Artículo Científico IMPLEMENTACIÓN DE LA PRUEBA DE INTEGRIDAD DE PILOTES EN BOLIVIA IMPLEMENTATION OF INTEGRITY TES- TING OF PILES AND DRILLED SHAFTS IN BOLIVIA Ing. Víctor Hugo Alvarez Iriarte 1 Ing. Christian Boris Camacho Peña 2 RESUMEN El incremento de la demanda de uso de pilotes en las construcciones en general, en Bolivia, y la ausencia de una norma propia que regule su metodología han provocado que se adopten procedimientos internacionales, como ser los americanos, para verificar y garantizar la calidad de construcción de pilotes. La prueba de integridad de pilotes es un ensayo, entre otros, que forma parte de la verificación de pilotes exigido en normas internacionales. El presente artículo presenta los principios, las características y los resultados obtenidos con el equipo de Prueba de Integridad de Pilotes (PIT) de Pile Dynamics Inc. (PDI), perteneciente a Alvarez Ltda., utilizado para verificar y garantizar pilotes en Bolivia. Palabras Clave: Pilotes de hormigón, Construcciones de hormigón, Cimientos, Control de calidad en la construcción. ABSTRACT The increase in demand for use of piles in construction in general, in Bolivia, and the absence of a code governing its own methodology have led to the adoption of international codes, such as Americans, to verify and ensure the quality pile construction. Integrity testing of piles is a test, among others, that makes part of the verification of piles and drilled shafts required by international standards. This article presents the principles, characteristics and obtained results with the Pile Integrity Testing (PIT) equipment from Pile Dynamics Inc. (PDI), belonging to Alvarez Ltda, used to verify and ensure piles and drilled shafts in Bolivia. Key Words: Concrete drilled shafts, Concrete construction, Foundations, Quality control of construction Páginas 51 a 55 Fecha de recepción: 28/05/2011 Fecha de aprobación: 30/06/2011 1. Ingeniero Geotecnista-Estructural Ingeniero Civil Master of Engineering Docente Escuela Militar de Ingeniería - Cochabamba alvarezltda@gmail.com 2 Ingeniero Geotecnista-Estructural Ingeniero Civil cbcamachop@gmail.com 52
INTRODUCCIÓN El uso de fundaciones profundas (o pilotes) como una alternativa efectiva para fundaciones de puentes, edificios altos y otras estructuras, en suelos débiles o compresibles, se ha incrementado durante la última década en Bolivia, debido a las ventajas técnicas que proporciona este sistema con respecto a las fundaciones directas. Sin embargo, este tipo de fundación no está normado en nuestro medio. Ante la ausencia de una norma boliviana, los ingenieros han adoptado los procedimientos de reglamentos americanos de construcción de pilotes, tanto para pilotes vaciados in-situ como para pilotes hincados. Estos reglamentos son publicados por la Oficina Federal de Administración de Carreteras (FHWA) [1], siendo aplicable: - Para pilotes vaciados in-situ el reglamento GEC No. 10 - Drilled Shafts: Construction Procedures and LRFD Design Methods - FHWA-NHI-10-016 - Para pilotes hincados el reglamento Design and Construction of Driven Pile Foundations Reference Manual - FHWA-NHI-05-042 y FHWA-NHI-05-043. Figura 1 Ensayo de prueba de carga Figura 2 Ensayo de prueba de integridad Estos reglamentos especifican ensayos y metodologías para garantizar una fundación profunda. Clasifican en Control de Calidad (Construction Quality Control) (QC) y Verificación de Calidad (Construction Quality Assurance) (QA): El Control de Calidad (QC) se refiere al control mínimo requerido, como ser: exploración geotécnica, calidad de materiales, calidad de mano de obra, calidad de equipo utilizado, control de perforación, control de hormigonado y método de diseño y construcción adecuados. En resumen, se trata de verificar que todo el material utilizado para la construcción del pilote sea el adecuado y que el procedimiento de hormigonado sea controlado [2]. La Verificación de Calidad (QA) se refiere a controles realizados en pilotes ya construidos para verificar su calidad y garantizar su buen funcionamiento [2]. Entre estos controles, se tienen los Ensayos Destructivos, como ser pruebas de carga estáticas (Figura 1) y Ensayos No Destructivos, entre los cuales se encuentran los ensayos de integridad en pilotes (Figura 2). 53 Como parte del sistema de QA, Alvarez Ltda ha implementado en Bolivia un equipo para verificar la integridad de pilotes (PIT) de Pile Dynamics Inc. (PDI). Este equipo permite detectar defectos constructivos en pilotes. MATERIALES Y MÉTODOS PRUEBAS DE INTEGRIDAD EN PILOTES La Prueba de Integridad en Pilotes (Pile Integrity Tester) (PIT) está regida por la norma ASTM D5882-07 Standard Test Method for Low Strain Impact Integrity FACULTADES DE INFORMÁTICA Y ELECTRÓNICA - TECNOLOGÍA - ARQUITECTURA Y TURISMO
Testing of Deep Foundations ; ésta tiene como propósito determinar la longitud de los pilotes y detectar fallas significativas que pudieran presentarse a lo largo de toda su longitud [3]. Se aplica generalmente a cualquier tipo de pilote. Este método se denomina también Método Sónico, aunque también puede llamarse Sísmico, Ensayo de integridad de baja deformación o Sonic echo. Es el método más utilizado internacionalmente y consiste en golpear la cabeza del pilote con un martillo de mano y registrar el movimiento de la cabeza del pilote como consecuencia de la onda de esfuerzo generada por el martillo (Figura 3). Dicho movimiento se obtiene mediante registros de un acelerómetro, también instalado en la cabeza del pilote. El método se basa en el análisis de transferencia de la onda de esfuerzo generada por el impacto del martillo, onda que se transmite