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Qué es una campaña geotécnica y su relevancia en proyectos de ingeniería

Una campaña geotécnica consiste en un conjunto de actividades y estudios técnicos destinados a caracterizar el subsuelo, identificar las propiedades geológicas y geotécnicas relevantes, detectar posibles problemas y garantizar la viabilidad técnica y la seguridad de las obras. Incluye prospecciones (sondeos, calicatas, ensayos), análisis de materiales y condiciones del terreno, que sirven de apoyo a la toma de decisiones en el diseño y construcción. Estas campañas son fundamentales para garantizar la viabilidad técnica, la seguridad y la sostenibilidad de los proyectos, y también para minimizar riesgos y optimizar costes.

En este artículo, profundizaremos en qué consiste una campaña geotécnica, cómo se lleva a cabo y por qué es relevante ejecutarla correctamente en cualquier proyecto de construcción.

El terreno como protagonista en la ingeniería

El terreno es un elemento crucial en cualquier obra. Un conocimiento inadecuado de sus características puede derivar en problemas como asentamientos diferenciales, deslizamientos, licuefacción o incluso colapsos estructurales. Por ello, las campañas geotécnicas son cruciales para diseñar cimentaciones y estructuras adaptadas a las condiciones específicas de cada emplazamiento.

Estas investigaciones se sustentan en tres pilares esenciales:

  1. Experiencia técnica: es indispensable contar con especialistas capaces de identificar las propiedades del terreno, evaluar riesgos y diseñar soluciones personalizadas.
  2. Calidad de ejecución: desde el alcance del estudio hasta la supervisión de campo, cada etapa debe garantizar la precisión de los resultados.
  3. Normativa y seguridad: el cumplimiento de marcos regulatorios, como el Código Técnico de la Edificación (CTE) y la Guía de Cimentaciones en Obras de Carretera, garantiza que las soluciones sean técnicamente adecuadas y cumplan con los estándares establecidos.

Objetivos y beneficios de las campañas geotécnicas

El objetivo principal de una campaña geotécnica es caracterizar el terreno para poder diseñar soluciones constructivas seguras y eficientes. Entre sus ventajas más destacadas se encuentran:

  • Garantía de seguridad: la identificación de riesgos geotécnicos evita desastres que puedan afectar a personas y estructuras.
  • Optimización de costes: aunque a menudo se perciben como un coste adicional, estas campañas permiten prevenir gastos futuros en reparaciones o rediseños.
  • Diseño adaptado: permite elegir los métodos constructivos más adecuados en función de las características del suelo y de las cargas de la estructura.
  • Mitigación de impactos ambientales y legales: al considerar el entorno y posibles restricciones, se minimizan conflictos y se garantiza la sostenibilidad del proyecto.

Etapas de una campaña geotécnica

1. Recopilación de información previa

Antes de llevar a cabo estudios de campo, es crucial recopilar datos relevantes sobre la zona. Esto incluye:

  • Planos topográficos: proporcionan una visión detallada del terreno.
  • Mapas geológicos: permiten identificar características estratigráficas y litológicas.
  • Historial de uso del terreno: puede revelar posibles riesgos, como rellenos no compactados o estructuras enterradas.
  • Normativa aplicable: por ejemplo, el Eurocódigo 7 sobre diseño geotécnico.

2. Reconocimientos de campo

Los reconocimientos de campo son el núcleo de una campaña geotécnica. Algunas de las técnicas más comunes son:

  • Sondeos mecánicos: Perforaciones para extraer muestras y analizar la estratigrafía del terreno.
  • Ensayos de penetración (SPT, CPT): Evalúan la resistencia del terreno mediante penetraciones controladas.
  • Calicatas y rozas: Excavaciones superficiales para observar directamente las capas del suelo.
  • Ensayos geofísicos: Métodos no invasivos, como sísmica de refracción, para obtener una visión global del subsuelo.
  • Estudios hidrogeológicos: Determinan la posición y características del agua subterránea, que influye en la estabilidad y resistencia del suelo.

Profundidades recomendadas:

  • Para cimentaciones superficiales, al menos 1,5 veces el ancho proyectado de la cimentación.
  • Para cimentaciones profundas (pilotes): a una profundidad mínima de 6 metros por debajo de la punta del pilote.

3. Análisis en laboratorio

Las muestras recolectadas se someten a análisis detallados para determinar:

  • Granulometría y plasticidad: identificación del tipo de suelo y su comportamiento bajo carga.
  • Resistencia y deformabilidad: ensayos triaxiales y edométricos.
  • Permeabilidad: evaluación de la capacidad del terreno para drenar agua.

