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Utilización de pruebas de carga en el diseño de pilotes

En España hay tres códigos técnicos para el diseño de pilotes: uno obligatorio para edificación, unas recomendaciones geotécnicas para obras de carreteras, y otras para obras marítimas. Las referencias completas de los documenteos son las siguientes:

  • Código Técnico de la Edificación (CTE), Documento Básico SE-C: Seguridad Estructural, Cimientos. Ministerio de la Vivienda (2006). Descarga gratuita en Internet aquí.
  • Guía de cimentaciones en obras de carreteras. Dirección General de Carreteras del Ministerio de Fomento (2003). Descarga gratuita en Internet aquí.
  • Recomendaciones Geotécnicas para Obras Marítimas y Portuarias (ROM 0.5-05), Puertos del Estado, Ministerio de Fomento (2005). Descarga gratuita en Internet aquí.

Además, recientemente se ha aprobado en nuestro pais una revisión del Eurocódigo 7: Proyecto geotécnico. Parte 1: Reglas generales, Norma UNE-EN 1997-1, que incluye el esperado Anejo Nacional que coordina los tres códigos españoles citados con el Eurocódigo 7 vigente en Europa y con sus criterios de diseño. Se puede adquirir aquí.

Considero que puede ser útil resumir los coeficientes de seguridad más importantes que estos códigos especifican para el cálculo de las cimentaciones por pilotaje.

En la primera tabla que figura a continuación, tomada del CTE obligatorio para edificios, figuran las tensiones máximas a las que se pueden cargar los pilotes, en función del procedimiento constructivo y del tipo de pilote.

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De ella se pueden deducir los topes estructurales de algunos tipos frecuentes de pilotes. Por ejemplo, un pilote barrenado sin control de parámetros puede ser cargado hasta 3,5 MPa, o hasta 3,5 x 1,25 = 4,4 MPa si se realizan ensayos de integridad estructural en esos pilotes. Mientras que un pilote prefabricado de hormigón armado e hincado, construido con hormigón de 50 MPa de resistencia característica, puede ser cargado hasta 0,3 x 50 = 15 MPa, es decir, más del triple que en el caso del pilote barrenado.

Los códigos de diseño admiten varios métodos para calcular la capacidad resistente del suelo al hundimiento ante la carga que le transmite un pilote. Los más conocidos son los métodos analíticos, que utilizan fórmulas basadas en las propiedades del suelo como el ángulo de rozamiento interno, la cohesión, y otras, que se suelen obtener mediante ensayos de laboratorio sobre muestras de suelo obtenidas en sondeos. También se utilizan métodos de cálculo basados en ensayos “in situ” que miden la resistencia del suelo, como el SPT, los penetrómetros dinámicos y estáticos, y los presiómetros. Otro método de cálculo que está ganando importancia en los códigos de diseño es el de las pruebas de carga sobre pilotes reales, e incluso algún código como el Eurocódigo 7 lo considera como el método preferente de diseño de pilotes.

Si se utilizan métodos analíticos para el diseño, los tres códigos españoles citados no dan los mismos valores para el coeficiente de seguridad reductor de la capacidad de carga calculada. En la siguiente tabla hay una comparación. Se ha extraido de un artículo presentado en un reciente congreso europeo sobre el tema.

tabla-2-lovainaDado que las pruebas de carga son el método más real de estimar la capacidad de carga de un pilote, los códigos permiten en ese caso la aplicación de coeficientes de seguridad inferiores para la reducción de la resistencia del terreno así calculada. En el CTE aparece la tabla siguiente sobre coeficientes de reducción de la resistencia característica del terreno al hundimiento del pilote, en función del método de cálculo utilizado. Se puede ver que la disminución en los coeficientes reductores es importante si se realizan pruebas de carga, lo que en obras con muchos pilotes puede compensar de sobras el coste de dichas pruebas.

