Conoce los métodos y herramientas necesarias para asegurar la integridad de tus pilas sin dañar tu estructura
By Ph.D. Carolina Hernández ValerioLa prueba de integridad de bajo impacto en cimentaciones de pilas es importante por varias razones. En primer lugar, permite verificar la calidad y la resistencia de las pilas antes de su uso, lo que puede ayudar a prevenir fallos estructurales y a garantizar la seguridad de la construcción. Además, la prueba puede ayudar a identificar y corregir cualquier problema en las pilas existentes, lo que puede mejorar la durabilidad y la longevidad de la estructura. También puede ayudar a reducir los costos y los tiempos de construcción al permitir una evaluación precisa de las pilas sin la necesidad de pruebas destructivas o costosas. En este blog hablaremos de los métodos, herramientas y procesos necesarios para realizar la prueba de integridad de bajo impacto en pilas.
Introducción
La prueba de integridad de bajo impacto en pilas está definida por la norma internacional ASTM D-5882, proporcionan datos de velocidad y fuerza (opcional) sobre elementos estructurales (es decir, columnas estructurales, pilas de concreto hincados, pilas de concreto moldeados in situ, pilas de tubos de acero rellenos de concreto, pilas de madera, etc.). Estos datos ayudan a evaluar la integridad de la pila y las dimensiones físicas de la pila (es decir, el área de la sección transversal, la longitud), la continuidad y la consistencia del material de la pila. Este método de prueba no da información sobre la capacidad de carga de la pila.
Existen dos métodos de prueba:
- Método de eco de pulso (PEM): el movimiento de la cabeza de la pila se mide como una función del tiempo. Luego se evalúa el registro de dominio de tiempo para la integridad de la pila.
- Método de respuesta transitoria (TRM): el movimiento y la fuerza de la cabeza de la pila (medidos con un martillo instrumentado) se miden como una función del tiempo. Los datos se evalúan normalmente en el dominio de la frecuencia.
La prueba de integridad de bajo impacto es una herramienta valiosa para garantizar la calidad y la seguridad de las cimentaciones de pilas en cualquier proyecto de construcción. A continuación, describiremos el equipo y el proceso necesario para la correcta realización de la prueba.
Equipo necesario para la prueba
- Aplicación de la fuerza de impacto: el impacto puede ser generado por cualquier dispositivo (por ejemplo, un martillo de mano) que produzca un pulso de fuerza de entrada de generalmente menos de 1 m/s de duración y no debe causar ningún daño local a la pila debido al impacto. Un martillo con una punta de plástico muy dura puede inducir un pulso de fuerza de entrada corto sin causar daños en la pila. El impacto debe aplicarse axialmente a la pila (normalmente en la cabeza de la pila).
- Medición de velocidad: obtener datos de velocidad con (uno o más) acelerómetros, siempre que la(s) señal(es) de aceleración puedan integrarse a la velocidad en el aparato para reducir los datos. Los acelerómetros deben colocarse en (o cerca) de la cabeza de la pila y deben tener su eje sensible paralelo al eje de la pila. Los acelerómetros deberán ser lineales a por lo menos 50 g. Alternativamente, se pueden usar transductores de velocidad o desplazamiento para obtener datos de velocidad, siempre que sean equivalentes en rendimiento a los acelerómetros especificados.
- Medición de fuerza (opcional)—El dispositivo de impacto deberá ser capaz de medir la fuerza de impacto como una función del tiempo. El martillo puede tener una celda de carga de fuerza entre la punta y el cuerpo del martillo. Alternativamente, el martillo puede tener un acelerómetro adjunto y la aceleración medida puede convertirse en fuerza utilizando la masa del martillo. La calibración de la fuerza deberá estar dentro del 5 %. El martillo debe ajustarse de manera que la transformada de Fourrier de la fuerza medida tenga un espectro uniforme, sin picos locales.
