El primer paso para realizar el estudio de un terreno es reunir toda la documentación previa que se pueda sobre él. Entre dichos documentos se pueden destacar, en lo referente a España, los mapas y publicaciones de Instituto Geológico, los “Datos climáticos para carreteras” del MOP, informes o proyectos previos, pares fotogramétricos, datos topográficos, etc.

En España, en lo que respecta a edificios, debe tenerse en cuenta la Norma Tecnológica de la Edificación de “Reconocimiento de Terrenos”.

El siguiente paso es visitar el terreno, tomar notas, fotografías y hacer un croquis de cuanto se considere interesante. En esta visita es conveniente llevar bolsas para coger muestras superficiales y un clinómetro para medir inclinaciones de taludes si los hubiere. A veces es conveniente no restringir demasiado el examen a la zona inmediata a la obra propuesta.

En la visita se debe averiguar algo sobre la experiencia local, hablando quizá con gente de la localidad, e inquirir sobre posibles deslizamientos, fenómenos de hinchamiento, asientos, actividad sísmica, etc. Esta experiencia local puede aprovecharse al máximo hablando con técnicos que hubiesen realizado obras en la zona si los hubiera, y observando la posible existencia de grietas u otros desperfectos en las casas. En muchos casos puede ser conveniente un informe geológico previo.

Como métodos de reconocimiento del interior de un terreno existen dos tipos básicamente: las calicatas y las perforaciones. Las calicatas son excavaciones superficiales, realizadas con una pala grande, que permiten el acceso a su interior. Por el contrario, se entiende por perforación a cualquier orificio profundo ejecutado en el terreno.

Dentro de las perforaciones se distinguen el sondeo, que es una perforación para extraer el terreno a la superficie, y el ensayo de penetración, consistente en hincar una barra en el terreno para estudiar la resistencia opuesta a la hinca.

En principio, los sondeos son más recomendables que los ensayos de penetración, pero son más caros y necesitan que se acompañen de otro tipo de ensayos para obtener alguna información. Los ensayos de penetración son baratos y permiten un registro continuo.

Si una estructura importante va a estar cimentada sobre una capa de arcilla bastante homogénea, puede estar justificado el realizar varios sondeos con tomas de muestras inalteradas y ensayos complicados sobre ellas. Por el contrario, si el perfil de un terreno es errático, con bolsones de arcilla, limo y arena, puede ser preferible realizar sólo algún sondeo y ensayos sencillos en las muestras, y, por el contrario, realizar bastantes ensayos de penetración en puntos poco espaciados entre sí, pues en este caso es más importante detectar las zonas débiles que puedan existir que examinar algún punto con detalle.

La amplitud del programa de explotación tiene que estar relacionado con el coste de la construcción.

La distancia entre sondeos y su longitud depende del tipo de construcción y de las características generales del terreno. En edificios es frecuente separar los sondeos entre 15 y 60 m. La separación entre perforaciones debe ser tanto menor cuanto más complicado es el perfil del terreno. Un criterio para determinar la profundidad de la perforación es en base a la razón del incremento de presión producida por la carga del edificio:

Como regla práctica, se puede tomar que en cimentaciones con zapatas la profundidad de la perforación sea 1.5 veces el ancho de la zapata; y en el caso de cimentaciones con pilotes, la profundidad de la perforación ha de ser un poco mayor que la estimación que se tenga de la profundidad de los pilotes.

La calicata es uno de los métodos más empleados para tener una visión del terreno in situ. Sus dimensiones en planta suelen ser de 0.9 x 1.5, y a veces hay que entibarlas. De ellas se pueden tomar muestras a mano que se introducen en bolsas de plástico, muestras en tubos que se clavan horizontal o verticalmente, o muestras de bloque.

Estas muestras de bloque, si se tallan de modo adecuado, son las muestras de mejor calidad que existen y la resistencia sin drenaje de las probetas sacadas de estos bloques suele ser superior a la obtenida de tubos. Sus dimensiones pueden ser 30 x 30 cm.

En estas calicatas se puede observar con detalle el nivel freático, y son el único método de confianza para examinar terrenos con cuevas, etc. Permite el examen de antiguos deslizamientos.

Con este procedimiento se puede llegar hasta unos 20 m de profundidad, aunque esto no es frecuente ni mucho menos. Es conveniente llegar hasta unos 5 m.

En los sondeos, por el contrario, no es frecuente que se permita la visión del terreno in situ, sino que es preciso extraer muestras de ellos. Si basta con muestras alteradas se puede emplear una barrena.

