ESTUDIO DE SUELOS

INTRODUCCION

• Durante mucho tiempo el trabajo del ingeniero en geotecnia (usualmente llamado ingeniero de suelos), ha estado desligado del resto de las actividades desarrolladas en la fase de proyecto y construcción.

• Es frecuente escuchar expresiones tales como: “se requiere el estudio de suelos para simplemente diseñar las fundaciones” o cosas aún peores como: “se requiere el estudio de suelos para tramitar el permiso de construcción”

SUELOS • ESTUDIO GEOTECNICO• El estudio geotécnico tiene por finalidad conocer

las características del terreno que soportará la obra tanto en su fase de ejecución definiendo:• la naturaleza de los materiales a excavar• modo de excavación y utilización de los mismos• los taludes a adoptar en los desmontes de la

explanación• la capacidad portante del terreno para soportar los

rellenos y la estructura• la forma de realizarlos y sus taludes, tanto en fase de

obra como en fase de puesta en servicio previendo los asientos que puedan producirse y el tiempo necesario para que se produzcan

• los coeficientes de seguridad que deben adoptarse• las medidas a tomar para incrementarlos caso de no

ser aceptables• las operaciones necesarias para disminuir los asientos

y/o acelerarlos

• El Código Técnico de la Edificación (CTE) distingue los siguientes tipos de construcciones y de terrenos

Construcciones• C-0: Construcciones de menos

de 4 plantas y superficie construida inferior a300 m2

• C-1: Otras construcciones de menos de 4 plantas

• C-2: Construcciones entre 4 y 10 plantas

• C-3: Construcciones entre 11 a 20 plantas

• C-4: Conjuntos monumentales o singulares, o de más de 20 plantas.

Terrenos• T-1 Terrenos favorables: aquellos con

poca variabilidad, y en los que la práctica habitual en la zona es de cimentación directa mediante elementos aislados.

• T-2 Terrenos intermedios: los que presentan variabilidad, o que en la zona no siempre se recurre a la misma solución de cimentación, o en los que se puede suponer que tienen rellenos antrópicos de cierta relevancia, aunque probablemente no superen los 3,0 m.

• T-3 Terrenos desfavorables: los que no pueden clasificarse en ninguno de los tipos anteriores. suelos expansivos, colapsables, blandos o sueltos, terrenos kársticos en yesos o calizas, terrenos variables en cuanto a composición y estado, rellenos antrópicos con espesores superiores a 3 m, terrenos en zonas susceptibles de sufrir deslizamientos, rocas volcánicas en coladas delgadas o con cavidades, terrenos con desnivel superior a 15º, suelos residuales y marismas.

Los datos de número mínimo de sondeos mecánicos que deben realizarse y el porcentaje posible de sustitución por pruebas continuas de penetración se muestran en la tabla siguiente en función del tipo de obra y de la naturaleza general del terreno

Las distancias máximas y profundidades orientativas de los puntos de análisis se muestran en la tabla siguiente

CLASES DE SUELO• Desde un punto de vista constructivo, los suelos se clasifican

atendiendo a su integridad y capacidad portante en rocas, suelos granulares y suelos finos.

• a) Rocas• Se definen como rocas los suelos coherentes que son

susceptibles de soportar con escasa deformación el peso de las edificaciones. Atendiendo al tipo de roca, y de modo orientativo, las tensiones admisibles sobre el terreno en la cota de apoyo de la cimentación se muestran en la tabla siguiente.

Suelos finos

• Los suelos finos están también constituidos por materiales detríticos, pero en ellos el porcentaje de elementos finos es superior al 35% en peso.

