Análisis del proceso de perforación

7/27/2019 Anlisis del proceso de perforacin

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Captulo 3 Anlisis del proceso de perforacin

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3.1. VARIABLES DE OPERACIN

A partir de la informacin obtenida en [8], se resumen las variables de operacin msimportantes.

Las variables de operacin inherentes al sistema, que inciden en su eficiencia(velocidad de penetracin), son las que se identifican a continuacin:

Velocidad de rotacin (rpm) Fuerza de empuje Dimetro de perforacin Velocidad y caudal del aire de barrido Desgaste de la cabeza de rotacin

A su vez, estas variables dependen de un factor externo al sistema: la dureza oresistencia de la roca. En el caso de la perforacin rotativa, la evidencia emprica

indica -tanto a partir de las investigaciones a nivel de ensayos como de lo observadoen la prctica- que existe una buena correlacin entre la Resistencia a la Compresinde la roca y la velocidad de penetracin. Esta conclusin resulta conceptualmentecoherente, atendiendo a la forma como se aplica la energa a la roca y su consiguienteruptura originada principalmente por un proceso de indentacin.

No existe una clasificacin universalmente aceptada de las rocas en funcin de suresistencia a compresin (Sc). En la literatura tcnica sobre el tema se encuentrandiversas proposiciones. Algunas muy simples, que slo diferencian entre rocasblandas, medianas y duras. Otras ms sofisticadas, incluyen hasta seis o sietecategoras. Haciendo una sntesis, para los efectos del anlisis que sigue, se adoptar

la clasificacin que se enuncia en la tabla 3.1:

TIPO DE ROCA Sc (Mpa)

Muy blandas


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3.1.2. Fuerza de empuje y dimetro de perforacin

La fuerza de empuje que es necesario aplicar aumenta directamente con la dureza de

la roca, y debe alcanzar una magnitud suficiente para sobrepasar su resistencia a lacompresin. Por otra parte, esta fuerza no puede exceder un determinado valor lmite,para evitar daos prematuros en la cabeza de perforacin. En formaciones rocosasduras o muy duras, una fuerza excesiva conduce a la incrustacin de la cabeza yconsecuente destruccin, lo que significa el trmino de la vida til de la herramienta.

A su vez, a mayor dimetro de perforacin, ms grande es la cabeza de la barrena ypor consiguiente mayor la superficie a perforar por lo que ofrecer mayor resistencia.En suma, la fuerza de empuje es funcin de dos variables: la dureza de la roca y eldimetro de perforacin.

Por tanto, est acotada entre un valor mximo y mnimo y durante la perforacindepende de la habilidad del maquinista de la pilotadora para saber irla ajustandosegn el tipo de terreno.

Segn la dureza de la roca, la fuerza d empuje mnima necesaria para vencer suresistencia a la compresin, est dada por la siguiente frmula emprica [3.1]:

][5,28min lbpScF = [3. 1]

Donde:

Sc: Resistencia a la compresin de la roca (MPA)

: Dimetro de perforacin (pulg.).

La fuerza de empuje se acostumbra a expresar en libras-peso [lbp] por unidad dedimetro del trpano, expresado en pulgadas (). En la tabla siguiente se comparanlos valores mnimos que resultan de aplicar la frmula anterior con los valoresobservados en la prctica minera segn la dureza de la roca. (Vase tabla 3.2)

TIPO DEROCA

Sc[kgp/cm2] Fmin [lbp/" de ] Fprc [lbp/" de ]

Muy blandas


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" Fmx [lbp] Fmx [lbp/" de ]

5 20000 40006 29000 49007 40000 5700

8 52000 65009 66000 730010 81000 810012 117000 9700

15 182000 12100

Tabla 3. 3 Fuerza de empuje mxima segn el dimetro de perforacin,

Los resultados anteriores permiten explicar la razn por la cual la perforacin rotativano se aplica en la prctica en dimetros menores a 175 mm (aprox. 7), salvo en rocasblandas o muy blandas. En efecto, en una roca de mediana a dura se requiere unafuerza (F) del orden de 5.000 a 6.000 [lbp/ de ]; vale decir, 30.000 a 36.000 [lbp]

para un tricono de 6 pulgadas, siendo su lmite de resistencia del orden de 29.000[lbp].

3.1.3. Velocidad de avance vs. Variables de operacin

3.1.3.1. Velocidad de rotacin

Mientras el barrido es perfecto, la velocidad de avance (Va) es linealmente

proporcional a la velocidad de rotacin. (Vase figura 3.1).

Va=KxN

Figura 3. 1 Grfico de la velocidad de avance en

funcin de las revoluciones por minuto


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En la prctica, a medida que Va aumenta, el barrido se torna ineficiente.

Va=KxN


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3.1.4. Desgaste del tricono

La velocidad de avance decrece exponencialmente con el desgate del tricono. (Vasefigura 3.3).

3.1.5. Consumos de energa

Cuando la mquina est perforando los principales consumos de energa son losvinculados a los siguientes accionamientos:

RotacinFuerza de empujeBarrido y extraccin del detritusOtros accionamientos menores

3.1.6. Energa consumida por la rotacin

Para hacer rotar la columna de barras, es preciso aplicar una fuerza tangencial (F). Laenerga consumida en un giro (Er) es igual al producto de la fuerza por el caminorecorrido:

Er=Fx2XR=2XT [kgm/vuelta] [3. 3]

Donde T es el par motor (torque) de rotacin [kgm]. Si se considera como unidad de

tiempo 1 minuto, la potencia requerida (Wr) ser por lo tanto igual a:

Figura 3. 3 Grfico de la velocidad de avance en funcin deldesgaste


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min]/[2 kgmTNWr = [3. 4]

Donde N es el nmero de vueltas por minuto [rpm] o velocidad de rotacin, que esinversamente proporcional a la dureza de la roca (Sc). (Vase figura 3.4)

3.1.7. Energa consumida por el sistema de empuje

La penetracin de la herramienta requiere tambin la aplicacin de una gran fuerza deempuje (F); no obstante, la energa consumida por este accionamiento es pequeacomparada con la rotacin. (Vase figura 3.5)

Suponiendo que en un giro el tricono avanza una longitud h, la energa consumida enuna vuelta (Ee) ser igual al producto de la fuerza [kgp] por el camino recorrido [m].

Ee=Fxh [kgm/vuelta] [3. 5]

Figura 3. 4 Seccin de la columna de barras

Figura 3. 5 Se observa la direccin de la fuerza(F) y la longitud avanzada (h)


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Luego, si se elige como unidad de tiempo 1 [min], la potencia requerida (We) serigual a:

We=FxVa [kgm/min] [3. 6]

Donde Va es la velocidad de avance expresada en [m/min]. En la prctica minera, enun rango de dimetros de 8 a 12 pulgadas (200 a 300 mm) y en rocas medianas aduras (Sc: 80 200 Mpa), se registran velocidades del orden de 20 a 10 [m/h].


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3.2. ESTUDIO DEL PROCESO DE PERFORACIN PORROTACIN

A partir de [9] y [10] se resumen los conceptos con sus correspondientes ecuacionesque pueden tener ms relacin con la presente tesina.

3.2.1. Introduccin

El registro de los parmetros de perforacin es una tcnica til y econmica para lainvestigacin geotcnica del subsuelo.

Los parmetros de perforacin se definen por una serie de medidas fsicas llevadas acabo en el equipo de perforacin. Algunos de los parmetros ms importantes son, porejemplo, la presin sobre la corona, el par de rotacin, la velocidad de rotacin,velocidad de penetracin, y la presin de fluido.

Estos parmetros pueden combinarse mediante ecuaciones ms complejas, paraobtener correlaciones con las propiedades geomecnicas del terreno.Los principales objetivos de la medida de los parmetros de perforacin, son lossiguientes:

Caracterizacin del terreno mediante la evaluacin de las propiedades fsicas,mecnicas o hidrogeolgicas del terreno a partir de estos parmetros.

