Evaluación del comportamiento de pilotes

EVALUACION DEL COMPORTAMIENTO DE LA CAPACIDAD DE CARGA Y CARACTERISTICAS DE LOS PILOTES PERFORADOS FUNDIDOS IN SITU PARA

PUENTES CONSTRUIDOS EN EL PERU ENTRE EL 2005 AL 2015

Lara Llacas, Julio Ricardo

Docente en Universidad San Ignacio de Loyola (Perú). Ingeniero Civil MSc. PMP. Especialista en Cimentaciones Profundas & Ensayos Dinámicos (PDI-PDCA) RESUMEN

La presente investigación consiste en el análisis de las cimentaciones profundas (pilotes) de proyectos de construcción de puentes para poder evaluar sus caracteristicas fisicas, resistentes u otros durante su ejecución entre los años 2005 y 2015 en el territorio peruano.

Durante dicho periodo se tiene referencia de la ejecución de 78 (setenta y ocho) proyectos de puentes con cimentaciones profundas (pilotes) y de estos se ha podido tener acceso a información técnica de 27 (veintisiete). En dichos proyectos se ha podido evaluar el comportamiento de los pilotes debido a la ejecución de ensayos de Carga Dinámica PDA e Integridad PIT.

Algunas de las conclusiones más importantes de esta investigación son que más de la tercera parte de los puentes con pilotes perforados en el Perú no han sido verificados en su capacidad de carga del suelo-pilote por lo que existe una incertidumbre latente. Es recomendable realizar por lo menos una prueba de carga durante la ejecución para validar los supuestos teóricos del diseño en el expediente técnico. El 68% de los proyectos con pilotes perforados han sido ensayados por integridad para verificar la correcta construcción de la sección y longitud del pilote con lo solicitado por el expediente.

De los resultados encontrados se ha determinado que los pilotes construidos en el Perú en el ultimo decenio trabajan con un aporte mayor por fricción que por punta para la carga requerida del proyecto. Esta situación nos advierte que existen factores que no se consideran en el diseño original o teórico, es por ello que el comportamiento real del pilote debe ser verificado durante la ejecución del puente mediante ensayos de verificación de capacidad de carga como mínimo. I. ANTECEDENTES

Después del impacto en las cimentaciones de los puentes durante el Fenómeno del Niño en los años 1997-1998 en el norte del Perú, se ha optado por la ejecución de pilotes que tengan la profundidad y diámetro adecuado para evitar los fenómenos geotécnicos-hidráulicos (socavación, erosión, licuación, etc), a partir de esa fecha se empezó a utilizar en mayor medida el tipo de pilotes perforados fundidos in situ. La diversificación en suelos en el Perú es otro motivo para la utilización de cimentaciones con pilotes donde se debe estimar apropiadamente y verificar durante la ejecución su capacidad de carga y por consiguiente disminuir la incertidumbre de los cálculos teóricos.

En el aspecto normativo, en el Perú se ha tenido vigente un estándar desde el año 2003 donde se establece el diseño, construcción y control de los pilotes para puentes de manera limitada y basado en referencias externas como son las recomendaciones del AASHTO (USA) vigentes en dicho momento. Peter Narsavage, Ohio Department of Transportation, USA (2011) en un seminario de la PDCA (Pile Driving Constractors Asociation) indica que en su estado el costo por verificación o ensayos en pilotes asciende a un 2% del costo de la ejecución de los pilotes y los ahorros por mejora de la ingeniería en base a ensayos durante la ejecución puede llegar a un 43% de los costos del expediente inicial lo que significa para ese gobierno un ahorro de hasta 92 mil millones de dólares entre el 2005 y 2010; esa experiencia nos hace entender lo importante de conocer la situación actual de nuestra ingeniería y construcción de cimentaciones profundas para poder establecer parámetros o expedientes técnicos acordes a la realidad del país y la incorporación de técnicas de verificación que nos brinden mayor información de la capacidad de carga para pilotes.

