Para la realización del ensayo de integridad estructural de pilotes por el método de transparencia sónica o «cross-hole» ultrasónico es necesario dejar unos tubos huecos embebidos en el hormigón por los que poder introducir los transductores ultrasónicos (emisor y receptor de pulsos ultrasónicos) una vez endurecido éste. Esos tubos deben sobresalir («stickup») del hormigón del pilote, o del suelo o aire que tenga por encima, para permitir una ejecución correcta y segura del ensayo.
La gráfica o «diagrafía» resultado del ensayo muestra la curva del FAT (primer tiempo de llegada de la onda ultrasónica entre los dos tubos), la de la energía relativa con que llega la onda al receptor, y generalmente también la «cascada» o vista de conjunto de todos los pulsos ultrasónicos superpuestos. La ejecución del ensayo requiere que se tomen datos hasta el extremo superior de los tubos de acceso, quedando la diagrafía con el origen 0 m de profundidades en dicho extremo superior de los tubos. La duda que surge entre los ejecutores de estos ensayos es la de si es necesario o no reflejar en la diagrafía el extremo superior del pilote por encima de su cota de descabezado definitiva. Si no se refleja, se puede generar la duda de que el ensayador ha eliminado ese extremo superior de la diagrafía para ocultar posibles anomalías o fallos de ejecución, o incluso alterado la cota de descabezado por el mismo motivo.
Para evitar esta posibilidad y garantizar la integridad de los resultados del ensayo por todos los medios, la última versión del programa Chum de Piletest ahora presenta siempre en la diagrafía el área ensayada del extremo superior de los tubos, para que quede claro el resultado del ensayo en esa zona. En las dos diagrafías siguientes del mismo ensayo se observa a la izquierda cómo queda la diagrafía con el origen de profundidad en la cota de descabezado en la nueva versión del programa Chum, y a la derecha cómo antes se podía eliminar su extremo superior.
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PET (Pile Echo Tester) es uno de los equipos más populares en el mundo y el primero en España para la realización de ensayos de integridad estructural de pilotes por el método de eco sónico.
El fabricante Piletest acaba de lanzar una actualización importante del programa informático que controla el ensayo y emite informes.
Los usuarios de Pet familiarizados con el programa podrán comprobar en las imágenes que la presentación se ha modernizado, con opciones de menú representadas por iconos y ventanas que permiten una interacción más rápida con el equipo, lo que redunda en un menor tiempo de ensayo y una mayor productividad en campo y en oficina.
La actualización incluye también algunas opciones nuevas, como la posibilidad de eliminar varios golpes de una vez, o la ordenación de golpes referida a un golpe seleccionado, entre otras.
La actualización está disponible para su descarga en la web de Piletest, a la que los usuarios registrados pueden acceder mediante este enlace.
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El método de eco sónico para ensayar la integridad estructural de pilotes no lleva mucho tiempo en cada pilote, pero cuando llegas a obra y tienes 100, 200 o más pilotes por ensayar, las horas pasan rápidas y se agradece cualquier tipo de ayuda para poder terminar la jornada con el trabajo de campo finalizado y evitar tener que volver a la obra el día siguiente.
El popular equipo PET (Pile Echo Tester) de Piletest.com Ltd incorpora en su software algunas ayudas que permiten reducir sustancialmente el tiempo de ejecución del ensayo.
La primera de ellas es la opción de crear múltiples pilotes de una sola vez, al contrario que lo habitual, que es ir al tajo de los pilotes y empezar a crear y ensayar los pilotes uno tras otro, según los vas encontrando. Eso quiere decir que tienes que localizar su identificación en el plano, introducirla manualmente en el programa y repetir esta operación en cada pilote. Incluso puedes ponerles a todos una longitud esperada y una velocidad de la onda sónica común.
Pero si eliges la opción de menú «Introducir múltiples pilotes» al inicio del trabajo puedes crear de una sola vez todos los pilotes que quieras (100, 200 o más) con numeración correlativa, e incluso con un prefijo y un sufijo. El ahorro de tiempo es muy grande, y si hay algún pilote que no se ensaya, se puede borrar después en la oficina.
El programa Pet lleva otra familia de ayudas que se denominan «Opciones inteligentes» (smart options), que también reducen el tiempo de ejecución y de análisis posterior de los ensayos. Están recogidas en el siguiente menú.
La primera opción inteligente es el «disparador inteligente» (Smart Trigger), que desprecia reflectogramas extraños captados por el equipo y no los guarda. Eso evita dedicar tiempo luego al borrado de esos golpes.
La segunda opción inteligente es la «selección automática» (Auto Sort) de los mejores reflectogramas captados por los golpes de martillo. Hay que definir con cuantos golpes queremos quedarnos, en el ejemplo de la imagen son 15 golpes. El resto se van a eliminar, lo que evita que dediquemos tiempo de análisis posterior para eliminar manualmente los golpes peores. El algoritmo funciona así en el ejemplo: se van captando los primeros 15 golpes y al llegar al golpe 16 se elimina automáticamente el golpe que difiere más de la media de todos. Si seguimos dando golpes con el martillo en la cabeza del pilote, se van quedando en pantalla sólo los 15 que se parecen más al golpe medio.