Deteccin de cavidades. Reducir el coste de los estudios del subsuelo en grandes proyectos, mediante

la extrapolacin de los parmetros obtenidos en sondeos a testigo continuo a

los obtenidos en sondeos a destructivo.

3.2.2. Parmetros de perforacin

Los parmetros que controlan el proceso de perforacin pueden agruparse de lasiguiente forma:

Parmetros relacionados con el equipo, tales como la mquina, la sarta deperforacin, o la corona.

Parmetros relacionados con el proceso de perforacin, como la presin sobre lacorona, la velocidad de rotacin, las propiedades del fluido de perforacin y suvelocidad de circulacin. Estos son los principales elementos, en los que el operariopuede intervenir dentro de las posibilidades del equipo.

Parmetros relacionados con la respuesta del terreno: velocidad de penetracin, parde rotacin y presin de fluido. Para unas condiciones de perforacin dadas, estosparmetros dependen nicamente de las caractersticas del terreno.

El registro de estos parmetros, puede llevarse a cabo mediante mecanismos de tipoanalgico o digitales. Los primeros, pueden registrar cuatro parmetros y proporcionanuna nica salida grfica en papel. Los aparatos digitales, presentan numerosas

ventajas ya que pueden registrar ms parmetros con una mayor precisin, y las


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medidas se obtienen en formato digital por lo que los datos pueden tratarseposteriormente de forma matemtica o estadstica.

Los parmetros registrados por los principales aparatos son los siguientes:

Presin de fluido (Pf)

Par de rotacin (T) Presin sobre la corona (F) Velocidad de rotacin (N) Velocidad de penetracin (V) Fuerza de retencin (Fr) Vibraciones en la sarta de perforacin Tiempo por cada 5 mm de penetracin (t)

Para un anlisis ms detallado puede combinarse los valores obtenidos, enecuaciones ms complejas que proporcionan parmetros que pueden ser puramenteempricos o con un significado fsico.

Los ms utilizados son los siguientes:

3.2.2.1. ndice de Alteracin (Pfister, 1985)

maxmax1

V

V

W

WA += [3. 7]

W = peso sobre la corona (presin sobre la corona fuerza de retencin + peso de lasarta de perforacin y de la corona) (kN).

Wmax = valor mximo terico de W (kN)

V = velocidad de penetracin instantnea (m/s)

Vmax = velocidad de penetracin instantnea mxima (m/s)

El ndice de alteracin es un indicativo de la dureza del material, y vara desde 0 parasuelos blandos a 2 en los ms duros. Es un parmetro muy sensible en suelos de bajaresistencia.

3.2.2.2. Energa utilizada en la perforacin (Pfister, 1985)

V

NTW = [3. 8]

T = par de rotacin (kN * m).

N = velocidad de rotacin (rps)

V = velocidad de penetracin instantnea (m/s).

Este parmetro es muy til en el anlisis de suelos duros y rocas blandas.


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3.2.2.3. Resistencia a la perforacin (Somerton, 1959)

V

N

WSd=

[3. 9]

W = peso sobre la corona (presin sobre la corona fuerza de retencin + peso de lasarta de perforacin y de la corona) (kN).


V = velocidad de penetracin instantnea (m/s).

3.2.2.4. Parmetro

TV

DFN

=

2

[3. 10]


F = presin sobre la corona (kN)

D = dimetro de perforacin (m)

V = velocidad de penetracin (m/s)

T = par de rotacin (kN . m)

El parmetro hace referencia a la dificultad con que se perfora un terreno, es decir, ladificultad con que las partculas del material son erosionadas y transportadas fuera dela corona de perforacin, de modo que un terreno arcilloso ser difcil de perforar yaque la arcilla puede adherirse a la corona atascndola y reduciendo con ellos suefectividad. Sin embargo en un terreno arenoso, la arena puede ser fcilmenteevacuada de la corona por lo que es ms fcil de perforar.

3.2.2.5. Energa especfica (Teale, 1964)

La energa especfica se define como la energa necesaria para excavar un volumenunitario de roca. Es un parmetro muy til, que puede considerarse como indicativo dela eficiencia en un trabajo de perforacin.

La energa especfica combina cada uno de los parmetros registrados en laperforacin, y puede expresarse de la siguiente forma:

rt eeVA

TN

A

FE +=

+=

2 [3. 71]

Donde;


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F = presin sobre la corona (kN)

A = rea de perforacin (m2)


T = par de rotacin (kN . m)

V = velocidad de penetracin (m/s)

El primer miembro de la ecuacin corresponde a la componente de presin, y elsegundo miembro la componente de rotacin.

La energa especfica tiene las mismas dimensiones que la presin debido a que siuna fuerza F, acta sobre una superficie normal, A, a lo largo de una distancia ds, elincremento de trabajo realizado dW, es F.ds. La variacin de volumen efectuada

durante la perforacin dV, es A.ds. Si E, es la energa en cualquier punto, entoncesE=dW/dV = F/A = P, la presin en ese punto.

Para una excavacin dada, A es constante por lo que et es directamente proporcionala F. Para A y N dados, er es proporcional a T/V.

La representacin grfica del par de rotacin, T, y la velocidad de penetracin, V, seaproxima a una lnea recta a travs del origen. La pendiente es T/V y esaproximadamente constante.

De ello, se deduce, que para una superficie, A, y una velocidad de rotacin N, dadas,la componente de rotacin er y por tanto, la energa total, es constante.

Otra aproximacin a lo anterior es poner en la ecuacin el trmino p, tasa depenetracin por cada revolucin (p = V/N). Entonces, la ecuacin de la componente derotacin de la energa especfica puede escribirse de la siguiente forma:

pA

Ter

=

2 [3. 12]

T es el par de rotacin requerido para perforar una capa de roca de longitud p en unarevolucin. Como la cantidad de energa necesaria para perforar materiales frgiles

como las rocas no se ve considerablemente afectada por la velocidad en la que seaplica, la relacin entre T y p no se ve afectada por cambios en la velocidad derotacin. La relacin T/p, puede por lo tanto, considerarse como un indicador til de laenerga especfica.

En la figura 3.6puede verse la relacin entre la penetracin por revolucin y la energaespecfica realizada sobre varios sondeos perforados en argilitas. En la ecuacin de lacomponente de rotacin, er, puede observarse que la energa especfica puedealcanzar valores muy altos para bajas presiones sobre la corona.

Por debajo de un cierto valor, la presin es insuficiente para efectuar la penetracin; amedida que esta se incrementa, el valor de la energa especfica disminuye hasta

alcanzar un valor a partir del cual, decrece lentamente para continuar de formaaproximadamente constante. Este fenmeno puede observarse en la Figura 3.7.


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Figura 3.7 Relacin entre la presin ejercida sobre la corona y la componentede rotacin de la energa especfica en argilitas.

El mnimo valor adquirido por la energa es una medida de la eficiencia mecnicamxima de una herramienta concreta y en unas condiciones especficas. Sin embargo,la energa especfica no disminuye de forma indefinida; existe un momento en que un

aumento de la presin sobre la corona provoca una sobrecarga y atascamiento de

Figura 3. 6 Relacin entre la energa especfica y la penetracin por revolucin


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sta, reducindose la eficiencia y causando un nuevo aumento de la energaespecfica.

3.2.2.6. Correlacin de los parmetros de perforacin con laspropiedades geomecnicas de las rocas.

Para evaluar la potencialidad de las expresiones anteriores en [9] se cita la perforacinde un sondeo de 70 m en un terreno constituido por una alternancia de limolitas yareniscas (sondeo BH-1).Los diferentes parmetros de perforacin junto a la energaespecfica calculada segn la ecuacin de Teale (1965) puede observarse en la figura3.8.

Figura 3.8 Parmetros de perforacin obtenidos y energa especfica calculadasegn la ecuacin de Teale (1965) para el sondeo BH-1.


