Lo que solemos hacer
Seamos sinceros. Cuando llega a nuestras manos un estudio de suelos generalmente lo único que hacemos es abrir la página donde está el resumen y conclusiones y buscamos simplemente el resultado de la capacidad portante admisible del suelo al nivel que el estudio recomiende fundar. Luego cerramos el estudio y empezamos a diseñar la estructura con este dato.
Sin embargo hay muchas otras cosas que tenemos que tomar en cuenta. Vamos a hablar acá de varios puntos a tomar en cuenta:
– la ubicación del ensayo
– la profundidad de la exploración
– número de ensayos
– tipo de material encontrado a partir de granulometrías o límites de atterberg
– el ensayo spt
– otros estudios adicionales
° ensayo de corte directo
° Consolidación
° Ensayo triaxial
De la ubicación del proyecto
En el informe de suelos, cuando se habla de ubicación lo primero que encontramos es un pequeño registro fotográfico y mapa del lugar donde está ubicado predio donde vamos a construir.
Este primer análisis se centra en un estudio de fallas geológicas grandes, y de depósitos de material relevantes encontrados en el sector a nivel macro. En este apartado encontramos comentarios y advertencias respecto a riesgos de deslizamiento de taludes, riesgos de asentamientos por rellenos artificiales, vertederos o similares. También pueden mencionarse riesgos de riadas e inundaciones y en general todo lo que tenga que ver con fenómenos que ocurran no solo en el terreno de análisis sino macro o de toda la zona.
Sin embargo, más allá de toda esta información, y más allá del registro fotográfico que contenga el informe, lo más adecuado es realizar una inspección al sitio pues mediante una inspección del lugar nosotros podremos darnos cuenta específicamente si hay casas construidas asi como su antiguedad.
Al observar estas casas, podemos deducir, si existieran, las probables patologías de estas casas, pero más especificamente de sus muros perimetrales. Sucede que muchas veces, y ahora con más frecuencia que antes, las casas están construidas con cimientos sobredimensionados para asegurar la inversión sobre la estructura y evitar cualquier inconveniente de asentamientos. Por tanto por simple inspección del lugar no podremos saber el tipo de cimentación utilizada en las casas aledañas. En contraparte, los muros perimetrales de las casas construidas por lo general cuentan con mucho menos cuidado al momento de concebir sus cimientos que la casa en sí. Me refiero a que los cimientos de los muros perimetrales se construyen desvinculados de los cimientos de la casa, y con fundaciones corridas que no son muy profundas (60cm en promedio) y con una base de no más de 50cm de ancho y por lo general sin acero de refuerzo. Esto hace que sea para nosotros muy sencillo detectar la calidad del suelo a partir de la integridad de los muros perimetrales y si tienen fisuras de magnitud o no.
Ante un suelo malo lo primero que probablemente se fisure son los muros perimetrales y ahí es donde nosotros debemos poner más atención al suelo. Ni que decir si incluso la casa también presenta fisuras considerables. Por el contrario si tanto muros perimetrales como muros de las casas aledañas no presentan fisuras a pesar de haber sido construidas hace varios años, es un buen síntoma de suelo regular a bueno.
De la profundidad de perforación
La profundidad de exploración de nuestro estudio de suelos lastimosamente muchas veces no es suficiente para los propósitos que nos competen.
La mayoría de las veces cuando se pide un estudio de suelos, estos se realizan a una profundidad estandar de 5m medidos desde el nivel virgen +0.00 del terreno.
El problema radica en que estos 5m de profundidad solo son correctos si las zapatas o fundaciones se plantaran también a nivel +0.00m. Sin embargo la mayoría de las construcciones se plantan a niveles mucho más bajos, especialmente si la edificación a diseñar tiene un sótano.
Si la edificación cuenta con un sótano de 3m de profundidad y adicionalmente se plantan las zapatas a un nivel de 1.5m por debajo del suelo del sótano, la profundidad real de exploración por debajo del nivel de desplante de la zapata es solo de 0.50m. Entonces solo conocemos lo que existe 50cm por debajo del nivel de zapata, y eso es muy poco para propósitos de conocer la resistencia y propiedades de deformación del suelo.