4. Interpretación y diseño geotécnico

Con los datos recopilados, los ingenieros crean modelos y realizan cálculos para encontrar soluciones óptimas para las cimentaciones y las estructuras. Este proceso incluye:

— Selección del modelo de cálculo adecuado.
— Definición de parámetros de seguridad según la normativa.
— Ajustes según observaciones durante la ejecución.

Importancia de una correcta planificación

  • Construcción de un puente: En un cauce fluvial, por ejemplo, se pueden detectar suelos aluviales inestables, por lo que será necesario diseñar pilotes profundos para evitar asentamientos diferenciales. Por este motivo, se diseñaron pilotes profundos para evitar asentamientos diferenciales.
  • Proyecto de viviendas: Un caso en el que una zona había sido un vertedero, los estudios geotécnicos identifican rellenos inadecuados. La solución puede ser retirar los rellenos inadecuados y compactar el terreno con materiales adecuados.

Desafíos comunes:

  • Limitaciones presupuestarias: reducir la intensidad de los estudios puede ocasionar problemas graves durante la construcción.
  • Condiciones complejas: la heterogeneidad del terreno o la ubicación en zonas sísmicas requieren investigaciones más exhaustivas.
  • Falta de datos previos: la ausencia de estudios anteriores puede complicar la fase inicial de planificación.

Herramientas y normativas clave

  • Software especializado: Programas como Plaxis o GeoStudio permiten modelar comportamientos del terreno y simular condiciones críticas.
  • Normativa aplicable:
    • Código Técnico de la Edificación (CTE): Proporciona directrices para reconocer y mitigar riesgos.
    • Guía de Cimentaciones en Obras de Carretera: Define protocolos para infraestructuras viales.

Conclusión

Las campañas geotécnicas son mucho más que un paso previo en la construcción: son la base sobre la que se asienta la seguridad, la viabilidad y la sostenibilidad de cualquier proyecto. Al identificar riesgos, garantizar diseños óptimos y cumplir con normativas, estas investigaciones se convierten en una inversión estratégica que previene problemas futuros.

En un entorno cada vez más desafiante para la ingeniería, realizar campañas geotécnicas no solo es una práctica recomendada, sino esencial para asegurar el éxito de cualquier obra.

A continuación dejamos un documento que proporciona recomendaciones técnicas detalladas sobre la campaña geotécnica en proyectos de infraestructura vial para la Dirección General de Carreteras, con el objetivo de establecer criterios uniformes y seguros para la investigación del subsuelo durante las diferentes etapas de desarrollo de un proyecto.

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Os dejo también un vídeo al respecto. Espero que os sea de interés.

 

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Índice de huecos de un suelo ideal formado por esferas de igual tamaño

En un artículo previo, se describieron las propiedades volumétricas y gravimétricas de un suelo, específicamente, los conceptos de índice de huecos y porosidad. El índice de huecos, también llamado relación de vacíos, es el cociente entre el volumen de vacíos y el volumen sólido de un suelo. La porosidad es la fracción entre el volumen de huecos respecto al total.

En este artículo, abordaremos el cálculo del índice de huecos y la porosidad de un suelo ideal compuesto por esferas del mismo tamaño. También calcularemos la reducción en el espesor de una capa de esferas desde su estado más suelto hasta su estado más compacto. Este ejercicio es meramente teórico, pero tiene como objetivo clarificar conceptos importantes.

Este problema es un ejemplo de lo que se imparte en el curso en línea sobre “Compactación superficial y profunda de suelos en obras de ingeniería civil y edificación”, que podéis encontrar aquí: https://ingeoexpert.com/cursos/curso-de-compactacion-superficial-y-profunda-de-suelos-en-obras-de-ingenieria-civil-y-edificacion/

 

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Referencias:

YEPES, V. (2021). Procedimientos de construcción para la compactación y mejora del terreno. Colección Manual de Referencia, 1ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 426 pp. Ref. 428. ISBN: 978-84-9048-603-0.

YEPES, V. (2023). Maquinaria y procedimientos de construcción. Problemas resueltos. Colección Académica. Editorial Universitat Politècnica de València, 562 pp. Ref. 376. ISBN 978-84-1396-174-3

Cursos:

Curso de compactación superficial y profunda de suelos en obras de ingeniería civil y edificación.

