Soningeo realiza estudio geotécnico en San Cibrián para proyectos residenciales

El departamento de Geotecnia y Sondeos de Soningeo estudia geotécnicamente una parcela de 30.000 m²,  en la denominada Unidad 100 de San Cibrián, Santa Cruz de Bezana, donde se proyectan distintas viviendas unifamiliares, edificios de viviendas y viviendas de protección oficial.

Los trabajos consisten en la realización de una serie de trabajos de campo 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 está compuesta por la perforación de una batería de sondeos mecánicos con extracción de testigo continuo, con la realización de toma de muestras y ensayos SPT, todos ellos equipados con tubería piezométrica Casagrande, junto a la ejecución de una batería de ensayos de penetración dinámica tipo DPSH, que alcanzaron diversas profundidades, y unas calicatas mecánicas de reconocimiento.

La localidad de San Cibrián se sitúa geológicamente de acuerdo con la cartografía previa existente recogida en el Mapa Geológico de España (E:1/25.000) -Hoja 34-2 Muriedas- en el margen Este de la misma, de manera que se encuentra en el flanco Sur del Sinclinal de San Román y al Norte del Diapiro de la Bahía de Santander, sobre arcillas de alteración procedentes del substrato rocoso de la Formación San Juan (Terciario Paleoceno), compuesta por calizas micríticas y dolomías brechoides que presentan una dirección de N250º E, con un buzamiento hacia el NW de 35º, con juntas a 45º y 50º.

Sondeos mecánicos a rotación con extracción de testigo continuo:

Los sondeos son perforaciones en el terreno de estudio hasta una profundidad establecida o que determinan las propiedades resistentes de los materiales que atraviesan. Este proceso de perforación consiste en la perforación del terreno con una velocidad de rotación y avance adecuadas, con un cilindro de acero hueco y calibrado denominado batería, en cuyo extremo inferior se aloja un dispositivo de retención en el que se enrosca una corona de corte, bien de metal duro (widia, carburo cementado), bien de diamante.

La refrigeración de los elementos de corte se ha realizado mediante agua reciclada, con suministro a partir de nuestro camión cisterna de 15.000 litros.

La batería aloja en su interior el material perforado, denominado testigo, a medida que va avanzando la corona. Este testigo se extrae de la batería una vez que ha finalizado la maniobra, colocándose ordenadamente en cajas portatestigos con sus correspondientes cotas.

En estas cajas se anotan las cotas de cada maniobra y muestras tomadas durante la perforación respecto a la cota 0 m (cota de boca de sondeo) de realización del sondeo. Con este proceso se consigue una columna litológica representativa del subsuelo en el punto investigado.

Se denomina recuperación del sondeo al porcentaje del testigo de terreno que se extrae con relación a la totalidad de la longitud perforada en cada maniobra. La recuperación obtenida en los sondeos ejecutados ha sido, en general, del 100 %.

El total de la longitud perforada se estima que sea de 100 metros, depositados en cajas de plástico diseñadas para este fin. En estas cajas de testigo se anotó la profundidad de las sucesivas maniobras, de las muestras obtenidas y de los ensayos realizados. Posteriormente se procedió a su fotografiado y testificación.

Para establecer las características de los materiales que componen el subsuelo perforado por el sondeo, se han realizado, por un lado, ensayos “in situ” y toma de muestras inalteradas en el interior de la perforación (hasta un total de 50 ensayos), y por otro lado, se han llevado a cabo ensayos de laboratorio sobre muestras representativas de estos materiales extraídas de los sondeos a diferentes profundidades.

El criterio seguido para la disposición en profundidad de los ensayos in situ y toma de muestras ha sido el de determinar las unidades litológicas que conforman el subsuelo de la zona de estudio y realizar su caracterización geotécnica agrupándola por niveles de igual comportamiento geotécnico.

Ensayos de penetración estándar (SPT):

Durante la ejecución de los sondeos se han realizado ensayos SPT. Los ensayos de penetración estándar (SPT) consisten en la penetración en el terreno por golpeo de un tubo hueco estandarizado de 60 cm de longitud. Para esta penetración se ha empleado un dispositivo hidráulico automático que permite la caída de una maza de 63,50 kg de peso, con un espacio libre de 75 cm y cadencia normalizada.

Esta hinca se realiza en cuatro tandas sucesivas de 15 cm cada una, anotándose el número de golpes precisos para lograr cada una de estas penetraciones parciales. Con la suma de los golpeos realizados en las dos tandas intermedias se obtiene un valor de resistencia a la penetración estándar (N30), indicativo de la capacidad portante del terreno en el que se realiza el ensayo.

