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 CÓRDOBAUNIVERSIDAD 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
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
Figura 1 . Pilote flotante en suelo
FUNDAMENTOS DEL MÉTODO
ABRIL 2013
suelopilote
kut
uC
t
uA
x
uEA
2
2
2
2
FUNDAMENTOS DEL MÉTODO
ABRIL 2013
• Resultado del ensayo: CURVA DE MOVILIDAD y Ko
frecuencia [Hz]
L
Vf b
2
AVN
b
1
P
v
0
1
Km
1
FUNDAMENTOS DEL MÉTODO
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• PARTE REAL DE LA RIGIDEZ DINÁMICA
• PARTE IMAGINARIA DE LA RIGIDEZ DINÁMICA
FUNDAMENTOS DEL MÉTODO
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• MÓDULO DE LA RIGIDEZ DINÁMICA
FUNDAMENTOS DEL MÉTODO
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• 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 ……
FUNDAMENTOS DEL MÉTODO
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• CURVA DE MOVILIDAD DE UN PILOTE EN SUELO ESTRATIFICADO
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
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• MARTILLO DE CARGA
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
ABRIL 2013
• MARTILLO DE CARGA
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
ABRIL 2013
• Registros del ensayo
Carga aplicada Aceleración de respuesta
RESULTADOS
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• Función Coherencia
INTERPRETACIÓN Y COMPARACIÓN
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• 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
Movil
idad
[m
/s/N
t]
f = 77 Hz f = 77 Hz f = 77 Hz
Frecuencia [Hz]
Curva de movilidad del pilote Nº12
INTERPRETACIÓN Y COMPARACIÓN
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• Rigidez dinámica del pilote
INTERPRETACIÓN Y COMPARACIÓN
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• 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]
INTERPRETACIÓN Y COMPARACIÓN
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• 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 0.0300
500
1000
1500
2000
2500
K0 medido
=2980 [tn/cm]
Criterio de Davisson
Pilote L=29m, D=1,2m
FEM
Statnamic
Car
ga
[tn]
Deformación [m]
INTERPRETACIÓN Y COMPARACIÓN
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• Curva Carga-Deformación del pilote Nº16
• Comparación con Ensayo de carga
rápida (RLT) Statnamic
0.000 0.005 0.010 0.015 0.0200
200
400
600
800
1000
Pilote 16 L=13m, D=1m
FEM
Statnamic
K0 medido
=2360 [tn/cm]
Criterio de Davisson
Car
ga
[tn]
Deformación [m]
INTERPRETACIÓN Y COMPARACIÓN
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• 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]
Pro
fun
did
ad
[m
]
SASW en puente
SASW en azud cercano
INTERPRETACIÓN Y COMPARACIÓN
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• 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]
As
en
tam
ien
to [
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
INTERPRETACIÓN Y COMPARACIÓN
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• 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
INTERPRETACIÓN Y COMPARACIÓN
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• 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
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]
Pro
fun
did
ad [m
]
G02/3 G0
INTERPRETACIÓN Y COMPARACIÓN
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• 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
INTERPRETACIÓN Y COMPARACIÓN
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• CONFIGURACIÓN DEL PEDESTAL DE TURBINA
Vista lateral plano x-z
Vista lateral plano y-z
INTERPRETACIÓN Y COMPARACIÓN
ABRIL 2013
• CONFIGURACIÓN DEL PEDESTAL DE TURBINA
Vista en planta
INTERPRETACIÓN Y COMPARACIÓN
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• MODELO DE ELEMENTOS FINITOS
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
INTERPRETACIÓN Y COMPARACIÓN
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• 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.
INTERPRETACIÓN Y COMPARACIÓN
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• Formas modales calculadas: Forma Modal
Modo 1
Modo 2
Modo 3
-Y
Z
X
Z
X
Y
Forma Modal
Modo 1
Modo 2
Modo 3
-Y
Z
X
Z
X
Y
Forma Modal
Modo 1
Modo 2
Modo 3
-Y
Z
X
Z
X
Y
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.
MUCHAS GRACIAS
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