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En la figura 3.8 puede observarse como todos los parmetros muestran un valoraproximadamente constante a lo largo del sondeo, con dos zonas en las que losvalores son claramente diferentes de la media.

La primera zona se localiza entre 12 y 16 metros de profundidad y est representada

por un incremento de la velocidad de perforacin acompaado de una disminucin delos valores del par de rotacin y de la velocidad de rotacin. Esta primera zona, secorresponde aproximadamente con un material muy fracturado y meteorizado situado,en el sondeo, entre 6 y 15.65 metros.

La segunda zona se localiza entre 61 y 65 metros y se caracteriza por un incrementode la presin sobre la corona y valores del par de rotacin ligeramente ms altos. En elsondeo, esta zona est representada por un material sano, con elevada resistencia yun RMR superior a 50 puntos.

La energa especfica refleja estos resultados con un mnimo entre 12 y 16 metros,

correspondiente a la zona intensamente fracturada y un mximo entre 61 y 65 para losmateriales de mejor calidad.

Cada uno de estos parmetros se ha comparado individualmente con el RQD, nmerode juntas por metro y RMR de la roca.

Algunos parmetros como la velocidad de penetracin no muestran una buenacorrelacin con la calidad de la roca, aunque los valores de velocidad depenetracin ms alto corresponden a tramos con un RMR inferior a 30.

Otros parmetros como elpeso sobre la corona o el par de rotacin muestranuna mejor relacin. En las figuras 3.9 y 3.10 puede observarse como ambos

aumentan con la calidad de la roca.

La velocidad de rotacin muestra una relacin directa con RMR y RQD. Esta relacindebera ser inversa, con valores elevados de velocidad de rotacin para macizosrocosos con pobres propiedades geomecnicas. Sin embargo, en algunos casos, conmateriales muy fracturados y meteorizados, con elevado contenido en arcilla, estapuede obstruir la corona reduciendo su velocidad de rotacin.


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Figura 3.9 Relacin entre el peso sobre la corona y el RMR, RQD y nmero de juntas pormetro en el sondeo BH-1.


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Figura 3.10 Relacin entre el par de rotacin y el RMR, RQD y nmero de juntas pormetro en el sondeo BH-1.


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3.2.2.7. Conclusiones del proceso de perforacin

Los parmetros de perforacin constituyen un mecanismo til para la caracterizacindel terreno.

Para la sucesin de argilitas y areniscas estudiadas, los parmetros que muestran unamejor correlacin con el RQD, n de juntas por metro y RMR son el peso sobre lacorona y el par de rotacin.

Los parmetros registrados pueden combinarse en expresiones ms complejas comola energa especfica. Aunque los ensayos de laboratorio realizados no son suficientespara establecer una correlacin terica entre los parmetros de perforacin y laspropiedades mecnicas de la roca, se ha podido observar como la energa especficamuestra una relacin directamente proporcional con la resistencia a compresinsimple, de la roca intacta, resistencia del macizo rocoso y velocidad de ondasssmicas.


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Captulo 4 Aplicacin a la Autova Orbital B-40

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4.1. ESTRUCTURA DE COBERTURA DE CAN TRES

La autova orbital B-40 va cubierta en la zona de Can Tres. La estructura de coberturase realiza para disminuir el impacto ambiental por ruido en la colonia residencial

existente. [4.11].

4.1.1. Tipologa de la estructura:

Cubierta transitable slo por peatones.

Sobrecarga= 5 kN/m2.

Dimensiones: Longitud, L = 450 m;

anchura, a = 34,5 m;

glibo mnimo, g = 5,3 m.

Ubicacin: P.K. 0+345 a P.K. 0+795.

4.1.2. Terreno geotcnico de la estructura 2

Reconocimientos realizados: Sondeos mecnicos: Sd.0+600, Sd.0+800, Se.0+340,Se.0+460, Se.0+540, Se.620, Se.0+820, Se.0+840. Catas: Cd.0+340, Cd.0+520.

Prospeccin geofsica: perfiles de tomografa elctrica Cint.6, Cint.7, Cint.8.

Reconocimientos complementarios: Sondeos realizados por Geocisa para elproyecto modificado

Geologa y geotecnia: El reconocimiento efectuado muestra un subsuelo en el que sediferencian cuatro unidades geolgicas:

- Rellenos (Rv) formados por vertidos heterogneos de tierras no

compactadas y restos antrpicos diversos, entre los que dominan los

residuos procedentes de derribos y demoliciones y, en menor medida,

residuos slidos urbanos. Presentan una potencia muy variable, cubriendo

en buena parte el relieve excavado por el Torrente de Sant Miquel.

Adquieren gran importancia entre los PP.KK. 0+460 a 0+665 (con

espesores comprendidos entre 3.7 y 6.7 m) y entre los PP.KK. 0+665 A

0+760 (con espesores del orden de 3.5 m).

- Cuaternario aluvial reciente (Qto): corresponde a sedimentos de fondo de

cauce del Torrente de Sant Miquel, observndose una mezcla heterognea

de gravas y arenas arcillosas de compacidad media a floja. Su extensin es

escasa, limitndose al trazado del citado torrente, con espesores del orden

de 1 m.


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- Cuaternario antiguo (Qpg): representa la formacin de abanico aluvial

pleistocena que se extiende con amplitud hacia el Sur desde la va del

ferrocarril. Se describe como una sucesin de gravas y arenas con matriz

arcillosa, de consistencia media a dura, que muestran niveles mediana a

fuertemente calcificados, especialmente hacia el techo de la unidad.

Mioceno (Ma): se describe en este litotipo el substrato de arcillas de consistencia dura

con niveles intercalados de orden mtrico de gravas de lajas de pizarra (que en

ocasiones se generalizan, dominando sobre las arcillas) de compacidad densa. El

clculo de la cimentacin ha atendido a los parmetros deformacionales de la

subunidad arcillosa (menos favorables), establecidos en base al resultado de ensayos

edomtricos.

Condicionantes de la cimentacin: En el lado Este de la estructura de cobertura, lacota de apoyo de la cimentacin se situar sobre los materiales miocenos (Ma). En el

lado Oeste de la estructura de cubricin siguen en buena medida el relieve excavado

por el Torrente de Sant Miquel, una vaguada que en buena parte ha sido rellenada por

vertido antrpicos (Rv). Las cimentaciones tambin se apoyarn en el substrato

mioceno (Ma).

Condicionantes hidrolgicos: En dos de los sondeos realizados en la zona de CanTres se han localizado aguas subterrneas, a las cotas que se indican a continuacin:

Sondeo Se.0+340 a la cota 259

Sondeo Sd.0+600 a la cota 277

En ambos casos las prospecciones han reconocido la presencia de rellenos

importantes (Rv), vertidos en el antiguo cauce del Torrente de Sant Miquel,

localizndose las aguas en la zona del contacto de la base de los rellenos con el

sustrato mioceno arcilloso (Ma). No se interpretan estos niveles como referidos a un

verdadero acufero, si no con una zona de drenaje preferente de aguas sublveas,

cuya entidad (caudal y gradiente) es de esperar sea muy limitado.

