Ensayo Dinámico de Pilotes
Ensayo Dinámico de PilotesTambién conocido como prueba de carga dinámica,
el Ensayo Dinámico objetiva principalmente determinar la capacidad
de ruptura de la interacción entre el pilote y el suelo, para esfuerzos
estáticos axiales. Él difiere de las tradicionales pruebas
de carga estáticas por el hecho de que la carga es aplicada dinámicamente,
a través de golpes de un sistema de percusión adecuado. La
medición se hace por medio de la instalación de sensores
en el fuste, en una sección situada por lo menos dos veces el diámetro
del pilote abajo de su cabeza. Las señales de los sensores son enviadas
por cable al equipo PDA, donde son almacenadas y procesadas "on line". 
El Ensayo Dinámico es basado en la teoría de la onda.
Hace mucho tiempo se sabe que una onda de tención es generada cuando
se le aplica un golpe a un pilote. Esa onda recorre el pilote con una velocidad
fija, dependiente apenas de las características del material. Sin
embargo, el inicio de la aplicación de esa teoría en la práctica
data solamente de la década de 1960, con el progreso de los computadores
y de la electrónica. El trabajo de E.A.Smith (1960) fue la primera
solución de la ecuación de la onda usando computadores. Las
investigaciones que resultaran en el desarrollo del PDA y del método
de ensayo dinámico empezaran en el final de los años 60,
comandadas por el Prof. George G. Goble, en la Universidad Case Western,
EUA.
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Son usados dos pares de sensores como los mostrados al lado. El sensor de la derecha es un transductor de deformación específica, que genera una tensión proporcional a la deformación sufrida por el material del pilote durante el golpe. El sensor de la izquierda es un acelerómetro, que genera una tensión proporcional a la aceleración de las partículas del pilote. La señal de cada uno de los transductores de deformación es multiplicada por el módulo de elasticidad del material del pilote y por el área de sección en la región de los sensores, para obtención de la evolución de la fuerza respecto al tiempo. Por ello esos transductores suelen ser llamados de sensores de fuerza. El PDA saca el promedio de las dos señales de fuerza así obtenidos, a fin de detectar y compensar los efectos de la excentricidad del golpe. La señal de cada uno de los acelerómetros es integrada, para obtención de la evolución de la velocidad de desplazamiento de la partícula con el tiempo. Por ello esos transductores a veces son llamados de sensores de velocidad. De la misma forma que las señales de fuerza, el PDA también trabaja con el promedio de las dos señales de velocidad. |
Dos pares de sensores son instalados en posiciones opuestas con relación
al eje de simetría del pilote (
foto). Para fijación de los tornillos,
en pilotes de hormigón se instalan anclajes de expansión (
foto).
En pilotes tubulares metálicos se hacen agujeros con rosca, y en
el caso de perfiles metálicos o rieles, son hechos agujeros pasantes,
y los tornillos son apretados con tuercas (
foto).
El principal objetivo del Ensayo Dinámico es obtener la capacidad de ruptura del suelo. Sin embargo, paralelamente muchos otros datos pueden ser obtenidos por el ensayo. Algunos de los más importantes son:
Nivel de flexión sufrido por el pilote durante el golpe.
Informaciones sobre la integridad del pilote, incluso la localización de eventual daño y estimativa de su intensidad.
Energía efectivamente trasferida para el pilote, permitiendo estimar la eficiencia del sistema de hinca.
Desplazamiento máximo del pilote durante el golpe.
Velocidad de aplicación de los golpes y estimativa de altura de caída para martillos Diesel simple acción.
A través del
Existen dos maneras básicas de hacer el Ensayo Dinámico en pilotes hincados:
Es posible instalar los sensores en el inicio de la hinca, y registrar los golpes mientras el pilote va penetrando en el suelo. Ese tipo de ensayo visa obtener informaciones como desempeño del sistema de hinca, riesgos de rotura, etc. La capacidad de carga de un pilote al final de la hinca generalmente es diferente de aquella tras un período de reposo, debido a fenómenos como disipación de poro-presión, relajación, etc. Por lo tanto, la capacidad medida al final de la hinca no puede ser comparada directamente con el resultado de una prueba estática.
