EJERCICIO 6 INVESTIGACION. Describa en no más de dos planas de interlineado simple en que consiste la Teoría de Análisis por Onda y los Métodos de Análisis Dinámico de capacidad de pilotes. Las siguientes preguntas servirán de orientación en su respuesta. a. Cuál es la analogía que plantea el análisis por onda respecto al proceso dinámico de hinca de un

pilote? b. Cuál es la diferencia en la forma de la onda para un pilote rígido y uno flexible? c. Cuáles son las limitaciones de un análisis por onda? d. Que son las fórmulas de hinca o métodos aproximados de análisis dinámico? e. Describa las variables que intervienen en la fórmula del Engineering News RESPUESTA Análisis Por Onda: El proceso dinámico de la hinca del pilote es análogo al del choque de una masa concentrada contra una varilla elástica. La varilla está parcialmente impedida de movimientos a lo largo de su superficie por la fricción lateral y, en la punta, por la resistencia por la punta. La masa del pilote, distribuida a lo largo del mismo, se presenta por una serie de pequeñas masas concentradas, W, unidas entre sí por resortes que simulan la resistencia longitudinal del pilote. La resistencia por fricción lateral se puede representar por un modelo geológico de superficie restringida que incluye el rozamiento, de la deformación elástica y la amortiguación. Cuando el martillo golpea el sombrerete del pilote genera una fuerza Rc, que acelera el sombrerete (Wc) y lo comprime. El sombrerete transfiere una fuerza, Ro, al segmento de la cabeza del pilote, W1 y lo acelera un instante después de la aceleración de Wc. La fuerza de compresión que se ejerce en la cabeza del pilote R1 produce aceleración en el segmento siguiente del pilote, W2, produciéndose una onda de compresión que se mueve hacia la punta del pilote. La fuerza vertical en un instante, t, es equivalente a la compresión del resorte. La onda de fuerza, cuando se mueve hacia abajo, es disipada en vencer la fricción y la fuerza que queda cuando la onda llega al extremo del pilote vence la resistencia por la punta. Para que el pilote penetre profundamente la fuerza en la onda debe ser mayor que las sumas acumuladas de la máxima resistencia por fricción lateral y la máxima resistencia por la punta. La forma de la onda de fuerza depende de la rigidez del pilote. En un pilote rígido la forma de la onda es puntiaguda, con un pico más alto que el de un pilote flexible. La fuerza que vence la resistencia por la punta R-EEB, es mayor para el pilote rígido. La fuerza máxima es también una función de la energía del martillo y de su eficiencia; el de mayor energía produce la fuerza mayor. La fuerza dividida por el área transversal del pilote es igual al esfuerzo que se produce en el pilote durante la hinca si el esfuerzo máximo producido excede la resistencia del pilote, si este se daña el pilote ha sido hincado excesivamente, o que ha sido sobrehincado. Aunque el análisis por onda de la hinca del pilote da una visión del mecanismo del proceso de hinca, su utilidad es limitada para evaluar la capacidad de carga del pilote. La disipación de energía por fricción lateral y su equivalencia a la constante del resorte y la resistencia por la punta, son difíciles de evaluar bajo condiciones de obra y casi imposibles de pronosticar. Métodos Aproximados: La energía se gasta en el rozamiento mecánico del martillo, en transferir la energía del martillo al pilote por el impacto y en la compresión temporal del pilote, del sombrerete y del suelo. La relación básica será:

Ro es la resistencia del pilote a la hinca; s es la distancia que el pilote recorre dentro del terreno por un golpe de martillo; Wr es el peso de la masa y h la altura de caída en la masa. Esta ecuación para Ro

 

que es igual a la capacidad del pilote para soportar la carga, Q. La eficiencia mecánica del martillo se representa por e, que es un coeficiente que varía de 0.75, para los martillos de masa libre que se operan con un torno o para la mayoría de los martillos de vapor que no son nuevos, a 0.9 para martillos de doble efecto, nuevos y es más alto para los martillos hidráulicos. Este método considera el coeficiente de restitución n, que varía de 0.9 para aluminio-plástico laminado, a 0.25 para un martillo que golpee sobre la cabeza de un pilote de madera o un bloque de madera de un sombrerete; además comprende el peso del martillo Wr y el peso del pilote Wp. La energía disponible después del impacto es igual a la energía del martillo multiplicada por:

2 ; La pérdida de energía por la compresión elástica del pilote, el sombrerete y el suelo, se puede estimar aproximadamente, suponiendo un aumento lineal en el esfuerzo que se produce, desde cero a Ro mientras se produce la compresión. La pérdida de energía será:

12

2

2

32

Siendo C1, C2 y C3 respectivamente, la compresión elástica temporal del sombrerete, del pilote, y del suelo. El valor de C2 + C3 es el rebote del pilote con cada golpe del martillo y se puede medir fácilmente, como se describió anteriormente. El valor de C1 se puede estimar por el valor de Ro y por la forma y material del sombrerete. El balance de la energía resultante y la formula dinámica son:

12

22

32

2

12 1 2 3

2

Formula Engineering News: La fórmula Engineering News se dedujo de observaciones hechas durante la hinca de pilotes de madera en arena, usando un martillo de maza de caída libre. El valor de C1 + C2 + C3 se supuso igual a 2 pulgadas (5cms) y la eficiencia del martillo y el factor de impactos iguales a 1. El resultado es el siguiente:

1

Se introdujo un factor de seguridad de 6 para compensar cualquier inexactitud proveniente del uso de constantes arbitrarias. Como la altura de caída de la masa se mide generalmente en pies y s en pulgadas, para hacer homogénea la formula se multiplica el numerador por 12; quedando la formula reducida a su forma corriente:

16

’ 126 1

; 2 ’

1

En esta expresión h’ es la altura de la caída del martillo medida en pies y s la penetración media en pulgadas. Rs es la carga admisible en el pilote, con su factor de seguridad. Esta fórmula fue modificada para usarla con martillos de vapor, substrayendo dos pulgadas por 0.2 pulgadas para la compresión temporal, quedando en la forma siguiente:

2 ’

0.1

Varios ensayos de carga de pilotes demuestran que el factor de seguridad de la formula Engineering News es alrededor de 2 en vez de 6, que ese factor de seguridad puede ser tan bajo como 2/3 y tan alto como 20. Para pilotes de madera hincados con martillo de masa de caída libre y para pilotes cortos con cargas ligeras, hincados con martillos de vapor.