geotecnia archivos - El blog de Víctor Yepes

Arthur Casagrande: el ingeniero que cimentó la mecánica de suelos moderna

**Arthur Casagrande** (1902–1981). https://gyaconstructora.wordpress.com/2015/11/30/arthur-casagrande-y-la-mecanica-de-suelos/

Arthur Casagrande (28 de agosto de 1902 – 6 de septiembre de 1981) fue un ingeniero civil estadounidense de origen austrohúngaro, cuya obra sentó las bases del desarrollo inicial de la geotecnia y de la mecánica de suelos. Su nombre está asociado a innovaciones en el diseño de aparatos experimentales y a contribuciones fundamentales al estudio de la filtración, la licuefacción de suelos y el comportamiento mecánico de las arcillas. También es conocido por crear el histórico programa de enseñanza de la mecánica de suelos en la Universidad de Harvard, que más tarde sería imitado por universidades de todo el mundo. Junto con Karl Terzaghi, es reconocido como uno de los padres de la mecánica de suelos moderna.

Casagrande nació en Ajdovščina, en la actual Eslovenia, que entonces formaba parte del Imperio austrohúngaro. Tras cursar su primer año escolar en Linz, se mudó con su familia a Trieste. Al llegar a la edad de ingresar en la enseñanza secundaria, fue admitido en la Realschule, un tipo de escuela destinada a estudiantes que posteriormente cursarían estudios técnicos o un aprendizaje profesional. Su decisión de asistir a este centro estuvo influida por la tradición familiar materna, ya que muchos de sus parientes se habían dedicado a las ingenierías mecánica y química. En 1924, se graduó como ingeniero civil en la Technische Hochschule (TH) de Viena y continuó trabajando allí como asistente a tiempo completo del profesor Schaffernak en el laboratorio de hidráulica.

La disolución del Imperio austrohúngaro tras la Primera Guerra Mundial dejó el sector de la construcción prácticamente paralizado, lo que limitó en gran medida las oportunidades para los jóvenes ingenieros. Este difícil contexto, sumado al fallecimiento de su padre en 1924, incrementó su responsabilidad económica familiar y reforzó su deseo de participar en grandes proyectos de ingeniería. A pesar de la oposición de su madre y de su profesor, decidió emprender el arriesgado viaje a Estados Unidos. Tras llegar a Nueva York en 1926, se alojó durante diez días en un albergue de la YMCA antes de mudarse a Nueva Jersey, donde trabajó durante unos meses como delineante.

Una visita al Massachusetts Institute of Technology (MIT) en busca de empleo cambiaría su carrera para siempre. Allí conoció a Karl von Terzaghi, que acababa de llegar, y le ofreció inmediatamente un puesto de asistente privado. Desde 1926 hasta 1932, Casagrande trabajó como asistente de investigación asignado al MIT para el US Bureau of Public Roads, colaborando con Terzaghi en numerosos proyectos destinados a mejorar las técnicas y los equipos de ensayo de suelos. En 1929, viajó con él a Viena para ayudarle a establecer un laboratorio de mecánica de suelos que pronto se convertiría en un centro de referencia mundial. Durante este viaje por Europa, Casagrande visitó todos los laboratorios de mecánica de suelos existentes en ese momento, lo que le permitió adquirir un conocimiento excepcional del estado del arte internacional.

A su regreso al MIT, desarrolló equipos que sentarían las bases de los utilizados actualmente: el aparato del límite líquido, la prueba del hidrómetro, el ensayo capilar horizontal, el odómetro y la caja de corte. También fue pionero en realizar ensayos triaxiales y en estudiar los cambios volumétricos de los suelos durante el esfuerzo cortante en Estados Unidos. Gracias a sus avances experimentales, realizó aportaciones fundamentales: fue uno de los primeros en comprender el desarrollo de las presiones de poros durante los cortes no drenados, destacó la diferencia crítica entre las arcillas intactas y las remoldeadas y estableció los procedimientos estándar para identificar la presión de preconsolidación en los suelos sobreeconsolidados. Además, la conocida «línea A» de la carta de plasticidad probablemente lleva su nombre.

En 1932 se trasladó a la Universidad de Harvard, donde en 1946 fue nombrado titular de la nueva cátedra de Mecánica de Suelos e Ingeniería de Cimentaciones. Allí organizó un programa de posgrado que pasó de contar con 12 estudiantes en 1932 a más de 80 tras la Segunda Guerra Mundial. Entre 1942 y 1944, a petición del Army Corps of Engineers, formó intensivamente en mecánica de suelos aplicada a la construcción de aeródromos a unos cuatrocientos oficiales. Aunque Terzaghi llegaría posteriormente a Harvard con la ayuda de Casagrande para escapar de la inestabilidad política en Europa, lo cierto es que Casagrande trabajó prácticamente solo en la sección de mecánica de suelos debido a las prolongadas ausencias de Terzaghi y a su escaso interés por las tareas administrativas. El éxito del programa de Harvard, que hacía hincapié en los cursos de laboratorio y en el estudio detallado de la filtración, se debía claramente a Casagrande y su metodología serviría más tarde de modelo en universidades de todo el mundo.

En 1936, organizó la primera Conferencia Internacional de Mecánica de Suelos e Ingeniería de Cimentaciones. Aunque Terzaghi consideraba que suponía un riesgo excesivo para una disciplina aún joven, el evento fue un éxito rotundo. La conferencia dio lugar a la creación de la actual International Society for Soil Mechanics and Geotechnical Engineering (ISSMGE) y marcó el momento en que la mecánica de suelos se convirtió en una parte esencial de la ingeniería civil. Alec Skempton describió posteriormente el periodo comprendido entre la publicación de Erdbaumechanik (Terzaghi, 1925) y esta conferencia como la etapa formativa clave de la mecánica de suelos moderna.