- Transductores: el sensor de movimiento debe colocarse en la cabeza de la pila o cerca de ella utilizando un dispositivo adecuado o temporal de manera que se asegure que mide correctamente el movimiento axial de la pila (eje de sensibilidad del transductor alineado con el eje de la pila). El sensor de movimiento se coloca generalmente cerca del centro de la pila. Se deben considerar ubicaciones adicionales para pilas con diámetros superiores a 500 mm. El impacto debe aplicarse a la cabeza de la pila a una distancia de 300 mm del sensor de movimiento. Si no se puede acceder a la cabeza de la pila, como cuando ya está integrado con la estructura, los sensores se pueden unir al costado del fuste de la pila.
- Transmisión de señales. Las señales de los sensores deben transmitirse al aparato para registrar, reducir y mostrar los datos mediante un cable blindado de bajo ruido o equivalente. Las señales de los sensores de movimiento y fuerza (opcional), deben transmitirse a un aparato para registrar, reducir y mostrar datos en función del tiempo. El aparato debe incluir una pantalla gráfica de velocidad y fuerza (opcional), y una capacidad de almacenamiento de datos para recuperar registros para su posterior análisis.
- Aparato de registro: las señales analógicas del sensor de movimiento deben digitalizarse directamente utilizando un convertidor de analógico a digital con una resolución de al menos 12 bits, de modo que los componentes de la señal tengan una frecuencia de corte de paso bajo de 15 000 Hz.
Procedimiento de prueba
Una vez instalado el equipamiento de prueba el procedimiento del ensayo es relativamente sencillo. Registre la información del proyecto aplicable en el aparato cuando corresponda. Conecte el sensor de movimiento adecuado a la cabeza de la pila y registre las medidas de varios impactos. Promedie los registros adecuados de varios impactos y aplique la amplificación necesaria al registro promediado. Luego se deben almacenar los registros de los impactos individuales o el registro promediado, o ambos. El registro promediado y amplificado se puede evaluar para verificar su integridad.
Para pilas de concreto vaciados in situ o pilas tubulares rellenos de concreto, realice la prueba de integridad no antes de los 7 días posteriores al vaciado o después de que la resistencia del concreto alcance al menos el 75 % de su resistencia de diseño, lo que ocurra antes.
Asegúrese de que la superficie de la cabeza de la pila sea accesible, sobre el agua y libre de concreto suelto, tierra u otros materiales extraños resultantes de la construcción. Si la cabeza de la pila está contaminada, retire una sección de la pila suficiente para alcanzar el concreto sólido. Si es necesario, prepare áreas pequeñas con una esmeriladora manual para proporcionar una superficie lisa para la fijación del sensor de movimiento y el impacto. Fije el sensor de movimiento firmemente con el material apropiado en ubicaciones seleccionadas lejos del borde de la cabeza de la pila.
Para pilas con diámetros superiores a 500 mm, coloque el acelerómetro en un mínimo de tres ubicaciones para que se pueda realizar una evaluación de integridad cerca de la cabeza de la pila para cada sección localizada de la pila. Colocar el aparato para aplicar la fuerza de impacto de manera que el impacto se aplique axialmente con la pila ya una distancia no mayor de 300 mm del acelerómetro. Configure el aparato para registrar, reducir y mostrar datos de modo que esté operativo y las señales de fuerza y velocidad se pongan a cero.
Posteriormente, incluya la siguiente información en los registros detallados, según estén disponibles, para cada pila probado:
- Identificación de la pila, longitud y diámetro nominal y real de la cabeza de la pila;
- Fecha y método de colocación del concreto;
- Geometría según construcción, es decir, volumen total de concreto, diámetro nominal o real versus longitud, revestimiento permanente o temporal, refuerzo de acero, etc.;
- Estratigrafía de suelos;
- Cualquier observación específica relacionada con cada pila ensayado que afecte la construcción de la pila, excavación, integridad, etc.;
- Ubicación de los transductores en la cabeza de la pila y correspondiente
Para confirmar la calidad de los datos, el operador deberá monitorear la velocidad y la fuerza (opcional) de varios eventos de impacto para mantener la consistencia. Asegúrese de que el aparato para registrar, reducir y mostrar datos sea capaz de determinar el umbral de sobrecarga del dispositivo de medición. No utilice los registros de impactos que provocan la sobrecarga del dispositivo de medición. Los registros consistentes son el resultado de impactos uniformes en concreto sólido, sistemas de transductores que funcionan correctamente, sensores de movimiento que están firmemente conectados y el aparato para registrar, reducir y mostrar datos funcionando correctamente. Si los registros no son repetibles, no utilice los datos. Si la causa de los datos deficientes no es un problema de conexión del sensor de movimiento, sino un mal funcionamiento del transductor, repárelo o vuelva a calibrarlo antes de volver a usarlo.
