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TIPOS DE ENSAYOS DE CONTROL DE PILOTES A CARGA VERTICAL:

En funcin de los Objetivos buscados, se diferencian dos grupos:

1) DE CARGA

a) ESTTICOS

i) De Incrementos de Carga Controlado (constante)

ii) De Velocidad de deformacin Controlada (constante)

iii) Cclicos (de carga, descarga y recarga)

b) DINMICOS

i) De Carga Rpida o de Hinca Instrumentada

ii) Statnamic

iii) Martillos (de baja energa) Swedish Drop Hammer

2) DE INTEGRIDAD

a) SNICOS y ULTRA SNICOS

i) IMPEDANCIA Mecnica, de baja deformacin o "Sonic echo"

ii) TRANSPARENCIA Snica o "Cross-Hole

b) SONDEOS con extraccin continua de testigos.

1) A ) - Ensayos de CARGA ESTTICOS a su vez pueden ejecutarse:

I. CARGA VERTICAL (Fuste y Punta)

II. DE EXTRACCIN O ARRANQUE (Friccin o Fuste)

III. CARGA HORIZONTAL

Las nomenclaturas existentes son variadas y contradictorias, en la literatura tcnica y en publicidad de casas proveedoras de equipos y de empresas que realizan ensayos, utilizndose palabras como "snico", "ssmico" y "dinmico" con diferente significado, por lo que los nombres aqu utilizados pueden diferir con otros documentos.

A - Pruebas de Carga Estticas Dadas las limitaciones de las Frmulas de Capacidad de Carga para el Clculo de Pilotes, las pruebas de carga permiten conocer el comportamiento ms cercano al real de los pilotes, sometidos a cargas generalmente superiores a las de servicio (Q ENSAYO 2 Q SERVICIO); que se aplican de forma escalonada (p.ej. de Q SERVICIO).

Se realizan en la fase de proyecto de la cimentacin Pilotes de Prueba - o en la fase de construccin - como comprobacin del diseo.

El valor medido obtenido es de la carga total, como suma de dos componentes, friccin y punta; Se tiene el inconveniente de que no se puede determinar la distribucin de cargas en funcin de la profundidad, ni distinguir el valor de la carga de punta, salvo que se disponga de una instrumentacin colocada a lo largo del pilote.

Ver Braja M. Das Principios de Ing. de Cimentaciones - Pruebas de Carga de Pilotes.

Dadas las elevadas cargas a aplicar, usualmente del orden de cientos o incluso miles de toneladas y el tiempo considerable de ejecucin (ms de 1 da/pilote); son ensayos muy costosos, por lo que la tendencia actual es a realizarlos solo en obras de elevado presupuesto.

Los modernos ensayos de carga rpidos y dinmicos, de coste muy inferior, permiten la realizacin de pruebas de carga en obras de presupuestos medios, logrando as tambin diseos ajustados, con las reducciones en los coeficientes de seguridad que admiten las normas, cuando se efectan ensayos.

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Grficos fuerza - tiempo

ENSAYO DINMICO - SWEDISH DROP HAMMER

NORMATIVA DE REFERENCIA

AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS o Standard test method for piles under static axial compressive load. ASTM (2006) - D-1143 -06. o Standard test method of testing individual piles under axial tensile load. ASTM (2006) - D-3689 -06. o Standard test method for high strain dynamic testing of deep foundations. ASTM - D 4945 -08.

B - Pruebas de Carga Dinmicas

1 - Tcnicas para Pruebas de Carga Dinmicas

Son Ensayos de Carga Rpidos, donde se induce una fuerte deformacin en el pilote, determinndose su "respuesta dinmica". Utilizados en todo el mundo, tanto en pilotes hincados como en pilotes perforados.

Los ensayos dinmicos de carga suministran informacin sobre el comportamiento de los pilotes hincados en condiciones de carga, y tambin sobre su integridad estructural durante la hinca o la re-hinca. No sustituyen a los ensayos estticos de carga, pero permiten la realizacin rpida en obra de comprobaciones de la capacidad de carga de los pilotes instalados y de la eficacia del dispositivo de hinca que se est utilizando.

Si el objeto de los ensayos dinmicos es comprobar la eficacia del equipo de hinca y las tensiones que se generan en el pilote durante la hinca, entonces deben realizarse durante la hinca.

Si el objeto de los ensayos es comprobar la capacidad de carga de los pilotes, se deben realizar en re-hinca, despus de un cierto tiempo tras la finalizacin de la hinca (p. e. de 1 a 2 das para pilotes en arenas o apoyados en roca, y de 5 a 10 o ms das en suelos cohesivos o rocas blandas).

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1.1 - Ensayo Dinmico de Carga Rpida

Consiste en dejar caer una masa importante sobre la cabeza del pilote protegida por una sufridera, instrumentndose la cabeza del pilote para obtener la fuerza y la velocidad en funcin del tiempo. Se miden la aceleracin y la fuerza en la cabeza del pilote, grabndolas en un analizador dinmico de pilotes (PDA).