En paralelo a su labor académica, Casagrande desarrolló una destacada actividad como consultor, especialmente en proyectos relacionados con presas de tierra y en la investigación de fallos en dichas estructuras. Su interés por las presas se refleja en sus estudios sobre la filtración y la licuefacción. Tras la Segunda Guerra Mundial, el Corps of Engineers le encargó investigar los posibles efectos de las explosiones atómicas sobre la estabilidad de los taludes del Canal de Panamá. Esta investigación lo convirtió en uno de los primeros especialistas en la investigación de la resistencia dinámica de los suelos. También fue él quien introdujo el término «licuefacción» en la literatura de mecánica de suelos, aunque posteriormente consideró que su uso era inadecuado para describir los fenómenos asociados a cargas sísmicas cíclicas e insistió en que el término debía reservarse para suelos que experimentaran un notable ablandamiento por deformación, lo que conlleva un comportamiento cercano al flujo.

Su reconocimiento internacional se reflejó en numerosos premios. Fue nombrado primer Rankine Lecturer por la British Geotechnical Association y recibió la prestigiosa distinción de Terzaghi Lecturer, otorgada por la ASCE. En su honor, se creó posteriormente el Arthur Casagrande Professional Development Award, destinado a impulsar la carrera de jóvenes ingenieros e investigadores en geotecnia. A lo largo de su carrera, escribió más de cien textos e informes sobre mecánica de suelos, asentamientos, comportamiento dinámico y problemas relacionados con presas y cimentaciones.

Arthur Casagrande falleció en Estados Unidos el 6 de septiembre de 1981, a los 79 años. Su legado científico y pedagógico sigue profundamente arraigado en la ingeniería geotécnica contemporánea. Su nombre sigue asociado a la rigurosidad experimental, la innovación técnica y la consolidación definitiva de la mecánica de suelos como disciplina moderna.

Os dejo un vídeo que resume los aspectos básicos de su biografía.

Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Karl von Terzaghi: vida, obra, controversias, método y legado del fundador de la geotecnia moderna

**Karl von Terzaghi (1883–1963).** https://www.tuwien.at/en/cee/geotechnik/igb/soil-mechanics-laboratory/terzaghi-archive

Karl von Terzaghi nació el 2 de octubre de 1883 en Praga, que por entonces formaba parte del Imperio austrohúngaro. Hijo del teniente coronel Anton von Terzaghi y de Amalia Eberle, creció en el riguroso ambiente cultural y disciplinario de la tradición militar austríaca. Desde niño, destacó por su curiosidad por la astronomía, la geografía y, más tarde, las matemáticas y la geometría. A los diez años ingresó en una escuela militar y, a los catorce, pasó a otra academia en Hranice, donde se graduó con honores. En 1900, inició estudios de ingeniería mecánica en la Universidad Técnica de Graz, donde reforzó su interés por la mecánica teórica, la geología, las ciencias naturales y la observación del paisaje, pasiones que conservaría toda su vida. Se graduó con honores en 1904, tras superar incluso un intento de expulsión.

Realizó el servicio militar obligatorio, durante el cual tradujo Outline of Field Geology, ampliándolo con nuevo contenido, lo que marcó el comienzo de su extensa producción escrita. Después, volvió a la universidad para estudiar asignaturas relacionadas con la geología y la ingeniería civil y publicó su primer artículo sobre las terrazas geológicas del sur de Estiria. Empezó su carrera profesional en la empresa Adolph von Pittel, donde participó en proyectos hidroeléctricos y llegó a encargarse del diseño y la construcción de estructuras de hormigón armado. Tras trabajar en presas de Croacia y pasar seis meses en Rusia, desarrolló métodos gráficos para tanques industriales que empleó en su tesis doctoral. En 1912 obtuvo el doctorado en Ciencias Técnicas por la Universidad Técnica de Graz.

Ese mismo año viajó por Estados Unidos para estudiar presas y obras hidráulicas, lo que amplió su visión sobre la ingeniería civil. Regresó a Austria en 1913, pero la Primera Guerra Mundial interrumpió su trayectoria: fue movilizado como oficial de ingenieros, llegó a dirigir hasta mil hombres y participó en misiones de combate, como la toma de Belgrado. Posteriormente, fue transferido a la aviación, donde fue comandante de la estación de ensayos aeronáuticos de Aspern.

Tras la guerra, se trasladó a Estambul, donde fue profesor en la Escuela Imperial de Ingeniería (posteriormente, la Universidad Técnica de Estambul) y también colaboró con el Robert College. Entre 1919 y 1925 llevó a cabo investigaciones experimentales fundamentales sobre permeabilidad, empujes en muros de contención y el comportamiento del suelo saturado. Durante este periodo, desarrolló sus primeras teorías unificadas y diseñó equipos experimentales originales. En 1925, publicó Erdbaumechanik auf Bodenphysikalischer Grundlage, la primera formulación integral de la mecánica de suelos moderna, en la que introdujo su mayor aportación conceptual: el principio de tensiones efectivas, piedra angular para comprender asentamientos, la resistencia al corte, la consolidación, la permeabilidad y la erosión.

