Documento tipo pliego de condiciones o especificación técnica, muy útil para insertar en proyectos, peticiones de oferta o contratos de este tipo de ensayos. Incluye requisitos para los aparatos utilizados y el personal, la preparación de los pilotes y la medición y abono de los ensayos.

1. Generalidades

Los ensayos dinámicos de carga suministran información sobre el comportamiento de los pilotes hincados en condiciones de carga, y también sobre la integridad estructural de los pilotes durante la hinca o la rehinca. No pretenden sustituir a los ensayos estáticos de carga, pero permiten la realización rápida en obra de comprobaciones de la eficacia del dispositivo de hinca que se esté utilizando y de la capacidad de carga de los pilotes instalados.

La realización de ensayos dinámicos de carga en los pilotes prefabricados hincados no exime de la realización de las demás fases de un correcto proceso de proyecto y construcción de este sistema de pilotaje, como son: un estudio geotécnico completo, un buen cálculo y dimensionado de los pilotes, un estudio previo del sistema de hinca a aplicar, un proceso de hinca adecuado, y un control de ejecución exhaustivo.

La presente especificación no pretende abarcar todos los posibles casos que se puedan presentar en los ensayos dinámicos de pilotes, ya que cada proyecto es diferente y los condicionantes del suelo son muy variados, por lo que es responsabilidad de la dirección técnica de los trabajos el adaptarla a cada caso concreto.

2. Normativa de referencia

American Society For Testing and Materials. “Test Method for High Strain Dynamic Testing of Piles". ASTM D 4945- 00. Dirección General de Carreteras del Ministerio de Fomento. PG3 art. 670 "Cimentaciones por pilotes hincados a percusión". Redacción dada en la O.C. 326/00.

Ministerio de la Vivienda. "Código Técnico de la Edificación, Documento Básico SE-C Cimentaciones". Madrid, 2006. Puertos del Estado. "Recomendaciones geotécnicas para Obras Marítimas y Portuarias". ROM 0.5-05. Asociación Española de Normalización y Certificación. “Realización de trabajos geotécnicos especiales. Pilotes de desplazamiento”. UNE-EN 12699:2001.

3. Descripción del método

El ensayo dinámico consiste básicamente en dejar caer una masa importante desde una cierta altura -el martillo de hinca- sobre la cabeza del pilote, instrumentando la misma, y efectuando después cálculos por ordenador a partir de la respuesta obtenida del pilote. Se utilizan para ello modelos matemáticos que simulan el comportamiento del pilote y su interacción con el suelo utilizando la ecuación de la onda. Se requiere la colocación durante la hinca inicial de al menos dos transductores de deformación y dos acelerómetros en el pilote, cerca de la cabeza, o en una localización conveniente si los ensayos son durante la rehinca. Los sensores se conectan por cable con el analizador electrónico de hinca, situado a una distancia segura del pilote, habitualmente no mayor que 25 m.

Los ensayos se realizarán según la norma ASTM D 4945.

La Propiedad, la Administración o el Contratista Principal requerirán los servicios de un consultor independiente especializado en ensayos dinámicos para la realización de los mismos.

La dirección de obra especificará el número de ensayos a realizar en la fase inicial de los trabajos de hinca, ya sea durante el proceso de hinca de los primeros pilotes que sirven de referencia, en su rehinca al cabo de algunos días, o en ambos casos. El tiempo de espera para realizar los ensayos en rehinca será definido por la dirección de obra. Unos plazos orientativos pueden ser de 1 a 2 días para pilotes hincados en arenas o apoyados en roca, y de 5 a 10 días para pilotes hincados en suelos cohesivos o rocas blandas.