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Las recomendaciones ROM 0.5-05 de Puertos del Estado incluyen una detallada tabla con los coeficientes de seguridad para la reducción de la resistencia característica del terreno al hundimiento del pilote, en función del tipo de pilotaje y del método de diseño utilizado. Es curioso que solo contempla la utilización de pruebas de carga en el diseño para el caso de pilotes hincados.

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En el CTE aparecen un par de tablas que permiten calcular la resistencia característica del terreno al hundimiento del pilote en función del número de pruebas de carga realizadas en una cimentación. La primera tabla es para pruebas de carga estática.

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Y la segunda es para pruebas de carga dinámica.

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Los códigos españoles no citan normas de ensayo para las pruebas de carga estática o dinámica de pilotes, ya que todavía no existe normativa española o europea aprobada, por lo que es habitual referirse a normativa ASTM norteamericana a la hora de realizar pruebas de carga en pilotes:

  • “Standard Test Method for Deep Foundations Under Static Axial Compressive Load”, ASTM D 1143M (pruebas de carga estática).
  • “Test Method for High Strain Dynamic Testing of Piles”. ASTM D 4945 (pruebas de carga dinámica).

El Comité Europeo de Normalización CEN está desarrollando dos normas para estas pruebas, todavía no aprobadas definitivamente:

  • “Geotechnical investigation and testing – Testing of geotechnical structures – Part 1: Pile load test by static axially loaded compression”, prEN ISO 22477-1 (pruebas de carga estática).
  • “Geotechnical investigation and testing – Testing of geotechnical structures – Part 4: Testing of piles dynamic load testing”, prEN ISO 22477-4 (pruebas de carga dinámica).

CEN tiene ya aprobada otra norma para pruebas de carga rápida en pilotes, que es un tipo de prueba intermedio entre carga estática y carga dinámica, que en España no tiene todavía tradición:

  • Geotechnical investigation and testing – Testing of geotechnical structures – Part 10: Testing of piles: rapid load testing, EN ISO 22477-10:2016.

De lo anterior se deduce que las pruebas de carga de pilotes son un instrumento válido para el diseño de una cimentación profunda, permitiendo en muchos casos la consecución de ajustes importantes en su presupuesto y una reducción de incertidumbres de proyecto que, cuando aparecen, suelen desmbocar en retrasos, disputas y pérdidas económicas.

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Práctica española en diseño de pilotes

La Sociedad Internacional de Mecánica del Suelo e Ingeniería Geotécnica (ISSMGE) ETC3_2016realizó hace una semana un simposio europeo dedicado exclusívamente al diseño y cálculo de pilotes y a la implantación en ese ámbito de los criterios del Eurocódigo 7 en los diferentes países de Europa, con cerca de 200 participantes, una docena de ellos provenientes de España.

Uno de los aspectos más interesantes del simposio fue la recopilación en un volumen de las diferentes prácticas de diseño y cálculo de pilotajes en los diferentes países de europa. El artículo sobre la práctica española fue redactado por José Estaire y Carlos Fernández Tadeo. En él se recoge la práctica española actual para el diseño de pilotes en relación a los criterios del Eurocódigo 7, así como las especificaciones al respecto contenidas en el Anexo Nacional Español al EC7.

El artículo se puede descargar en el siguiente enlace a nuestra página de documentos sobre ensayos y pruebas de pilotes

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Prueba de carga dinámica de un pilote barrenado existente

En los trabajos de rehabilitación y de reforma de estructuras de edificación existentes, es frecuente encontrar cimentaciones por pilotaje de las que no se tiene ninguna información del proyecto original, o las informaciones disponibles son insuficientes para estimar su resistencia. Pero el diseñador de la nueva estructura necesita conocer la capacidad de carga de esos pilotes preexistentes para evaluar su posible idoneidad para el nuevo proyecto. Normalmente se realizan catas en el terreno para conocer el número y diámetro de los pilotes bajo los encepados, y se realizan reconocimientos geotécnicos mediante perforación de sondeos y otros métodos con objeto de identificar los diferentes niveles geotécnicos en el subsuelo y sus propiedades. Pero en muchos casos todavía quedan dudas sobre la capacidad de carga real de esos pilotes preexistentes.