Análisis de mediciones
Con el método Pulse Echo (PEM), la velocidad medida de la cabeza de la pila se analiza en función del tiempo. A menudo, este método brinda suficiente información para la evaluación de la integridad. Alternativamente, también se puede medir la fuerza de la cabeza de la pila. La combinación de fuerza y velocidad puede brindar información adicional sobre la integridad de la pila cerca de la cabeza de la pila. El método de respuesta transitoria (TRM) requiere la medición tanto de la velocidad como de la fuerza de la cabeza de la pila. Para ambos métodos, los datos pueden evaluarse tanto en el dominio del tiempo como en el dominio de la frecuencia.
Obtenga la velocidad y la fuerza de la lectura del aparato para reducir datos o del aparato de visualización. En el análisis de dominio del tiempo (PEM), base la evaluación de la integridad de la pila en aumentos y disminuciones relativas de la velocidad después del pulso de impacto inicial. Los datos mostrados deben incluir los registros de velocidad y fuerza (opcional) con el tiempo, una indicación de la longitud de la pila y la velocidad de onda del material asumida y una representación de la forma y magnitud de la función de amplificación cuando se usa (Figura 3 y 4).
El movimiento durante el evento de impacto normalmente se normaliza y se asocia con la cabeza de la pila. La amplificación se usa generalmente para escalar la respuesta de la punta de la pila a una magnitud similar. Los reflejos aparentes que ocurren antes de la respuesta del dedo del pie que son del mismo signo que la entrada se deben a una disminución relativa de la impedancia. Las reflexiones de signo contrario se deben a un aumento relativo de la impedancia. Se recomienda comparar los resultados de varias pilas del sitio con una construcción similar para evaluar la respuesta típica aplicando el mismo factor de amplificación a todas las pilas de longitudes similares. La interpretación visual puede ser cualitativa y posiblemente relativa a otras pilas probados y una cuestión de criterio de ingeniería adecuado.
Conclusiones
La prueba de integridad de bajo impacto es una herramienta valiosa para garantizar la calidad y la seguridad de las cimentaciones de pilas en cualquier proyecto de construcción. En este blog describimos los equipos, procedimientos y análisis necesarios para la realización de este ensayo.
Los ingenieros con experiencia especializada en este campo deben realizar la evaluación de integridad final. Utilice la evaluación de integridad de las pruebas de baja intensidad junto con otra información, incluidos los procedimientos y observaciones de instalación de pilas, información del suelo, requisitos de carga, etc., para evaluar la aceptación de la pila. La evaluación de integridad de bajo impacto no debe usarse como el único factor para establecer la aceptación o el rechazo de la pila. Se debe formar un plan de contingencia que le permita al ingeniero posiblemente realizar pruebas adicionales o dictar la reparación o el reemplazo de pilas antes de la prueba de integridad, en caso de que se indique un defecto grave.
Referencias
ASTM International. (2013). ASTM D5882-13: Standard Test Method for Low Strain Impact Integrity Testing of Deep Foundations. ASTM International. https://doi.org/10.1520/D5882-13 Paniagua, W. I., Martínez, A. E., Ibarra, E., González, J. L., & Rangel, J. L. (2011) Discontinuidades e irregularidades en pilas, detectadas con pruebas de integridad. XXV Reunión Nacional de Mecánica de Suelos e Ingeniería geotécnica.