El sondeo se puede hacer avanzar deshaciendo el suelo con un trépano y limpiando con una cuchara, o mejor, pero sólo en suelos no muy duros, empleando sólo la cuchara. Tanto el golpeo con trépano como con cuchara, aunque más el primer método, perturban el terreno situado debajo del fondo del sondeo. Por este motivo, algunas especificaciones señalan que unos 30 o 60 cm antes de tomar una muestra inalterada el avance se haga con barrena. Esto último suele encarecer el sondeo.

Antes de tomar una muestra inalterada hay que limpiar perfectamente el fondo del sondeo con la cuchara. Además, en los sondeos por debajo del nivel freático deben mantenerse constantemente llenos de agua o de lodo de perforación para evitar el sifonamiento o la alteración del terreno.

El avance del sondeo se suele hacer por rotación, aunque también se puede hacer por percusión. Dentro de los sondeos a rotación hay que distinguir dos grupos: sondeos con barrena y sondeos con corona.

El sondeo con barrena continua (que evita el revestimiento) se emplea para la extracción de muestras inalteradas con un hueco en su centro que puede oscilar entre 60 y 150 mm, y que permite tomar, a través de él, una muestra a percusión.

Los sondeos a rotación con corona se emplean en rocas o en suelos duros. Deben realizarse a rotación, utilizando coronas de widia o de diamante según la dureza del terreno.

El sondeo a rotación en suelos tiene la ventaja de que la muestra de testigo es continua. Si la rotación se realiza en seco el testigo es de buena calidad. Los detritus son llevados a la superficie por medio de agua inyectada en el tubo sacatestigos.

Si se emplea un “tubo sencillo” (figura A), el agua lava toda la superficie del testigo. Esto y la rotación del tubo pueden dar lugar al desmenuzamiento de suelos parcialmente cementados o de rocas blandas. Para ello, en estos suelos es preferible emplear un “tubo doble” (figura B). El tubo interior prácticamente no gira, y el agua desciende por el contacto entre ambos tubos, por lo cual sólo la base del testigo está sometida al lavado.

Básicamente hay que distinguir dos tipos de tomamuestras:

Consta de un tubo de pared gruesa dotado de una zapata separable de metal endurecido. Merced a ello puede ser hincado a golpes en arcillas firmes. Al acabar la hinca se gira la muestra para arrancarla del terreno y se eleva a continuación. En superficie se extrae la muestra, situada en el interior de una camisa metálica fina, que sirve para enviarla al laboratorio convenientemente parafinada para evitar cambios de humedad. Esta camisa no debe atacar a la muestra. Hay que tener cuidado de que, durante la hinca, la muestra no llegue a chocar con la cabeza del tomamuestras, pues la consiguiente compresión la perturbaría.

Para que la muestra no roce excesivamente con la camisa durante la hinca, lo cual podría originar distorsiones en ella, el diámetro de entrada, De, debe ser algo inferior a interior del tubo, Dm.

Para disminuir la fricción exterior y facilitar la penetración del tomamuestras, el diámetro exterior de la zapata, Dz, suele ser ligeramente superior al diámetro del tubo, Dr. Se llama relación de áreas a la razón entre el volumen de suelo desplazado y el volumen de la muestra:

Según la citada especificación, esta relación debe ser inferior al 25%.

El objeto de la válvula de bola es producir el vacío durante la extracción de la muestra si ésta trata de desprenderse del tubo. Sin embargo, estas válvulas no suelen funcionar bien porque se ensucian con el barro del sondeo y el ajuste no es bueno. Además, si la limpieza del sondeo no fue adecuada, al menos la primer material que entró en el tubo estará perturbado.

Los tomamuestras de pared delgada son similares a los anteriores. La diferencia radica en que se trata de un solo tubo, con lo que la relación de área es mejor, y las muestras son de mayor calidad.

Este caso es el propio tubo el que se envía al laboratorio, pudiendo perderse en la mayoría de los casos, con lo que se encarece el sondeo.

Muchos de los inconvenientes de los tomamuestras de pistón fijo se solucionan con el tomamuestras de pistón fijo, cuya relación de áreas es análoga a la del tubo de pared delgada.

En primer lugar, el conjunto del tomamuestras se puede introducir un poco en el fondo del sondeo hasta la zona que se estime inalterada (posición a). A continuación se sujetan las varillas de perforación, con lo cual se mantiene fijo el pistón inferior. Mediante agua a presión se hace descender el tubo sacamuestras. Como el pistón inferior hace un vacío excelente, no permite que la muestra se separe de él, con lo cual no se permiten cambios de longitud en la muestra. Cuando se agota el recorrido del tubo sacamuestras, el agua vuelve por la varilla interior (posición c) y además ambos pistones quedan en contacto, con lo cual tampoco cabe el que la muestra se comprima excesivamente. Por último, el buen vacío del pistón permite la extracción de muestras blandas.

Tema 12: RECONOCIMIENTO DEL TERRENO

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MECÁNICA DEL SUELO