En el sistema, un par de transductores de deformacin y un par de acelermetros se atornillan simtricamente en los lados del pilote, bajo su cabeza. El analizador dinmico de pilotes - PDA recibe la seal de los transductores y calcula los valores de la fuerza de impacto, fuerza mxima, energa desarrollada y estima la resistencia del suelo movilizada.

F/A = .E E = rrrr.c

Siendo: F = Fuerza, A = rea de la seccin transversal del pilote, = deformacin unitaria, E = Modulo de Elstico del pilote, rrrr = densidad del pilote y c = velocidad propagacin de la onda de tensin; el clculo de E depende fuertemente de la correcta estimacin de c.

El anlisis se efecta suponiendo los valores de las constantes dinmicas y sustituyendo en el modelo del martillo las mediciones de velocidad efectuadas.

Las fuerzas medidas y calculadas se grafican contra el tiempo; si no coinciden, los parmetros del suelo se modifican y el anlisis se repite hasta que el mtodo converge.

Mtodo utilizado preferentemente en pilotes hincados, donde se aprovecha la misma energa proporcionada por el martillo y no se requiere preparacin especial ya que se utiliza el mismo martillo de hinca y la instrumentacin es sencilla; pero en otros tipos de pilotes se requiere de medios pesados ajenos a los de ejecucin del pilote, como una masa considerable con una cierta altura de cada.

En pilotes prefabricados la carga se aplica con el mismo martillo de hinca. En pilotes perforados y hormigonados "in situ" hace falta un peso de entre el 1 y 1,5 % de la carga de

prueba esttica y una altura de cada entre 2 y 3 m. (ej. para una carga de prueba de 500 t, se necesita una masa de 5-7 t, suspendida con una gra).

La cabeza del pilote se prepara usualmente realizando un recrecido de hormign dentro de una camisa metlica, en el que se colocan los sensores de velocidad y deformacin, con una superficie plana en el extremo superior protegida por una chapa metlica y una sufridera sobre la que se produce el impacto.

La carga se aplica durante la hinca o se eleva con una gra y se deja caer sobre el pilote, registrndose en un ordenador porttil la fuerza y la velocidad de la cabeza del pilote en funcin del tiempo.

Es importante que la energa del impacto sea suficiente para movilizar la capacidad de carga, para ello es usual aplicar 4 o 5 golpes con altura de cada creciente, registrndose los parmetros de la respuesta del pilote.

Los resultados obtenidos se tratan en el ordenador con softwares que incorporan mtodos numricos para estimar la capacidad de carga y presentar los resultados de manera rpida, incluso en la misma obra. La modelacin permite conocer la distribucin de fuerzas y parmetros del suelo en cada segmento del pilote o estrato.

Finalmente, la curva de transferencia de carga pilote-suelo se obtiene sumando la distribucin de resistencias en cada segmento del modelo; con la forma de la curva se pueden observar las condiciones de hincado de los pilotes y el desarrollo de la capacidad de carga por friccin y punta.

Es prctica usual realizar al menos un ensayo esttico de carga de tipo convencional en un pilote a ser ensayado dinmicamente, con objeto de correlacionar su resistencia esttica y dinmica (salvo el caso de que ya exista experiencia local en pilotes similares y con parecidas condiciones del subsuelo).

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Esquema tpico de ensayo dinmico

Ventajas y Limitaciones:

Los ensayos dinmicos tienen muchas ventajas sobre los estticos pero tambin desventajas, como las siguientes:

Ventajas

Baja Masa de cada (< 2% de Q mxima) Seleccin aleatoria del pilote a ensayar Varios pilotes al da Ensayos fciles de realizar Alternativa econmica

Desventajas

Ondas de tensin que pueden daar el pilote Impactos excntricos pueden producir flexiones Punta del pilote en estrato duro, pueden producir

dao por compresin Clculo de la capacidad portante del pilote:

depende de parmetros que hay que estimar

Los principales factores limitativos son el riesgo de daar el pilote si se aplican cargas demasiado altas, y la incertidumbre en la estimacin de varios parmetros del pilote necesarios en el clculo.

Uno de los parmetros en el que se pueden cometer errores de estimacin es en el mdulo de elasticidad E, ya que depende de la calidad del hormign y de su edad, de la velocidad de carga y de la temperatura.

Un pilote hincado (prefabricado) es muy homogneo con una reflexin de la onda clara en la punta, y se puede calcular E con bastante precisin a partir de la velocidad de la onda. Pero la mayora de los pilotes hormigonados in situ no son homogneos, la calidad del hormign es mayor en el eje que en el permetro, y tambin es mayor en el fondo que en la parte superior del pilote; la velocidad de la onda y el valor de E obtenido de ella, representan un valor medio de todo el pilote, que puede ser diferente del mdulo en el punto de medida de la instrumentacin.

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1.2 Mtodo "Statnamic".

