Categoría: Pruebas de carga de pilotes

Pruebas de carga de pilotes de tipo estático, dinámico y Statnamic

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Monopilotes para la cimentación de aerogeneradores offshore

Hoy voy a presentar un caso real de cimentación de aerogeneradores marinos mediante monopilotes tubulares metálicos hincados en el lecho marino mediante martillo hidráulico. Se trata del parque eólico marino Walney 2 instalado a unos 15 km al oeste de Barrow-in-Furness, en el Mar de Irlanda al noroeste de Inglaterra.

Parque eólico Walney 2

Se utilizó un martillo hidráulico IHC S-2000 Hydrohammer® para instalar 51 monopilotes, con un diámetro de 5,2 metros en su extremo superior, por la empresa Ballast Nedam Offshore B.V. de los Países Bajos que utilizó su propio buque insignia HLV (Heavy Lift Vessel) Svanen. Este catamarán autopropulsado tiene una capacidad de elevación de 8.700 toneladas.

Mandatory Credit: Photo by Global Warming Images/Shutterstock (1982765a) The Walney Offshore Windfarm project. the massive monopiles that are hammered 30 metres into the seabed to anchor the wind turbine.

Por cada aerogenerador se introduce un pilote tubular metálico de más de 800 toneladas a unos 30 m de profundidad en el fondo del mar. El diámetro superior de estos pilotes es de 5,2 metros, el diámetro inferior es de 6,5 metros. La longitud total del pilote es de aproximadamente 70 metros. Con su impacto de 2.000 kNm, el IHC S-2000 Hydrohammer® puede proporcionar suficiente energía para penetrar varias capas de cimentación diferentes.

En el siguiente vídeo se puede ver una secuencia de imágenes tomadas en continuo durante 24 horas durante la instalación de dos monopilotes. Después de terminar la hinca del primero, el barco se desplaza hasta la posición el segundo, dejando el primero señalizado, casi a ras del agua.

HInca de dos monopilotes en secuencia de 24 horas

Encima de cada monopilote se instaló una pieza de transición (pintada de amarillo) que, entre otras cosas, sirve como base para la torre de la turbina y para optimizar la verticalidad.

Piezas de transición listas para instalar

Cada una de estas turbinas Siemens SWT-3.6-120 proporciona 3,6 MW de energía. La envergadura/diámetro del rotor se aproxima a los 120 m. La altura de la turbina en su totalidad es de 150,2 metros. La potencia total instalada en el parque es 183,6 MW.

Agradecimientos: Información e imágenes tomados de páginas web y YouTube de IHC, Ballast Nedam Offshore y Power-technology.com.

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Hinca de monopilotes marinos offshore mediante vibración

Una parte importante de las cimentaciones de aerogeneradores y otras estructuras offshore en aguas no demasiado profundas se realizan mediante monopilotes tubulares metálicos hincados en el lecho marino. El método de hinca más utilizado es mediante martillos metálicos sumergibles, pero también se hincan mediante vibradores.

Las dimensiones de los aerogeneradores marinos se van incrementando rápidamente. Se están poniendo en servicio turbinas de 10 y 13 MW y ya se están diseñando y fabricando otras mucho más grandes, de 15 y 18 MW. El motivo es que los propietarios y explotadores de los parques eólicos marinos presionan a los fabricantes de los aerogeneradores para incrementar su potencia de modo exponencial, puesto que los costes de instalación y montaje no aumentan en la misma proporción y eso permite abaratar el precio de la energía vendida.

Este incremento en el tamaño de los aerogeneradores conlleva un incremento en el tamaño de los monopilotes de cimentación, lo que requiere de medios más potentes para su instalación, principalmente martillos hidráulicos sumergibles mucho más grandes. La carrera de los fabricantes de aerogeneradores se ha trasladado por tanto a los fabricantes de martillos, lo que ha abierto a su vez las opciones a la hinca por vibración.

Estas son las ventajas de la hinca por vibración:

  • Hincas más rápidas.
  • Nivel de ruido inferior.
  • Elevación del monopilote e hinca en una sola secuencia.
  • Menos fatiga y vida útil más larga de los monopilotes.
  • Ahorro de material, menos espesor de acero en el monopilote.
  • Permite extraer pilotes en desuso.