• Las tensiones admisibles en estos suelos que se muestran en la tabla siguiente son orientativas y cuando sean suelos finos normalmente consolidados y ligeramente sobre consolidados en los que sean de esperar asientos de consolidación, así como en los suelos arcillosos potencialmente expansivos deberán ser objeto de un estudio especial

Clasificación de la agresividad química de suelos, rocas y aguas (EHE)

• Por último, es preciso considerar la composición química del suelo y de las aguas freáticas puesto que determinados componentes pueden resultar agresivos para el hormigón y afectar a su durabilidad y resistencia. La calificación del medio como agresivo determina la necesidad de emplear cementos especiales de acuerdo con la norma EHE.

MODIFICACIONES DEL SUELO• Se puede definir la modificación del suelo como todo cambio en las

condiciones naturales de este como consecuencia de las operaciones propias de la ejecución de la obra (rellenos, desmontes) o las específicamente dirigidas a mejorar las características resistentes, sean estas derivadas de la detección de deficiencias durante el estudio geotécnico, previamente reflejadas en el propio proyecto, o durante la ejecución en cuyo caso deberán estar debidamente documentadas en el libro de órdenes y disponer del oportuno proyecto adicional. El resultado final de estas operaciones debe ser adecuadamente comprobado.

Movimientos de tierras• En esencia el movimiento de tierras que más puede afectar a la resistencia

del suelo es el rellenado en las explanaciones. El material de relleno, aunque pueda con el tiempo dar lugar a suelos con buenas características resistentes, suele adolecer de una esponjosidad elevada lo que les proporciona unos altos valores de permeabilidad y compresibilidad y disminuye su capacidad para evitar la erosión interna debida a la escorrentía del agua.

• Estos fenómenos son particularmente importantes cuando se produce un aporte de tierras con un porcentaje elevado de arcillas. Estas provocan la formación de terrones muy difíciles de disgregar por presión y que, por lo tanto, originan un porcentaje elevado de huecos. La disgregación posterior por secado de los terrones tiene como consecuencia la aparición de importantes asientos de compresión.

• Es por esta razón que, además de controlar la naturaleza de las tierras, tras el aporte del material es necesario proceder al compactado del mismo.

• Básicamente, la compactación se realiza por medios mecánicos mediante apisonadoras (presión estática) aunque, atendiendo a la naturaleza del material se puede emplear también la vibración y el impacto.

Estabilización o mejora• Se incluyen en este apartado en sentido amplio todas aquellas

operaciones cuyo objetivo sea aumentar la capacidad portante del terreno o su rigidez, es decir, la compactación, el drenaje, la pre-consolidación y la protección de la superficie contra la erosión y la infiltración de la humedad, aunque en la actualidad se va restringiendo a la modificación de la composición del suelo.

• Esta modificación suele consistir en la adición de materiales que mejoran la capacidad portante y reducen la permeabilidad del terreno. Uno de los métodos más utilizados es la inyección de una mezcla fluida que posteriormente fragua y endurece. Los principales tipos son:

• Se incluyen en este apartado en sentido amplio todas aquellas operaciones cuyo objetivo sea aumentar la capacidad portante del terreno o su rigidez, es decir, la compactación, el drenaje, la pre-consolidación y la protección de la superficie contra la erosión y la infiltración de la humedad, aunque en la actualidad se va restringiendo a la modificación de la composición del suelo.

• Esta modificación suele consistir en la adición de materiales que mejoran la capacidad portante y reducen la permeabilidad del terreno. Uno de los métodos más utilizados es la inyección de una mezcla fluida que posteriormente fragua y endurece. Los principales tipos son:

• Impregnación: Sustitución del agua y/o gas intersticial en un medio poroso, por una lechada inyectada a una presión suficientemente baja, que asegure que no se producen desplazamientos significativos de terreno.

• Relleno de fisuras: Inyección de lechada en las fisuras, diaclasas, fracturas, discontinuidades en general de formaciones rocosas.

• Relleno de huecos: Consiste en la colocación de una lechada, con un alto contenido de partículas, para el relleno de grandes huecos.

• Inyección por compactación: Consiste en un método de inyección con desplazamiento del terreno, en el cual se introduce un mortero de alta fricción interna en una masa de suelo.