Es un mtodo rpido para ejecutar ensayos de carga de pilotes, desarrollado por el Instituto TNO Profound de Holanda y el constructor canadiense de maquinaria para pilotaje Berminghammer, que tambin se utiliza en nuestro pas.

La carga se aplica de manera cuasi esttica, con duracin del orden de 100 milisegundos, mientras que en el mtodo dinmico anterior es de 4 a 6 milisegundos, lo que reduce considerablemente la onda de choque y los efectos dinmicos, que en determinados casos pueden llegar a daar al pilote. La aceleracin que sufre el pilote es de 1 g, mientras que en el ensayo dinmico es de 100 a 1.000 g; adems requiere solo un 5 % de la reaccin necesaria en un ensayo esttico.

El Statnamic est basado en el lanzamiento hacia arriba de una masa de reaccin desde la cabeza del pilote. El lanzamiento se produce al generarse altas presiones en un cilindro, debido a la ignicin de combustible. Como reaccin al lanzamiento el pilote es empujado suavemente hacia el interior del suelo.

Se empuja el pilote de manera suave hasta la carga de prueba prevista, obtenindose una curva carga-asiento directa e instantneamente. Para conseguir aplicar una carga importante suavemente, se utiliza un sistema de cmara de combustin, colocada en el centro de la cabeza del pilote, en la que se produce la ignicin controlada de un combustible especial.

La fuerza generada levanta un pistn sobre el que apoyan unos contrapesos importantes, del orden del 5% al 10% de la carga esttica de prueba. Por ejemplo, para un pilote a ensayar hasta 200 t, se requiere lanzar un contrapeso de reaccin de 10 a 20 t.

Por el principio de accin y reaccin, una fuerza centrada de igual magnitud comprime el pilote. Los contrapesos pueden ser construidos "in situ", de hormign o ser de acero o plomo, se apilan sobre el

pistn en piezas manejables de no ms de 3 t, de tipo modular, de forma circular, con un hueco en el centro para dejar pasar un eje centrador, que sirve tambin de va de escape de los gases de combustin.

Sobre la clula de carga se coloca un cilindro. El pistn forma parte de la plataforma sobre la que se colocan los contrapesos. El cilindro y el pistn forman la cmara de ignicin.

En el centro de la plataforma se coloca un silenciador conectado a la cmara de ignicin. El conjunto queda dentro de un contenedor cilndrico exterior de chapa, relleno de grava que al producirse la

ignicin y levantarse los contrapesos, rellena los espacios creados y amortigua la cada posterior de esos pesos. La grava se utiliza como amortiguador de los contrapesos cuando vuelven a caer despus del lanzamiento y como sistema de proteccin del cilindro y de la cabeza del pilote.

Tambin se han desarrollado bastidores metlicos que simplifican la operacin de frenado y sujecin de los contrapesos; los equipos de hasta 400 t utilizan un sistema de amortiguacin hidrulico en vez del contenedor de grava.

La ignicin del combustible genera altas presiones y los contrapesos son acelerados hacia arriba. En este momento se produce la entrada en carga del pilote, ya que la fuerza de reaccin empuja el pilote hacia dentro del terreno. El movimiento hacia arriba de los contrapesos deja un hueco que es rellenado por la grava debido a la accin de la gravedad, formando una capa protectora sobre la cabeza del pilote. Cuando los contrapesos vuelven a caer son detenidos por la grava, y las fuerzas de impacto son transmitidas directamente al suelo por el contenedor.

La instrumentacin consiste en una clula de carga que mide directamente la fuerza aplicada a la cabeza del pilote y en un sensor de desplazamientos por lser colocado en la cabeza del pilote. No hace falta instalar ningn tipo de instrumentacin en el fuste del pilote.

Se obtiene una curva carga-deformacin de manera instantnea en la pantalla del ordenador porttil que recibe las seales - sistema electrnico FPDS (Foundation Pile Diagnostic System).

La duracin del ensayo y su velocidad de incremento de carga pueden ser controladas ajustando el volumen de la cmara de ignicin, la forma del cilindro y del pistn, la cantidad y el tipo de combustible y la cantidad de masa de reaccin levantada.

El proceso de carga mantiene el pilote en compresin en todo momento, sin que se lleguen a producir tracciones; esto justifica una modelizacin sencilla del conjunto suelo - pilote, en la que no hay que tener en cuenta las ondas de tensin. El pilote se puede considerar como una masa sobre la que acta una fuerza casi-esttica, la inercia y la resistencia del suelo.

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Rendimiento: Se puede ensayar uno dos pilotes al da, con un costo sensiblemente inferior al de una prueba esttica convencional.

Cuando se compararon los resultados obtenidos de Ensayos Statnamic, con pruebas de carga estticas, ensayados al 200 % de la carga de trabajo; la calidad de los resultados fue similar.

H.G. Poulos (2000), analiz los diferentes mtodos y concluy que este ensayo, es el que suministra ms informacin sobre el comportamiento del pilote bajo carga.

