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ENSAYOS DE CARGA DINÁMICA DE BAJA AMPLITUD DE PILOTES EXCAVADOS:

Fundamentos y Aplicaciones

FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS, FÍSICAS Y NATURALES DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL DE CÓRDOBAUNIVERSIDAD NACIONAL DE CÓRDOBA

ABRIL 2013

Carlos A. Prato

Con la colaboración de:

Dr. Ing.C.R. Caballero

Dr. Ing. Federico Pinto

Dr. Ing. Marcelo A. Ceballos

Ing. Antonio M. Prato

CONTENIDO DE LA PRESENTACIÓN

• FUNDAMENTOS DEL MÉTODO DE ENSAYO

• PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

• INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS

• APLICACIONES Y COMPARACIÓN CON OTROS MÉTODOS DE ENSAYO

• CONCLUSIONES

ABRIL 2013

Figura 1 . Pilote flotante en suelo

FUNDAMENTOS DEL MÉTODO

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suelopilote

kut

uC

t

uA

x

uEA

2

2

2

2


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• Resultado del ensayo: CURVA DE MOVILIDAD y Ko

frecuencia [Hz]

L

Vf b

2

AVN

b

1

P

v

0

1

Km

1


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• PARTE REAL DE LA RIGIDEZ DINÁMICA

• PARTE IMAGINARIA DE LA RIGIDEZ DINÁMICA


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• MÓDULO DE LA RIGIDEZ DINÁMICA


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• Si el pilote está en un suelo estratificado, es necesario aplicar las condiciones de continuidad de esfuerzo axial:

• Y continuidad de desplazamientos:

ui = ui+1

ui+1 = ui+2 ……


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• CURVA DE MOVILIDAD DE UN PILOTE EN SUELO ESTRATIFICADO

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

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• MARTILLO DE CARGA

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

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• Registros del ensayo

Carga aplicada Aceleración de respuesta

RESULTADOS

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• Función Coherencia

INTERPRETACIÓN Y COMPARACIÓN

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• EJEMPLOS DE APLICACIÓN

• Caso: Pilotes de un puente carretero

Dimensiones y rigidez inicial medida Ko

Pilote Longitud

[m]

Diámetro

[m]

K0 [ton/cm]

(medida)

5 13 1 2660

12 29 1.2 2959

16 13 1 2616

0 50 100 150 200 250 300 350

0.0

2.0x10-7

4.0x10-7

6.0x10-7

8.0x10-7

1.0x10-6

1.2x10-6

1.4x10-6

N = 8.1 10-07

Movil

idad

[m

/s/N

t]

f = 77 Hz f = 77 Hz f = 77 Hz

Frecuencia [Hz]

Curva de movilidad del pilote Nº12


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• Rigidez dinámica del pilote


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• Módulo de rigidez dinámica del pilote Nº 12

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

Pilote 12 - Dispositivo de Carga de Rigidez Media

Módulo de la Rigidez K

Mod K

[tn/cm]

Frecuencia

[Hz]


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• Curva Carga-Deformación del pilote Nº12

• Comparación con Ensayo de carga

rápida (RLT) Statnamic

0.000 0.005 0.010 0.015 0.020 0.025 0.0300

500

1000

1500

2000

2500

K0 medido

=2980 [tn/cm]

Criterio de Davisson

Pilote L=29m, D=1,2m

FEM

Statnamic

Car

ga

[tn]

Deformación [m]


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• Curva Carga-Deformación del pilote Nº16

• Comparación con Ensayo de carga

rápida (RLT) Statnamic

0.000 0.005 0.010 0.015 0.0200

200

400

600

800

1000

Pilote 16 L=13m, D=1m

FEM

Statnamic

K0 medido

=2360 [tn/cm]

Criterio de Davisson

Car

ga

[tn]

Deformación [m]


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• Caso: Pilote de la pila principal de un

puente atirantado

• Diámetro del pilote: 0.80 m

• Longitud: 28 m

• PERFIL DE VELOCIDAD DE ONDAS

DE CORTE DEL SUELO POR MÉTODO

SASW

0

5

10

15

20

25

0 100 200 300 400 500 600

Vs [m/s]

Pro

fun

did

ad

[m

]

SASW en puente

SASW en azud cercano


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• Comparación con prueba de carga estática y con predicciones de diseño

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

Carga [t]

As

en

tam

ien

to [

mm

]

Ensayo Estático

Predicción de Diseño

Predicción con Medición

Extrapolación mediante Chin (1970)

Carga normal = 215 t

Curva carga-deformación estática – Comparación de predicciones vs.