Siempre cuando realicemos o pidamos una perforación para estudios de suelos, tomemos en cuenta que la profundidad efectiva de la perforación se mide desde el supuesto nivel de desplante de la zapata. Calcularemos a continuación la profundidad de perforación para el edificio de la figura.
Sabemos que la profundidad tentativa del desplante de las zapatas está a -4.50m. A partir de este punto debemos estimar un aproximado del esfuerzo que llegará a la zapata desde la superestructura y dimensiones tentativas de la zapata basandonos en la experiencia y dimensiones típicas para la cantidad de niveles de nuestra estructura. En este caso asumiremos como datos:
– Esfuerzo en servicio en la superficie de zapata = 200 KN/m2
– Lado A de la zapata = 2m
– Lado B de la zapata = 2m
– Profundidad enterrada de la zapata D = 1.5m
– Peso específico del suelo = 20 KN/m3
Con todos estos datos podemos realizar el cálculo de a qué profundidad se discipa el 90% del esfuerzo de la zapata hacia el suelo, mediante la teoría de esfuerzos en masas de suelo de Boussinesq. Pero tranquilo, porque tengo un programa que hace el cálculo por nosotros en Programa de cálculo de profundidad de perforación de estudio de suelos.
Reemplazando los datos entonces:
Se recomienda una profundidad mínima de exploración de 4.25m. En el caso de pozos de perforación para estudios de suelos se suele redondear los niveles de excavación al metro, por lo que la profundidad del pozo lo tomaremos de 5m., medidos desde el desplante de la zapata. Por tanto la profundidad total de la perforación medida desde la cota +0.00 deberá ser de -9.50m.
Esta profundidad de perforación puede resultar algo costosa para muchos presupuestos en etapa de diseño. Entonces lo que suele hacerse es postergar el estudio de suelos para una vez que se haya excavado toda la tierra en el sitio donde irá el sótano. Es más, aprovechando la maquinaria de excavación de retroexcavadora y volquetas, se puede llegar al nivel de desplante de zapatas con facilidad. Y hecho esto con la maquinaria disponible, ya se puede realizar la perforación de 5m de profundidad desde el nivel de desplante de zapatas con más facilidad.
De la clasificación del suelo (Tipo de material)
Para clasificar el suelo vamos a apoyarnos en 2 ensayos típicos. El ensayo de granulometría y el ensayo de límites de Atterberg o Casagrande. Con el primero determinamos si estamos ante un suelo de agregado predominantemente grueso o predominantemente fino. Con el segundo ensayo determinamos si el suelo fino que existe en la muestra de suelo está compuesta por limos o por arcillas y en qué tendencia porcentual. Si bien el ensayo de Casagrande no determina directamente el porcentaje de arcilla que contiene el suelo, el ensayo mide la cantidad de agua que es capaz de retener el suelo, e indirectamente con este dato podemos saber cuan arcilloso es el suelo.
Por tanto si observamos minuciosamente los resultados de estos ensayos, tenemos varias conclusiones preliminares del tipo de suelo. Las menciono a continuación.
Granulometría predominantemente gruesa: Cuando el suelo es predominantemente grueso a partir del ensayo granulométrico, la mayoría de las partículas de la muestra de suelo se retienen por encima del tamiz No200. Cuando el suelo es grueso, en la mayoría de los casos podemos estar tranquilos esperando altas resistencias de suelo. Especialmente si contamos con una mátrix de bolones grandes de grava, éstos proporcionan una resistencia excepcionalmente alta del suelo. Por otro lado si se tiene un suelo arenoso, también es un buen síntoma de buen suelo, siempre que este no esté sometido a fuertes movimientos sísmicos o licuefacción (licuación) del suelo debido a presencia de nivel freático.
Granulometría predomientantemente fina: Cuando el suelo es predominantemente fino a partir del ensayo granulométrico, la mayoría del suelo atraviesa el tamiz No200. y tenemos dos alternativas: El suelo es limoso o arcilloso. Esto último se logra determinar indiréctamente a partir del índice de plasticidad del ensayo de Casagrande. Si el Índice Plástico (IP) es alto, existe un gran volumen de arcilla en la muestra. Por el contrario si el índice de plasticidad es bajo o nulo (No Plástico “NP”) entonces el suelo será predominantemente limoso en su parte fina.