Esquema tpico de ensayo Statnamic

A = pilote a ensayar B = clula de carga C = cilindro y cmara de ignicin D = pistn E = plataforma F = silenciador G = contrapesos H = contenedor de grava I = grava J = lser K = rayo lser L = sensor lser

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2 - Tcnicas para Ensayos de Integridad de Pilotes.

GENERALIDADES

Los ensayos (no destructivos) de integridad de pilotes suministran informaciones sobre las dimensiones fsicas, la continuidad o la consistencia de los materiales empleados en los pilotes, pero:

No suministran informacin directa sobre el comportamiento de los pilotes en condiciones de carga.

Estos ensayos no pretenden reemplazar a los ensayos estticos de carga, sino que constituyen una fuente adicional de informacin y una herramienta para determinar experimentalmente la existencia de defectos en los pilotes construidos, por lo que son utilizados bsicamente como control de calidad generalizado.

En el caso de detectarse anomalas mediante los ensayos de integridad, la direccin de obra puede recurrir a otros mtodos para intentar investigar las causas, la naturaleza y la extensin de la anomala, y determinar si el pilote es apto para el uso que se pretende.

Los mtodos empleados tradicionalmente en estos casos son la excavacin alrededor del pilote y los sondeos con extraccin de testigo continuo del fuste del pilote. La realizacin de sondeos solo permite obtener datos del testigo extrado y de las paredes del sondeo, cuya posicin con respecto al eje del pilote es difcil de conocer exactamente cuando la profundidad es grande.

Las modernas tcnicas electrnicas e informticas permiten un procesamiento y un tratamiento de las seales que facilitan la posterior presentacin e interpretacin de los resultados.

No se puede esperar que los ensayos de integridad identifiquen todas las imperfecciones existentes en un pilote, pero son una potente herramienta principalmente como salvaguarda contra defectos importantes.

Los ensayos de integridad tambin pueden identificar defectos de menor importancia que no afecten gravemente al pilote, por lo que resulta fundamental la experiencia del tcnico responsable de la interpretacin.

En el caso de realizarse Ensayos de Integridad en la totalidad de los pilotes, o en un muestreo significativo, las cargas admisibles estructurales de los pilotes se podrn incrementar (un 20%, de acuerdo con la norma francesa de pilotes DTU 13.2; o en un 25% segn el CTE de Espaa; e incluso el Euro-Cdigo permite reducir el coeficiente de seguridad).

El hormign no tendr en general, menos de una semana en el momento del ensayo, preferentemente ms de 14 das.

En pilotes pre-excavados sin encamisar, se debe realizar un correcto descabezado del elemento, removiendo la totalidad del hormign poco compacto y del material contaminado con lodo bentnico.

Se necesita conocer las caractersticas geotcnicas del suelo atravesado por el pilote, para facilitar la interpretacin debe disponerse de al menos un SPT (o CPT) prximo al pilote.

Es recomendable disponer de un plano con la identificacin de los pilotes, su longitud aproximada, y posibles incidencias durante su construccin.

Los ensayos en obra deben ser realizados por tcnico especialista en geotecnia con experiencia en ensayos de integridad.

Los resultados de los ensayos de integridad necesitan ser interpretados por personal experimentado: La interpretacin de las grficas y la redaccin del informe requieren de gran experiencia (ingeniero superior especialista en geotecnia, con experiencia en ensayos de integridad de pilotes).

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Otros datos generales a incluir en el informe definitivo son:

Nombre de la obra y localizacin. Resumen de la estratificacin geotcnica. Identificacin del perfil. Tipologa de los pilotes ensayados: Dimetro, longitud, sistema constructivo, edad del hormign, empalmes

en su caso. Descripcin del aparato utilizado en el ensayo. Fecha de realizacin de los ensayos. Localizacin de los pilotes ensayados, adjuntando croquis o plano en caso necesario. Identificacin del pilote ensayado. Fechas. Incidencias durante la construccin.

NORMATIVA DE REFERENCIA

AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. o "Standard Test Method for Low Integrity Testing of Piles", ASTM D 5882-07. o "Standard Test Method for Integrity Testing of Concrete Deep Foundation by Ultrasonic Crosshole

Testing", ASTM D 6760-02. DEEP FOUNDATIONS INSTITUTE. "Manual for Non Destructive Testing and Evaluation of Drilled Shafts".

USA, 2005.

AFNOR - Francia, o "Sols: reconnaissance et essais. Auscultation d'un lment de fondation. Partie 1: Mthode par

transparence", Norma NF P 94-160-1, 1993. o "DTU 13.2 Fondations profondes pour le batiment". Norma P11-212, 1992.

PUERTOS DEL ESTADO de Espaa. "Recomendaciones geotcnicas para Obras Martimas y Portuarias". ROM 0.5-05.

ASOCIACIN ESPAOLA DE NORMALIZACIN Y CERTIFICACIN (AENOR) "Eurocdigo 7: Proyecto geotcnico. Parte 1: Reglas generales", Norma Espaola experimental UNE-ENV-1997-1, marzo 1999.

