RECHAZO DE LA COCA-COLA

La determinación de la capacidad de carga final de los pilotes es fundamental para garantizar la estabilidad de las estructuras. En el caso de pilotes hincados, a pesar de las innumerables fórmulas de Hincado que intentan correlacionar el número de golpes de martillo con una resistencia última o capacidad portante (p.e. Formula Holandesa, Gates modificada o fórmulas de hincado de proveedores de martillos) la manera más exacta de conseguir una correlación es haciendo el ensayo de carga.

La capacidad portante de un pilote al momento de su hincado en el terreno presenta variaciones en relación a su capacidad portante a largo plazo. Esta variación depende en gran parte del tipo de terreno y de las características del pilote hincado. Esta variación de resistencia se debe al incremento de presión de poros del suelo por la aplicación dinámica y cíclica de la carga que corta, remolda y comprime el terreno alrededor del pilote.

Este exceso o aumento de presión de poros causa una reducción del esfuerzo efectivo vertical y horizontal del suelo que actúa sobre el pilote (Figura 1) y así consecuentemente en su resistencia al corte.

𝜎′_𝑣 = 𝜎_𝑣 – 𝑢

𝜎′_ℎ = 𝑘 ∙ 𝜎′_𝑣

Fig. 1: Aplicación del esfuerzo efectivo horizontal del suelo en el pilote.

Entonces, la pérdida del esfuerzo efectivo horizontal resulta en una disminución de la capacidad portante del pilote durante y por un período después del hincado ya que el proceso de drenaje radial del terreno que permitirá la disipación del exceso de presión de poros ocurrirá durante un período de tiempo que depende principalmente de la capacidad de drenaje del mismo.

Con la disipación del exceso de presión de poros, existirá un aumento de la resistencia al corte del terreno lo que se reflectará en un aumento de la capacidad portante estática del pilote, este fenómeno se denomina Setup del suelo.

El porcentaje de pérdida de Resistencia del pilote en el hincado está entonces directamente relacionado con el fenómeno de Setup a través de lo que llamamos Factor de Setup.

La magnitud del aumento de resistencia y del tiempo de disipación del fenómeno de exceso de presión de poros depende fundamentalmente de las características del terreno y de las dimensiones y material del pilote.

Por sus características impermeables, los materiales arcillosos experimentan mayores aumentos de presión de poros cuando son cargados principalmente si se encuentran en estado blando es decir con un contenido de humedad muy cercano o por encima de su estado límite de liquidez.

En seguida se presenta una compilación de varios estudios de aumento de poro presión durante el hincado de pilotes realizada por Poulos y Davis, 1980, que demuestra que para el caso de arcillas la variación de la presión de poros puede ultrapasar el valor del esfuerzo efectivo inicial, significando por eso un esfuerzo efectivo durante el hincado inferior a 0.

Fig. 2: Resumen de mediciones de la presión de poros alrededor de un pilote hincado.

Estos resultados explican el siguiente caso presentado por un equipo de investigación de la Universidad Nacional Autónoma de México.

“Al hincarse un pilote por los impactos de un martillo se inducen en el suelo circundante, presiones de poro tan altas que rebasan al esfuerzo vertical efectivo in situ prevaleciente antes del hincado; ello determina en buena medida la penetración del pilote, y que la capacidad de carga inmediata resulte prácticamente nula. No es extraño que durante el hincado de pilotes en la arcilla blanda de la ciudad de México, haya necesidad de sujetarlos con cables de acero y estrobos, ya que al aplicar el martillo unos cuantos y restringidos golpes, el pilote penetre varios metros con gran facilidad. Por la disipación posterior de esa presión en el agua y la consecuente ganancia de resistencia al esfuerzo cortante, aunadas a otros fenómenos que ocurren alrededor del fuste, y que se discuten en este artículo, los pilotes alcanzan con el tiempo capacidad para soportar las cargas de trabajo.” (Mendoza et al.)

En materiales granulares, como el caso de las arenas y limos, el fenómeno de Setup del suelo, a pesar de en menor magnitud, también puede ocurrir especialmente cuando el material se encuentra saturado y sujeto a esfuerzos cíclicos con una periodicidad suficientemente elevada que no le permita disipar el aumento de poro presión generado por estos. El aumento de poro presión en terrenos granulares, además de reflectarse en la perdida de esfuerzo efectivo, genera un alejamiento entre las partículas, lo que afecta su módulo de resistencia y ángulo de fricción.

El manual de diseño de pilotes de Federal Highway Administration of U.S. Deparment of Transportation (FHWA) presentan los resultados del estudio realizado por Rausche, et al. (1996), donde se calculó los Factores de Setup con base en el tipo predominante de suelo al largo del fuste de 99 pilotes hincados en 46 diferentes proyectos (Figura 3).

La forma más común de determinación del Factor de Setup de un terreno después del hincado de un pilote es la ejecución de un Ensayo Dinámico tras el período de total disipación de exceso de presión de poros. Determinándose la resistencia ultima de un pilote en los primeros golpes del rehincado y comparándose ese valor con el valor obtenido en los últimos golpes del hincado inicial es posible determinar cuál es el incremento de la resistencia debido al fenómeno de Setup.

La resistencia en rehincado deberá ser determinada en los primeros golpes del rehincado, anteriormente a la generación de un nuevo aumento de presión de poros que generará un nuevo fenómeno de perdida de resistencia. Esta nueva disminución de resistencia se verifica generalmente a partir de un rehincado equivalente a medio diámetro de pilote.

Mientras que en materiales arcillosos la disipación total del exceso de presión de poros puede tardar un período superior a un mes, para materiales granulares esta disipación es mucho más rápido. Por este motivo es general recomendarse la ejecución del ensayo dinámico en rehincado por lo menos 15 días después del hincado en el caso de materiales arcillosos y 5 días a una semana en caso de materiales granulares. A este ensayo se le conoce como el Rechazo de la Coca-Cola, es decir el Ingeniero de campo termina de hincar un pilote y se va a tomar una coca-cola mientras espera que el terreno logre una mayor resistencia al fuste, para después hacer la prueba.