pruebas de control de calidad en pilas o columnas de grava compactada

Pruebas de control de calidad en pilas o columnas de grava compactada

¿Cómo se verifica que el desempeño de las Pilas o Columnas de Grava Compactada sea el adecuado?

pruebas de control de calidad en pilas o columnas de grava compactada

By Héctor de la Fuente & Geovani García

INTRODUCCIÓN

Aplicar juicio geotécnico requiere de hacer suposiciones respecto a las condiciones de suelo del sitio. La salida fácil, es suponer las condiciones peores posibles y realizar un diseño “robusto”, pero eso no es siempre económico. Un enfoque más progresivo involucra diseñar en bases a las condiciones más probables, mientras se está en el entendimiento que pueden existir condiciones menos favorables. Este enfoque requiere de métodos de construcción proactivos, incluyendo monitoreo de las condiciones del sitio durante las operaciones de obra, y definiendo medios y métodos de negociación con la variación de suposiciones de diseño. Este proceso ha sido comúnmente referido como un método de observación, y es por este método que las Pilas o Columnas de Grava Compactada de Geopier son diseñadas y construidas.

Cuando el proceso de diseño es completado, el trabajo real comienza. Diseñar una cimentación con Columnas de Grava Compactadas basado en reportes geotécnicos y los registros de pruebas de sondeo es relativamente simple. El reto surge cuando durante la construcción las condiciones del sitio son menos favorables de lo que fueron supuestas de la información disponible. Un gran número de variaciones en las condiciones de la superficie inmediatamente llegan a ser evidentes durante las operaciones de perforado y apisonado. Diferencias más sutiles pueden llegar a ser aparentes después de la prueba de módulo de carga es hecha y la información analizada. Estos eventos no ocurren hasta que el dinero ya está fluyendo y captando la atención de todos. Un enfoque proactivo para la construcción, tal como el aquí descrito, asegura que esos retos del mundo real sean enfrentados

PRUEBAS DE CARGA EN PILAS O COLUMNAS DE GRAVA COMPACTADA

Una característica común de casi todas las estructuras, ya sea reforzadas con Pilas de Grava Compactada o con otro sistema de cimentación, es que deben depender de la información de suelos que son frecuentemente solo cualitativos, en el mejor de los casos contiene datos de sondeos específicos equitativamente espaciado a grandes intervalos. En algunos casos los registros de pruebas de sondeo son todas la que se necesitan para el diseño. En otros casos, puede ser necesario pruebas de laboratorio o pruebas de campo en sitio. En cualquier situación, las pruebas de módulo de carga sobre las Columnas de Grava Compactada pueden proporcionar información esencial confirmativa sobre la rigidez de los elementos construidos por el sistema Geopier® y la conducta del mismo bajo carga dentro de la zona superior.

La mayoría de los proyectos de cimentación construidas con las Pilas de Grava Compactada de Geopier® incluyen pruebas de módulo de carga. En ocasiones, tales como cuando dos condiciones de suelo significativamente diferentes existen en el sitio, se realizan dos o más pruebas de módulo de carga. Una abundante información ha sido generada sobre los últimos diez años de pruebas de carga en Pilas de Grava construidos con el sistema Geopier®. Es ahora posible predecir con precisión razonable las características de las columnas de grava compactada y del suelo matriz de los registros de las pruebas de sondeo disponible para una gran variedad de condiciones de suelos. De hecho, es requerido típicamente hacer eso para preparar un diseño y una oferta. Ya que las condiciones de la superficie pueden variar significativamente de la información mostrada en los registros de prueba de sondeo, y a causa de las limitaciones en los datos y conocimiento de las características de ingeniería del subsuelo y de la historia de esfuerzos pasados de subsuelos, se hacen pruebas de módulo de carga para verificar las consideraciones de diseño.

Cuando las cargas son ligeras y las condiciones del suelo son bien conocidas, las incertidumbres estructurales son mínimas y el número de Pilas o Columnas de Grava Compactada requerido para un proyecto es relativamente pequeño, la prueba de carga puede no ser necesaria ni ejecutada. En tales casos, las cimentaciones construidas con el sistema Geopier son diseñadas con un nivel conservador adicional.

Prueba de módulo de carga

El módulo de rigidez de las Pilas o Columnas de Grava Compactada es determinado por la aplicación de presión hacia abajo a la parte superior del elemento en una serie de incrementos de carga, los cuales son determinadas de los cálculos del diseño. Cuando el suelo bajo una cimentación es reforzado por el sistema constructivo de Geopier®, es necesario determinar el esfuerzo sobre cada elemento, el cual puede entonces ser usado para prever los asentamientos de la zona superior. Ya que las cargas de zapata frecuentemente varían de una zapata a la siguiente, el diseño del esfuerzo del elemento de grava también difiere. Los incrementos de carga usados en la prueba deben ser basada sobre el máximo esfuerzo sobre la pila de grava calculada para el proyecto. Una vez que el esfuerzo máximo es determinado los incrementos de carga pueden ser calculados de acuerdo al registro mostrado en la Tabla 1. Para convertir el esfuerzo al tope del elemento a la carga que aplicará el gato hidráulico, simplemente se multiplica el esfuerzo máximo por el área de proyecto de una pila/columna de grava (=3.14 pies2 para 24”, 4.91 pies2 para 30” y 7.07 pies2 para 36” diámetro).

prueba de carga hecha en centro de distribución comercial en cunduacan tabasco

 

Tabla 1. Prueba de carga hecha en Centro de Distribución comercial en Cunduacán Tabasco.