Para determinación de la correcta capacidad de carga de largo plazo del pilote hincado, es recomendable hacerse el ensayo en una rehinca, realizada algunos días después del término de la hinca. El intervalo de tiempo entre el final de la hinca y la realización del ensayo deberá ser el mayor posible, principalmente en suelos argilosos o que exhiban relajación. El martillo es repuesto sobre el pilote, los sensores son instalados y enseguida se aplican algunos pocos golpes. Cuando es posible controlar la altura de caída del martillo, es usual empezar con una altura baja, e ir aumentando gradualmente la energía aplicada, hasta que se verifique la ruptura del suelo, o cuando el PDA indique tensiones que pongan en riesgo la integridad del material del pilote. La ruptura del suelo generalmente se caracteriza cuando la resistencia deja de aumentar (o a veces hasta disminuye) con el aumento de la altura de caída.
En pilotes moldados "in situ", es recomendable hacer una preparación previa, la
que consiste en la ejecución de un cabezal de hormigón para
recibir los impactos. Los sensores deben ser instalados preferentemente
en el fuste del pilote, y no en el cabezal (
foto). Los golpes son aplicados por
cualquier sistema capaz de liberar un peso en caída libre. Debe
usarse madera contrachapada, a veces encimadas por una chapa metálica,
para amortiguamiento de los golpes (
foto). El ensayo se ejecuta de la misma manera
que en el ítem 2 anterior, excepto que generalmente en esos casos
es necesario cuidar que el pilote no entre en régimen de hinca.
El PDA es capaz de calcular la capacidad de carga entre dos golpes sucesivos.
Sin embargo, él lo hace usando un algoritmo simplificado, llamado
"Método CASE". Ese resultado solo es válido para pilotes
homogéneos, y tiene que ser confirmado posteriormente por al menos
un
Sí. El Ensayo Dinámico lleva en consideración que
el desplazamiento rápido del pilote en un medio viscoso como el
suelo produce una resistencia estática y una dinámica. Esa
última es restada de la resistencia total medida, siendo siempre
informado apenas el valor de la resistencia estática. En el
Es interesante saber que el PDA puede procesar los datos en unidades
métricas, en el Sistema Internacional (SI) o en unidades inglesas.
Los resultados son informados directamente en el sistema de unidades elegido,
sin necesidad de cualquier conversión.
Sí, en prácticamente todo tipo de pilote. Es necesario
apenas tener cautela en el caso de pilotes con inyección bajo presión, donde grandes
e imprevisibles variaciones de área de sección son posibles.
En el caso de pilotes con variaciones planeadas de características
a lo largo del fuste, la única restricción es que el método
simplificado CASE no se aplica, y tendrá necesariamente que hacerse
un
Es importante usar un martillo capaz de aplicar una energía que
movilice lo máximo posible de la resistencia disponible del suelo.
Es común un martillo ser capaz de hincar un pilote, pero no poseer
energía suficiente para movilizar toda la resistencia, pasados algunos
días del término de la hinca. En el caso de disponerse de
martillo de caída libre, puede aumentarse la altura de caída,
hasta cierto limite. Para pilotes moldados "in situ", se sugiere el uso
de una masa con peso equivalente a de 1 % a 1,5% de la carga de ruptura
que se desea medir. Por ejemplo, pilote para carga de trabajo igual a 100
tf, com fator de seguridad igual a 2,0 es necesario medir 200 tf. La masa
deberá tener de 2 a 3 tf.
