), Puertos del Estado, Ministerio de Fomento (2005). Descarga gratuita en Internet aquí.

Además, recientemente se ha aprobado en nuestro pais una revisión del Eurocódigo 7: Proyecto geotécnico. Parte 1: Reglas generales, Norma UNE-EN 1997-1, que incluye el esperado Anejo Nacional que coordina los tres códigos españoles citados con el Eurocódigo 7 vigente en Europa y con sus criterios de diseño. Se puede adquirir aquí.

Considero que puede ser útil resumir los coeficientes de seguridad más importantes que estos códigos especifican para el cálculo de las cimentaciones por pilotaje.

En la primera tabla que figura a continuación, tomada del CTE obligatorio para edificios, figuran las tensiones máximas a las que se pueden cargar los pilotes, en función del procedimiento constructivo y del tipo de pilote.

De ella se pueden deducir los topes estructurales de algunos tipos frecuentes de pilotes. Por ejemplo, un pilote barrenado sin control de parámetros puede ser cargado hasta 3,5 MPa, o hasta 3,5 x 1,25 = 4,4 MPa si se realizan ensayos de integridad estructural en esos pilotes. Mientras que un pilote prefabricado de hormigón armado e hincado, construido con hormigón de 50 MPa de resistencia característica, puede ser cargado hasta 0,3 x 50 = 15 MPa, es decir, más del triple que en el caso del pilote barrenado.

Los códigos de diseño admiten varios métodos para calcular la capacidad resistente del suelo al hundimiento ante la carga que le transmite un pilote. Los más conocidos son los métodos analíticos, que utilizan fórmulas basadas en las propiedades del suelo como el ángulo de rozamiento interno, la cohesión, y otras, que se suelen obtener mediante ensayos de laboratorio sobre muestras de suelo obtenidas en sondeos. También se utilizan métodos de cálculo basados en ensayos «in situ» que miden la resistencia del suelo, como el SPT, los penetrómetros dinámicos y estáticos, y los presiómetros. Otro método de cálculo que está ganando importancia en los códigos de diseño es el de las pruebas de carga sobre pilotes reales, e incluso algún código como el Eurocódigo 7 lo considera como el método preferente de diseño de pilotes.

Si se utilizan métodos analíticos para el diseño, los tres códigos españoles citados no dan los mismos valores para el coeficiente de seguridad reductor de la capacidad de carga calculada. En la siguiente tabla hay una comparación. Se ha extraido de un artículo presentado en un reciente congreso europeo sobre el tema.

Dado que las pruebas de carga son el método más real de estimar la capacidad de carga de un pilote, los códigos permiten en ese caso la aplicación de coeficientes de seguridad inferiores para la reducción de la resistencia del terreno así calculada. En la tabla siguiente hemos extraído los criterios del CTE sobre coeficientes de reducción de la resistencia característica del terreno al hundimiento del pilote, en función del método de cálculo utilizado. Se puede ver que la disminución en los coeficientes reductores es importante si se realizan pruebas de carga, lo que en obras con muchos pilotes puede compensar con creces el coste de dichas pruebas.

Las recomendaciones ROM 0.5-05 de Puertos del Estado incluyen una tabla con los coeficientes de seguridad para la reducción de la resistencia característica del terreno al hundimiento del pilote, en función del tipo de pilotaje y del método de diseño utilizado. Contempla la utilización de pruebas de carga como contraste de otros métodos de diseño de pilotes, en cuyo caso se aplican factores de reducción más bajos.

En el CTE aparecen un par de tablas que permiten calcular la resistencia característica del terreno al hundimiento del pilote en función del número de pruebas de carga realizadas en una cimentación. La primera tabla es para pruebas de carga estática.

Y la segunda es para pruebas de carga dinámica.

Los códigos españoles no citan normas de ensayo para las pruebas de carga estática o dinámica de pilotes, ya que todavía no existe normativa española o europea aprobada, por lo que es habitual referirse a normativa ASTM norteamericana a la hora de realizar pruebas de carga en pilotes:

• «Standard Test Method for Deep Foundations Under Static Axial Compressive Load», ASTM D 1143M (pruebas de carga estática).
• «Test Method for High Strain Dynamic Testing of Piles». ASTM D 4945 (pruebas de carga dinámica).

El Comité Europeo de Normalización CEN está desarrollando dos normas para estas pruebas, todavía no aprobadas definitivamente:

• «Geotechnical investigation and testing – Testing of geotechnical structures – Part 1: Pile load test by static axially loaded compression», prEN ISO 22477-1 (pruebas de carga estática).
• «Geotechnical investigation and testing – Testing of geotechnical structures – Part 4: Testing of piles dynamic load testing», prEN ISO 22477-4 (pruebas de carga dinámica).

CEN tiene ya aprobada otra norma para pruebas de carga rápida en pilotes, que es un tipo de prueba intermedio entre carga estática y carga dinámica, que en España no tiene todavía tradición:

• Geotechnical investigation and testing – Testing of geotechnical structures – Part 10: Testing of piles: rapid load testing, EN ISO 22477-10:2016.

De lo anterior se deduce que las pruebas de carga de pilotes son un instrumento válido para el diseño de una cimentación profunda, permitiendo en muchos casos la consecución de ajustes importantes en su presupuesto y una reducción de incertidumbres de proyecto que, cuando aparecen, suelen desmbocar en retrasos, disputas y pérdidas económicas.

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