Estudio del Terreno - Métodos. : Construccion Civil

En la tabla 7.3 se enumeran algunos de los métodos de estudio del terreno1 más generalmente utilizados. El programa de estudio de terreno adecuado de una obra determinada depende del tipo de obra, de la importancia de la misma y de la naturaleza del terreno in situ. Por ejemplo, una presa importante requerirá generalmente una investigación más completa del terreno que una carretera. Igualmente puede citarse el caso de las arcillas blandas que requieren una investigación más detallada que las gravas.

Tabla 7.3 Método de estudio del terreno

Los primeros cuatro métodos de estudio del terreno citados en la tabla 7.3 cubren generalmente un área muy amplia y sirven para que el ingeniero tenga una visión general de toda la zona. Los métodos geofísicos hacen posible detectar estratos del terreno bien diferenciados. Estos métodos permiten explorar un volumen relativamente grande de terreno en un período limitado de tiempo.

La toma de muestras (muestreo) bien en pozos, calicatas o sondeos, junto con las pruebas de laboratorio se utilizan ampliamente en el estudio de suelos, en especial para estructuras importantes y con terrenos relativamente uniformes. El investigador puede obtener muestras inalteradas de elevada calidad en pozo a cielo abierto, pero evidentemente por este método sólo se puede llegar a escasas profundidades. Las zanjas o pozos pueden excavarse a mano ó mecánicamente mediante una pala excavadora o buildozer. Los sondeos pueden realizarse con sondas o barrenas, con o sin entubación, o ademado.

Existen dificultades para obtener muestras inalteradas de calidad, especialmente cuando se trata de profundidades importantes. La operación de toma y transporte de muestras, así como la preparación de los especímenes para las pruebas dan lugar a que el suelo quede sometido a esfuerzos muy diferentes de los existentes in situ. Esta variación inevitable del sistema de esfuerzos modifica el comportamiento del suelos Además, la extracción, transporte y preparación de las muestras las somete generalmente a deformaciones que alteran la estructura del suelo. Por estas razones es muy difícil la determinación de las propiedades in situ a partir de pruebas de laboratorio. En capítulos posteriores de este libro se comentarán los métodos de prueba en el laboratorio, citando algunos de los efectos más importantes de la perturbación de las muestras.

Las pruebas de campo adquieren una gran importancia en los suelos muy susceptibles a la perturbación y cuando las condiciones del terreno varian en sentido horizontal o vertical. El método de prueba in situ más ampliamente utilizado es el de penetración. La Fig. 7.3 muestra algunos de los penetrómetros utilizados para el estudio del terreno. Estos penetrómetros se hincan o se hacen penetrar a presión en el terreno, midiendo la resistencia a la penetración. La prueba más ampliamente utilizada es la “penetración estándar” (o normal) que consiste en la hinca del toma muestras que aparece en la Fig. 7.4, dejando caer una maza de 140 libras (63,5 kg) desde una altura de 30 pulgadas (76 cm). La resistencia a la penetración se expresa por el número de golpes necesarios para hincar el toma muestras 1 pie. (30 cm.).

La tabla 7.4 presenta una correlación entre la resistencia a la penetración estándar y la compacidad relativa de Ja arena o la resistencia a compresión simple de la arcilla. La prueba de penetración estándar constituye un método muy valioso para la exploración del terreno. Sin embargo, solamente debe utilizarse a título indicativo ya que existen muchas razones por las cuales los resultados son sólo aproximados.

La Fig. 7.5 muestra los resultados de las pruebas de penetración realizadas en laboratorio, en un depósito de gran diámetro. Estas pruebas muestran que la resistencia a la penetración depende de diversos factores distintos de la compacidad relativa. Como puede verse, la resistencia a la penetración es función de la presión de confinamiento y del tipo de arena. Además, los valores indican una amplia dispersión de los resultados. La influencia del tipo de arena sobre la resistencia a la presión es especialmente importante con capacidades bajas que son las de mayor interés. Otro factor que puede tener una notable influencia sobre la resistencia a la penetración de una arena es la presión de pozo o intersticial existente en el instante de realizar las medidas. Si el nivel de agua en el sondeo se hace descender antes de realizar la prueba de penetración, se obtendrá una resistencia más baja.

Tabla 7.4 Prueba de Penetración estándar.

La experiencia ha demostrado que la determinación de la resistencia al corte de una arcilla a partir de la prueba de penetración puede ser muy inexacta.

La prueba de penetración estándar debe utilizarse sólo como indicación o junto con otros métodos de exploración.

En ciertos países, como Holanda, las condiciones del terreno son tales que la prueba de penetración ha resultado valiosa. También se han utilizado ampliamente métodos más sofisticados [corno el penetrómetro con vástago de fricción (Begemann, 1953)].

La prueba de veleta o molinete (vane test) ha resultado también muy útil para determinar la resistencia al corte de arcillas blandas y limos. La Fig. 7.6 muestra veletas de diversos tamaños y formas utilizadas para pruebas in situ. Se hace penetrar la veleta en el terreno y a continuación se mide el par o momento torsor necesario para hacerla girar. La resistencia al corte se determina a partir del momento torsor necesario para romper el terreno a lo largo de los bordes verticales y horizontales de la veleta.

En posteriores capítulos de este libro se demostrará que una exploración adecuada del terreno debe comprender la determinación de la presión intersticial a diversas profundidades. Los métodos para la determinación de la presión intersticial se comentan en la parte IV. En esa misma parte se indica también cómo la permeabilidad del terreno puede estimarse a partir de pruebas de bombeo.

En obras importantes pueden ser también convenientes diversas pruebas de carga y de compactación en el campo. En estas pruebas, se somete una pequeña extensión del terreno a cargar por la estructura a un estado de esfuerzos in situ aproximados a los que tendrá posteriormente. El ingeniero extrapola los resultados de estas pruebas de campo para predecir el comportamiento de la estructura real.