PILOTES IN SITU CON EXPANDER BODY EN SUELOS ARENOSO. Mario A. Terceros H., Incotec SRL, Santa Cruz, Bolivia

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1 PILOTES IN SITU CON EXPANDER BODY EN SUELOS ARENOSO Mario A. Terceros H., Incotec SRL, Santa Cruz, Bolivia

2 PROCESO DE EXPANSION El Expander Body consiste en un tubo de acero plegado con sección circular. Al inyectarle lechada de cemento se lo expande, creando un globo de acero hermé?co de alta resistencia

3 PROCESO DE EXPANSION Expander Body antes de la expansión

4 PROCESO DE EXPANSION El EBI compacta el suelo circundante

5 PROCESO DE EXPANSION El EBI compacta el suelo circundante

6 PROCESO DE EXPANSION El EBI compacta el suelo circundante

7 PROCESO DE EXPANSION El EBI compacta el suelo circundante

8 PROCESO DE EXPANSION El EBI compacta el suelo circundante

9 MONITOREO DE PROCESO DE EXPANSION Durante la expansión, la presión y el volumen se pueden registrar automá?camente o de forma manual

10 INSTALACIÓN DEL EXPANDER BODY

11 FUNDAMENTOS DEL EXPANDER BODY El Expander Body puede ser instalado en el suelo tanto como pilote cuanto como anclaje. Durante la expansión, la presión lateral es incrementada alrededor del EBI The Expander Body (EB), creando una zona de alto valor de empuje pasivo

12 EXPANDER BODY - PRESIÓMETRO El Expander Body es similar a un presiómetro en gran escala y puede ser usado como instrumento de ensayo. Registrando el volumen inyecyado y la presión de inyección, se puede es?mar el incremento de rigidez y resistencia del suelo circundante. Esta informatción permite calcular la capacidad de cada EBI. Basado en un gran número de pilotes y anclajes instalados, se han desarrollado métodos semiempíricos que pueden usarse para es?mar la capacidad por punta de pilotes o de arranque para anlcajes. El monitoreo de la inyección es de muy importante en el control de calidad. Es el único sistema disponible que mide directamente la presión horizontal.

13 EXPANDER BODY - PRESIÓMETRO CURVAS PRESIOMÉTRICAS TIPICAS Y LA INTERPRETACIÓN DEL TIPO DE SUELO EN FUNCIÓN DE SUS FORMAS

14 PRINCIPIOS DE LA INYECCIÓN DE MORTERO EN EL EB FASE INICIAL 2,5 FASE ELASTICA FASE FINAL DE ESTABILIZACIÓN GROUT PRESSURE, MPa 2 1,5 1 0,5 PRESIÓN LIMITE, P l GROUT VOLUME, liter Durante el proceso de Expansión, se pueden iden?ficar tres fases [picas

15 CURVA DE CALIBRACIÓN PARA CADA TAMAÑO DE EBI Diameter [mm] Volume [liters] ESTA CURVA, PARA CADA TAMAÑO DE EBI, PERMITE CONOCER EL DIÁMETRO REAL PARA CADA VOLUMEN DE INYECCIÓN

16 MONITOREO Y CONTROL DE CALIDAD 5 4,5 4 Presión (MPa) 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 VOLUMEN USADO PARA CÁLCULO: 97 LITERS Volumen (litros) Filtarciones de lechada puede suceder durante el proceso de inyección antes del volumen total. Esto se detecta durante el monitoreo de la inyección. El diámetro a usar para el cálculo de la capacidad se adapta a lo realmente medido

17 TIPOS DE EBI Típicamente, la serie EB 600 es usada en suelos arenosos a serie EB 800 fue desarrollada para suelos arcilllosos blandos Un nuevo (po - EB 410 ha sido introducido recientemente para suelos muy rígidos y arenas cementadas

18 CONTROL DE CALIDAD EN CADA PILOTE Del registro anterior, y su ajuste a los volúmenes inyectados, resulta un reporte final de calidad por cada pilote instalado PROJECT: REPORT ABOUT PILES SERVICE LOAD EDIFICIO ALAS CAP Nº PILE Nº LENGTH AVERAGE DRILLED OF THE SHAFT DEPTH (m) SHAFT (m) DIAM. (m) SHAFT CONCRETE EXPANDER BODY POST GROUTING SERVICE CAPACITY (Ton) DATE VOL. (m 3 ) DATE PRES. (Mpa) VOL. (liters) PRES. (Mpa) VOL. (liters) SHAFT EBI TOTAL DESIGNED EQUIV. TOE AREA DIAM. (mm) (m 2 SERVICE ) LOAD (Ton) C-10 1 C-10 2 C-10 3 C-10 4 C-10 5 C-10 6 C-10 7 C-10 8 C-10 9 C /13/ /01/ /13/ /01/ /13/ /01/ /13/ /01/ /13/ /01/ /17/ /01/ /17/ /01/ /17/ /01/ /17/ /01/ /17/ /01/ ,