Si el suelo está compuesto por limo, podemos estar seguros de que, a pesar de resistencias más bajas de suelo que en el caso de suelo granular, al menos no tendremos un asentamiento de la estructura a lo largo del tiempo. Las deformaciones en el suelo limoso son inmediatas a partir del momento en que se aplica la carga.
Si el suelo por otro lado es arcilloso, se necesitan realizar estudios adicionales para conocer la sensibilidad de la arcilla y para conocer el comportamiento de disipación de agua de la arcilla ante carga. Este ensayo es el Ensayo de Consolidación de Suelo. Si la consolidación es unidireccional se denomina ensayo edométrico. Si en cambio la consolidación se controla a partir de 3 ejes de presión, se lo conoce con el nombre de ensayo triaxial de consolidación de suelo.
Del ensayo S.P.T.
Este ensayo básicamente mide el número de golpes que toma hundir un barreno a lo largo de 15cm de punta y se repite el ensayo 3 veces. Mientras menos golpes tome hundir dicha longitud, menos resistente es el suelo.
A partir de este número de golpes se pueden extrapolar ciertos datos bastante útiles, aunque debemos reconocer las limitaciones de precisión de dicho ensayo. Los parámetros que podemos extrapolar del número de golpes son principalmente:
– esfuerzo admisible del suelo
– compacidad relativa
– cohesión
– ángulo de fricción interna
– Tasa de sobreconsolidación
Debo repetir que el grado de precisión de dichos parámetros debe comprobarse con otros métodos en caso de ser utilizados para cálculos más sensibles.
Entre los dos parámetros que más nos interesa conocer están el esfuerzo admisible del suelo y la compacidad relativa.
Esfuerzo admisible del suelo
El esfuerzo admisible del suelo es importante por razones obvias. Es el parámetro más popular en el estudio de suelos y es muchas veces el único parámetro que los ingenieros estructuristas buscan para comenzar su diseño.
Se puede afirmar que una resistencia admisible encima de 100 KN/m2 o 1Kg/cm2 ya es una buena resistencia de suelo, ya sea que estemos en suelo fino o grueso. Por el contrario si la resistencia está por debajo de estos valores, debemos tener más cuidado en el diseño de fundaciones, especialmente si nos encontramos ante un suelo fino con alta probabilidad de presencia de arcillas.
Compacidad relativa
El otro parámetro importante extrapolado del ensayo SPT es la compacidad relariva del suelo. Este parámetro es muchas veces pasado por alto pero es por demás importante para propósitos de diseño.
Cuando apoyemos una fundación sobre suelo, nunca debemos fundarlo sobre suelo suelto. Por el contrario la fundación sobre suelo compacto es la ideal. Y si estamos ante suelo de compacidad relativa media, podemos fundar teniendo cierta precaución en la reducción de la resistencia del suelo a partir de la corrección de los parámetros ɸ y C del suelo en 2/3 (Terzaghi).
Si se planta una fundación sobre suelo suelto, su falla será por punzonamiento con altas deformaciones no deseables para la estructura. Por el contrario si se funda sobre suelo de compacidad media la falla será local. Finalmente si se funda sobre suelo compacto, se necesitará una gran carga para lograr la falla general del suelo, y obviamente este es el tipo ideal de suelo para construir una fundación.
De las conclusiones
Muchas veces a partir de los ensayos hechos, el autor del estudio de suelos realiza recomendaciones sobre el tipo de fundación, sugerencias sobre la profundidad de fundación y mejoramiento de estratos de suelo en caso de contar con suelo malo. Sin embargo pocas veces se recomiendan estudios adicionales a realizar con base a los resultados obtenidos hasta la finalización del informe.
La poca frecuencia con la que se recomienda realizar estudios posteriores en suelos malos probablemente se deba al poco presupuesto que típicamente se dedica a los estudios geotécnicos en latinoamérica, mezclado con intentar no dar una sensación de un trabajo no concluso del informe al sugerir estudios posteriores.
Sin embargo, es en este punto donde a partir de todo el análisis realizado hasta el momento, es adecuado refinar los resultados obtenidos por el ensayo SPT respecto a la presencia de arcillas, consolidación cuando se confirme la presencia de arcillas y compacidad del suelo cuando nos encontremos ante un suelo suelto.
