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IMPLEMENTACIÓN INFORMÁTICA PARA EL CÁLCULO DE PILOTES DE HORMIGÓN “IN SITU” SEGÚN EL CÓDIGO TÉCNICO DE LA EDIFICACIÓN

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PEDRO PÉREZ CARBALLO, ESCUELA SUPERIOR DE INGENIEROS DE SEVILLA MARZO DE 2010

4 INFORME GEOTÉCNICO

El proyecto y construcción de cualquier cimentación, ya sea superficial o

profunda, requiere un conocimiento previo de:

• Las características geotécnicas del terreno de apoyo de la estructura.

• La complejidad del entorno geológico donde se ubica la obra.

• La tipología de la estructura prevista.

• La importancia de la estructura que se proyecta.

Las características geotécnicas del terreno de apoyo de la estructura y su

complejidad se determinan mediante un “reconocimiento del terreno” y los resultados

obtenidos se recogen en el “informe geológico-geotécnico”. Es por tanto

responsabilidad del técnico que elabora el informe geológico-geotécnico, programar

las actividades más adecuadas para poder abordar el reconocimiento del terreno de

acuerdo con la tipología e importancia de la estructura que se proyecta.

Las fases en las que se han de desarrollar el “informe geológico-geotécnico” deben

responder a las siguientes actividades:

• Recopilación de información.

• Planificación del reconocimiento de terreno.

• Reconocimiento del terreno.

• Elaboración del informe geológico-geotécnico


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Estas actividades, perfectamente sincronizadas, permitirán al técnico especialista

redactar el informe geológico-geotécnico, en el que proyecta la cimentación de la

estructura o edificio con las garantías necesarias para las personas y bienes.

4.1 RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN

La información del terreno que se conozca previamente, o que se ponga de

manifiesto en los primeros trabajos de reconocimiento, influye, significativamente, en

su planificación y también en su coste. Por tanto el reconocimiento del terreno debe

comenzar siempre por recopilar toda la información de la zona donde se realiza la

obra.

Se deben considerar dos tipos de información:

• Información básica.

• Información complementaria.

4.1.1 INFORMACIÓN BÁSICA

Es la necesaria para la correcta planificación de reconocimiento y debe ser previa

a cualquier otra actuación. Esta información debe estar disponible con anterioridad a

la contratación del estudio geotécnico. Se debe de disponer de información sobre los

siguientes puntos:

• Topografía del solar.

• Accesos al solar.

• Localización de las edificaciones previstas y usos de las mismas.


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• Número de plantas, incluidas los sótanos.

• Tipo de estructura (hormigón, metálica, etc.) y su disposición en planta.

• Movimientos de tierras previstos (excavaciones o rellenos).

• Servicios afectados (agua, luz, teléfono, túneles, etc.).

• Requisitos legales y permisos necesarios para realización del reconocimiento.

• Estudios geotécnicos realizados en el entorno del solar.

• Prácticas de cimentación en la zona.

Esta información puede dar lugar a recomendaciones respecto al diseño de la

estructura del edificio, por lo que deberá tenerse en cuenta con anterioridad a su

dimensionamiento final.

4.1.2 INFORMACIÓN COMPLEMENTARIA

Es la que debe obtenerse durante las distintas actividades del reconocimiento, ya

que esta puede condicionar la planificación y el desarrollo del mismo, así como

contribuir a la correcta interpretación de los problemas existentes. Se debe obtener

información sobre los siguientes puntos.

INFORMACIÓN GEOLÓGICA

• Litología y estratigrafía de los terrenos existentes en la zona de trabajo, en

especial sobre la presencia de suelos potencialmente expansivos o colapsables.

• Geomorfología de la zona, en especial sobre la existencia de aluviales.


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• Existencia de accidentes tectónicos, fallas y fracturas.

• Existencia de fenómenos de inestabilidad debido a deslizamientos, presencia de

escombreras.

Se consultan las cartografías geológicas y geotécnicas disponibles, editadas a

diferentes escalas, por el Instituto Geológico y Minero de España, Ministerio de

Fomento y Organismos Autónomos.

INFORMACIÓN HIDROGEOLÓGICA

Se deben recoger datos sobre la existencia de pozos y sondeos que permitan

definir el nivel de agua y sus variaciones, así como de la eventual presencia de

diferentes niveles acuíferos y sus gradientes. Igualmente, han de recopilarse datos

sobre los parámetros hidrogeológicos, y sobre la calidad de las aguas superficiales y

subterráneas de la zona a investigar.

Se debe conocer el balance hídrico de la zona, teniendo en cuenta la pluviometría y

escorrentía superficial para controlar los posibles problemas de drenaje y erosión.

Habría que consultar las cartografías hidrogeológicas disponibles, editadas, a

diferentes escalas, por el Instituto Geológico y Minero de España, Ministerio de

Fomento y los Organismos Autónomos.

INFORMACIÓN DEL EMPLAZAMIENTO

Como datos esenciales, previos a la planificación del reconocimiento, se deberá

obtener información sobre:


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• Situación de los edificios o estructuras medianeras, en especial sobre las

características de su estructura y cimentaciones.

• Tipo y profundidad de las cimentaciones colindantes.

• Existencia de problemas geotécnicos (asientos y grietas) reflejados en estructuras

existentes.

• Existencia de servicios aéreos y enterrados que puedan verse afectados.

• Antecedentes sobre la utilización previa del emplazamiento.

La recopilación de esta información, básica y complementaria, permitirá planificar y

desarrollar las actividades de reconocimiento del terreno con las garantías, técnicas

y económicas, necesarias para que el proyecto de cimentación sea el adecuado.

4.2 PLANIFICACIÓN DEL RECONOCIMIENTO DEL TERRENO

El principal objetivo del reconocimiento del terreno, y consecuentemente del

informe geológico-geotécnico, es determinar y cuantificar las condiciones del

subsuelo que puedan afectar a la viabilidad, diseño y construcción de una obra.

Dependiendo de la tipología, importancia y tamaño de la estructura, los objetivos a

alcanzar serán diferentes.

El reconocimiento del terreno para el proyecto de una cimentación profunda tiene

como finalidad:

• Obtener la información requerida (geológica, hidrogeológica y geotécnica de los

diferentes estratos existentes) para realizar un proyecto adecuado y económico

de las construcciones definitivas y provisionales.

• Obtener la información necesaria para definir el método constructivo.


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• Identificar cualquier dificultad que pueda aparecer durante la construcción,

previendo las posibles variaciones que introducirá la obra en las condiciones del

terreno.

El reconocimiento deberá identificar de forma fiable la disposición y propiedades de

toda aquella zona de terreno que influya en la estructura o vaya a verse afectada por

las obras proyectadas.

En consecuencia, es imprescindible realizar una planificación adecuada del

reconocimiento en función de los objetivos del proyecto. Esta planificación requiere

considerar, como paso previo, una serie de factores que permitan optimizar los

objetivos, los presupuestos y los plazos de ejecución de la obra.

Los factores a considerar serían los siguientes:

• Emplazamiento de la obra.

• Información geológica e hidrogeológica regional y local.

• Información geotécnica previa disponible.

4.2.1 PLANIFICACIÓN DEL RECONOCIMIENTO DEL TERRENO

No existe una norma general que permita planificar una campaña de

reconocimiento. El diseño de la campaña, tanto en su distribución espacial,

extensión lateral y profundidad de la investigación, se debe realizar, en principio, de

acuerdo con la normativa existente para cada tipo de obra de cimentación:

• Cimentación de edificios.

• Cimentación de estructuras.


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• Cimentación de grandes obras civiles (presas, puertos, centrales hidráulicas y

nucleares).