Su obra llamó la atención a nivel internacional, especialmente en Estados Unidos, y ese mismo año fue invitado al MIT. Publicó artículos en la revista Engineering News-Record que contribuyeron a difundir sus ideas. En Cambridge, aunque tuvo dificultades académicas y administrativas, estableció el primer laboratorio estadounidense de mecánica de suelos y formó al joven Arthur Casagrande, que sería su asistente privado entre 1926 y 1932, y una figura clave en el desarrollo de métodos experimentales, de clasificación de suelos y de técnicas de campo. Ese mismo año, trabajó con Aurelia Schober Plath, quien tradujo manuscritos y amplió el alcance de su producción escrita. Durante este periodo, impartió cursos que sentaron las bases de los programas modernos de mecánica de suelos, desarrolló redes de flujo, métodos de medición de presiones de poros, estudios de consolidación y análisis de asentamientos, y formuló principios que todavía hoy estructuran la práctica geotécnica.

En 1928 conoció a la geóloga Ruth Dogget, con quien se casó poco después, y en 1929 aceptó una cátedra en la Technische Hochschule de Viena. Antes de instalarse, realizó consultorías en la URSS, experiencia que lo marcó políticamente: detestó el sistema soviético y se declaró en contra de él. Desde Viena, obtuvo gran prestigio internacional asesorando en proyectos en Europa, en el norte de África y en Rusia. Trabajó en inyecciones (grouting), en cimentaciones sobre diferentes suelos y en la ampliación de Erdbaumechanik. Su interés intelectual abarcaba no solo la ingeniería y la geología, sino también la filosofía, la ética, la literatura, la arquitectura, el arte, la música, las flores, los viajes, la conversación, la natación y la escritura. Era un lector y observador incansable, un excelente cronista y un prolífico corresponsal con una tendencia natural a clasificar el mundo: rocas, suelos, ideas, personas y fenómenos.

En 1935 tomó un año sabático en el que realizó una consultoría para los planes monumentales de Núremberg, donde llegó a discutir cuestiones de cimentación con Adolf Hitler, una experiencia que le resultó profundamente inquietante. En 1936, organizó y presidió en Harvard la Primera Conferencia Internacional de Mecánica de Suelos e Ingeniería de Cimentaciones, germen de la ISSMGE. Poco después, regresó a Viena, donde se enfrentó a controversias profesionales —especialmente con Paul Fillunger— y a tensiones políticas en aumento. Su amarga reflexión resumió la situación: «Mi país me tachó de nazi, los nazis de bolchevique y los bolcheviques de conservador idealista. Solo uno podía tener razón… y fueron los bolcheviques». Para escapar de ese ambiente, se dedicó a consultorías en Inglaterra, Italia, Francia, Argelia y Letonia.

En 1938 emigró definitivamente a Estados Unidos y aceptó un puesto en la Universidad de Harvard, donde sentó las bases de la ingeniería geotécnica moderna. Allí impartió clases, investigó, publicó y trabajó como consultor en proyectos emblemáticos, como el metro de Chicago, las instalaciones navales de Newport News, el reflotamiento del Normandie y numerosas presas en Norteamérica. En marzo de 1943 se hizo ciudadano estadounidense.

Durante las décadas de 1940 y 1950, amplió su ámbito técnico para abarcar la clasificación de suelos y rocas, así como los fenómenos capilares. También estudió la tubificación y su prevención, así como el diseño y la construcción de presas de tierra, roca y hormigón sobre distintos tipos de cimentación. Trabajó en el análisis de redes de flujo bidimensionales y tridimensionales, así como en el diseño de anclajes para puentes colgantes. Desarrolló aportes importantes en ingeniería de túneles, pilas de cimentación, hincado de pilotes y en la compactación y mejora del terreno. Asimismo, investigó la ingeniería del permafrost y el diseño para prevenir socavaciones.
Analizó la subsidencia regional causada por la extracción de petróleo y por el proceso de formación y colapso de sumideros. Finalmente, impulsó avances en la instrumentación de campo y de laboratorio, además de promover la documentación precisa de fallos. Su libro Soil Mechanics in Engineering Practice (junto con Ralph Peck) se convirtió en un clásico mundial.

En 1954, fue nombrado presidente del Consejo Consultivo de la Gran Presa de Asuán, cargo del que dimitió en 1959 debido a sus desacuerdos con los ingenieros soviéticos. Continuó asesorando en proyectos hidroeléctricos, en particular en Columbia Británica. Respecto a su jubilación, se citan con frecuencia dos fechas: 1953 y 1956. En ambos casos, continuó con su actividad docente y de consultoría durante varios años más.

En 1926, a los 43 años, se consolidó la evolución de sus objetivos vitales: tras haber cumplido su meta juvenil de formular una teoría analítica y empírica del comportamiento del suelo, dedicó su madurez a ajustarla y someterla a la realidad física mediante la práctica profesional. Su preocupación constante era la dificultad para conocer con suficiente antelación la morfología y las propiedades del terreno antes de construir. Esa inquietud lo llevó a desarrollar, junto con Ralph Peck, el método observacional, que se basa en la incorporación de mediciones y observaciones durante la ejecución para adaptar el diseño en tiempo real. Aunque fue un pionero teórico, solía decir que el ingeniero debía mantenerse en contacto con el comportamiento real del suelo y no dejarse cegar por modelos o teorías.

Su personalidad reflejaba ese rigor crítico: era un oyente excepcional, un lector apasionado, un observador meticuloso y un crítico severo de quienes se dejaban atrapar por teorías sin base empírica o de quienes no tenían teoría alguna. Defendía estrictos principios profesionales: aceptar solo encargos que pudiera manejar con competencia, asumir escenarios geotécnicos conservadores, examinar todos los ángulos de un problema, evitar simplificar en exceso el comportamiento del terreno, documentar fallos, publicar resultados y ajustar diseños según datos reales.

