- Ing. Carlos Grau Sacoto, MSc. | Geocimientos S.A. | carlosgrau@geocimientos.com
- Ing. Francisco Grau Sacoto, MSc. | Geocimientos S.A. | franciscograu@geocimientos.com
RESUMEN
Actualmente, existen nuevos equipos con tecnología de vanguardia que buscan obtener información precisa sobre las propiedades geomecánicas de los suelos. Ensayos como el CPTu (ensayo de penetración de cono con medición de presión de poros) y el Medusa DMT (ensayo dilatométrico automático de Marchetti) están marcando la tendencia mundial en la exploración geotécnica, tanto en suelos finos como arenosos, debido a su rapidez y precisión en la obtención de datos. Además, estos equipos pueden incluir un módulo sísmico que realiza mediciones de velocidades de ondas. La información obtenida es muy importante para los ingenieros y obras urbanas, ya que proporciona datos más precisos del suelo, permitiendo diseñar soluciones eficientes y seguras.
INTRODUCCIÓN
La geología de la ciudad de Guayaquil y los cantones alrededor de los ríos Daule y Babahoyo comprende un proceso de sedimentación formado por depósitos aluviales y deltaicos estuarinos de la ría Guayas. El estudio de microzonificación sísmica de Guayaquil clasifica los diferentes depósitos de suelos blandos, y se observa que gran parte de la ciudad se encuentra sobre estos.
Tradicionalmente, las perforaciones mediante el método de percusión y lavado han sido la práctica común de exploración geotécnica en el país. Para arenas, gravas y arcillas rígidas, se realiza el ensayo SPT mediante el muestreador Raymond o “cuchara partida”, mientras que para arcillas y limos se puede obtener muestras “inalteradas” mediante un tubo de pared delgada (tubo Shelby).
Sin embargo, existen problemas con este enfoque: a) La calidad de las muestras obtenidas con el tubo Shelby y la alteración del suelo en los ensayos de deformación y resistencia al esfuerzo cortante, y b) El uso excesivo del SPT en suelos blandos, ya sea por rapidez en la perforación o por la intercalación con suelos arenosos. El ensayo SPT, creado en 1902, no es recomendable en suelos blandos, ya que altera por completo la matriz del suelo. Además, es un ensayo de campo basado en grandes deformaciones y su fundamento teórico y empírico es limitado para obtener parámetros de resistencia o deformación en suelos blandos.
ENSAYOS CPTu y SCPTu
La prueba de penetración de cono (CPT) y sus versiones mejoradas, como el piezocono (CPTu) y sísmico (SCPT), tienen amplias aplicaciones en una gran variedad de suelos. Aunque inicialmente el CPT se limitó a suelos más blandos, los modernos equipos de empuje y conos más robustos permiten su uso en suelos más rígidos (1).
El primer cono fue creado en 1932 en los Países Bajos y en 1974 se incluyeron sensores para medir la presión de poros. A partir de entonces, se creó la norma ASTM D5778 en 1995. Este ensayo ha evolucionado y ahora puede medir velocidades de ondas de compresión y corte, variación en la conductividad eléctrica del suelo y puede detectar objetos que contienen metales magnetizables.
Para realizar este ensayo se requiere un penetrómetro o una máquina con sistema hidráulico de empuje, el piezocono con sensores para tomar datos en tiempo real de resistencia de punta (qc), fricción lateral (fs), presión de poros (u2) e inclinación, y un sistema de adquisición de datos conectado al cono. Las mediciones se realizan a cada centímetro de profundidad a una velocidad constante estandarizada de 2 cm/s.
Además, durante el ensayo se puede realizar una pausa para realizar el ensayo de disipación de presión de poros con el fin de observar el comportamiento o la variación de la presión de poros en el tiempo. Este ensayo permite evaluar la consolidación del suelo y determina parámetros de permeabilidad.
Las principales ventajas de los ensayos CPTu y SCPTu son:
- Elaboración de perfiles del suelo de manera rápida y continua.
- Fuerte base teórica para la interpretación de parámetros.