• Obras lineales (canales, carreteras, ferrocarriles).

• Túneles.

• Terraplenes, desmontes y canteras.

CIMENTACIÓN DE EDIFICIOS

Para el caso que nos ocupa, y ciñéndonos al alcance de este proyecto, haremos

una pequeña introducción a la normativa vigente para el caso de edificación en

España y en concreto según recoge el CTE

En edificación existen básicamente dos normativas aplicables, Norma NTE-1985

CEG (Estudios geotécnicos) y Código CTE (Código Técnico de la Edificación).

Documento Básico SE-C, de obligado cumplimiento.

Código CTE (Código Técnico de la Edificación). Documento Básico SE-C

Este Código, fija unas actividades mínimas y establece criterios de intensidad y

alcance para adaptarse al las circunstancias de cada caso, estableciendo tres

niveles de programación del reconocimiento: nivel reducido, nivel normal y nivel

intenso.

• Nivel reducido: es el nivel de reconocimiento a realizar en los casos en que el

terreno sea favorable.


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• Nivel normal: es el nivel de reconocimiento a realizar en los casos en que el

terreno previsiblemente no presente problemas especiales.

• Nivel intenso: además de cómo ampliación del nivel normal, se requerirá este

nivel cuando el terreno presente problemas especiales como:

▪ Fallas o cambios estratigráficos notables en distancias cortas.

▪ Cavidades de origen kárstico o artificial.

▪ Problemas de deslizamiento o inestabilidad.

En la programación a nivel reducido y nivel normal se establece la intensidad del

reconocimiento teniendo en cuenta el tipo de edificio y la variabilidad y naturaleza

del terreno.

Respecto al tipo de edificio este código establece la siguiente clasificación:

Tipo de edificio Descripción

C-0 Edificios de menos de 4 plantas y superficie construida inferior a 300 m2

C-1 Edificios de menos de 4 plantas y superficie construida mayor de 300 m2

C-2 Edificios de 4 a 10 plantas

C-3 Edificios de 11 a 20 plantas

C-4 Edificios de carácter monumental o singular, o con más de 20 plantas.

Tabla 7. Clasificación según el tipo de edificio.


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Respecto a la variabilidad del terreno, las distancias entre puntos de reconocimiento

deben permitir una cobertura correcta de la zona a edificar, evitando que queden sin

detectar áreas problemáticas coexistan errores importantes en la supuesta

estratigrafía del terreno. Este código establece las distancias entre puntos de

reconocimiento en función del tipo de edificio y de la naturaleza del terreno.

Con carácter general, un reconocimiento del terreno comprenderá como mínimo tres

puntos de investigación. En la programación a nivel intenso, por tratarse de edificios

de gran importancia se partirá de lo indicado para los edificios C – 4 en los

reconocimientos de nivel normal, aumentando la densidad de puntos según la

complejidad de cada caso. Cuando el reconocimiento se derive de otro de carácter

normal que haya resultado insuficiente, los nuevos puntos de reconocimiento se

intercalaran en las zonas problemáticas hasta definirlas correctamente.

4.3 RECONOCIMIENTO DEL TERRENO

Actualmente no se admite un proyecto de cimentación, ya sea superficial o

profunda, sin que se realice un “reconocimiento del terreno” que permita determinar,

previamente, las características geotécnicas del terreno de apoyo de esta

cimentación.

En primer lugar, y a propósito del término “terreno” utilizado, es conveniente hacer la

distinción entre “suelo” y “roca”, puesto que los métodos de reconocimiento y las

técnicas a emplear, a veces, son diferentes.

• “Suelo”: Agregado natural de partículas minerales, granulares y cohesivas,

separables por medios mecánicos de poca energía, o por agitación con agua.

• “Roca”: Agregado natural compuesto de partículas de uno o más minerales, con

fuertes uniones cohesivas permanentes, que constituyen masas geológicamente

independientes y cartografiables.


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Por tanto, antes de proyectar una cimentación hay que proceder a reconocer el

terreno mediante distintas técnicas de investigación. Este reconocimiento debe

proporcionar, en general, los siguientes datos:

• Naturaleza de los diferentes estratos existentes y sus características geotécnicas.

• Existencia de problemas geológicos que puedan afectar a la cimentación

(presencia de suelos blandos, terrenos expansivos, rocas de diferente dureza,

zonas tectonizadas y fracturadas, deslizamientos, karstificaciones, filtraciones).

• Muestras y/o testigos de cada uno de los estratos o niveles característicos

atravesados, para el estudio en laboratorio de sus propiedades resistentes y

deformaciones.

• Existencia de nivel freático y sus características.

• Sismicidad regional.

• Valor de la permeabilidad en suelos y rocas.

• Mediciones de discontinuidades en rocas que permitan establecer clasificaciones

geomecánicas.

Para proyectar cimentaciones profundas se pueden plantear dos opciones de

reconocimiento del terreno:

• Reconocimiento normal para cualquier tipo de cimentación.

• Reconocimiento específico para cimentación profunda.

Ambas opciones se incluyen en una misma campaña de reconocimiento, ya que si

no se dispone de información geológica / geotécnica previa, no es habitual realizar


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un reconocimiento específico para el proyecto de una cimentación profunda, si no

que, del reconocimiento normal de un terreno, se puede llegar a concluir que la

cimentación profunda es la solución técnica más viable de cimentación.

Las técnicas de reconocimiento del terreno que se utilizan para cimentaciones

profundas son las habituales para cualquier tipo de cimentación, aunque debe

tenerse en cuenta que las características específicas de estas cimentaciones

requieren concretar algunos aspectos fundamentales del terreno no tratados en un

reconocimiento normal, tales como:

• Reconocer una mayor profundidad del terreno, hasta definir un estrato de

reconocida capacidad portante.

• Determinar las características de resistencia y deformabilidad de todos los

estratos atravesados.

• Prever el comportamiento del terreno frente a la construcción de las

cimentaciones profundas.

• Las normas existentes sobre reconocimiento del terreno no suelen diferenciar

entre cimentaciones superficiales y profundas, encontrándose únicamente

recomendaciones sobre el tipo de reconocimiento para cimentaciones profundas.

4.3.1 TÉCNICAS DE RECONOCIMIENTO DEL TERRENO

Los procedimientos o técnicas utilizadas para la obtención de los datos requeridos

para un informe geológico-geotécnico son:

• Métodos directos.

• Métodos indirectos.


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MÉTODOS DIRECTOS

Son los procedimientos o técnicas que permiten un seguro y suficientemente

detallado reconocimiento de la naturaleza y localización de los diferentes estratos,

niveles o capas de terreno, con la posibilidad de obtener muestras y/o testigos y,

eventualmente, realizar ensayos “in situ”. Se incluyen en este grupo los sondeos

mecánicos y en determinados casos las calicatas, zanjas y pozos.

Sondeos mecánicos: Se entiende por sondeo “una perforación realizada con

especial cuidado y con maquinaria y herramientas apropiadas para extraer de las

capas de terreno muestras en suelos y testigos en roca”.

Calicatas: La observación directa del terreno se puede realizar, en determinadas

ocasiones, mediante labores sencillas de excavación con medios mecánicos

convencionales.

Esta técnica de reconocimiento, en general rápida y poco costosa, permite alcanzar

actualmente profundidades moderadas, entre 4 y 6 metros, en terrenos excavables

por medios mecánicos, preferentemente cohesivos y en ausencia de nivel de agua.

En todo momento se deben cumplir las normas de seguridad en este tipo de

excavaciones.

Esta observación directa del terreno permite identificar afloramientos separados por

derrubios, estudiar la estratigrafía de una ladera cubierta, comprobar la potencia de

depósitos aluviales y observar variaciones litológicas y estructurales.