Fue un educador influyente en Estambul, el MIT, Viena y Harvard, así como conferenciante en Berlín, Texas e Illinois. Paradójicamente, desconfiaba de la educación formal cuando esta entorpecía la observación directa y admiraba a los «hombres hechos a sí mismos» que aprendían con los ojos y la mente abiertos.

A lo largo de su vida recibió numerosos honores: nueve doctorados honoris causa, cuatro Medallas Norman de la ASCE, la creación en 1960 del Premio Karl Terzaghi, la instauración en 1963 de la Karl Terzaghi Lecture y, más tarde, conmemoraciones como la emisión del sello austríaco de 1983 y el «Terzaghi Day». La presa Mission, en Columbia Británica, fue renombrada en 1965 como presa Terzaghi. Sus cenizas reposan en South Waterford (Maine).

Karl von Terzaghi murió el 25 de octubre de 1963, dejando un legado inmenso. Su combinación de teoría, observación, instrumentación, análisis, docencia y práctica sentó las bases del campo que hoy conocemos como ingeniería geotécnica y sus ideas siguen guiando esta disciplina en todo el mundo.

Os dejo un vídeo en el que se condensa parte de su biografía.

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El desastre silencioso bajo tus pies: la verdad sobre los suelos expansivos

Arcillas expansivas. https://archxde.com/arcillas-expansivas/

Pocas cosas simbolizan mejor la estabilidad que los cimientos de una construcción. Representan la frontera entre la arquitectura y la tierra firme. Sin embargo, bajo esa aparente solidez se esconde un enemigo persistente y silencioso: los suelos expansivos.

Lejos de ser una masa inerte, el suelo es un sistema vivo y dinámico que responde a los cambios de humedad con una energía capaz de fracturar losas, deformar zapatas y arruinar viviendas enteras.

Estos suelos, ricos en minerales arcillosos activos (principalmente montmorillonita o esmectita), pueden aumentar de volumen cuando se humedecen y contraerse al secarse, lo que provoca movimientos verticales y horizontales que, en muchos casos, superan la resistencia de las estructuras apoyadas sobre ellos. La magnitud de estos cambios depende de la mineralogía, la fracción de arcilla, la capacidad de intercambio catiónico y la succión matricial, es decir, la tensión negativa del agua en los poros del suelo.

Su comportamiento, descrito con precisión en la teoría de los suelos no saturados por Fredlund y Rahardjo (1993), convierte a estas arcillas en uno de los materiales más complejos y peligrosos de la ingeniería civil.

1. Un desastre oculto, más costoso que los terremotos.

Los suelos expansivos no acaparan titulares, pero su impacto económico es asombroso. Según Jones y Holtz (1973), este tipo de suelos causa más daños estructurales anuales que todos los demás fenómenos naturales combinados, incluidos los terremotos y las inundaciones. Krohn y Slosson estimaron que, solo en Estados Unidos, las pérdidas anuales ascendían a 7000 millones de dólares, una cifra que no ha dejado de crecer con la expansión urbana.

La causa de esta devastación radica en la naturaleza progresiva y acumulativa del fenómeno. Mientras que un seísmo actúa en segundos, la expansión del suelo opera día a día, modificando lentamente las condiciones de apoyo. Su carácter insidioso le ha valido el apodo de «el desastre oculto».

El daño estructural comienza con movimientos diferenciales de pocos milímetros, que al principio son imperceptibles, pero que con el tiempo se transforman en grietas en los muros, inclinaciones de losas o puertas que ya no cierran. Lo más preocupante es que estos síntomas suelen interpretarse como defectos de construcción, cuando en realidad son la manifestación visible de un proceso geotécnico profundo.

Agrietamiento de estructura por movimiento céntrico (Fredlund y Rahardjo, 1993)

2. La paradoja de la ligereza: las casas pequeñas son las más afectadas.

Resulta sorprendente que las estructuras ligeras se vean más afectadas por este fenómeno. Uno podría pensar que los edificios más pesados son los más susceptibles al movimiento del terreno, pero ocurre lo contrario.

Los suelos expansivos ejercen presiones de hinchamiento considerables, pero los proyectos a gran escala suelen incluir estudios de mecánica de suelos, pruebas de laboratorio (como las de hinchamiento libre o de volumen constante, según ASTM D4546) y diseños de cimentación apropiados. En cambio, las viviendas unifamiliares y las edificaciones ligeras, al considerarse de carga reducida, se construyen con escasa o nula investigación geotécnica y, a menudo, se basan en prácticas empíricas.

Fredlund (1993) señala que las estructuras que sufren mayores daños son precisamente aquellas que tuvieron un diseño de ingeniería menor antes de la construcción. A esto se suma un factor económico: los ingenieros geotécnicos suelen mostrarse reacios a intervenir en proyectos residenciales porque los honorarios son bajos en comparación con el alto riesgo de litigio. El resultado es un círculo vicioso: casas mal cimentadas sobre suelos hiperactivos que, con el tiempo, se deforman de forma irremediable.

3. La trampa de la compactación: cuando «mejorar» el terreno lo empeora.

A primera vista, compactar un suelo parece una acción positiva. En la mayoría de los casos, aumenta la densidad y la capacidad portante. Sin embargo, en los suelos expansivos, la compactación puede ser una trampa técnica.

Holtz y Gibbs (1956) demostraron que una compactación a alta densidad y bajo contenido de humedad incrementa significativamente el potencial de hinchamiento. Las partículas de arcilla, con carga negativa, se acercan tanto que acumulan una gran energía potencial de repulsión electrostática. Cuando posteriormente penetra agua, las moléculas se insertan entre las láminas cristalinas y las separan bruscamente, lo que provoca una expansión volumétrica explosiva.