Tipologa de cimentacin a adoptar: CPI 8

Situacin del plano de cimentacin (profundidad mnima respecto a rasante y / o cota):

La excavacin necesaria para apoyar el pilote en el substrato mioceno vara en funcin

del espesor de rellenos antrpicos, segn lo indicado en la tabla 4.1:


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PP.KK. espesor del relleno Rv0.345 0+460 3.7 6.7 (respectivamente)

0+460 0+665los rellenos se sitan sobre la rasante

del desmonte0+665 0+760 del orden de 3.5 m

0+760 0+790los rellenos se sitan sobre la rasantedel desmonte

0+790 0+795 del orden de 2 m

Tabla 4.1: Situacin de rellenos en el plano de cimentacin de pilas, en la Estructura decubricin de Can Tres

Recomendaciones sobre calidad de los materiales a emplear en el cimiento:

Las aguas freticas presentes en el terreno se interpretan como

caudales sublveos del Torrent de Sant Miquel. El grado de agresividad

hacia el hormign se valora de medio(segn las especificaciones de la

norma EHE) por el contenido en CO2, que ha resultado de 91.6 mg/l. La

presencia de valores altos de dixido de carbono en el agua acostumbra

a estar relacionada con fenmenos de contaminacin industrial o

urbana intensas. Entendiendo que el encauzamiento del Torrent de Sant

Miquel por el lado izquierdo de la estructura comportar la desaparicin

de estas aguas, estimamos puede desestimarse la necesidad de

considerarse medidas ms preventivas a tal respecto que asegurar laeficiencia de la obra de drenaje.


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4.2. PROCESO CONSTRUCTIVO

En la figura 4.1 se observa la cobertura de Can Tras durante construccin.

En la pgina siguiente, en la figura 4.2 se explica el proceso constructivo de dichacobertura. Consisti en hacer pilotes a la cota inicial del terreno y posteriormenteexcavar hasta la cota de rasante de la autova de tal manera que parte del pilotequeda visto y la otra parte oculta.

Figura 4.1: Cobertura de Can Tras durante construccin.


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Figura 4.2: Proceso constructivo.


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Captulo 5 Anlisis de resultados

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5.1. CONSIDERACIONES PREVIAS

A partir de los conceptos explicados en los captulos 2 y 3 de la presente tesina, semuestra un resumen en la tabla 5.1 en la que se pueden observar los datos y las

variables esenciales con las que se ha trabajado. Las conclusiones presentadas en elcaptulo 6 se considerarn vlidas slo para stas condiciones de terreno, mquinaspilotadoras, cabezas de perforacin y mecanismo de empuje.

Pilotadora 140-TT Pilotadora 145-EVOPotencia motor trmico (Kw) 300 400

Caudal bomba (m3/s) 0,0086 0,0115Dimetro de pilotes (mm) 1000 1250Longitud mxima pilote (m) 26,5 21Mecanismo de Empuje Accionamiento por cadena Accionamiento por cadenaTipo de Cabeza de

Perforacin Dientes de Widia tipo botn Dientes de Widia tipo botnTipo de terreno Relleno-Cuaternario-Mioceno

Relleno-Cuaternario-Mioceno

Tabla 5.1: Resumen de las variables con las que se ha trabajado.

A partir del clculo de par motor explicado y con los datos de las fichas tcnicas de laspilotadoras mostradas en el captulo 2 y con los registros de parmetros de los pilotesejecutados, se procede a establecer una serie de correlaciones. Primeramente seexplica ms detalladamente el mtodo de trabajo.

5.2. MTODO DE TRABAJO

La forma de trabajo ser coger los resultados de un SPT y compararlos con los datosde perforacin registrados en los pilotes ms cercanos a este sondeo. Siempre quesea posible se cogern los datos de tres pilotes, ya que los de uno solo podran no serrepresentativos. (Vase figura 5.1).

Otro aspecto a destacar es que, dada la dureza del terreno de la obra, la gran mayorade SPT dan rechazo, con lo cual no habra suficientes valores que no sean de rechazoy por tanto no se podran comparar los resultados. He cogido los valorescorrespondientes a N15 30 yN30 45, por separado, sin sumarlos. Adems, tambin conla intencin de obtener ms datos, he tenido en cuenta el valor N45 60. Por tanto, deahora en adelante, me referir al N de SPT de un tramo de 15cm y no de 30cm.

Adems, se presentarn los datos obtenidos por la pilotadora de 1000mm y la de1250mm por separado durante las diferentes correlaciones hasta obtener la mejorcorrelacin y, una vez obtenida, se juntarn para ver cmo influye el diferente rea delos pilotes.

Explicado el mtodo de trabajo se presentan a continuacin las diferencias pruebas decorrelaciones realizadas. (Los clculos y resultados de los sondeos se puedenconsultar en anejo)


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Figura 5.1: Vista en planta de un tablero tipo de los pilotes (en rojo) y los sondeosrealizados (en naranja)


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5.3. CORRELACIONES

5.3.1.- Par motor- N SPT

sta fue la que dio origen a la tesina. Conceptualmente se entiende que el paraplicado a la barrena rompe el terreno, mientras que el pull-down slo sirve paragarantizar que la barrena se clave en el terreno. Por tanto, cabe esperar que cuantoms par motor se le aplica a la barrena es porque el terreno es ms duro, ms difcilde romper y por tanto, cabra esperar mayor nmero de SPT.

Calculando el par motor, tal como se ha indicado en el apartado 2.5, y comparando elvalor del par con el N de SPT a la profundidad en la que se han realizado los tests seobtienen los siguientes resultados. Se ha realizado tanto para pilotes de 1250mm y1000mm y los resultados se muestran por separado.

En la figura 5.2 se muestran los primeros resultados de los pilotes del tablero 6. En lafigura 5.3 se muestran los primeros datos de los pilotes del tablero 3. Los pilotes 4, 5,6, 7,8 son del lado izquierdo. Los pilotes 4 y 5 estn comparados con el sondeo Se(0+540) y los pilotes 6,7 y 8 con el sondeo S-20.

RELACIN PAR MOTOR-N SPT T6-D-1250mm

0

10

20

30

40

50

60

010

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

160

170

180

190

200

Par motor (kN*m)

NSPT

N SPT P-1

N SPT P-34

N SPT P-35

N SPT P-36

Figura 5.2 Resultados para la correlacin par motor-N SPT con los mejores registrosobtenidos


26/51


73

Figura 5.3 Resultados para la correlacin par motor-N SPT con los primeros registrosobtenidos

Claramente se observa que no hay relacin. Para similares valores de par motorcorrespondientes a distintos pilotes se observa que le corresponden tanto valores deSPT muy bajos como de rechazo. Por ejemplo, para un valor de par motor de 110kN*m le corresponde un nmero de SPT inferior a 10 para el pilote 8 y un valor de 50(Rechazo) para los pilotes 15 y 17.

A pesar de no haber relacin entre el par aplicado y el nmero de SPT, s se puededestacar que en los pilotes 4 y 5 se ve cmo aumenta el nmero de SPT a medida queaumenta el par motor. El hecho de que la perforacin sea por abrasin hace que noestn situados en una recta y por tanto que no se le pueda calcular la pendiente.

Otro inconveniente que se observa es que en los STP slo se ha medido hastaobtener el 50 (Rechazo) siendo este valor por tanto una cota superior. Serainteresante seguir contando los golpes, ya que no es lo mismo un rechazo estricto de50 golpes que un rechazo de un nmero muy superior, como por ejemplo 80.

Para esta primera correlacin ha bastado con comparar los resultados de 12 pilotes y,cmo se aprecia claramente que no hay relacin, no es necesario seguir

comparndolo con ms pilotes, puesto que se obtendran resultados similares.

Por tanto, esta correlacin no es vlida.