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Nomograma para el cálculo del peso específico aparente de un suelo

El “peso específico de un suelo“, como relación entre el peso y su volumen, es un valor dependiente de la humedad, de los huecos de aire y del peso específico de las partículas sólidas. Para evitar confusiones, las determinaciones de los ensayos de laboratorio facilitan, por un lado, el “peso específico seco” y por otro la humedad. El peso específico natural de un suelo granular suele variar entre 12 y 25 kN/m3, de 14 a 25 kN/m3 en suelos finos y de 1 a 10 kN/m3 en suelos orgánicos. El peso específico seco de un suelo suele variar entre 18 y 27 kN/m3 en arcillas y entre 14 y 18 kN/m3 en suelos granulares. Es importante tener en cuenta que estos valores son solo una guía general y pueden variar dependiendo de las características específicas del suelo y las condiciones ambientales.

Además, presentamos un nomograma original elaborado en colaboración con el profesor Pedro Martínez-Pagán y un ejercicio resuelto donde se demuestra la relación entre el peso específico aparente de un suelo en función de su humedad, el índice de huecos y el peso específico de las partículas sólidas. Espero que esta información sea de vuestro interés.

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Referencias:

YEPES, V. (2021). Procedimientos de construcción para la compactación y mejora del terreno. Colección Manual de Referencia, 1ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 426 pp. Ref. 428. ISBN: 978-84-9048-603-0.

YEPES, V. (2023). Maquinaria y procedimientos de construcción. Problemas resueltos. Colección Académica. Editorial Universitat Politècnica de València, 562 pp. Ref. 376. ISBN 978-84-1396-174-3

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Celda unidad y área tributaria de una columna de grava

Figura 1. Diámetro equivalente del área tributaria en función de la distribución espacial de las columnas de grava

Al conjunto de una única columna central y el anillo de suelo circundantes se le denomina “celda unidad” o “celda unitaria”. Se transforma la porción de terreno que se encuentra alrededor de la columna por el área de un cilindro de diámetro tal que la sección de ambas sea la misma, según se puede ver en la Figura 1.

Por cierto, la Figura 1 es correcta, aunque en un primer momento pueda generar confusiones.  En efecto, la malla triangular es la encargada de determinar la ubicación de las columnas de grava, formando así un área hexagonal tributaria en torno a dicha columna. De igual manera, la malla hexagonal cumple con una función similar.

Os dejo un problema resuelto donde se calcula el diámetro equivalente del área tributaria en función de la malla donde se disponen las columnas de grava. Espero que os sea de interés.

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Referencias:

YEPES, V. (2020). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia, 2ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 480 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-903-1.

YEPES, V. (2021). Procedimientos de construcción para la compactación y mejora del terreno. Colección Manual de Referencia, 1ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 426 pp. Ref. 428. ISBN: 978-84-9048-603-0.

YEPES, V. (2023). Maquinaria y procedimientos de construcción. Problemas resueltos. Colección Académica. Editorial Universitat Politècnica de València, 562 pp. Ref. 376. ISBN 978-84-1396-174-3

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Cálculo del peso específico saturado de un suelo mediante un nomograma

Figura 1. Nomograma para el cálculo del peso específico saturado de un suelo. Pesos específicos en kN/m3. Elaborado por Pedro Martínez Pagán.

El otro día estuve hablando con el profesor Pedro Martínez Pagán (Universidad Politécnica de Cartagena) sobre la utilidad actual de los nomogramas para el cálculo en la ingeniería. Un nomograma, ábaco o nomógrafo, es un instrumento gráfico de cálculo, un diagrama bidimensional que permite el cómputo gráfico y aproximado de una función de cualquier número de variables. Permite representar las ecuaciones que gobiernan un problema y el rango de las soluciones.

La nomografía se define como una rama de las matemáticas en la que se estudian métodos de representación gráfica de las dependencias funcionales. A lo largo del siglo pasado, esta rama de la ciencia experimentó un amplio desarrollo y uso en muchos contextos para ayudar a científicos e ingenieros con cálculos exactos y rápidos de fórmulas complejas con una precisión práctica. Sin embargo, la nomografía decayó a finales del siglo XX con el desarrollo y popularización de ordenadores personales y calculadoras de mano más capaces y potentes. A pesar de este contexto, la nomografía sigue siendo atractiva por su potencial para realizar cálculos gráficos rápidos y precisos que contribuyen a una mejor comprensión de las fórmulas complejas. No obstante, es posible que la repetición de un cálculo en numerosas ocasiones o bien el aprendizaje de los estudiantes de un tema determinado, hacen interesante su uso.