En resumen, si el suelo es granular, de buena compacidad y se ha perforado una longitud adecuada a partir del nivel de desplante de la zapata, ya no necesitaremos estudios adicionales. Por el contrario si el suelo es fino, debemos comprobar la presencia de arcillas. Si la compacidad relativa es baja, debemos realizar ensayos Proctor para determinar cuanto más podemos compactar el suelo para mejorarlo. Si existe presencia de arcillas deberíamos determinar el grado de consolidación del suelo para evitar posibles asentamientos de la estructura meses o años después de su construcción. Y si no se ha explorado a una profundidad suficiente, deberíamos pedir perforaciones adicionales una vez excavado el suelo hasta el nivel de fundación con maquinaria.
Es cierto, estoy idealizando una circunstancia de presupuesto y tiempo extensos que en la mayoría de los casos no existe. Sin embargo, pretendo al menos generar consciencia y precaución a la hora de decidir qué hacer con los resultados del estudio de suelos.
Del ensayo de corte directo (ensayo adicional)
Adicionalmente a todos los ensayos realizados, muchas veces se requiere un ensayo de corte directo, especialmente cuando se van a diseñar muros de contención. Sin embargo no está limitado a esto. Si se requiere realizar un diseño de fundaciones a partir de teorías de falla más sofisticadas con teoría de falla de Terzaghi, Meyerhof u otros, se necesitan los parámetros de suelo de ángulo de fricción interna o cohesión.
Respecto a este último punto, muchas veces requerimos realizar un análisis de falla del suelo por las teorías mencionadas ya que la capacidad portante del suelo entregada por el ensayo SPT suele ser calculada para una zapata de dimensión 1m x 1m. Sin embargo en el proyecto probablemente requiramos la capacidad portante del suelo para dimensiones de base de zapata muy distintas o mucho más grandes, para cuyo caso la capacidad portante será muy distinta a la obtenida por el ensayo SPT.
De la cohesión en los informes de mecánica de suelos
Adicionalmente, al obtener los parámetros del suelo del ensayo de corte directo, muchas veces el laboratorio entrega valores de ángulo de fricción interna y además cohesión, sin haber determinado siquiera si el suelo contiene arcilla sobreconsolidada. Recordemos que la única cohesión real de suelo existe en arcillas sobreconsolidadas. Si el suelo es arena, grava o limo, y el ensayo contiene un dato de cohesión diferente de cero, el resultado carece de sentido para propósitos de cálculos de resistencia del suelo a partir de esa cohesión.
Ahora, podría parecer poco relevante asumir una cohesión aparente que nos entregue el estudio de suelos en los cálculos de resistencia del suelo. Sin embargo si realizamos pruebas de sensibilidad en los cambios que obtenemos en la resistencia del suelo con ligeras variaciones de la cohesión, nos damos cuenta que incluso para valores de cohesión bajos, los suelos incrementan su resistencia sustancialmente. Es por eso que es muy delicado el asumir valores de cohesión sin verificar si esta cohesión proviene de un suelo arcilloso sobreconsolidado (cohesión real) o viene de un suelo de cohesión real nula pero que puede presentar cohesión aparente por su porcentaje de humedad, por ejemplo.
Mis Conclusiones
En definitiva, son varios puntos que se deben tomar en cuenta para analizar un estudio de suelos. Sobre todo debemos tener en cuenta que el informe que se presenta tras el estudio no es el cierre definitivo de todos los aspectos que se deben conocer del suelo, y muchas veces podremos requerir más información.
Si éste último fuera el caso, y si estamos muy inseguros de los resultados obtenidos por el estudio, pensemos que lo mejor es pedir ayuda a alguien con más experiencia para evaluar la situación del suelo en particular. No es nada agradable construir sobre un suelo que nos vaya a generar inseguridades y quitarnos el sueño meses o incluso años después de haber comenzado la construcción.
He dejado de lado los aspectos a tomar en cuenta en caso de zonas de alto riesgo sísmico, especialmente concernientes a la licuefacción del suelo.
autor: Marcelo Pardo
