El organismo norteamericano de normalización ASTM ha aprobado una nueva norma ASTM D8232-18 para medir la verticalidad de las perforaciones para pilotes o para otros objetivos. Esta norma es fruto de los esfuerzos del fabricante Piletest de equipos para ensayos de pilotes por mejorar la seguridad de edificios y estructuras en todo el mundo. Los trabajos de redacción de la norma han sido liderados por Joram Amir, fundador de Piletest, quien ha trabajado durante muchos años en la elaboración de variadas normas en el campo de los ensayos de pilotes.
La nueva Norma ASTM D8232-18 «Standard Test Procedures for Measuring the Inclination of Deep Foundations» contempla la utilización de equipos como el BIT Borehole Inlination Tester de Piletest, que ya se utiliza por varias empresas españolas de construcción de pilotes, a fin de garantizar que la verticalidad de los pilotes que construyen en varios continentes está dentro de las tolerancias especificadas por las normas y proyectos.
En esta otra entrada del blog encontrarás unos vídeos explicativos del funcionamiento del BIT.
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Se hincan pilotes para la cimentación de estructuras en suelos blandos porque son muy cómodos de ejecutar. Lo puedes comprobar en este vídeo.
El diseño previo de los pilotes se realiza habitualmente mediante un cálculo analítico que estima su resistencia por fuste y por punta en función de las características del terreno y que permite calcular la longitud del pilote a hincar. Otro método de diseño cada vez más extendido es el de la realización de unas pocas pruebas de carga previas.
Pero luego necesitamos algún sistema para comprobar que la resistencia del pilote ya hincado se corresponde con la que estaba prevista por el diseño previo. El método más antiguo es comprobar la penetración (o «rechazo») del pilote tras una andanada de golpes con el martillo de hinca: parece lógico pensar que cuanto menos penetre el pilote, más resistencia tiene. Existen muchas fórmulas para calcular la resistencia del pilote a partir de la medición del rechazo. A continuación figura la fórmula de Hiley, que es la que recogen algunos códigos geotécnicos españoles, como la Guía de cimentaciones en obras de carreteras del Ministerio de Fomento de España, de donde está copiada la figura.
Como se puede observar en la fórmula y en la descripción de los parámetros que intervienen en ella, sólo hay un dato que se mide realmente, que es el rechazo, pero el resto son parámetros y coeficientes cuyo valor no siempre se conoce bien y que tienen una variabilidad grande, por lo que la fiabilidad del resultado de resistencia obtenido con estas fórmulas es muy escasa. En consecuencia, los códigos exigen unos coeficientes de seguridad muy altos aplicables a los resultados de las fórmulas de hinca.
El desarrollo de los computadores, de los métodos numéricos de cálculo, y de la instrumentación electrónica, ha permitido avances notables en la comprobación de la resistencia de un pilote hincado mediante pruebas dinámicas de golpeo, hasta tal punto que las fórmulas de hinca están prácticamente prohibidas en los códigos geotécnicos de la mayoría de países avanzados.
En la figura siguiente, obtenida de la ROM 0.5-05 de Puertos del Estado, se esquematiza el modelo más popular desde hace décadas para el cálculo numerico y electrónico, que utiliza la ecuación de la onda que se propaga en un medio unidimensional. El modelo discretiza el pilote en varios tramos con masa y elasticidad, y la interacción en el fuste y en la punta entre esos tramos de pilote y el suelo se simula mediante esquemas de masas suspendidas, muelles y amortiguadores viscosos.
El programa de cálculo más conocido, que utiliza un modelo matemático de este estilo, es GRLWeap, cuya pantalla principal de entrada de datos se puede ver a continuación.
Con este tipo de programas se puede obtener la resistencia del pilote que corresponde a un determinado rechazo medido, con mayor precisión que con las fórmulas de hinca. Estos programas también permiten hacer simulaciones previas de una hinca completa, para comprobar si el martillo previsto podrá llevar el pilote hasta la profundidad esperada, con tensiones inducidas por el golpeo que sean admisibles, y estimar la duración de la hinca.
