Resumen

Ensayo estático de un pilote aislado bajo compresión axial

Ingeniero Marcelo Gabriel Berrón

Se presenta en este trabajo la descripción general de la prueba de carga. Se menciona el instrumental usado, las características de los pilotes, la metodología para la ejecución del ensayo según la norma francesa NF P94-150, la incidencia de los elementos de prueba y su corrección en las lecturas manométricas. Se expone la interpretación de los resultados aplicando el método de Chandeison-Cambefort, las conclusiones y los hundimientos registrados.

Esta primera prueba realizada en el sector de Turbina de Vapor forma parte de uno de los tres ensayos de carga que se realizaron en la obra de ampliación de la central de ciclo combinado Central Costanera S.A., donde se ejecutaron aproximadamente 600 pilotes preexcavados bajo protección de lodo bentónitico de 800 y 600 mm de diámetro, y entre 22 y 32 m de profundidad.

Descripción general del ensayo

Anclajes: Consistieron en cuatro pilotes de tracción dispuestos en los vértices de un rectángulo.

Cada pilote de tracción se armó con 14 barras de acero de 32 mm de diámetro.

Dicha armadura se soldó a unos anillos de acero, sobre los cuales se fijó un pasador encargado de tomar los cables (foto 1), con el objeto de transmitir la componente vertical del tejido de cables a los pilotes de tracción. La componente horizontal del esfuerzo en los cables fue tomada por un marco metálico de sección cuadrada (foto 1).

Equipo de carga: Estuvo compuesto por cuatro gatos hidráulicos, con capacidades de 200 ton cada uno y 20 cm de carrera máxima.

La central hidráulica es de accionamiento eléctrico, con una presión máxima de 280 kg/cm 2 (foto 2).

Transmisión de carga: La transmisión se realizó por medio de un tejido de cables de acero de ½’’ (foto 3).

Instrumentación: Medición de los hundimientos verticales en el cabezal del pilote: se utilizaron cuatro flexímetros de 0.01 mm de precisión y 50 mm de carrera, dispuestos a 90 grados en el tercio inferior del cabezal (foto 4).

Tiempo: Se utilizó un cronómetro Casio con medición al centésimo de segundo.

Temperatura: Se llevó registro de la temperatura con un termómetro reglado con escala Celsius.

Presión: Se utilizaron cinco manómetros marca Konnen de 4" de diámetro, 0-350 kg/cm 2 de alcance y 5 kg/cm 2 (menor división). Uno en cada gato y el otro en la central hidráulica (foto 2).

La prueba de carga se realizó en cinco ciclos, el primero, de un escalón de 43 ton (10 por ciento de la carga máxima), para ajuste de todos los componentes y del instrumental de medición; el segundo consistió en el ciclo de carga hasta la carga de servicio, con incrementos de 10 por ciento de la carga de servicio (en total cinco escalones, de 43 ton c/u), fijada en 215 ton; el tercero, que consistió en un ciclo de descarga hasta la carga de 11 ton –peso propio cabezal, placas, dados, gatos, cilindros, cables– (en total dos escalones a 86 y 11 ton); el cuarto ciclo; fue el segundo ciclo de carga en 10 escalones hasta el doble de la carga de servicio fijada en 430 ton (todo en incrementos unitarios de 43 ton). El quinto ciclo lo constituyó la descarga desde 430 ton hasta 11 ton.

En cada uno de los escalones de carga se midió la deformación diferida en los lapsos preestablecidos de 1,2,3,4,5,10,15,20,25, 30,45 y 60 minutos. Dicha deformación se materializó con el uso de cuatro flexímetros dispuestos a 90º.

Se ubicaron puntos fijos a por lo menos tres metros de distancia radial del pilote, a fin de no presentar perturbaciones las mediciones de los flexímetros por efecto de hundimiento del cabezal.

Los resultados de dichas mediciones sirvieron para trazar las curvas que indica la norma y establecer la carga admisible del pilote de acuerdo con el criterio de dicha norma.

Características generales de los pilotes que participaron en el ensayo

Descripción	PilPrueba	PilTrac-1	PilTrac-2	PilTrac-3	PilTrac-4
Número	1	40	38	36	34
Diámetro	800 mm	8OO mm	8OO mm	800 mm	800 mm
Longitud	32,3O m	32,3O m	32,3O m	32,3O m	32,3O m
Arm.Ppal	14 32	14 32	14 32	14 32	14 32
Arm.Secun	8 16	10 32	10 32	10 32	10 32
Estribos	1Oc/20	1Oc/20	1Oc/20	1Oc/20	1Oc/20
Tipo	H21	H21	H21	H21	H21
Edad ens.	34 días	47 días	42 días	41 días	36 días
Cota Plat	+4.30	+4.30	+4.30	+4.30	+4.30
Cota Sup.	+1.00	+1.00	+1.00	+1.00	+1.00
Cota Inf.	–28.00	–28.00	–28.00	–28.00	–28.00

Metodología para la ejecución del ensayo de carga

A continuación se detallan los valores de cada escalón, la duración de los mismos y las mediciones de hundimientos en el cabezal del pilote que se deberán realizar.

