Pruebas de carga en pilotes

Descripción de los ensayos a realizar para detectar posibles defectos del pilote.

Es un método económico y sencillo que detecta defectos importantes en la masa y calidad del pilote. Su inconveniente radica en que necesita la interpretación de un especialista.

Para efectuarlo se debe esperar a que el concreto adquiera una cierta resistencia. Cuando la esbeltez del pilote es importante o tiene varios cambios en su sección, en la punta del pilote no se detecta claramente.

El método mas seguro para determinar la capacidad de carga de un pilote, para la mayoría de los lugares, es la prueba de carga. Los ensayos de carga se hacen para determinar la carga máxima de falla de un pilote o grupo de pilotes o para determinar si un pilote o grupo de pilotes es capaz de soportar una carga sin asentamiento excesivo o contínuo.

La capacidad de carga en todos los pilotes, excepto los hincados hasta la roca, no alcanza su valor máximo hasta después de un periodo de reposo. Los resultados de los ensayos de carga no son una buena indicación del funcionamiento de los pilotes, a menos que se hagan después de un periodo de ajustes. En el caso de pilotes hincados en suelo permeable este periodo es de dos o tres días, pero para pilotes rodeados total o parcialmente por limo o arcilla, puede ser de mas de un mes.

Los ensayos de carga se pueden hacer construyendo una plataforma o cajón en la cabeza del pilote o grupo de pilotes, en la cual se coloca la carga, que puede ser arena, hierro, bloques de concreto o agua. Para hacer un ensayo mas seguro y más fácilmente controlable, se usan, para aplicar la carga, gatos hidráulicos de gran capacidad cuidadosamente calibrados. La reacción del gato será tomada por una plataforma cargada o por una viga conectada a pilotes que trabajaran a tracción. Una ventaja adicional del uso de gatos es que la carga sobre el pilote se puede variar rápidamente a bajos costos. Los asentamientos se miden con un nivel de precisión o, preferiblemente, con un micrómetro montado en un soporte independiente.

Introducción

La capacidad portante de un pilote instalado en suelo depende de factores muy variados y resulta difícil establecer su valor con una única fórmula. El proceso debe incluir factores variables de acuerdo al tipo de fenómeno que se provoca durante la instalación de un pilote.

La función del pilote consiste en recibir en su cabeza una carga de la superestructura y transferirla al suelo que lo rodea a través de toda su longitud. La única diferencia con la capacidad de carga de las fundaciones directas superficiales es la contribución de la acción de la superficie lateral del pilote.

OBJETIVOS

Objetivo general:

• Conceptualizar las pruebas de carga de los pilotes y su interpretación.

Objetivos específicos:

• Comprender el comportamiento de la interacción pilote – terreno.

• Determinar los ensayos más importantes para las pruebas de carga en pilotes.

• Conocer el comportamiento de los asentamientos elásticos de un grupo de pilotes.

• Interpretar las pruebas de carga en pilotes.

Interacción pilote terreno

INTERACCIONES

La forma de distribución del esfuerzo, el asentamiento y capacidad máxima de una cimentación por pilotaje, depende del efecto del pilote en el suelo. El pilote, representado por un cilindro de longitud L y diámetro D, es una discontinuidad en la masa de suelo, que reemplaza el suelo, según sea instalado por excavación, como un pilar, o por hinca.

• La excavación altera el suelo cambiando la forma de distribución
  del esfuerzo; el suelo puede ser comprimido hacia adentro, desorganizándose
  la estructura de las del suelo. Al forzar un pilote dentro del agujero o al
  colocar concreto fresco, puede que se fuerce parcialmente el suelo hacia afuera,
  originándose más alteración

• La hinca del pilote origina aun mayor alteración. La punta
  del pilote actúa como un pequeño cimiento con un cono de suelo
  que se forma debajo de ella que perfora hacia abajo forzando al suelo hacia
  los lados en sucesivas fallas de capacidad de carga.

• La respuesta de la estructura soportada en los pilotes es complejo,
  especialmente frente a solicitaciones dinámicas (sismos, viento,
  etc.). En grupos densos de pilotes, las interacciones entre pilotes vecinos
  a través del terreno tienen efectos importantes en la dinámica
  del conjunto.

Alrededor del pilote se forma una zona de alteración o suelo re amasado que tiene un ancho de D a 2D. Si la hinca va acompañada por un chorro de agua o la perforación de un pequeño agujero, la zona de alteración es menor.

• Dentro de la zona de alteración se reduce la resistencia de cohesión de las arcillas saturadas y de los suelos cementados. En la mayoría de los suelos no cohesivos se aumenta la compacidad y el ángulo de fricción interna, sin embargo, en un suelo muy compacto pudiera haber una reducción en la compacidad en la zona inmediata al pilote, debido al esfuerzo cortante y a una ligera reducción local del ángulo de fricción interno.