Entonces suele surgir la idea de realizar pruebas de carga en los pilotes. El metodo estático es el que parece más factible y conceptualmente más adecuado, pero en muchos casos no es posible realizar pruebas de carga estática, principalmente porque cargar el pilote mediante un cilindro hidráulico require disponer de una reacción que aguante el empuje del cilindro hacia arriba, normalmente un bastidor metálico anclado al terreno por diferentes métodos. Pero esto muchas veces no es posible, por falta de espacio, por falta de pilotes o micropilotes de reacción, por limitaciones presupuestarias u otras causas.

20151015090619En estos casos, la alternativa de realizar pruebas de carga dinámica suele ser buena, ya que permite evitar los inconvenientes indicados antes. No requiere disponer de un bastidor metálico anclado al terreno, sino solo de un dispositivo de impacto con una maza de caída libre de peso 1,5 a 2% de la carga máxima de prueba, y altura de caída regulable hasta 2 ó 3 m.

20151016015846Recientemente hemos realizado pruebas de este tipo para el diseño estructural de la reforma de un hotel cimentado con pilotes barrenados. En las fotos se puede ver la maza construida expresamente para las pruebas situada sobre una cata excavada para descubrir el piloe a probar, y la instrumentación instalada en el pilote para captar las ondas de fuerza y velocidad que se producen al impactar la maza contra la cabeza del pilote. Para la realización es estas pruebas fue necesario demoler parte del encepado y realizar antes un apeo del pilar.

Para más información, puedes contactar con nosotros sin ningún compromiso a través de nuestro formulario de contacto.

Pruebas de carga estática de pilotes en América Central

P1010847bLas cimentaciones profundas se proyectan y se diseñan habitualmente en base a las cargas que transmitirá la estructura a construir y a los parámetros resistentes del terreno estimados mediante reconocimientos geotécnicos. Estos suelen incluir ensayos de laboratorio sobre muestras del terreno extraidas en sondeos, y también ensayos “in situ”  por diferentes técnicas. Toda esta información se utiliza después en el diseño de la cimentación profunda mediante diferentes métodos de cálculo y modelos matemáticos.

Al terminar este proceso de diseño del pilotaje, es frecuente que queden dudas sobre la resistencia real de los pilotes que se van a construir. Los motivos son variados:

  • Diferentes métodos de cálculo pueden llegar resultados finales dispares.
  • Los reconocimientos geotécnicos realizados pueden ser incompletos, lo que genera dudas sobre la idoneidad de los parámetros introducidos en el cálculo y, por lo tanto, sobre los resultados obtenidos.
  • Las metodologías utilizadas para la extracción de muestras de suelo en sondeos, su transporte y su manejo en laboratorio, no siempre garantizan que los parámetros geotécnicos obtenidos en los ensayos y utilizados en los cálculos sean los reales del terreno, lo que genera incertidumbre en los resultados.
  • Los métodos de construcción de los pilotes pueden ser muy variados, y su efecto sobre las propiedades resistentes del suelo en el entorno del pilote también, por lo que en ocasiones quedan dudas sobre su influencia en la resistencia real del pilote.

Además, las normas y códigos de diseño de cimentaciones por pilotes -como el CTE español- establecen coeficientes de seguridad y cargas admisibles diferentes en función de si se realizan o no ensayos y pruebas sobre los pilotes terminados, y dependiendo también de la tipología de los ensayos y las pruebas.

P1010827cPor todo ello, es cada vez más frecuente que se realicen pruebas de carga de algunos pilotes para comprobar el diseño realizado en fase de proyecto, e incluso que se diseñen los pilotes en base a los resultados de pruebas de carga previas. El método tradicional de realizar pruebas de carga es el método estático, utilizando cilindros hidráulicos para aplicar una carga vertical en la cabeza del pilote por escalones sucesivos hasta una carga máxima prefijada, midiendo los asentamientos de la cabeza con dispositivos electrónicos y mecánicos. También es habitual medir el estado tensional del pilote a diferentes profundidades para comprobar la transferencia de carga al terreno por fuste y por punta durante la prueba.