Innumerables. Desde el inicio del desarrollo del método han sido
hechas comparaciones entre sus resultados y pruebas estáticas. Diversos
trabajos han sido publicados al rededor del mundo, mostrando buenas coincidencias
de los resultados de los dos tipos de ensayos, en varios tipos de pilotes
en los más diversos tipos de suelo.
Es una pregunta de difícil respuesta, ya que no existe un padrón absoluto con el cual se pueda comparar los resultados del Ensayo Dinámico. En primer lugar, para que los resultados de los dos ensayos puedan ser comparados, es necesario que sean atendidas diversas condiciones:
Ambos ensayos deben haber sido hechos en la misma época, o sea, debe haber un intervalo de tiempo aproximadamente igual entre el final de la hinca y ambas pruebas.
El pilote no debe haber tenido sus características muy alteradas en el primer ensayo efectuado.
Otra dificultad está en la definición de ruptura. Una misma prueba de carga estática puede producir varias cargas de ruptura, de acuerdo con el criterio de interpretación utilizado. Como regla general, puede establecerse los siguientes criterios en la interpretación de los resultados del Ensayo Dinámico:
Si ha sido caracterizada la ruptura del suelo durante el Ensayo Dinámico, y si el ensayo fue hecho un tiempo suficientemente largo tras la hinca, el valor obtenido en el Ensayo Dinámico debe ser considerado como muy próximo de la real carga de ruptura para ese pilote. El valor obtenido jamás deberá ser multiplicado por cualquier factor de corrección para la obtención de un "valor estático".
De no haber sido caracterizada la ruptura del suelo durante el Ensayo Dinámico, el valor obtenido estará necesariamente por debajo de la real carga de ruptura para ese pilote. Si la máxima carga movilizada en el ensayo ya es superior a la carga de trabajo multiplicada por el factor de seguridad, puede decirse con seguridad que el pilote atiende a los requisitos de proyecto. La posibilidad de extrapolación de los resultados del Ensayo Dinámico para determinar la real carga de ruptura todavía necesita ser más investigada.
Los sensores y demás circuitos utilizados son especificados para
una precisión de 2%. Así, como el cálculo de resistencia
depende de los valores de la fuerza y de la velocidad, la precisión
de ese cálculo será siempre mejor que 4%. Eso no quiere decir,
sin embargo, que la precisión del método es de 4%. En realidad,
como el rango de variación de los valores de ruptura del suelo obtenidos
por los diversos criterios de interpretación de las pruebas estáticas
es bien mayor que 4%, esa posible variación en los resultados del
Ensayo Dinámico es irrelevante.
Sí. Existen normas para Ensayo Dinámico en varios países, dentre los cuales mencionamos:
Sí y no. El Ensayo Dinámico es de ejecución mucho
más rápida que las pruebas estáticas, y tiene un costo
más bajo y prácticamente independiente de la carga que se
va a medir. Tiene también la ventaja de causar poco trastorno a
la obra, una vez que no exige la parada de equipamientos al rededor del
pilote bajo prueba. Es natural, por lo tanto, que haya interés en
remplazar las pruebas estáticas por Ensayos Dinámicos. En
el caso más común, si se desea apenas confirmar si los pilotes
atienden a los requisitos de proyecto, el Ensayo Dinámico solo puede
ser suficiente. Caso por algún motivo se desee determinar la real
carga de ruptura de un pilote, será necesario efectuar una prueba
de carga estática, necesariamente llevada hasta la ruptura (y no
extrapolada, caso en que tendrá el mismo valor que el Ensayo Dinámico).
En suelos con características poco comunes o desconocidas, es siempre
aconsejable hacerse por lo menos una prueba estática de verificación,
para comprobar si la metodología adoptada para los Ensayos Dinámicos
es correcta. Es el caso por ejemplo de suelos que presentan relajación,
donde el Ensayo Dinámico debe hacerse preferentemente bastante tiempo
después de la hinca de los pilotes, y la capacidad determinada a
través de un primer golpe de alta energía.
