Aplicación de la Prueba de Integridad de Pilotes en puentes de Cayo Cruz, Camagüey (página 2)
Enviado por Luis Orlando Ibanez Mora
Tanto en esta teoría como en las formuladas a continuación, se considera un coeficiente de seguridad de 3. Aunque se trata de un valor elevado respecto del coeficiente de seguridadde 2.5 usado tradicionalmente para la evaluación de la resistencia por fuste, en el análisis comparativo la resistencia última por fuste se ha obtenido siempre multiplicando el valor de la carga admisible por 3. La formulación ofrecida por Hooley y Lefroy (1993) solamente es aplicable para rocas fuertemente meteorizadas, con una resistencia a compresión simple muy baja, inferior a 0.25 MPa:
Exp. 1.6
Tabla 1.3. Resistencia por fuste de pilotes en roca.
Resistencia por fuste de pilotes empotrados en roca como función lineal de la resistencia a compresión simple: f(sc) tult = a·sc Autores
Thorne
Poulos & Davis
Hooley & Lefroy Fecha
1977
1980
1993 Coeficiente a
0,05? 0.1
0,15
0,3 Limitaciones
–
tult <0,45 MPa
sc <0,25 MPa Observaciones
Propone un valor mínimo y otro máximo para tult
Para rocas no muy meteorizadas, se consideran tult =0,45 MPa
Solamente aplicable a rocas fuertemente meteorizadas Resistencia por fuste como función de la raíz cuadrada de la resistencia a compresión simple La resistencia aportada por el fuste de un pilote a lo largo de su empotramiento en roca puede ser también obtenida como función de laraíz cuadradade la resistencia a compresión simple: ) Exp. 1.7
9 Capítulo1. Estado del arte
Tabla 1.4.Resistencia por fuste de pilotes en roca
Resistencia por fuste de pilotes empotrados en rocacomo funciónde la raíz cuadrada dela resistenciaa compresión simple: f(sc1/2) tult =a·sc Autores Fecha Coeficiente a Limitaciones Observaciones Rosenberg & Journaux 1976 0,375 En pilotes de diámetro entre 210 · 610 mm, empotrados en – Horvath et al. 1983 0,2/ 0,3 pizarras. En pilotes de 710 mm de diámetro (aprox). enargilitas o similares. Si la pared del pilote presenta cierta rugosidad,se considera Rowe & Armitage 1987 0,45 / 0,6 – uncoeficiente de0,3 Si la superficiede contacto pilote – terreno es muy rugosa, Wyllie 1991 0,4? 0,6 – se considera un coeficiente de 0,6 Establece un límite inferior y otro superior. Fleming et al.
Hooley & Lefroy 1992
1993 0,4
0,15? 0,4 sc < 0,50MPa
0,25 < sc < 3,00 MPa en pizarras, lutitas y argilitas. Aplicable solo a rocas suficientemente blandas
Aplicable sobre rocas alteradas y blandas Kulhaw y &Phoon 1993 0,22? 0,67 – El coeficiente superior, para superficies de contacto pilote – terreno muy rugoso. Carubba 1997 0,13? 0,25 – El inferior,para rocas blandas. Establece un límite inferior y otro Zhang & Einstein 1998 0,4? 0,8 – superior. Establece un límite inferior y otro superior.
dr = ?1+0.4 ? = 3.5 Capítulo1. Estado del arte
Propuesta de Norma Cubana
La Norma Cubana establece para la resistencia en punta de los tipos de pilotes: hincados, encamisados, rellenables y perforadores, los cuales se apoyan en suelos rocosos o poco compresibles (Eo > 100000 kPa) la fórmula: Q*V=R*·AP (kN) Exp. 1.8 donde: AP: área deapoyodel pilote (m2) que se asume para los casos de pilotes de sección transversal constante e igual al área neta de la sección transversal para pilotes encamisados, huecos, cuando estos no son rellenados con hormigón. Si hay relleno con hormigón será igual al área bruta de la sección transversal, siempre que bicho relleno alcance una altura mayor o igual a 3D (b). R*: resistencia a compresión no confinada de los núcleos de roca (kPa), que se asume de la forma siguiente: (*) Para pilotes encamisados, perforados o de huecos rellenados de hormigón apoyados en suelos rocosos sedetermina por la expresión siguiente: ·dR Ksq ·R ? gR R* = (kPa) Exp. 1.9 donde:
R : valor promedio de la resistencia límite a compresión axial del suelo rocoso en condiciones de humedad natural (en relación con el diámetro: alturade la muestra igual a dos, 2). ?gR:coeficiente deseguridad paralos suelos igual a ?gR=1.6. ? ? LE ? D ? Exp. 1.10 LE: profundidad de embebimiento del pilote obturado en la roca. Se asume igual a la profundidadde empotramiento (m). D: diámetro exterior de empotramiento en el suelo rocoso.