• El desplazamiento producido por la hinca de los pilotes tiene dos efectos.

• Primero, se produce un levantamiento del terreno en los suelos de arcilla saturada y en los no cohesivos compactos. El levantamiento del terreno algunas veces empuja lateralmente 30 o 60cm.

• Los pilotes hincados previamente levantan la superficie del terreno una cantidad equivalente al volumen de suelo desplazado.

• Segundo: Se establece una fuerte presión lateral en el suelo, los limitados datos disponibles indican que la presión lateral total, puede ser tanto como dos veces la presión vertical total de la sobrecarga de tierra y en las arenas la presión lateral efectiva puede ser desde la mitad a cuatro veces el esfuerzo vertical efectivo.

• La hinca de pilotes con martillo produce choque y vibración que se transmite, a través del terreno, a las estructura contiguas. Esto puede molestar a los ocupantes y cuando es muy intenso causa danos físicos. Si el suelo es arena muy suelta, fina y saturada, las vibraciones pueden causar una licuefacción temporal de la misma, con la correspondiente perdida de capacidad de carga, produciéndose graves danos; aunque esto raramente ocurre.

• Es más común que la superficie del terreno, a pesar del desplazamiento producido por los pilotes. El hundimiento se puede extender tanto como hasta 30m de la estructura, según la longitud de los pilotes y la intensidad de la hinca. Esto causa asentamientos y danos en los edificios cercanos.

Pruebas de carga en pilotes

El método más seguro para determinar la capacidad de carga de un pilote, para la mayoría de los lugares, es la prueba de carga. Los ensayos de carga se hacen para determinar la carga máxima de falla de un pilote o grupo de pilotes o para determinar si un pilote o grupo de pilotes es capaz de soportar una carga sin asentamiento excesivo o continúo.

La capacidad de carga en todos los pilotes, excepto los hincados hasta la roca, no alcanza su valor máximo hasta después de un periodo de reposo. Los resultados de los ensayos de carga no son una buena indicación del funcionamiento de los pilotes, a menos que se hagan después de un periodo de ajustes. En el caso de pilotes hincados en suelo permeable este periodo es de dos o tres días, pero para pilotes rodeados total o parcialmente por limo o arcilla, puede ser de mas de un mes.

Los ensayos de carga se pueden hacer construyendo una plataforma o cajón en la cabeza del pilote o grupo de pilotes, en la cual se coloca la carga, que puede ser arena, hierro, bloques de concreto o agua. Para hacer un ensayo mas seguro y más fácilmente controlable, se usan, para aplicar la carga, gatas hidráulicos de gran capacidad cuidadosamente calibrados.

La reacción de la gata será tomada por una plataforma cargada o por una viga conectada a pilotes que trabajaran a tracción. Una ventaja adicional del uso de gatas es que la carga sobre el pilote se puede variar rápidamente a bajos costos. Los asentamientos se miden con un nivel de precisión o, preferiblemente, con un micrómetro montado en un soporte independiente.

Las cargas se aplican en incrementos que sean un quinto o un cuarto de la carga del pilote que se haya fijado para el proyecto, hasta que se produzca la falla o se alcance una carga igual a dos veces la fijada para el proyecto; la carga se reduce después a cero, por decrementos. Cada asentamiento a intervalos regulares, hasta que su velocidad sea menor que 0.013 mm por hora. Posteriormente se dibuja la curva de asentamientos finales-carga, similar a la de la prueba de carga en placa.

Se ha propuesto muchos criterios diferentes para fijar la carga admisible o de trabajo, pero el mejor es el mismo que se emplea para cualquier otro tipo de cimentación:

La carga con un factor de seguridad adecuado (1.5 a 2 cuando se ha hecho ensayo de carga) o la carga que produce el mayor asentamiento total permisible, cualquiera que sea menor.

Asentamiento de un solo pilote

El asentamiento de un pilote aislado proviene del acortamiento elástico del fuste del pilote y, en parte, de la distorsión del suelo alrededor del pilote. Como mejor se determinan estos efectos es por el ensayo de carga.

El asentamiento se puede determinar por un análisis estático de la resistencia del pilote, calculando el acortamiento elástico de cada sección del fuste del pilote, teniendo en cuenta la porción de la carga total que queda en esa sección. El mayor asentamiento en todos los pilotes, excepto los que se apoyan en roca, proviene de la consolidación del suelo subyacente por los esfuerzos que desarrolla el grupo de pilotes.

