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B/ Determinacin de la resistencia mediante ensayos penetracin in situ
Anexo F de CTE
Se contabiliza el nmero de golpes necesarios para hincar la cuchara los primeros 15 centmetros (N015).Posteriormente se realiza la prueba en s, introduciendo otros 30 centmetros, anotando el nmero de golpesrequerido para la hinca en cada intervalo de 15 centmetros de penetracin (N1530 y N3045).
El resultado del ensayo es el golpeo SPT o resistencia a la penetracin estndar: NSPT = N1530 + N3045.Si el nmero de golpes para profundizar en cualquier intervalo de 15 centmetros, es superior a 50 = rechazo (R),
SPT:
Maza de 63,5 cm
Altura cada =76 cm
Toma muestras Dint =35 mm
Para gravas puntaza ciega
Dext =51 mm (2 pulgadas)
32Toms Cabrera (U.P.M.)
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B/ Determinacin de la resistencia mediante ensayos penetracin in situ
31Toms Cabrera (U.P.M.)
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C/ Determinacin de la resistencia mediante pruebas de carga
34Toms Cabrera (U.P.M.)
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Pilotes en roca
Pilotes con la punta en roca
En el caso de pilotes en roca se puede determinar directamente el valor de Rcd a
travs de los valores q pd y fd segn el anejo F.
q pd = Ksp * qu * df
(Ver 4.3.4 Presiones verticales admisibles paracimentaciones en roca de CTE)
Para conseguir el empotramiento de la punta del pilote la penetracin debe ser igual o superior a
2 a 3 en rocas blandas (qu < 50 KpIcm2) 1 a 1,5 en rocas medias a duras.
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1.3 Asiento del pilote
Observaciones en los ensayos de Mezenbach cuando la carga la carga a la que se somete al pilote
se aproxima a su carga admisible terica:
El acortamiento elstico de un pilote, de acuerdo con la ley de Hooke es: **
P LlA E
0,5 * L2
L2
Pilotepunta
Piloteflotante
=1
=0,5
h
Sobre el coeficiente
La expresin de Mazenbach originalmente utilizaba un el factor 30 en lugar de 40. Por otro lado en cuanto a la
seguridad antes de CTE era usual un coeficiente de 3 por punta y 2 por fuste
36
Puede tomarse el clsico: E = 2*105 daN/cm2
Con P = Rcd = Rck/3 entonces: (D* 1/3 Rck) /(40*Rck) = D / 120
Con P = Rcd = Rck/2,5 entonces: (D* 1/3 Rck) /(40*Rck) = D / 100
/100L D
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2 GRUPO DE PILOTES: (efecto de conjunto)
Para determinar la carga admisible de un grupo de pilotes, se suma la carga de
hundimiento de todos los pilotes, afectados por un coeficiente de grupo y un factor
de seguridad de carga admisible:
Si alguna de las cargas Pi resultara negativa (es decir, de traccin), puedeadmitirse si es del mismo orden del peso del pilote.
Si es superior puede aumentarse el peso del encepado (lo cual suele ser
antieconmico) o mejorar la inercia del grupo (mayor Fi2 Fxi2), separando
ms los pilotes.
En determinados casos se llega a hacer trabajar los pilotes a traccin aumentandosu longitud y disponiendo una armadura adecuada.
1
, *n
i
R
Rcd g Rck
Siendo:
Rcd,g = Resistencia de clculo al hundimiento del grupo.
Rck,i = Resistencia al hundimiento del pilote individual.
3R
= Coeficiente de eficiencia.
Para separaciones entre pilotes s 3 dimetro = 1
Para separaciones entre pilotes s = 1 dimetro = 0,7 (pantalla de pilotes)Para valores intermedios se interpola linealmente
Coeficiente de seguridad pactado (CTE).
