La hinca compacta el terreno mejorando el ángulo de rozamiento de la arena, lo que se traduce en un incremento de la capacidad portante (E>1).

Transcripción

1 7.- Grupo de pilotes EFICIENCIA DEL GRUPO EN ARENAS PILOTES HINCADOS La hinca compacta el terreno mejorando el ángulo de rozamiento de la arena, lo que se traduce en un incremento de la capacidad portante (E>1). Vesic (1967) realizó ensayos con grupos de 2x2 y 3x3 pilotes en arenas (Dr=60%). Observó que la resistencia por la punta de los pilotes del grupo no varió prácticamente respecto a la del pilote aislado (E=1), aumentando la resistencia por el fuste, alcanzándose eficiencias medias superiores a la unidad (E=1,3), siendo máximas para un espaciamiento de 3,5D. Por motivos de seguridad se suele adoptar (E=1) Qhg = ΣQhi Qhg = Carga de hundimiento del grupo Qhi = Carga de hundimiento del pilote individual PILOTES PERFORADOS En este caso disminuye sobre todo la resistencia por la punta, por efecto de superposición de tensiones, y suelen adoptarse eficiencias del orden de E=0,7 para separaciones entre 2D y 3D. Qhg = 0,7 ΣQhi 7.- Grupo de pilotes GRUPO DE PILOTES EN ARCILLAS Cuando la consistencia es de media a floja, la interacción de los pilotes del grupo produce un remoldeo importante con una reducción apreciable de la capacidad portante. Cuando el encepado apoya en el terreno y el espaciamiento es pequeño, se forma un bulbo de presiones en el grupo análogo al de las cimentaciones superficiales, produciéndose además de una disminución apreciable de la resistencia, una deformación apreciable, que para espaciamientos del orden de 2D, produce una rotura en bloque con hundimiento simultaneo de los pilotes y el terreno circundante. Para espaciamientos superiores a 2,5D desaparece el peligro de rotura en bloque y la eficiencia puede calcularse por fórmulas empíricas. Bulbo de presiones cuando la separación entre pilotes es pequeña. J.A. JIMENEZ SALAS. Geotecnia y Cimientos III Variación de la eficiencia de grupos de pilotes en arcilla. WHITAKER

2 7.- Grupo de pilotes Fórmula de Acción de Grupo de los Ángeles. [ m ( n 1) + n ( m 1) + 2 ( m 1) ( 1) ] D E = 1 n π S m n m = número de filas n = número de columnas Regla de Feld. Consiste en disminuir en 1/16 la resistencia del pilote dentro del grupo, por cada pilote adyacente en dirección de filas, columnas o diagonales del grupo. El espaciamiento adecuado es del orden de 3D por aportar las siguientes ventajas: Adecuado desde el punto de vista constructivo. En arcillas se aleja del riesgo de rotura en bloque En arenas optimiza la eficiencia. EFICIENCIA DE UN GRUPO DE PILOTES Distribución ACCION DE GRUPO DE LOS ANGELES REGLA DE Nª Pilotes Filas Columnas S/D=2,5 S/D=3,0 S/D=3,5 FELD ,936 0,947 0,955 0, ,868 0,890 0,906 0, ,845 0,871 0,890 0, ,834 0,862 0,881 0, ,822 0,852 0,873 0, ,811 0,842 0,865 0, Grupo de pilotes CONSIDERACIONES DEL CTE De forma general, el efecto grupo lo considera cuando : El número de pilotes afectados es mayor o igual a 4 La separación entre pilotes sea inferior a tres veces su diámetro. La eficiencia del grupo η depende del espaciamiento entre los pilotes, el tipo de pilote y el terreno de cimentación. Q =η Σ hg Qhi Como norma general se adoptarán los siguientes coeficientes de eficiencia: η = 1 para espaciamientos iguales o superiores a 3D η = 0,7 para espaciamientos iguales a 1D Para espaciamientos entre 1D y 3D se interpola entre los valores anteriores. En pilotes hincados en arenas densas o muy densas se puede tomarη = 1 en todos los casos. Podrá aumentarse el coeficiente de eficiencia, previa justificación, por la posible compactación del terreno, no pudiendo ser en ningún caso superior a 1,3. 2