Pilotes en tracción

Los pilotes en tracción se pueden analizar por el método estático (sin considerar la resistencia por la punta) o por pruebas de carga en tracción.

La resistencia a tracción de los pilotes con ensanchamiento en la punta se puede determinar mejor por ensayos de carga.

Ejecución de pruebas de carga

Las pruebas de carga serán ejecutadas totalmente por cuenta del CONTRATISTA en pilotes o de acuerdo al contrato establecido con anterioridad.

Si un pilote de fundación se rompiera durante la prueba de carga, con una carga inferior o igual a 1.5 (uno y medio) veces la carga admisible, el pilote será substituido por otro que satisfaga la condición de estabilidad de la fundación.

Las pruebas de carga deberán ser ejecutadas con estricto respeto de las normas que se dan a continuación:

1º INSTALACION Y EQUIPO

• Tratándose de pilotes moldeados "in situ", la prueba de carga solamente podrá ser realizada luego de un tiempo mínimo de cura de 15 días, salvo que haya sido usado cemento de alta resistencia inicial o proporciones especiales.

• El dispositivo de transmisión de la carga al pilote debe ser tal que la misma actúe axialmente sobre el pilote y de manera que no produzca choques. Para esto se aconseja la utilización de gatas hidráulicas unidas a bombas y manómetros, debidamente calibrados resistiendo contra una carga de reacción estable.

• La reacción disponible para prueba de carga debe ser suficientemente mayor que la carga de trabajo.

• Los desplazamientos de referencia, para medidas de desplazamientos, deben estar libres de influencia de la intemperie y de los movimientos de pilotes, del terreno circundante, del cajón o anclaje, y sus apoyos deben estar situados a una distancia igual, por lo menos, a cinco veces del diámetro del pilote y nunca inferior a 1.5 m.

• Las vibraciones de cualquier especie deben ser evitadas durante la realización de las pruebas de carga.

2º INSTALACION DE LA PRUEBA DE CARGA

a) La carga debe ser aplicada en etapas sucesivas no superiores a 20% de la carga de trabajo probable del pilote.

b) En cada etapa de carga los desplazamientos serán leídos inmediatamente después de la aplicación de esa carga y luego de los siguientes intervalos de tiempo: 1, 2, 4, 8, 15, 30 minutos, 1, 2, 3, 4 horas, etc.

Solo será aplicado nuevo aumento de carga después de verificada la estabilización de los desplazamientos con tolerancia máxima de 5 del desplazamiento total de esta etapa, entre lecturas sucesivas.

c) Los ensayos, en el caso de no llegarse hasta la rotura del terreno, se continuarán por lo menos hasta observarse un desplazamiento total de 15 mm o hasta una vez y media la carga de trabajo del pilote.

d) La carga máximo alcanzada en el ensayo, en el caso de no llegarse hasta la rotura, deberá ser mantenida por lo menos durante 12 horas, satisfaciéndose las condiciones estipuladas en el inciso "b" en lo referente a los intervalos de lectura.

e) Siempre que sea posible, la descarga deberá ser realizada por etapas sucesivas no superiores a 25% de las cargas totales del ensayo, debiéndose mantener cada etapa hasta la estabilización de los desplazamientos, dentro de la precisión de la medida.

3º RESULTADOS

• Como resultado del ensayo, el INGENIERO presentará una curva carga-asentamientos donde figuran las observaciones realizadas en el comienzo y en el final de cada etapa, con indicación de los tiempos transcurridos.

• Adjunta a la curva de resultados será presentada la siguiente información.

a) Situación del pilote de prueba en el terreno.

b) Día y hora de comienzo y de final de la prueba de carga.

c) Siempre que sea posible, referencia a la perforación de sondeo del estudio de fundación más próximo.

d) Tipo de pilote en cuestión, dimensiones, cota de la cabeza del pilote en relación a un Nivel Base, altura del bloque para transmisión de la carga, si hubiera, volumen de la base (en el caso de pilotes moldeados en el terreno): fecha de hinca, fecha de moldeado (en el caso de pilotes por filtración), proporciones del hormigón, informaciones sobre hechos anormales ocurridos durante la ejecución.

• De ser posible, datos de hincado: tipo de equipo de hinca de pilotes; tipo y peso del martillo; tipo, dimensiones y peso de la defensa sobre cabeza de hinca; altura y tipo de caída o energía de hincado; penetración en cada serie de golpes; penetración elástica y permanente por golpes, número de golpes por minuto.

• Referencia al dispositivo de carga, de medidas y calibrado de los manómetro.

• Hechos excepcionales durante la carga, perturbaciones en los dispositivos de carga y de medida, modificaciones en la superficie del terreno contiguo al pilote de prueba, eventuales alteraciones en los puntos fijos de referencia y cualquier inobservancia de las medidas, normas o eventualidades locales.