Hace unos meses hemos colaborado con un laboratorio centroamericano en la realización de pruebas de carga estática en pilotes de un muelle portuario en Guatemala. En concreto, nuestra aportación ha sido la siguiente:

  • Diseño y suministro del sistema de carga del pilote, formado por un cilindro hidráulico de 6400 kN de capacidad de carga y una centralita con bomba hidráulica, así como todas las mangueras y accesorios.
  • Diseño y suministro del equipo de medida de fuerza, formado por un manómetro y por un sistema electrónico de medida de la carga aplicada.
  • Diseño y suministro del sistema de medida de asientos en cabeza del pilote, formado por sensores electrónicos de desplazamiento con soportes magnéticos.
  • Diseño y suministro del sistema de medida de carga que llega en cada momento a varias secciones del pilote a diferente profundidad.
  • Diseño y suministro del sistema electrónico de adquisición automática de datos y del software para el manejo y presentación de los datos adquiridos en tiempo real.
  • Redacción del procedimiento detallado de la prueba, para su aprobación por los responsables de la obra, así como consultoría general sobre las pruebas.
  • Formación del personal técnico del cliente en la realización de las pruebas estáticas de carga de pilotes, desplazándonos a Guatemala para realizar la primera prueba de manera conjunta.
  • Supervisión de los informes de resultados de las pruebas.

P1010834bCon nuestra colaboración, nuestro laboratorio cliente ha puesto en marcha una nueva especialidad de pruebas de ámbito geotécnico que le permiten estar en situación destacada dentro del sector de la geotecnia en América Central, y las entidades promotora y contructora del muelle pilotado han adquirido información relevante para optimizar el proyecto.

La nueva generación de software para Ingeniería Civil de Bentley

Los días 16 y 17 de junio se realizará en Madrid un evento gratuito del gigante del software para ingeniería civil Bentley Systems, en el que se presentará con detalle la nueva generación de programas para diseño, construcción, operación y mantenimiento de infraestructuras.

image003-1Se presentará CONNECT Edition y se mostrará cómo conectar personas, procesos y desarrollos para la ejecución de proyectos completos de infraestructura.

Además de sesiones plenarias generales, el evento contará con:

  • Foros especializados en diferentes sectores de la construcción de infraestructuras, que permitirán adoptar rápidamente las nuevas tendencias y las mejores prácticas en cada sector.
  • Seminarios especializados para diferentes aplicaciones de Bentley.
  • Seminario práctico de aprendizaje sobre CONNECT Edition.

Para más información y para registro gratuito pincha en la siguiente imagen

image001Si deseas aportar algún comentario o pregunta, puedes utlizar nuestro formulario de contacto.

¿Puedo ensayar pilotes que están debajo de un encepado por método sónico?

PIlote bajo encepadoEn algunas ocasiones nos preguntan si es posible realizar ensayos sónicos de integridad de pilotes cuando estos ya se encuentran bajo el encepado construido encima. La mayoría de las veces se trata de cimentaciones de estructuras en servicio construidas con pilotes décadas atrás, a las que se les quiere dar otro uso, pero de las que no se conserva documentación de su diseño y construcción, por lo que se plantea realizar algún tipo de comprobación sencilla sobre su integridad estructural tras el paso de los años.

Ensayo sónico en lateral de piloteLa respuesta es que en muchos casos si que es posible, pero se requiere poder acceder a la cabeza del pilote bajo el encepado para realizar allí el ensayo sónico utilizando la onda generada con un martillo de mano. Se precisa de una cata por el lateral del encepado, de tamaño suficiente para que el técnico que ejecuta el ensayo pueda bajar en condiciones seguras, y luego hay que crear una superficie plana horizontal en una cala practicada en un lateral del pilote.

