Prueba De Integridad De Pilotes 23l49

PRUEBA DE INTEGRIDAD DE PILOTES ( E Y R PILOTAJES )

Las pruebas de integridad de pilotes se vienen ejecutando intensivamente en el mundo a partir de los años 80's como control de calidad de cimentaciones profundas. E y R Espinosa y Restrepo, viene realizando estos ensayos desde mayo de 1995 con resultados ampliamente satisfactorios y confiables. Es así como hemos participado en mas de 400 proyectos realizando el control de calidad de las cimentaciones profundas en Colombia, Panamá y Perú.

En la actualidad se cuenta con dos consolas de ensayos PIT (PIT - X y PIT - V) para ejecutar pruebas a nivel nacional e internacional sumadas al personal técnico ofrecido por esta consultoría con una amplia trayectoria tanto en su realización como su análisis.

PIT En la construcción de pilotes, el elemento resultante deberá satisfacer las premisas básicas de diseño para transferir las cargas de la estructura de manera segura al subsuelo manteniendo su integridad durante el funcionamiento normal a carga axial así como durante el sismo y posterior a este.

En pilotes pre-excavados, dado su proceso constructivo, podrían presentarse cuellos, ensanchamientos, cortes u otras discontinuidades resultando un comportamiento de inferior calidad al estimado en su diseño. Por lo anterior, se hace necesario tener a disposición un sistema de prueba que permita la inspección de los pilotes de una manera rápida, confiable y de bajo costo.

FUNDAMENTOS PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO:

La prueba de integridad de Pilotes es descrita por Rausche et al (1) y se presenta a continuación:

Una onda unidimensional es aplicada a un pilote elástico de gran longitud en relación con su diámetro. Durante el golpe, la onda viaja a lo largo del pilote a una velocidad de propagación c la cual es función del módulo elástico del elemento y de la densidad. La fuerza aplicada F y la velocidad de la partícula v en cierto punto están relacionadas por la siguiente expresión

Teniendo un área transversal A se tiene la constante de proporcionalidad Z dada por la expresión

donde Z es llamada la impedancia dado que es una medida de resistencia del pilote al cambiar la velocidad de propagación de la onda.

Suponiendo que en cierto punto del pilote la impedancia cambia de un valor Z1 a Z2, cuando el esfuerzo viajando hacia abajo se encuentra con dicho punto, parte de la onda es reflejada hacia arriba y parte transmitida hacia abajo para que las ecuaciones de continuidad y equilibrio sean satisfechas y se tiene:

Para un pilote uniforme se tiene que Z1 = Z2 y entonces Farriba y Fabajo no se generan y por tanto la onda viaja sin sufrir cambios. El caso extremo de discontinuidad de la pata del pilote donde Z2 es igual a 0 entonces la onda Fabajo será reflejada completamente y será igual a Farriba pero con signo contrario. Cualquier reducción de área o en el módulo elástico generará una onda reflectiva de tracción; de lo contrario de ser un ensanchamiento o aumento en el módulo elástico se generará una onda de compresión.

Bajo el mismo principio de funcionamiento se han desarrollado dos tipos de pruebas. La prueba de baja deformación (Low strain) que es utilizada por el PIT la cual genera una excitación con una masa pequeña induciendo una baja deformación sobre la cabeza de pilote y la prueba de alta deformación (Higa Strain) que es utilizada por el PDA (Pile driving analizer) cuya diferencia básica es la masa del elemento utilizado para inducir la excitación inicial y por consiguiente la frecuencia y la amplitud de la onda que baja a lo largo del pilote.

Entre las ventajas y desventajas de uno y otro método se encuentran las siguientes:

a) Dado el tamaño de la masa de la prueba de alta deformación, su ejecución no es tan sencilla; resulta más útil para pilotes hincados y de hecho fue este su origen en 1964 en la CASE WESTERN RESERVE UNIVERSITY. En contraste la prueba de baja deformación requiere un martillo con una masa hasta de 5 kilogramos y por tanto su ejecución es rápida, sencilla y económica.

b) El ensayo de alta deformación presenta menores limitaciones dado que por la gran masa que se utiliza para la excitación inicial genera una onda de mayor amplitud y la distancia que viaja sin amortiguarse es mayor. Con respecto al ensayo de baja deformación estos puntos se discuten ampliamente en los próximos numerales y por lo tanto preferimos no tocarlos ahora.

c) La frecuencia de la onda generada por el ensayo de alta deformación es menor y por tanto podría pasar por alto defectos pequeños que el ensayo de baja deformación con su onda de frecuencia mayor detecta fácilmente.