II. OBJETIVOS

Conocer el comportamiento y caracteristicas de los pilotes perforados fundidos in situ en puentes construidos en el Perú entre los años 2005 al 2015 obtenidos de ensayos de carga dinámicos.

Generar información técnica que sirva como sustento para la actualización de la normativa peruana y/o recomendaciones para los involucrados en el diseño, construcción y verificación de este tipo de proyectos.

Difundir los ensayos de carga dinámicos como herramienta de control de calidad en pilotes perforados fundidos in situ.

III. METODOLOGÍA

Se ha consolidado los ensayos de carga dinámica en pilotes perforados fundidos in situ de 18 (dieciocho) puentes construidos en el Perú entre el 2005 al 2015.

Se realiza un procesamiento de la información obtenida en cada uno de los pilotes de los puentes mencionados, teniendo en cuenta el diametro, la longitud, el aporte en capacidad de carga por fricción y por punta, asi como tambien de la relación del resultado de ensayo con lo requerido por la superestructura.

Se calcula una estimación con métodos estáticos semi-empiricos de la capacidad de carga para pilotes perforados fundidos in situ en un diametro y longitud arbitraria para tres casos propuestos: suelo blando, suelo duro y suelo intermedio.

Posteriormente se realiza una discusión e interpretación de los resultados.

Finalmente se establecen las conclusiones y recomendaciones.

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2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035

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IV. ESCENARIOS ESTUDIADOS

Los proyectos estudiados en la presente investigación son los puentes con cimentaciones profundas del tipo pilote construidos entre los años 2005 al 2015.

1. DESCRIPCION DEL TOTAL DE PROYECTOS

En base a la información del Ministerio de Transportes y Comunicaciones del Perú (MTC) y del Organismo Supervisor de las Contrataciones del Estado (OSCE) se han podido identificar 78 proyectos de puentes a nivel nacional con cimentaciones profundas (pilotes) construidos entre los años 2005 y 2015. Esta información contiene proyectos generados por el mismo MTC (Provias) y de los gobiernos regionales y locales, asi como también se han considerado proyectos dentro de concesiones que no son licitados publicamente.

Es importante destacar que pueden existir proyectos no considerados en la presente investigación por omisión involuntaria debido a que no se tuvo acceso publicamente de manera clara en el uso de pilotes como cimentación expecificada en base a ello se ha considerado conservadoramente los valores estadisticos utilizados.

Figura 01: Cantidad de Puentes con Pilotes por año construidos en el Perú según la información del MTC

.

En la Figura 01, se muestra la cantidad de proyectos por año identificados y la tendencia creciente que tiene este tipo de obra en nuestro pais.

De acuerdo a la linea de tendencia que nos proporciona la información anualizada encontrada podemos proyectar que en el 2030, los proyectos de puentes con cimentaciones profundas en el Perú estaran en el orden de 15 por año aproximadamente.

2. DESCRIPCION DE LA MUESTRA EVALUADA

En la presente investigación se utiliza la información obtenida de informes de ensayos de carga PDA y de Integridad PIT realizados a pilotes en veintisiete (27) proyectos de puentes en el lapso del 2005 al 2015 en el Perú. Estos informes han sido obtenidos de empresas especialistas en pilotes y de la información publica de las entidades del estado. Los proyectos que forman parte de la presente investigación son los siguientes:

Eje Vial Amazonas Norte - IIRSA NORTE: Paita - Yurimaguas - Puente Convento

Eje Vial Amazonas Norte - IIRSA NORTE: Paita - Yurimaguas - Puente Tioyacu

Eje Vial Amazonas Norte - IIRSA NORTE: Paita - Yurimaguas - Puente Yuracyacu

Eje Vial Amazonas Norte - IIRSA NORTE: Paita - Yurimaguas - puente Pucaquebrada

Eje Vial Amazonas Norte - IIRSA NORTE: Paita - Yurimaguas

Puente El Rubio - Km 1209 Pan. Norte - Tumbes

Puente KM 2+300 Variante Internacional - tumbes

Puente Asillo - Puno

Verde - Cajamarca

Puente Azangaro - Puno

Puente Macusani - Puno

Puente Chino - Huanuco

Puente Coata - Juliaca

Puente Motilones - Moyobamba

Reforzamiento By-Pass Cerro Puente Paranapura - Yurimaguas

Puente Comuneros - Huancayo

Puente Pampas - Apurimac

Puente San Martin de Alao – San Martin

Puente Caleta Grau - Tumbes

Puente Canoas - Tumbes

Puente Chihuani - Puno

Puente Canoas - Tumbes

Puente Salaverry - La Libertad

Puente Crisnejas – San Marcos - Cajamarca

Puente Km 41+175 Cutervo - Cajamarca

Puente Pasamayito - Piura Puente Las Delicias - Lambayeque

Figura 03: Muetra Evaluada de Puentes con Pilotes por año construidos en el Perú según la información del MTC

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2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016

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Figura 02: Ubicación de Proyectos Evaluados

.

Esta muestra de proyectos concentra diversas realidades de carga requerida

y tipo de suelo. La información utilizada se encuentra distribuida en las regiones del Perú como sigue: el 32% en la costa, el 39% en la sierra y el 29% en la selva (Ver Figura 02).

V. PILOTES PERFORADOS FUNDIDOS IN SITU

Los pilotes perforados fundidos in situ se encuentran clasificados por su comportamiento con el suelo como “pilotes no desplazantes” debido a que el suelo no es disturbado en su ejecución como sucede con pilotes hincados o similar. Estos tipos de pilotes comúnmente también son conocidos como “pilotes vaceados in situ”, “pilotes perforados”, “pilotes barrenados”, “pilotes colados en lugar”, etc.

En este tipo de estructura se utiliza un equipo de perforación de pilotes con el torque suficiente para poder realizar los diametros y longitudes requeridas por el proyecto en función del tipo de suelo.

El procedimiento consiste en la perforación conteniendo en el caso de suelos sueltos

con “fundas” o tuberias de acero, ó con lodo bentonitico; seguidamente se ingresa la armadura de acero del pilote. Luego, mediante un sistema de fundido denominado “Tremie” en base de tuberias desmontables y un embudo se mantiene un diafragma con la colocación del concreto desde la parte inferior desplazando cualquier material menos denso al exterior del pilote. Finalmente, si es el caso, se extrae la “funda” de acero. (Ver Figura 04)

Existen casos que por el acceso, el tipo de suelo o el tamaño del pilote a ejecutar se opta por realizar excavaciones con herramientas manuales, en este caso lo unico que varia

Figura 04: Proceso Constructivo de Pilotes Perforados Fundidos In Situ con equipo

en el procedimiento es el metodo de perforación y la entibación usada ya que en

algunos casos se utiliza una tuberia de acero permanente o perdida ó un muro circular de concreto que tambien termina embebido en el terreno. (Ver Figura 05).

Dentro de los beneficios comparativos de este tipo de pilotes se encuentra la posibilidad de utilizar grandes diametros para dar mayor aporte resistente lateral y axial; y lo más importante que se puede llegar a la profundidad que se requiera venciendo los problemas de socavación, licuación u otro que surja en el proyecto. Por otro lado, debido a no ser un pilote desplazante, que forma un bulbo del suelo en el inferior, este tipo de pilotes teóricamente es de menor capacidad con uno de la misma sección y longitud del tipo hincado, sin embargo como se indico anteriormente es posible que los pilotes hincados no logren la profundidad requerida.