El mismo estudio reveló que compactar por encima del contenido óptimo de agua reduce el potencial de expansión. En otras palabras, la práctica tradicional de buscar la máxima densidad seca puede resultar contraproducente. Comprender esta paradoja es esencial para la ingeniería moderna: no todos los suelos deben compactarse de la misma manera y, en algunos casos, un exceso de «mejora» puede acarrear un fracaso futuro.

4. Soluciones que desafían la lógica: cómo responde la ingeniería al suelo.

El reto de los suelos expansivos no consiste en vencer su fuerza, sino en comprender su dinámica. Por ello, las soluciones más efectivas no buscan resistir el movimiento del terreno, sino controlar la humedad o aislar la estructura de sus variaciones.

Entre las estrategias más estudiadas se encuentran:

Prehumedecimiento, una idea fallida: En teoría, saturar el suelo antes de construir debería eliminar su capacidad de expansión. En la práctica, esto rara vez funciona. Fredlund (1993) advierte que, durante el prehumedecimiento, las capas superiores se hinchan y sellan el suelo, impidiendo que el agua alcance los estratos más profundos. El resultado es una expansión parcial y una falsa sensación de seguridad, ya que el suelo parece estable hasta que, años después, las capas profundas se hidratan lentamente y la estructura comienza a levantarse.
Barreras capilares, el poder de una paradoja: Una de las técnicas más elegantes es la barrera capilar, que consiste en colocar sobre el suelo expansivo una capa de material granular grueso, como grava o arena. A simple vista parece absurdo: ¿cómo se puede proteger una arcilla del agua cubriéndola con un material permeable? Sin embargo, la física de los suelos no saturados demuestra que, cuando la grava se mantiene con baja saturación, su capacidad de transmisión capilar disminuye drásticamente y el agua infiltrada se almacena cerca de la superficie. Así, la humedad se evapora antes de llegar a las arcillas subyacentes. En palabras de Fredlund y Rahardjo (1993), esta técnica «reduce significativamente el flujo descendente de agua y estabiliza el régimen de humedad del perfil».
Estabilización química y control ambiental: El tratamiento con cal puede reducir la plasticidad y la actividad de las arcillas, convirtiéndolas en materiales prácticamente inertes. Asimismo, son indispensables el control del drenaje superficial, la prevención de fugas subterráneas y la exclusión de raíces profundas. No se trata solo de una cuestión estructural, sino también de una cuestión hidrológica y ambiental: la humedad del suelo debe mantenerse lo más constante posible.

Conclusión: hay que escuchar al suelo antes de construir.

El suelo no es un enemigo, sino un sistema natural que exige ser comprendido. Su comportamiento responde a leyes físico-químicas y climáticas que la ingeniería puede medir, modelar y respetar. Ignorarlas es, literalmente, construir sobre terreno inestable. El fenómeno de los suelos expansivos nos recuerda una verdad fundamental: no hay cimiento sólido sobre un terreno mal entendido. Cada grieta que aparece en una pared, cada losa que se levanta, es la voz del subsuelo que nos recuerda que el diseño estructural comienza mucho antes de colocar el primer ladrillo; comienza con el conocimiento del terreno.

Referencias

Fredlund, D. G., & Rahardjo, H. (1993). Soil mechanics for unsaturated soils. John Wiley & Sons.
Fredlund, D. G. (1983). Prediction of ground movements in swelling clays. En 31st Annual ASCE Soil Mechanics and Foundation Engineering Conference (Ponencia). Minneapolis, MN, Estados Unidos.
Holtz, W. G., & Gibbs, H. J. (1956). Engineering properties of expansive soils. Transactions of the American Society of Civil Engineers, 121, 641–663.
Jones, D. E., Jr., & Holtz, W. G. (1973). Expansive soils — The hidden disaster. Civil Engineering (ASCE), 43(8), 49–51.
Krohn, J. P., & Slosson, J. E. (1980). Assessment of expansive soils in the United States. En D. J. Miller (Ed.), Proceedings of the Fourth International Conference on Expansive Soils (pp. 596–608). ASCE.
Nelson, J. D., & Miller, D. J. (1992). Expansive soils: Problems and practice in foundation and pavement engineering. John Wiley & Sons.
Van der Merwe, D. H. (1964). The prediction of heave from the plasticity index and percent fraction of soils. Civil Engineering in South Africa, 6(6), 103–107.
Skempton, A. W. (1953). The colloidal activity of clays. En Proceedings of the 3rd International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering (Vol. 1, pp. 57–61). International Society for Soil Mechanics and Foundation Engineering.
Hamilton, J. J. (1969). Effects of environment on the performance of shallow foundations. Canadian Geotechnical Journal, 6(1), 65–80.

Cursos:

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

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

En este audio tenéis una conversación sobre este tema tan relevante.

Un vídeo que resume el contenido del tema, con carácter divulgativo, lo tenéis aquí:

Aquí también tenéis un vídeo sobre cómo identificar estas arcillas expansivas en el laboratorio de suelos.

Os dejo un documento técnico de la empresa Geopier. Espero que os resulte de interés.

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Preguntas frecuentes sobre el agua en medio poroso y sus problemas en excavaciones.

1. ¿Qué es un acuífero y cómo se clasifica?

Un acuífero es una formación geológica subterránea que contiene y transmite agua. Se clasifican principalmente en:

Acuífero libre: El agua está en contacto con la atmósfera a través de los poros o las fisuras de la zona no saturada. El límite superior es el nivel freático, donde la presión del agua es atmosférica.
Acuífero confinado: El acuífero está cubierto por una capa impermeable (acuicludo o acuitardo) y el agua se encuentra a una presión superior a la atmosférica. Si se perfora un pozo en un acuífero confinado y el agua sube por encima de la superficie del terreno, se dice que existen existen «condiciones artesianas».