En la mayoría de las ocasiones se obtiene una respuesta adecuada en forma de reflectograma que puede ser interpretado, pero en algunos casos la respuesta que se obtiene no permite sacar conclusiones, lo que está relacionado con las limitaciones habituales del ensayo, que se ven incrementadas por las dificultades de su realización en el fondo de una cata, y por la aparición de rebotes de la onda sónica que ha viajado también hacia arriba por el hormigón armado de la cabeza del pilote y del encepado, no solo hacia abajo como es habitual.

Jornada para Usuarios | The Bentley Advantage | Madrid, 22 de Octubre

The Bentley Advantage
para los protagonistas de los proyectos

Próxima Jornada para Usuarios de Bentley en Madrid. Permitirá descubrir las últimas soluciones específicas para BIM e ingeniería civil, ingeniería industrial y redes tecnológicas inteligentes.

22 de Octubre de 2014
Hotel Meliá Madrid Princesa, C/ Princesa 27, Madrid

La Jornada incluirá sesiones de puesta al día y la presentación de los proyectos españoles e internacionales más avanzados, comentados directamente por nuestros usuarios. Muchos clientes mostrarán los beneficios de las soluciones Bentley para su trabajo diario: desde las experiencias más destacables en materia de Offshore, como por ejemplo la de Técnicas Reunidas, hasta el uso de AECOSim Building Designer en la producción interdisciplinar de una obra o la Gestión Eficiente del Agua mediante modelado avanzado de redes.

Se presentará la capacidad del Information Mobility para mejorar el mundo del proyecto y de la colaboración entre todas las empresas que están interesadas en renovar sus procesos de negocio. Se participará en la presentación  de ProjectWise en una empresa de Distribución y Generción eléctrica por Hidrocantábrico. Y también se podrá comprender mejor la Gestión de Activos que garantiza un aumento de prestaciones y de competitividad.

Una oportunidad para encontrar muchísimas ocasiones y ejemplos que permitirán desarrollar el espíritu innovador para trabajar en campo, y una posibilidad de entrar en contacto con los expertos de Bentley.

Por la tarde tendrán lugar unas sesiones técnicas para profundizar en novedades acerca de:

  • Trabajo colaborativo con ProjectWise
  • Bentley AECOSim Building Designer – Modelado Multidisciplinar de Edificios
  • Bentley Civil SELECTseries 3: Introducción  a la Tecnología OpenRoads
Para más información, utilice nuestro formulario de contacto.

Asociación de Ingenieros Senior Caminos

logo-aispcCarlos Fernández Tadeo se ha incorporado como miembro a la Asociación de Ingenieros Senior Caminos, que reune a varias decenas de profesionales Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de más de 50 años de edad en una asociación sin ánimo de lucro constituida al amparo del Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos.

Se trata de un colectivo de ingenieros de más de 30 años de experiencia, tanto nacional como internacional, en el ejercicio de la Profesión en todos los campos de la Ingeniería Civil y la Edificación, la Construcción, el Urbanismo, el Medio Ambiente, La Promoción Inmobiliaria, la Gestión y Dirección de Empresas, etc., asociados en torno al convencimiento común de que a su edad aún tienen mucho que aportar al mercado.

asociacion-aispc La Asociación pretende poner a disposición de Empresas, Estudios de Ingeniería, Organismos Oficiales y Empresas Públicas, en el ámbito nacional e internacional, la experiencia y conocimientos de sus asociados, ofreciendo colaboración en el desarrollo de su actividad, complementando su capacidad en actuaciones donde precisen asesoramiento y/o soluciones rápidas y eficientes para superar los obstáculos que se les presenten, quedando reflejadas dichas colaboraciones y aportaciones bajo la fórmula de Contratos Mercantiles.