19 USO DEL EBI CON DISTINTOS TIPOS DE PILOTES EN COMBINACIÓN CON PILOTES PERFORADOS CON BENTONITA EN COMBINACIÓN CON FULL DISPLACEMENT PILE (FDP) SE CONSIGUE UNA ALTA RESISTENCIA LATERAL Y DE PUNTA

20 INFLUENCIA DEL PROCESO DE INSTALACIÓN EN LA FORMA DE LA CURVA DE INYECCIÓN Fellenius at al., 2014 La curva azul (TP3) corresponde a un EB instalado en la punta de una of Full Displacement pile (FDP). La curva roja (TP4) corresponde a un EB instalado en un pilote excavado con bentonita. La rigidez inicial es claramente menor debido a la descompresión del suelo debido al proceso construc?vo

21 POST- INYECCIÓN DEL EB DURANTE LA EXPANSIÓN SE PRODUCE UN ACORTAMIENTO DEL EB. ESTE EFECTO NO INFLUYE EN LA RIGIDEZ DEL SUELO CIRCUNDANTE. SIN EMBARGO LA RESISTENCIA POR PUNTA PUEDE SER MEJORADA POR INYECCIÓN DEL SUELO EN ESA ZONA. LA POST- INYECCIÓN PROVEE UNA COMPRESIÓN ADICIONAL Y UN ELEMENTO ADICIONAL PARA EL CONTROL DE CALIDAD.

22 POST- INYECCIÓN DEL EB 3 POST GROUTING INJECTION CURVE 2,5 PRESSURE (Mpa) 2 1,5 1 0, VOLUME (LITERS) ESTE PROCESO TAMBIÉN ES MONITOREADO A FIN DE VERIFICAR LOS EFECTOS DE MEJORA

23 CASE STUDY 1: 4 TEST PILES TP1 TP2 TP3 TP4 "Std" FDP FDP "Std" +EB +O-cell +EB BH1 BH3 BH 4 BH2 DEPTH (m) 0.0 m Ground surface 2.9 m GW 400 mm 360 mm 360 mm 450 mm 1.0 m 4.0 m 7.0 m 10.0 m 13.0 m 16.0 m 0.40 m 3.4 m 6.4 m 9.4 m 10.9 m 11.6 m m 15.0 m O-cell 17.5 m EB 2.5 m 400 mm 360 mm 600 mm 600 mm EB 1.8 m 4.1 m 7.1 m 8.6 m Test Pile Configurations and Strain-Gage Levels m Purpose of the four tests is to compare the response of a bored piled drilled with bentonite as opposed to a Full Displacement Pile (FDP) and, also, to test the effect of placing an Expander Bodyat the toe of each pile type.

24 CASO 1: 4 PILOTES DE PRUEBA INSTRUMENTATION: - Sister bars (vibrating wires) - 2 Thermal wires in each pile - O Cell in TP4 RECORDING: - Drilling parameters in the FDP - Injection pressure and volume in each EB TESTS: - Static Loading tests in each pile - O Cell test in TP4 - Dynamic Load Test in each pile

25 CASO 1: 4 PILOTES DE PRUEBA Qt [Mpa] 0,00 10,00 20,00 30,

26 CASO 1: 4 PILOTES DE PRUEBA Fellenius at al., 2014 Blue curve (TP3) corresponds to an EB installed at base of Full Displacement pile (FDP). Red curve (TP4) corresponds to an EB installed in an auger pile under bentonite. The ini?al soil s?ffness is clearly lower because of soil decompression.

27 CASO 1: 4 PILOTES DE PRUEBA Pile TP1 Bored with Bentonite Pile TP2 - FDP 0 LOAD (KN) ,000 1,500 2,000 2,500 2 DEPTH (m) Fellenius et al. 2013

28 CASO 1: 4 PILOTES DE PRUEBA Pile TP2 - FDP Pile TP3 FDP+EB Fellenius et al. 2013

29 CASO 1: 4 PILOTES DE PRUEBA STATIC LOADING TEST Pile TP1 0,00 2,00 LOAD (kn) , MOVEMENT (mm) 6,00 8,00 10,00 12,00 14,00 16,00 18,00 MVMNT/LOAD (mm/n) ,00 LOAD (KN) Fellenius et al. 2013

30 CASO 1: 4 PILOTES DE PRUEBA STATIC LOADING TEST Pile TP2 0 LOAD (kn) MOVEMENT (mm) MVMNT/LOAD (mm/n) y = - 0,0741x + 294,56 R² = 0, LOAD (KN) Fellenius et al. 2013

31 CASO 1: 4 PILOTES DE PRUEBA STATIC LOADING TEST Pile TP3 MOVEMENT (mm) 0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 LOAD (kn) MVMNT/LOAD (mm/n) ,00 12, LOAD (KN) Fellenius et al. 2013