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PP? f *iL c c Capítulo1. Estado del arte 11 Tabla 1.5. Valores deKsq.
Espaciamiento de Valores de RQD
25< RQD = 50 50< RQD = 75 75< RQD = 90 90< RQD = 100 las discontinuidades (m)
0.06-0.2 0.2-1.6 1.6-2.0 >2.0 Ksq
0.1 0.3 0.75 1.0 RQD: índice de calidad de la roca, se define como el porcentaje de recuperación de pedazos de núcleos de rocas mayores de 10cmdelongitud con respectoa la longitud del sondeo. RQD= Longitud delos pedazos denúcleode 10cm / longitud del sondeo.
La Norma Cubana establece para la resistencia a fricción en suelos cohesivos de los tipos de pilotes: Q* f i =
f * i=n
i=1 ? gf
* =a cu i Exp. 1.11
Exp. 1.12 Valores de a
Caso 1:
Caso 2: ( 100 kPa= u = 400 kPa a =(700-cu) 1500 30kPa= u =100 kPa a= 1250-8 . 5cu) 1000 Exp. 1.13
Exp. 1.14 Valores de * c u (kPa) Los valores de cálculo de la cohesión no drenada * c u se determina para una probabilidaddel 95 %, según:
Capítulo1. Estado del arte 12 * c u = cu ? gc Exp. 1.15 El valor máximo del coeficiente de estimación de la cohesión ? gc será de 1.4, tomándose este valor en el caso de que no se realice tratamiento estadístico. Si hay análisis estadísticose determina según: Coeficiente de variaciónvc ? gc Vc = 0.26 Vc > 0.26 1.2
1.4 La Norma Cubana establece para la resistencia en punta en suelos cohesivos de los tipos de pilotes: P AP.q* ? gp Q*P = Exp. 1.16 * q* P =d SC.N C.cu Exp. 1.17 Valores de N C y de d SC para 1.0 = LE D < 2.5 Diámetro del N C d SC Pilote (m) D= 0.5
0.5 1.0 5.14 LE D 1.0+0.1 tan-1 Valores de N C y de d SC para LE D = 2.5
Capítulo1. Estado del arte N C.d SC Diámetro del
Pilote (m) D = 0.5
0.5 1.0 9
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6 En el caso de pilotes sometidos simultáneamente a fuerzas verticales de compresión y horizontales, siendo esta última superior al 10 % de la vertical, q* P se calcula mediante la siguiente expresión: q* P = 5.14 * cu Exp. 1.18 Tabla 1.6. Resistencia ultima por punta de pilotes empotrados enroca Método utilizado para la determinación de la carga vertical resistentepor estabilidad del pilote ( rocas y suelos )
Fórmulas estáticas. Teoría de la Resistencia en: Punta ? gP 1.20 Fuste ? gf 1.20 la plasticidad ensuelos plasticidad en rocas Fórmulas de Tipo de la teoría de pilote Tipo de suelo ? gP ? gf Hincado
Fundido in- situ Friccional Cohesivo Friccional Cohesivo 1.2 1.1 1.4 1.3 1.3 1.2 1.3 1.2 1.4 Ensayos de Integridad en Pilotes. Métodos no destructivos. Son tres los métodos utilizados con más frecuencia para comprobar laintegridad estructural de pilotes mediante sistemas no destructivos: a) El método sónicomediante martillo demano. b) El método de cross-holeultrasónico.