DIRECCIN GENERAL DE CARRETERAS del Ministerio de Fomento. Pliego PG3. Nueva redaccin de los artculos 670 y 671 sobre cimentaciones por pilotes hincados a percusin y por pilotes de hormign armado moldeados in situ. Orden Circular 326/00.

MINISTERIO DE LA VIVIENDA. "Cdigo Tcnico de la Edificacin, Documento Bsico SE-C Cimentaciones". Madrid, 2006.

SNCHEZ DOMNGUEZ, F. y otros. "Recomendaciones para la ejecucin e interpretacin de ensayos de integridad de pilotes y pantallas 'in situ' ". Monografa del Laboratorio de Geotecnia del Cedex, Ministerio de Fomento, 2006.

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2.1. MTODOS SNICOS

Ensayos mediante el anlisis de la respuesta de un elemento a un pequeo impacto. Es ms complejo que la simple deteccin de un eco.

Ensayo de Impedancia Mecnica o "Sonic Echo"

Principio fsico y Descripcin:

La transmisin de ondas longitudinales de baja deformacin, genera efectos de dilatacin y compresin en el medio en que se propaga La velocidad de propagacin de la onda es directamente proporcional al mdulo de elasticidad e inversamente proporcional a la densidad del material- se debe a que el mdulo de elasticidad es proporcional a la fuerza restauradora y la densidad a la inercia del sistema.

Adems, la impedancia mecnica es la relacin entre la fuerza aplicada y la velocidad registrada en cabeza. Se basa en la analoga con la impedancia elctrica (Fuerza y Tensin Vs Velocidad e Intensidad).

Siendo: y ;

c velocidad de propagacin de la onda; densidad del material; E mdulo de elasticidad del material del pilote; Z impedancia (es una medida de la resistencia a la velocidad de propagacin de la onda); A rea de la seccin transversal del pilote.

Consiste en golpear la cabeza del pilote con un pequeo martillo y obtener mediante instrumentacin el movimiento de la cabeza del pilote como consecuencia de la onda de tensin generada.

Es un mtodo dinmico que induce una baja deformacin en el pilote, denominndose generalmente "mtodo snico", aunque tambin se le nombra como "ssmico", "ensayo de integridad de baja deformacin" o "ensayo de impedancia mecnica", en ingls "sonic echo".

Es el mtodo ms utilizado internacionalmente; se aplica a cualquier tipo de pilote hormigonados in-situ e hincados.

No requiere ninguna preparacin especial en el mismo, ni necesita equipo pesado, por lo que resulta econmico y de gran rendimiento.

Dado que el porcentaje estadstico de fallos es reducido, se debe ensayar el 100% de los pilotes de la obra. En el caso de que la Direccin de Obra admitiese una reduccin del muestreo, este debe ser del 30% como mnimo.

Equipo utilizado - Requerimientos previos - Preparacin del pilote y Procedimiento

Se especifican en la norma ASTM D 5882-00. Requiere una pequea preparacin de la cabeza del elemento. Se realiza con un equipo porttil, que incluye un auscultador, un martillo instrumentado que mide la fuerza

del impacto y un gefono que mide la respuesta en velocidad. El gefono se acopla correctamente mediante un compuesto viscoso sobre la cabeza del elemento (centro

del pilote) y se golpea con el martillo en el centro. Se almacenan digitalmente ambas seales para su posterior tratamiento.

El ensayo es del tipo de martillo de mano, cuyo golpe enva una onda de compresin, que se propaga a travs del fuste hasta la punta y retorna nuevamente hasta la cabeza del pilote.

Esta onda es reflejada por las discontinuidades del pilote, por su punta, o por cambios de seccin o variaciones del terreno que lo rodea.

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Los vibraciones consiguientes de la cabeza del pilote son captados por un acelermetro colocado en la parte superior del pilote y conducida a un acondicionador; la seal del acelermetro es amplificada y digitalizada por un sistema electrnico y convertida en en pulsos elctricos a una seal digital en medida de velocidad, que se representa inmediatamente mediante un microcomputador porttil, con ayuda del software de procesamiento.

Al presentarse cualquier variacin en las caractersticas del pilote (cambios en la seccin transversal, discontinuidad del elemento, porosidad o mezcla de tierra con el concreto), se producen cambios en la impedancia generando una reflexin temprana de la onda, la cual es analizada para predecir su ubicacin.

La curva obtenida se archiva en el equipo para su posterior tratamiento e impresin. El grfico de velocidad de un pilote continuo aparece en la pantalla como una lnea relativamente recta con

dos picos. El primero de ellos es el causado por el impacto del martillo, mientras que el segundo es causado por la reflexin en la punta del pilote.

Mediante el software informtico: se mejoran y explotan las seales obtenidas, se suavizan y promedian los golpes de martillo; adems con la obtencin de la curva media de varios pilotes y la amplificacin de la seal con la profundidad de manera lineal o exponencial se compensan los efectos de prdida de seal con la profundidad.

