Ensayos Presiométricos en la Ría de Solía
SONINGEO ejecuta con éxito dos sondeos profundos con recuperación de testigo continuo dentro de las obras que promueve la Consejería de Fomento, Vivienda, Ordenación del Territorio y Medio Ambiente del Gobierno de Cantabria en el último tramo de la carretera autonómica CA-144 que conectará los polígonos de Morero y Guarnizo con la S-30.
En concreto los trabajos se han centrado en el viaducto de 427 metros de longitud que cruza sobre la ría de Solía con una luz principal de 75 m. La calzada está formada por dos carriles de 3.25 m y arcenes de 1.10 m, a lo que se une, en uno de los lados, una acera compartida tanto para peatones como ciclistas de 2.75 metros.
La zona por la que discurre el viaducto se desarrolla sobre una balsa de decantación-sedimentación de lodos, denominada Morero, construida en el año 1905.
En concreto la zona en origen era la marisma de Morero, sobre la cual se construyó la balsa de decantación. Así viene reflejado en el plano de la Marisma del año 1905 de Orconera Iron Ore Company Limited Londres el 17 de julio de 1873.
Fuente: La Minería del Hierro en la Sierra de Cabarga. ACANTO. Federación de Asociaciones en Defensa del Patrimonio Cultural y Natural de Cantabria: 2019. https://federacionacanto.org/wpfd_file/la-mineria-del-hierro-en-la-sierra-de-cabarga/
Dentro del entorno de la Sierra de Cabarga, el Valle de Villaescusa tuvo en el pasado una importante tradición en la minería del hierro, particularmente en el periodo de más de un siglo que comprende desde los últimos años del XIX hasta el cierre definitivo de las minas en el año 1989.
En todos los pueblos del Valle (Liaño, La Concha, Villanueva y Obregón) se encuentran aún restos de aquella intensa actividad minera: trazados de ferrocarriles, tranvías aéreos, planos inclinados, canalizaciones, lavaderos, cargaderos y en el caso objeto de estudio: balsas de decantación.
La minería desarrollada explotaba minerales del tipo de la goethita, oligisto, hematites, etc.., procedentes de la oxidación de lo minerales primarios. En concreto en el área de estudio compuestos sulfurados. Dicho minerales de hierro proceden de la carstificación de los materiales dolomíticos que al ser ankeríticos, con un contenido de 3-6 % de hierro, dan lugar a nódulos que se concentran en las arcillas de descalcificación. Este tipo de explotaciones deja una morfología superficial pintoresca, con formas de “pitones” que se puede observar en Orconera, Obregón, Peñacabarga, El Bosque, Entrambasaguas, Camargo.
Este tipo de explotaciones eran grandes consumidoras de agua, imprescindible para los riesgos de la tierra mineralizada, hacer funcionar los tambores separadores y tratar los medios densos. Esto implicó que se ejecutaran construcciones de grandes depósitos o de pantanos como el río Cubón en Heras y el Pozón de la Dolores en Camargo.
Como resultado del lavado del mineral, dado que el mismo se presentaba envuelto en arcillas que se adherían firmemente a los nódulos de hierro, se originaron ingentes cantidades de lodos, mediante los trómeles deslodadores, entre otros, que fueron depositadas en balsas de decantación aprovechando las marismas de las rías de Solía y Tijero.
El lavado generaba una gran cantidad de aguas fangosa que en los primeros años eran arrojadas directamente al cauce de las rías, sin llevar a cabo una clarificación para eliminar las tierras en suspensión, lo que generó grandes aterramientos y obstrucciones de cauces en rías, por lo que a partir de 1900 se obligó a las compañías mineras a realizar la decantación de los lodos antes de devolver el agua a su cauces.
La compañías se vieron forzadas a adquirir terrenos en las cercanías de sus lavaderos, habitualmente eran zonas de marisma que se obtenían por concesión sin grandes problemas.
Una vez concedida la marisma o adquirido el terreno se procedía a levantar los muros de cierre del estanque o malecones y a dividirlo en compartimentos, para hacer la decantación en las condiciones deseadas, según se recoge en La Minería del Hierro en el Valle de Villaescusa. Bacho, J., Cueto, G., y otros. Ed: Asociación par la Defensa del P.H. del Valle de V. Año: 1999.
En concreto en la marisma de Morero, objeto de estudio, existían 11 compartimentos rectangulares, con dos drenajes o alcantarillas que vertían el agua a la ría de Solía junto con el río Obregón.
