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Rozamiento negativo
El rozamiento negativo se produce en función del movimiento relativo pilote-terreno. Se produce cuando el asiento del terreno es superior al del pilote. En el argot goetécnico se suele decir que se “cuelga” el terreno del pilote.
Sea cual sea el material que queda al nivel de la punta del pilote, la tensión que transmite el pilote por punta es mayor que las tensiones en el terreno a ese nivel (geostáticas). Se trata de una inclusión rígida que recibe su peso propio (como mínimo igual que la geostática del terreno), la carga de estructura y el rozamiento negativo de los niveles superiores. Por tanto, la punta siempre bajará igual o más que el terreno alrededor de misma (punto de concentración de tensión). Si como suele ser habitual bajo la punta del pilote hubiese quedado terreno removido habrá más asiento del pilote y menos rozamiento negativo.
El rozamiento negativo tiene necesariamente que interrumpirse por encima de la punta, aunque es posible que se desarrolle en la mayor parte de la longitud del pilote, casi hasta la punta. En la Guía de Cimentaciones en Obras de Carretera se indica que en pilotes resistentes por punta (pilotes columna) es suficientemente aproximado y conservador suponer que en todo el fuste se desarrolla rozamiento negativo.
Pero la realidad es todavía algo más complicada. El rozamiento negativo evoluciona, al igual que los asientos, con el tiempo.
En el caso de los pilotes hincados, la hinca de pilotes, debido al remoldeo del terreno y a la generación de sobrepresiones que posteriormente da lugar a un proceso de consolidación, se puede producir rozamiento negativo.
Cuando se espera rozamiento negativo es mejor utilizar un diámetro grande, que tiene menor superficie lateral relativa respecto al área de la punta.
Si se van a construir rellenos alrededor de un pilote que pudiera generar rozamiento negativo, sería mejor ejecutar antes el relleno, esperar a que los asientos se produzcan y, posteriormente, ejecutar los pilotes.
DEFORMACIÓN NECESARIA PARA MOVILIZAR RESISTENCIA POR PUNTA Y FUSTE EN UN PILOTE
Existe un distinto rango de deformabilidad en los materiales para desarrollar la resitencia por fuste y punta en un pilote. Normalmente, el agotamiento del fuste se produce para deformaciones menores que para la punta. De esta manera, al aplicar la carga vertical en un pilote se puede llegar a “agotar” la resistencia por fuste del pilote y sólo una parte de la resistencia por punta.
Con los modelos numéricos geotécnicos se puede intentar tener en cuenta este efecto, variando la rigidez en el contacto terreno-pilote.
De manera simplificada se puede acudir a algunas referencias. En esta entrada se va a comentar la propuesta realizada por la API. En dicha referencia se indican unas gráficas orientativas en relación con la movilización de la resistencia por fuste y punta en función de la deformación.
Resistencia por fuste
En arenas se alcanza la máxima resistencia por fuste con 0.1 inch (2.54 mm). Si se supera esta deformación, la resistencia por fuste no se reduce para deformaciones mayores.
En arcillas la máxima resistencia por fuste se alcanza para deformaciones del 1% del diámetro. Para deformaciones mayores la resistencia por fuste desciende, situándose en el 70-90% de la máxima
Resistencia por punta
La movilización de la resistencia por punta se representa igual para arenas y arcillas. La máxima resistencia se alcanzaría en suelos para una deformación del 10% del diámetro.
A continuación se muestran los gráficos cargas-deformación de la API tanto para el fuste como para la punta.
Célula Osterberg
Uno de los procedimientos para estimar la carga de hundimiento de un pilote es mediante la célula Osterberg que ha desarrollado la empresa Loadtest.
¿En que consiste la célula Osterberg?
Está constituida por dos platos metálicos paralelos entre los cuales se colocan una serie de gatos, cuyo número y capacidad depende de la carga que se quiera aplicar al pilote. Los gatos aplican su carga a través de un circuito hidráulico. Al ser aplicada la carga el pilote comienza a solicitarse en dos direcciones. Hacia arriba evalúa la resistencia por fuste y hacia abajo la resistencia por punta y la zona del tramo de fuste existente entre célula y punta. Se puede registrar de manera separada ambas resistencias.
En cada ensayo se debe establecer la posición de la célula. Inicialmente, podría pensarse en colocar cerca de la punta para diferencia claramente la resistencia por fuste y punta. Pero si la resistencia por punta fuera muy pequeña podría suceder que se agotara el recorrido de la célula sin haber agotado el fuste. Por ello es necesario realizar un estudio de la ubicación para cada ensayo. Pero además, es recomendable disponer un único tramo de tubo tremie entre la célula y la punta. Y esto limitará a un máximo de 10 m la ubicación por encima de la punta.
Los pilotes ensayados se pueden volver a emplear si más que inyectar con lechada de la zona de la célula.
El ensayo se detiene cuando se agota la carga de la célula o la resistencia del terreno (de la zona inferior o de la zona superior).
¿Qué se obtiene en el ensayo?
En el siguiente gráfico se muestra de manera esquemática la posible distribución de resistencias desarrolladas durante el ensayo.
- En abcisas se ha representado la carga aplicada en la célula, en cada una de las dos direcciones (hacia arriba y hacia abajo).
- En la parte superior se ha representado la resistencia por fuste movilizada. La carga inicial indicada correspondería al peso del pilote.
- En la parte inferior de la figura se ha representado la variación de la resistencia por punta movilizada en función de la carga aplicada en la célula.
Se han incluido dos rectas. Una de ellas corresponde a la hipótesis de que el tramo inferior del fuste no contribuya a resistir la carga aplicada con la célula (= 0) y toda la reacción se produzca por la punta. La otra línea correspondería a la situación en la cual se movilizase la resistencia por fuste teórica en el tramo inferior del pilote. Realmente lo más probable es que la situación sea intermedia entre las dos citadas: la punta comenzará a contribuir (conjuntamente con el fuste) desde el primer momento.
En el ensayo, en realidad, se obtendrá un gráfico en el que se represente en abcisas la carga aplicada y en ordenadas los desplazamientos de la zona superior del pilote y de la zona inferior. Y a partir de la deformación se puede obtener la resistencia unitaria.
Esto sólo ha sido un pequeño apunte para que concozcáis este modo de obtener la carga de hundimiento de un pilote, o al menos, un límite inferiro de la resistencia del terreno. Para más detalles ver http://www.loadtest.com/services_int/ocelltechnology.htm