Los ensayos dinámicos también se realizarán durante la fase de producción sobre un número determinado de pilotes a seleccionar por la dirección de obra. Los ensayos se realizarán durante la hinca, la rehinca, o en ambos casos, para comprobar el funcionamiento del martillo y del sistema de hinca, comprobar las tensiones generadas en el pilote y su integridad estructural, así como para evaluar su capacidad de carga. También se realizarán cuando se modifiquen las condiciones de la hinca, por cambios en el sistema de hinca, utilización de nuevos martillos, o cualquier otra modificación significativa. El muestreo estándar puede estar entre el 5% y el 15% de los pilotes hincados, aunque también se puede establecer un muestreo semanal o mensual, dependiendo del tamaño del proyecto y de la variabilidad del subsuelo. En pequeños proyectos los ensayos durante la fase de producción pueden no ser necesarios. En todo caso, conviene tener alguna previsión al respecto por si aparecen dificultades o variaciones inesperadas. En proyectos grandes, con varios equipos de hinca trabajando simultáneamente, el ensayo de pilotes en fase de producción es una herramienta importante de control de calidad.

Si el objeto de los ensayos dinámicos es comprobar la eficacia del equipo de hinca y las tensiones que se generan en el pilote durante la hinca, entonces los ensayos deben realizarse durante la hinca. Si el objeto de los ensayos es comprobar la capacidad de carga de los pilotes, los ensayos se deben realizar en rehinca, después de un cierto tiempo tras la finalización de la hinca. Si los ensayos pretenden todos estos objetivos, entonces hay que realizar ensayos durante la hinca y también durante la rehinca. Debe tenerse en cuenta que la realización de ensayos en rehinca puede alterar significativamente la secuencia de hinca que tenga prevista el contratista de pilotes, por lo que deberán programarse conjuntamente con él, de manera que después sea posible el acceso del martillo de hinca a los pilotes a ensayar.

4. Equipo utilizado

El ensayo dinámico deberá realizarse con un analizador dinámico de hinca de la casa Pile Dynamics, Inc modelos PAK o PAL, o equipo similar de reconocida eficacia, que cumpla la norma ASTM D 4945, o norma europea equivalente. Todos los accesorios necesarios para el ensayo, como sensores, cables, etc., serán aportados por el consultor especializado.

Para el anclaje de los sensores sobre los pilotes se necesita un taladrador-percutor con batería propia, o con suministro de electricidad por cable.

5. Personal

Los ensayos en obra serán realizados por técnico titulado especialista en geotecnia con al menos un (1) año de experiencia en ensayos dinámicos de pilotes.

La interpretación de las gráficas y la redacción del informe requieren mayor experiencia. Serán realizados por un ingeniero superior especialista en geotecnia, con la menos tres (3) años de experiencia en ensayos dinámicos y de integridad de pilotes. Es recomendable la pertenencia a alguna organización técnica internacional relacionada con el ensayo de pilotes, y estar certificado por algún organismo que acredite su formación y experiencia.

6. Preparación del ensayo

El contratista facilitará espacio libre para acceder a los lugares previstos por el consultor especializado para anclar los sensores al pilote, que generalmente estarán en dos caras opuestas. En ensayos durante la hinca, se preparan los anclajes en el suelo, antes del izado del pilote, y en ensayos en rehinca se preparan los anclajes sobre el pilote ya hincado.

El contratista especializado que construye el pilote facilitará, incluso con su propio personal, el proceso de anclaje de los sensores al pilote. La hinca se detendrá cuando los sensores lleguen a 30 cm o menos de un obstáculo que pueda dañarlos a ellos o a los cables. En el caso de que se deba empalmar un nuevo tramo de pilote y continuar la hinca, los sensores deberán ser trasladados e instalados de igual manera en el nuevo tramo.

El contratista facilitará el martillo de hinca necesario para la realización de los ensayos dinámicos, con todo su personal y equipo complementario, sin cargo alguno para el consultor especializado, durante el tiempo que sea necesario hasta completar los ensayos previstos.