Se considera que se ha obtenido rechazo (R) cuando se alcanza un golpeo superior a 50 en una tanda de 15 cm (N15>50). En este caso, se da por finalizado el ensayo.

Ensayos de penetración dinámica superpesados (DPSH):

Se ha realizado una batería de ensayos de penetración dinámica continua tipo Superpesados (DPSH) de accionamiento hidráulico automático.

Este tipo de ensayo consiste en la caída libre de una maza de 63,50 kg desde una altura constante de 75 cm, hincando una puntaza cilíndrica de 20 cm² de sección. Durante la hinca se registra el número de golpes necesarios para introducir dicha puntaza en el terreno a intervalos de 20 cm (N20), con lo que se obtiene un valor indicativo de la capacidad portante del suelo. El ensayo se da por finalizado cuando se alcanzan los 100 golpes en un tramo de 20 cm (rechazo).

Calicatas mecánicas:

El objetivo de las mismas ha sido investigar las características del terreno, observación de nivel de agua y toma de muestras en saco para su caracterización según PG3 para su reutilización en la construcción de rellenos y viales. Se usa la maquinaria para realizar, en su caso, emplazamientos de los equipos de prospección.

En todos los casos se ha descrito la columna geológica por un geólogo especializado y se ha valorado la resistencia a la excavación de los materiales, la estabilidad de las paredes de la zanja, niveles freáticos, y se han tomado muestras alteradas representativas de cada uno de los niveles presentes para realizar los ensayos correspondientes.

La maquinaria empleada en la excavación de las calicatas ha sido una máquina retroexcavadora mixta. Las calicatas, con una profundidad máxima de 400 m y una mínima de 150 m, han permitido investigar los distintos tipos litológicos existentes, así como la presencia de niveles freáticos.

Ensayos de laboratorio:

Con las muestras obtenidas en la campaña de campo se han llevado a cabo una serie de ensayos en el laboratorio de Mecánica del Suelo y Química del Suelo y Agua de Soningeo, laboratorio acreditado por el Ministerio de Fomento, Vivienda y Urbanismo en las áreas GTL (área de ensayos de laboratorio de geotecnia) y GTC (área de sondeos, toma de muestras y ensayos «in situ» para reconocimientos geotécnicos), así como Entidad de Control de Calidad en Edificación.

Ensayos de clasificación:

Para la clasificación de las diferentes muestras de suelo ensayadas se han seguido las especificaciones de la clasificación U.S.C.S. (Sistema Unificado de Clasificación de Suelos) en función de los resultados obtenidos en los ensayos granulométricos y de plasticidad. Para la denominación de los distintos tamaños de las partículas se ha seguido la serie UNE.

• Análisis granulométrico:

Para determinar tanto el contenido en gruesos (gravas y arenas) y finos (limos y arcillas) de los materiales estudiados, como comprobar su distribución de tamaños definidos por las curvas granulométricas, se ha realizado este ensayo sobre muestras de suelo tomadas de los materiales más representativos, que se han reconocido mediante tamizado por la serie completa según Norma UNE 103 101.

Los diferentes porcentajes obtenidos, expresados en porcentaje en peso, figuran en el acta de resultados.

Atendiendo al porcentaje en peso del material que pasa por los tamices 2 y 0,080 mm y a su distribución granulométrica, junto con los valores obtenidos de los límites de Atterberg, se realiza posteriormente una clasificación de las distintas unidades que componen el subsuelo de la parcela.

• Límites de Atterberg:

Con el objeto de conocer las propiedades plásticas de la fracción fina del terreno, se han determinado los límites de Atterberg de distintas muestras de suelo obtenidas durante la perforación de los sondeos, según las Normas UNE 103103 y UNE 103104. Los límites de Atterberg se definen como los valores de humedad correspondientes a estados convencionalmente definidos como frontera entre los distintos tipos de comportamiento (sólido, semisólido, plástico y líquido).

Este ensayo se realiza sobre la fracción de suelo inferior al tamiz 0,4 mm (serie UNE), determinándose su límite líquido e índice de plasticidad. Los resultados se representan en un diagrama de plasticidad de Casagrande. Se ha observado un grado de plasticidad bastante uniforme.

• Clasificación de las muestras ensayadas

Para la clasificación de los suelos ensayados se siguen los criterios de USCS (Unified Soil Classification System), normalizados por la ASTM: D 2487-69, basada en la Carta de Plasticidad de Casagrande.