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Capítulo1. Estado del arte
c) El método es el ensayodinámico. Los ensayos de Integridad de Pilotes son métodos que le posibilitan al constructor conocer cómo se presentan sus características bajo el suelo luego de su ejecución y comprobar si puede ser utilizado para una posterior construcción sobre este tipo de cimiento sin dañar el pilote. (García 2010)
1.4.1 Ensayo dinámico
El método es el que dispone de más tradición, consistiendo en dejar caer una masa importante sobre la cabeza del pilote protegida por una sufridera, instrumentándose la cabeza del pilote para obtener la fuerza y la velocidad en función del tiempo. Es un método utilizado preferentemente en pilotes hincados, ya que aprovecha la misma energía proporcionada por el martillo de hinca. Es un método dinámico que induce una fuerte deformación en el pilote, denominándose generalmente "ensayo de respuesta dinámica" o simplemente "ensayo dinámico", aunque algunos autores no lo incluyen entre los ensayos de integridad. En pilotes hincados no requiere preparación especial ya que se utiliza el mismo martillo de hinca y la instrumentación es sencilla, pero en otros tipos de pilotes sí que requiere medios pesados, ajenos a los de ejecución del pilote, para disponer sobre el mismo una masa considerable con una cierta altura de caída. En la actualidad se han desarrollado sistemas más sencillos y transportables de dar la energía necesaria para el ensayo. (García 2010) Figura 1.1. Ensayo dinámico
1.4.2 Ensayo de integridad por el métodoultrasónico
El método ultrasónico consiste en hacer descender por dos tubos huecos paralelos en el interior del fuste del pilote o pantalla, un emisor y un receptor que envían y reciben señales, registrando el tiempo que tardan estas señales en recorrer la distancia entre ellos. Es también
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Capítulo1. Estado del arte
un método dinámico que induce una baja deformación en el pilote, denominándose generalmente “Cross-Hole ultrasónico”, aunque también se le denomina “sondeo sónico”, “sondeo sísmico”, “ensayo sísmico paralelo”, “cross-hole sonic logging” o “ensayo por transparencia sónica”. Este ensayo se debe prever con anterioridad a la ejecución del elemento, ya que requiere que se dejen dos o más tubos embebidos en el hormigón o de lo contrario nose pueden ensayar por estemétodo. Figura 1.2 Equipo de registro dedatos para el método ultrasónico Cross-Hole.
El método, se basa principalmente en el tiempo que tarda una onda ultrasónica en recorrer la distancia entre emisor y receptor a través del hormigón.Dichos emisor y receptor, sedesplazan simultáneamente por dos tubos paralelos sujetos a la armadura del pilote, realizandoun barrido desde la parte inferior del pilote opantalla, hastael borde superior de los tubos.
El tiempo medido es función de la distancia entre emisor y receptor y de las características del medio atravesado. También se registra la calidad de la señal que se recibe. La profundidad se mide mediante una rueda conectada al ordenador, a través de la cual pasa el cable de las sondas, y va girando a medida que las izamos. (Caballeros, 2003) La unidad de control registra cada una de las señales que llegan a la sonda receptora y las almacena para su posterior tratamiento y presentación. De esta forma se obtiene un registro casi continuo a lo largo del fuste del pilote que permite determinar a cualquier profundidad si el hormigón es homogéneo otiene heterogeneidades. (García 2010)
1.4.3 Ensayo de integridad por el métodosónico
Es el método más usado internacionalmente y consiste en golpear la cabeza del pilote con un martillo de mano y obtener mediante un acelerómetro el movimiento de la cabeza del pilote como consecuencia de la onda de tensión generada. Este método se denomina generalmente
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Capítulo1. Estado del arte
“método sónico”, aunque también puede llamarse “sísmico”, “ensayo de integridad de baja deformación” o “sonic echo” (eco sónico). Se aplica generalmente a cualquier tipo depilote y no requiere ninguna preparación para la realización del ensayo. Se aplica a cualquier tipo de pilote, no requiere ninguna especificación técnica para ensayos de integridad de pilotes preparación especial en el mismo, ni necesita equipo pesado, por lo que resulta económico y de gran rendimiento. Para pantallas, zapilotes, o en general elementos que no su geometría no sea cilíndrica o prismática, no se asegura el correcto funcionamiento del ensayo para su posterior interpretación, debido a que no sabemos ciertamente si la onda de compresión que generamos, desciende verticalmente, o se producen rebotes de onda que nos darían interpretaciones equívocas de la realidad. Figura 1.3 Equipo para el ensayo mediante el método sónico. Martillo, acelerómetro y ordenador.