De hecho, puede desempeñar un papel importante en la aplicación práctica de la formulación de las ciencias y la ingeniería en una actividad de aprendizaje atractiva y creativa. Además, los estudiantes de ciencias e ingeniería podrían beneficiarse del hecho de que los nomogramas pueden ayudar a estudiar los efectos de las distintas variables de una fórmula. Estos nomogramas son útiles para efectuar estudios preliminares de sensibilidad y proporcionar las habilidades necesarias para interpretar aquellos nomogramas que aún están en uso.

A continuación os paso una pequeña demostración del cálculo de la fórmula que permite conocer el peso específico saturado de un suelo en función del índice de huecos y del peso específico de las partículas sólidas. Además, os paso un ábaco (Figura 1), realizado por el profesor Martínez-Pagán, que permite solucionar fácilmente este tipo de problemas. Espero que os sea de interés.

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Referencias:

MARTÍNEZ-PAGÁN, P.; ROSCHIER, L. (2022). Nomography: A renewed pedagogical tool to sciences and engineering high-education studies. Heliyon, 8(6):e09731. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2022.e09731

YEPES, V. (1995). Maquinaria de movimiento de tierras. Servicio de Publicaciones de la Universidad Politécnica de Valencia. SP.UPV-264. 144 pp.

YEPES, V. (1997). Equipos de movimiento de tierras y compactación. Problemas resueltos. Colección Libro Docente n.º 97.439. Ed. Universitat Politècnica de València. 256 pág. Depósito Legal: V-4598-1997. ISBN: 84-7721-551-0.

YEPES, V. (2015). Coste, producción y mantenimiento de maquinaria para construcción. Editorial Universitat Politècnica de València, 155 pp. ISBN: 978-84-9048-301-5.

YEPES, V. (2021). Procedimientos de construcción para la compactación y mejora del terreno. Colección Manual de Referencia, 1ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 426 pp. Ref. 428. ISBN: 978-84-9048-603-0.

YEPES, V. (2023). Maquinaria y procedimientos de construcción. Problemas resueltos. Colección Académica. Editorial Universitat Politècnica de València, 562 pp. Ref. 376. ISBN 978-84-1396-174-3

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Cálculo de la profundidad de la hinca de una tablestaca para evitar el sifonamiento

Figura 1. Sifonamiento en la base de una tablestaca o pantalla.

La inestabilidad del fondo o sifonamiento ocurre cuando existe un flujo ascendente, un terreno granular no consolidado puede perder completamente su resistencia a corte y comportarse como un fluido (arenas movedizas, partículas sueltas, como en ebullición), por lo que al fenómeno también se le conoce como fluidificación. Ello ocurre cuando un incremento de la presión intersticial anula la presión efectiva, o dicho de otra forma, cuando las fuerzas producidas por la filtración superan el peso sumergido del suelo. Este fenómeno podría aparecer en pantallas o tablestacas con un empotramiento reducido (Figura 1). En un artículo anterior al que denominamos “El efecto Renard, o por qué un suelo parece que entra en ebullición: Sifonamiento”, explicamos con cierto detalle este fenómeno y resolvimos cuál debería ser la profundidad a la que debería hincarse una tablestaca para evitar que un suelo sin cohesión pierde completamente su resistencia al corte y pasa a comportarse como un fluido.

A este respecto, ya avisamos que una cosa es la profundidad mínima de empotramiento para evitar el sifonamiento y otra bien diferente es calcular el empotramiento necesario de una tablestaca para soportar los esfuerzos de empuje a los que está sometido. Por tanto, el empotramiento real será el mayor de los dos valores. Se recomienda siempre efectuar con detalle los cálculos geotécnicos y estructurales necesarios. Y sobre todo, utilizar el sentido común.

En esta ocasión os paso un problema resuelto donde se calcula la profundidad mínima a la que debe hincarse una tablestaca para evitar el sifonamiento. Este es uno de los casos estudiados en el “Curso de Procedimientos de Construcción de cimentaciones y estructuras de contención en obra civil y edificación”. Espero que os sea de interés.

