FERM GEOPROJECTES
Asistencia técnica, obra civil, edificación
 

Prospecciones y ensayos "in situ"

Préviamente a la realización de qualquier trabajo, nuestro equipo técnico se documenta sobre el lugar donde se emplazará la obra. Esta información permite determinar la técnica de prospección y los ensayos de campo que mejor se ajustan a la naturaleza geológica del terreno en general y a la del proyecto constructivo en particular, es decir, escogemos la metodología que nos aportará la información más fiable.

Las técnicas directas de reconocimiento más utilizadas son:

 

Los ensayos más usuales son:

También hay técnicas de reconocimiento indirectas y no destructivas, como los métodos geofísicos. Estos pueden ser muy útiles para la localización de servicios enterrados, cavidades, etc, pero en otros casos, únicamente son recomendables como complemento de las técnicas de reconocimiento convencionales (sondeos, ensayos de penetración, catas), ya que terrenos con características geotécnicas diferentes pueden presentar perfiles geofísicos similares.

sondeos

Sondeos a rotación con batería y recuperación de testigo continuo

Este método de prospección consiste en la perforación del terreno mediante un tubo mostreador, llamado batería, que puede ser de diámetro variable, y que lleva incorporada una corona cortadora en su extremo.

En función de los materiales a perforar se utilizan baterías simples (perforación en seco) y dobles o triples (perforación con inyección de agua), con unos diámetros comprendidos normalmente entre 85 y 140 mm. Las coronas más utilizadas son las de widia y las de diamante.

Los materiales perforados quedan alojados de manera contínua y ordenada en el interior de la batería y, una vez extraidos, son depositados en cajas portatestigos, que son la representación más aproximada a la realidad.

Con este método se puede determinar con precisión tanto la cota del nivel freático (profundidad a la que se encuentra la capa de agua en su estado natural, antes de perforar) como la del nivel piezométrico (profundidad a la que se encuentra el agua, en el interior del sondeo, una vez se ha perforado el terreno). Estos niveles a veces coinciden, pero en muchas ocasiones pueden ser sustancialmente diferentes.

Cuando utilizarlo
  • cuando sea necesario determinar con precisión el perfil real del terreno y/o la posición del nivel freático, es decir, en estudios geotécnicos para edificación y obra civil, estudios de contaminación, etc...

sondeos_bateria

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Sondeos a rotación con barrena helicoidal (hélice)

Consiste en la perforación del terreno mediante una hélice o barrena de diámetro variable, que lleva incorporada en su extremo una trialeta o un tricono. Los diámetros suelen estar comprendidos entre 90 y 150 mm.

Se trata de un método de perforación a destroza en el que los materiales salen por la boca del sondeo totalmente desmenuzados, alterados y mezclados, y no permite definir con exactitud la posición de los diferentes materiales atravesados.

Con este método se puede determinar la cota del nivel piezométrico pero no se puede saber con seguridad si esta cota corresponde a la del nivel freático.

Este método de prospección únicamente es válido cuando el terreno a perforar es blando, tiene una cierta cohesión y no se encuentran capas cementadas, gravas o roca en toda la profundidad del reconocimiento. También se utiliza cuando no es necesario conocer con exactitud los cambios litológicos ya que tiene una precisión del orden de ± 0.5 metros.

Cuando utilizarlo
  • cuando no sea necesario conocer con precisión ni el perfil real del terreno ni la cota del nivel freático (estudios preliminares o de poco detalle)
  • como complemento de los sondeos a rotación con batería y recuperación de testigo continuo.

sondeos_helicoidal

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Ensayos dinámicos de penetración

Hay diversos tipos de ensayos dinámicos de penetración, aunque los más empleados son el DPSH y el Borros.

Consiste en la hinca a percusión, mediante un dispositivo de golpeo, de una punta unida al tren de varillaje. La diferencia estriba en el peso de la maza de golpeo, la altura de caída y la forma y dimensiones de la punta.

Se trata de un método de prospección de tipo indirecto ya que no permite la observación de los materiales atravesados, pero proporciona un registro contínuo del perfil resistente del subsuelo en toda la longitud del reconocimiento (resistencia a la penetración).

Es un ensayo indicado para terrenos arenosos, pero dado que se trata de un ensayo económico se hace un uso abusivo y se utiliza en todo tipo de terrenos, llevando muchas veces a errores de cálculo.

La norma que regula el ensayo dinámico de penetración tipo DPSH es la UNE-EN ISO 22476-2:2005.