Para realizar la sedimentación se utilizaron dos métodos. El método más difundido era el de utilizar compartimentos distintos cada día de trabajo; así cuanto mayor era el número de compartimientos más tiempo estaban en reposo las aguas fangosas y, por consiguiente más claras eran devueltas al cauce de las rías. El otro método era el de los estanques escalonados, en el que las aguas fangosas iban pasando de un compartimento a otro tras permanecer en reposo al menos un día en el anterior y saliendo del último a a través de unas compuertas dispuestas a tal efecto.
Según consta en la documentación consultada, como depósitos de decantación de estériles, la Orconera disponía de las marismas de Edillo, Parbayón, Liaño-Solía, Morero y San Salvador. Todas ellas se subdividían interiormente y aún se conservan los malecones delimitadores. La superficie de cada una de ellas era: Edillo 43.267 m2; Parbayón 345.944 m2; Liaño-Solía 404.339 m2; Morero 483.750 m2 y San Salvador 345.944 m2.
Plano de las balsas de decantación en la Ría Solía.
Los trabajos tienen por objeto optimizar y caracterizar adecuadamente la cimentación de dicho viaducto para lo cual se han ejecutado una serie de trabajos de campos con el propósito de determinar la naturaleza y las características geotécnicas de los materiales que conforman el subsuelo de la zona de estudio y poder determinar, en consecuencia, las recomendaciones de cimentación.
La campaña esta compuesta por la perforación de 2 sondeos mecánicos profundos con extracción de testigo continuo, con la realización de toma de muestras inaltearadas, en su caso tipo shelby y ensayos SPT, realizando ensayos presiométricos tipo OYO con nuestro equipo propio.
El ensayo PRESIO-DILATOMETRICO OYO (ELASTOMETER HQ SONDE 4180)Norma ASTM D 4719 – 07 tiene por objetivo obtener una respuesta esfuerzo-deformación del terreno «in situ», de manera que se pueda calcular el módulo de deformación presiométrico del terreno.
El ensayo presiométrico permite disminuir notablemente el efecto escala que se produce, respecto a los ensayos de laboratorio convencionales, en función principalmente, del grado de fracturación del terreno, inhomogeneidades, etc…
En determinadas condiciones, en las que no se requiera sobrepasar una determinada presión, ni una deformación límite para la camisa elástica del presiómetro, se puede alcanzar la presión de fluencia y un tramo de la curva carga-deformación, correspondiente al comportamiento plástico del terreno.
Si es posible alcanzar durante el ensayo estos valores, se pueden estimar las siguientes características geotécnicas del terreno: cohesión, ángulo de rozamiento interno, y ángulo de dilatancia; en función de los datos disponibles.
FUNDAMENTOS DEL ENSAYO
El ensayo que realiza SONINGEO, es del tipo PBP (pre-bored pressuremeter), en la que la sonda se introduce en un sondeo realizado previamente, ejecutado con el mayor cuidado de alterar lo menos posible las características naturales del suelo.
Este ensayo se realiza conforme a la norma ASTM D 4719 – 07, con lectura de las deformaciones por desplazamiento.
El ensayo presiométrico es un ensayo de carga estática del terreno que se realiza «in situ». Básicamente, consiste en la expansión radial de una camisa cilíndrica de caucho que se encuentra dentro de un sondeo.
Equipo presiométrico OYO
Se realiza aplicando presiones crecientes, con una velocidad de carga acorde al tipo de terreno a ensayar.
Como resultado de un ensayo presiométrico, se puede obtener, en el caso más favorable, una gráfica como la que se muestra en la Figura nº 2.
En ella se pueden distinguir las etapas siguientes de deformación:
– Adaptación de la camisa al sondeo.
– Deformación elástica.
– Deformación plástica.
– Rotura del terreno.
En términos de presiones se distingue:
– Po: Presión a la que la camisa se adapta totalmente a la pared del sondeo ó presión horizontal inicial Pho. Es la presión que ha de ejercerse para establecer el contacto membrana-terreno y deformarlo hasta su posición original, antes de realizar el sondeo. En los presiómetros convencionales esa presión corresponde al quiebro de la curva presión-deformación (punto de máxima curvatura)
– PF: Presión a la que el terreno deja de comportarse elásticamente. Se llama presión de fluencia. Es la presión donde acaba un tramo recto que suele aparecer en estos diagramas. A partir de ella, las deformaciones son claramente no lineales. SONINGEO determina esta presión mediante una secuencia de adquisición de lecturas de deformación: instantánea, 15s, 30s y 60s de forma que se obtiene la curva de fluencia o creep.