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REFERENCIAS:

  • PÉREZ VALCÁRCEL, J.B. (2004). Excavaciones urbanas y estructuras de contención. Ediciones Cat, Colegio Oficial de Arquitectos de Galicia, 419 pp.
  • POWERS, J.P. (1992). Construction dewatering: New methods and applications. Ed. Wiley et al., New York.
  • PREENE, M.; ROBERTS, T.O.L.; POWRIE, W., DYER, M.R. (2004). Groundwater control: design and practice. CIRIA C515, London.
  • TOMLINSON, M.J. (1982). Diseño y construcción de cimientos. URMO, S.A. de Ediciones, Bilbao, 825 pp.
  • YEPES, V. (2020). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia, 2ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 480 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-903-1.
  • YEPES, V. (2021). Procedimientos de construcción para la compactación y mejora del terreno. Colección Manual de Referencia, 1ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 426 pp. Ref. 428. ISBN: 978-84-9048-603-0.
  • YEPES, V. (2023). Maquinaria y procedimientos de construcción. Problemas resueltos. Colección Académica. Editorial Universitat Politècnica de València, 562 pp. Ref. 376. ISBN 978-84-1396-174-3

Cursos:

Curso de Procedimientos de Construcción de cimentaciones y estructuras de contención en obra civil y edificación.

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La comunicación multicanal de la geotecnia y sus procedimientos constructivos

Hoy, 2 de octubre, pero del año 1883, nació en Praga Karl von Terzaghi,  que fue un ingeniero, reconocido como el padre de la mecánica de suelos. Para celebrar esta efeméride, se ha organizado un Encuentro Profesional Geololotecnia 2022.

Mi agradecimiento a los organizadores de este evento, tanto a Germán Sánchez (@ingeodo) como a Manuel Romana (@MRGdeviaje).

En dicho encuentro tuve la ocasión de presentar una comunicación denominada “La comunicación multicanal de la geotecnia y sus procedimientos constructivos“. Se trata de una reflexión muy personal respecto a la forma que tengo de comunicar con mis estudiantes y dejar en abierto el conocimiento en las redes sociales. Os dejo el vídeo completo por si os puede resultar de interés.

Encuentro profesional Geolotecnia 2022, celebremos el día de Terzaghi compartiendo

En breves días, en concreto el 1 y 2 de octubre de 2022, vamos a celebrar el día de Terzaghi en un encuentro virtual, abierto a profesionales, estudiantes, académicos y gente interesada de todo el mundo, especialmente España e Iberoamérica, en español. Los organizadores son mis amigos Germán Sánchez Gómez (@ingeododo) y Manuel Romana García (@MRdeviaje).

Yo mismo tengo pensado participar mediante una pequeña aportación donde explicaré cómo se puede divulgar la geotecnia y los procedimientos constructivos en redes sociales y en cursos especializados, algunos masivos y gratuitos.

Os espero. Dejo a continuación el folleto y os recuerdo que puedes apuntarte en geolotecnia22@gmail.com

 

Informe sobre la normalización en la geotecnia

La normalización consituye una actividad estratégica en el desarrollo de todos los sectores, y en especial, de la geotecnia. La Asociación Española de Normalización (UNE), es el único Organismo de Normalización de España y, como tal, ha elaborado un informe sobre la normalización en la geotecnia con todos los datos actualizados a fecha de 2021. Una de las conclusiones relevantes de este informe es la importancia de participar activamente en el comité UNE CTN 103 – Geotecnica para adquirir conocimiento detallado de las normas y, de esta forma, anticipar las necesidades y tendencias del sector; influir en el contenido de las normas y garantizar que sus necesidades específicas se tengan en cuenta; así como establecer contactos con las partes interesadas, los expertos y los reguladores en el ámbito nacional e internacional. Os dejo el documento en abierto por su interés.

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Podcast: Las redes sociales, un medio nuevo para impulsar la enseñanza de la geotecnia

Os dejo a continuación una entrevista que he hicieron unos estudiantes de ingeniería civil e ingeniería geotécnica de Perú. Ha sido muy interesante la conversación que he tenido con jóvenes y entusiastas estudiantes preguntando sobre la realidad de la ingeniería.

GEOPUCP es una asociación estudiantil, sin fines de lucro, que pertenece a la Pontificia Universidad Católica del Perú dedicada a promover, apoyar e incentivar la geotecnia a los futuros profesionales tanto a nivel nacional como internacional.

Se trata de un podcast, el tercero de ellos, denominado “Las redes sociales: Un medio nuevo para impulsar la enseñanza en geotecnia“. Espero que os guste.

El enlace de la entrevista lo tenéis aquí: https://open.spotify.com/episode/4fdW8fSxqyrluNL6qul0O1?si=56917d175f204e72&nd=1