Estos ensayos de integridad de pilotes constituyen una potente herramienta de trabajo para poder determinar experimentalmente la existencia de defectos en los pilotes. El método sónico con martillo de mano está siendo empleado en el control de pilotes, sin que sea preciso ninguna preparación especial del pilote ni interferir con la marcha de laobra,dada lasencillez y rapidez del ensayo y su economía. El método ultrasónico "cross-hole" está siendo empleadoen el control de pilotes de gran diámetro, siendo la única preparación previa necesaria el dejar tubos embebidos en el hormigón del pilote. Los modernos ensayos rápidos de carga permiten abaratar un método de diseño y comprobación de las cimentaciones mediante pilotes, que hasta ahora estaba reservado para obras de elevado presupuesto. Tanto los ensayos de integridad estructural como los ensayos rápidos de carga disminuyen el margen de incertidumbre existente enla construcción de cimentaciones profundas. (García 2010)
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Capítulo1. Estado del arte
1.5 Ensayos de Integridad PIT. Reseña Histórica.
El desarrollo de la prueba dinámica de baja deformación para la determinación de las condiciones de integridad de pilotes, es el resultado detodo unproceso histórico iniciado desde el comienzo mismo en que fueronutilizados estos elementos.
La prueba de integridad de baja deformación tuvo el inicio de su desarrollo e investigación a partir del año de 1929 con el ruso Solokov. Solokov sugirió el uso cuantitativo de las ondas ultrasónicas para determinar la ubicación de elementos metálicos. Posteriormente, después de la Segunda Guerra Mundial, Firestone de la Universidad de Michigan en Estados Unidos e independientemente Sproule en Inglaterra, sugirieron el uso de detectores de ecos por pulsos ultrasónicos de baja deformaciónpara detectar fallas enmateriales homogéneos.
Los equipos de pulso sónico empezaron a ser dotados de geófonos y osciloscopios en el dominio del tiempo. Debido a las mejores características de respuesta, la mayoría de las pruebas de integridad de baja deformación empezaron a usar acelerómetros como dispositivos que detectaban el movimiento en la punta del pilote y la mayoría de los registros obtenidos empezaron a ser analizados en el dominio del tiempo. De igual manera el martillo de mano se empezó a instrumentar para los casos que se deseaba realizar el análisis en el dominio de la frecuencia. Con el posterior desarrollo del registro digital y procesamiento de los resultados, hasta el día de hoy, el análisis de información es posible y sus múltiples aplicaciones han empezado a extenderse. (Hussein2004)
1.5.1 Equipo
El equipo está compuesto por tres herramientas que son necesarias para llevar a cabo la prueba de integridad de baja deformación: un martillo (con o sin sensor de fuerza), un sensor (acelerómetro o geófono) y un procesador.
El martillo: Dependiendo del tamaño del pilote a ser probado, la masa del martillo debe estar entre 0.5 y 5kg. Los martillos más pequeños brindan un menor pulso y un mayor contenido frecuencial, mientras que los martillos más grandes aplican mayores energías a la cabeza del pilote. Los pulsos de entrada generados por un martillo pequeño, si son claros y angostos, son apropiados para investigar deficiencias de pilotes en distancias cortas a lo largo del fuste en contraste con los pulsos más amplios. Por tanto, los martillos más pequeños son
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Capítulo1. Estado del arte
recomendados para tal fin. Para la evaluación de un pilote largo, como más energía se pierde en la propagación de la onda, se recomienda utilizar martillos más grandes. Actualmente, se tiende a realizar la pruebacon diferentes tamaños del martillo.