Figura 1. Esquema de acuífero. https://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Aquifer_es.svg

Además, existen otras formaciones relevantes:

Acuicludo: Una formación geológica que, aunque contiene agua, no la transmite de manera efectiva, por lo que no es apta para su explotación (por ejemplo, terrenos arcillosos).
Acuitardo: Transmite el agua muy lentamente, por lo que no es apto para su captación, pero puede permitir la recarga vertical de otros acuíferos en condiciones especiales (por ejemplo, arcillas limosas o arenosas).

2. ¿Qué es la carga hidráulica total y por qué es importante la Ley de Darcy en el estudio del flujo de agua en medios porosos?

La carga hidráulica total (H), también conocida como potencial, representa la energía por unidad de peso de un fluido en movimiento, expresada como una altura. Incluye la altura geométrica (z), la altura de presión (u/γw) y la altura de velocidad (v²/2g). En el contexto del flujo en medios porosos, la velocidad suele ser despreciable, por lo que la carga total se simplifica a la altura piezométrica.

La Ley de Darcy es fundamental porque describe la velocidad del flujo de agua en un medio poroso. Establece que la velocidad (v) es directamente proporcional al gradiente hidráulico (i) y al coeficiente de permeabilidad (k), es decir, v = k · i. El coeficiente de permeabilidad mide la facilidad con la que el agua circula a través del suelo y depende tanto de las características del acuífero (porosidad, tamaño de los poros interconectados) como del fluido (viscosidad, peso específico). Esta ley es crucial para comprender cómo se mueve el agua a través del suelo y para calcular caudales en diversas aplicaciones geotécnicas.

3. ¿Qué son las tensiones efectivas y por qué son tan importantes en geotecnia según el postulado de Terzaghi?

Las tensiones efectivas (σ‘) son un concepto fundamental en geotecnia, postulado por Karl von Terzaghi en 1923. Se definen como el exceso de tensión sobre la presión intersticial (o presión neutra) del agua (u) presente en el suelo. Es decir, son las tensiones que actúan exclusivamente sobre la fase sólida del suelo, transmitiéndose grano a grano.

Su importancia radica en el postulado de Terzaghi, que establece lo siguiente: «Cualquier efecto medible debido a un cambio de tensiones, como la compresión, la distorsión o la modificación de la resistencia al corte de un suelo, se debe exclusivamente a cambios en las tensiones efectivas». Esto significa que la deformación y la resistencia del suelo dependen directamente de las tensiones efectivas y no de las tensiones totales. Por ejemplo, si el volumen o la distorsión de un suelo saturado no cambian, es porque sus tensiones efectivas no han cambiado. Si se permite el drenaje del agua (es decir, si se disipa la presión intersticial), las tensiones efectivas aumentan, lo que provoca la deformación del suelo y la modificación de su resistencia al corte, un fenómeno conocido como consolidación.

4. ¿Cuáles son los principales problemas geotécnicos relacionados con el agua en las excavaciones?

El agua subterránea y superficial puede causar diversos problemas geotécnicos significativos en las excavaciones:

Subsidencia: Un descenso del nivel freático (por bombeo o excavación) aumenta las tensiones efectivas, provocando asentamientos en el terreno circundante. Un aumento del freático también puede causar asentamientos en suelos arcillosos o reducir la capacidad portante en arenas.
Deslizamiento de taludes: El flujo de agua en los taludes de una excavación incrementa su peso y reduce su resistencia al corte, llevando a la inestabilidad. Esto se agrava si la excavación corta dos estratos, donde el flujo entre capas puede causar erosión.
Erosión superficial: El afloramiento de agua en los taludes provoca cárcavas y arrastre de terreno, lo que compromete la estabilidad y debilita las bermas.
Erosión interna o tubificación (piping): El agua arrastra partículas finas a través de los huecos del suelo, formando túneles internos. Esto es propenso en suelos dispersables y puede ocurrir en presas o por flujos anómalos en pozos de drenaje o anclajes defectuosos.
Inestabilidad del fondo o sifonamiento: Ocurre cuando un flujo ascendente de agua en un terreno granular no consolidado anula la presión efectiva, por lo que el suelo se comporta como un fluido (arenas movedizas). Esto sucede cuando las fuerzas de filtración superan el peso sumergido del suelo.
Levantamiento del fondo o taponazo (uplift): El fondo de la excavación se vuelve inestable cuando el empuje del agua subterránea —típico en un acuífero confinado bajo un estrato de baja permeabilidad— supera el peso del terreno que lo soporta.

5. ¿Qué es el sifonamiento o «efecto Renard» y cuándo ocurre?

El sifonamiento, también conocido como licuefacción o «efecto Renard», se produce cuando existe un flujo ascendente de agua en el terreno y la presión del agua es tan alta que anula las tensiones efectivas del suelo. En suelos granulares sin cohesión, como la arena, el terreno pierde completamente su resistencia al corte y comienza a comportarse como un fluido en ebullición, similar a las arenas movedizas.

Este fenómeno sucede cuando se alcanza un «gradiente crítico», que es la relación entre el peso específico sumergido del suelo y el peso específico del agua. Si se sitúa un objeto con un peso específico superior al de la mezcla fluida de terreno y agua sobre un terreno con licuefacción, se hundirá. Supone un grave riesgo en las excavaciones, especialmente por debajo del nivel freático, ya que puede provocar el desprendimiento de cimentaciones y maquinaria.

6. ¿Cómo se relaciona el coeficiente de permeabilidad con la permeabilidad equivalente en estratos de suelo?