• Fracturación hidráulica: Consiste en la inyección del terreno mediante su fracturación por lechada, con una presión por encima de su resistencia a tracción y de su presión de confinamiento. También se denomina hidrofracturación, hidrofisuración, “hidrojacking” o “claquage”.

• Los materiales que se emplean en estas operaciones son conglomerantes hidráulicos, que incluyen los cementos y productos similares que se emplean suspendidos en el agua para la preparación de las lechadas. En su selección se debe tener en cuenta su granulometría en relación con las dimensiones de las fisuras o huecos existentes en el terreno a tratar. Para reducir la sedimentación y variar la viscosidad y la cohesión de la lechada, consiguiéndose, además, una mejora de la capacidad de bombeo se utiliza arcillas naturales de carácter eminentemente plástico y estructura laminar

PROCEDIMIENTO DE ESTUDIO DE SUELOS• 2.1. Introducción:• Donde se indique el alcance del Informe Geotécnico y a cuál tipo de obra está dirigido. En este punto se recomienda dejar claro el nombre

del proyecto para el cual fue elaborado el informe e indicar el ente que lo solicita, con la finalidad de evitar que el mismo pueda ser utilizado para otros fines.

•  • 2.2. Descripción del Proyecto:• Donde se indique el uso de la edificación, materiales constructivos (acero, concreto, madera, etc.), orden de magnitud de las cargas

consideradas, altura de la edificación, extensión en planta, descripción de características arquitectónicas y estructurales tales como: altura total de la edificación, presencia de sótanos, alturas de entrepiso, entre otras.

•  • 2.3. Objetivos:• Se debe indicar el objetivo general del informe y los objetivos específicos que permitirán alcanzarlo. Los objetivos de un Informe

Geotécnico para la construcción de una vialidad son totalmente diferentes a los planteados en la construcción de un edificio o una vivienda, porque además la forma en la que se efectúa la investigación geotécnica, tanto en campo como en laboratorio, puede diferir en gran medida.

•  

• 2.4. Metodología:• Se compone de los procedimientos utilizados para efectuar la investigación de campo, laboratorio, fuentes de información, procesamiento

de datos y métodos de análisis.•  

• 2.5. Ensayos de Campo:• Se especifican los procedimientos empleados para realizar la investigación de campo, equipos utilizados, normativa aplicable (ASTM,

COVENIN, etc.), número de sondeos efectuados, profundidad de los mismos, cantidad de muestras obtenidas y una breve, pero clara justificación de por qué se utilizan tales procedimientos para cumplir con los objetivos planteados en la investigación geotécnica.

  

• 2.6. Ensayos de Laboratorio:• El laboratorio juega un papel fundamental en todo proceso de investigación geotécnica. Las muestras obtenidas en campo deben ser

procesadas en laboratorio, con la finalidad de obtener parámetros que son utilizados por el ingeniero geotécnico para analizar el comportamiento del terreno y plantear soluciones al sistema «suelo-fundación».

Perforaciones en suelo o roca (Ensayo SPT)

Prueba continua penetración

Laboratorio

Ejemplos de ensayos de Laboratorio

SIMBOLOGIA DE SUELOS

2.7.Geologia• Poder comprender las diferentes amenazas a las

que podría estar expuesto el mismo. • Comprender que un proyecto concebido en una

zona del litoral tendrá una amenaza muy diferente al proyecto que sea concebido a piedemonte.

• Determina la existencia de amenazas particulares del sitio, tales como: potencial sismicidad, fallas geológicas que pueden ocasionar fenómenos de licuación (pérdida de resistencia), o presencia de suelos colapsables o expansivos cuya aparición se encuentra determinada por la geología de la zona.

2.8. Aspectos Sísmicos:• Clasificación en función de la amenaza sísmica existente en las

diferentes regiones del país (nulas, bajas, intermedia y elevada), lo cual permite asignar un coeficiente de aceleración horizontal y vertical del terreno,

• Esto nos permite estimar su respuesta y poder así efectuar su diseño estructural.  