Métodos y ensayos de pruebas de carga de pilotes

MÉTODO SÓNICO

En el ensayo sónico de integridad de pilotes se utiliza un equipo desarrollado por el Instituto TNO de Holanda, que cuenta con más de veinticinco años de experiencia en este tipo de ensayos, habiendo ensayado millones de pilotes, y habiendo detectado centenares de pilotes con defectos más o menos serios.

El ensayo es del tipo de martillo de mano, cuyo golpe envía una onda de compresión a lo largo del fuste del pilote. Esta onda es reflejada por las discontinuidades del pilote, por su punta, o por cambios de sección o variaciones del terreno que lo rodea. Los movimientos consiguientes de la cabeza del pilote son captados por un acelerómetro. La señal del acelerómetro es amplificada y digitalizada por un sistema electrónico y convertida en medida de velocidad, que se presenta inmediatamente en la pantalla de un microcomputador portátil. La curva obtenida se puede archivar en el disco duro del equipo para su posterior tratamiento e impresión mediante ploter o impresora. El gráfico de velocidad de un pilote continuo aparece en la pantalla como una línea relativamente recta con dos picos. El primero de ellos es el causado por el impacto del martillo, mientras que el segundo es causado por la reflexión en la punta del pilote. El programa informático incorpora diferentes técnicas para mejorar y explotar las señales obtenidas, tales como suavizar y promediar los golpes de martillo, la obtención de la curva media de varios pilotes, y la amplificación de la señal con la profundidad de manera lineal o exponencial para compensar los efectos de pérdida de señal con la profundidad. Los pilotes no requieren ninguna preparación especial, únicamente se necesita que se haya realizado ya el descabezado en el momento del ensayo, para que el golpe del martillo se realice sobre hormigón sano y la onda no refleje en discontinuidades o coqueras del hormigón poco compacto existente en la cabeza del pilote antes del descabezado. La edad mínima del hormigón en el momento del ensayo es de siete días, para garantizar un grado de endurecimiento y un módulo de elasticidad que permitan que la onda se propague. En ocasiones se han conseguido obtener buenas señales a edades incluso más tempranas. Los ensayos no producen ninguna interferencia en la marcha de la obra, ya que se pueden ensayar grupos de pilotes a medida que se van construyendo y descabezando, y suele bastar un día o dos de preaviso para la realización de los ensayos. El rendimiento es elevado, y en condiciones óptimas se pueden ensayar más de 100 pilotes al día.

El ensayo sónico también se puede utilizar en pilotes de cimentaciones antiguas, realizando previamente una cata por el lateral del encepado y dando el golpe del martillo y captando la onda en un lateral del pilote.

Aceptación o Rechazo del Pilote

Con este ensayo pueden detectarse reflexiones insignificantes de la onda sónica en puntos del fuste por encima de la punta y una reflexión más importante de la onda en la punta. Si ésto sucede, el pilote puede ser aceptado.

En el caso de no poder apreciar una clara reflexión de la onda sónica en la punta (ésto puede suceder en pilotes muy esbeltos), el ingeniero especialista decidirá a que profundidad de ensayo puede considerarse válido.

Cuando se detectan reflexiones significativas de la onda por encima de la punta del pilote, el especialista debe dar una interpretación evaluando los defectos del pilote. Para realizarlo se vale de las curvas en el dominio de frecuencia, de modelos matemáticos u otros métodos y de los datos aportados por el constructor o la dirección facultativa.

Cuando la evaluación efectuada llega a la conclusión que el defecto detectado reduce significativamente la capacidad estructural, éste es rechazado.

Si las gráficas obtenidas resultan complicadas y de difícil lectura, se califica al pilote como cuestionable.

Un pilote cuestionable puede ser sometido a otras pruebas y ensayos complementarios, como pruebasd e carga estáticas y dinámicas, sondeos con recuperación de testigo continuo de hormigón, ensayos ultrasónicos cross-hole o, en el caso en que el defecto no esté a gran profundidad, se efectúa una excavación perimetral.

MÉTODO ULTRASÓNICO "CROSS-HOLE"

Los ensayos se realizan con el equipo UMQA4, que utiliza tecnología puntera en el mundo. El método se basa en registrar el tiempo que tarda una onda ultrasónica en propagarse desde un emisor a un receptor que se desplazan simultáneamente por dos tubos paralelos sujetos a la armadura del pilote. El tiempo medido es función de la distancia entre el emisor y el receptor y de las características del medio atravesado.