Los pilotes en el momento del ensayo deben estar descabezados o accesibles y sin presencia de agua, suciedad u otros residuos. Para ejecutar el ensayo se requiere que la cabeza del pilote sea de hormign sano y compacto, preferentemente descabezado; tambin en pilotes hincados, se requiere que el pilote est descabezado o al menos retirada la parte superior daada durante la hinca.

En general, el mtodo de ensayo no obtiene datos para profundidades mayores de 30-40 dimetros, o incluso menos en terrenos arcillosos compactos, por lo que pudiera suceder que en algn pilote ms esbelto solo se obtenga informacin de la parte superior.

Para cada pilote ensayado se facilitar una grfica con al menos tres curvas en el dominio de tiempo (velocidad en funcin del tiempo) y la curva media de las mismas, correspondientes a diferentes golpes de martillo. Se pueden incluir tambin otros clculos o curvas en el dominio de frecuencias, si ayudan a interpretar mejor algn ensayo.

Se obtienen varias grficas que permiten obtener una curva de movilidad que permite calcular los siguientes parmetros: o Longitud (entre la cabeza y el reflector) corresponde a la profundidad del elemento o a una

anomala, o Rigidez permite cuantificar la interaccin pilote-suelo, o Admitancia caracteriza la seccin y las propiedades mecnicas del material.

El anlisis conjunto de estos tres parmetros reales y su comparacin con la respuesta terica, proporciona un diagnstico preciso sobre la integridad del elemento.

El rendimiento es muy elevado, y en condiciones ptimas se pueden ensayar ms de 50 pilotes al da.

Criterios de aceptacin y rechazo - Acciones correctoras

Los pilotes que presenten reflexiones insignificantes de la onda snica en puntos del fuste del pilote por encima de la punta, y una clara reflexin de la onda en la punta, pueden ser aceptados. Cuando no se aprecia una reflexin clara de la onda snica en la punta, cosa que puede suceder en pilotes muy esbeltos, el ingeniero especialista establecer hasta que profundidad el ensayo puede considerarse significativo.

Si se aprecian reflexiones significativas o anomalas de la onda por encima de la punta del pilote, el especialista tratar de dar una interpretacin evaluando los posibles fallos en el pilote (o daos durante la hinca). Para ello se podr auxiliar de las curvas en el dominio de frecuencia, de modelos matemticos u otros mtodos, as como de las informaciones facilitadas por el Constructor, la Direccin de Obra u otros agentes que intervengan en el proceso constructivo.

Si la evaluacin realizada concluye que el fallo reduce significativamente la capacidad estructural del pilote, este ser calificado como defectuoso. En el caso de grficas de ensayo complicadas, que no permitan llegar a una conclusin clara, el pilote ser calificado como cuestionable.

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Los pilotes calificados como defectuosos o cuestionables, pueden ser aceptados, reparados o sustituidos por otros, a criterio de la Inspeccin.

Los pilotes calificados como cuestionables pueden ser sometidos a pruebas y ensayos complementarios, tales como pruebas de carga estticas o dinmicas, sondeos con recuperacin de testigo continuo del hormign o excavacin perimetral si los defectos no estn a gran profundidad.

Las acciones correctoras pueden consistir en inyecciones a presin a travs de perforaciones en el hormign del pilote, en micropilotes perforados dentro del pilote, u otras.

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 debe volver a realizar el ensayo snico de los pilotes reparados.

Impedancia snica de un pilote

2.2. MTODO ULTRASNICO por TRASPARENCIA "CROS-HOLE Sonic logging"

Para efectuar este ensayo se necesita dejar instalados dentro de los pilotes, tubos de acero llenos de agua, con dimetros entre 40 y 50 mm o que se realicen taladros en el hormign endurecido, para poder introducir sondas hasta la profundidad que se quiera ensayar.

Se basa en registrar el tiempo que tarda una onda ultrasnica en propagarse desde un emisor a un receptor que se desplazan simultneamente por dos tubos paralelos sujetos a la armadura del pilote. El tiempo medido es funcin de la distancia entre el emisor y el receptor y de las caractersticas del medio atravesado.

En el caso de existir defectos en el camino de las ondas tales como inclusiones de tierra, oquedades, coqueras u otros que hagan alargar el tiempo de recorrido, en la grfica del ensayo queda reflejada la variacin y la profundidad a que se ha producido.

Los datos son almacenados de manera digital en el equipo, y las grficas pueden ser impresas directamente en la obra y/o revisadas en gabinete.

El mtodo es aplicable a pilotes, pantallas continuas o a mdulos de pantalla aislados.

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Equipos Requeridos

Se especifican en la norma la norma ASTM D 6760-02.

El equipo est formado por:

Unidad central con funcionamiento a batera, pantalla, impresora y capacidad de almacenamiento digital de datos. Los datos se presentan en forma grfica con eje de tiempo en horizontal y de profundidad en vertical. El intervalo estndar de medidas es como mximo de 5 cm en vertical.