5.3.2. Velocidad de avance de la barrena (VA) N SPT

Otra posible forma de pensar podra ser que tanto el par motor como el pull downrompen el terreno, pero lo que nos interesa estudiar es la velocidad de avance de labarrena una vez ha roto el terreno. La relacin de esperar sera que a mayor velocidad

de avance le corresponda menor nmero de SPT, y a menor velocidad de avance lecorresponda mayor nmero de SPT. Es decir, que el hecho de que la barrena pueda

RELACIN PAR MOTOR-N SPT T3 1000mm

0

10

20

30

40

50

60

010

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

160

170

180

190

200

Par motor (kN*m)

NSPT

N SPT P-4

N SPT P-5

N SPT P-6

N SPT P-7

N SPT P-8

N SPT P-15

N SPT P-16

N SPT P-17


27/51


74

avanzar rpidamente es debido a que el terreno es blando, y el hecho de que labarrena avance de forma lenta es debido a que el terreno es ms duro. Por lo tanto, seespera una relacin inversamente proporcional y faltar ver si los puntos estnalineados en una recta o en una parbola. (Vanse figuras 5.4, 5.5 y 5.6)

RELACIN VA-N SPT T3-E 1000mm S-16

0

10

20

30

40

50

60

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

110

120

130

140

150

VA (m/h)

NSPT Pilote 15

Pilote 16

Pilote 17

RELACIN VA-NSPT T3-I-1000mm Sd 0+540

0

10

20

30

40

50

60

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

110

120

130

140

150

VA (m/h)

NS

PT

Pilote 4

Pilote 5

Pilote 6

Pilote 7

Pilote 8

Figura 5.4 Relacin Va-N SPT

Figura 5.5 Relacin Va-N SPT


28/51


75

No se obtiene la relacin esperada. En los dos primeros grficos se observa que hayvalores de rechazo para valores de velocidad de avance bajos y altos. Concretamente,en el primer grfico se ve que para valores de velocidad de avance entre 40 y 50 m/hhay valores de SPT de 15 y de 50.

En el ltimo grfico, se aprecia que hay valores bajos y altos de velocidad de avancede la barrena para valores de SPT bajos y de la misma manera hay valores bajos yaltos de velocidad de avance para valores de SPT altos.

Esta correlacin tampoco es vlida.

5.3.3. Fuerza Resultante sobre el terreno- N SPT

Esta idea consiste en calcular la fuerza resultante que acta sobre el terreno yrelacionarla con el SPT. En la perforacin por rotacin con barrena continua,intervienen dos fuerzas, el pull down y la fuerza que acta sobre en la cabeza de labarrena debida al par motor. El pull down es una fuerza vertical en sentido

descendente y segn la informacin proporcionada por el fabricante es constante,tomando siempre su valor mximo, que es el que aparece en la ficha tcnica. El valordel pull down es diferente en cada pilotadora, por lo tanto, para los pilotes de 1000mmde dimetro, el pull down ser el de la pilotadora 140-TT y para los pilotes de 1250mmel pull down ser el de la pilotadora 145-EVO. Para obtener la fuerza en el planohorizontal, se divide el par motor entre dos terceras partes del radio del pilotecorrespondiente. Se estima que el punto de aplicacin de la fuerza est a dos terceraspartes del centro ya que se aproxima por una fuerza triangularmente distribuida. Portanto, la fuerza resultante se obtendr como la suma vectorial de la fuerza actuante enel plano horizontal y el pull down. (Vase figura 5.7).

RELACIN VA-N SPT T6-D 1250mm Se 0+840

0

10

20

30

40

50

60

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

110

120

130

140

150

160

170

180

VA (m/h)

NS

PT

P1

P34

P35

P36

Figura 5. 6 Relacin Va-N SPT


29/51


76

Sin embargo, ms adelante descubr que el pull down no es constante, est controladopor el maquinista de la pilotadora que decide si incrementarlo o disminuirlo segnconvenga. Por tanto, esta correlacin, tal como se ha hecho, no es correcta porque seha tenido en cuenta que el pull down era mximo. Adems como el software deLlamada no lo mide no se puede realizar. Por el contrario, el sistema Tara-log s que

mide el pull down as que sera posible a la vez que interesante poder realizar estacorrelacin.

As que pudiendo trabajar exclusivamente con los tres parmetros registrados por elsoftware Llamada: Presin de la bomba, velocidad de giro y velocidad de avance de labarrena, una posible correlacin sera intentar combinarlos de forma adecuada.

5.3.4. Par motor/VA N SPT

Como se ha visto en la primera correlacin, a partir de la presin de la bomba y lavelocidad de rotacin de la barrena se puede calcular el par motor. Conceptualmente,el par motor es proporcional a la dureza del terreno, a ms par motor ms duro elterreno, por lo que tendr mayor nmero de SPT.

En la segunda correlacin se ha explicado que la velocidad de avance de la barrenaes inversamente proporcional a la dureza del terreno, a ms velocidad de avance, msblando es el terreno, por tanto tiene menor nmero de SPT.

Realizando ambas correlaciones por separado no se han obtenido resultadospositivos, as que una posible opcin es realizar una correlacin conjunta. Como el parmotor es proporcional al valor de SPT se le colocar en el numerador y como lavelocidad de avance es inversamente proporcional al valor de SPT se colocar en el

denominador. Dimensionalmente resultar una magnitud kN* h. (Vanse figuras 5.8 y5.9).

Fuerza en el plano horizontal

Pulldown

Fuerza Resultante

Figura 5.7 Explicacin de la suma de fuerzas


30/51


77

A partir de los dos primeros grficos se observa que si hay una posible relacin. En elprimer grfico, todos los resultados del SPT son de rechazo. El valor mnimo de

par/VA es de 1,2. Por tanto, a partir de un valor de par/VA de 1,2 en adelante, seobtiene rechazo. En el segundo grfico hay valores de SPT bajos y valores de

RELACIN PAR/VA T3-C 1000mm S-16

0

10

20

30

40

50

60

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8

Par/VA [kN*h]

NSPT P15

P16P17

RELACIN PAR/VA T3-I 1000mm S-20

0

10

20

30

40

50

60

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5Par/VA [kN*h]

NSPT P4

P5

Figura 5. 8 Relacin Par/Va-N SPT



31/51


78

rechazo, por lo que es ms interesante de comparar. Se aprecia que el rechazoempieza para un valor de par/VA de 1,2 o 1,3, que coincide con el valor obtenido en elprimer grfico. Para valores de SPT inferiores al rechazo se obtienen valores dePar/Va inferior a 1,2 y adems se puede ver como aumenta el nmero de SPT a mediaque aumenta el valor Par/VA. (Ya se coment en la primera correlacin que debido ala poca precisin de los datos no se pueden alinear los resultados en una recta ycalcular su pendiente, pero s es interesante ver la progresin).

Veamos ahora los resultados de aplicar esta correlacin a los pilotes de 1250 mm.(Figura 5.10).

Se observa que cumple lo expresado anteriormente, el valor de Par/Va que marca elrechazo es de 1,3. Por tanto, parece que sta es, o puede ser, una buena correlacin.A partir de ahora se analizarn todos los datos disponibles para esta correlacin, a finde saber para que porcentaje de casos vale. La idea es contrastar si esta correlacinpuede ser vlida o no, para un numero de datos representativo, ms que determinar elvalor exacto del coeficiente Par/Va que provoca el rechazo.

Se empezar por los datos de los pilotes de 1000mm y posteriormente se presentarnlos datos de los pilotes de 1250mm.

En la figura 5.11 se presenta un caso interesante. Se van a exponer los datos de lospilotes 6,7 y 8 del tablero 3, lado izquierdo y se van a comparar con el nmero de SPTdel sondeo S-20. Se recuerda que en el segundo grfico se han mostrado los datos delos pilotes anteriores del mismo tablero y lado (pilotes 4-5, T3-I) y se han comparadocon el nmero de SPT del sondeo Se 0+540. La distancia entre sondeos es deaproximadamente 16 metros, as que en principio cabra esperar resultados similares.

RELACIN PAR/VA T6-D 1250mm Se 0+840

0

10

20

30

40

50

60

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5

Par/VA [kN*h]

NSPT

P34

P35



32/51


79

Se observa que no sigue la correlacin. Sin embargo, puede ser interesante compararlos sondeos ya que estando tan prximos, es de esperar resultados parecidos,obsrvese la tabla 5.2.