Para evaluar el comportamiento real en obra de los pilotes fundidos in situ

primeramente se realizará una evaluación teórica del comportamiento de su comportamiento donde se tomará como parametros base los métodos estáticos semi-empiricos de los siguientes autores: Aoki Velloso, Decourt-Quaresma, Pedro Paulo Velloso

y Meyerhoff. Esta modelación estaran basados en dos escenarios arbitrarios referenciales de Suelo

Blando y Suelo Rigido tanto para un caso de suelos arenosos (SM) y otro cohesivos (CL) como sigue:

Suelo Blando: A continuación se muestra las caracteristicas del suelo basados en el ensayo SPT, para el caso de suelo granular se considerara que es “SM” y en caso de suelo cohesivo “CL”:

Figura 05: Proceso Constructivo de Pilotes Perforados Fundidos In Situ con Herramientas Manuales

Profundidad (m)

Nspt Profundidad

(m) Nspt

1.0 2 11.0 5

2.0 2 12.0 5

3.0 2 13.0 8

4.0 2 14.0 8

5.0 2 15.0 8

6.0 2 16.0 15

7.0 3 17.0 15

8.0 3 18.0 50

9.0 5 19.0 50

10.0 5 20 50

Suelo Rígido: A continuación se muestra las caracteristicas del suelo basados en el ensayo SPT, para el caso de suelo granular se considerara que es “SM” y en caso de suelo cohesivo “CL”:

Profundidad (m)

Nspt Profundidad

(m) Nspt

1.0 15 11.0 50

2.0 15 12.0 50

3.0 25 13.0 50

4.0 35 14.0 50

5.0 45 15.0 50

6.0 50 16.0 50

7.0 50 17.0 50

8.0 50 18.0 50

9.0 50 19.0 50

10.0 50 20.0 50

En las siguientes secciones se mostraran los resultados de la presente modelación.

Tabla 01: Caracteristicas del Suelo Blando (arbitrario) en función del NSPT

Tabla 02: Caracteristicas del Suelo Rigido (arbitrario) en función del NSPT

VI. ENSAYOS DE CONTROL DE CALIDAD PARA CIMENTACIONES PROFUNDAS

Las pruebas o ensayos de control de calidad considerados en la presente investigación

son:

1. Prueba de Carga Dinámica PDA (ASTM D4945)

El objetivo de la prueba de carga dinamica PDA es verificar la capacidad de carga que soporta la interacción de suelo-pilote. Con este ensayo se esta validando la ingenieria y construcción del pilote.

Las Pruebas de Carga Dinámica (PDA) consisten en instalar sensores en el pilote y usarlos para monitorear las cargas y deformaciones obtenidos mientras la cimentación es sujeta a esfuerzos de impacto dinámico. La teoría de propagación de onda es utilizada para que en base a cargas dinámicas aplicadas se pueda calcular el comportamiento estático del pilote.

Este ensayo proporciona los siguientes resultados:

• Capacidad Movilizada Total Estática de la interacción Suelo-Pilote.

• Curva Esfuerzo-Deformación Estático del Pilote.

• Capacidad por Punta y por Aporte de Fricción Lateral.

• Comportamiento del Aporte por Fricción a lo largo del Pilote.

• Eficiencia del martillo hincapilotes (Si fuera el caso).

• Monitorea los esfuerzos aplicados al pilote generados durante el ensayo.

• Detección de daños a lo largo del pilote.

Figura 06: Prueba de Carga Dinámica PDA para

puentes.

Antes de realizar cualquier ensayo de carga se debe tener en cuenta los siguientes puntos:

• Identificación de la Carga Requerida por la Superestructura y el método de diseño (LRFD ó ASD)

• Establecimiento del Factor de Seguridad o Coeficiente de Reducción, de acuerdo a su metodología de diseño, que sea mínimo aceptable para el proyecto.

• Determinación de los pilotes de ensayo.

• Determinación del tipo de ensayo de carga a ejecutar en el proyecto.

• Determinación del parámetro o método para la obtención de la capacidad ultima del suelo-pilote.