Tanto en las calicatas como en zanjas y pozos se aprovecha el reconocimiento para

hacer ensayos de placa de carga, determinación del coeficiente de balasto y, por

supuesto para la toma de muestras.


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MÉTODOS INDIRECTOS

Son aquellos procedimientos que se llevan a cabo sin necesidad de realizar un

examen directo del terreno, midiendo desde la superficie algunas propiedades

físicas de los materiales que constituyen los diferentes niveles o estratos del terreno.

Se consideran incluidos en estos procedimientos los siguientes métodos:

Geofísica de superficie

• Métodos eléctricos. (Sondeos eléctricos verticales (SEV), Calicatas eléctricas

(CE), Dipolo-dipolo).

• Métodos sísmicos. (Sísmica de refracción, Sísmica de reflexión).

• Métodos electromagnéticos. (Prospección electromagnética en dominio de

frecuencias y en dominio de tiempos, V.L.F. (very low frecuency), Geo-radar).

• Métodos gravimétricos.

• Métodos magnéticos.

Geofísica en el interior de los sondeos

• Testificación geofísica. (eléctrica, radiactiva, sónica, fluidos, geométrica).

• Sísmica en sondeos. (Cross-hole, Down-hole y up-hole)

• Tomografía sísmica.

Asimismo, se incluyen en los métodos indirectos, los siguientes ensayos o pruebas

realizadas “in situ”.


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Ensayos de resistencia

• Ensayo de penetración dinámica (DP). UNE 103-801-94.

• Ensayo de penetración estática (CPT). UNE 103-804-93.

• Ensayo de penetración estática con medida de la presión intersticial (CPTU). UNE

103-804-93.

• Ensayo de Molinete (Vane-test ). ASTM D-2573.

Ensayos de deformabilidad.

• Ensayos presiométricos en suelos y dilatométricos en roca.

• Ensayos de placa de carga.

Ensayos de permeabilidad.

• En suelos: Ensayo Lefranc, Gilg-Gavard, Haefeli, Matsuo.

• En roca: Ensayo Lugeon.


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4.3.2 TÉCNICAS DE RECONOCIMIENTO PARA CIMENTACIONES

PROFUNDAS

Las técnicas habituales de reconocimiento del terreno para el informe geológico-

geotécnico de un proyecto de cimentación profunda, se centran en la realización de:

• Sondeos mecánicos.

• Ensayos en sondeos (SPT, Vane Test y Presiométricos).

• Ensayos penetrométricos (DP, CPT y CPTU).

• Geofísica.

SONDEOS A PERCUSIÓN

El principio general consiste en el empleo de una tubería que avanza por golpeo

sucesivo, que se obtiene generalmente por su hinca mediante el golpeo de una

maza.

El terreno más apropiado para su empleo es el de las formaciones incoherentes,

limos, arenas, gravas y bolos, ya que permite extraer y visualizar todo el terreno que

se atraviesa.

Desde el punto de vista económico es un sondeo cuya perforación es lenta y, en

consecuencia, tiene un precio caro y poco competitivo.

La perforación consiste en la hinca en el terreno de tubos de acero, diámetros

nominales 230 mm., 6 ½”, 4 ½” y 3”, que harán de entibación, y en la extracción del

terreno contenido dentro de los tubos, mediante cucharas. El conjunto de tubos,

rígidamente empalmados, forma una columna de entibación o revestimiento del

sondeo.


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El correcto conocimiento de la energía empleada en la hinca, da una primera

información de las características mecánicas del terreno, de ahí la importancia de

realizar esta operación en condiciones normalizadas; Maza de 120 Kg, altura de

caída 1 metro, midiendo el número de golpes necesarios para hincar 20 cm. de

tubería.

Las principales recomendaciones para la ejecución de sondeos a percusión son:

• La tubería debe hincarse golpeando con una maza de 120 Kg de peso. La altura

de caída será de 1 metro. Se contarán, sistemáticamente, los golpes necesarios

para la penetración de cada tramo de 20 cm. Efectuada esta operación en

condiciones normalizadas, permite obtener una primera información, aunque sea

somera, de las características del terreno. Si la tubería no penetrara los 20 cm.

después de 150 golpes, se procederá a la limpieza del sondeo antes de proseguir

la hinca.

• En terrenos blandos, de pobres características mecánicas, sin embargo, para

mejorar el rendimiento es interesante hincar la tubería maniobrándola arriba-

abajo, en vez de golpearla.

• Se medirá el ascenso y descenso del nivel del terreno dentro de la tubería

después de cada maniobra de hinca, lo que permitirá tener una idea de la

presencia de un terreno compresible (descenso) o normal (ascenso).

• La limpieza del interior de la tubería, siempre que sea posible, se debe efectuar

con la cuchara / sonda, así se podrá observar con precisión el terreno y detectar

los posibles cambios de los estratos. Cuando se está próximo a la cota de

extracción de una muestra o realización de un ensayo estándar, no se debe

limpiar nunca con la sonda por debajo de la zapata del tubo para no alterar el

terreno.


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• En presencia de arenas y por debajo del nivel freático, para prevenir

sifonamientos, hay que actuar siempre con la tubería llena de agua e inclusive

con lodos bentoníticos.

• Al efectuar la limpieza del taladro se deberá utilizar cuchara / sonda de un

diámetro inferior al de la tubería que se está empleando para eliminar el efecto

“pistón” (succión).

SONDEOS A ROTACIÓN

El principio general consiste en ejercer, con un útil “corona”, una presión y a la vez

una acción de rotación en el terreno, mediante un varillaje conectado a una cabeza

giratoria de una sonda, accionada por un motor. El avance útil se obtiene actuando

sobre la cabeza giratoria solidaria al varillaje, al cual se le trasmite su rotación. Los

principales métodos de avance pueden clasificarse:

• Manuales o “sensitivos”, cuando la presión se aplica y regula por el sondista

manualmente, accionando una palanca.

• Mecánicos, basados en un sistema de ejes y coronas diferenciales concéntricas al

varillaje (velocidad de rotación y de avance en relación constante).

• Hidráulicos, basados en actuales sistemas hidráulicos de accionamiento.

Los útiles de perforación que se emplean comúnmente pertenecen a dos grandes

categorías:

• Baterías de rotación.

• Barrenas helicoidales.


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Baterías de rotación (tubo testigo)

El término “tubo testigo” se refiere a que la corona, al ir avanzando en el terreno,

va obteniendo un cilindro de terreno llamado testigo, el cual va entrando en un tubo

roscado a la corona, llamado tubo porta-testigo o simplemente tubo testigo. Por

“tubo testigo” se entiende el conjunto de batería de rotación, que está compuesta por

los siguientes elementos:

• Corona.

• Manguito porta-extractor.

• Extractor.

• Calibrador.

• Tubo porta-testigo.

• Cabeza.

La corona es el elemento de corte, y pueden ser de WIDIA o DIAMANTE. El

manguito portaextractor es donde se aloja un muelle (extractor) que sirve para

romper el testigo durante la extracción y no dejarle que se deslice durante esta

maniobra. El tubo porta-testigo es donde se recoge el testigo y la cabeza es la pieza

de unión entre el tubo testigo y el varillaje, el cual le transmite el movimiento de

rotación a la batería de rotación. El tubo porta-testigo puede ser:

Tubo testigo simple: Se considera “tubo simple”, cuando el tubo porta-testigo es

rígido y esta constituido por un solo tubo. Este tipo de batería no es el mejor útil para

obtener una buena recuperación de terreno, ya que, al estar constituido por un único

tubo, el fluido perforación (agua o lodo) cae sobre el testigo que se aloja en el

interior del tubo alterándolo y, por estar en contacto con el tubo en movimiento, se

destruye en gran parte. El empleo del tubo simple se recomienda cuando no es muy


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importante la obtención del testigo en su totalidad, o cuando hay que limpiar

sondeos de obstáculos, perforar armaduras en hormigones, o para efectuar

perforación en seco.