Emisor y receptor de ultrasonidos, con longitud de cable suficiente para llegar al fondo de los tubos instalados; con capacidad de transmitir y recibir la seal al menos a travs de 1,5 m de hormign; su dimetro mximo es de 25 mm. La frecuencia mnima de trabajo del emisor y receptor es de 50.000 Hz.

Poleas para bajar las sondas por los tubos, al menos una de ellas instrumentada para poder conocer la profundidad a la que se encuentra la sonda con un error mximo del 2%.

Software y ordenador para imprimir en obra grficos de ensayos, junto con datos significativos de los mismos.

Tubos embebidos - Realizacin del ensayo

Para la realizacin del ensayo se precisa que en los pilotes el contratista deje instalados tubos para poder introducir las sondas hasta la profundidad que se quiera ensayar. Los requisitos para estos tubos son los siguientes:

Tubos preferentemente de acero, con dimetro de 40 mm a 50 mm (prefirindose el de 50 mm). Se pueden emplear tubos de plstico en pilotes cortos, pero es fcil que se deterioren durante el hormigonado y queden inservibles, o que no ofrezcan buena adherencia al hormign; No es recomendable utilizar tubos de mayor dimetro para aprovechar, por ejemplo, tubos destinados a perforaciones o inyecciones en la punta del pilote (precarga), ya que la seal ultrasnica debe atravesar mayor espesor de agua en el tubo y pierde energa, lo cual reduce su alcance y dificulta el ensayo en pilotes de gran dimetro.

Se unirn firmemente a la armadura del pilote, con sujeciones adecuadas al menos cada metro. Los empalmes deben realizarse con manguitos roscados, ya que las uniones soldadas pueden producir rebarbas que dificulten el paso de las sondas o deterioren los cables.

Ambos extremos deben cerrarse hermticamente por medio de tapones metlicos roscados, para impedir la entrada de elementos extraos y para evitar la prdida del agua que deben contener durante el ensayo. Los extremos superiores (tambin cerrados hasta el momento del ensayo), deben sobresalir como mnimo 40 cm (y no ms de 150 cm) del hormign del pilote o del terreno.

Los tubos deben llenarse de agua dulce y limpia, previamente al hormigonado, o antes del inicio del fraguado, para asegurar una buena adherencia del hormign al tubo cuando el hormign se enfre. Deber comprobarse que no tienen obstrucciones, ni se producen prdidas de agua.

El nmero de tubos por pilote recomendados por la norma ASTM D 6760 es de un tubo cada 0,25 a 0,30 m de dimetro, con un mnimo de tres tubos. La norma francesa DTU 13.2 menos exigente, admite dos tubos para dimetros de pilote inferiores o iguales a 0,60 m.

Ej. Nmero de Tubos (segn DTU) por pilote: 2 tubos para de Pilote 60 cm. 3 tubos para de Pilote 120 cm. 4 tubos para de Pilote > 120 cm.

Los pilotes estarn accesibles y sin presencia de agua. El hormign deber tener al menos una semana de construido (preferentemente 14 das), habiendo adquirido cierta resistencia para efectuar el ensayo.

Es recomendable disponer de un plano con la identificacin de los pilotes, su longitud aproximada e informacin sobre posibles incidencias durante su construccin.

Previamente al inicio del ensayo de cada pilote, se pasa una plomada por cada tubo, se mide su longitud y se comprueba la ausencia de obstrucciones y que estn llenos de agua.

En pilotes con cuatro tubos se ejecutan seis ensayos, cuatro en las parejas de tubos adyacentes y dos en las parejas de tubos opuestos en diagonal.

El ensayo se realiza despus de bajar las sondas hasta el fondo de los tubos, levantando ambas simultneamente despus de asegurarse de que ambas estn en el mismo plano horizontal.

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Resultados

Para cada pareja de tubos en que se haya realizado el ensayo se ejecuta una grfica diagrafa - del perfil ensayado, - en ordenadas la profundidad y en abscisas el tiempo que tardan en llegar las ondas ultrasnicas del emisor al receptor - tambin se puede incluir en la grfica una curva que indique la energa relativa de la onda cuando llega al receptor.

Las curvas definitivas se representan en impresin lser; anexndoles las grficas obtenidas en tiras pequeas de papel impreso por el propio aparato en obra.

Criterios de aceptacin y rechazo - Acciones correctoras

Los pilotes que presenten una grfica uniforme de tiempo de llegada de la onda ultrasnica en toda su altura y en todos los perfiles ensayados son aceptados.

Si uno o varios perfiles entre parejas de tubos presenten retrasos significativos o prdidas de seal a una o varias profundidades, el ingeniero especialista dar una interpretacin evaluando los posibles defectos en el pilote. El nmero y posicin de perfiles que tienen una determinada anomala a una misma profundidad puede dar una indicacin de la zona afectada en planta.