Durante el ensayo es probable que no se llegue a obtener la capacidad ultima del pilote, para ello existe normativa y teorías empíricas o semiempíricas que utilizan la curva esfuerzo-deformación estático resultado de los ensayos de carga para establecer dicho valor. Teniendo en cuenta lo indicado en US Army (1991), ABNT (2010), AASHTO (2010) y RNE (2006) se tienen los siguientes parámetros o métodos para la determinación de la capacidad última de la interacción suelo-pilote en base de pruebas de carga:

Acelerómetro

Strain Gages

Figura 07: Par de Sensores utilizados en el ensayo.

a) Limitando la Deformación Total del Cabezal

• 25.4mm: Código de New York/ Norma Técnica Holanda/ Reglamento Nacional de Edificaciones E-050 (Perú) – Limite de Seguridad para Edificios en los que no son admisibles grietas/AASHTO (Bjerrum, 1963)

• 15% del Diámetro de la Sección Transversal: ASTM D1143

• 10% del Diámetro de la Sección Transversal: Norma Técnica Reino Unido.

• 8% del Diámetro de la Sección Transversal: Kulhawy, 1983

• Deformación Elástica + Diámetro/30: Norma Técnica Canadá.

• Deformación Elástica + (4mm +Diámetro/30): Norma Brasilera NBR/ PDCA.

• Deformación Elástica + (Diámetro/30): US Army (Pilotes de diámetro mayor a 600mm).

• Deformación Elástica + (3.8mm +Diámetro/120): Método Davisson / US Army (Pilotes de diámetro menor a 600mm).

La deformación elástica del pilote es definida por la ecuación:

EA

LP

(Ecuación 01)

Donde:

∆ = Deformación Elástica en el Cabezal del Pilote

P = Carga Aplicada al Pilote

L = Longitud de Empotramiento

A = Área de la Sección Transversal Llena del Pilote

E = Modulo de Elasticidad del Material del Pilote

b) Limitando la Deformación Plástica

• 0.25 pulgadas (AASHTO, New York, Louisiana)

• 0.50 pulgadas (Boston)

c) Limitando la Relación: Deformación Plástica/Elástica

1.5 (Christiani and Nielson, Dinamarca)

d) Limitando la Relación: Deformación / Carga Unitaria

• Total: 0.01 pulgada/ton (California, Chicago)

• Incrementos: 0.03 pulgada/ton (Ohio)

0.05 pulgada/ton (Raymond International)

e) Limitando la Relación: Deformación Plástica / Carga Unitaria

• Total: 0.01 pulgada/ton (Ciudad New York)

• Incrementos: 0.003 pulgada/ton (Raymond International)

2. Prueba de Integridad PIT (ASTM D5882)

El objetivo de la prueba de integridad PIT es verificar y registrar los cambios de impedancia del pilote (impedancia = sección + caracteristicas del concreto). Con este ensayo se esta validando la construcción del pilote.

Los ensayos dinámicos de baja tensión consisten en deslumbrar la parte superior de la cimentación con una pequeña de un martillo de mano y monitorear la onda resultante usando uno o más acelerómetros. Por lo tanto la tensión producida es muy pequeña y el asentamiento no es cercanamente suficiente para movilizar completamente la resistencia por fricción y/o por punta. Es por eso, los ensayos dinámicos de baja tensión no provee una indicación de capacidad de carga estática. Sin embargo, son muy usados para evaluar la integridad estructural y para determinar la longitud de construcción.

Figura 08: Ensayo de Integridad PIT

La descripción del método usado es la siguiente:

a.- El ensayo esta basado en la reflexión de las ondas de tensión, causadas por la variación de la impedancia de la estaca, definida anteriormente.

b.- La onda de tensión es inducida en el pilote por medio de un martillo. El impacto es aplicado axialmente en el pilote, preferentemente en su tope o parte superior. Un martillo de una punta de plástico duro, de forma a inducir un pulso de pequeña duración sin causar daño al pilote.

c.- La señal de velocidades es obtenido por medio de un acelerómetro colocado en el tope del pilote, con un sensor paralelo a la misma cara. El acelerómetro es fijado en la parte superior por medio de un material de adhesión temporal, como cera o vaselina. La señal del acelerómetro es enviado a una unidad electrónica, donde es integrado para obtener la velocidad en función del tiempo.

