Este caso corresponde a un pilote de fundación de un puente en construcción sobre el arroyo Mal Abrigo en la Provincia de Santa Fé (Argentina) Se trata de un pilote excavado de 0.80 m de diámetro y 12 m de longitud denominado aquí como Pilote MAP1.
Este caso tiene por objeto ilustrar las características que presenta la curva de movilidad obtenida al ensayar este pilote que se encuentra inmerso en un suelo arenoso de características homogéneas, tal como surge del análisis de la curva de movilidad obtenida del ensayo que es muy similar a las curvas teóricas deducidas en el Capítulo 2 para un pilote de longitud finita flotante en un semiespacio homogéneo.
La Figura 5. 87 (a) presenta la curva de movilidad construida a partir de los registros de fuerza aplicada y respuesta obtenida del pilote al realizarse el ensayo de respuesta transitoria a este pilote. Debido a que el pilote se encuentra en un perfil bastante homogéneo, la curva de movilidad obtenida es notablemente regular, presentando los valles y picos que caracterizan la curva de movilidad teórica para un pilote de longitud finita flotante en un semiespacio homogéneo analizada en detalle en el Capítulo 2. La Figura 5. 87 (c) muestra la función de Coherencia asociada a los pares de registros del pilote. Tal como fuera desarrollado anteriormente el valor de rigidez estática se obtiene extrapolando a cero, el valor de la inversa de la pendiente de la curva de movilidad en la mínima frecuencia coherente (15 Hz) como se presenta en la Figura 5. 87 (b). El valor de la rigidez estática inicial obtenido para el Pilote MAP1 es de 2157 MN/m.
El nivel freático se encuentra al nivel de la cabeza del pilote por lo que se calcula el valor del módulo elástico tangente del suelo en términos de tensiones efectivas. Por lo tanto el estado tensional previo al inicio de la carga en cada uno de los elementos se calcula de acuerdo con la expresión (5. 7). El coeficiente de presión lateral se calcula de acuerdo a la expresión (5. 6).
0 100 200 300 400 500 600 0.0 5.0x10-2 1.0x10-1 1.5x10-1 2.0x10-1 2.5x10-1 Frecuencia [Hz] Movilidad [m/s/MN] Movilidad
Rigidez estática inicial K0
(a) 0 10 20 30 40 50 60 0 1000 2000 3000 4000 5000 Frecuencia [Hz] I K d I [MN /m] Módulo de Kd Curva de extrapolación K0 (b) 0 10 20 30 40 50 60 0.0 0.5 1.0 Frecuencia [Hz] Coher enci a γ 2 Coherencia (c)
Figura 5. 87 (a) Curva de Movilidad del Pilote MAP1, (b) Módulo de la rigidez dinámica del Pilote MAP1, (c) Función de Coherencia de los registros del TRM para el Pilote MAP1
El coeficiente n de la expresión de Janbu (1963)[47] correspondiente a la expresión (4. 6)
utilizado es igual a 0.5 en las arenas y a 0.001 en las arcillas. El módulo K de la expresión de Janbu se calcula de acuerdo a la expresión (5. 5).
Los parámetros del suelo en el sitio que se utilizaron en el modelo numérico se presentan en la Tabla 5. 22.
Tabla 5. 22 Propiedades mecánicas del suelo – sitio Mal Abrigo
VS [m/s]** φ [grados]* c [KN/m2]* γsat [KN/m3] * ν ** n**
0 a 1 - Arcilla 60 19 0 19 0.45 0.001
1 a 4 - Arena 205 35 0 19 0.3 0.5
4 a 8 - Arena 245 35 0 19 0.3 0.5
8 a 12 - Arena 300 35 0 19 0.3 0.5
* según informe geotécnico Rovial S.A. ** estimado
El perfil de velocidades de ondas de corte presentados en la Tabla 5. 22 se determinó a partir de los resultados de los ensayos SPT realizados por el estudio geotécnico de acuerdo con la expresión (5. 8).
Como en los casos de estudio precedentes, al modelar el comportamiento de los pilotes con el programa MEFDuncan, se ajustó la rigidez elástica inicial de manera que se representara adecuadamente la rigidez estática inicial obtenida del ensayo TRM, modificando únicamente el perfil de velocidades de corte tentativo utilizado para modelar las condiciones iniciales. En este caso el factor de ajuste FA MAP1 utilizado es igual a 0.5.
Sobre este pilote no se realizaron otro tipo de ensayos por lo que no resulta posible contrastar las predicciones resultantes del procedimiento propuesto. Alternativamente, se compara la curva de carga-desplazamiento axial de la cabeza del pilote con las curvas límites calculadas mediante el método de transferencia de carga normalizada (O'Neill et al. 1999[68]) mencionada en el Capítulo 1.
0.000 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010 0.012 0.014 0 1 2 3 4 5 6
Pilote MAP1 en arena homogénea
Desplazamiento [m] Car ga [ MN ] K0 s/ TRM MEFDuncan Davisson Método de diseño Variación φ ± 10%
Figura 5. 88 Curva de carga axial – desplazamiento vertical de la cabeza del Pilote MAP1 Se observa de la Figura 5. 88 que la rigidez estática inicial medida mediante el TRM se encuentra sobre la curva límite máxima prevista por el método de diseño, y que la predicción dada por MEFDuncan se aproxima al método de diseño sólo para bajas deformaciones. Al aumentar las cargas hasta el nivel de cargas de falla de Davisson la predicción se separa de la curva superior y se encuadra en el intervalo medio definido por el método de transferencia de carga normalizada.
Analizando de igual manera que en los casos anteriores posibles variaciones en el ángulo de fricción del orden del 10 % se obtiene el rango de valores esperables de la curva en el sitio de estudio, el cual se encuentra dentro de la banda del método de transferencia de carga.
Una aplicación interesante del modelo numérico generado se obtuvo al plantearse la posibilidad de que en un futuro se produzca erosión del lecho del río en el cual se
encuentran los pilotes de fundación del puente. De esta manera se procedió a suponer que se erosionan los 3 m y 5 metros superiores del lecho del río.
0.000 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010 0.012 0.014 0 1 2 3 4 5
Pilote MAP1 estudio de erosión
Desplazamiento [m] Car ga [ MN ] K0 s/ TRM Davisson Sin erosión Erosión 3 m Erosión 5 m
Figura 5. 89 Curva de carga axial – desplazamiento vertical de la cabeza del Pilote MAP1 – estudio de erosión
En la Figura 5. 89 se presentan los resultados obtenidos, pudiéndose observar una reducción en la carga de falla de Davisson del orden del 4% para una erosión de los primeros 3 m del lecho del río y una disminución en la carga de falla del 10 % para el caso en el cual la erosión del lecho del río fuera de los primeros 5 m.
En ninguno de los dos casos se observó una disminución notoria de la rigidez estática inicial lo que estaría indicando que no sería posible determinar la existencia de socavación en los pilotes mediante este tipo de ensayo TRM.
Sin embargo, es posible obtener predicciones de las cargas de falla para distintos niveles de erosión del lecho del río si se constata la existencia de este fenómeno en alguna de las etapas de la vida útil de la estructura, así como también es posible determinar cual sería el nivel de socavación crítica para un determinado pilote, a partir del cual ya no se cumplen los factores de seguridad mínimos requeridos por la estructura.