2.9. Presencia de Nivel Freático y/o Aguas Subterráneas:• Se identifican las profundidades de aguas detectadas en los sondeos,

acotando que estos niveles se localizaron en una fecha y condición meteorológica determinada. Esta información será de suma utilidad para el ingeniero geotécnico al momento de emitir recomendaciones de diseño y construcción de los sistemas de fundación, y servirá de alerta a la hora de efectuar excavaciones a cielo abierto y cuáles son las medidas de protección que deben ser acatadas.

2.10. Análisis de Resultados de Campo y Laboratorio:• En función de los resultados obtenidos en campo

y laboratorio, se emite un análisis de tipo cuantitativo y cualitativo que permitirá construir una matriz del comportamiento geotécnico del sitio.

2.11. Evaluación de la Capacidad Portante del Terreno en función del Sistema de Fundación Seleccionado• Se debe dejar claro que el terreno por sí sólo no va a

manifestar una capacidad portante admisible determinada, sino que va a depender del tipo de sistema de fundación seleccionado y de la geometría del mismo.

 2.12. Cálculo de Asentamientos Esperados • Es necesario que se reporte el nivel de asentamiento o

deformación esperada del terreno, en función del esfuerzo actuante y la geometría del sistema de fundación seleccionado. La distorsión angular se define como la relación entre el asentamiento diferencial que se origina entre dos apoyos y la distancia que los separa.

2.13. Conclusiones:• Deben ser claras y precisas, sin ambigüedades. • Se debe reportar la conclusión de cada aspecto

observado en los puntos anteriores; destacando las prohibiciones que apliquen y que puedan estar referidas al uso de un sistema de fundación en particular o una profundidad límite para algún tipo de excavación.

2.14. Recomendaciones:• De tipo geotécnico y estructural para las diferentes

propuestas de cimentación suministradas en el informe, recomendaciones de excavaciones, métodos constructivos, control de deformaciones y distorsión angular, medidas de protección en los procesos constructivos, técnicas para el mejoramiento o geotécnica, tales como presencia de suelos colapsables, licuables o expansivos. 2.15. Anexos:

• El croquis de ubicación de los sondeos, el perfil probable del terreno, el perfil estratigráfico utilizado en el diseño de las cimentaciones, los registros de campo de los sondeos efectuados, planta tipo de la edificación, las planillas de los ensayos de laboratorio, y cualquier otra información que permita complementar los aspectos reportados en el informe.

 IMPORTANCIA DEL ESTUDIO DE SUELOS

• La importancia del estudio de suelos depende del tipo de proyecto que se va a realizar y de la magnitud de este; con los resultados que te arroje el estudio de suelos puedes tomar decisiones del tipo de cimentación a utilizar y hasta que profundidad debes de cimentar; dependiendo del tipo de suelo es la capacidad de soporte del suelo (resistencia del suelo) y eso se puede determinar únicamente con el estudio de suelos.

• Depende del estudio de suelos, se podrá determinar cuánto se va a gastar o cuanto se va a ahorrar en cimentación.

• Cuando se trata de edificios, con el estudio de suelos determinas la capacidad máxima de carga que acepta el terreno.

CRITERIOS PARA CALIFICAR LOS SUELOS CON FINES URBANOS• 1. Según la Granulometría y Textura.

• Los Suelos son BUENOS cuando la mayoría de sus componentes son gruesos como las rocas, gravas, grava arenosa y grava limosa, grava arenosa arcillosa y arenas gravosas. Son MALOS cuando son fino. En esta calificación se encuentran los suelos arenosos, suelos limosos y suelos arcillosos.