d.- La señal de fuerza (opcional) es obtenido de un acelerómetro colocado en el martillo. La señal desde el acelerómetro es enviado a la unidad electrónica, donde es multiplicado por la masa del martillo para obtener la fuerza aplicada en función del tiempo. El uso de la señal de fuerza combinado con el de velocidad en el Método Pulso Eco provee información adicional sobre la integridad del pilote. El uso de la señal de fuerza es obligatorio para el método de Respuesta Transitoria.

e.- De modo de minimizar los registros de ruidos aleatorios, se observa la señal a través de la medida de dos señales de diversos golpes. El número de señales incluidas en la medida puede ser variada por el operador, siendo sugerido situarse entre cuatro y seis.

VII. RESULTADOS

Figura 09: Ensayo de Integridad PIT

Se ha encontrado la mención de una

cantidad de 78 (setenta y ocho) puentes con cimentaciones profundas en la base de datos entre el 2005 y 2015 del Sistema Electronico de Contrataciones del Estado Peruano (SEACE), propuestos por el Ministerio de Transportes y Comunicaciones.

Se cuenta con 27 (veintisiete) proyectos donde se tiene información respecto a la evaluacion de su capacidad de carga y/o integridad.

La totalidad de la muestra que se utilizara en la presente investigación es de 27 (veintisiete) proyectos de puentes construidos en los periodos mencionados. Considerando una heterogeneidad de la data del 50% (conservador por posible data no encontrada) y una confiabilidad del 95% nos estaria dando un 14.9% de margen de error máximo en los valores en lo que respecta a caracteristicas de los pilotes con respecto a la totalidad de proyectos construidos en el país en dicho intervalo.

La información de ensayos

de carga PDA ejecutados en los proyectos utilizada en la presente investigación asciende a 17 (diecisiete) puentes representando un 62.96% de la muestra. Con esto se verifica el diseño, por ende el comportamiento de la interacción suelo-pilote.

La información de ensayos de integridad PIT ejecutados en los proyectos utilizada en la presente investigación asciende a 18 (dieciocho) puentes representando un 66.70% de la muestra. Con esto se verifica la correcta construcción de la sección y longitud del pilote con lo solicitado por el

expediente. El diametro promedio de los pilotes perforados fundidos in situ en el Perú entre los años

2005 y 2015 para puentes es de 0.97m y su longitud empotrada promedio de 16.57m.

Figura 10: Porcentaje de la Muestra Evaluada

Figura 11: Tendencia de los Diametros de Pilotes en el Perú

La información

utilizada se encuentra distribuida en las regiones del Perú como sigue: el 32% en la costa, el 39% en la sierra y el 29% en la selva. Siendo la costa donde se encontro el mayor promedio de diametro (1.09m) y longitud (18.9m) de los pilotes de la muestra.

El diametro de los

pilotes desde el 2005 ha ido aumentando

progresivamente. Realizando una analisis de un promedio trianual encontramos una

tendencia a realizar pilotes con dimensiones superiores a 1.00m en los proximos años. (Ver Figuras Nro. 11 & 12)

Realizando la modelación teórica del comportamiento de los pilotes perforados in situ,

mediante metodos estáticos semi-empiricos (Métodos de Aoki Velloso, Decourt-Quaresma, Pedro Paulo Velloso y Meyerhoff) basados en dos escenarios arbitrarios referenciales (suelo blando y suelo rigido) tanto para un caso de suelos arenosos (SM) y otro cohesivos (CL) establecen que para pilotes de 1.00m de diametro y entre 13m a 19m de longitud se tienen los siguientes resultados:

Suelo Rígido (Granular)

METODO FRICCION PUNTA

METODO AOKI-VELLOSO 33.50% 66.50%

METODO DECOURT-QUARESMA 31.12% 68.88%

METODO PEDRO PAULO 57.57% 42.43%

METODO MEYERHOFF 29.99% 70.01%

Figura 12: Tendencia de las Longitudes de Pilotes en el Perú

Tabla 03: Porcentaje de Aporte de Capacidad de Carga en Suelo Rigido (Granular)

Suelo Rígido (Cohesivo)






Del analisis anterior se establece una distribución predominante de aportes por fricción

por encima del 50% con respecto a la totalidad de la capacidad de carga del pilote en los casos donde el suelo es predominante cohesivo (CL), salvo en el método más conservador o tradicional (Meyerhoff). Para el caso del suelo granular (SM) existe un método de los considerados que estima que la fricción podria superar al aporte por punta, la mayoria estima que el aporte por punta seguira siendo muy mayor al aporte por fricción.