Las cargas se aplican al tope del elemento usando un marco
de carga y dos pilas de reacción, como se muestra en la Figura 1 o con un peso muerto equivalente a por lo menos 150% de la carga máxima de diseño Figuras 2 y 3. En cada incremento de carga, la deflexión es medida usando al menos dos manómetros precisos a 0.001 pulg. y las lecturas de manómetros son registradas. Las cargas son sostenidas al menos por 15min y no menos de 60min para la carga máxima. La carga es mantenida hasta que la escala de deflexión sea menos que 0.01 pulg. por hora (0.0025 pulgadas por 15 minutos) o hasta el tiempo máximo de duración es alcanzado, lo que ocurra primero. La cantidad de deflexión en un incremento de carga es igual al promedio de las últimas lecturas tomadas del manómetro en la carga asentada. La deflexión para cada incremento de carga es entonces trazada contra el esfuerzo para ese incremento. Los módulos usados para diseño son igual al esfuerzo de diseño dividido por la deflexión correspondiente a ese esfuerzo. El módulo es entonces usado para estimar los asentamientos de la zona superior. Ejemplos de una forma de prueba de carga completa contra la curva de deflexión son mostradas en las Figuras 4.

Este procedimiento es basado en porciones de las especificaciones ASTM D 1143 y ASTM D 1194. La carga máxima aplicada durante la prueba de módulo de carga es típicamente igual al 150% del máximo esfuerzo de diseño. Esto es porque la prueba de carga en cimentaciones profundas es llevada a cabo primeramente para determinar la capacidad de carga del pilote o pila de concreto, por lo que requiere un Factor de Seguridad del 2.0. La prueba del módulo de carga para Columnas de Grava Compactada construidas con el sistema Geopier® no es realizada para determinar la capacidad de carga, sino para determinar la rigidez del elemento de grava en el esfuerzo de diseño para ser usado en estimaciones de asentamiento. No hay por consiguiente, una regla fija para extender la prueba de módulo de carga al 150% del nivel de esfuerzo del elemento Geopier, sin embargo, esto es normalmente hecho en la práctica. También, la experiencia ha mostrado que a esfuerzos más grandes que aproximadamente a 150% del esfuerzo de diseño, el suelo matriz y la zona inferior comienza a contribuir excesivamente para el cálculo del módulo del elemento Geopier. Este efecto puede también ocurrir en cargas menores que 150%, pero el efecto es menos pronunciado.

armado tipico de prueba de modulo de carga con marcos de reaccion

 



Figura 1. Armado típico de prueba de módulo de carga con marcos de reacción.

prueba de modulo en proyecto de mejoramiento de suelos

 

Figura 2. Prueba de módulo en proyecto de mejoramiento de suelos para un Centro de Distribución Comercial en Cunduacán, Tabasco en el año 2020. El sistema de reacción utilizado fue un tractor de 56 toneladas.

prueba de modulo en proyecto de mejoramiento de suelos para un lote de naves industriales

 

Figura 3. Prueba de módulo en proyecto de mejoramiento de suelos para un lote de naves industriales en Guadalajara, Jalisco en el año 2019. El sistema de reacción utilizado fue un tractor de 40 toneladas.

grafica de esfuerzo deformacion resultado de una prueba de modulo

 

Figura 4. Gráfica de esfuerzo deformación resultado de una prueba de módulo realizada en un Centro de Distribución comercial en Cunduacán, Tabasco.


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Prueba de estabilización estática, CST

La prueba de estabilización estática es un método para verificar que la pila de grava ha alcanzado la estabilización general antes de finalizar la instalación y está generalmente relacionada con la rigidez del suelo matriz y su potencial para disipar las presiones de poro excesivas. Se realiza en los elementos de prueba de módulo para establecer criterios de control de calidad durante la construcción de las pilas de grava así como en el 10% del total de los elementos. Esta prueba puede realizarse en la parte inferior, sobre el primer bulbo al fondo de la pila, en la parte media del elemento y la parte superior. Cuando la grava compactada y el suelo matriz llegue a ser suficientemente rígido para resistir el movimiento del pisón hacia abajo, la CST ha sido lograda. El procedimiento específico es como sigue:

  • El vibromartillo se apaga después de la terminación de una capa compactada a una profundidad especificada por el diseñador.
  • Se hace una marca de referencia en el mandril.
  • Se aplica presión hidráulica del mástil al tope de la capa de agregado compactada.
  • Se registra el movimiento vertical del mandril como resultado de aplicar la presión máxima del mástil.

La presión estática máxima se aplica por un tiempo de 15 a 20 segundos después de aplicar presión inicial.


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