No sobra anotar que la prueba PIT se encuentra estandarizada por la norma ASTM D 5882 y las normas ICE y EUROCODE.

PROCEDIMIENTO PROCEDIMIENTO PARA PRUEBAS PIT

Para realizar la prueba es necesario preparar con anterioridad en la cabeza del elemento como mínimo dos secciones de 10 x 10 cms, dependiendo de las dimensiones de la sección transversal del mismo, las cuales deben ser lo más lisas posibles y estar totalmente secas. Así mismo, el concreto deberá tener por lo menos 7 días de fundido para garantizar la suposición de velocidad de propagación de la onda.

El acelerómetro es conectado a la consola mediante su cable y pegado sobre la cabeza del pilote en la zona previamente preparada de 10 * 10 cms sobre el concreto unido a él por una capa de parafina que debe ser lo más delgada posible para evitar que se distorsione la señal garantizando que no se mueva o vibre durante la ejecución de la prueba. La consola deberá permanecer en un lugar cercano al operario y al punto donde se instale el acelerómetro para evitar que este se suelte. En la pantalla de la consola de lectura aparecen diferentes factores relacionados con los tamaños teóricos de los elementos (Longitud, Diámetro), así como las constantes del martillo tales como masa, factores de calibración, velocidad de propagación de la onda y factores de ganancia de fuerza y aceleración.

Del otro lado de la consola se conecta un martillo instrumentado o sin instrumentar que transmite a la consola la fuerza de la excitación inducida por este. Existen dos martillos, como se menciona anteriormente, uno instrumentado (900 gr.) y otro no instrumentado (5000 gr.). El primero se utiliza en elementos cuya longitud sea menor a 20.0 mts y diámetro hasta de 90 cms; el segundo se utiliza especialmente en barretes de sección amplia y longitudes mayores a 20.0 mts. Lo anterior no impide que se pueda lograr una curva de similares características al intercambiar las condiciones de los elementos. Después de definir que martillo utilizar se procede a generar la onda en la cabeza del elemento por medio de un golpe. Se debe tener, en lo posible, una posición cómoda para poder lograr una buena curva. Este golpe debe ser muy firme y tan fuerte como sea

necesario para lograr que la pata del elemento que se esta probando sea muy clara. Se debe anotar que los factores de amplitud, de fuerza y velocidad o aceleración pueden ser manipulados mediante multiplicadores de ganancia en la consola y estos no afectan la fidelidad de los resultados. La superficie en que se debe dar el golpe ha de estar muy plana, sin contaminación alguna y limpia de piedras o trozos libres de concreto ya que estos pueden alterar la onda. En algunos casos resulta conveniente pulir la superficie para garantizar la mejor prueba posible, en especial cuando se trata de rectificar o corroborar algún resultado dudoso o malo.

INTERPRETACION

Esta es la parte más importante de toda la prueba y su calidad depende randemente de la bondad de los registros tomados en elterreno y de la experiencia del profesional que realiza el análisis.

Inicialmente se utiliza el programa PIT-W, el cual permite utilizar una serie de comandos que mejoran y tratan de hacer más clara la curva resultado. Entre los principales parámetros que se pueden manipular (Sin alterar la realidad del elemento) se encuentran magnificación exponencial a partir de cualquier punto hasta la pata, filtro de ondas altas, pivoteo de la curva y variación de la velocidad de propagación de la onda, con base en este primer análisis se determina la localización de la pata del pilote y sus características generales de sección haciendo el primer diagnóstico del elemento.

A continuación se emplea el programa PROFILE que posee diferentes filtros para lograr una curva fiel a la realidad y un perfil del elemento ensayado.

De acuerdo con el Record No.1447 del RESEARCH BOARD TRANSPORTATION a continuación se plantean algunos puntos a tener en cuenta relacionados con la prueba de Integridad de Pilotes:

CLASIFICACIÓN DE REGISTROS SEGÚN EL NDT (NATIONAL DEPARTMENT OF TRANSPORTATION)

Categoría A - Indicación clara de un pilote en buen estado.

Es aquel que muestra la excitación inicial y la excitación final (de la pata) con el registro relativamente plano entre estas dos.

Categoría B - Clara indicación de un defecto serio.

Es aquel que refleja cambios de impedancia y/o variaciones de la longitud del elemento. En el diagnóstico se debe tener en cuenta que varios tipos de daños pueden ser detectados por la prueba PIT, sin embargo algunas no tales como:



Variaciones muy pequeñas de impedancia registradas en un tramo corto de pilote el cual puede reflejar posibles microfisuras del concreto.



Más de 2 variaciones grandes de impedancia las cuales hacen el análisis a partir de dicho punto casi imposible.