hasta la punta del pilote y, luego, se refleja hacia la cabeza del pilote. La onda reflejada permite obtener información de los cambios físicos existentes en el pilote. Se trata, por tanto, de realizar un análisis de las ondas reflejadas causadas por cambios significativos en las propiedades del pilote o del terreno en que se sitúa. En el caso de detectarse anomalías, mediante los ensayos de integridad, se puede recurrir a otros métodos de investigación, causas, naturaleza y extensión de la anomalía y, también, determinar si el pilote es apto para el uso que se pretende. Los métodos empleados tradicionalmente, en estos casos, son: la excavación alrededor del pilote y la realización de sondeos con extracción de testigo continúo a lo largo fuste del pilote. Figura 3 Principio físico prueba de integridad en pilotes PIT EQUIPO PIT El ensayo de integridad en pilotes se realiza utilizando el equipo PIT de Pile Dynamics Inc. (PDI) y están de acuerdo con la norma ASTM D5882-07 (Figura 4). Figura 4 Equipo PIT Los resultados de los ensayos de integridad necesitan ser interpretados por personal experimentado. Las modernas técnicas electrónicas e informáticas permiten un procesamiento y un tratamiento de las señales, que facilitan la posterior presentación e interpretación 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 salvaguardia contra defectos importantes. Los ensayos de integridad pueden identificar defectos de menor importancia que no afecten gravemente al pilote, por lo que resulta fundamental la experiencia del técnico responsable de la interpretación. El equipo PIT es un equipo compacto y construido sin partes movibles, apto para condiciones duras de campo, fácilmente transportable y de fácil ejecución por una persona. Tiene una pantalla táctil (touch screen) con un menú sencillo, que simplifica la recolección de datos y verificación en campo de los resultados. Tiene la capacidad de graficar instantáneamente los ensayos realizados con alta resolución [4]. 54
Las opciones del equipo permiten un mejoramiento de los datos, a través filtros y ampliaciones de señal en función al tiempo del golpe. Estas funciones están disponibles en campo para mejorar la visualización de datos durante cada ensayo. Esto es ventajoso, debido a que se verifica que los datos obtenidos en campo sean consistentes, evitando datos corrompidos por procedimientos mal ejecutados como ser un mal golpe, mal registro, etc. [4]. Figura 6 Modo velocidad y aceleración El equipo PIT tiene la capacidad de almacenaje más de 350 ensayos de pilotes en una memoria incorporada, que permite realizar pruebas durante todo el día sin interrupción. Posteriormente, estos datos pueden ser almacenados en una computadora, a través de una interface serial [4]. El equipo PIT cuenta con dos canales de entrada, lo que permite realizar 4 tipos de registro: 1. V. Velocidad: Se mide con un acelerómetro incorporado en la cabeza del pilote (Figura 5). 2. A. Aceleración: Se mide con un acelerómetro incorporado en la cabeza del pilote (Figura 5). 3. V-V. Velocidad Velocidad: Se mide con 2 acelerómetros incorporados, uno en la cabeza y el otro en el fuste del pilote (Figura 6). 4. V-F. Velocidad Fuerza: Se mide con un acelerómetro incorporado en la cabeza del pilote y un acelerómetro incorporado en el martillo de impacto (Figura 7). Figura 7 Modo velocidad y fuerza Figura 5 Modo velocidad y aceleración Esta variedad de tipos de registro permite cruzar ensayos para verificar la consistencia de resultados obtenidos [4]. RESULTADOS Para el procesamiento y filtrado de datos en gabinete y presentación de informes, el equipo PIT está acompañado de un software original proporcionado por el mismo fabricante del equipo para realizar la interpretación de los resultados de campo, llamado PIT/W Y PIT/WPP Professional [4]. Estos programas permiten graficar tanto el registro obtenido en campo: Onda generada versus profundidad 55 FACULTADES DE INFORMÁTICA Y ELECTRÓNICA - TECNOLOGÍA - ARQUITECTURA Y TURISMO
(Figura 8) así como la Gráfica del resultado final de la interpretación (Dimensión del pilote versus la profundidad) (Figuras 9 y 10) [4]. Figura 10 Gráfica del resultado final de la interpretación Dimensión del pilote versus la profundidad Figura 8 Onda generada versus profundidad Figura 9 Gráfica del resultado final de la interpretación Dimensión del pilote versus la profundidad DISCUSIÓN Los ensayos de integridad de pilotes constituyen una herramienta de trabajo para poder determinar experimentalmente la existencia de defectos en pilotes ya construidos, siendo un procedimiento definido por la norma ASTM, y ha sido implementado en Bolivia. El equipo PIT implementado por Alvarez Ltda en Bolivia, como parte del sistema de garantía de calidad, está siendo empleado para el control de pilotes, disminuyendo así la incertidumbre existente en la construcción de pilotes, sin que sea preciso ninguna preparación especial del pilote ni interferir con la obra, dadas la sencillez y rapidez del ensayo y su economía. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] Federal Highway Administration. http://www.fhwa.dot.gov/ (junio 2011) [2] BROWN, Dan; TURNER, John y CASTELLI, Raymond. Federal Highway Administration Publication No. FHWA-NHI-10-016. Drilled shaft: Construction procedures and LRFD design methods. USA. PB Americas Inc. mayo 2010 [3] American Society for Testing and Materials. Annual Book of ASTM Standard, vol. 04.09. "Standard Test Method for Low Integrity Testing of Piles" ASTM D 5882-00. USA. ASTM International. 2004 [4] Datasheet Pile Integrity Tester (PIT). Pile Dynamics Inc. www.pile.com (junio 2011) 56