El pequeño tiende a revelar más detalle sobre los cambios de sección del pilote, mientras el martillo más grande es capaz de generar una reflexión de onda más clara en la punta del mismo. El sensor de presión está localizado entre la masa del martillo y la superficie de impacto, mientras que el acelerómetro está pegado rígidamente a la cabeza del pilote. Típicamente, la fuerza medida es mil veces mayor que el peso del martillo, por tanto, los martillos más grandes alcanzan un valor pico momentáneo de hasta 50kN. (Rausche1992)
El sensor del Movimiento: Los sensores de movimiento son acelerómetros o geófonos. La información de aceleración obtenida con el acelerómetro contiene implícitamente información de la velocidad al ser integrada posteriormente.Por su parte, los geófonos producende manera directa una señal de velocidad. Tanto los acelerómetros como los geófonos tienen diferentes propiedades en diferentes rangos de frecuencias. Los acelerómetros, por ejemplo, brindan resultados más confiables en frecuencias altas. Los geófonos tienen un rango de frecuencia más bajo, pero no requieren los cálculos de una constante de integración. Los geófonos son generalmente más pesados que los acelerómetros y por tanto presentan mayor dificultad en el momento derealizar la prueba. (Rausche1992)
Procesadores: La pantalla de la unidad especializada muestra menús intuitivos para guiar al usuario y muestra las señales gráficas para interpretación en campo. El “Colector PIT” en las condiciones de señal del martillo y los sensores de movimiento, guardan la información para una posterior transferencia al computador que luego ejecuta los cálculos parasu interpretación y elaboración de graficas de los datos procesados.
1.5.2 Normatividad del ensayo
Según (BEIM 1998) el Ensayo PIT es normalizado por las siguientes normas internacionales: • • • • Alemania (Recomendación de la DGGT para futura inclusión enla norma DIN) Australia (AS2159-1995) China (JGJ 93-95) Estados Unidos (ASTM D-5882-96)
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• • Capítulo1. Estado del arte
Francia (Norme Française NFP 94-160-2; NFP 94-160-4) Inglaterra (Specification for Piling – Institution of Civil Engineers – capítulo 11.2) 1.5.3 Ventajas y desventajas del PIT
El ensayo PIT tieneventajas que lo hicieron muy popular: • • •
• • Ejecución muy rápida. Con los pilotes preparados, se hacen más de 50ensayos por día. Es capaz dedetectar daños en lasuperficie del fuste. No exige preparación durante la ejecución del pilote. Así, puede ser hecho encualquier pilote de laobra. Equipamiento liviano y portátil. Para obtener informaciones sobre la integridad de los pilotes, el PIT es sin duda la más rápida y barata.
En contrapartida, ese ensayo tiene algunas desventajas y limitaciones: •
•
• •
• •
•
• Poca precisión en la evaluación de la intensidad del daño. Ello puede hacer con que sean detectados daños que no comprometerían la utilización del pilote, con consecuente pérdida de tiempo para la obra. Dificultad de detección de un segundo daño abajo de una grande variación de características delmaterial del pilote. Difícil interpretación de las señales obtenidas enalgunos casos. Imposibilidad de distinguir entre variación de área de sección y variación de calidad del hormigón (peso específicoy/o módulo deelasticidad). Limitación de longitud del pilote. En casos donde existen juntas mecánicas o grietas que atraviesan laseccióndel pilote, la onda no puede cruzar tal discontinuidad. Debido a su naturaleza, el ensayo no brinda ningún tipo de información relativa a la capacidad de cargadel pilote. Dificultad de detección dedaño muy próximo dela punta. (García 2010) 1.6 Características delensayo.
El ensayo de integridad de pilotes por el método sónico, se basa en la propagación a lo largo del fuste del pilote, de una onda de compresión producida por un martillo de mano enla cabeza
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Capítulo1. Estado del arte 20 del pilote. Esta onda es reflejada por las discontinuidades del pilote, por la punta del pilote, por cambios de sección o por variaciones del tipo de terreno que lo rodea. Los movimientos consiguientes de la cabeza del pilote son captados por un acelerómetro. La señal del acelerómetro es amplificada y digitalizada por un sistema electrónico y convertida enmedidade velocidad, que se presenta inmediatamente en la pantalla de un microcomputador portátil. El ensayo PIT es ideal para pilotes moldados "in situ", excepto pilotes inyectados bajo presión. Determinación de la velocidad de propagación de la onda El frente de onda que se genera en el punto de impacto realmente tiene forma esférica, pero a una distancia de unos 2 diámetros se puede considerar como un frente de onda plano que se transmite por el cilindro a una velocidad: Exp. 1.19 Siendo: E, el módulo de elasticidad dinámico del material ?, la densidad c, lavelocidad de propagación Cuando hay cambio geométrico o de características del material que se constituye elpilote oun cambio importante de la rigidez del terreno, parte de la energía se refleja hacia la cabeza de éste. (García 2010) Determinación de la impedancia Los cambios en las características geométricas o en las propiedades del material que lo constituyen y que producen ecos que permiten diagnosticar el estado del pilote son el área de sección transversal del pilote, densidad del material y/o módulo de elasticidad o velocidad de transmisión de la onda enel material. Estos aspectos seengloban en el término Impedancia y que sedefinecomo: Exp.1.20 Siendo: z, la impedancia de una seccióndel pilote ?, la densidad del material