Se 0+540 S-20

Profundidad (m) N SPT Profundidad (m) N SPT4,27 12 8,6 94,42 28 8,8 74,57 36 9 76,27 42 13,2 236,42 50 13,3 508,52 50 17,2 50

10,47 50

Tabla 5. 2 Comparacin de los sondeos Se 0+540 y S-20

Se aprecia que los resultados son muy diferentes. En el sondeo Se 0+540, el rechazoaparece a los 6,42 m de profundidad mientras que en el sondeo S-20 el rechazoaparece a los 13,3 m de profundidad. Por tanto es interesante probar la correlacin delos pilotes 6,7 y 8 con el sondeo Se 0+540 y ver si cumplen. (Vase figura 5.12 y5.13).


0

10

20

30

40

50

60

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6

Par/VA [kN*h]

NSPT P6

P7

P8



33/51


80

Figura 5. 12. Se observan la situacin de los sondeos citados y sudistancia a la linea de pilotes y su separacin, expresada en metros.


34/51


81


Ahora s que cumplen la correlacin. Por tanto, habra que tener en cuenta el sondeoSe 0+540 tambin para los pilotes 6,7 y 8.

Hasta ahora se ha analizado 8 pilotes de 1000 mm de dimetro. Se presenta ungrfico a modo de resumen de los resultados obtenidos. Se observa en la figura 5.14.

Cumplen la correlacin. Se puede decir a partir de un valor de par/Va de 1,5 seobtiene rechazo.

RELACIN PAR/VA T3-I 1000mm Se 0+540

0

10

20

30

40

50

60

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0

Par/VA [kN*h]

NSPT P-6

P-7

P-8

RESUMEN RELACIN PAR/VA T3 1000 mm

0

10

20

30

40

50

60

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5

Par/Va [kN*h]

NSPT

P15 (T3-E)

P16 (T3-E)

P17 (T3-E)

P4 (T3-I)

P5 (T3-I)

P6 (T3-I)

P7 (T3-I)

P8 (T3-I)

Figura 5.14 Grfico resumen relacin Par/Va-N SPT


35/51


82

A continuacin se muestran ms resultados con el fin de corroborar la correlacin, enla figura 5.15 y 5.16.

En este caso no se cumple la correlacin. Para valores de par/Va de 1,6 se obtiene unnmero de SPT muy bajo cuando se debera obtener un valor de rechazo. El rechazose observa en valores de par/Va de 2,6. Ya se ha comentado anteriormente que msque fijar un valor exacto de cociente par/Va que garantice el rechazo, se pretende dealguna forma comprobar que esta correlacin se cumple para un elevado nmero decasos. En cuanto al valor del cociente, siempre se le puede multiplicar por uncoeficiente mayor que uno como coeficiente de seguridad. Para este caso concreto,

parece que el valor de este coeficiente estara alrededor del 2,2. Ms adelante, si

RELACIN PAR/VA T4-I 1000mm Se 0+620

0

10

20

30

40

50

60

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0

PAR/VA [kN*h]

NSPT P1

P2

P3

Figura 5. 15. Relacin Par/Va-N SPT. Cumple la correlacin


0

10

20

30

40

50

60

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0

Par/Va [kN*h]

NSPT P10

P11

P12

Figura 5.16. Relacin Par/Va-N SPT. No cumple la correlacin


36/51


83

aparecen ms valores que no cumplen la correlacin dada, entraremos en detallesobre los motivos que lo pueden provocar.Se muestran ms valores en la figuras 5.17 y 5.18)

En este caso se ve ms claramente que hay valores que no cumplen la correlacin.Ahora s merece la pena mostrar los grficos de registro de parmetros de cada pilotey observarlos detenidamente. Obsrvese figura 5.19.

RELACIN PAR/VA T6-E 1000mm S-14

0

10

20

30

40

50

60

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0

Par/Va [kN*h]

NSPT

Pilote 11

Pilote 12

RELACIN PAR/VA T6-C 1000 mm S-14

0

10

20

30

40

50

60

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0

Par/Va [kN*h]

NSPT

P-11

P-12

Figura 5. 17 Relacin Par/Va-N SPT. Cumple la correlacin.

Figura 5. 18 Relacin Par/Va-N SPT. No cumple la correlacin.


37/51


84

Figura 5. 19 Registro de control de parmetros. (Llamada, 2008)


38/51


85

Las lneas negras horizontales corresponden a la profundidad en la que se harealizado el SPT y los valores de cada parmetro registrado medidos. Se observa quela Velocidad de Avance es muy baja. Este es el hecho que provoca que el cocientePar/Va sea elevado. Esta es la causa de que para ciertos valores del grfico tuviesenun cociente Par/Va superior a 1,5 y sin embargo no tener un SPT de rechazo.

Por lo tanto, parece interesante profundizar sobre cmo se mide este parmetro. Loprimero a tener en cuenta es la escala de las unidades, que comprende de o a 500m/h. Durante la perforacin rara vez pasa de los 200 m/h, con lo que si se cambiasela escala de 0 a 200 m/h se podra tener mayor precisin al medir. Sin embargo, lorealmente importante, es que la Velocidad de Avance de la barrena est gobernadapor el maquinista, que es quin decide si permitir o no que la barrena avance medianteuna palanca. Es decir, la barrena no avanza por peso propio cuando rompe el terreno,sino que es el maquinista que la deja bajar cuando detecta que el terreno lo permite.Por lo tanto, es un valor altamente influenciado por el maquinista que, segn el gradode atencin y experiencia va a dar una diferente velocidad de avance. Con lo cual no

es un buen parmetro para aplicarlo a una correlacin. (Conclusin que coincide conla conclusin expresada en el apartado 3.2).

Al aplicar la correlacin es de vital importancia tener en cuenta que la Velocidad deAvance de la barrena va a ser siempre menor o igual a la que tendra si cayera porpeso propio, por lo tanto, va a dar valores de Par/Va mayor o iguales a los que lecorrespondera, con lo que a esta correlacin puede dar lugar a falsos rechazos. stees el principal inconveniente de esta correlacin y hay que identificar previamentecundo la Velocidad de Avance es demasiado baja antes de calcular el parmetroPar/Va para evitar que se den falsos rechazos.

A modo de aclaracin, se comenta un caso particular. Durante la perforacin, hay

momentos en los que el maquinista decide limpiar la barrena. Este hecho consiste enhacer que caigan todas las piedras y tierras que se van depositando en la barrena. Elprocedimiento es hacer girar la barrena a alta velocidad para que piedras y tierrascaigan por fuerza centrfuga sin avanzar en la perforacin, es decir, Velocidad deAvance de la barrena igual a cero. Este hecho, segn la correlacin, dara lugar a uncociente Par/Va de infinito, lo que querra decir que el terreno es tan duro que no sedeja perforar, cuando en realidad no se est perforando porque el maquinista noquiere.

Una posible mejora sera estudiar si es factible que la barrena avance por pesopropio.

A continuacin se muestran los ltimos resultados obtenidos (Figuras 5.20 y 5.21).Corresponden a pilotes de 1250 mm, y cumplen la correlacin esperada. Unapregunta que se podra formular es que por tener un rea diferente, debera cambiar elvalor de 1,5 del cociente Par Motor/Va. Se recuerda, tal y como se ha visto enapartado 3.1, que el rea va directamente relacionado con el pull-down y no con lavelocidad de avance. Por lo tanto, es de esperar que se cumpla la correlacinesperada.


39/51


86

Efectivamente, se observa que cumplen la correlacin esperada.

RELACIN PAR/VA T6-I 1250 mm Sd (0+800)

0

10

20

30

40

50

60

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0

Par/Va [kN*h]

NSPT P-13

P-14

P-15

RELACIN PAR/VA T6-I 1250 mm Sd(0+820)

0

10

2030

40

50

60

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5

Par/Va [kN*h]

NSPT P-20

P-21P-22




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87

A modo de sintetizar los datos de ambas pilotadoras se procede a dar la ecuacin dela recta que corresponde al cociente Par/va y el N de SPT desde el terreno pocoresistente hasta el terreno de rechazo. A efectos prcticos, sera de relativa validez yaque los datos que se han utilizado no son de gran precisin

Para ello se han seleccionado los valores que cumpla la correlacin esperada, y se hadiscriminado los valores de SPT de rechazo, ya que estaran todos en una rectahorizontal. (Ya se ha comentado que sera interesante superar el nmero de 50 golpespara ver cmo evolucionara la recta.)