Prueba de carga estática


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• DESPLAZAMIENTO DE LA CABEZA DEL PILOTE PARA LA CARGA DE SERVICIO DE 215 t:

• Ensayo dinámico de baja intensidad de carga: 1.3 mm

• Prueba de carga estática: 1.5 mm

• Predicción de diseño: 2.5 mm suponiendo perfil de ondas de corte de 2/3 del medido con ensayos. Tomando el perfil según ensayos SASW: 1.7 mm


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• PILOTES DE UNA TURBINA:

• Diámetro: 0.80 m

• Longitud: 23 m

• El diseño de los pilotes (diámetro y longitud) estuvo controlado por las deformaciones admisibles bajo cargas de servicio


ABRIL 2013

• PERFIL DE VELOCIDAD DE

ONDAS DE CORTE EN EL SITIO

POR EL MÉTODO SASW

0

5

10

15

20

25

30

0 10000 20000 30000 40000 50000

G0 [t/m2]

Pro

fun

did

ad [m

]

G02/3 G0


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• RIGIDEZ ESTÁTICA DEL PILOTE ESTIMADA EN LA ETAPA DE PROYECTO

Según Randolph (1981) y Randolph & Roth (1978)

Dirección G0 2/3 G0

Horizontal libre KH = 23100 t/m 16800 t/m

Momento libre KM = 42500 tm/rad 31300 tm/rad

Horizontal empotrada KHH = 40000 t/m 36000 t/m

Vertical KV = 193000 t/m 154000 t/m


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• CONFIGURACIÓN DEL PEDESTAL DE TURBINA

Vista lateral plano x-z

Vista lateral plano y-z


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• CONFIGURACIÓN DEL PEDESTAL DE TURBINA

Vista en planta


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• MODELO DE ELEMENTOS FINITOS


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• FRECUENCIAS NATURALES MEDIDAS

• Comparación de las frecuencias naturales medidas con las calculadas:

Modo de vibración Frecuencias calculadas

[Hz]

Valor medio de las

frecuencias registradas

[Hz]

1 7.4 7.5

2 8.4 8.3

3 10.8 9.1


ABRIL 2013

• La rigidez de los pilotes no fue medida en forma directa. En el modelo numérico se adoptaron los siguientes valores de rigidez para cada pilote:

KHH = 35000 t/m, y KV = 250000 t/m

• Estos valores optimizan el ajuste entre las frecuencias medidas y las calculadas. El valor de KHH resulta muy próximo al límite inferior estimado con 2/3 de Vs; el de KV resulta un 27 % superior al estimado con Vs.


ABRIL 2013

• Formas modales calculadas: Forma Modal

Modo 1

Modo 2

Modo 3

-Y

Z

X

Z

X

Y

Forma Modal

Modo 1

Modo 2

Modo 3

-Y

Z

X

Z

X

Y

Forma Modal

Modo 1

Modo 2

Modo 3

-Y

Z

X

Z

X

Y

CONCLUSIONES

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• Los ejemplos de aplicación presentados confirman que los ensayos de carga dinámica de baja amplitud constituyen un complemento de gran utilidad en la evaluación de la rigidez estática y dinámica de pilotes para fundaciones de equipos mecánicos.

• Si se cuenta con el perfil de velocidad de ondas de corte en el sitio, los ensayos de carga dinámica de baja amplitud, debidamente complementados con un modelo numérico no lineal del conjunto suelo/pilote permiten estimar no sólo las deformaciones para cargas de baja amplitud sino también para anticipar los desplazamientos que sufrirán las fundaciones bajo las cargas de servicio.

• El procedimiento de ensayo resulta expeditivo y de gran utilidad para verificar la rigidez de las fundaciones de equipos sensibles a las vibraciones.

MUCHAS GRACIAS

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Engineering

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