Se debe auxiliar de informaciones facilitadas por el constructor, la direccin de obra u otros datos del proceso constructivo. La interpretacin concluir con una estimacin de la gravedad del fallo en el pilote detectado.

Los pilotes con anomalas en las grficas originadas por posibles fallos pueden llegar a ser considerados como defectuosos o aceptados, a juicio de la inspeccin. Los pilotes defectuosos pueden ser reparados, rechazados o sustituidos por otros. Antes de adoptar una decisin, los pilotes pueden ser sometidos a pruebas y ensayos complementarios, tales como pruebas de carga estticas, Statnamic o dinmicas, sondeos con recuperacin de testigo continuo, o excavacin perimetral si los defectos no estn a gran profundidad.

Esquema para 5 tubos (incluye diagonales)

3 - Celda de Osterberg:

Mide en forma independiente la resistencia de fuste y punta; consta de una celda hidrulica de carga inferior (o prxima a la punta), que se expande y permite medir la reaccin de una carga Q en sentidos vertical superior e inferior, se mide tambin la deformacin vertical en la celda y en la cabeza del pilote. De ese modo, se puede separar totalmente la friccin de la punta, permitiendo definir los niveles de carga que conducen a agotar primero a alguna de las dos componentes.

Para conocer la carga total, es necesario, realizar una integracin respecto a la distribucin de la carga, por lo cual es recomendable instrumentar el pilote a lo largo del fuste.

Se han alcanzado en pilotes perforados, la profundidad de 50 m, con una carga mxima aproximada de 1.600 ton en la celda, lo cual equivale a aplicar una carga en cabeza en un ensayo esttico tradicional de aprox. 3.000 ton.

En el puente Rosario-Victoria, se ensayaron 3 pilotes de gran dimetro con ests celdas de carga.

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Instrumentacin Tpica Ensayo con Celda Osterberg (1998)

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4- METODO DINAMICO Swedish Drop Hammer (Martinete Sueco):

Sistema para aplicacin de una pequea carga dinmica controlada - consiste en una masa que se desliza sobre una corredera y aplica la carga por impacto sobre el pilote como se muestra en las Figuras.

Es una variante del ensayo dinmico del tipo de martillo de mano o de impedancia-, donde se controla la energa del impacto aplicado. Este mtodo dinmico consiste en aplicar en la cabeza del pilote una carga (a pequea escala) de intensidad y duracin controladas, registrando su respuesta con sensores de aceleracin.

La fuerza aplicada se mide simultneamente con las aceleraciones resultantes en la cabeza del pilote; a diferencia de los ensayos de integridad, en los que el conocimiento de la magnitud de la carga aplicada y su contenido de frecuencias no son necesarios para su interpretacin.

Estos ensayos se repiten varias veces (no menos de 5) y se calcula la Coherencia de los pares de seales de fuerza y aceleracin. Si la Coherencia fuera inferior al lmite aceptable en el rango de frecuencias relevantes para el caso analizado, las mediciones se repiten hasta lograr identificar los factores que las afectan.

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5 - Conclusiones - Segn Bengt H. Fellenius (2011)

El resultado de una prueba de carga esttica no proporciona las respuestas simples que inicialmente se puede esperar.

En primer lugar, hay una variacin considerable en los mtodos de interpretacin del "Error de carga" utilizados en la industria.

El efecto de la carga residual y un grado variable de ablandamiento por deformacin, afectar apreciablemente la interpretacin.

La presencia potencial de la carga residual y su magnitud variable, adems de la virtual aparicin de friccin negativa, hace que los resultados obtenidos mediante mtodos de interpretacin basados en las pendientes iniciales y finales de la curva de carga-desplazamiento, casi siempre tengan gran incerteza.

Un ensayo esttico que mide slo la carga aplicada y el movimiento de cabeza del pilote es una prueba muy cruda. Para obras pequeas y proyectos no complejos, tal ausencia de sofisticacin, es aceptable si la incertidumbre est cubierta por un juiciosamente gran factor de seguridad.

Para proyectos importantes, sin embargo, ese enfoque es costoso; para estos, la pila de prueba debe estar dotada de instrumentos y los datos de la prueba deben ser evaluados cuidadosamente para resolver los diversos factores que influyen.

Para los proyectos que involucran muchas pilas, son necesarios varios pilotes de prueba, aunque esto podra resultar prohibitivamente oneroso.

La combinacin de una prueba de carga esttica instrumentada con una prueba dinmica, que se puede realizar en muchas pilas a un costo relativamente bajo, puede extender la aplicacin de los resultados ms detallados de la prueba esttica instrumentada.

En el diseo de pilotes se debera poner ms nfasis en la solucin de la pila bajo carga sostenida y dar menor importancia en funcin del valor de la capacidad de carga.

A continuacin, ser ms fcil y ms lgico incorporar aspectos en el diseo tales como - down drag and drag load - arrastrar hacia abajo y la carga de arrastre (o friccin negativa).

Apunte Preliminar Sujeto a Revisin

Ao 2014 Ing. Alejandro C. Garca.