Una desventaja de la hinca por vibración es que no es tan sencillo comprobar la carga última del monopilote instalado, mientras que en los hincados mediante martillo sí que se puede comprobar mediante pruebas de carga dinámica (DLT) instrumentando el pilote y dando golpes con el martillo. La solución para garantizar la resistencia del monopilote hincado por vibración es dar unos golpes finales con un martillo para asegurar su resistencia y realizar entonces las pruebas DLT.

Los vibradores empiezan a ser también gigantescos, como se puede ver en el modelo que muestra la web del fabricante especializado holandés Dieseko, que puede hincar monopilotes de hasta 8 m de diámetro. En el siguiente vídeo, también de Dieseko, se explican sus funcionalidades.

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Más información sobre energía eólica en España en la web de AEE.

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Mitigación de ruido ambiental en la hinca de pilotes offshore

En la cimentación de aerogeneradores marinos se utilizan mayoritariamente monopilotes tubulares metálicos de gran diámetro, hincados mediante martillos hidráulicos pesados. Uno de los efectos adversos es la generación de ruido agudo por los golpes del martillo al pilote, que son de acero contra acero. Ese ruido se propaga por el agua a gran distancia y es perjudicial para la fauna marina, por lo que se están creando nuevos dispositivos que permiten mitigar el ruido ambiental.

Uno de ellos es un accesorio denominado «Pulse», de la empresa holandesa especializada en hinca offshore IQIP, que se puede ver en el siguiente vídeo. Se trata de un amortiguador que alarga la duración del impacto y reduce la energía máxima transmitida al pilote. Se suele completar el sistema de mitigación de ruido mediante cortinas de burbujas de aire alrededor de la zona de la hinca, generadas mediante compresores situados en un buque auxiliar.

El agua es un medio eficaz para la transmisión del sonido; varios animales como los mamíferos marinos, el pez sapo, corvinas y el camarón pistola, usan resonancias para navegar y comunicarse, percibiendo su entorno acústicamente. El ruido oceánico diferente a los sonidos naturales es considerado una forma de contaminación que puede afectar la vida en los océanos y ha aumentado tres decibelios (dB) por decenio en los últimos cien años. La Asamblea General de la Organización de las Naciones Unidas (ONU) incluyó en 2005 el problema del ruido oceánico en su reporte como una de las cinco amenazas principales para ballenas y uno de los diez impactos previsibles en el mar.

Algunas de las principales fuentes de ruido se producen en las helices de los barcos, el sistema de los submarinos llamado sonar y explosivos que se usan en los estudios sísmicos. En las últimas décadas se han unido los martillos hidráulicos submarinos para hinca de pilotes. Más información sobre el problema del ruido oceánico en este enlace.

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Nuevo equipo para pruebas de carga dinámica en pilotes hincados

Piletest.com Ltd, uno de los líderes mundiales en el desarrollo y fabricación de equipos electrónicos y software para realizar ensayos de pilotes, comercializa un innovador sistema para la realización de pruebas de carga dinámica en pilotes hincados. Se trata del sistema Goble Pile Check (GPC) desarrollado en Estados Unidos por el profesor George G. Goble, Ph.D., uno de los padres de las pruebas de carga dinámica de pilotes (Dynamic Load Testing – DLT).

George Goble, junto con Frank Rausche y Garland Likins, crearon en la década de 1970 la primera generación de equipos analizadores de hinca de pilotes (Pile Driving Analyzer – PDA) y la empresa Pile Dynamics Inc. (PDI). Sus equipos electrónicos de toma de datos y sus programas de análisis Weap y Capwap se convirtieron con los años en el sistema más difundido en el mundo para comprobar la capacidad de carga de los pilotes hincados. Por motivos que desconozco, en la década del 2000 George Goble se separó de sus socios e inició en la última etapa de su vida una andadura profesional independiente, desarrollando su propio equipo y software, el sistema GPC, contando con la colaboración de un jóven ingeniero vietnamita, Thai Nguyen.