Descripción	Escalón de carga	Tiempo	Lectura, en minutos
Precarga	11 ton - 43 ton - 11 ton	30 min	1,2,3,4,5,10,15,20,25,30,45,60
Carga primer ciclo	11 - 43 ton	60 min	1,2,3,4,5,10,15,20,25,30,45,60
	43 - 86 ton	60 min	1,2,3,4,5,10,15,20,25,30,45,60
	86 - 129 ton	60 min	1,2,3,4,5,10,15,20,25,30,45,60
	129 - 172 ton	60 min	1,2,3,4,5,10,15,20,25,30,45,60
	172 - 215 ton	60 min	1,2,3,4,-5,10,15,20,25,30,45,60
Primera descarga	215 - 86 ton	05 min	1,2,3,4,5.
	86 - 11 ton	15 min	1,2,3,4,5,10,15
Carga segundo ciclo	11 - 43 ton	30 min	1, 2,3,4,5,10,15,20,25,30
Recarga	43 - 86 ton	30 min	1,2,3,4,5,10,15,20,25,30
Recarga	86 - 12.9 ton	30 min	1,2,3,4,5,10,15,20,25,30
Recarga	129 - 172 ton	30 min	1,2,3,4,5,10,15,20,25,30
Recarga	172 - 215 ton	30 min	1,2,3,4,5,10,15,20,25,30
Carga	215 - 258 ton	60 min	1,2,3,4,5,10,15,20,25,30,45,60
Carga	258 - 301 ton	60 min	1,2,3,4,5,10,15,20,25,30,45,60
Carga	301 - 344 ton	60 min	1,2,3,4,5,10,15,20,25,30,45,60
Carga	344 - 387 ton	60 min	1,2,3,4,5,10,15,20,25,30,45,60
Carga	387 - 430 ton	60 min	1,213,4,5,10,15,20,25,30,45,60
Descarga	430 - 344 ton	05 min	1,2,3,4,5.
Descarga	344 - 258 ton	05 min	1,2,3,4,5.
Descarga	258 - 172 ton	05 min	1,2,3,4,5.
Descarga	172 - 86 ton	05 min	1,2,3,4,5.
Descarga	86 - 11 ton	05 min	1,2,3,4,5,
	11 ton	01 hora	60
	11 ton	10 horas	600

Todo el instrumental fue calibrado una semana antes del ensayo en el Laboratorio de Ensayos y Estructuras de la Universidad de Buenos Aires.

Incidencia de los elementos de prueba por sobre cota +4,30m. Corrección en las lecturas manométricas

Las cargas provenientes del montaje serán:

1. Cabezal de pilote 1.2m × 1.2m × 1.5 m × 2.4t/m 3 = 5. 2 ton

2. Placa inferior 1.2 m × 1.2 m × 0. 025 m × 7.80 t/m >3 = 0.28 ton

3. Dados de hormigón 1.2 m × 0.8 m × 1.2 m × 2.4 t/m 3 = 2. 76 ton

4. Placa media 1.2 m × 1.2 m × 0.025 m × 7.80 t/m 3 = 0.28 ton

5. Gatos hidráulicos 4 × 250 kg c/u = 1. 00 ton

6. Placa superior 1.2 m × 0.6 m × 0.05 m × 7.80 t//m 3 = 0.28 ton

7. Cilindros inferiores 2 × 150 kg c/u = 0.30 ton

8. Cilindro superior 1 × 300 kg = 0.30 ton

9. Cables 1,600 m ×0, 5 kg/m = 0.80 ton

Total = 11, 20 ton

Corrección que debe tenerse en cuenta:

La corrección que hay que tener en cuenta corresponde a un rango de 11 ton

Área de los gatos hidráulicos = 1,963 cm 2

Presión a descontar = 11,200 kg / 1,963 cm 2= 5 kg/cm

Carga máxima del ensayo = 430 ton

Escalones de carga 0.1 × Q (max) 43 ton

Tarea	Carga	Tiempo	Horas	Presión	Corrección	Presión de	Presiónsegún
	(ton)			(kg/cm 2 )	(kg/cm 2 )	ajuste	certificado
Ajuste	43	1/4 h	0.25h	22	5	17	17
Ajuste	11P.P.	1/4 h	0.25h	0	-	0	0
Carga inic.	43	1 h	1.00	22	5	17	17
Carga 1º ciclo 86	1 h	1.00	1.00	44	5	39	42
Carga 1º ciclo 129	1 h	1.00	1.00	66	5	61	64
Carga 1º ciclo	172	1 h	1.00	88	5	83	86
Carga 1º ciclo	215	1h	1.00	110	5	105	108
Descarga 1º c	86	1/12 h	0.08	22	5	17	17
Descarga 1º c	11 P.P.	1/4 h	0.25	0	-	0	0
Recarga	43	1/2 h	0.50	22	5	17	17
Recarga	86	1/2 h	0.50	44	5	39	42
Recarga	129	1/2 h	0.50	66	5	61	64
Recarga	172	1/2 h	0.50	88	5	83	86
Recarga	215	1/2 h	0.50	110	5	105	108
Carga 2º ciclo	258	1 h	1.00	132	5	127	130
Carga 2º ciclo	301	1 h	1.00	154	5	149	150
Carga 2º ciclo	344	1 h	1.00	176	5	171	174
Carga 2º ciclo	387	1 h	1.00	198	5	193	198
Carga 2º ciclo	430	1 h	1.00	220	5	215	222
Descarga 2ºc	344	1/12h	0.08	175	5	170	174
Descarga 2ºc	258	1/12h	0.08	132	5	126	130
Descarga 2ºc	172	1/12h	0.08	88	5	83	86
Descarga 2ºc	86	1/12h	0.08	44	5	39	42
Descarga 2ºc	11 P.P	1/12h	0.08	0	-	0	0
Descarga fin	11 P.P	1h	1.00	0	-	0	0
Descarga fin	11 P.P	10h	10.00	0	-	0	0

Interpretación de los resultados

La interpretación de los resultados se realizó aplicando el método de Chandeison-Cambefort, que es el preconizado en la norma bajo una forma sencilla de representación.

El criterio para determinar la carga de agotamiento del pilote (carga a partir de la cual los hundimientos registrados en el cabezal crecen rápidamente) consiste en la siguiente metodología:

Para cada escalón de carga se representa un gráfico deformación (D – mm)- logaritmo tiempo (t-min) obteniéndose una recta denominada de fluencia, cuya pendiente se indica por a (mm/min) (Gráfica 4).

En un gráfico cartesiano se representan los pares de valores Qi-ai (Gráfica 5).

ai = (medición a 60’ - medición a 30’) / log 2

Si se obtiene una recta, el pilote está en el campo elástico y la carga admisible es superior a la máxima de ensayo.

Si se obtiene una curva, la intersección de las tangentes extremas de dicha curva determina un punto que, proyectado sobre el eje de las abscisas, determina un valor de carga que el método denomina carga de agotamiento.

A partir de dicho valor, y aplicando un coeficiente de seguridad adoptado, se establece la denominada carga máxima admisible.

Conclusiones: evaluación de la carga unitaria admisible

En nuestro caso particular, el excelente comportamiento del pilote de prueba lleva a determinar una curva de pendientes semilogarítmicas de hundimiento 00 diferida en función de la carga de comportamiento recto.

La situación de tener una curva recta nos permite concluir que el pilote ensayado no ha llegado a su carga de agotamiento y que, por lo tanto, podemos fijar como carga límite de trabajo mínima para un pilote individual, el valor máximo de carga del ensayo, afectado del coeficiente de seguridad adoptado.

Suponiendo un coeficiente de seguridad igual a 2, concluimos que la carga mínima admisible para un pilote individual es = 430 ton / 2 = 215 ton de servicio.

Hundimientos registrados en el cabezal del pilote durante la prueba de carga

Hundimiento para la carga de servicio (215 ton) = 1.98 mm.

Hundimiento para la carga final (430 ton) = 3.57 mm.

Hundimiento para la descarga final a 10 horas

(11 ton) = 1.21 mm.

Bibliografia

Norma Francesa NF P94-150 (octubre de 1991)Ensayo Estático de un Pilote Aislado Bajo Compresión Axial

Informe final Prueba de Carga Nº1, obra de ampliación de la central de ciclo combinado Central Costanera S.A.

Cimentaciones Argentinas S.A. (julio de 1997)

Provincia de Santa Fe, Casa de Gobierno

Recalce con Micropilotes I.M.

Ensayo de carga. Método de Cambefort.

CAMSIF. La Plata (1988)

Ing. L. García Tobio (Cimentaciones Argentinas S.A.)

Ing. A. López (Cimentaciones Argentinas S.A.)

Ing. A. Fabbri (Asesor MOSP Santa Fe)

Ing. T. Perini (Asesor MOSP Santa Fe)

Cimentaciones Argentinas S.A., Grupo SOLETANCHE BACHY

Resumen:

Este trabajo presenta la descripción general de la prueba de carga realizada según la norma francesa NFP94-150 y expone la interpretación de los resultados a que se llegó aplicando el método de Chandeison-Cambefort. La prueba forma parte de uno de los tres ensayos de carga practicados en la obra de ampliación de la central de ciclo combinado Central Costanera S.A., en Argentina.

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