El coeficiente de permeabilidad (k) mide la facilidad con la que el agua fluye a través de un suelo concreto. Sin embargo, en la práctica, el suelo suele estar compuesto por múltiples estratos con diferentes permeabilidades y espesores. En estos casos, se calcula una permeabilidad equivalente, que puede ser horizontal o vertical:

Permeabilidad equivalente horizontal: Se aplica cuando el flujo de agua atraviesa horizontalmente un conjunto de estratos. El caudal total es la suma de los caudales en cada estrato.
Permeabilidad equivalente vertical: Se usa cuando el flujo de agua atraviesa verticalmente los estratos. En este caso, el caudal es constante a lo largo de los estratos, pero cada estrato tiene un gradiente hidráulico diferente.

Estos cálculos son esenciales para modelar con precisión el flujo de agua en suelos estratificados.

7. ¿Qué es una red de flujo y para qué se utiliza en geotecnia?

Una red de flujo es una representación gráfica del flujo de agua subterránea en un medio poroso. Está formada por dos familias de curvas ortogonales entre sí.

Líneas equipotenciales (Ψ): Son líneas que conectan puntos donde la altura piezométrica (carga hidráulica) es constante.
Líneas de corriente (Φ): Son las trayectorias que siguen las partículas de fluido a medida que se mueven a través del suelo.

La red de flujo se construye de manera que las fronteras impermeables actúan como líneas de corriente y las fronteras permeables (como una lámina de agua) son líneas equipotenciales. Al intersectarse, ambas familias de líneas deben formar «cuadrados curvilíneos».

Figura 3. Red de flujo, formada por líneas equipotenciales (Ψ) y líneas de corriente (Φ)

Las principales aplicaciones de las redes de flujo en geotecnia son:

Calcular las presiones del agua subterránea: Permiten determinar las presiones en diferentes puntos o superficies.
Estimar los caudales del agua subterránea: Todos los canales de flujo (espacio entre dos líneas de corriente adyacentes) transportan el mismo caudal.
Calcular los gradientes hidráulicos: La pérdida de carga total se distribuye uniformemente entre las equipotenciales. Esto es crucial para evaluar la estabilidad de taludes y el riesgo de sifonamiento.

8. ¿Cómo se puede prevenir el sifonamiento en una excavación y qué factores influyen en las medidas de prevención?

Para prevenir el sifonamiento en una excavación, especialmente por debajo del nivel freático, una de las medidas principales es utilizar tablestacas o ataguías con una longitud de empotramiento suficiente. Esta longitud adicional por debajo del nivel de excavación aumenta el recorrido más corto que puede seguir el agua, lo que reduce el gradiente hidráulico y, en consecuencia, las fuerzas de filtración.

La profundidad de empotramiento necesaria depende de varios factores:

Profundidad de la excavación bajo el nivel freático: A mayor profundidad de excavación, mayor empotramiento se requiere.
Porosidad del suelo: Cuanto mayor es la porosidad del terreno (es decir, más vacíos hay en el suelo), mayor empotramiento es necesario para evitar el sifonamiento.
Peso específico de las partículas sólidas y del agua: Estos valores influyen en el peso específico sumergido del suelo y, por ende, en el gradiente crítico.
Coeficiente de seguridad (η): Se aplica un coeficiente de seguridad para garantizar que el empotramiento sea suficiente para resistir el sifonamiento. Por ejemplo, el Código Técnico de la Edificación (CTE) en España recomienda un coeficiente de seguridad de η = 2 para pantallas.

Figura 4. Sifonamiento en la base de una tablestaca o pantalla.

Es fundamental realizar cálculos geotécnicos y estructurales detallados para determinar el empotramiento necesario, que debe corresponder al mayor valor entre el requerido para evitar el sifonamiento y el necesario para soportar los esfuerzos de empuje. Además, la experiencia y el sentido común son fundamentales a la hora de implementar estas medidas.

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. (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 contención y control del agua subterránea en obras de Ingeniería Civil y Edificación

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Ralph B. Peck: Una vida dedicada a la ingeniería geotécnica

Ralph B. Peck (1912 – 2008). https://www.ngi.no/en/about-ngi/ngis-historical-libraries/peck/

Ralph Brazelton Peck (23 de junio de 1912 – 18 de febrero de 2008) fue uno de los ingenieros civiles más influyentes del siglo XX. Su legado en el campo de la geotecnia se forjó a lo largo de décadas de investigación, enseñanza y práctica profesional. Nacido en Winnipeg (Canadá), creció en un ambiente técnico, ya que su padre, Orwin K. Peck, era ingeniero estructural especializado en obras ferroviarias. Esa influencia temprana marcó su destino profesional.

Aunque de niño soñaba con ser operador de tranvías, su padre lo persuadió para que estudiara ingeniería. A los 18 años rechazó becas de la Universidad de Colorado y de la Escuela de Minas de Colorado y se matriculó en el Instituto Tecnológico de Rensselaer (RPI) de Nueva York en 1930. Ese verano trabajó en la Denver & Rio Grande Railroad, donde comenzó su experiencia práctica en el mundo ferroviario. Durante sus estudios en RPI, diseñó su primer puente ferroviario, un puente con vigas de 20 m sobre el río Ánimas en Nuevo México, construido durante sus vacaciones de invierno de 1930, aunque más tarde fue destruido por una crecida del río.

En 1934, se graduó en Ingeniería Civil, pero como no encontró trabajo a causa de la Gran Depresión, aceptó una beca para cursar estudios de posgrado en estructuras, geología y matemáticas. En 1937 se doctoró en ingeniería civil con una tesis sobre rigidez en puentes colgantes, revisada por el reconocido ingeniero David Barnard Steinman.