Equipo GPC en funcionamiento durante la hinca de un pilote

Tras el fallecimiento de George Goble en 2017, Thai Nguyen ha continuado desarrollando el sistema GPC, y difundiéndolo en todo el mundo, contando con la colaboración de Piletest para su comercialización. GPC es en estos momentos el sistema más completo, avanzado y sencillo para realizar pruebas de carga dinámica en pilotes. Los que tengáis algunos conocimientos sobre este tipo de pruebas lo podréis apreciar en este vídeo en el que Thai Nguyen explica los principales detalles del sistema GPC.

Detalles del funcionamiento del software

Para más información, puedes escribir a Piletest sales@piletest.com o a nuestro formulario de contacto. También puedes dejar un comentario al final de esta entrada.

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11ª Edición del Curso sobre Ensayos y Pruebas de Pilotes

El próximo lunes 22 de mayo de 2023 dará inicio una nueva edición del curso online en el explico los ensayos de integridad y las pruebas de carga de pilotes, tanto desde el punto de vista de sus fundamentos físicos, como desde su aplicación práctica, incluyendo el manejo de software real.

Más información sobre el curso e inscripciones en la web de Ingeoexpert.

Curso subvencionado en España por la Fundación Estatal para la Formación en el Empleo, por lo que le puede salir gratis a tu empresa.

Para más información puedes utilizar nuestro formulario de contacto.

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10ª Edición del Curso sobre ensayos y pruebas de pilotes

El lunes 23 de enero de 2023 volveré a impartir en la plataforma Ingeoexpert una nueva edición del Curso sobre ensayos y pruebas de pilotes, que ha sido valorado positivamentes por los alumnos en ediciones anteriores.

Las cimentaciones profundas utilizan técnicas complejas, y todas ellas se caracterizan por realizar una construcción enterrada y oculta, que resulta difícil de controlar e inspeccionar. Los ensayos de integridad ayudan a detectar los eventuales fallos ocultos en los pilotes y las cimentaciones profundas, y las pruebas de carga permiten conocer su comportamiento bajo carga y su resistencia última.

Si eres trabajador en activo en España, este curso te puede salir gratuito a través de las bonificaciones de la Fundación Tripartita.

Para más detalles e inscripción, puedes consultar la web del curso. También puedes utilizar nuestro formulario de contacto.

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Static and Dynamic Load Tests of Driven Precast Piles

Paper presented at Stress Wave Conference 2022. Authors: Ricardo Sánchez Manjón, Luis Alberto Vázquez Mardones, Jon Ruiz Zabaleta, Carlos Fernández Tadeo and Rafael Gil Lablanca.

Dynamic Load Test

Two test piles have been installed for the foundations of the future expansion of a shopping center in Spain. The piles were prefabricated of reinforced concrete, installed by driving with a hydraulic hammer. A load testing campaign has been carried out by various methods and on various dates, which has permitted to validate the design of the projected foundation system. Prior to the installation of the piles, a geotechnical survey campaign was carried out, which has provided the necessary parameters for the initial design. The piles were driven into an artificial embankment of variable thickness formed by local clayey and sandy soils, reaching the tertiary substrate of the area, formed by clays with interspersed sandy levels. Dynamic load tests have been carried out on the piles throughout the driving process, at the end of the driving and after several weeks. Static load tests have been carried out several months after the last dynamic tests, delayed due to the interruption of work due to the coronavirus pandemic. The piles were instrumented with embedded strain gauges to be able to measure deformation under load at different depths.

Static Load Test

The article analyzes the results of the load tests carried out on the two preliminary piles. On the one hand, the ultimate resistance obtained with the two test methods, static and dynamic, is compared, observing that they reach quite similar values. On the other hand, the evolution of the ultimate resistance is analyzed over the weeks after driving, without any significant increases being observed. However, changes are observed in the resistance distribution between the top and shaft of the pile. At the end of the driving, the resistance at the pile toe mobilized in the dynamic load tests was of the order of 80% of the total resistance, and in the following tests the resistance at the toe decreased to approximately 50% of the total resistance mobilized. The results of the tests carried out do not support a theory that some consultants apply, who combine the toe resistance in the load test at the end of the driving with the shaft resistance obtained in the test carried out a few weeks later, so that the maximum values are added, and the result is better than the total resistance obtained from any individual test.