3 7.- Grupo de pilotes DISTRIBUCION DE CARGAS EN EL GRUPO De forma general un soporte o un elemento estructural pueden transmitir al encepado de un grupo de pilotes los siguientes esfuerzos: Una carga vertical, P Una carga horizontal, H Un momento flector, M GRUPO SOMETIDO A UNA CARGA VERTICAL (P) CENTRADA Puede admitirse que cada pilote recibe la misma carga, por lo que la carga de cada pilote vendrá dada por la relación : donde : P T = P + Peso del encepado n = número de pilotes del grupo P i = P n T 7.- Grupo de pilotes GRUPO SOMETIDO A UNA CARGA VERTICAL Y UN MOMENTO La tensión a la que estará sometido cada pilote del grupo, vendrá dada por la fórmula general : P M xi σ = ± Ai I T x i = coordenada de cada pilote respecto al c.d.g. del encepado. Ai = Área del pilote individual I = momento de inercia del grupo de pilotes Aplicando el teorema de Steiner y despreciando la inercia de cada pilote, obtenemos: I = 2 Ai xi Como todos los pilotes tienen la misma sección (A), operando tendremos : PT M xi Pi = σ A = ± 2 n xi 3

4 7.- Grupo de pilotes GRUPO SOMETIDO A ESFUERZOS: P, M, Q En este caso conviene diseñar pilotes inclinados, para que los pilotes trabajen a esfuerzo axil sobre todo si H>10%P. El método de cálculo a seguir es el siguiente : Establecemos un diseño de pilotes, con pilotes verticales e inclinados, en función de las cargas a las que se encuentra sometido el encepado. Calculamos las componentes verticales (Vi) de las cargas de cada pilote, ignorando la carga horizontal, mediante la aplicación de las fórmulas descritas en el caso anterior. Dibujamos el polígono de fuerzas a partir de P T y Q dividiendo P T proporcionalmente a Vi Las cargas Pi de los pilotes se obtienen trazando paralelas a las direcciones de los mismos. Si el polígono no cierra, corregimos la inclinación de los pilotes hasta hacer que cierre. 7.- Grupo de pilotes Grupo de pilotes inclinados y polígono de fuerzas del sistema. Hipótesis inicial y diseño final 4

5 8.- Pantalla de pilotes Estas pantallas están constituidas por un conjunto de pilotes que, a modo de vigas verticales, soportan los empujes de las tierras que contienen. PANTALLAS DISCONTINUAS Están formadas por pilotes con espaciamientos entre 2 y 3 diámetros, por lo que se pierde la continuidad material de la pantalla. Esto plantea en principio dos problemas, uno la falta de conexión entre pilotes y el otro la falta de estanqueidad. Con objeto hacer trabajar de forma solidaria a los distintos pilotes se ejecuta una viga en coronación de hormigón armado que se materializa con la entrega de la armadura de los pilotes. Además se suelen colocar vigas horizontales a distintos niveles, ancladas provisionalmente al terreno, que posteriormente pueden formar parte de la estructura de la edificación. 8.- Pantalla de pilotes PANTALLAS CONTINUAS Estas pantallas están constituidas por pilotes secantes en las que existe intersección de cada pilote con sus adyacentes dando lugar a una estructura continua. Están formadas por pilotes primarios separados una distancia menor que el diámetro de los secundarios, solapándose unos 15 a 30 cm. Los pilotes primarios suelen ejecutarse con mortero (en ocasiones con hormigón), de cara a facilitar la perforación de los secundarios. Un aspecto a cuidar es la ejecución de la zanja guía. Los muretes guía se construirán de hormigón armado, definiendo el perímetro curvo de la pantalla de forma exacta para garantizar la correcta implantación de los equipos de perforación, tal como puede contemplarse en la figura Su profundidad estará entre los 0,80 y 1,50 metros. 5

6 8.- Pantalla de pilotes La secuencia de trabajo para la ejecución de la pantalla de pilotes queda perfectamente expuesta en la figura Las pruebas de carga permiten conocer el comportamiento real de los pilotes en el terreno, sometiéndolos generalmente a cargas superiores a las de servicio, como comprobación del diseño realizado. Son ensayos muy costosos, que además producen la ruina del pilote, por lo que se realizan solo en obras de elevados presupuestos. Los sistemas de control (no destructivos) de integridad estructural de los pilotes, no pretenden sustituir a las pruebas de carga, sino que suministran información sobre las dimensiones, continuidad o consistencia de los materiales empleados en la ejecución de los pilotes. PRUEBA DE CARGA La prueba de carga de un pilote puede parecer un ensayo definitivo que testifica las condiciones en que se ha realizado nuestra cimentación. Sin embargo la prueba se limita a uno o dos pilotes a lo sumo, y puede no ser representativa del conjunto. Las pruebas se ejecutan en fase de proyecto o de construcción, y pueden tener dos objetivos: Comprobar los datos de diseño y la metodología empleada en los cálculos. Comprobar que la calidad del pilote se ajusta a las especificaciones del Proyecto. 6