Una fisura total hará indetectable la pila de concreto después de dicho punto.



Degradación de la calidad del concreto o una reducción de la sección transversal que se desarrolle muy gradualmente (por ejemplo 5 mts) . Ej. Contaminación u hormiguero.



La longitud del pilote estará dada con una precisión de máximo el 5%.



Un defecto que genere un variación en la sección de menos del 20% no necesariamente podría ser detectada. Se debe anotar que variaciones de tal magnitud son en general irrelevantes.



Defectos que se encuentren a mayor distancia del alcance de la onda, Como regla de dedo gordo se ha fijado una longitud de 30 veces el diámetro; sin embargo, este valor depende de la dureza del suelo. El NDT reporta un pilote con una longitud de 40 veces su diámetro el cual muestra registros de la pata bastante claros. Se debe anotar que esta oficina dada la baja consistencia de los suelos de Bogotá y utilizando un martillo de gran masa ha ensayado satisfactoriamente pilotes con longitudes hasta de 50 veces su diámetro.

Daños que si pueden ser detectados por la prueba PIT incluyen:



Elementos que queden arriba del 5% más cortos (10% si no hay registro patrón).



Fisuras totales como las causadas por la retracción de fraguado de la longitud no reforzada o por el golpeo del equipo de construcción o por movimientos de la masa de suelo.



Cambios de impedancia superiores al 20% siempre y cuando la profundidad del daño este dentro del rango de acción de la onda.

Categoría C.- Indicación de un posible pilote defectuoso.

Son aquellos que pese a que reflejan una variación de impedancia inisible pueden estar viéndose afectados por:



La existencia de ensanchamientos en la parte superior del elemento cubierta por la excitación inicial podría inducir que un análisis de impedancias simples tomará como área de referencia dicho ensanchamiento y por tanto el retorno a la sección nominal aparecería como una reducción inisible.



Análisis cuantitativos de variaciones de menos del 20% en la impedancia posiblemente no podrían realizarse.

Categoría D - Información no concluyente.

Es el caso típico de pilotes que se han ensayado antes y después de descabezar el concreto contaminado y al revisar los resultados estos no son consistentes. Pilotes ensayados sobre un dado preparado con mortero también podría reflejar resultados inconsistentes.

Algunos comentarios con respecto a resultados obtenidos

En la actualidad el programa de ensayos de Integridad de Pilotes ha realizado del orden de 10.000 pruebas a nivel nacional cuya base de datos se esta procesando para tener un análisis estadístico de los resultados obtenidos con datos de interés tal como tipo de pilote, geometría, descripción de discontinuidad, longitud de refuerzo etc. De acuerdo con los resultados preliminares se tiene que del orden de un 20 a 30% de los pilotes ensayados presentan variaciones en su sección que podrían clasificarse de pequeñas a medias que generan cambios de impedancia en la onda.

Tan sólo un 2 a 3% de la población ensayada presenta daños mayores que ameritan revisar el elemento por algún otro sistema (ver próximo numeral), reemplazar o reparar el elemento. Es importante anotar que en todos los casos que se ha predicho un daño mayor en el pilote y se ha bajado a corroborarlo, este se ha encontrado. En cuanto a las causas de los seccionamientos debemos anotar que deben estudiarse caso a caso y únicamente el ingeniero de suelos y/o el equipo interdisciplinario involucrado en la obra podría estar en capacidad de determinar las causas. Sin embargo, a continuación se plantean algunas factores que afectan: a) Problemas específicos de Obra.Generados por derrumbes por la estratigrafía unida con la localización específica del elemento podrían aparecer discontinuidades inaceptables. Adicionalmente, esfuerzos de tracción durante la extracción del tubo tremie podrían afectar la zona no reforzada especialmente cuando el suministro del concreto ha sido lento.

b) Retracción de fraguado.Aún cuando por las condiciones ideales de fraguado podría reducir la ocurrencia de dicho fenómeno, se tiene que es práctica común reforzar una pequeña longitud de la totalidad del elemento haciendo que la longitud no reforzada sea especialmente vulnerable ante su incapacidad de soportar esfuerzos de tracción.

c) Tracciones generadas por rebote elástico del suelo en proyectos multisótanos.Este es una de las causas que a juicio de esta oficina es la de mayor ocurrencia dada la naturaleza muy blanda de los suelos de Bogotá unida con la práctica de construir pilotes de gran longitud con refuerzos cortos.

Aún cuando se dice que las causas b y c son irrelevantes para la solicitación axial de los pilotes es preocupante la integridad estructural de los pilotes durante el sismo y flexiones inducidas por el eventual desplome del pilote.