Tubo testigo doble: Para tratar de paliar los inconvenientes de la perforación con el

tubo simple, se empleó, en principio un “tubo doble rígido” en el que el agua pasab

entre los dos tubos, no alterando por tanto el testigo pero, al estar el testigo en

contacto con el tubo interior en rotación, éste también se destruía, aunque en menor

proporción que en el tubo simple.

Al final se ha llegado al “tubo doble giratorio”, en el cual el tubo interior va montado

sobre rodamientos a bolas, y consecuentemente no tiene por que girar. Este tipo de

tubo doble es el más apropiado para proporcionar un buen testigo y el mayor

porcentaje de recuperación. No obstante, a pesar de utilizar este tubo, es necesario

que el sondista actúe con cuidado, para, si el terreno se acuña en la entrada del

tubo, parar la perforación y extraer el testigo. Esta maniobra se prevé observando la

presión de la bomba de inyección de agua de perforación y controlando el avance.

Tubo testigo triple: La circulación del fluido de perforación permite mayores y más

rápidos avances, pero en algunos casos (terrenos tectonizados, poco cohesivos,

esquistosos, etc.) hace difícil, en ocasiones imposible, la obtención de testigos,

imponiendo, si se utilizan los tubos simples, una serie repetitiva de maniobras “en

seco” intercaladas con maniobras de lavado para la evacuación de los detritus de

perforación.

Con el empleo de tubos dobles, el efecto negativo de la circulación del agua puede

ser eliminado o reducido, especialmente cuando el tubo interior que recoge el testigo

está algo adelantado a la corona del tubo exterior que gira. Este es el caso del tubo

doble tipo Mazier, llamado impropiamente “tubo triple”.

El tubo triple es un tubo testigo doble a rotación, destinado a extraer muestras

intactas del terreno. Hay tres tipos de diámetro: 86, 101 y 146 mm., que dan,

respectivamente, testigos de diámetro: 59, 72 y 107,5 mm. El testigo de 1,00 m de


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longitud se aloja en un “tercer tubo” (estuche) que se encuentra alojado dentro del

tubo interior.

Está compuesto, esencialmente, de un tubo interior que contiene un estuche de

latón y dispone, en su base, de una zapata cortante que sobresale de la corana con

el objeto de extraer testigo por punzonamiento. La cabeza giratoria del sacatestigo

tiene un resorte (muelle) que permite que el tubo interior entre más o menos en el

tubo exterior fijo. Se utiliza como un tubo testigo doble normal,

haciéndolo girar (rotación normal) y ejerciendo la presión necesaria para su

introducción en el terreno.

Durante la perforación es necesario vigilar la circulación del fluido de perforación

(agua), que nunca debe interrumpirse; en caso de producirse esta interrupción,

significa que se ha producido un tapón entre la zapata y la corona cortante. En este

momento es conveniente ir aflojando la presión de empuje, lo que permitirá la

translación de la corona respecto de la zapata. Este desplazamiento producirá la

expulsión del tapón de terreno que obstruía el paso del agua hacia la corona.

En terreno blando se utilizará la zapata larga; en terreno duro o compacto, deberá

utilizarse la zapata corta. Este tubo triple puede ser utilizado con éxito en los

terrenos siguientes:

• Limos y arcillas.

• Arena arcillosa (Xabre, arena de miga).

• Margas y calizas blandas con nódulos.

Todas estas baterías de perforación a rotación son apropiadas para una gama

extensa de terrenos que van desde los suelos cohesivos hasta cualquier tipo de

roca. Las excepciones podrían ser los terrenos con poca cohesión (limos blandos) y

los terrenos incoherentes (gravas y arenas).


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En general para perforación a rotación se realiza con circulación de agua, lodo

bentonítico o con aire comprimido. En ocasiones se perfora en seco, sin circulación,

aunque haya presencia de agua o lodo en el sondeo. La circulación de agua es,

normalmente, directa, con un flujo descendente a través del varillaje que asciende

entre el varillaje y el terreno.

Barrenas helicoidales

Otro sistema de perforación a rotación es mediante el empleo de barrenas

continuas helicoidales. Este sistema es rápido y económico para obtener muestras

alteradas del terreno, y su utilización va desde el empleo manual para pequeñas

profundidades, 2-4 m con diámetros de 1” y 2”, a la perforación mecánica para

profundidades de hasta 40 m, con diámetros de 8”, 6” 4” y 3”, que son las usuales

para los sondeos de reconocimiento. Durante la perforación se puede intercalar la

extracción de muestras inalteradas.

Las barrenas continuas helicoidales utilizadas para sondeos de reconocimiento son

de dos tipos:

• Barrena helicoidal normal.

• Barrena helicoidal hueca.

Las barrenas helicoidales huecas, a diferencia de las normales, permiten extraer

muestras inalteradas sin extraer la maniobra. Están formadas por un tubo central

hueco de mayor diámetro que el de las normales. A lo largo y por el interior de la

barrena va un varillaje que termina al final de la cabeza helicoidal y lleva una

pequeña broca. Esta varillas giran solidariamente con la barrena hueca; cuando se

quiere tomar una muestra, extraemos las varillas del interior de las barrenas e

introducimos por el interior de las mismas un tomamuestras o un tubo testigo.


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4.3.2 ELECCIÓN DEL MÉTODO DE PERFORACIÓN

En la elección del método para la realización de sondeos geotécnicos, el

conocimiento de la naturaleza del terreno de la zona a investigar es un supuesto

necesario, pero no suficiente. Es importante, en consecuencia, disponer de los

medios alternativos para poder elegir mejor el método de perforación.

A efectos de analizar las cimentaciones con pilotes conviene distinguir tres tipos

fundamentales de terreno, en los que se recomiendan los siguientes métodos de

reconocimiento:

TERRENOS GRANULARES

Se entiende como suelo granular, para el estudio de cimentaciones profundas,

aquellos que tienen un porcentaje de finos inferiores a un 35 %. Los métodos de

perforación recomendados serían:

• Finos y medios. Percusión con tuberías de diámetros 6 ½”, 4 ½” y 3”. Esta

modalidad permite pruebas de permeabilidad, observaciones hidrogeológicas y la

toma de muestras y realización de ensayos.

• Gruesos: Percusión con tuberías de diámetros 230 mm y 6 ½”. Esta modalidad

permite pruebas de permeabilidad, observaciones hidrogeológicas y la toma de

muestras y realización de ensayos.

TERRENOS COHESIVOS

Se entiende como suelos cohesivos, para el estudio de cimentaciones profundas,

aquellos terrenos que tengan cohesión y no cumplan las condiciones de para

clasificarlos como granulares o como rocas. Los métodos de perforación

recomendados serían:


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• Baterías de rotación, con dobles y triples tubos, para extracción de testigo

continuo y muestras de rotación.

• Barrenas helicoidales, para terrenos de baja consistencia y profundidades del

orden de 30 m.

ROCAS

Se consideran como rocas a aquellos terrenos que cumplan simultáneamente las

condiciones siguientes:

• Recuperación de testigo superior al 75 % y el RQD correspondiente superior al

25 %.

• Resistencia a compresión simple de los testigos sanos siempre superior a 3

MPa.

Los sondeos se realizan a rotación con baterías de tubo doble. Los diámetros de

perforación que se utilizan habitualmente son de 101 a 76 mm, para

profundidades inferiores a los 100 m, y el sistema “wire line”, PQ, HQ, NQ Y BQ,

para profundidades superiores.