En el ámbito internacional pretende realizar Transferencia de Tecnología de los conocimientos de sus asociados, dirigida a Organismos, Instituciones Públicas y Empresas Privadas mediante fórmulas de Partenariado con los profesionales del País a través de actuaciones concretas en el desarrollo de sus Planes de Infraestructuras y Edificaciones Sociales.

Para más información puedes utilizar nuestro formulario de contacto, o dirigirte directamente a la Asociación de Ingenieros Senior Caminos a través de su página web www.aispc.es.

Gestión global de la información geotécnica del Ayuntamiento de Abu-Dabi con gINT

Abu DhabiEl Ayuntamiento de la Ciudad de Abu-Dabi asegura el desarrollo sostenible y realza la calidad de vida en el Emirato de Abu-Dabi, Emiratos Árabes Unidos. Desde su inicio en 1962, el Ayuntamiento ha puesto en práctica proyectos orientados al establecimiento de una infraestructura moderna en la ciudad. El Ayuntamiento rutinariamente encarga y gestiona proyectos donde los grandes volúmenes de datos de reconocimiento del suelo y de diseño son archivados y utilizados por usuarios internos y externos. En base a la utilización del software gINT de Bentley y a su interacción con mapas en la web, la División de Datos Espaciales del Abu Dhabi mapAyuntamiento desarrolló el Sistema de Gestión de Información Geotécnica (GIMS en inglés) formado por una base de datos geotécnica global y por un sistema de información para el acceso rápido a todos los datos geotécnicos. El sistema facilita el acceso inmediato a los datos de los reconocimientos geotécnicos, lo que permite una toma de decisiones rápida y una asignación de recursos apropiada, ahorrando así tiempo y dinero. En la fase de creación de GIMS ha sido necesario incorporar semiautomáticamente datos de miles de sondeos que estaban en formato papel u hoja de cálculo. El nuevo sistema basado en gINT ha permitido doblar la productividad de la División de Datos Espaciales del Ayuntamiento de Abu-Dabi.

Texto completo en inglés sobre este caso en este enlace. Texto en español en la revista Obras Urbanas.

Abu Dhabi  GIMSUna parte importante de los desarrollos necesarios para la implantación del sistema GIMS del Ayuntamiento de Abu-Dabi ha sido realizada por Geotechnical Data Services, colaboradores nuestros en Barcelona para consutoría y formación de personal en la creación y explotación de bases de datos geotécnicas con gINT. Más información en esta otra entrada del blog.

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Seminarios gratuitos de software de Bentley en Madrid y Barcelona

Bentley Institute

Seminario
Plataforma en proyectos de Ingeniería Civil (B/IM) y Soluciones para Administración Local

Madrid, 10 de Junio 2014 |  Barcelona, 12 de Junio 2014

Este evento es una manera eficaz de mejorar sus conocimientos del software de Bentley. Desde el inicio de la recesión económica que nos afecta, las compañías españolas de ingeniería y construcción han incrementado exponencialmente su presencia en proyectos internacionales donde los productos de Bentley tienen una gran penetración. Asimismo y económicas de contención de gasto, las Administraciones han optimizado sus inversiones dedicando los recursos a acciones más específicas, evaluando cuidadosamente la relación coste/beneficio.

En el  seminario, compartiremos experiencias con algunas de las compañías y clientes de instituciones que han utilizado con éxito nuestros productos.

Le invitamos a asistir a los eventos que se celebrarán en Madrid y Barcelona los días 10 y 12 de Junio próximos.

Únase a otros compañeros de la industria y a los expertos de Bentley 

INECO: HS2 UK – Innovation in Rail. 2013 Be Awards Winner
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SACYR: Remodelación N-I  Alcobendas – Innovation in Roads. 2013 Be Awards
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Barcelona Regional: Infraestructuras en el Área Metropolitana de Barcelona
DTES: Optimització de l’ús de la Cartografia. Un exemple atípic: Senegal
COMSAEMTE: Estrategia BIM Corporativa.

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  • Infraestructuras del Transporte en Norte América
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