2.1 Carga de hundimiento del grupo, eficiencia
No hay efecto grupo con s 3
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2.2 Asiento del grupo de pilotes
0,5 * L2
L2
Pilote columnaPilote flotante
=1 =0,5
h
L1L1
Plano para clculo
de asiento
Z = 1*L2
Superficie apoyo equivalente:
S = B Grupo x L Grupo
Plano para clculo
de asiento
Superficie apoyo equivalente:
S = [B Grupo + (1- 0,5) * L2] x [L Grupo + (1- 0,5) * L2]
Cuadro resumen profundidad del plano virtural para estimacin de asiento grupo pilotes
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Pilote columna: =1 Pilote flotante: = 0,5
Situaciones intermedias;
= longitud del pilote dentro del terreno
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CTE DB-SE C
coeficiente seguridad
R 3,5
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CTE DB-SE C
coeficiente seguridad R 3,5
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2.4/ DISTRIBUCIN DE ESFUERZOS EN LOS PILOTE
2 2i ii i
V Mx MyPi y x
n y x
Ahora en lugar de una seccin maciza (A), tenemos un conjunto (n) de pilotes de
rea individualAi y el axil del pilar se reparte entre todos los pilotes de suencepado
El momento de inercia de cada uno de los pilotes respecto de los ejes principales ycentrales del encepado es: aplicando Steiner = momento de inercia baricntrico
respecto del c. d. g. de cada pilote + Ai del pilote * distancia al cuadrado al ejeconsiderado.
Despreciando en esta suma el primer sumando frente al segundo, es decir,
despreciando el momento de inercia baricntrico de cada pilote respecto de su
centro de gravedad tenemos
A
y
x
( )xy
V Mx Myy
Ix IAx
y
Ai
El esfuerzo axil en cada uno de losn pilotes supuestos iguales es:
z
Mx
My
Siendo:
V la carga vertical transmitida al encepado = Reaccin pilar + peso propio encepado + (peso
pilote) + rozamiento negativo en su caso.
xi, yi las distancias al c.d.g. del encepado en ejes principales del encepado.
n = nmero de pilotes
Esfuerzo transmitido a cada pilote por el encepado. (encepado rgido).
Se utiliza la formula de Navier para flexin compuesta
con una pequea adaptacin.
Tensin que en un punto de la seccin, segn
Navier:
V = carga axil
41
2 2* * *i ii i
Pi V Mx Myi y xAi n Ai Ai y Ai x
Se deduce finalmente:
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Distribucin de esfuerzos en pilotes con encepado rgido (CTE)
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Pi
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3/ Acciones especiales: ROZAMIENTO NEGATIVO
El fenmeno se produce en aquellos casos en que los asientos o consolidaciones del
terreno que envuelve al pilote son mayores que el asiento del propio pilote.
El terreno queda parcialmente como colgado de los pilotes, a los que transmite por
tanto una tensin tangencial que multiplicada por la superficie afectada del pilote se
convierte en una fuerza que intenta hundir ms el pilote.
Es tpico cuando el pilote atraviesa rellenos antes de encontrar el firme.
Arena o
Arci lla dura
Se estima (CTE) la friccin negativa unitaria sobre el pilote con: ,1
*n
s neg
i
i vi
Tradicionalmente se han considerado tres casos como los ms importantes:
1/ Relleno de suelo arcil loso colocado sobre un estrato de suelo granular. (por
esta razn se desaconseja en todos los casos estor rellenos). El terreno arcilloso se
compacta y aparece friccin negativa sobre el pilote.
2/ Relleno de suelo granular sobre un estrato arcilloso . El terreno granular
acta como una sobrecarga (qo) sobre el suelo arcilloso que se compacta yocasiona friccin negativas sobre el pilote.
3/ Descenso del nivel fretico en suelos arcillosos . Se incrementa las tensionesverticales efectivas sobre la arcilla lo que induce en la misma asientos por
consolidacin y friccin negativa.