Se han realizado una lnea de tendencia lineal y otra logartmica. (Figura 5.22).

y = 40,366Ln(x) + 30,677

R2 = 0,7881

y = 29,182x

R2 = 0,6708

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0

Serie1

Logartmica (Serie1)

Lineal (Serie1)

Figura 5. 22 Lneas de tendencia


41/51


88

5.4. EJEMPLO DE DETECCIN DE UN BLANDN

Otra aplicacin del Control de Parmetros puede ser la deteccin de lo que

vulgarmente se conocen como blandones.

Un problema importante del SPT es que no es un valor continuo, es un valor puntualpara una profundidad determinada. Cuando dos SPT consecutivos dan rechazo sesupone que todo el terreno entre ellos es terreno de rechazo, que es lo ms probable,pero no se sabe con seguridad. Una ventaja que tiene el Control de Parmetros esque es un registro continuo. Por lo tanto, permite ver los parmetros registrados entredos SPT consecutivos y compararlos con los parmetros obtenidos en los SPT derechazo a fin de corroborar que realmente ese terreno intermedio sea de rechazo. Sehan observado casos de capas ms blandas, blandones, entre dos tramosconsecutivos de SPT de rechazo.

El sondeo S-14 fue realizado al lado del pilote 12 de la parte central del tablero 6.A continuacin, se muestra la ficha de registro de parmetros con los blandonesmarcados con un crculo rojo y los valores del SPT puesto en la ordenada del primergrfico a la profundidad correspondiente (figura 5.23).


42/51


89

Figura 5.23. Se aprecian los blandones marcados


43/51


90

A continuacin se muestran los valores de par calculados. El primer valor calculado esantes del inicio del blandn, el segundo valor es el calculado en el blandn y el terceroes justo despus del blandn. Ya se ha explicado anteriormente que no hay unarelacin directa entre par y dureza del terreno, que tambin hay que tener en cuenta lavelocidad de avance. Sin embargo, como en este caso es muy baja, podra dar lugar aerror, as que no se ha calculado (explicado anteriormente). Simplemente observarque la velocidad de avance aumenta significativamente al iniciarse el blandn, a nivelcualitativo a partir del grfico. La tabla siguiente pone de manifiesto la diferenciadestacable de par en el momento anterior o posterior al blandn y en el momento delblandn. Se muestran los clculos a continuacin, en la tabla 5.3.

Profundidad(m) pbomba (bar) Q (m

3/s) VR (rad/s) T (kN*m) N SPTSPT 9,70 210 0,0086 2,0 88,4 13

9,85 220 0,0086 2,2 86,9 3210,00 220 0,0086 2,3 81,8 5011,25 230 0,0086 1,2 161,4 -

Blandn 1 11,50 150 0,0086 2,3 55,7 -12,25 240 0,0086 1,6 126,3 -SPT 13,90 240 0,0086 1,2 168,5 50

15,00 220 0,0086 1,2 154,4 -Blandn 2 15,25 150 0,0086 2,3 55,7 -

16,25 190 0,0086 1,9 85,7 -SPT 18,20 240 0,0086 1,4 151,6 50

20,00 240 0,0086 1,0 216,6 -Blandn 3 20,25 160 0,0086 2,5 56,2 -

21,00 210 0,0086 1,8 102,0 -

Tabla 5. 3 Valores de par motor en el momento anterior al blandn, durante el blandn y

despus del blandn y en el SPT.


44/51


91

5.5. UTILIZACIN DE LA CORRELACIN PARMOTOR/VA PARA IDENTIFICAR EL CAMBIO DE

MATERIAL GEOLGICO.Otra posible aplicacin del clculo del Par Motor y del cociente Par Motor/Va podraser para identificar el cambio de los materiales geolgicos a medida que avanza elsondeo. Para ello, se han escogido dos sondeos en los que abunden cambios dematerial geolgico con valores de SPT bajos antes de llegar al Mioceno al que lecorresponde un SPT superior a 50 (rechazo).

Se ha juntado el sondeo con los comentarios realizados por el correspondientegelogo y los resultados del SPT con los clculos a partir de los registros del controlde parmetros del Par Motor y del cociente Par Motor/Va.

A primera vista, parece una buena idea, no slo relacionar dichos valores con unnmero de SPT sino tambin relacionarlos con un material geolgico y observar quocurre cuando se cambia de un material geolgico a otro. Sin embargo, tras observarlos sondeos con los resultados de los clculos se aprecia que, en general, larealizacin del SPT no coincide ni tiene porqu coincidir con el cambio de materialgeolgico, por lo tanto no se pueden extraer conclusiones con los clculos realizados apartir del control de parmetros y el cambio de material geolgico. Tampoco seobserva que a un determinado material le corresponda un rango de valores de ParMotor o un rango de valores del cociente Par Motor/Va debido a que en un estrato deun mismo material de gran espesor, el SPT se incrementa considerablemente con laprofundidad. Por tanto, el coeficiente Par/Va no sirve para determinar un material al

variar tambin con la profundiadad.Como conclusin, el control de parmetros no sirve para identificar materialesgeolgicos o cambios de material geolgico.

Se han realizado dos grficos que se muestran a continuacin. (Figuras 5.24 y 5.25).


45/51


92

Figura 5.24 Comparacin del sondeo 20 con los valores de Par/VAcalculados.


46/51


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Figura 5.25 Comparacin sondeo Sd 0+800 con los valores de Par/Va calculados


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Captulo 6 Conclusiones

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6.1. CONCLUSIONES

A pesar de la informacin que ofrecen las pilotadoras con las que se ha trabajado,todava se est lejos de poder utilizar dicha informacin para el diseo de pilotes.

En detalle se presentan las principales conclusiones:

1. No existe correlacin directa entre el par de perforacin y el nmero degolpes del Standard Penetration Test. Por tanto, no hay se puede determinarun valor de par que cause el rechazo.

2. No existe correlacin entre la Velocidad de Avance de la barrena y elnmero de golpes del Standard Penetration Test.

3. El pull down no es constante durante la perforacin, es variable. El pulldown y el par de perforacin son los causantes de la rotura del terreno por loque es de gran importancia medir el pull down.

4. S que existe correlacin entre el cociente Par/Va y el nmero de golpesdel Standard Penetration Test. Para valores del cociente Par/Va inferiores a1,5 se obtiene un nmero de golpes del Standard Penetration Test inferior a 50(rechazo) y para valores superiores del cociente Par/Va a 1,5 se obtienerechazo en el Standard Penetration Test. Sin embargo no es fiable al 100%.

La Velocidad de Avance registrada no es la velocidad real dedescenso de la barrena, sino que est controlada por el maquinista dela pilotadora. La Velocidad de Avance de la barrena va a ser siempre

menor o igual a la que tendra si cayera por peso propio, por lo tanto, vaa dar valores de Par/Va mayor o iguales a los que le correspondera,con lo que a esta correlacin puede dar lugar a falsos rechazos.

Hay que identificar previamente cundo la Velocidad de Avance esdemasiado baja antes de calcular el parmetro Par/Va para evitar quese den falsos rechazos.

5. Si el coeficiente Par/Va es inferior a 1, se puede pronosticar con altaprobabilidad que no existe rechazo.

6. Se recuerda, que los resultados obtenidos del cociente Par/Va son vlidos

para el tipo de terreno estudiado y utilizando dientes de botn de widiacomo cabeza de perforacin. Para otro terreno y otro tipo de cabeza deperforacin los resultados cambiaran.

7. El sistema de Control de Parmetros es un sistema de medicin continuo,mejor que el SPT que es puntual, y permite la deteccin de blandones en elterreno perforado.