Todavía quedan parámetros en el cálculo que pueden tener una cierta variabilidad, como son los que se refieren a la eficiencia del martillo, y a las características de las diferentes capas de suelo en la zona en que está hincado el pilote. Si se realiza una hinca con el pilote instrumentado con acelererómetros y medidores de deformación, se pueden comparar los datos medidos con los que se habían estimado en el cálculo previo. De ese modo se pueden modificar los parámetros del programa para ajustar el modelo. En la siguiente figura se pueden observar dos curvas ajustadas, una de golpes necesarios para hincar 25 cm (que es una forma de medir el rechazo), y otra de la energía transmitida por el golpe a medida que el pilote va penetrando. Una vez ajustado el modelo, nos permite calcular un resultado de resistencia del pilote mucho más exacto.
Otra curva importante que se obtiene de este cálculo numérico es la denominada «curva de rechazo», que para un pilote de tamaño y peso determinado, hincado a una determinada profundidad, con un martillo definido y con altura de caída específica, nos permite conocer la resistencia del pilote en función del rechazo medido.
La metodología más utilizada actualmente para comprobar la resistencia de pilotes hincados es la realización de pruebas de carga dinámica al cabo de unos días o semanas tras la hinca. Se dan golpes con el martillo de hinca al pilote, movilizando su resistencia por fuste y punta, captando las ondas generadas en el pilote mediante acelerómetros y medidores de deformación.
Se obtienen así curvas de fuerza y velocidad como las de la figura siguiente, donde en la parte inferior se ha dibujado la onda de fuerza ascendente y la onda de fuerza descendente, que son la solución matemática de la ecuación de la onda.
Estas curvas de fuerza y velocidad captadas por la instrumentación durante la prueba permiten realizar unos cálculos simplificados de resistencia del pilote, cuyos resultados normalmente se obtienen inmediatamente en la pantalla del equipo de toma de datos. Pero lo usual es realizar unos cálculos más complejos con un modelo matemático similar al explicado arriba, modificando los parámetros del modelo para conseguir que la curva de fuerza del modelo se ajuste lo más posible a la real obtenida en el golpe de prueba. Una vez conseguido así el ajuste del modelo matemático, el programa realiza un cálculo estático en el modelo, obteniendo la resistencia movilizada en la prueba por fuste y por punta, y en cada uno de los segmentos en que se ha discretizado el pilote. El programa de este tipo más conocido es Capwap, de Pile Dynamics. A continuación figura una salida gráfica de este programa.
En definitiva, disponemos de metodologías variadas para comprobar la resistencia última de un pilote hincado, que prácticamente no incrementan el coste de la obra, y que permiten eliminar las frecuentes dudas que aparecen en este tipo de cimentaciones hincadas.
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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.
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.
Dado 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 la tabla siguiente hemos extraído los criterios del CTE 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 con creces el coste de dichas pruebas.
Las recomendaciones ROM 0.5-05 de Puertos del Estado incluyen una 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. Contempla la utilización de pruebas de carga como contraste de otros métodos de diseño de pilotes, en cuyo caso se aplican factores de reducción más bajos.
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.
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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La Sociedad Internacional de Mecánica del Suelo e Ingeniería Geotécnica (ISSMGE) realizó en 2016 un simposio europeo dedicado exclusívamente al diseño de pilotes y a la implantación en ese ámbito de los criterios del Eurocódigo 7 en los diferentes países de Europa. El simposio contó 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 los diferentes procedimientos de diseño y cálculo de pilotajes en los países europeos. El artículo sobre la práctica española fue redactado por José Estaire y Carlos Fernández Tadeo. En él se recogen los criterios habituales en España 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
La Sociedad Internacional de Mecánica del Suelo e Ingeniería Geotécnica –ISSMEG– tiene un Comité Europeo sobre Pilotes –ETC3 Piles– que ha convocado un interesante congreso sobre diseño de pilotes con el lema Design of Piles in Europe, How did Eurocode 7 change daily practice?
El congreso se realizará en Lovaina (Bélgica) los días 28 y 29 de abril de 2016. Entre los argumentos a tratar destacan:
Diseño de pilotes según el Eurocódigo 7. Situación actual y perspectivas.
Métodos de cálculo basados en los parámetros del suelo y en pruebas de carga.
Comparación de los sistemas de diseño de pilotes en diferentes países europeos.
Diferentes métodos para realizar pruebas de carga de pilotes: estáticas, dinámicas y rápidas.