- Datos confiables tomados automáticamente en función de la velocidad de penetración.
Las desventajas de este ensayo son:
- No toma muestras del suelo durante el ensayo.
- La penetración del cono se restringe al encontrar suelos muy densos o rocas.
- Requiere entrenamiento y habilidades del operador.
Se han desarrollado numerosas correlaciones semiempíricas para estimar parámetros geotécnicos del CPT para una amplia gama de suelos. La mayoría de las correlaciones tienen algún marco teórico, pero siguen siendo semiempíricas debido a la complejidad del comportamiento de la mayoría de los suelos naturales. Estas correlaciones varían en su confiabilidad y aplicabilidad. Debido a que el CPT tiene sensores adicionales (por ejemplo, presión de poro, CPTu y sísmico, SCPT), la aplicabilidad para estimar los parámetros del suelo varía, llegando a tener la capacidad de estimar la rigidez del suelo (E, G y Ir), entre otros. El ensayo tiene aplicabilidad moderada y alta para OCR, Ko, Su, M, Ch, k en arcillas y Dr, phi, E, M en arenas. Cuando se emplea ensayos SCPTu midiendo el Vs se puede obtener datos muy confiables de E, G, Go y detectar suelos con cementación.
ENSAYOS MEDUSA DMT y SDMT (ASTM D6635)
El Medusa DMT es una variante avanzada y mejorada del ensayo de dilatómetro (DMT), creado a finales de 1970 y estandarizado por la norma ASTM D6635. Este equipo, desarrollado en 2018, realiza lecturas que no dependen de la tasa de penetración ni del operador.
Su robusta geometría permite que sea insertado en diferentes tipos de suelo y permite generar una menor disturbación del suelo durante la penetración, obteniendo resultados más precisos de las propiedades del suelo. Simulaciones numéricas en elementos finitos demuestran una menor disturbación del suelo en comparación con el CPTu. De forma similar al CPTu, una desventaja es que no se obtienen muestras de suelo durante el ensayo y existe limitación en las lecturas cuando se tienen rocas o gravas de granos angulares.
Este equipo mide la presión necesaria para expandir una membrana 0.05 mm y 1.1 mm; por tal motivo, obtiene información muy valiosa de la rigidez, resistencia y deformación de un suelo, al ser un ensayo de pequeñas deformaciones.
Durante el ensayo se toman 3 lecturas con las cuales se obtienen parámetros definidos que posteriormente son correlacionados M, Su, Ko, OCR , phi, gamma, U (2).
A esta nueva tecnología, se puede añadir un módulo sísmico capaz de tomar mediciones de velocidades de onda en intervalos verdaderos.
El Medusa DMT representa un avance significativo en la tecnología de los ensayos de campo, mejorando la precisión, eficiencia y confiabilidad en la obtención de datos de los parámetros geotécnicos del suelo. Este ensayo al ser automatizado, minimiza los errores humanos y optimiza la caracterización del suelo, facilitando decisiones informadas en el diseño y construcción de proyectos.
CONCLUSIONES
La investigación geotécnica ha evolucionado desde el tradicional SPT, creado en 1902, que no permite obtener todos los parámetros de resistencia y deformación del suelo con solo el número de golpes. Ensayos como el CPTu y Medusa DMT marcan la tendencia mundial en la exploración geotécnica en suelos arenosos y suelos finos, permitiendo obtener parámetros de resistencia y deformación del suelo de forma muy precisa. Estos ensayos poseen un módulo sísmico, el cual permite obtener velocidades de ondas de corte (Vs).
Realizar estos ensayos en los depósitos aluviales y deltaicos estuarinos de Guayaquil y sus alrededores, permite una mejor caracterización de las propiedades geotécnicas del suelo, facilitando el diseño de soluciones eficientes y seguras.
BIBLIOGRAFÍA
(1) P.K. Robertson, K. Cabal. Guide to cone penetration testing, 7th edition (2022)
(2) D. Marchetti, P. Monaco, S. Amoroso, L Minarelli. In situ tests by Medusa DMT, XVII ECSMGE (2019)