1er Congreso - Seminario Internacional de Fundaciones Profundas - Santa Cruz, Bolivia - 2013

1. ENSAYOS DE CARGA DINÁMICA DE BAJA
AMPLITUD DE PILOTES EXCAVADOS:
Fundamentos y Aplicaciones
FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS, FÍSICAS Y NATURALES DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL DE CÓRDOBA
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CÓRDOBA
ABRIL 2013
Carlos A. Prato
Con la colaboración de:
Dr. Ing.C.R. Caballero
Dr. Ing. Federico Pinto
Dr. Ing. Marcelo A. Ceballos
Ing. Antonio M. Prato

2. CONTENIDO DE LA PRESENTACIÓN
• FUNDAMENTOS DEL MÉTODO DE ENSAYO
• PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
• INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS
• APLICACIONES Y COMPARACIÓN CON OTROS
MÉTODOS DE ENSAYO
• CONCLUSIONES
ABRIL 2013

3. Figura 1 . Pilote flotante en suelo
FUNDAMENTOS DEL MÉTODO
ABRIL 2013
  
suelopilote
ku
t
u
C
t
u
A
x
u
EA 























2
2
2
2


4. FUNDAMENTOS DEL MÉTODO
ABRIL 2013
• Resultado del ensayo: CURVA DE MOVILIDAD y Ko
frecuencia [Hz]
L
V
f b
2

AV
N
b 


1
P
v
0
1
K
m 
1

5. FUNDAMENTOS DEL MÉTODO
ABRIL 2013
• PARTE REAL DE LA RIGIDEZ
DINÁMICA
• PARTE IMAGINARIA DE LA RIGIDEZ
DINÁMICA

6. FUNDAMENTOS DEL MÉTODO
ABRIL 2013
• MÓDULO DE LA RIGIDEZ DINÁMICA

7. FUNDAMENTOS DEL MÉTODO
ABRIL 2013
• Si el pilote está en un suelo estratificado, es necesario aplicar las
condiciones de continuidad de esfuerzo axial:
• Y continuidad de desplazamientos:
ui = ui+1
ui+1 = ui+2 ……

8. FUNDAMENTOS DEL MÉTODO
ABRIL 2013
• CURVA DE MOVILIDAD DE UN PILOTE EN SUELO ESTRATIFICADO

9. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
ABRIL 2013
• MARTILLO DE CARGA

10. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
ABRIL 2013
• MARTILLO DE CARGA

11. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
ABRIL 2013
• Registros del ensayo
Carga aplicada Aceleración de respuesta

12. RESULTADOS
ABRIL 2013
• Función Coherencia

13. INTERPRETACIÓN Y COMPARACIÓN
ABRIL 2013
• EJEMPLOS DE APLICACIÓN
• Caso: Pilotes de un puente carretero
Dimensiones y rigidez inicial medida Ko
Pilote
Longitud
[m]
Diámetro
[m]
K0 [ton/cm]
(medida)
5 13 1 2660
12 29 1.2 2959
16 13 1 2616
0 50 100 150 200 250 300 350
0.0
2.0x10
-7
4.0x10
-7
6.0x10
-7
8.0x10
-7
1.0x10
-6
1.2x10
-6
1.4x10
-6
N = 8.1 10
-07
Movilidad[m/s/Nt]
f = 77 Hz f = 77 Hz f = 77 Hz
Frecuencia [Hz]
Curva de movilidad del pilote Nº12

14. INTERPRETACIÓN Y COMPARACIÓN
ABRIL 2013
• Rigidez dinámica del pilote

15. INTERPRETACIÓN Y COMPARACIÓN
ABRIL 2013
• Módulo de rigidez dinámica del pilote Nº 12
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
Pilote 12 - Dispositivo de Carga de Rigidez Media
Módulo de la Rigidez K
Mod K
[tn/cm]
Frecuencia
[Hz]

16. INTERPRETACIÓN Y COMPARACIÓN
ABRIL 2013
• Curva Carga-Deformación del pilote Nº12
• Comparación con Ensayo de carga
rápida (RLT) Statnamic
0.000 0.005 0.010 0.015 0.020 0.025 0.030
0
500
1000
1500
2000
2500
K0 medido
=2980 [tn/cm]
Criterio de Davisson
Pilote L=29m, D=1,2m
FEM
Statnamic
Carga[tn]
Deformación [m]

17. INTERPRETACIÓN Y COMPARACIÓN
ABRIL 2013
• Curva Carga-Deformación del pilote Nº16
• Comparación con Ensayo de carga
rápida (RLT) Statnamic
0.000 0.005 0.010 0.015 0.020
0
200
400
600
800
1000
Pilote 16 L=13m, D=1m
FEM
Statnamic
K0 medido
=2360 [tn/cm]
Criterio de Davisson
Carga[tn]
Deformación [m]

18. INTERPRETACIÓN Y COMPARACIÓN
ABRIL 2013
• Caso: Pilote de la pila principal de un
puente atirantado
• Diámetro del pilote: 0.80 m
• Longitud: 28 m
• PERFIL DE VELOCIDAD DE ONDAS
DE CORTE DEL SUELO POR MÉTODO
SASW
0
5
10
15
20
25
0 100 200 300 400 500 600
Vs [m/s]
Profundidad[m]
SASW en puente
SASW en azud cercano