Suelo Blando (Granular)






Suelo Blando (Cohesivo)






Tabla 04: Porcentaje de Aporte de Capacidad de Carga en Suelo Rigido (Cohesivo)

Tabla 05: Porcentaje de Aporte de Capacidad de Carga en Suelo Blando (Granular)

Tabla 06: Porcentaje de Aporte de Capacidad de Carga en Suelo Blando (Cohesivo)

Del analisis en condiciones de suelos blandos (Cohesivo & Granular), es mayor el

aporte por punta con respecto al aporte por fricción en distintos rangos, siendo en el caso de menor porcentaje de la punta un valor de 56%.

De los ensayos de

carga PDA evaluados, la capacidad ultima promedio requerida en los proyectos por pilote alcanza un valor de 546.3 ton.

La distribución de la capacidad de carga de los pilotes perforados fundidos in situ en el Perú para lograr el requerimiento máximo de la superestructura es de 35% por un aporte por punta y 65% por un aporte por fricción.

El 16.7% de los proyectos de puentes evaluados tienen pilotes que han llegado a

valores cercanos a la capacidad de carga ultima de la interacción suelo-pilote durante los ensayos en campo de verificación de la ingenieria.

VIII. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La información utilizada en la presente investigación agrupa proyectos ya construidos y en operación por lo que las estructuras evaluadas y mostradas en la presente son muestra tangible de la realidad actual de la ingenieria en esta materia en el Perú.

Debido a la cantidad de información utilizada con respecto al universo de puentes construidos en el país entre el 2005 y 2015 puede variar las estimaciones realizadas en la presente investigación con un margen de error del 14.9% (muestra de 27 proyectos de 78 en total).

El 36% de los puentes con pilotes perforados en el Perú no han sido verificados en su capacidad de carga por lo que existe una incertidumbre latente en este tipo de

estructuras. Es recomendable realizar por lo menos una prueba de carga durante la ejecución para validar los supuestos teoricos del diseño en el expediente técnico.

Figura 13: Resultados de Ensayos de Carga PDA en Pilotes

Los pilotes perforados fundidos in situ ejecutados para puentes en el Perú entre 2005 al 2015 en promedio estan alcanzando por unidad una capacidad de carga admisible de 273.15 ton con un factor de seguridad de 2.0 respecto a la carga ultima ensayada y requerida para el proyecto.

Existe una relación lógica entre capacidad de carga y diametro/profundidad del pilote ya que se busca una mayor capacidad de carga con un proporcional incremento de diametro y/o profundidad de pilote, en la presente investigación se ha encontrado un aumento progresivo del diametro del pilote en los periodos 2005 al 2015 por lo que nos encontramos en este momento con un diametro promedio de los pilotes perforados fundidos in situ de 0.97m y su longitud empotrada es de 16.6m para todo el periodo evaluado; terminando dicho intervalo con valores promedio de 1.05m de diametro. Esto nos indica que los pilotes de este tipo continuaran aumentando asi como también los requerimientos de equipos y sistemas para estas magnitudes. Por otro lado, nos establece la información obtenida que en algunos proyectos se ha mantenido o reducido el diametro respecto a 1.00m pero se aumento la profundidad para lograr las capacidades del proyecto.

La presente investigación nos da a entender que se estan dando los proyectos con mayor sección y longitud en la costa peruana, esto puede deberse a la presencia de zonas licuables en varios sectores del país (arena) y el efecto de socavación (mayor flujo) por ser desembocadura de los ríos. Sin mencionar la poca ejecución de proyectos en la amazonia del Perú que tiene un suelo generalmente arcilloso y de poca capacidad.