Capítulo1. Estado del arte
c,la velocidad de propagación de la onda de compresión A,el área de la seccióntransversal
La impedancia sepuede también expresar como:
Exp. 1.21 Siendo: E, el módulo de elasticidad dinámico del material Como la densidad suele variar relativamente poco de una zonaa otra,aunque haya cambios importantes de las propiedades del material, los dos parámetros que más afectanal valor dela impedancia de la sección sonc yA, y principalmente este último. Por lo tanto, con las reflexiones del Eco se estarán registrando variaciones en la velocidad y sobre todo en el área transversalde los pilotes ensayados. (García 2010)
Determinación de la profundidad El gráfico de velocidad de propagación de la onda, a través del fuste de un pilote continuo, aparece en la pantalla como una línea relativamente horizontal, con dos picos, que indican el inicio causado por el impacto del martillo y el final del pilote, causado por la reflexiónde la onda en el final del pilote, que es el primer cambio deimpedancia que se produce. Figura 1.4. Ejemplo esquemático dela señal de respuestapara un pilote. Prueba PIT
Se pueden identificar un pico positivo inicial correspondiente al pulso de entrada debido al impacto del martillo. Al cabo de un tiempo la velocidad regresa a tomar un valor decero hasta alcanzar la reflexión en la punta donde se registraría un pulso similar al de entrada que puede ser positivo o negativo en algunos casos. Positivo cuando el pilote se encuentra en un suelo relativamente blando y negativo cuando la punta del pilote se encuentre apoyada por una roca o estrato dealta rigidez. (Caballeros 2003)
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Capítulo1. Estado del arte
La reflexión que lega a la cabeza del pilote habrá recorrido una distancia 2L, siendo L la longitud del pilote. Al registrar con un acelerómetro en la cabeza del pilote el tiempo, t, que ha tardado la onda en volver a la cabeza tras el impacto y se conoce la velocidad, c, de transmisión de las ondas de compresión en el hormigón (de 3500 a 4000 m/s), se puede calcular la longitud del pilote como:
Exp. 1.22 Figura 1.5. Curva teórica del método sónico
1.6.1 Preparación del pilote para elensayo
Para la realización de esteensayose deben tener en cuenta los diferentes factores: –
–
–
–
– Los pilotes deben estar descabezados o accesibles al menos en parte en el momento del ensayo,y sin presencia del agua. El hormigón no tendrá, en general, menos de una semana en el momento del ensayo. Para la realización del ensayo se requiere que la cabeza del pilote sea de hormigón sanoy compacto, para que la onda no refleje endiscontinuidades. El acelerómetro es fijado posteriormente sobre lasuperficie preparadacon una pequeña película depasta suave. Es recomendable disponer de un plano con la identificación de los pilotes, su longitud aproximada, y posibles incidencias durante su construcción. Se necesita conocer las características geotécnicas del suelo atravesado por el pilote, parafacilitar la interpretación. Luego de haber realizado los pasos anteriores se realizan diferentes golpes con el martillo de mano desde una misma altura procurando que sean realizados con la misma energía de impacto. (Likins 2000)
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Capítulo1. Estado del arte 1.6.2 Realización del ensayo en obra
Una vez seha preparado el pilote para ser ensayado: – –
–
– –
– Se limpia con una escobilla de mano. Se colocael acelerómetro sobre la cabeza del pilote, procurando que quede lomás vertical posible, y en una zona compacta de hormigón. Indicamos en el programa informático el nombre de referencia del pilote y la profundidad esperada deproyecto. Sujetamos con firmeza el acelerómetro y lo conectamos a través del programa. Con el martillo de mano, golpeamos suavemente la cabeza del pilote, hasta que obtengamos gráficas suficientes que nos aporten información para suinterpretación. De todas las gráficas obtenidas, el programa hace unagráficaque es la mediade todas, y cuando detecta que por más gráficas que hagamos, la media no varía, nos indica que podemos parar degolpear el pilote. – Procedemos a interrumpir la lectura del acelerómetro, si lo moviéramos sin –
–
– desconectarlo, nos produciría gráficas erróneas. Observamos la gráfica media obtenida, y nos aseguramos de que nos de un resultado de profundidad aproximado al queesperábamos. Si la gráfica obtenida tiene muchas oscilaciones, no nos da unfinal claro, o nos detecta unaanomalía en el pilote, podemos repetir el ensayo para asegurarnos. Una vez tengamos unas graficas válidas, procedemos al guardado de la información parasu posterior interpretación en gabinete.