Ensayos de estado:

Esta categoría de ensayos permite establecer algunas condiciones de estado intrínsecas al material del subsuelo. Correspondientes a esta categoría de ensayos, se han realizado determinaciones del contenido en humedad natural y de la densidad aparente y seca.

Ensayos mecánicos:

Estos ensayos tienen como finalidad determinar las diferentes características geomecánicas de las muestras de suelos tomadas durante los trabajos de campo. Dentro de esta categoría se han realizado ensayos de compresión simple en suelos, ensayos de corte directo, de consolidación en edómetro y de presión de hinchamiento.

• Ensayo de rotura a la compresión simple / compresión uniaxial en rocas.

Con el objeto de conocer la resistencia del terreno sometido a presión no confinada, se han realizado distintos ensayos de compresión simple sobre muestras procedentes de muestras inalteradas y testigos parafinados, según Norma UNE 103400.

• Ensayo de presión de hinchamiento.

Se denomina presión de hinchamiento a la máxima presión que desarrolla una muestra de suelo inalterado (dentro de un molde edométrico) cuando, al humectarse, se impide su hinchamiento. Dicho ensayo se realiza según Norma UNE 103602:96.

• Ensayo de corte directo en suelo

Consiste en reproducir las condiciones ideales de rotura por cortante en una superficie plana de suelo, con una tensión normal (vertical) conocida y una tensión horizontal de corte que se va incrementando hasta la rotura, al aplicar una fuerza horizontal a la mitad superior del molde, mientras que la mitad inferior permanece fija.

En cuanto a las condiciones de saturación de la probeta y de disipación de presiones intersticiales, el ensayo puede realizarse de las siguientes maneras, definitorias precisamente del tipo de ensayo de corte directo realizado, en nuestro caso:

UU (Unconsolidated-Undrained): Se comienza a aplicar tensión de corte antes de que el suelo haya podido consolidar bajo la presión vertical. La velocidad de aplicación de la tensión horizontal no permite drenar el agua de la probeta, por lo que, al ser cohesiva, puede producirse exceso de presiones intersticiales.

CU (Consolidated-Undrained): Se permite consolidar la probeta antes de aplicar tensión horizontal. Posteriormente, al aplicar las tensiones de corte, no hay drenaje.

Los resultados del ensayo permiten conocer la cohesión y el ángulo de rozamiento interno del suelo. Estos ensayos se realizan según Norma UNE 103401.

• Ensayo de consolidación en edómetro

El ensayo edométrico reproduce la consolidación unidimensional, es decir, aquella en la que no tiene lugar flujo de agua ni deformación del suelo más que en la dirección vertical, ya que la probeta se encuentra confinada horizontalmente por un molde cilíndrico rígido e impermeable. La salida del agua expulsada por el suelo al disminuir de volumen se produce a través de las piedras porosas situadas en la cara superior e inferior de la probeta.

Tras conseguir que se ajuste la pastilla de suelo a las placas mediante una pequeña presión de sellado, se aplican una serie de cargas verticales crecientes, que se duplican en cada escalón, y llegan a la presión de preconsolidación de la muestra. Es habitual que la presión máxima sea de 1 MPa, aunque el ensayo permite fijar las presiones que mejor se ajustan al problema estudiado. Cada escalón se mantiene durante un día, ya que no resultan apropiados intervalos de tiempo menores, aunque un posible criterio sería conservar la carga hasta que se estabilice la lectura de deformación vertical. Después de llegar a la máxima presión, se descarga la probeta en varias etapas.

El resultado del ensayo es, para cada escalón de medida, la presión vertical aplicada y la deformación observada en la muestra. Suele confeccionarse un gráfico que representa en ordenadas el índice de poros y en abscisas la presión vertical efectiva en escala logarítmica. De la correcta interpretación de estos datos pueden deducirse la presión de preconsolidación, los índices de compresión Cc y entumecimiento Cs, el coeficiente de consolidación vertical y el horizontal, así como la permeabilidad y el módulo de deformación edométrico. Este ensayo se realiza según Norma UNE 103405.

• Ensayos químicos

La finalidad de los ensayos químicos es detectar la presencia de diferentes sustancias en el agua y en el suelo, a partir de las muestras analizadas.

Se han realizado análisis completos de la agresividad del agua freática al hormigón según Código Estructural RD 470/2021 (actual normativa de la antigua Instrucción de Hormigón Estructural – EHE-99).

Por otro lado, en los suelos se han realizado determinaciones cualitativas y cuantitativas del contenido en sulfatos solubles según UNE 103202, así como ensayos de acidez Baumann-Gully.

 

Autor: Óscar Gil Gibaja, responsable del Dpto de Geotecnia de Soningeo.