19. INTERPRETACIÓN Y COMPARACIÓN
ABRIL 2013
• Comparación con prueba de carga estática y con predicciones de diseño
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
8.00
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450
Carga [t]
Asentamiento[mm]
Ensayo Estático
Predicción de Diseño
Predicción con Medición
Extrapolación mediante Chin (1970)
Carga normal = 215 t
Curva carga-deformación estática – Comparación de predicciones vs.
Prueba de carga estática

20. INTERPRETACIÓN Y COMPARACIÓN
ABRIL 2013
• DESPLAZAMIENTO DE LA CABEZA DEL PILOTE PARA LA
CARGA DE SERVICIO DE 215 t:
• Ensayo dinámico de baja intensidad de carga: 1.3 mm
• Prueba de carga estática: 1.5 mm
• Predicción de diseño: 2.5 mm suponiendo perfil de ondas de
corte de 2/3 del medido con ensayos. Tomando el perfil según
ensayos SASW: 1.7 mm

21. INTERPRETACIÓN Y COMPARACIÓN
ABRIL 2013
• PILOTES DE UNA TURBINA:
• Diámetro: 0.80 m
• Longitud: 23 m
• El diseño de los pilotes (diámetro y longitud) estuvo controlado por
las deformaciones admisibles bajo cargas de servicio

22. INTERPRETACIÓN Y COMPARACIÓN
ABRIL 2013
• PERFIL DE VELOCIDAD DE
ONDAS DE CORTE EN EL SITIO
POR EL MÉTODO SASW
0
5
10
15
20
25
30
0 10000 20000 30000 40000 50000
G0 [t/m2]
Profundidad[m]
G0
2/3 G0

23. INTERPRETACIÓN Y COMPARACIÓN
ABRIL 2013
• RIGIDEZ ESTÁTICA DEL PILOTE ESTIMADA EN LA ETAPA DE
PROYECTO
Según Randolph (1981) y Randolph & Roth (1978)
Dirección G0 2/3 G0
Horizontal libre KH = 23100 t/m 16800 t/m
Momento libre KM = 42500 tm/rad 31300 tm/rad
Horizontal empotrada KHH = 40000 t/m 36000 t/m
Vertical KV = 193000 t/m 154000 t/m

24. INTERPRETACIÓN Y COMPARACIÓN
ABRIL 2013
• CONFIGURACIÓN DEL PEDESTAL DE TURBINA
Vista lateral plano x-z Vista lateral plano y-z

25. INTERPRETACIÓN Y COMPARACIÓN
ABRIL 2013
• CONFIGURACIÓN DEL PEDESTAL DE TURBINA
Vista en planta

26. INTERPRETACIÓN Y COMPARACIÓN
ABRIL 2013
• MODELO DE ELEMENTOS FINITOS

27. INTERPRETACIÓN Y COMPARACIÓN
ABRIL 2013
• FRECUENCIAS NATURALES MEDIDAS
• Comparación de las frecuencias naturales medidas con las calculadas:
Modo de vibración
Frecuencias calculadas
[Hz]
Valor medio de las
frecuencias registradas
[Hz]
1 7.4 7.5
2 8.4 8.3
3 10.8 9.1

28. INTERPRETACIÓN Y COMPARACIÓN
ABRIL 2013
• La rigidez de los pilotes no fue medida en forma directa.
En el modelo numérico se adoptaron los siguientes valores
de rigidez para cada pilote:
KHH = 35000 t/m, y KV = 250000 t/m
• Estos valores optimizan el ajuste entre las frecuencias
medidas y las calculadas. El valor de KHH resulta muy
próximo al límite inferior estimado con 2/3 de Vs; el
de KV resulta un 27 % superior al estimado con Vs.

29. INTERPRETACIÓN Y COMPARACIÓN
ABRIL 2013
• Formas modales calculadas:Forma Modal
Modo 1
Modo 2
-Y
Z
X
Z
Modo 1
Modo 2
Modo 3
-Y
Z
X
Z
X
Y
Modo 1
Modo 2
Modo 3
-Y
Z
X
Z
X
Y

30. CONCLUSIONES
ABRIL 2013
• Los ejemplos de aplicación presentados confirman que los ensayos de
carga dinámica de baja amplitud constituyen un complemento de gran
utilidad en la evaluación de la rigidez estática y dinámica de pilotes para
fundaciones de equipos mecánicos.
• Si se cuenta con el perfil de velocidad de ondas de corte en el sitio, los
ensayos de carga dinámica de baja amplitud, debidamente
complementados con un modelo numérico no lineal del conjunto
suelo/pilote permiten estimar no sólo las deformaciones para cargas de
baja amplitud sino también para anticipar los desplazamientos que
sufrirán las fundaciones bajo las cargas de servicio.
• El procedimiento de ensayo resulta expeditivo y de gran utilidad para
verificar la rigidez de las fundaciones de equipos sensibles a las
vibraciones.

31. MUCHAS GRACIAS
ABRIL 2013