Fórmulas Dinámicas

Los intentos de determinar la capacidad del pilote utilizando el análisis dinámico se remontan al siglo XIX, cuando se desarrolló una fórmula dinámica que consideraba la energía del martillo de la hinca de pilotes y el conjunto del pilote para encontrar la capacidad de carga. A principios de los años 1940, los ingenieros más prominentes, como Karl Terzhagi, publicaron y debatieron los resultados de un gran estudio sobre fórmulas dinámicas. Esos académicos concluyeron que ninguna de las fórmulas era precisa (ver Likins, GE, Fellenius, BH, Holtz, RD, marzo de 2012. Fórmulas de la hinca de pilotes: pasado y presente – Pruebas a gran escala y diseño de cimientos; ASCE Geo-Instituto Geotécnico Publicación Especial No. 227; 737-753.) y en su lugar recomendaron el uso de pruebas de carga estática para determinar la capacidad del pilote. En la actualidad, las fórmulas dinámicas se han reemplazado en gran parte por análisis de ecuación de onda más precisos y pruebas dinámicas de alta esfuerzo, aunque las fórmulas todavía se utilizan ocasionalmente a pesar de sus imprecisiones y el hecho de que no pueden predecir las tensiones durante la hinca.

Análisis de ecuación de onda

En la década de 1950, E.A. Smith, de Raymond Pile Driving Company, estudiaba la propagación de ondas en varillas delgadas y desarrolló un método de análisis numérico para predecir la relación de capacidad versus el recuento de golpes e investigar las tensiones en la hinca de pilotes. El modelo representa matemáticamente el martillo y todos sus accesorios (ariete, tapa, bloque de tapón), así como la hinca, como una serie de masas agrupadas y resortes en un análisis unidimensional. La reacción del suelo para cada segmento de pilote se modela como plástico viscoelástico. Todos los componentes del sistema son realísticamente modelados.

El análisis comienza con la caída del martinete y la velocidad inicial en el momento del impacto. Este método es la mejor técnica para predecir la relación entre la capacidad de pila y el recuento de golpes (o conjunto por golpe), y es el único método disponible para predecir las tensiones de hinca de pilotes. Descargue el programa gratuito PDI-Wave para visualizar la propagación de ondas después del impacto del ariete, así como las fuerzas resultantes, velocidades, tensiones y desplazamientos.

Las mejoras en el método de Smith incluyen el trabajo de GRL para incorporar un modelo de martillo diésel termodinámico y tensiones residuales. El programa GRLWEAP Ecuación de Onda Análisis De Pilotes se basa en el método de Smith. El enfoque de ecuación de ondas es una excelente herramienta predictiva para el análisis del impacto de la hinca de pilotes, pero tiene algunas limitaciones. Estas limitaciones son debidas principalmente a la incertidumbres en la cuantificación de algunas de los aportes requeridos, como el rendimiento real del martillo y los parámetros del suelo.

Pruebas dinámicas de alta tensión

Cuando un martillo o un contrapeso golpea la parte superior de un cimiento, una onda de tensión de compresión baja por su eje a una velocidad c, que es una función del módulo elástico E y la densidad de masa. El impacto induce una fuerza F y una velocidad de partícula v en la parte superior del cimiento. La fuerza se calcula multiplicando las señales medidas de un par de transductores de tensión conectados cerca de la parte superior del pilote por el área del pilote y los módulos. La medida de la velocidad se obtiene integrando señales de un par de acelerómetros también conectados cerca de la parte superior del pilote. Los transductores de tensión y acelerómetros transmiten datos a un sistema de pruebas dinámicas de alta tensión, como el Pile Driving Analyzer® (PDA), para el procesamiento de señales y los resultados.

Siempre que la onda viaje en una dirección, la fuerza y ​​la velocidad son proporcionales: F = Zv, donde:

Z = EA / c es la impedancia de pilote

E es el módulo de elasticidad del material del pilote

A es el área de la sección transversal del pilote

c es la velocidad material de onda la que viaja el frente de onda

Las fuerzas de resistencia del suelo a lo largo del eje y en la puntera causan reflexiones de onda que viajan y se sienten en la parte superior del cimiento. Los momentos en que estas reflexiones llegan a la parte superior del pilote están relacionados con su ubicación a lo largo del eje. Por lo tanto, la fuerza y ​​la velocidad medidas cerca de la parte superior del pilote proporcionan información necesaria y suficiente para estimar la resistencia del suelo y su distribución.

Pruebas dinámicas de baja tensión

La teoría de propagación de ondas también se puede aplicar a situaciones en las que se aplica un impacto ligero a un pilote, resultando en una baja tensión. Una onda de compresión seguirá viajando por el pilote cuando un martillo pequeño de mano la golpea. Al igual que en las pruebas dinámicas de alta tensión, esta ola viajará a una velocidad constante c. Los cambios en la impedancia del pilote Z producen reflejos de onda.

La aplicación de la teoría de la ecuación de onda a las ondas causadas por pequeños impactos es la base de la Prueba de Integridad Dinámica de Baja Tensión. Este procedimiento se realiza con un Probador de Integridad del Pilote (PIT), un martillo manual para generar un impacto y un acelerómetro colocado en la parte superior del pilote que se probará para medir la reacción al impacto del martillo. Dado una velocidad de onda de tensión conocida, los registros de velocidad (integrados a partir de las señales del acelerómetro) en la cabeza del pilote pueden ser interpretados para mostrar la falta de uniformidad en el pilote (cambios en la impedancia). La interpretación generalmente se realiza en el dominio del tiempo (eco de pulso o eco sónico) pero los datos también se pueden evaluar midiendo la fuerza del martillo y analizando en el dominio de la frecuencia (respuesta dinámica transitoria). La longitud del pilote también podrá ser determinado. Este método de prueba no destructivo se aplica generalmente a pilotes de concreto, pilotes de tubería llenos de concreto, pozos perforados, barrenas de cateo pilotes colocados en sitio (hélice continua) y, algunas veces, pilotes de madera. Usualmente, el método se aplica a pilotes que no están conectadas a una estructura, pero a menudo se obtienen buenos resultados para pilotes incrustados en estructuras (como torres de teléfonos celulares, torres de transmisión y puentes). Este método está cubierto bajo ASTM D5882.

«No solo construimos piezas de equipo y realizamos pruebas, sino que en realidad somos los desarrolladores de esos mismos métodos de prueba». Dr. Frank Rausche, Fundador