En el caso de existir defectos en el camino de las ondas tales como inclusiones de tierra, oqueades, coqueras u otros que hagan alargar el tiempo de recorrido, en la gráfica del ensayo queda reflejada la variación y la profundidad a que se ha producido.

Los datos son almacenados de manera digital en el equipo, y las gráficas pueden ser impresas directamente en la obra o revisadas e impresas en gabinete. Para la realización del ensayo se precisa que en los pilotes el constructor deje instalados tubos para poder introducir las sondas hasta la profundidad que se quiera ensayar. Los requisitos para estos tubos son los siguientes: Los tubos deben ser preferentemente de acero, con diámetro mínimo 40 mm y preferiblemente 50 mm. Se pueden emplear tubos de plástico en pilotes cortos, pero es muy fácil que se deterioren durante el hormigonado y queden inservibles. Los empalmes deben realizarse con manguitos roscados, ya que las uniones soldadas pueden producir rebabas que dificulten el paso de las sondas o deterioren los cables. Los extremos inferiores deben cerrarse herméticamente por medio de tapones metálicos, para impedir la entrada de elementos extraños y para evitar la pérdida del agua que deben contener durante el ensayo. Los extremos superiores deben también cerrarse para evitar la caída accidental de material hasta el momento de realización del ensayo. Sobresaldrán al menos 40 cm del hormigón del pilote. Los tubos deben llenarse de agua dulce limpia previamente al ensayo, y deberá comprobarse que no tienen obstrucciones, ni se producen pérdidas de agua. El número de tubos por pilote, según la norma francesa DTU 13.2, es el siguiente:

• 2 tubos para diámetros de pilote inferiores o iguales a 60 cm.

• 3 tubos para diámetros de pilote hasta 120 cm.

• 4 tubos para diámetros de pilote superiores a 120 cm.

Los pilotes deben estar accesibles y sin presencia de agua. El hormigón no tiene, en general, menos de una semana en el momento del ensayo. Es recomendable disponer de un plano con la identificación de los pilotes, su longitud aproximada, e información sobre posibles incidencias durante su construcción. En condiciones óptimas, se pueden realizar más de 130 m de ensayo a la hora.

Tareas Previas

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 diámetros entre 40 y 50 mm, prefiriéndose el de mayor diámetro. También se usan tubos plásticos en pilotes cortos, pero no convienen pues se deterioran fácilmente durante el hormigonado quedando inutilizados.

• Los empalmes se realizan con manguitos roscados, no se usan uniones soldadas pues dejan rebarbas que dificultan el paso de las sondas o perjudican los cables.

• El extremo inferior de cada tubo debe cerrarse con tapones metálicos en forma totalmente hermética, de esta manera se impide que ingresen elementos extraños y que haya pérdida de agua que deberá contener al momento del ensayo.

• El extremo superior debe cerrarse para impedir que caiga cualquier material hasta el momento del ensayo; deben sobresalir como mínimo 40 cm del hormigón del pilote.

• Antes del ensayo se llenan los tubos con agua limpia, comprobando que no haya obstrucciones ni pérdidas de agua.

• Número de tubos por pilote:

2 tubos para Ø de pilote igual o menor a 60 cm.

3 tubos para Ø de pilote hasta 120 cm.

4 tubos para Ø de pilote mayores a 120 cm.

• El hormigón deberá tener al menos una semana de construido habiendo adquirido cierta resistencia para efectuar el ensayo.

• Conviene disponer de un plano identificando cada pilote, longitud aproximada y datos sobre posibles incidencias durante su elaboración.

• Antes del ensayo se debe pasar una plomada por cada tubo midiendo su longitud y comprobando que no haya obstrucciones.

• Comprobar previamente que estén llenos de agua.

ENSAYO

Este método 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, ésto queda reflejado en la gráfica de ensayo indicado en las variaciones y la marcando la profundidad donde se ha encontrado.

En los pilotes con 4 tubos, se efectúan 6 ensayos, 4 en las aprejasde 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 después de cerciorarse que se encuentren en el mismo plano horizontal.

ACEPTACIÓN O RECHAZO DEL PILOTE

Los pilotes que muestran una gráfica uniforme de tiempo de llegada de la onda ultrasónica en toda su longitud y en todos los perfiles ensayados, son aceptados.

Cuando uno o varios de los perfiles entre parejas de tubos muestran retrasos notables o pérdidas de la señal a una o varias profundidades, el ingeniero especialista dará una interpretación evaluando los defectos probables del pilote.

La disposición y la cantidad de perfiles de una anormalidad detectada a una misma profundidad puede indicar el lugar afectado en planta.

Para tener mayores precisiones, el ingeniero especialista acudirá a la información del constructor, y de todos aquellos agentes que intervengan en el proceso constructivo.