El esfuerzo superficial negativo sobre el pilote puede evaluarse por la expresin:
, * *tans neg K o vi Ko = (1-sen) coeficiente empuje al reposo ngulo rozamiento pilote terreno
Con carga superficial aadida (qo) se incrementa la friccin negativa en:
K * qo * tan
Relleno
arenoso
(qo )
terreno blando
o muy blando
(compresible)
Firme
R = Q + T
Q
T
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Firme
R = Q + T
Relleno reciente
(compactable)
Q
T
Rozamiento()
Rozamiento
()
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Rozamiento negativo (CTE)
Punto neutro:
asentamiento del pilote
asentamiento del estrato
Rozamientonegativo
Rozamiento negativo
Firme
Estrato
compresible
Construccin
Relleno
Zona de rozamientonegativo
Asiento pilote < asientosuelo que rodea al pilote
siendo:
i cada una de los terrenos con rozamiento negativo a lo largo del pilar
vp = tensin efectiva vertical en el punto del fuste considerado.
= 0,25 para arcillas y limos blandos.
= 0,10 para arenas flojas.
= 0, 80 para arenas densas.
,1
*n
s neg
i
F i vi
Para una arcilla estndar con = 20 y mximo =
(1-sin ) * tan = (1- 0,342) * 0,364 = 0,24 0,25 (CTE)
44Toms Cabrera (U.P.M.)
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Ejemplo rozamiento negativo en clculo de pilote NTE-CPI
9,0 m
Zona
Rozamiento
()
relleno arenoso =
Nivel fretico a 9 m de profundidad(paso a valores de clculo)
seguridad = 3,5 4 pilo tes / 3,5 = 1,14
(qo)
Toms Cabrera (U.P.M.)
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Toms Cabrera (E.U.A.T.M.)
Empujes horizontales en los pilotes
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Anlisis y dimensionado CTE
47Toms Cabrera (U.P.M.)
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Anlisis y dimensionado CTE
48Toms Cabrera (U.P.M.)
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ENSAYOS PARA CONTROL DE CALIDAD
49Toms Cabrera (U.P.M.)
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ENSAYOS PARA CONTROL DE CALIDAD 1
1/ Ensayo impedancia mecnica en pi lotes in si tu
Ensayo no destructivo de integridad mediante el anlisis de la respuesta de un
elemento a un pequeo impacto.Es un mtodo ms completo que la simple deteccin de un eco
Principio fsicoLa impedancia mecnica es la relacin entre la fuerza aplicada y la velocidad
registrada en cabeza. El mtodo se basa en la analoga con la impedancia elctrica(Fuerza y Tensin) y (Velocidad e Intensidad).
Requerimientos previosRequiere una pequea preparacin de la cabeza del elemento.
ProcedimientoSe realiza con un equipo porttil, que incluye un auscultador, un martillo
instrumentado que mide la fuerza del impacto y un gefono que mide la respuestaen velocidad.
El gefono se acopla correctamente mediante un compuesto viscoso sobre lacabeza del elemento (pilote). Se golpea en su centro del pilote.
Se almacenan digitalmente ambas seales para su posterior tratamiento.
gefono
50Toms Cabrera (U.P.M.)
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ENSAYOS PARA CONTROL DE CALIDAD 1
Resultados. Se obtienen varias grficas que permiten obtener una curva de
movilidad que permite calcular los siguientes parmetros:
Longitud (entre la cabeza y el reflector) que corresponde a la profundidad del
elemento a una anomala,
Rigidez que permite cuantificar la interaccin elemento/suelo,
Admitancia que caracteriza la seccin y las propiedades mecnicas del material.El anlisis conjunto de estos tres parmetros reales y su comparacin con la
respuesta terica proporciona un diagnostico preciso sobre la integridad del
elemento.
Curvas de movilidad terica y real
Corte en la cabeza del pilar detectado en ensayo
51Toms Cabrera (U.P.M.)
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ENSAYOS PARA CONTROL DE CALIDAD 2
2/ Ensayo snico por trasparencia o Cross- Hole snicos.
Para efectuar el ensayo se necesita dejar instalados dentro de los pilotes, tubos
para poder introducir sondas hasta la profundidad que se quiera ensayar.
Los tubos por lo general son de acero, con dimetros entre 40 y 50 mm,prefirindose el de mayor dimetro. Los empalmes se realizan con manguitosroscados, no se usan uniones soldadas pues dejan rebabas que dificultan el paso
de las sondas o perjudican los cables.