La tercera opción inteligente es la aparición en la pantalla de un letrero que pone «Convergencia» (Convergence) cuando llevamos dando unos cuantos golpes de martillo y la media de todos los reflectogramas captados no varía casi nada cuando añadimos un golpe adicional. Es un algoritmo que nos avisa de no dedicar más tiempo al ensayo de ese pilote porque el reflectograma medio prácticamente no varía con golpes adicionales. Se trata de un aviso en pantalla, que no impide que se sigan dando y guardando más golpes, si el operador del ensayo lo considera necesario. En el menú hay que establecer el número mínimo de golpes a partir del cuan aplicar el algoritmo de convergencia (en el ejemplo mostrado son 15 golpes), y el umbral de variación del reflectograma medio por debajo del cual se muestra el aviso en pantalla (5% en el ejemplo).
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PET-BT es el equipo inalámbrico de Piletest para realizar ensayos sónicos o de eco para comprobar la integridad de pilotes. Google actualizó recientemente su política para el almacenamiento de datos de las aplicaciones de Android, lo que ha permitido a Piletest mejorar el software. Estas mejoras permiten compartir sin esfuerzo los datos de ensayo, tomados por el software PET en sistema operativo Android, con el software PET en SO Windows para generación de informes y análisis en la oficina.
Simplemente haz clic en el botón compartir.
Para garantizar una experiencia de uso compartido fluida, recomendamos a los usuarios del equipo Pet-BT descargar en su PC la versión más reciente del software PET para Windows, y usar en su teléfono o tablet de campo la última versión de PET para Android disponible en la tienda Google Play.
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Chum de Piletest es utilizado en todo el mundo para realizar ensayos ultrasónicos «cross-hole» de integridad estructural de pilotes y cimentaciones profundas, método también denominado como «Cross-hole sonic logging» o CSL. Lo que no es tan conocido es que puedes utilizar el Chum para obtener tomografías ultrasónicas 2D o 3D de un pilote. Explico un poco más a continuación.
El sistema habitual de realización del ensayo consiste en ir moviendo el emisor y el receptor de ultrasonidos por el interior de los tubos embebidos en el pilote, mientras se van realizando barridos ultrasónicos horizontales en el plano definido por los dos tubos.
Obtenemos así las conocidas diagrafías o gráficas con una curva principal, la del primer tiempo de llegada de la onda o FAT «first arrival time», y otras opcionales que indican la velocidad aparente de la onda, la energía relativa con la que llega, una «cascada» gráfica que visualiza las ondas, la amortiguación de la onda, y otras. Cuando entre el emisor y el receptor se encuentra una inclusión de un material diferente del hormigón del pilote, las ondas se reflejan y se refractan, por lo que en las gráficas se detecta un retraso en el FAT, una pérdida de energía de la onda, una disminución de su velocidad aparente, y otros efectos en otras curvas.
Con esa diagrafía sabemos que entre esos dos tubos hay algún cuerpo extraño. Dado que se suelen realizar varios barridos ultrasónicos combinando los tubos existentes por parejas, al final disponemos de varias diagrafías en varios planos verticales, que nos pueden permitir localizar aproximadamente la posición del cuerpo extraño en profundidad y en planta.
Con la tomografía 2D podemos mejorar la localización del cuerpo extraño detectado previamente mediante Chum. Es decir, sabremos si está más cerca del tubo de la derecha, del de la izquierda, o en el medio, y visualizaremos la posición aproximada, como se ve en la imagen adjunta. Se trata de una utilidad incluida de serie en el sistema Chum de Piletest.
Para poder generar esa imagen tomográfica en 2D, se deben realizar barridos ultrasónicos inclinados, intentando contornear la zona donde se encuentra la inclusión detectada. Al disponer los dos cables de sendas poleas instrumentadas, el software Chum detecta en cada momento la profundidad del emisor y del receptor de ultrasonidos, por lo que puede trazar el segmento inclinado que los une y calcular su longitud y la velocidad aparente de la onda ultrasónica en ese recorrido. El software discretiza digitalmente el rectángulo entre los dos tubos en multitud de pixeles cuadrados, comprueba las velocidades aparentes de los pulsos que pasan por cada pixel, y llega así a saber cuales pixeles tienen retrasos en la llegada de la onda y cuales no. De este modo se consigue representar en 2D el contorno de la inclusión en esa diagrafía.