• 2. Según el Peso específico. • El peso específico se refiere a cuánto pesa una porción de un

tipo de suelo. Nos indica cuanto vacío tiene en su interior; será más pesado mientras menos espacios vacíos tenga. Esto también influye en su estabilidad. Entre mayor sea el peso unitario de un suelo, mejor es la calidad de éste. Si la mayoría de los componentes del suelo son HOMOGÉNEOS; entonces, el suelo es MALO, porque tienen muchos vacíos y poco peso unitario. Si el suelo tiene VARIEDAD de tamaños; o sea es heterogéneo, el suelo es BUENO.

• 3. Según el grado de consolidación o compactación • Los suelos con el tiempo y la exposición a los fenómenos naturales cambian

su grado de consolidación haciéndose más compactos (suelos firmes o compactos) o más sueltos (suelos sueltos o blandos), según el proceso que los afecte. Los suelos firmes, compactos, consolidados y de BUENA CALIDAD para la edificación SON DUROS Y DIFÍCILES DE EXCAVAR. Son suelos blandos (no consolidados) y de BAJA CALIDAD para la edificación, aquellos que SON SUELTOS Y FÁCILES DE EXCAVAR. Estos suelos NO SON BUENOS. También son suelos NO APTOS PARA LA CONSTRUCCIÓN aquellos suelos que hayan sido arrastrados por el viento o la lluvia.

• 4. Según el grado de saturación de agua • La presencia de agua en el suelo influye en su estabilidad y puede cambiar

su capacidad de carga y su comportamiento frente a sismos. La calidad de éste disminuye en función de la cantidad de agua que contiene y del tipo de componentes que predominan. Los suelos GRUESOS SON MÁS ESTABLES que los suelos finos ante la presencia de agua. El grado de saturación está influenciado por el nivel de la napa freática.

• 5. Según el nivel freático superficial. • La napa freática es la capa de agua subterránea y su nivel puede variar desde lo

superficial a lo profundo. Cuando el nivel freático es (A MENOS DE 2 METROS de profundidad) en relación a la superficie del suelo, este SUELO ES MALO; pero si es MUY PROFUNDO, entonces el suelo puede SER MÁS ESTABLE Y BUENO.

• 6. Según la plasticidad, expansibilidad y dispersibilidad • La Plasticidad Se deforma fácilmente y pierde totalmente su resistencia. Reconocer

estos suelos malos para la construcción es muy simple: solo tenemos que humedecerlo y ver si se forma un barro, entonces éste es un suelo plástico.

• Expansibilidad de suelos Esta propiedad consiste en el aumento considerable de su volumen a consecuencia de cambios de humedad.

• Dispersibilidad de suelos Consiste en la separación de todos los componentes del suelo a consecuencia de la humedad. Al final el suelo se diluye originando espacios vacíos provocando el hundimiento de la superficie.

• Suelos colapsables. Pierden su estructura y cohesión y sufren una disminución notoria de su volumen como consecuencia de haber recibido una cantidad de agua adicional.

• Suelos con material orgánico. Son aquellos que contienen raíces, carbón, guano u otros materiales de origen orgánico.

CRITERIOS PARA SUELOS BUENOS Y MALOS

CONCLUSIONES

• La falta de un estudio de suelos podría hacer colapsar a un edificio o vivienda. En toda obra de arquitectura o ingeniería moderna, ya sea viviendas o edificios, es necesario e imprescindible la realización de un estudio de suelos. El Estudio de Mecánica de Suelos, es un documento suscrito por un especialista reconocido y acreditado en mecánica de suelos, a través del cual determina la resistencia del terreno sobre el que se desplantan las edificaciones, mismo que sirve de base para determinar el tipo de cimentación a usar. El Estudio de Suelos ó Estudio Geotécnico es parte de la Mecánica de Suelos.

• El estudio de suelos permite conocer las propiedades físicas y mecánicas del suelo, y su composición estratigráfica, es decir las capas o estratos de diferentes características que lo componen en profundidad, y por cierto ubicación de napas de agua (freáticas), si las hubiere.

GRACIAS