El extremo inferior de cada tubo debe cerrarse con tapones metlicos en forma
totalmente hermtica, de esta manera se impide que ingresen elementos extraosy que haya prdida de agua que deber contener al momento del ensayo.
El extremo superior debe cerrarse para impedir que caiga cualquier material hasta
el momento del ensayo; deben sobresalir como mnimo 40 cm del hormign delpilote.
Antes del ensayo se llenan los tubos con agua limpia, comprobando que no haya
obstrucciones ni prdidas de agua.
Nmero de tubos por pilote:
2 tubos para de pilote igual o menor a 60 cm.
3 tubos para de pilote hasta 120 cm.
4 tubos para de pilote mayores a 120 cm.
El hormign deber tener al menos una semana de construido habiendo adquirido
cierta resistencia para efectuar el ensayo.
Antes del ensayo se debe pasar una plomada por cada tubo midiendo su longitud ycomprobando que no haya obstrucciones.
Comprobar previamente que estn llenos de agua.
52Toms Cabrera (U.P.M.)
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ENSAYOS PARA CONTROL DE CALIDAD 2
Ensayo
Este mtodo consiste en introducir y hacer descender un emisor y un receptor de
ultrasonidos por dos conductos huecos en el interior del fuste del pilote, guardando
registro del tiempo empleado en recorrer la distancia entre ambos.Si se encontraran defectos en el paso de las ondas, como oquedades, coqueras,inclusiones de tierras u otro problema que alargue el tiempo de recorrido, esto
queda reflejado en la grfica de ensayo indicado en las variaciones y la marcando
la profundidad donde se ha encontrado.
En los pilotes con 4 tubos, se efectan 6 ensayos, 4 en las parejas de tubos
adyacentes y 2 en parejas de tubos opuestos en diagonal.
El ensayo se realiza cuando se han bajado las sondas hasta el fondo de los tubos,
levantando ambas al mismo tiempo despus de cerciorarse que se encuentren enel mismo plano horizontal.
Aceptacin o Rechazo del Pi lote
Los pilotes que muestran una grfica uniforme de tiempo de llegada de la onda
ultrasnica en toda su longitud y en todos los perfiles ensayados, son aceptados.
Cuando uno o varios de los perfiles entre parejas de tubos muestran retrasosnotables o prdidas de la seal a una o varias profundidades, el ingeniero
especialista dar una interpretacin evaluando los defectos probables del pilote.
53Toms Cabrera (U.P.M.)
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ENSAYOS PARA CONTROL DE CALIDAD 2
Prdida local de calidad del hormign en el fuste de un pilote perforado detectado
por transparencia snica.
Deslavado importante del fuste de un mdulo de pantalla, detectado por
transparencia snica.
Diagrafa 1 Diagrafa 2 Muestras extradas del pilote
Diagrafas 3D
54Toms Cabrera (U.P.M.)
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Toms Cabrera (E.U.A.T.M.)
ENCEPADOS (manual Tricalc)
55Toms Cabrera (U.P.M.)
Canto mnimo EHE
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Toms Cabrera (E.U.A.T.M.)
Encepados de dos pilotes
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Encepado
s 3
V max
25 cm(mnimo EHE)
25 cm
/2/2
Pilar medianero
h
Encepado rgido: Vmax 2h Encepado flexible: Vmax > 2h
Pilar centrado
con s = 3
Biela a 45
h 1,5
s 3
45
= 1,6 * Npilote
Toms Cabrera (U.P.M.)
Canto Recomendado
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Encepado de tres pilotes
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s 3 25 cm25 cm
/2/2
h
Encepado rgido: Vmax 2h
Encepado flexible: Vmax > 2h
Vmax
con s = 3
Biela a 45
h 1,5
Toms Cabrera (U.P.M.)
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Encepado de cuatro pilotes
Encepado
s 3
V max
25 cm
25 cm (mnimo entreborde encepado y
cualquier generatrizde pilotes)
25 cm
/2/2
pilar
Encepado rgido: Vmax 2h
h
Encepado flexible: Vmax > 2h
con s = 3
Biela a 45
h 1,5