– PL: Presión a la que el terreno se cizalla y no admite ningún incremento de presión. Se llama presión límite.
Estos datos pueden utilizarse para el proyecto de cimentaciones superficiales y profundas.
Curva típica de un ensayo presiométrico
En términos de desplazamientos se tienen los siguientes parámetros homólogos:
– D0: Incremento de diámetro para el cual la camisa de caucho está totalmente en contacto con el terreno.
– DF: Incremento de diámetro correspondiente al inicio de la plastificación del terreno.
– DL: Incremento de diámetro correspondiente al cizallamiento del terreno.
Para que se pueda obtener una curva presiométrica completa es preciso que se cumplan dos condiciones:
– Que el sistema de presión sea capaz de cizallar el terreno.
– Que la camisa de caucho soporte el incremento de diámetro sin llegar a romperse.
La mayor parte de los equipos comerciales trabajan con presiones de hasta 20 MPa lo cual limita notablemente la posibilidad de llegar a la presión límite que, normalmente, debe ser extrapolada después del ensayo.
En la práctica, resulta mucho más restrictiva que la limitación por presión, la capacidad de la camisa de caucho para admitir incrementos de su diámetro. Para minimizar esta restricción es muy importante que Do sea lo menor posible, lo cual exige que el sondeo se realice con gran cuidado y precisión.
La calibración de las camisas, antes de su utilización, permite plastificarlas y que posean siempre el mismo comportamiento así como conocer qué parte de la presión que se aplica es necesaria para deformar la membrana y ese valor se debe restar a la presión aplicada para obtener la presión corregida que es la que debe utilizarse en el gráfico de resultados.
EQUIPO UTILIZADO
El equipo utilizado por SONINGEO para hacer ensayos presiométricos es el ELASTMETER HQ SONDE 4180, fabricado por OYO CORPORATION, Japón.
El equipo consta de los siguientes componentes:
– Sonda elastométrica con camisa de dilatación
– Transductor de presión.
– Transductor diferencial de desplazamiento.
– Electrónica de acondicionamiento
– Conductos de presión y señal de medida con conectores de doble estanqueidad.
El cuerpo del presiómetro está constituido por un eje de acero en el que se rosca una camisa de dilatación intercambiable tipo Nx o Bx en función de su diámetro.
El eje de acero lleva incorporado un transductor para medir el diámetro interno de la camisa elástica y otro para medir la presión comunicada al interior de la camisa ubicado en la zona central de la sonda.
Las lecturas se toman electrónicamente en superficie con un registrador digital conectado a PC portátil con software específico para la captura de datos en secuencias determinadas con lo que se aumenta la precisión y por tanto la calidad del ensayo con respecto a los métodos manuales.
Componentes de la sonda presiométrica
Su conexión al exterior se realiza mediante un tubo de neopreno y nylon, de 8 mm de diámetro, que conduce el fluido, a una presión máxima de 20 MPa; y por un cable armado, de transmisión de señales eléctricas, que puede soportar una fuerza axial máxima de 150 Kp.
SONINGEO dispone de una gama de camisas de dilatación directamente intercambiables que cubren todos los rangos desde suelos muy blandos a muy duros y rocas para diferentes diámetros de sondeos, fabricadas en caucho natural, nitrilo y acrilonitrilo, para presiones de 0-50 kg/cm2 y 0-200 kg/cm2. La longitud del elemento de dilatación es de 520 mm.
Tipo NX para sondeos de 76 mm de diámetro
Tipo BX para sondeos de66 mm de diámetro
Con estos tipos de camisas se puede adaptar muy bien la rigidez del presiómetro con las características del terreno a ensayar; por lo que actualmente es posible realizar con precisión ensayos presiométricos en terrenos en los que el módulo de elasticidad esté comprendido entre 10 y 8.000 MPa.
Como sistema de presión se emplea una bombona de nitrógeno técnico de máxima pureza en los ensayos de campo con manoreductor de 200 bares y una bomba de agua en la calibración de los equipos, que permite alcanzar presiones de hasta 20 MPa. El sistema de lectura se alimenta con una batería de 12 V.
Soningeo dispone de una batería de cinco tubos de calibración de las camisas con diámetros de 75mm, 80 mm, 85 mm, 90 mm y 114 mm.
Autor: Óscar Gil Gibaja, responsable del Dpto de Geotecnia de Soningeo.