4.3.3 TOMA DE MUESTRAS EN SONDEOS

El término “muestreo” tiene un significado muy amplio en cuanto a que puede

atribuirse a cualquier método para obtener una muestra bien, con cualquier sistema

de perforación, o con aparatos, más o menos sofisticados, para conseguir una

ventaja cualitativa.

Las muestras extraídas de los sondeos para poder determinar las características

geomecánicas del terreno se pueden clasificar en las categorías siguientes:


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• Alteradas no representativa.

• Alteradas representativa.

• Inalteradas.

Las muestras alteradas no representativas no permiten un análisis de laboratorio

fiable. En las alteradas representativas se pueden realizar ensayos de clasificación

(granulometría, límites de Atterberg, análisis químicos). En las muestras inalteradas

se pueden realizar, teóricamente, todos los ensayos de laboratorio compatibles con

las dimensiones de la muestra y la naturaleza del terreno. Habitualmente se hace la

distinción entre muestras “alteradas” e “inalteradas”, teniendo en cuenta el método

de extracción más que la calidad de la muestra.

Los tomamuestras que se utilizan en los sondeos para la obtención de muestras

inalteradas, son tomamuestras hincados a presión o a percusión, desplazando un

cierto volumen de terreno correspondiente al espesor de la pared, y pueden ser:

• Abiertos: de pared gruesa y de pared delgada.

• Cerrados: de pistón libre y de pistón fijo.

Los tomamuestras abiertos de pared gruesa son tubos robustos que se hincan

mediante golpeo “percusión” y por lo tanto, se emplean en terrenos compactos y con

un cierto esqueleto lapídeo. Su relación de áreas es siempre superior al 25%. Existe

una amplia gama de tipos, dotados de zapatas intercambiables, e incorporan un

estuche de poco espesor de PVC o de zinc. Suelen estar cortados “tomamuestras

de tubo partido” a lo largo de su generatriz para facilitar la extracción de la muestra.

Los tomamuestras abiertos de pared delgada son conceptualmente similares a los

de pared gruesa, con la variante de tener las paredes del tubo más delgadas. La

hinca se realiza a presión. La particularidad más importante es la posibilidad de


107


cambiar los tipos de zapata y así introducir un sistema de clapetas, adecuado para

retener las muestras en el interior durante la fase de extracción. El tomamuestras

más utilizado es un tubo de acero estirado en frío de pared fina, que sirve de

tomamuestras y de contenedor de la misma, tipo “Shelby”.

Las principales características, en cuanto a las dimensiones de los tomamuestras,

que condicionan el éxito de la extracción de una muestra inalterada son:

Pared gruesa Pared delgada

Relación de áreas R D D /D · 100 R<25 R>10

Despeje interior R D D /D · 100 D<3 D<1

Espesor de zapata E D D /2 E<10mm E<2mm

Longitud L L>500mm L>500mm

Tabla 8. Dimensiones de tomamuestras.

De Diámetro exterior.

Di Diámetro interior.

Ds Despeje interior.

El uso de tomamuestras abiertos, de pared gruesa y delgada, presentan serios

inconvenientes debido, en parte; a la entrada de material alterado del fondo del

taladro y también del terreno de las paredes del sondeo, si este no está revestido

hasta el fondo, a la penetración inicial al aparato por el peso propio, y a la

insuficiencia en el cierre de la válvula de cabeza debido al sedimento que puede

provocar la perdida parcial o total de la muestra cuando existe agua en el sondeo.

Estos inconvenientes pueden ser reducidos o eliminados con el uso del

tomamuestras de pistón que cierra el tomamuestras en su parte inferior y se

desbloquea cuando se requiere efectuar la toma de la muestra. Por lo que concierne


108


al criterio de funcionamiento del pistón, los tomamuestras se pueden distinguir en

dos categorías: a pistón “libre” y a pistón “fijo”. En el primer caso el pistón es libre de

moverse con la muestra durante la extracción; en el segundo el pistón queda fijo y lo

que avanza es el tubo que recoge la muestra. La misión de los pistones, en ambos

casos, es crear un vacío dentro del tomamuestras que facilite la obtención de la

muestra.

ENSAYOS EN SONDEOS

Los ensayos más usuales en el reconocimiento del terreno para el proyecto de

pilotaje son los siguientes:

Ensayo de penetración estándar (SPT)

Este ensayo es puntual a lo largo de un sondeo, y se realiza fundamentalmente en

presencia de terrenos incoherentes con la finalidad de juzgar “in situ” la densidad

relativa de estos suelos. El aparato estándar es, en esencia, un tomamuestras de

pared gruesa de tubo partido con las siguientes características principales:

• Longitud total: 813 mm.

• Diámetro exterior: 51 mm.

• Diámetro interior: 35 mm.

• Peso total: 7 Kg.

El ensayo consiste en la hinca del aparato en cuatro tandas o tramos de 15 cm,

registrando el número de golpes necesarios para cada hinca y hasta una longitud

total de 60 cm, según norma ASTMD. 1586-63T y UNE 103-800-92. La maza


109


utilizada tiene un peso de 63,5 Kg (140 libras) y la altura de caída es de 76,2 mm.

(30 pulgadas).

La suma de los golpes necesarios para la hinca de los dos tramos centrales, en total

30 cm. (12 pulgadas), es el llamado número N de resistencia a la penetración

estándar.

Al margen de la norma, caso de encontrarnos en presencia de terrenos incoherentes

de granulometría gruesa (gravas), es conveniente utilizar el aparato estándar

equipado con una puntaza cónica que mejore la penetración del aparato. Esta

puntaza no permite la toma de muestras pero si da una idea de la densidad relativa

de dichos terrenos y su resistencia a la penetración.

Este ensayo SPT es de gran utilidad para la determinación de la resistencia de

hundimiento de pilotes perforados y para pilotes hincados en terrenos granulares

que no tengan gran proporción de gravas gruesas (< 30% de tamaño mayor de 5

cm) que puedan desvirtuar el resultado del ensayo, en base a la homogeneidad de

los registros obtenidos.

La resistencia unitaria por punta se puede evaluar, para pilotes hincados, a partir de

la siguiente expresión:

qp = 0’4·N (MPa)

Siendo N el valor medio de SPT en los ensayos realizados. Se obtendrá la media en

la zona activa inferior y la media en la zona pasiva superior. El valor de N será la

media de las dos anteriores.

La resistencia por fuste en un determinado nivel dentro del terreno, para un pilote

hincado, se considera igual a:

τf = 2’5·N (KPa)

Siendo N el valor del SPT al nivel considerado.


110


No obstante lo anterior, no se utilizaran a efectos de cálculo valores de N superiores

a 50.

Para pilotes excavados, el cálculo anterior podrá aplicarse tan solo en aquellos

casos en los que se asegure una correcta ejecución del pilote.

En terrenos cohesivos, con resistencias a la compresión simple mayores de 1

kg/cm2, se podrán utilizar correlaciones entre los ensayos SPT y CPT, pero siempre

con carácter orientativo.

Se reflejan a continuación unas tablas (Terzaghi y Peck) en las que se correlaciona

el valor N con diferentes parámetros geotécnicos (tablas 9 y 10):

Compacidad ρr N

Muy suelta <0’2 <4

Suelta 0’2-0’4 5-10

Medianamente densa 0’4-0’6 11-30

Densa 0’6-0’4 31-50

Muy densa >0’8 >50

Tabla 9. Densidad relativa de arenas respecto al valor de N.