8. En principio, no se puede utilizar los clculos realizados a partir delControl de Parmetros para identificar un cambio de terreno geolgico.


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6.2. PROPUESTAS DE MEJORA

Despus del estudio y experiencia en obra, se formulan las siguientes propuestas demejora:

Respecto al software Llamada

1. Aumentar la fiabilidad del software, ya que no se ha podido obtener losgrficos de registro de varios pilotes.

2. Cambiar la escala de 0 -500 m/h a 0-250 m/h en el grfico de Velocidadde Avance para tener mayor precisin en las mediciones.

3. Facilitar tambin los datos numricos, adems de los grficos deregistros de cada pilote, para poder trabajar con mayor precisin yvelocidad.

4. Mostrar directamente el par motor. Es fcil de calcular y da una idea

ms rpida del tipo de terreno. Algunos software ya lo hacen.5. Medir el pull-down, ya que considero que es un parmetrodeterminante. (Algunos software lo hacen).

Respecto a Standard Penetrarion Test

1. No limitarse en llegar al rechazo estricto de 50 golpes en el SPT.Aumentar el nmero de golpes para diferenciar el rechazo estricto alrechazo con un nmero de bastante superior a 50, a fin de evitar estacota superior.

Respecto a la correlacin Par/Va

1. Estudiar la viabilidad de que la barrena bajase por peso propio sin estarretenida por el maquinista, con la finalidad de que el valor de laVelocidad de Avance de la barrena fuese la velocidad real, y que eldescenso de la barrena se inicie cuando rompe el terreno y no cuandolo decide el maquinista. Es decir, hacer que la Velocidad de Avance dela barrena no est alterada por el maquinista.


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6.3. FUTURAS LNEAS DE INVESTIGACIN

La correlacin obtenida en la tesina presenta un principal inconveniente: No tiene encuenta el pull down, porque el software de registro de parmetros no lo mide, y es undato fundamental.

Ya se ha comentado en el apartado de perforacin por rotacin que la perforacindepende bsicamente de dos fuerzas, el pull down en vertical y una fuerza en el planohorizontal causada por el par motor. Por tanto, para mejorar la correlacin u obtenerotra mejor es necesario medir ambas fuerzas. (Se ha comentado anteriormente quehay software que ya lo hacen).Se presentan tres posibles lneas de investigacin:

1. Estudio de la Correlacin Fuerza Resultante sobre elterreno - N SPT.Si se dispusiese del registro de valores de pull down y pudiendo calcular el par

motor, parece que puede tener sentido retomar la correlacin FuerzaResultante sobre el terreno-N SPT. Entonces s se estara en disposicin depoder calcular la fuerza resultante sobre el terreno y compararla con elStandard Penetration Test.

Como tambin se ha comentado en el apartado de perforacin por rotacin, elpull down tiene que ser lo suficientemente elevado para sobrepasar laresistencia a compresin del terreno pero a su vez no debe sobrepasar ciertovalor que cause que la barrena se incruste en el terreno, se acodale. Por tanto,probablemente habr un ngulo mnimo formado entre la fuerza resultantesobre el terreno y un la horizontal a partir del cual se pueda perforar y unngulo mximo a partir del cual la barrena se incrusta y no se puede perforar.Este ngulo evidentemente tambin dependera del terreno. Sera interesantepoder determinar este rango de ngulos tiles en funcin del terreno. Unaaplicacin inmediata sera determinar cuando se est perforando realmentey cuando no (cuando se est limpiando la barrena, por ejemplo) para tomar losvalores de Velocidad de Avance exclusivamente cuando se est perforando.

Este rango de ngulos aptos para perforar, pudindose llegar a un nguloptimo, seguramente estar estudiado con detalle por las empresas depilotadoras pero lo guardan en secreto.

2. Estudio de la Energa de perforacin

A partir de Galera Fernndez et al. (2005). La energa especfica se definecomo la energa necesaria para excavar un volumen unitario de roca.Combina cada uno de los parmetros registrados en la perforacin, y puedeexpresarse de la siguiente forma:

Donde;F = presin sobre la corona (kN)A = rea de perforacin (m2)

vtee

VA

TN

A

FE +=

+=

2 [6.1]


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N = velocidad de rotacin (rps)T = par de rotacin (kN . m)V = velocidad de penetracin (m/s).

El primer miembro de la ecuacin corresponde a la componente de presin, yel segundo miembro la componente de rotacin.

El componente de presin es parecido a la correlacin propuesta en la tesina.La suma de ambas energas especficas, et+ev, al fin y al cabo es una suma dela componente de presin y de la de rotacin, dividido por su rea.Tambin presenta parecido a la primera propuesta de la lnea deinvestigacin en la que se plantea una suma vectorial.

La principal ventaja de esta metodologa es que al tener en cuenta el rea, sepodran juntar los resultados de los pilotes de 1000mm de dimetro y los de1250mm de dimetro.

Se recuerda que no se ha podido utilizar dicha propuesta para la tesina puestoque las pilotadoras con las que se ha trabajado no medan la Fuerza vertical(F).

3. Equipar los equipos de sondeos con sistema de controlde parmetros

Los equipos de sondeos son los que tienen el primer contacto con el terreno

para realizar los propios sondeos y los SPT y posteriormente llegan laspilotadoras. Si la pilotadoras tienen sistema de control de parmetros por quno equipar tambin los equipos de sondeos? Servira para tener msinformacin del terreno. Adems, la principal ventaja que presentara estehecho, es que consiste tambin en perforacin por rotacin. Por lo tanto,parece bastante probable que haya una buena correlacin entre los parmetrosmedidos durante el sondeo con los obtenidos posteriormente en la ejecucin depilotes a una distancia cercana a ese sondeo.


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7. REFERENCIAS

[1] Ministerio de Fomento (2002). Gua de Cimentaciones en obras deCarretera.Captulo 5, Cimentaciones Profundas. Serie Recomendaciones de la

Direccion General de Carreteras. Madrid, Ministerio de Fomento, Centro dePublicaciones 2002.

[2] Ministerio de Fomento (2002). Acondicionamiento del terreno. Cimentaciones. SerieNormativas NTE. Madrid, Ministerio de Fomento, Centro de Publicaciones 2002.

[3] Emerson Moore Geosciences LTd. (2008) Registro de Parmetros de Perforacinen tiempo real. www.emerson-moore.co.uk

[4-1] Pilotes y Obras (2008-1) Pilotes CPI-8 www.pilotesyobras.com

[4-2] Pilotes y Obras (2008-2). Fichas tcnicas de pilotadoras y registros de control de

parmetros de perforacin de los pilotes de las estructuras E2 y E3. Autova Orbital B-40. Tramo Viladecavalls-Terrassa.

[5] IFC (2008). Pilote con barrena continua monitorizada. www.ifc-es.com

[6] CFA (2008) Continous Flight Auger Piles. www.soilmec.info

[7] Lpez Jimeno et al. (2006) Manual de Sondeos. Tecnologa de perforacin.Volumen I. Editor: Carlos Lpez Jimeno. ETS de Ingenieros de Minas. Madrid 2006

[8] Curso de Explotacin de Minas (2007). Captulo: Perforacin.www.u-cursos.cl/ingenieria/2/(2007). Facultad Cs. Fsicas y Matemticas, Chile 2007

[9] Galera Fernndez et al. (2005). Correlacin entre los parmetros de perforacin ylas propiedades geomecnicas del terreno. www.geocontrol.es

[10] Gui, M.W.; ASCE, M.; Soga, K.; Bolton, M.D.; and Hamelin, J.P. InstrumentedBorehole Drilling for Subsurface Investigation. Journal of geotechnical andgeoenvironmental engineering. (2002).

[11] Ministerio de Fomento (2008). Proyecto modificado de las estructuras E2 y E3.Autova Orbital B-40. Tramo Viladecavalls-Terrassa.

Documents

Análisis del proceso de perforación