Cuando utilizarlo
  • cuando los terrenos a estudiar sean arenosos
  • como complemento de los sondeos a rotación con batería y recuperación de testigo continuo.

penetrometro_dpsh

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Ensayos de penetración estática

Hay dos tipos de ensayos de penetración estática: el CPT y el CPTU.

El ensayo de penetración estática CPT consiste en la hinca a presión y a velocidad constante de una punta cónica equipada con sensores, unida al tren de varillaje. La reacción necesaria para hincar la punta la proporciona el propio peso del vehículo o anclajes al terreno.

Los parámetros que se obtienen son la resistencia por punta y la resistencia por rozamiento.

En el piezocono (CPTU), a parte de estos parámetros también se mide la presión de poros que se genera durante la hinca.

La norma que regula el ensayo de penetración estática es la PNE-prEN ISO 22476-5 (proyecto de norma UNE).

Cuando utilizarlo
  • en terrenos cohesivos blandos y en terrenos granulares bajo el nivel freático.
  • como complemento de los sondeos a rotación con batería y recuperación de testigoni continuo.

piezocono_cpt

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Catas mecánicas

Consiste en la excavación del terreno mediante maquinaria convencional (excavadora mixta, giratoria) i permiten la observación directa del terreno hasta la profundidad alcanzada.

Las catas, dado su bajo coste y su rápida ejecución, son ámpliamente utilizadas para los reconocimientos más superficiales.

Las limitaciones que presenta hacen referencia a la poca profundidad que pueden alcanzar, la poca eficacia ante la presencia de nivel freático en materiales granulares y, evidentmente, que el terreno ha de poder ser excavado mediante este método.

Cuando utilizarlo
  • en estudios de la explanada y de vialidad, ya que permiten recoger grandes cantidades de muestra, necesaria para la caracterización de los materiales en laboratorio
  • como complemento de los sondeos a rotación con batería y recuperación de testigo continuo.

catas

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Ensayo estándard de penetración SPT

El ensayo de penetración estándard SPT es el ensayo más utilizado en geotecnia.

Se trata de un ensayo normalizado que se realiza en el fondo de la perforación, y consiste en la hinca a percusión de un aparato mostreador tubular, metálico y bipartido, mediante un dispositivo de golpeo que consta de una maza metálica de 63.5 Kg que cae libremente desde una altura de 76 cm, originando una energía de golpeo constante.

Su ejecución consiste en bajar el aparato mostreador hasta el fondo del sondeo y, una vez acoplado el dispositivo de golpeo, se hace penetrar en una longitud de 45 cm dentro del terreno, contabilitzando los golpes necesarios para hincar cada tramo de 15 cm. El primer tramo es el llamado penetración de asiento. El resultado del ensayo es la suma del segundo y tercer tramo.

La información que obtenemos con el ensayo SPT hace referencia a la densidad relativa y al ángulo de rozamiento interno en terrenos granulares, y a la resistencia teórica a compresión simple en terrenos cohesivos.

La norma que regula el ensayo (UNE-EN ISO 22476-3:2006) especifica que préviamente a su ejecución el sondeo tiene que estar límpio y inalterado a cota de ensayo, cosa que no siempre se puede conseguir con el sondeo con barrena helicoidal.

Cuando realizarlo
  • en el interior de los sondeos, en materiales granulares (arenas, gravas pequeñas a medianas, mezclas de arenas y gravas, etc...)

spt

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Muestras inalteradas

Consiste en la hinca a percusión de un aparato mostreador tubular, metálico y de diámetro variable, donde en su interior hay una camisa de PVC donde la muestra queda alojada. El dispositivo de golpeo utilizado es similar al del ensayo SPT.

Su ejecución consiste en bajar el aparato mostreador hasta el fondo del sondeo y, una vez acoplado el dispositivo de golpeo, se hace penetrar en una longitud de 60 cm dentro del terreno, contabilitzando los golpes necesaarios para clavar cada tramo de 15 cm.

Este ensayo da una información similar a la del ensayo SPT pero, además, permite la obtención de una muestra que conserva su estructura original, y que presenta unas dimensiones suficientes para permitir realizar ensayos de laboratorio más precisos.

Es un ensayo indicado básicamente para terrenos cohesivos, y es bastante utilizado, aunque seguramente con una frequencia insuficiente.

Para su ejecución, al igual que en el ensayo SPT, es necesario que el fondo del sondeo esté límpio y inalterado, cosa que no siempre se puede conseguir con el sondeo con hélice.