Efectos de cargas cíclicas en el diseño de pilotes off-shore.
Normalización de la ejecución de pilotes en Europa.
Control de calidad, ensayo y monitorización de pilotes.
I+D sobre pilotes en Europa.
Si estás interesado en recibir más noticias o en inscribirte en el congreso, puedes contactar con nosotros a través de nuestro formulario de contacto, directamente en la página web del congreso, o a través de la Sociedad Española de Mecánica del Suelo e Ingeniería Geotécnia –SEMSIG-.
En diciembre de 2014 el Ministerio de Fomento español publicó la revisión de numerosos artículos del Pliego de Prescripciones Técnicas Generales para Obras de Carreteras y Puentes (PG-3), entre ellos varios artículos relativos a firmes y pavimentos. Ver la Orden Ministerial en este enlace. Allí se puede descargar gratuitamente el texto completo de los nuevos artículos en un documento en formato pdf de 513 páginas, que en 2018 tuvo unas correcciones que no afectan a lo aquí expuesto.
En tres de los artículos revisados del PG-3 referentes a Firmes y Pavimentos se ha reconocido la posibilidad de utilizar nuevos equipos de control de calidad más rápidos o de mayor rendimiento. En concreto, se trata de los siguientes artículos:
510 Zahorras
512 Suelos estabilizados in situ
513 Materiales tratados con cemento (suelocemento y gravacemento)
Esta nueva revisión del PG-3 significa un reconocimiento de la utilidad de nuevos métodos de ensayo, como la placa de carga dinámica de 300 mm de diámetro, según norma UNE 103807-2 Ensayo de carga vertical de suelos mediante placa dinámica. Parte 2: Placa rígida, diámetro 2r=300 mm, Método 2.
El PG-3 establece que el Director de las Obras podrá autorizar el empleo de los nuevos equipos de alto rendimiento en sustitución de los antiguos, como sería la placa de carga estática en este caso, si en el tramo de prueba se ha analizado la correspondencia entre el método nuevo y el convencional.
Se trata de un importante paso adelante que beneficiará a las obras de construcción de firmes y pavimentos y a los laboratorios que realizan el control de calidad, ya que los nuevos equipos permiten:
obtención de resultados inmediatos
realizar muchos más ensayos en el mismo tiempo
mejorar la automatización con la consiguiente reducción de errores humanos
facilitar la emisión de informes de manera informatizada
Otro equipo al que se le pueden aplicar los mismos criterios es el penetrómetro dinámico ligero DCP, según norma ASTM D6951M, que permite obtener el índice CBR in situ de una explanada.
Para más información al respecto, no dudes en utilizar nuestro formulario de contacto.
Los presiómetros se han consolidado como uno de los equipos imprescindibles para realizar mediciones “in situ” de las propiedades tenso-deformacionales del suelo sobre el que se va a cimentar una construcción, en el que se va a perforar un túnel, o donde se va a realizar una estructura de contención. Se trata de equipos que se introducen hasta la profundidad deseada en un sondeo y allí realizan un ensayo de presión radial sobre las paredes de la perforación mediante la expansión de una membrana flexible, midiéndose las deformaciones radiales que se producen en la pared de suelo, obteniéndose así una relación presión – desplazamiento índice de su rigidez deformacional.
El presiodilatómetro PRD ha sido desarrollado conjuntamente por la prestigiosa empresa española de investigaciones geotécnicas Igeotest y por el fabricante de equipos hidráulicos R. Romero Oleohidráulica S.L., que han creado un equipo de alto nivel tecnológico y que cumple la norma EN-ISO 22476-5:2012 “Geotechnical investigation and testing – Field testing – Part 5: Flexible dilatometer test”.
CFT & Asociados, S.L. somos distribuidores de Igrim, el fabricante del equipo. Si necesita más información, la encontrará en nuestro catálogo. También puede solicitarla mediante nuestro formulario de contacto.
Mediante la placa de carga dinámica de 300 mm de diámetro se puede obtener en obra el módulo de deformación dinámico de capas compactadas de terraplenes y bases granulares, de manera prácticamente instantánea y sin necesidad de utilizar camiones u otros elementos pesados como reacción.