Existe un 84% de pilotes que no han alcanzado su capacidad de carga ultima pero si han superado las cargas ultimas requeridas por el proyecto, esto nos da a entender que los pilotes se encuentran con una mucho mayor capacidad de carga de la estimada en el expediente técnico original, esta situación nos da una señal de que en el país no se esta realizando una politica de mejora del proyecto con fines de optimización con respaldo técnico correspondiente.

Desde el punto de vista teórico con métodos semi-empiricos, los pilotes estan diseñados para soportar una mayor capacidad por punta que por fricción para longitudes de hasta 19m (tramo evaluado en la presente investigación), por lo que el caso o escenario que puede invertir esta distribución de cargas es cuando nos encontramos con suelo cohesivo que puede estar blando o muy rigido.

De los resultados encontrados se ha determinado que los pilotes construidos en el Perú en el ultimo decenio trabajan con un aporte mayor por fricción que por punta para la carga requerida del proyecto. Esta situación nos advierte que existen factores que no se consideran en el diseño original o teorico que deben ser verificados durante la ejecución por lo que es recomendable realizar ensayos de verificación de capacidad de carga.

Es recomendable que se formalice un procedimiento en el estado de mejora del proyecto durante la ejecución para poder optimizar recursos nacionales y por otro lado no afectar a los contratistas con paralizaciones extensas.

Existen fenomenos relacionados con la hidraulica y geotecnia como son la erosión, socavación o licuación que afectan el aporte por fricción de los pilotes, es por ello que se deben realizar verificaciones durante la ejecución en estados de carga operativos y durante eventos extremos para dar por valido el diseño y construcción del pilote. Asi como tambien utilizar metodos de ensayo de carga que cuantifiquen el aporte por fricción de los pilotes.

Los ensayos de verificación de carga dinamicos PDA brindan una mayor información de las caracteristicas de los pilotes por lo que es recomendable continuar con la ejecución de los mismos.

En el Perú existe una diversidad de suelos entre cohesivos y granulares que por la ubicación de los proyectos evaluados nos establece que se ha realizado en diferentes tipos de suelos. En la presente investigación no se esta haciendo un analisis por tipo de suelo de cada proyecto por la poca información que se tiene en ese tema, a pesar de ello el aspecto teorico nos indica que la distribución de carga en un pilote es similar sin importar el tipo de suelo (salvo algunos autores que si lo consideran) aun así es recomendable realizar una recopilación más completa y evaluar la participación o influencia del tipo de suelo en los resultados brindados.

Es recomendable continuar con la buena practica de ensayos de verificación de carga donde se evalua el diseño del pilote y tambien realizar una verificación de la integridad de la sección para la totalidad de pilotes en un proyecto y evaluar la homegeneidad de estos, con este procedimiento se disminuiria más la incertidumbre del estado de la cimentacion profunda entre lo esperado por el diseño y lo construido o en operación.

IX. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

1. American Society for Testing and Materials(ASTM), “Standard Test Method for High-Strain Dynamic Testing of Deep Foundations-D4945”, USA, 2012.

2. American Society for Testing and Materials(ASTM), “Standard Test Method for Low Strain Impact Integrity Testing of Deep Foundations-D5882”, USA, 2016.

3. Bowles, J., “Foundation Analysis and Design”, 5 ed., USA, 1997.

4. Coduto, D.,”Geotechnical Engineering-Principles and Practices”, USA, 1999.

5. Guillén, “Programa para el Computo de Capacidad Ultima de Pilotes-FEPC”, Perú,

1993.

6. Organismo Supervisor de las Contrataciones del Estado (OSCE), Portal web:

SEACE (Sistema Electronico de Contrataciones del Estado), Perú, 2016.

7. Prakash, S.,” Pile Foundations in Engineering Practice”, USA, 1990.

Evaluación del comportamiento de pilotes

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