5 CLAVES PARA DESARROLLAR UNA CAMPAÑA GEOTÉCNICA DE EXPLORACIÓN IN-SITU EXITOSA

Un ingeniero requiere conocimiento suficiente de las condiciones del terreno en un sitio para estimar la respuesta de los suelos o rocas a los cambios inducidos por las obras del sitio. Peck (1962) señaló que los tres factores de mayor importancia para la práctica exitosa de la ingeniería del subsuelo eran:

El conocimiento de precedentes en condiciones de terreno similares ayuda a asegurar que no se encuentren sorpresas en el diseño y construcción de las obras; el conocimiento de la geología debería permitir al ingeniero anticipar la gama de posibles variaciones en las condiciones del terreno entre los lugares de cualquier perforación; y el conocimiento de la mecánica de suelos o rocas debería minimizar las posibilidades de un rendimiento inadecuado del terreno durante y después de la construcción.

Se debe realizar una caracterización del sitio para todos los proyectos. El nivel de detalle de cualquier caracterización debe ser apropiado para el uso propuesto del sitio y para las consecuencias del incumplimiento de los requisitos de desempeño. El ingeniero debe poder preparar un diseño que no exceda los estados límite últimos y de servicio. Esto significa que no debería haber peligro de colapso catastrófico y las deformaciones y otros cambios ambientales deberían estar dentro de límites tolerables. Dependiendo de la naturaleza particular del desarrollo propuesto, la caracterización mayor del sitio podrá no involucrar exploración de campo.

Una vez que se haya establecido el alcance del trabajo para las obras de ingeniería propuestas, la caracterización del sitio debe comprender tres componentes:

El primer componente es el más crítico. Consiste en una revisión de la información existente sobre el sitio incluyendo la geología. La atención a los detalles en esta fase junto con un reconocimiento del sitio para revisar las condiciones existentes de la superficie minimizará el potencial de sorpresas durante la exploración y construcción posteriores del campo. El alcance de esta fase del trabajo dependerá de la experiencia del ingeniero en el entorno geológico particular y con sistemas de cimentación o estructuras de suelo similares.

Al finalizar esta fase, se debería haber establecido un modelo preliminar del subsuelo del sitio, que permita considerar las cuestiones de diseño de los cimientos y la selección preliminar de las opciones de cimientos. El ingeniero podrá proceder a planificar una exploración de campo adecuada.

Los objetivos principales de la exploración de campo deben determinarse con la mayor precisión posible:

Se deben organizar investigaciones del sitio para obtener toda la información posible acorde con los objetivos del proyecto para una comprensión profunda de las condiciones del subsuelo y el comportamiento probable de los cimientos. Becker (2001) proporciona información adicional sobre los objetivos, la planificación y la ejecución de las investigaciones de sitio.

Como mínimo, las exploraciones de campo deberían confirmar el modelo preliminar del subsuelo desarrollado durante la fase de planificación y deberían proporcionar una caracterización suficiente de las propiedades del material para permitir estimar la respuesta del sitio a las obras de ingeniería propuestas. En muchos casos, la macroestructura del terreno, como las juntas y fisuras, controlará el rendimiento del sitio y de los cimientos durante y después de la construcción. Una comprensión de la geología del sitio permitirá al ingeniero anticipar tales casos y las exploraciones de campo deben determinar la presencia de capas o zonas que puedan causar dificultades durante la construcción u operación de la instalación. Por ejemplo, las capas delgadas y débiles pueden ser críticas para la estabilidad o las capas delgadas permeables pueden ser críticas en excavaciones. La selección de una técnica de exploración apropiada debe basarse en una comprensión clara de los modelos de falla crítica y de los tipos de capas que probablemente estén presentes.

Una vez finalizado el registro estratigráfico y la clasificación de materiales, se pueden seleccionar los parámetros de diseño apropiados. Esto se puede hacer sobre la base de uno o una combinación de los siguientes:

Antes de comenzar la investigación de campo real, siempre que sea posible se debe recopilar información sobre:

El esfuerzo de la investigación del terreno está determinado por el tipo de suelo y la variabilidad del suelo y del agua subterránea, el tipo de proyecto y la cantidad de información existente. Se debe establecer el carácter general y la variabilidad del terreno antes de decidir los principios básicos del diseño de cimentación del proyecto.

Es probable que la combinación de cada proyecto y sitio sea única y, por lo tanto, los siguientes comentarios generales deben considerarse como una guía para planificar la investigación del sitio y no como un conjunto de reglas que deben aplicarse rígidamente en todos los casos.

Cuanto mayor sea la variabilidad natural del terreno, mayor será el alcance de la investigación necesaria para obtener una indicación del carácter del terreno. La profundidad de la exploración generalmente está determinada por la naturaleza del proyecto, pero puede ser necesario explorar a mayores profundidades en un número limitado de ubicaciones para establecer las condiciones geológicas generales.

La investigación debe proporcionar datos suficientes para un diseño adecuado y económico del proyecto. También debería ser suficiente para cubrir posibles métodos de construcción y, cuando corresponda, indicar las fuentes de construcción afectadas por el proyecto y la construcción, como la zona de terreno tensionado debajo de la base de un grupo de pilotes y la estabilidad de un talud adyacente, si está presente.