32 CASO 1: 4 PILOTES DE PRUEBA Fellenius et al. 2013

33 CASO 1: 4 PILOTES DE PRUEBA Dynamic Load Tests 0 Load (kn) Movement (mm) TP1 TP 4 TP 2 TP

34 CASO 2: FUNDACION DE TURBINAS TERMO ELÉCTRICAS. PILOTES FDP, Ø 44 cm, L=12,5 m + EB 620 P20 P11 P16

35 CASO 2: FUNDACION DE TURBINAS TERMO ELÉCTRICAS. PILOTES FDP, Ø 44 cm, L=12,5 m + EB 620

36 CASO 2: FUNDACION DE TURBINAS TERMO ELÉCTRICAS. PILOTES FDP, Ø 44 cm, L=12,5 m + EB 620 PROFUNDIDAD (m) 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 9, , , , ALPHA VALUE: PENETRATION RESISTANCE FACTOR α TG1- P11 TG1- P16 TG1- P20

37 CASO 2: FUNDACION DE TURBINAS TERMO ELÉCTRICAS. PILOTES FDP, Ø 44 cm, L=12,5 m + EB EBI Injeckon Chart TG Pressure (kg/cm2) P11 P16 P Volume (l)

38 CASO 2: FUNDACION DE TURBINAS TERMO ELÉCTRICAS. PILOTES FDP, Ø 44 cm, L=12,5 m + EB 620 DLT TG1: P11, P16, P20 0 LOAD (tn) MOVEMENT (mm) SERVICE LOAD: 80 T 20

39 SOME EXAMPLES Project: Torre Dúo Number of Piles: 167 Year: 2009 Details: Type of pile: Drilled u/ bentonite Length of pile: 18 m. Diameter of shau: 40 cm. EB diameter: : 600 mm. Service load: 120 t

40 SOME EXAMPLES Project: Ambassador Business Center Number of Piles: Year: 2010 Details: Type of pile: Drilled u/ bentonite Length of pile: 16m Diameter of shau: 35 cm EB diameter: 600 mm. Service load: 170 t

41 SOME EXAMPLES Project: Puente La Bélgica Number of Piles: Year: 2008 Details: Type of pile: Drilled u/ bentonite Length of pile: 18 Diameter of shau: 60 cm. EB diameter: 600 mm Service load: 200 t

42 SOME EXAMPLES Project: Viaducto 4to anillo Number of Piles: 120 Year: 2011 Details: Length of pile: 16 m Diameter of shau: 45 cm EB diameter: : 600 mm. Service load: 130 t 130 t

43 RESUMEN Y CONCLUSIONES u Existe una gran experiencia en el sistema EB, en diferentes lugares del mundo y en par?cular en diversas aplicaciones en Bolivia, demostrando ser un método que proporciona una base ensanchada muy eficiente u Un alto grado de control de calidad se puede obtener, ya que la expnasión es registrada y documentada para cada pilote. base can be recorded and documented. u La introdución de la post- inyección de fondo ha sido un nuevo desarrollo muy importante en el sistema ya que incrementa aún más la rigidez y resistencia del suelo. u Cuando se instala en la punta de pilotes perforados, el sistema EB incrementa la capacidad por punta de pilotes instalados en una gran variedad de suelos, desde arenas limosas muy sueltas hasta arenas densas y arcillas rígidas.

44 RESUMEN Y CONCLUSIONES u Si bien el sistema EB requiere de un proceso de instalación y control más sofis?cado, el incremento de capacidad lo convierte en un sistema muy eficiente en costos, sobre todo en comparación con pilotes menos confiables por ausencia de métodos directos de control. u La combinación de EB +FDP incrementa aún más la capacidad del pilote. u Recientes ensayos de campo demuestran que esta combinación puede incrementar la capacidad hasta en cuatro veces en comparación con pilotes perforados bajo bentonita. u During los pasados 20 años, se han instalado más de EB.

45 BIBLIOGRAFIA Y REFERENCIAS Berggren, B., Sellgren, E. and Wexerling, S Expanderkroppar. Anvisningar för dimensionering, u{örande och kontroll (Expander Body. Instruc?ons for design, installa?on and control). Swedish Commission on Pile Reseach, Report 79, 54 p. Broms, B.B. And Nord, B, Axial Bearing Capacity Of The Expander Body Pile. Soils And Founda?ons Vol. 25, Nº2, June Japanese Society Of Soil Mechanics And Founda?on Engineering. Pp Broms, B.B Expander Bodies A new concept for underpinning of structures. Proceedings XI ICSMGE San Francisco. Vol. 3, pp Broms, B.B. and Nord, B Axial bearing capacity of the expander body pile. Soils and Founda?ons 25(2) pp CEN Execu?on of special geotechnical work - Displacement piles. European Commixee for Standardiza?on (CEN). ICS December 2000, 46 p. Coutand, S.C Ajuste de parámetros presiométricos en la es?mación de la capacidad de carga úl?ma de pilotes con tecnología Expander Body en arenas sedimentarias. Tesis de grado. Ed. Universidad Federico Santa María. Valparaíso, Chile. 99 p. Decourt, L., The Standard Penetra?on Test State- Of- The- Art Report. Proc. Of 12 th Interna?onal Conference On Soil Mechanics And Founda?on Engineering, Rio De Janiero, Brazil. Pp

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