MÉTODOS DE ENSAYO DE INTEGRIDAD ESTRUCTURAL

Las nomenclaturas existentes son variadas y contradictorias en la literatura técnica y en la publicidad de las casas suministradoras de equipos y de las empresas que realizan ensayos, utilizándose palabras como "sónico", "sísmico" y "dinámico" con diferente significado según los autores, por lo que los nombres utilizados a continuación pueden no coincidir con los que aparezcan en otros documentos, aunque trataremos de hacer referencia más al método en si que al nombre.

Son tres los métodos de ensayo de integridad de pilotes más difundidos, que también se emplean en nuestro país:

a )El más utilizado internacionalmente consiste en golpear la cabeza del pilote con un martillo de mano y obtener mediante instrumentación el movimiento de la cabeza del pilote como consecuencia de la onda de tensión generada. Es un método dinámico que induce una baja deformación en el pilote, denominándose generalmente "método sónico", aunque también se le nombra como "sísmico", "ensayo de integridad de baja deformación", "sonic echo" (en inglés) o "ensayo de impedancia mecánica". Se aplica a cualquier tipo de pilote, no requiere ninguna preparación especial en el mismo, ni necesita equipo pesado, por lo que resulta económico y de gran rendimiento.

b)Otro método muy conocido consiste en hacer descender un emisor y un receptor de ultrasonidos por dos conductos huecos paralelos en el interior del fuste del pilote, registrándose el tiempo empleado en recorrer la distancia entre ambos. Es también un método dinámico que induce una baja deformación en el pilote, denominándose generalmente "cross-hole ultrasónico", aunque también se le denomina "sondeo sónico", "sondeo sísmico", "ensayo sísmico paralelo", "cross hole sonic logging" (en inglés) o "ensayo por transparencia sónica". Requiere que se dejen dos o más tubos embebidos en el hormigón, o que se realicen taladros en el hormigón endurecido. Una vez realizado esto, el ensayo es rápido y no precisa equipos pesados  Este método se utiliza también en muros pantalla de hormigón armado. c) El tercer método es el que dispone de más tradición, consistiendo en dejar caer una masa importante sobre la cabeza del pilote protegida por una sufridera, instrumentándose la cabeza del pilote para obtener la fuerza y la velocidad en función del tiempo. Es un método utilizado preferentemente en pilotes hincados, ya que aprovecha la misma energía proporcionada por el martillo de hinca. Es un método dinámico que induce una fuerte deformación en el pilote, denominándose generalmente "ensayo de respuesta dinámica" o simplemente "ensayo dinámico", aunque algunos autores no lo incluyen entre los ensayos de integridad. En pilotes hincados no requiere preparación especial ya que se utiliza el mismo martillo de hinca y la instrumentación es sencilla, pero en otros tipos de pilotes si que requiere medios pesados, ajenos a los de ejecución del pilote, para disponer sobre el mismo una masa considerable con una cierta altura de caída. En la actualidad se han desarrollado sistemas más sencillos y transportables de dar la energía necesaria para el ensayo.

En la Tabla 1 figuran algunos de los parámetros característicos de los diferentes tipos de ensayos descritos, comparados también con los ensayos estáticos de puesta en carga.

ENSAYOS RAPIDOS DE CARGA

Los ensayos estáticos de carga permiten conocer el comportamiento real de los pilotes en el terreno, sometidos a cargas generalmente superiores a las de servicio, pero con un coste elevado. Los modernos ensayos rápidos de carga permiten la realización de pruebas de carga a un coste razonable, permitiendo un diseño más ajustado del pilotaje y beneficiándose de los coeficientes de seguridad más bajos que permiten las normas cuando se realizan pruebas de carga.

Los más empleados son los ensayos dinámicos y el ensayo semiestático Statnamic. En el ensayo dinámico se utiliza una masa que cae e impacta sobre el pilote para movilizar su resistencia por punta y por fuste, y mediante instrumentación electrónica captar su comportamiento y obtener después por cálculo numérico la capacidad portante del pilote. El sistema Statnamic utiliza una cámara de combustión colocada en la cabeza del pilote, en la que se produce la ignición controlada de un combustible, levantándose unos contrapesos y por reacción una compresión suave sobre el pilote, obteniéndose directamente por instrumentación la carga aplicada y el desplazamiento producido.    

El método más conocido es el mismo ensayo dinámico del capítulo anterior, tercer método para la comprobación de la integridad estructural de pilotes. Está descrito en la norma ASTM D 4945-89 y es utilizado en todo el mundo, tanto en pilotes hincados como en pilotes perforados.