Consistencia qu [Kp/cm2] N

Muy suelta <0’25 <2

Blanda 0’25-0’50 3-4

Medianamente compacta 0’5-1’00 5-8

Compacta 1’00-2’00 9-15

Muy compacta 2’00-4’00 16-30

Dura >4’00 >30

Tabla 10. Resistencia a compresión simple en relación a N.


111


La densidad relativa de una arena expresa su grado de compacidad y se define por

la relación entre los índices de poros correspondientes a las compacidades máxima

y mínima posibles de la arena y la particular de la muestra a estudiar.

El término consistencia de las arcillas, se refiere al grado de adherencia entre

partículas del suelo y a la resistencia ofrecida a las fuerzas que tienen a deformar o

a romper el agregado del suelo. La medida cuantitativa más directa de la misma es

la resistencia a la compresión simple (no confinada).

Existen relaciones empíricas que relacionan, en terrenos granulares, el valor de N

(SPT) con el valor del penetrómetro dinámico “Borros” o con el valor de penetración

estático:

qc = 4N

qc = qd

Siendo:

qc = (0’8 a 1’0) qd Kg/cm2 (Penetración estática CPT)

qd = 5 n (nº de golpes / 20 cm Borros)

En terrenos cohesivos existen relaciones empíricas que relacionan el valor de N

(SPT) con el del penetrómetro estático y con la resistencia a la compresión simple:

Arcilla qc= N

Limo qc= 2N

Arcilla arenosa qc= 3N


112


Siendo:

qc = 7,5 qu (Penetración estática Kp/cm2)

qu = Resistencia a la compresión simple Kp/cm2

Cuando el ensayo se realiza por debajo del nivel de agua se utiliza la corrección de

Terzaghi y Peck (1948), aplicable a limos y arenas de grano fino:

N 1512 · N 15

Aplicable cuando N’>15, siendo N el valor corregido y N’ el valor medido.

La relación aproximada entre la densidad relativa, la resistencia a la penetración y el

ángulo de rozamiento interno, en suelos incoherentes, Meyerhof (1956), se refleja en

la tabla adjunta (tabla 11):

Estado Densidad

relativa N

Cono holandés

Kp/cm2 (CPT)

Ángulo de

rozamiento

interno

Muy suelto <0’20 <4 <20 <30º

Suelto 0’20-0’40 5-10 20-40 30º-35º

Compacto 0’40-0’60 11-30 40-120 35º-40º

Denso 0’60-0’40 31-50 120-200 40º-45º

Muy denso >0’80 >50 >200 >45º

Tabla 11. Relación entre densidad relativa, N y ángulo de rozamiento.

En estudios para cimentaciones profundas el ensayo SPT se debe realizar de forma

casi continua a lo largo del sondeo, no solo en terrenos granulares sino en todos

aquellos difíciles de muestrear como arcillas, gravas, rellenos, rocas meteorizadas.


113


Para utilizar las múltiples correlaciones existentes entre los valores de SPT

obtenidos con el sistema actual de golpeo automático y otros parámetros

geotécnicos, se ha de hacer una corrección de este valor. Esta corrección se debe al

hecho de que los sistemas modernos de ejecución de los ensayos SPT aseguran

una caída automática de la masa (peso y altura), respecto al método antiguo en el

que la caída no era totalmente libre (manual).

El cálculo de este valor de la corrección se basa en el método propuesto por A. W.

SKEMPTON (1986) “Geotecnique 36, nº 3, pp. 425-447 “Standard Penetration Test

procedures and the effects in sand or overburden pressure, relative density, particle

size, ageing and overconsolidation”.

Las correcciones que se han de aplicar son:

• Corrección debida a la energía aplicada. Siguiendo el criterio de este autor, el

valor de N medido (sistema actual automático) se ha de corregir al valor que se

habría medido utilizando una energía de golpeo específica. El valor de cada golpe

deberá ser, como mínimo, el 60 % de la energía cinética de la maza de 63,5 kgf

cayendo de 760 mm, que nominalmente son 474 julios.

En el caso de caída libre se produce una disipación de energía debida a las

perdidas en el golpeo contra el yunque y a las absorbidas por el varillaje. La

energía obtenida con el sistema automático, siguiendo el razonamiento de

SKEMPTON, ha de estar próxima al 70–75 %, por lo que la corrección que se ha

de aplicar es del orden de 1,20.

• Corrección debida a la no-utilización del estuche de zinc en al aparato SPT

Debido que el sistema actual no utiliza estuche interior de zinc en el aparato del

SPT, siguiendo el razonamiento de SKEMPTON, la corrección debida a este

criterio es del orden de 1,20.

• Corrección global de los valores del NSPT = 1’40


114


• Corrección debida a la profundidad. En el caso de que el ensayo se realice a

menos de 10 metros de profundidad se ha de realizar una corrección que oscila

entre 0’75 y 1’00

En general y de acuerdo con los criterios expuestos, los valores obtenidos en el

ensayo SPT se han de multiplicar por un factor de 1’40 para obtener el valor N60,

valor con el que se podrán realizar correlaciones con otros parámetros geotécnicos.

Cuando el ensayo SPT se realiza a menos de 10 metros de profundidad, los valores

obtenidos en el ensayo SPT se han de multiplicar por un factor que oscila entre 1’1 y

1’40 para obtener el valor N60.

Ensayo de molinete (Vane test)

Esta prueba permite determinar directamente la resistencia al corte de los

terrenos cohesivos en términos de cohesión no drenada. Se realiza en el interior de

los sondeos, alternando con la extracción de muestras inalteradas y realización de

ensayos de penetración estándar (SPT).

El principio del ensayo consiste en la medida del momento torsor necesario para

producir la ruptura del terreno sobre una superficie cilíndrica de deslizamiento,

creada por la rotación de un útil formado por cuatro aspas verticales de dimensiones

iguales, situadas en cruz.

El molinete está constituido por:

• Un equipo de superficie para la aplicación y la medida del momento torsor

(dinamómetro anular).

• Un varillaje de 20 mm de diámetro para transmitir el movimiento de rotación a la

cabeza (molinete).

• Una tubería de revestimiento de 1 ¼” de diámetro unida aun cuerpo de protección

del molinete.


115


Por lo que se refiere a las dimensiones de las aspas, generalmente cumplen las

siguientes normas, ASTM D-2573:

• Altura igual al doble del diámetro (h = 2d).

• Diámetro variable de 4,5 a 6,5 cm.

• Selección del diámetro en función de la máxima resistencia presumible del

terreno. Este ensayo resulta útil para estimar el rozamiento negativo y la

adherencia por fuste de los pilotes en arcillas blandas, o proporcionar un registro

casi continuo de la resistencia al corte sin drenaje que se puede relacionar con

otros parámetros de resistencia o deformabilidad frentes a empujes laterales.

Ensayo presiométrico

Durante la ejecución de un sondeo en suelos, es posible, teniendo presente el

procedimiento de ejecución del ensayo y sus exigencias de diámetro de perforación,

realizar este ensayo.

El principio general del método del presiómetro consiste en efectuar una prueba de

carga lateral del terreno, a una profundidad determinada del sondeo, mediante un

cuerpo cilíndrico dilatable, llamado sonda, que comprende una célula central de

medida, alimentada por agua, y dos células de guardia, mantenidas en presión con

gas, que mantienen un campo cilíndrico de esfuerzos alrededor de la sección

central. El presiómetro cuenta con un conjunto de dispositivos para el control de

volúmenes de agua inyectados y de las presiones.


116


Los diámetros más comunes de las sondas presiométricas “tipo Menard” utilizadas

en los reconocimientos en España son: 44, 58 y 70 mm.

Existe un presiómetro autoperforador que elimina los problemas que genera el

método de perforación del sondeo. Este presiómetro requiere una técnica de

perforación específica y que las características del terreno sean adecuadas.