Los pozos de sondeo deberían ubicarse de manera que se pueda obtener una visión geológica general de todo el sitio con detalles adecuados de las propiedades técnicas de los suelos y rocas y de las condiciones de las aguas subterráneas. Se debe obtener información más detallada en la ubicación de estructuras y cimientos importantes, en lugares de especial dificultad de ingeniería de importancia y donde las condiciones del terreno son complicadas, como valles sospechosos enterrados y áreas antiguas de deslizamientos de tierra. Deben evitarse patrones de perforación rígidos y preconcebidos. En algunos casos, no será posible localizar estructuras hasta que se haya obtenido gran parte de los datos de la investigación del terreno. En tales casos, el programa de investigaciones debería modificarse en consecuencia. En el caso de proyectos de mayor envergadura, la investigación del lugar suele realizarse por etapas. Una etapa preliminar proporciona información general y a esto le sigue una segunda etapa y, si es necesario, etapas adicionales a medida que se desarrollan los detalles del proyecto y el diseño de los cimientos.

Se hace referencia a las perforaciones como medio de investigación del sitio. Sin embargo, en algunos casos, los pozos de sondeo pueden ser reemplazados o complementados por pozos de prueba, zanjas de prueba, sondeos o sondeos. Independientemente del tipo de investigación, es esencial que las ubicaciones y niveles del terreno para todos los puntos de exploración se establezcan, si es necesario, mediante reconocimiento. En varias referencias se puede encontrar información y recomendaciones sobre el alcance de las investigaciones del sitio, tanto en profundidad como en número de perforaciones.

Para proyectos de bajo riesgo (trabajos de tamaño pequeño a mediano con pocos riesgos y consecuencias limitadas de falla) sólo es necesario clasificar los suelos visualmente y, tal vez, mediante pruebas de índice para permitir la selección de los parámetros diseñados. El diseño puede basarse en presiones de soporte supuestas. Para proyectos de riesgo medio, será necesaria alguna forma de prueba in situ. Las pruebas in situ consisten convencionalmente en pruebas de penetración en las que se puede obtener una estimación de las propiedades del suelo mediante correlación. También hay métodos de diseño disponibles en los que los resultados de las pruebas in situ se utilizan directamente para seleccionar los valores de diseño de la presión del rodamiento. Cuando las consecuencias de una respuesta terrestre inesperada den como resultado un nivel de riesgo inaceptable, se debería llevar a cabo un programa de campo y de laboratorio mucho más elaborado.

Las sugerencias para la profundidad mínima de los pozos pueden ser más definitivas ya que existe una base analítica lógica. La profundidad mínima está relacionada con la cual el aumento en el esfuerzo del suelo causado por la carga de la cimentación es pequeño y no causará ningún asentamiento significativo. Sin embargo, las sugerencias para espaciar los pozos son más difíciles de hacer y menos definitivas, ya que mucho depende de la variabilidad del suelo, el tipo de proyecto, los requisitos de desempeño y el tipo de cimentación seleccionada.

La investigación del sitio debe llevarse a cabo a tal profundidad que se explore adecuadamente toda la zona de suelo o roca afectada por los cambios causados por la estructura o la construcción. Las siguientes recomendaciones se proporcionan como pautas en el Canadian foundation engineering manual (2023):

La determinación de la profundidad mínima de los pozos tiene una base lógica que se relaciona con la profundidad a la cual el aumento del esfuerzo del suelo causado por las cargas de los cimientos es pequeño y no causará ningún asentamiento significativo. La base para determinar el espaciamiento de los pozos es menos lógica y el espaciamiento se basa más en la variabilidad de las condiciones del sitio, el tipo de proyecto, los requisitos de desempeño, la experiencia y el criterio. Generalmente se recomiendan más perforaciones y espaciamientos más estrechos para sitios ubicados en áreas de menor desarrollo donde la caducidad previa es escasa o inexistente. Los resultados de la investigación del sitio pueden indicar condiciones más complejas del suelo de cimentación que pueden requerir perforaciones adicionales.

Para construcciones de menos de 1000 m2 en el área del plano, pero mayores de 250 m2, puede ser adecuado un mínimo de cuatro perforaciones donde la superficie del terreno esté nivelada y las dos primeras perforaciones indiquen una estratificación regular. Generalmente son preferibles cinco perforaciones (en las esquinas y en el centro del edificio), especialmente si el sitio no está nivelado. Para edificios de menos de 250 m2 aproximadamente, puede ser adecuado un mínimo de tres perforaciones. Un solo pozo puede ser suficiente para una base concentrada, tal como la base de una torre de proceso industrial, en un lugar fijo con el pozo hecho en ese lugar, y donde la estratigrafía general se conoce a partir de pozos cercanos.

La determinación del número de perforaciones y el espaciamiento para proyectos más grandes, más complejos y críticos forma una parte muy importante del proceso de diseño geotécnico y no puede cubrirse con reglas simples que se aplican en todo el país. Establecer el alcance de una investigación geotécnica y su posterior supervisión requiere la dirección de un ingeniero geotécnico experimentado.