En pilotes prefabricados la carga se aplica con el mismo martillo de hinca empleado. En pilotes perforados y hormigonados "in situ" hace falta buscar una carga cualquiera con un peso entre 1 y 1,5 % de la carga de prueba estática y una altura de caída entre 2 y 3 m. Es decir, para una carga de prueba de 500 t, se necesita una masa de 5-7 t suspendida con una grúa.

La cabeza del pilote se prepara usualmente realizando un recrecido de hormigón dentro de una camisa metálica, en el que se colocan los sensores de velocidad y deformación, con una superficie plana en el extremo superior protegida por una chapa metálica y una sufridera sobre la que se produce el impacto. La carga se eleva con una grúa y se deja caer sobre el pilote, registrándose en un ordenador portátil la fuerza y la velocidad en la cabeza del pilote en función del tiempo. Es importante que la energía del impacto sea suficiente para movilizar la capacidad resistente del suelo. Por ello es usual aplicar 4 ó 5 golpes con altura de caída creciente, registrándose los parámetros de la respuesta del pilote. Los resultados obtenidos se tratan en el ordenador con programas informáticos que incorporan diferentes fórmulas o métodos numéricos para estimar la capacidad de carga y presentar los resultados obtenidos de manera rápida, incluso en la misma obra. Es práctica usual realizar al menos un ensayo estático de carga de tipo convencional en un pilote ensayado dinamicamente, con objeto de correlacionar la resistencia estática y dinámica del pilote. En el caso de que exista ya experiencia local en pilotes similares con parecidas condiciones del subsuelo, se puede obviar el ensayo estático de carga.

El otro método rápido de ensayo de carga es el denominado "Statnamic". en el método dinámico era de pocos milisegundos, por lo que no se produce onda de choque ni efectos dinámicos, que en determinados casos pueden llegar a dañar al pilote. Se empuja el pilote de manera suave hasta la carga de prueba prevista, obteniéndose una curva carga-asiento directa e instantáneamente. La aceleración que sufre el pilote es de 1 g, mientras que en el ensayo dinámico es de 100 a 1000 g.

Para conseguir aplicar una carga importante de esta manera suave, se utiliza un ingenioso sistema  consistente básicamente en una cámara de combustión colocada en el centro de la cabeza del pilote, en la que se produce la ignición controlada de un combustible. La fuerza generada levanta un pistón sobre el que apoyan unos contrapesos importantes, del orden del 5 al 10% de la carga estática de prueba. Por el principio de acción y reacción, una fuerza centrada de igual magnitud comprime el pilote.

Los contrapesos pueden ser construidos "in situ", con materiales locales (hormigón o acero), de tipo modular, de manera que se pueden apilar sobre el pistón en piezas manejables de no más de 3 t de forma circular, con un hueco en el centro para dejar pasar un eje centrador, que sirve también de vía de escape de los gases de la combustión. El conjunto queda dentro de un contenedor cilíndrico exterior de chapa relleno de grava, que, al producirse la ignición y levantarse los contrapesos, rellena los espacios creados y amortigua la caída posterior de los contrapesos. Ultimamente se han desarrollado bastidores metálicos que simplifican la operación de frenado y sujección de los contrapesos.

La instrumentación consiste en una célula de carga que mide directamente la fuerza aplicada a la cabeza del pilote y en un sensor de desplazamientos por láser colocado en la cabeza del pilote, sobre el que incide un rayo láser de referencia desde 20 m de distancia. Se obtiene de este modo una curva carga- deformación de manera instantánea en la pantalla del ordenador portátil que recibe las señales.

En la se comparan los resultados obtenidos con dos pruebas estáticas de carga y una Statnamic en pilotes con carga de trabajo 1,55 MN (158 t) ensayados con carga de prueba 200 % de la de trabajo, 3,1 MN (316 t). Como se puede ver, los resultados son idénticos.

Se puede ensayar un pilote al día, con un costo sensiblemente inferior al de una prueba estática convencional.

ENSAYO ESTATICO

Aplicación de una carga, según un determinado procedimiento (normalizado) y registro de los desplazamientos provocados por dicha carga.

• Las pruebas de carga estáticas permiten conocer el comportamiento real de los pilotes en el terreno, sometidos a cargas generalmente superiores a las de servicio. Se realizan en la fase de proyecto de la cimentación, o en la fase de construcción, como comprobación del diseño realizado. Dadas las elevadas cargas a aplicar, usualmente del orden de cientos o miles de toneladas, son ensayos costosos, por lo que la participación de consultores especializados y con medios adecuados es fundamental para el éxito técnico y económico de las pruebas. Las cargas de prueba se aplican con gatos hidráulicos, y los asentamientos de la cabeza del pilote se miden 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.