Durante el ensayo, se debe tener en cuenta algunas consideraciones especiales de ubicación del golpe del martillo y localización del acelerómetro que pueden afectar las señales obtenidas. (Likins 2000)
1.6.3 Influencia del terreno de cimentación
El principio del ensayo sónico se basa en el análisis de las ondas reflejadas por cambios significativos en las propiedades del pilote. También tiene influencia el entorno geotécnico en los resultados obtenidos por estatécnicay las variaciones en las propiedades del pilote. – Atenuación: La dificultad del análisis de señal con estas técnicas proviene de que la amplitud de la onda generada por el impulso con el martillo en la cabeza y que setransmite a lo largo delpilote para
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Capítulo1. Estado del arte
volver a la cabeza se atenúa, complicando la recepción y análisis de resultados. La atenuación se produce principalmente por la disipación de la energía en el terreno que rodea elpilote. Esta disposición de energía afecta a la amplitud de la onda que se refleja, imposibilitando a veces detectar la señal reflejadadesde el fondode éste.
La atenuación de la señal depende de la esbeltez del pilote, es decir de la relación longitud/diámetro (L/D) y de la rigidez del terreno. En terrenos blandos o sueltos pueden interpretarse bien los registros de pilotes con esbeltez de hasta 30:1 osuperiores. Si el terreno es rígido puede ser muy difícil analizar los registros de pilotes con esbeltez incluso inferiores a 20:1. – Cambios de impedancia: Apartede laatenuación, los cambios de impedancia enel propio pilote serán los quedificulten el análisis de resultados, pero a lavez seránlos que nos proporcionen información del estado de integridad. Las variaciones deimpedancia son las que nos darán información del estado del pilote. Para que sean detectables con estas técnicas y los equipos empleados, las variaciones de impedancia deben ser al menos de un20%. La variación puede ser debida tanto a un aumento como a una disminución de impedancia. Se pueden detectar normalmente variaciones de Impedancia de un 20% lo que supone por ejemplo una reducción de diámetro de entorno del 10% sobre la sección o también variaciones en la velocidad de propagación del hormigón del orden del 20%. Realmente detectar cambios menores es difícil de observar yaque nose aprecian variaciones significativas. La técnica de integridad por el método sónico, no es capaz de detectar cambios graduales de impedancia. Es evidente que del análisis de los resultados no se podrá proporcionar información ni sobre la verticalidad del elemento ni sobre la capacidad portante del pilote. (García 2010)
1.6.4 Acciones Correctoras
En caso de existir un pilote con defectos se levan a cabo una serie de actividades correctoras como: 1. Los pilotes calificados como rechazables o cuestionables, pueden ser sustituidos por otros, a criterio de la dirección facultativa.
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Capítulo1. Estado del arte
2. Los pilotes calificados como cuestionables pueden ser sometidos a pruebas y ensayos complementarios, tales como pruebas de carga estáticas o dinámicas, o sondeos con recuperación de testigo continuo del hormigón, ensayos cross-hole o excavación perimetral si los defectos no estána granprofundidad. 3. Las acciones correctoras pueden consistir en inyecciones a presión a través de perforaciones en el hormigón del pilote, en micropilotes perforados dentro del pilote, u otras. 4. En el caso de defectos en la parte superior del pilote, se puede demoler dicha zona y volver a reconstruir. En todos los casos se puede volver a realizar elensayosónicode los pilotes reparados. (Caballeros 2003)
1.6.5 Informes de resultados.
El ingeniero responsable del ensayodispondrá de 48 horas después de finalizados los ensayos,para facilitar los resultados finales y la evaluación de la integridad delos pilotes, al menos en forma deavancedel informe. Datos generales aincluir en el informe definitivoson: – – –
– – – Nombre dela obray localización Resumen de la estratificacióngeotécnica Tipología de los pilotes ensayados.Diámetro, longitud, sistema constructivo,edad del hormigón, empalmes en sucaso Incidencia durantela construcción Descripción del aparato utilizado en el ensayo. Fecha de realización de los ensayos.Localización de los pilotes ensayados,adjuntando croquis o plano encasonecesario.