7 Las pruebas de carga deben realizarse una vez que haya transcurrido un tiempo suficiente, para que el pilote se haya estabilizado y alcanzado su disposición definitiva de trabajo. Este periodo de tiempo puede variar desde una a dos semanas (pilotes columna) hasta doce semanas (pilotes flotantes en arcillas saturadas). En las pruebas de carga suele llegarse a la carga de hundimiento o rotura del terreno, lo que significa la ruina del pilote, de ahí que se realicen en un pilotes que se denominan pilotes prueba EJECUCIÓN DE LA PRUEBA DE CARGA La prueba de carga más habitual es la prueba de carga estática lenta, que para su ejecución es preciso contar con una reacción superior a la carga máxima del pilote. Como esta carga suele ser muy grande, se recurre a obtener la reacción mediante el empleo de anclajes o pilotes trabajando a tracción. Los anclajes deben hacerse profundos con objeto de no interferir en la zona de resistencia del pilote, para no alterar los resultados del ensayo. Por el mismo motivo, los pilotes reacción, deben situarse al menos a una distancia de 5Ø o 1,5 metros. La carga se aplica por escalones de valores predeterminados, en la cabeza del pilote, midiéndose el asiento del pilote a lo largo del tiempo, manteniendo la carga hasta que se alcance el reposo. A continuación se aplica el siguiente escalón de carga, y así sucesivamente. Es habitual, una vez alcanzado un cierto valor de carga, realizar una descarga para volver a recargar y continuar con el ensayo. El resultado del ensayo es una curva carga-asiento que se va curvando progresivamente por fallo de la resistencia por el fuste, tras lo cual comienza a actuar la resistencia por la punta, hasta alcanzarse la falla total del terreno. En general no existe un punto en el que se aprecie el hundimiento del terreno. La asíntota en la curva carga-asiento indica la rotura total, pero en ocasiones las deformaciones son tan grandes antes de llegar a ella, que podemos hablar de hundimiento. Representación de un ensayo lento de prueba de carga. J.A. JIMENEZ SALAS. Geotecnia y Cimientos II 7

8 SISTEMAS DE CONTROL Se utilizan para comprobar la integridad estructural de los pilotes por métodos no destructivos. Suministran información sobre sus dimensiones geométricas, su continuidad (ausencia de coqueras) o consistencia del hormigón; pero no suministran información respecto su comportamiento en condiciones de carga. Los sistemas más utilizados son: METODO SÓNICO Se basa en el estudio de una onda sónica generada por un martillo de mano que golpea la cabeza del pilote, baja por el fuste y rebota en la punta, captándose en la cabeza. En función de que el ensayo se realice en el dominio del tiempo o de la frecuencia, tenemos el ensayo de eco o el ensayo de impedancia mecánica. TRANSFERENCIA SÓNICA También conocido como cross-hole,consiste en hacer descender por dos conductos huecos llenos de agua, situados en el interior del pilote, diametralmente opuestos y paralelos a éste, un emisor y un receptor de ultrasonidos que permiten registrar el tiempo que tarda la onda en recorrer la distancia entre ambos. ENSAYO DINÁMICO Esta basado en la medición del impacto sobre la cabeza del pilote, que previamente se ha instrumentalizado. Se utiliza habitualmente en los pilotes prefabricados, empleando el propio sistema de hinca. En los ejecutados in situ, se emplean sistemas de golpeo que permitan transmitir la energía necesaria MÉTODO SÓNICO Este método puede utilizarse tanto para el control de pilotes de nueva construcción como de pilotes ya ejecutados, de los que se desea conocer su longitud o su integridad. Se basa en la medición de las ondas de presión originadas por el golpeo de un martillo en la cabeza del pilote que se desplaza hasta la punta del mismo. Las características mecánicas del pilote son: Densidad del pilote (γ) Área de su sección transversal (A) Módulo de elasticidad dinámico del pilote (E) La velocidad de propagación de la onda en el hormigón varía entre y m/s, y puede calcularse por la ecuación : Vc = E / γ Cualquier cambio en las características mecánicas hace que una parte de la energía de la onda progrese en su camino y otra se refleje tomando un camino contrario al de la propagación. Esquema de funcionamiento del sistema sónico de medida de integridad de pilotes. INTEMAC 8