La longitud de aplicación de los esfuerzos es diez veces superior al diámetro de la

membrana, con los que se pretende conseguir en la zona central de la sonda una

distribución de tensiones plana que se vea poco afectada por los extremos.

El diagrama esfuerzos-deformaciones, deducibles con un proceso normalizado de la

prueba, permite establecer algunos parámetros característicos del terreno como:

• El módulo de deformación (Em)

• La presión límite (Pl)

• Presión de fluencia

En base a la teoría desarrollada por Menard, los parámetros presiométricos pueden

ser correlacionados con ciertas características geotécnicas, como la resistencia al

corte y al módulo edométrico, y directamente utilizados en el estudio de la capacidad

portante y de los asientos.

Los presiómetros (suelos) o dilatómetros (roca) miden la presión horizontal

necesaria en la pared de un sondeo para plastificar el terreno. Esa presión límite Pl

se ha relacionado, en cualquier tipo de terreno, con la carga unitaria de hundimiento

por punta de un pilote qp. De manera aproximada se debe suponer:

q K · P K · p


117


Donde:

p0 Presión efectiva vertical al nivel de cimentación en el entorno de apoyo antes

de cargar.

Pl Presión límite.

K Coeficiente de proporcionalidad que depende de la geometría del cimiento y del

tipo de terreno. El valor de K puede tomarse igual a 3,2 en suelos granulares e igual

a 1,5 en suelos cohesivos.

K0 Coeficiente de empuje en reposo, en general K0 = 0

Como resistencia unitaria por fuste se tomará el siguiente valor:

τ110 · P k · p

El valor de τf deberá limitarse, en función del tipo de terreno, a los siguientes valores:

• Terrenos granulares τf (máximo) = 120 kPa

• Terrenos cohesivos τf (máximo) = 100 kPa

La interpretación de este ensayo suele presentar ciertas discrepancias entre las

diferentes autores que lo aplican.

Ensayos penetrométricos

Se incluyen entre los métodos indirectos y son pruebas realizadas “in situ”, como

complemento, y en sustitución a veces, de los sondeos de reconocimiento.


118


En el estudio de cimentaciones profundas ha quedado ampliamente demostrado por

la experiencia de muchos años, que los esfuerzos que se originan en la punta de un

pilote y en el penetrómetro pueden considerarse homotéticos. El ensayo

penetrométrico puede considerarse como una prueba, en modelo reducido, de un

pilote en el mismo tipo de terreno.

El ensayo de penetración permite estimar la resistencia a la penetración de un útil

hincado en el terreno con determinados medios operativos. Se pueden distinguir dos

categorías de ensayo, en función del método de avance:

• Ensayos de penetración dinámica.

• Ensayos de penetración estática.

En los primeros se usan generalmente dispositivos a percusión, midiendo el número

de golpes correspondientes a un determinado avance.

En los segundos se impone un avance a velocidad constante mediante dispositivos

mecánicos o hidráulicos, midiendo la presión que se aplica.

Estas pruebas de hinca son continuas a lo largo del ensayo, en contraposición de las

pruebas que se realizan en los sondeos como son la hinca de los tomamuestras y el

ensayo de penetración estándar (SPT).

Ensayos de penetración dinámica (DP)

Este ensayo consiste en la hinca en el terreno de una puntaza metálica, unida a

un varillaje, mediante golpeo, por medio de una maza que cae desde una altura

determinada. En función del tipo de puntaza, de la maza utiliza para el golpeo y la

altura de caída, se diferencian los siguientes ensayos:


119


Ensayo tipo Borros

En este ensayo, el útil de penetración “puntaza” es de acero, de sección cuadrada

de 4x4 cm, de 20 cm de longitud y termina en una pirámide de 90º en la punta. Esta

puntaza se acopla a una varilla de 32 mm de diámetro, en la cual va sujeta mediante

rosca o simplemente colocada a presión.

El equipo para realizar este ensayo consta de un dispositivo automático que permite

golpear la varilla con una maza de 63,5 Kg, dejándola caer desde una altura de 50

cm, con un ritmo de 15 a 30 golpes por minuto.

El número de golpes necesario para hacer que penetre la puntaza 20 cm en el

terreno, se llama NB, y esta serie de hincas permite registrar, en un gráfico, la

resistencia del terreno a lo largo de profundidad del ensayo. El ensayo se da por

finalizado cuando son necesario más de 100 golpes para el avance de 20 cm

(Rechazo).

Ensayo DPL (Dynamic Probing Light)

En este ensayo, el útil de penetración “puntaza” es de acero, de 10 cm2 de área.

El equipo (ligero) para realizar este ensayo consta de un dispositivo automático que

permite golpear la varilla con una maza de 10 Kg, dejándola caer desde una altura

de 50 cm.


terreno, se llama N10, y esta serie de hincas permite registrar, en un gráfico, la

resistencia del terreno a lo largo de profundidad del ensayo.


120


Ensayo DPM (Dynamic Probing Medium)

El equipo (medio) para realizar este ensayo consta de un dispositivo automático

que permite golpear la varilla con una maza de 30 Kg, dejándola caer desde una

altura de 50 cm.




Ensayo DPH (Dynamic Probing Heavy)

El equipo (pesado) para realizar este ensayo consta de un dispositivo automático

que permite golpear la varilla con una maza de 50 Kg, dejándola caer desde una

altura de 50 cm.




Ensayo DPSH (Dynamic Probing Super Heavy)

El equipo (súper pesado) para realizar este ensayo consta de un dispositivo

automático que permite golpear la varilla con una maza de 63,5 Kg, dejándola caer

desde una altura de 75 cm.



resistencia del terreno a lo largo de profundidad del ensayo. Gráficamente se dan

estos valores de número de golpes, obteniéndose de esta manera la curva de hinca

de cada ensayo de penetración.


121


A fin de poder interpretar los resultados de las pruebas de hinca, en las pruebas

dinámicas de penetración (Borros), se emplea una fórmula dinámica basada en la

conservación de la energía:

Energía cinética = Trabajo de hinca + pérdidas

En esta ecuación:

• La energía cinética debida a la caída de la maza es igual a 65 x 0’50 = 32’50

kilográmetros.

• El trabajo de hinca es proporcional al producto de la hinca por golpe, valor

conocido por medición, por la resistencia que ofrece el terreno a la hinca. Si no

hubiera pérdidas, este producto sería constante e igual a la energía cinética.

• La resistencia, por unidad de superficie, que ofrece el terreno a la hinca dinámica

depende a su vez de la carga unitaria de hundimiento de un penetrómetro

estático.

• Las pérdidas de energía debidas a las deformaciones elásticas del varillaje y del

terreno por el golpeo, así como a la naturaleza del golpe semi-elástico, semi-

anelástico, son conocidas empíricamente, después del uso sistemático en

terrenos de características muy distintas, del penetrómetro estático y siempre del

mismo penetrómetro dinámico, durante varios años.

Se observa, por lo tanto, que todos los términos de la ecuación son conocidos, salvo

la carga de hundimiento, que se puede calcular fácilmente con uso de ábacos que

tienen en cuenta las pérdidas de energía conocidas empíricamente.

En un terreno granular, prácticamente permeable, los ensayos de laboratorio dan los

mismos resultados para cargas aplicadas rápida o lentamente. En definitiva, las

formulas dinámicas darán valores relativamente exactos.


122


En terrenos cohesivos, poco permeables, en los que parte de la energía de hincado

se trasmite al agua intersticial que rellena los poros del material, aumentando la

resistencia instantánea. Con el tiempo, la disipación de dichas presiones reducirá la

resistencia estática en punta de la cimentación y, en consecuencia, el coeficiente de

seguridad que se adopte en este caso deberá ser mayor.