1.7 Empleo de Modelación Matemática enla determinación de capacidadde carga
sobre pilotes.
Existe la necesidad de evaluar la capacidad resistentede las cimentaciones de los puentes que llegan a Cayo Cruz, Camagüey y determinar la carga máxima a la cual pueden ser explotados. Debido a que dos de estos puentes presentaron fallos estructurales se hace necesario el estudio de la cimentación utilizada, para poder reutilizarla en caso que presenten un buen estado constructivo.
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26 Capítulo1. Estado del arte
Para la solución de este problema real se le puede dar uso a la modelación matemática basada en métodos numéricos como el Método de los Elementos Finitos (MEF), se pueden modelar los elementos estructurales que conforman los puentes, y estimar su resistencia estructural, todolo cual queda avalado por la realización de pruebas de carga a escala real, lo cual permite definir las cargas de trabajo del puente.
A través de la modelación matemática basada en el Método de los Elementos Finitos (MEF) se establece un modelo en el cual se cuantifica y evalúa la capacidad de carga de las cimentaciones sobre pilotes. La modelación en 3D de cada estructura permite determinar la redistribución de cargas en un puente enfunciónde suconfiguración.Se estudia la cimentación de los puentes, fijándonos en la estratificación presente, y por el tiempo que lleva construido esta obra de infraestructura no seconoce con exactitudla longitud real de los pilotes,por lo que se analizan una cantidad considerable de casos, determinado la capacidad de carga y se establece la respuesta de la cimentación bajo los diferentes sistemas de cargas, así como el comportamiento de las pruebas de carga que se realizaría en el lugar. Se modela además el fenómeno de la distribución de esfuerzos en la cimentación (interacción suelo – estructura), estableciendo recomendaciones prácticas para evaluar este fenómeno.
Por otra parte, se aportan nuevos criterios y coeficientes, basado en la modelación matemática, lo que significará una reducción de los gastos de investigación ya que prácticamente se eliminará el uso de los costosos ensayos de laboratorio y/o campo, utilizando las pruebas de cargas parala calibracióndel modelo. Con los resultados que se obtienen de la modelación matemática se demuestra su racionalidad en la revisión de los puertos, por otro lado, se demuestra quees factible conla aplicación de la modelación matemática. (Caballero 2007)
1.8 Empleo de las PIT en obras reales
Estudio de los pilotes del puente No 3 en Cayo Cruz, Camagüey utilizando las PIT para determinar la longitud y los cambios de impedancia pertinente.
Capítulo1. Estado del arte Figura 1.6 Aplicación delas PIT en Camagüey
Estas pruebas mostraron que la mayoría de los pilotes se encontraban en buen estado y empotrados en roca, por lo que pueden ser usados como base en la reconstrucción de los puentes. Figura 1.7 Reflectograma del pilote No 21, puente 3
Se realizaron 256 registros en los 24 pilotes del Puente No 3
Encontrado en García (2010) Estudio sobre ensayos de integridad estructural de pilotes: Métodos y Ejemplos de interpretación de resultados, se muestran ejemplos reales para analizar cómo se muestran las pruebas deintegridad de pilotes.
Ejemplo 1, Corresponde apilotes que seencuentran enbuen estado. Se presentan unos reflectogramas realizados en varios pilotes de la cimentación de una obra en Barcelona. Los ensayos mostraron reflectogramas “perfectos”, porque se observa una gráfica con una línea más o menos recta, con una curva inicial hacia abajo que marca el golpe de martillo en la cabeza del pilote, y otra curva final, que indica el rebote de la onda sónica en el final del pilote. Este es un caso ideal, porque son pilotes realizados cerca de un río, dondeel terreno es arenoso y debido a que el rozamiento lateral del pilote conel terreno es muy bajo, la onda viaja exclusivamente a través del fuste delpilote.
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