9 La impedancia (Z) reúne las características mecánicas del pilote y permite analizar los fenómenos de refracción y reflexión de las ondas. Z= E A = λ Vc A Vc El ensayo se realiza golpeando entre 6 y 10 veces con un martillo sobre la superficie preparada (plana y pulida) de la cabeza del pilote, en la que se colocan un acelerómetro y un geófono. La señal recibida por el sensor se registra y trata en un equipo electrónico. En un pilote sin defecto el único cambio de impedancia se produce en su punta. Conociendo la velocidad de propagación de la onda en el hormigón (3.800 m/s) se puede calcular, mediante el ensayo de eco, la longitud (L) del pilote L= Vc tp 2 siendo tp el tiempo transcurrido en alcanzarse el primer eco, o entre dos ecos. Gráficos obtenidos en ensayos sónicos. INTEMAC Si realizamos el análisis de la onda en el dominio de la frecuencia, en lugar de en el tiempo, realizamos un ensayo de impedancia mecánica, en el que suponemos que el pilote vibra como una varilla con una frecuencias preferenciales (frecuencias propias). Entre dos frecuencias propias consecutivas hay siempre un desfase ( f). Midiendo f en el ensayo podemos estimar la longitud (L) del pilote. Cualquier anomalía apreciable (variación 25% sección) provoca un eco (reflexión) de la onda que una vez detectado, y conocido el tiempo (t) que tarda en recibirse su eco, nos permite localizar la profundidad (h) a la que se encuentra dicha anomalía. f = Vc 2 L L= Vc 2 f h= Vc t 2 9

10 MÉTODO DE TRANSPARENCIA SÓNICA Este método se basa en un ensayo de reconocimiento ultrasónico, consistente en dos tubos paralelos, sujetos a las armaduras del pilote, llenos de agua dulce limpia, dos palpadores (un emisor y un receptor de impulsos ultrasónicos) y registrar el tiempo de paso de la onda. El tiempo medido será función de la distancia entre emisor y receptor y de las característica del medio atravesado. El ensayo se inicia en la punta del pilote, haciéndose medidas cada 6-10 centímetros. En el caso de existir defectos, como inclusiones de tierras, coqueras, u otras anomalías, aumenta el tiempo de recorrido y la variación queda reflejada así como la profundidad a la que se ha producido. En estos casos también se aprecia una disminución de la energía de onda registrada. En condiciones normales pueden realizarse hasta 120 metros de ensayo por hora. Esquema de funcionamiento del ensayo cross hole.intemac Los tubos a colocar deben cumplir los siguientes requisitos : Serán preferentemente de acero o de PVC en su defecto, con un diámetro interior entre 40 y 50 mm. Los empalmes de los tubos deben realizarse mediante manguitos roscados y no mediante soldaduras. Los extremos inferiores de los tubos deben taparse con tapones roscados metálicos que permitan garantizar la estanqueidad de los tubos. El número de tubos a colocar en un pilote, según la norma francesa DTU 13.2, es el siguiente : 2 tubos para pilotes de Ø 60 cm 3 tubos para 60<Ø<120 cm 4 tubos para pilotes de Ø 120 cm Registro obtenido en un ensayo crosshole. INTEMAC Registro de la onda obtenida a una profundidad determinada. INTEMAC 10

11 ENSAYO DINÁMICO Es el método más utilizado para probar la integridad de los pilotes, estando recogido por la norma ASTM D Para su ejecución se realiza un recrecido de la cabeza del pilote con hormigón dentro de una camisa metálica, colocándose en su interior los acelerómetros y sensores de deformación, formando una superficie plana en el extremo superior protegida por una chapa metálica y una sufridera Esquema de un Ensayo dinámico. C. FERNANDEZ TADEO (CFT & Asociados S..L.) Para producir el impacto en pilotes prefabricados, se aplica el martillo empleado para la hinca, y en pilotes ejecutados in situ una carga cuyo peso se encuentre entre el 1,0 y el 1,5% de la carga correspondiente a una prueba estática, y una altura de caída entre 2,0 y 3,0 metros. Con objeto de movilizar la capacidad resistente del terreno, se realizan 4 o 5 impactos consecutivos, con una altura creciente, registrándose en un ordenador los parámetros medidos. Es conveniente realizar al menos un ensayo estático de carga de tipo convencional en un pilote ensayado dinámicamente, con objeto de poder establecer correlaciones entre ambos ensayos. Ensayo dinámico. Registro de fuerza y velocidad. C. FERNANDEZ TADEO (CFT & Asociados S..L.) 11