ENSAYOS CON METODOS NO DESTRUCTIVOS

Son tres los métodos utilizados en nuestro país para comprobar la integridad estructural de pilotes mediante sistemas no destructivos:

• El método sónico mediante martillo de mano que genera una onda sónica que baja por el fuste del pilote, rebota en la punta y es captada por un acelerómetro. También se le conoce como "ensayo de impedancia mecánica" o "sonic echo" (en inglés).

• El método de cross-hole ultrasónico, que consiste en hacer descender un emisor y un receptor de ultrasonidos por dos conductos huecos paralelos en el interior del fuste del pilote, registrándose el tiempo que tarda la onda en recorrer la distancia entre ambos. También se le conoce como "sondeo sónico" o "ensayo por transparencia sónica".

• El tercer método es el ensayo dinámico mediante un impacto importante sobre la cabeza del pilote. Generalmente se realiza en pilotes prefabricados utilizando el mismo martillo de hinca, siendo al mismo tiempo un ensayo de integridad estructural del pilote y un ensayo rápido de carga. En todo el mundo se está ya utilizando también sobre pilotes hormigonados "in situ".

El incremento de la demanda de estos ensayos en nuestro país ha provocado que estos salgan del ámbito de unos pocos especialistas para entrar de lleno en el abanico de servicios de los laboratorios generalistas de ensayos de materiales de construcción. Sin embargo, con frecuencia no se obtienen los niveles de calidad esperados en la realización de los ensayos, debido a que no siempre los equipos comprados tienen la tecnología óptima y a que las personas que los utilizan e interpretan no disponen muchas veces de la suficiente experiencia y preparación. GENERALIDADESLos ensayos de integridad de pilotes suministran informaciones sobre las dimensiones físicas, la continuidad o la consistencia de los materiales empleados en los pilotes, y no suministran información directa sobre el comportamiento de los pilotes en condiciones de carga. Estos ensayos no pretenden reemplazar a los ensayos estáticos de carga, sino que constituyen una fuente adicional de información sobre los pilotes construidos. Significan una potente herramienta de trabajo para poder determinar experimentalmente la existencia de defectos en los pilotes con rapidez y economía, por lo que son utilizados básicamente como control de calidad generalizado de los pilotes.

En el caso de detectarse anomalías mediante los ensayos de integridad, la dirección de obra puede recurrir a otros métodos para intentar investigar las causas, la naturaleza y la extensión de la anomalía, y determinar si el pilote es apto para el uso que se pretende. Los métodos empleados tradicionalmente en estos casos son la excavación alrededor del pilote y los sondeos con extracción de testigo continuo del fuste del pilote. La realización de sondeos solo permite obtener datos del testigo extraído y de las paredes del sondeo, cuya posición con respecto al eje del pilote es difícil de conocer exactamente cuando la profundidad es grande.

Los resultados de los ensayos de integridad necesitan ser interpretados por personal experimentado. Las modernas técnicas electrónicas e informáticas permiten un procesamiento y un tratamiento de las señales que facilitan la posterior presentación e interpretación de los resultados. No se puede esperar que los ensayos de integridad identifiquen todas las imperfecciones existentes en un pilote, pero son una potente herramienta principalmente como salvaguardia contra defectos importantes. Los ensayos de integridad pueden identificar defectos de menor importancia que no afecten gravemente al pilote, por lo que resulta fundamental la experiencia del técnico responsable de la interpretación.

Las pruebas de carga permiten conocer el comportamiento real de los pilotes en el terreno, sometidos a cargas generalmente superiores a las de servicio. Se realizan en la fase de proyecto de la cimentación, o en la fase de construcción, como comprobación del diseño realizado. Dadas las elevadas cargas a aplicar, usualmente del orden de cientos de toneladas, son ensayos muy costosos, por lo que la tendencia es a realizarlos cada vez menos y solo en obras de elevado presupuesto. Los modernos ensayos rápidos de carga, de coste muy inferior, permiten la realización de pruebas de carga en obras de presupuestos medios, que se benefician así también del diseño más ajustado que admiten las normas cuando se realizan ensayos de carga.

Interpretación de las pruebas de carga

Los ensayos de integridad de pilotes suministran informaciones sobre las dimensiones físicas, la continuidad o la consistencia de los materiales empleados en los pilotes, y no suministran información directa sobre el comportamiento de los pilotes en condiciones de carga.

Estos ensayos no pretenden reemplazar a los ensayos estáticos de carga, sino que constituyen una fuente adicional de información sobre los pilotes construidos. Significan una potente herramienta de trabajo para poder determinar experimentalmente la existencia de defectos en los pilotes con rapidez y economía, por lo que son utilizados básicamente como control de calidad generalizado de los pilotes.