7. Estudio previo de la hinca

El contratista de pilotes someterá a aprobación de la dirección de obra el sistema de hinca previsto. La dirección de obra es responsable de realizar una estudio previo utilizando la ecuación de la onda, que servirá para comprobar la idoneidad del sistema de hinca propuesto para llevar los pilotes hasta la profundidad prevista, con la capacidad de carga adecuada y sin producir tensiones que dañen al pilote. Para dicho estudio previo se utilizar programas de cálculo tipo GRLWEAP, de la casa Pile Dynamics, Inc o similar de reconocido prestigio. Los estudios previos utilizando únicamente fórmulas dinámicas tipo holandesa, Hiley o similares, solo serán admisibles en proyectos pequeños, si se dispone de experiencia probada en trabajos similares en la misma zona, con suelos similares y con la misma maquinaria de hinca.

El estudio previo de la hinca será facilitado al consultor especializado que realice los ensayos dinámicos con una semana de antelación a la realización de los mismos. En particular se indicará claramente cual es la capacidad de carga esperada del pilote y los niveles de tensiones máximas admitidos durante la hinca.

8. Correlación con ensayos de carga estáticos

A la vista de los resultados de los primeros ensayos dinámicos de carga, de los registros de la hinca y de las condiciones del subsuelo, la dirección de obra podrá ordenar la realización de ensayos de carga estáticos en un número de pilotes a determinar, para correlacionar con los resultados obtenidos en los ensayos de carga dinámicos.

Los pilotes ensayados estáticamente serán ensayados dinámicamente no más tarde de dos días después del ensayo estático.

9. Realización de ensayos dinámicos en rehinca

La rehinca se realizará con un martillo que lleve algunas horas trabajando, con una serie de 10, 20 ó 50 golpes o hasta conseguir una hinca de 7,5 cm, lo que suceda antes. Si la penetración del pilote con una energía de impacto adecuada es menor que 6 mm, el número máximo de golpes será de 20.

No es aconsejable ensayar pilotes que sobresalgan más de 1,5 m del suelo, ya que en estos casos el impacto de la maza en cabeza, que es difícil que esté centrado, suele producir flexiones en el pilote que se detectan en los sensores y reducen la calidad de los datos para su análisis posterior.

10. Informe de resultados

Al finalizar la jornada de ensayos dinámicos de carga, el consultor especializado redactará una nota manual con la relación de los pilotes ensayados y los principales resultados obtenidos en cada uno, incluyendo la energía transferida, la capacidad de carga estimada por el método Case y las tensiones máximas generadas.

Los datos obtenidos en los ensayos dinámicos en obra serán analizados por el consultor especializado en gabinete utilizando el programa de modelización matemática CAPWAP, o similar de reconocido prestigio que sea compatible con los datos tomados, presentándose en el informe los siguientes resultados del ensayo:

• Curvas de fuerza y velocidad obtenidas en el ensayo dinámico en obra.
• Valores de rechazo o desplazamiento del pilote medidos en las pruebas en obra.
• Curva de fuerza obtenida en la modelización matemática realizada y comparación con las obtenidas en obra.
• Carga movilizada total y desglosada en punta y fuste.
• Tensiones medias por fuste y punta movilizadas durante la prueba.
• Tensiones máximas originadas por el impacto del martillo durante la prueba.
• Curva carga – asiento del pilote en régimen estático obtenida por el programa.

El análisis de resultados mediante programa Capwap y el informe final serán realizados por ingeniero superior especialista en ensayos y pruebas de pilotes, que disponga de formación específica para la utilización de este tipo de programas de ordenador.

11. Medición y abono

Los ensayos se contratarán directamente a una empresa consultora especializada, que acredite el cumplimiento de los requisitos especificados anteriormente.

La medición y abono se realizará en base a los siguientes conceptos:

• Tiempo de estancia de técnico especialista en obra para la realización de los ensayos dinámicos.
• Amortización y mantenimiento de equipos electrónicos de toma de datos en obra.
• Gastos de desplazamiento a obra y dietas.
• Evaluación con programa Capwap en gabinete e informe por ingeniero superior especialista.

No se incluirá ningún tipo de gastos originados por la prestación del equipo de hinca necesario para los ensayos, ni otras ayudas eventualmente necesarias en obra, que serán siempre a cargo del contratista.