A continuación figura un caso de una tomografía 2D realizada por nosotros en una pantalla contínua instrumentada con tubos sónicos, en la que se colocó un fallo artificial mediante una caja de llena de arena entre dos de los tubos. En la foto se puede ver la posición de la caja de arena entre los tubos 1 y 2. En el croquis en planta está reflejada la posición de los tubos y de la inclusión artificial, y en la gráfica figura la imagen tomográfica 2D obtenida, con la inclusión detectada en las proximidades del tubo 1, así como la parte superior de los tubos que sobresalía del hormigón. El software permite asignar códigos de colores a los pixeles en función del porcentaje de retraso de la onda ultrasónica, con lo que la zona de sombra a los ultrasonidos creada por la inclusión queda bien marcada.
La tomografía 3D con Chum se puede conseguir a partir de los datos de la tomografía 2D realizada previamente en un pilote en todas las combinaciones posibles entre cada dos tubos.
Toma de datos
Se realiza en la oficina con un software específico denominado CHUM 3DT de Piletest, que no viene de serie con el equipo Chum y debe adquirirse aparte.
De manera análoga al caso de tomografía 2D, el software discretiza el volumen del pilote en elementos cúbicos tridimensionales o vóxeles, y realiza un cálculo para determinar la velocidad de las ondas ultrasónicas que lo han atravesado. El resultado es un modelo tridimensional del pilote generado por el software Chum 3DT, que puede ser representado gráficamente mediante secciones longitudinales o transversales y mediante vídeos 3D en movimiento.En la foto figura un pilote antes de hormigonar en el que se han introducido fallos artificiales. En la siguiente imágen se ve la diagrafía convencional realizada previamente a la toma de datos para tomografía, dos secciones obtenidas con tomografía 3D y una imágen tridimensional. El modelo tridimensional 3D se puede ver en movimiento en el siguiente vídeo generado mediante el software CHUM 3DT.
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El fabricante de sistemas de ensayo para determinar la integridad estructural de pilotes y cimentaciones profundas Piletest ha lanzado recientemente actualizaciones del software de sus populares CHUM y PET. El primero realiza ensayos ultrasónicos «cross-hole» a través de tubos embebidos en el hormigón, y el segundo ensayos sónicos con martillo de mano.
La nueva versión Chum V5.0.1 incluye las siguientes mejoras:
Total adecuación a la nueva versión de la norma ASTM D6760-16 «Standard Test Method for Integrity Testing of Concrete Deep Foundations by Ultrasonic Crosshole Testing».
Nueva interfaz de usuario simplificada.
Se puede cambiar un pilote desde un sector a otro simplemente arrastrando el icono.
Las curvas de Energía y Atenuación se han combinado en una sola denominada Energía Relativa.
Las marcas que identifican zonas con tiempo de llegada y energía anómalas se han cambiado al lado izquierdo de la diagrafía, lo que resulta en una presentación más sencilla.
Se pueden añadir Observaciones favoritas. Clicando en la diagrafía se añade la profundidad correspondiente a la observación.
Se añade una opción de presentación de diagrafías en tomografía 2D.
Mejoras en la creación de informes.
Corrección de errores y mejoras de estabilidad y funcionamiento.
La nueva versión Pet V4.1.6 incluye las siguientes mejoras:
Se han añadido unas «marcas de repetición» que permiten comprobar si hay rebotes periódicos de la onda sónica.
Selección de Pet Bluetooth más simple.
Indicación de que los drivers USB están bien instalados.
Ayuda rápida para los principales comandos.
Se añade una opción para modificar el afilado de los picos de la curva en el menú «Modificar todos».
La carpeta de proyecto permanece bloqueada mientras está abierta, para prevenir modificaciones accidentales que la renombren, muevan o borren.
Se han añadido opciones para incluir la curva FFT y la de amplificación en el informe.
Se ha añadido una opción para generar una tabla resumen de resultados.
Los usuarios de Piletest pueden actualizar su software descargando las nuevas versiones de la página web de Piletest http://www.piletest.com/uc_login.asp utilizando sus contraseñas de usuario. Si eres usuario y no encuentras tus contraseñas, puedes ponerte en contacto con nosotros a través de este formulario de contacto, o directamente con el fabricante Piletest.
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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El fabricante de equipos para ensayos de integridad de pilotes Piletest acaba de lanzar nuevas versiones para el software de sus equipos:
PET para ensayos sónicos de pilotes con martillo de mano, o de eco. Nueva versión 4.1.4.
CHUM para ensayos ultrasónicos «cross-hole» en tubos embebidos en el hormigón del pilote, también denominados de transparencia sónica o CSL. Nueva versión 4.4.7.
Las mejoras introducidas en los programas afectan a la usabilidad de los mismos, con presentación más actual y adecuada para Windows 10, con mejor visibilidad en la pantalla en el exterior, y con algunas opciones nuevas.
Los usuarios actuales de Pet y Chum pueden descargarse las nuevas versiones sin costo a través de la Comunidad de Usuarios de Piletest en su web, utilizando las contraseñas facilitadas por el fabricante de que disponen.
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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.
Se 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.
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