Cuando realizarla
  • en el interior de los sondeos, en materiales cohesivos (arcillas, limos arcillosos, arcillas con arenas, etc...)

muestra_inalterada

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Ensayos presiométricos

Consiste en aplicar a las paredes de un sondeo de una presión radial creciente, que puede llegar o no hasta la rotura del terreno.

Se introduce la cèlula cilíndrica de pared lateral flexible dentro de un sondeo préviamente ejecutado, y a la profundidad donde se quiere realizar el ensayo. Se aplica una presión mediante la inyección de un fluido y se mide la expansión radial de la pared. De esta manera se obtiene una gráfica de variación de las deformaciones del terreno en función del esfuerzo aplicado.

Los parámetros que se determinan son el módulo de deformación, la presión de fluencia y la presión límite.

Se trata de un ensayo poco solicitado pero muy útil para la obtención de los parámetros de corte.

Las normas que regulan el ensayo presiométrico son la ASTM-D 4719-87, la NF P 94-110-1 y la PNE-prEN ISO 22476-4 (proyecto de norma UNE).

Cuando realizarlo
  • en el interior de los sondeos, en qualquier tipo de materiales (granulares i cohesivos)

presiometro

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Ensayos de carga con placa

Consiste en el montaje de un puente de referencia, fijo y inmóvil, equipado con diferentes comparadores (medidores). Debajo, se coloca una placa circular sobre la que se aplica una carga mediante un gato hidráulico, utilizando como elemento de reacción un camión cargado o maquinaria pesada.

La carga se aplica y se retira en diversos escalones de carga y de descarga, tomando lecturas del movimiento de la placa para cada escalón y del tiempo que tarda en estabilizarse.

El resultado del ensayo es el llamado coeficiente o módulo de balasto, definido como el cociente entre la presión aplicada y el desplazamiento obtenido.

Se trata de un ensayo muy solicitado y muy útil para comprobar si las diferentes capas que forman los terraplenes y las secciones estructurales de firme han sido bién ejecutadas.

La norma que regula el ensayo de carga con placa es la NLT-357.

Cuando realizarlo
  • en superfície, a cota de cimentación o de rasante, en materiales cohesivos o en materiales granulares de diámetro máximo al 15% del diámetro de la placa

placa

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Ensayos de bombeo

Se realiza para determinar las propiedades hidráulicas de un acuífero y así poder predecir su comportamiento, evaluar la disponibilidad de los recursos de agua, etc...

Este ensayo puede realizarse con caudal constante o con abatimiento escalonado.

En las pruebas a caudal constante, este tiene que mantenerse fijo durante toda la prueba, hecho por el que se tendrá que ir ajustando con el tiempo.

En las pruebas con abatimiento escalonado el caudal extraido se mantiene constante durante un tiempo; se cambia de golpe a otro caudal y se mantiene constante durante otro periodo de tiempo; se vuelve a cambiar a un tercer caudal durante un tercer espacio de tiempo, y así sucessivamente.

Como mínimo deben realizarse tres escalones con diferentes caudales. El espacio de tiempo entre los cambios de caudal no hace falta que sean iguales per deben tener una duración suficiente.

Cuando realizarlo
  • en estudios hidrogeológicos, para determinar las propiedades hidráulicas de los acuíferos (transmisividad y coeficiente de almacenamiento)

ensayos_bombeo

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Medidas puntuales de permeabilidad

Hemos visto que los ensayos de bombeo nos permiten calcular la transmisividad y el coeficiente de almacenamiento de un acuífero, bombeando de un sondeo y midiendo descensos en otro sondeo próximo. Pero esto es costoso y laborioso, y en ocasiones no es posible por motivos económicos.

La alternativa más sencilla son las medidas puntuales de permeabilidad. No sustituyen a los ensayos de bombeo, porque entre unos y otros hay diferencias importantes, pero son muy aplicadas en geotecnia.

Existen dos tipos de medidas:

  • nivel constante: se introduce un caudal conocido y se mantiene el nivel constante dentro de la perforación; se calcula la permeabilidad en función de este caudal y de la longitud y diámetro del sondeo.
  • nivel variable: se introduce (o extrae), súbitament, un volumen de agua en un sondeo provocando un ascenso (o descenso) instantáneo del nivel del agua dentro de la perforación. Se miden los denscensos en el tiempo a medida que se recupera el nivel inicial.
Cuando realizarlas
  • en estudios geotécnicos, para determinar la permeabilidad del terreno

permeabilidad

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