Desde hace varias décadas, miles de estos equipos se están utilizando en Alemania y en otros países europeos para el control de calidad por parte de laboratorios, constructores y administraciones. Las instituciones y reglamentos especifican estos ensayos y establecen valores del módulo de deformación dinámico a cumplir por las diferentes capas compactadas, lo que permite correlacionar con los módulos obtenidos con el ensayo de la placa de carga estática convencional.
En España se ha publicado la norma UNE 103807-2:2008 Ensayo de carga vertical de suelos mediante placa dinámica. Parte 2: Placa rígida, diámetro 2r=300 mm, Método 2, siendo numerosos los laboratorios públicos y privados que utilizan esta placa de carga dinámica. En Estados Unidos se ha publicado la norma ASTM E2835 «Standard Test Method for Measuring Deflections using a Portable Impulse Plate Load Test Device».
El pasado 25 de junio de 2014 se celebró en el salón de actos del Cedex en Madrid una Jornada sobre Geotecnia Ferroviaria, en la que se presentaron los más recientes resultados de los trabajos de investigación del Laboratorio de Geotecnia del Cedex (LG) sobre temas de geotécnia aplicada a la construcción y explotación de líneas ferroviarias. Entre los trabajos presentados hubo uno sobre Técnicas de comprobación del grado de compactación y del módulo de deformación del subbalasto. Uno de los objetivos de este trabajo es la actualización del Pliego de prescripciones técnicas tipo para los proyectos de plataforma (PGP) de Adif, incluyendo en él nuevos equipos de medida como la placa de carga dinámica de 300 mm de diámetro.
Tras las pruebas e investigaciones realizadas durante varios años en obras reales de ferrocarril con un grupo de equipos de medida, la placa dinámica ha sido uno de los tres equipos seleccionados por LG para actualizar el pliego PGP de Adif en lo referente al control de la densidad de compactación y al control de la rigidez del material compactado. Por cortesía de LG, a continuación figura una de las imágenes de la presentación realizada, con las características del equipo.
En la revisión del PGP que se está tramitando por Adif aparecen las nuevas recomendaciones de LG para la utilización de los resultados de la placa de carga dinámica de 300 mm de diámetro en la evaluación de la compactación alcanzada en capas de subbalasto, que se resumen en la siguiente imágen, cortesía de LG.
Estas investigaciones de LG y el borrador propuesto para la nueva redacción del pliego PGP de Adif significan un avance en las metodologías de control de calidad de terraplenes y capas granulares que se utilizan en España, lo que redundará en beneficio de la economía y durabilidad de las obras de tierra.
Para más información sobre el tema, contacte con nosotros a través del formulario de contacto.
Desde hace décadas se utilizan en Estados Unidos penetrómetros dinámicos ligeros para evaluar la capacidad resistente de explanadas y capas granulares de caminos, carreteras y pistas de aeropuertos. Se trata de equipos fácilmente transportables y de accionamiento manual, que permiten obtener datos de resistencia de las capas superiores de suelo de manera rápida y precisa.
CFT & Asociados, S.L. somos distribuidores exclusivos en España del fabricante de equipos de ensayo KSE Testing Equipment, que es quien tiene la concesión de la patente del US Army Corps of Engineers para el penetrómetro DCP. El penetrómetro DCP dispone de una norma ASTM aprobada, de referencia D9651M-09.
En nuestro catálogo puedes encontrar una página con más detalles y descripciones de este equipo. Básicamente se trata de contar los golpes y medir la penetración de la varilla con punta cónica. La norma ASTM incluye una correlación para obtener el índice CBR in situ a partir del valor de penetración (mm/golpe) medido en cada capa o nivel atravesado.
Recientemente hemos vendido el primer penetrómetro ligero DCP en España, con destino al control de calidad de la construcción de pavimentos aeroportuarios. Si necesitas más información, no dudes en contactar con nosotros, utilizando el formulario de contacto o nuestros teléfonos que figuran en el mismo.
Dado 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 la tabla siguiente hemos extraído los criterios del CTE 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 con creces el coste de dichas pruebas.
sobre diseño de pilotes con el lema 
Esta nueva revisión del PG-3 significa un reconocimiento de la utilidad de nuevos métodos de ensayo, como la 
Otro equipo al que se le pueden aplicar los mismos criterios es el penetrómetro dinámico ligero 