La formula de hinca dinámica que se utiliza para determinar la resistencia de pilotes

de desplazamiento, por ser la mejor comprobada es la de Hiley.

Q RM · H

750 · 1 a

Siendo;

M = Peso de la maza en Tn.

H = Altura de caída en cm.

P = Peso del pilote o columna en Tn.

a = M/P (0,5 < a < 2)

Rd = Función del rechazo e (penetración remanente por golpe determinado en la

fórmula de hinca)

La carga admisible para pilotes sería:

Q Q.


123


Tipo de suelo Tipo de pilote

Prefabricado Excavados in situ

Suelo granular 4 3

Suelo cohesivo 6 5

Tabla 12. Coeficientes de seguridad.

Se han establecido, por diferentes autores, correlaciones, siempre aproximadas,

entre los resultados obtenidos en las pruebas de resistencia NSPT, NBorros,

NDPSH, aplicables a suelos arenosos:

NSPT = 25 log NB - 15,6 ± 1,116 (Dhalberg, 1974)

NDPSH = 0,70 NB (ESOPT, 1974)

NSPT = NDPSH + 2 (E. Dapena)

NSPT = 13 log NDPSH – 2 (E. Dapena)

Ensayos de penetración estática (CPT y CPTU)

El principio de este ensayo, llamado CPT (Cone Penetration Test), consiste en la

medida de la resistencia a la penetración de una punta cónica hincada en el terreno

a presión y velocidad constante de avance, midiendo dos parámetros: resistencia en

punta (qc) y el rozamiento lateral (fc).

Si a la punta cónica se le instala un sensor especial, que permite medir la presión

intersticial, el ensayo se denomina piezocono (CPTU). Este ensayo permite medir,

además, de la resistencia de la punta y el rozamiento lateral, las presiones

intersticiales (Presión de poros Pu) que se van generando durante la hinca de la

punta.

El equipo empleado para este ensayo consta de un dispositivo hidráulico “gato” de

una potencia de 10 a 20 toneladas, montado sobre chasis o equipo móvil (camión)

que, para efectuar la prueba, deben contrarrestar, mediante anclaje al terreno

(chasis) o con peso propio (camión), la reacción debida el empuje. Cuando se utiliza


124


el penetrómetro “holandés”, provisto con manguito de fricción, se puede medir,

además de los parámetros mencionados, el rozamiento lateral local (Begemann,

1953).

Este ensayo se realiza en suelos granulares y en suelos cohesivos de consistencia

blanda, produciéndose rechazo en presencia de gravas y suelos de consistencia

compacta.

Los datos que aporta este ensayo permiten establecer ciertas correlaciones con

algunos de los parámetros más utilizados en geotecnia, como por ejemplo con el

valor N del SPT (Robertson, 1983):

qc / NSPT = 4,5 (Arena)

qc / NSPT = 1,0 (Arcilla)

Siendo; qc Resistencia en punta (Kp/cm2).

El valor de qc a utilizar en el proyecto de cimentación profunda será la media del

valor medio de qc correspondiente a la zona activa inferior y del valor medio de qc

correspondiente a la zona pasiva superior.

GEOFÍSICA

Esta técnica de reconocimiento permite medir determinadas propiedades físicas

del terreno desde la superficie o en el interior de los sondeos.

Las técnicas geofísicas realizadas desde la superficie, son:

• Métodos eléctricos. (Sondeos eléctricos verticales (SEV), Calicatas eléctricas

(CE)). Permite identificar la variación, en vertical y horizontal, de la resistividad

eléctrica de las distintas capas de terreno, lo que determina espesores de

recubrimientos y niveles de agua.


125


• Métodos sísmicos. (Sísmica de refracción, Sísmica de reflexión). Permite

identificar la variación de la velocidad de propagación de las ondas P y S a

través de los distintos terrenos.

• Métodos gravimétricos. Permite detectar las anomalías en el campo gravitatorio

terrestre, en especial en la detección de oquedades y karstificaciones.

Las técnicas realizadas en el interior de los sondeos más utilizadas son:

• Testificación geofísica. (eléctrica, radiactiva, sónica, fluidos, geométrica).

• Sísmica en sondeos. (Cross-hole, Down-hole y up-hole)

Su aplicación se centra en casos concretos. Por ejemplo, cuando la cimentación se

sitúa sobre roca alterada, rellenos, acarreos o coberturas de ladera y existe

relativamente cerca sustrato rocoso resistente en el cual se quiere apoyar, los

procedimientos geofísicos nos permiten saber la profundidad a la que se encuentra.

En terrenos aluviales, constituidos por capas muy diversas, cuya detención por

sondeos es difícil por la escasa recuperación del testigo.

La rapidez del trabajo, su costo no exagerado y, por lo general, la facilidad de

realización, hacen indicada esta técnica de reconocimiento. La más habitual es el

reconocimiento sísmico en el cual se mide la velocidad de una onda elástica

generada en un punto y recogida en otros después de cruzar los distintos materiales

presentes. La velocidad de onda es función de la densidad de los materiales.

Los métodos eléctricos se basan en medir características eléctricas del terreno.

Entre los diversos métodos el más común para el estudio de cimentaciones es el

resistivo, consistente en medir la resistividad, resistencia específica de un material,

lo que permite diferenciar unos de otros. Se crea un campo eléctrico introduciendo

dos electrodos en el terreno y con otros, también introducidos, se mide la resistividad

del terreno. Puede ser de gran utilidad para definir capas permeables saturadas, por


126


ejemplo arenas, o rellenos de fallas permeables, ya que la presencia de agua

cambia las condiciones eléctricas del terreno.

No debe olvidarse que estos métodos son complementarios de los resultados

obtenidos con sondeos mecánicos, por lo cual dependen de estos. Los perfiles que

se hagan deben pasar por los puntos en que se han situado los sondeos. Unos

ensayos geofísicos sin apoyo de ensayos tienen un valor relativo.

En ocasiones, zonas urbanas del casco histórico, donde la existencia de antiguas

construcciones subterráneas, cuya existencia se desconoce y su memoria se ha

perdido, puede ser de interés la utilización de georadar. El método consiste en la

emisión de impulsos electromagnéticos, que, al encontrar, en el terreno, materiales

con características eléctricas distintas a éste, provocan un reflejo de energía que es

recogido por una antena.

4.3.4 ELABORACIÓN DEL INFORME GEOLÓGICO TÉCNICO

El informe geológico-geotécnico es el conjunto de documentos que el técnico en

Ingeniería del Suelo debe redactar para el proyecto de cimentaciones de la

estructura de la obra, recogiendo este el informe del reconocimiento del terreno

realizado, sus resultados y las condiciones de cimentación analizadas.

El informe contendrá una Memoria que irá acompañada de una serie de Anejos. El

alcance y detalle que debe figurar en cada una de estas partes dependerá de la

importancia de la obra, de la complejidad de los terrenos existentes y de la

información disponible.

En el documento Memoria se definirán los siguientes apartados:

- Antecedentes

- Metodología del trabajo

- Marco geológico e hidrogeológico

- Trabajos realizados


127


- Resultados del reconocimiento del terreno

- Análisis de los problemas geotécnicos planteados

- Propuesta de cimentación

- Resumen y conclusiones

La memoria del informe irá acompañada de los siguientes anejos:

- Anejo I: Información previa.

- Anejo II: Planos de situación de la obra.

- Anejo III: Trabajos de campo.

- Anejo IV: Ensayos de laboratorio.

- Anejo V: Cálculos justificativos.

4 informe geotÉcnico - bibing.us.esbibing.us.es/proyectos/abreproy/4788/fichero... · es la...

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