Load settlement curves

Document can be downloaded here.

For more info use this form.

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Próximo inicio del 9º Curso sobre Ensayos y Pruebas de pilotes

El lunes 19 de septiembre de 2022 dará inicio la 9ª edición del Curso de ensayos y pruebas de pilotes y cimentaciones profundas, con una duración de 6 semanas en la plataforma especializada de cursos online a distancia Ingeoexpert.

Ensayo sónico de integridad de pilote

Más de un centenar de alumnos provenientes de España, Portugal e Hispanoamérica han seguido con aprovechamiento este curso en los tres últimos años.

Podrás formarte en las técnicas modernas de ensayos de integridad y de pruebas de carga de pilotes, realizar prácticas con programas de ordenador comerciales, y resolver todas las dudas que se te planteen.

Más información sobre el curso e inscripciones en este enlace.

Para cualquier consulta, puedes utilizar nuestro formulario de contacto.

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Pruebas de carga de pilotes. Métodos, precisión y contrastes

Este es el título del artículo presentado por Carlos Fernández Tadeo el pasado 26 de mayo de 2022 en el XI Simposio Nacional de Ingeniería Geotécnica celebrado en Mieres (Asturias), organizado por la Sociedad Española de Mecánica del Suelo e Ingeniería Geotécnica SEMSIG.

Este es el resumen del articulo:

Las pruebas de carga de pilotes se realizan para comprobar que estos tienen la capacidad requerida para soportar la estructura a construir y que su comportamiento en servicio será adecuado. Tradicionalmente, se han realizado por el método estático (SLT), aplicando una fuerza vertical de compresión en la cabeza del pilote que trata de movilizar la resistencia del terreno. Hace medio siglo nacieron las pruebas de carga dinámica (DLT), que aprovechan la energía de los martillos de hinca para aplicar la carga de prueba en los pilotes hincados. Otra alternativa más reciente es el método rápido (RLT), en el que la carga se aplica al pilote mediante un dispositivo de impacto con suficiente amortiguación para que no se genere una onda de tensión, lo que lo convierte en un método más parecido al estático.
Las pruebas de carga de pilotes se utilizan cada vez más como método principal de diseño del pilotaje en los proyectos grandes. Los códigos de diseño de pilotes recomiendan contrastar las pruebas DLT y RLT con pruebas estáticas SLT, pero no es tan sencillo ni directo. Se deben tener en cuenta algunos factores que influyen en el resultado de las pruebas. Los contrastes entre pruebas DLT (o RLT) y SLT no tienen por qué ser una norma, sino simplemente una oportunidad más de obtener información relevante sobre el comportamiento de los pilotes de nuestro proyecto. Lo importante es hacer pruebas de carga sobre los pilotes para comprobar su comportamiento real ante las cargas de diseño, dadas las incertidumbres que dejan otros métodos de cálculo. Los métodos de prueba a utilizar en cada caso podrán elegirse en función de las circunstancias particulares de cada proyecto y de la disponibilidad de equipos de prueba.

El artículo completo se puede leer en este enlace.

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Nueva edición del Curso sobre Ensayos y Pruebas de Pilotes

El lunes 16 de mayo de 2022 dará inicio la 8ª edición del Curso de ensayos y pruebas de pilotes y cimentaciones profundas, con una duración de 6 semanas en la plataforma especializada de cursos online a distancia Ingeoexpert.

Prueba de carga estática de un pilote prefabricado hincado

Carlos Fernández Tadeo comparte con los alumnos sus conocimientos sobre ensayos de integridad y pruebas de carga de pilotes y sus experiencias en casos reales. Incluye prácticas con programas de ordenador de Piletest. Curso bonificable en la Fundación Tripartita (España). Más de un centenar de alumnos ya han asistido a las ediciones anteriore de este curso en los último dos años.

Ensayo sónico Pet

Más información sobre el curso e inscripciones en este enlace.

Para cualquier consulta, puedes utilizar nuestro formulario de contacto.