Ese verano trabajó en la American Bridge Company, pero perdió su empleo al cabo de unos meses debido a la falta de proyectos. En marzo de 1938, cuando aún no había recibido ofertas de trabajo, tomó una decisión trascendental: pidió un préstamo de 5000 dólares a su suegro para estudiar mecánica de suelos en la Universidad de Harvard, bajo la tutela de Arthur Casagrande. Esta formación definiría el rumbo de su carrera profesional. Pocos días después, rechazó una oferta de trabajo como diseñador de puentes en la empresa Waddell & Hardesty, en Nueva York, para dedicarse a la geotecnia.

Casagrande lo aceptó en sus clases, primero como oyente y luego como ayudante de laboratorio. También colaboró con Ralph E. Fadum en el campo. Pronto, Peck comenzó a relacionarse con algunas de las figuras más destacadas del ámbito geotécnico: además de Casagrande, conoció y trabajó con Albert E. Cummings —pionero en cimentaciones con pilotes, quien más tarde le legó su biblioteca técnica—, Laurits Bjerrum, Alec W. Skempton y, especialmente, Karl Terzaghi, con quien forjaría una profunda amistad y colaboración profesional.

En enero de 1939, Terzaghi lo eligió como su representante en la obra del metro de Chicago, proyecto en el que había sido contratado como consultor. Peck asumió un papel central, manteniendo correspondencia constante con Terzaghi, a quien entregaba datos, informes y observaciones. También recibió la guía de Ray Knapp, jefe de inspección de obras del metro, a quien Peck consideró una influencia igual de formativa que Terzaghi por enseñarle a desenvolverse con eficacia en organizaciones complejas. Otra figura relevante en esta etapa fue Ralph Burke, ingeniero jefe de varios grandes proyectos en Chicago, con quien colaboró más adelante como consultor.

Su trabajo en el metro de Chicago fue clave en su desarrollo profesional. Allí aplicó, junto a Terzaghi, métodos avanzados de muestreo, medición de deformaciones e interpretación de suelos. Esta experiencia se materializó en el libro Soil Mechanics in Engineering Practice, publicado en 1948, escrito conjuntamente con Terzaghi y basado en gran medida en su experiencia conjunta. En esta obra se introdujo por primera vez el término «prueba de penetración estándar» (SPT), un concepto desarrollado a partir de un instrumento creado por Charley Gow en Boston. Terzaghi elogió públicamente la ética, el carácter y la rigurosidad de Peck durante el proceso de redacción.

En 1942, Peck se incorporó como profesor asistente de investigación en la Universidad de Illinois, donde impartió clases durante 32 años, hasta 1974. Aunque inicialmente dictaba cursos de estructuras, pronto se dedicó por completo a la geotecnia. En 1945, Terzaghi se unió como profesor visitante y su colaboración continuó en los años siguientes.

En 1953, Peck publicó junto con Thomas H. Thornburn y Walter E. Hanson el libro Foundation Engineering, que fue adoptado como texto en más de 50 universidades, consolidando aún más su influencia educativa. Su dedicación a la formación de ingenieros fue incuestionable y muchos de sus alumnos se convirtieron en figuras destacadas en el campo de la geotecnia.

Tras jubilarse, Peck mantuvo una intensa actividad como consultor, participando en más de mil proyectos en cuarenta y cuatro estados de EE. UU. y veintiocho países de cinco continentes. Su experiencia fue requerida en presas como la de Itezhi-Tezhi, en Zambia, y la de Saluda, en Carolina del Sur; en proyectos de transporte como el BART de San Francisco y los metros de Washington, Los Ángeles y Baltimore; así como en la cimentación del puente Rion-Antirion, en Grecia, y el oleoducto Trans-Alaska.

Entre 1969 y 1973, fue presidente de la Sociedad Internacional de Mecánica de Suelos e Ingeniería de Cimentaciones. A lo largo de su carrera publicó más de 200 artículos y fue ampliamente galardonado:

1944: Medalla Norman de la ASCE
1965: Premio Wellington de la ASCE
1969: Premio Karl Terzaghi
1975: Medalla Nacional de Ciencia, otorgada por el presidente Gerald Ford
1988: Medalla John Fritz
1999: La ASCE estableció el Ralph B. Peck Award, que premia contribuciones destacadas al desarrollo profesional de la ingeniería geotécnica mediante estudios de caso e innovaciones en metodología de diseño.

En 2009, el Instituto Geotécnico Noruego inauguró la Biblioteca Ralph B. Peck, junto a la Biblioteca Karl Terzaghi, en Oslo. En ella se conserva correspondencia entre ambos ingenieros, documentos históricos, diarios técnicos y informes que dan fe de su legado compartido.

Ralph Peck también influyó en figuras como Karl Terzaghi, quien lo consideró no solo un colega brillante, sino también un ejemplo de integridad profesional. Su enfoque metódico, su respeto por la observación cuidadosa y su compromiso con la excelencia lo convierten en una figura clave en la historia de la geotecnia.

Se casó con Marjorie E. Truby en 1937 y tuvo dos hijos. Falleció el 18 de febrero de 2008 a los 95 años, víctima de una insuficiencia cardíaca. Su vida representa una combinación única de rigor científico, habilidad práctica y vocación docente. Hoy, su legado perdura en cada estructura que ayudó a construir y en cada ingeniero al que inspiró.

Una de las frases que más me impactaron a nivel profesional es la que figura en mi blog. Dice lo siguiente:

“En mi opinión, nadie puede ser un buen proyectista, un buen investigador, un buen líder en la profesión de la ingeniería civil, a menos que entienda los métodos y los problemas de los constructores”

(Ralph B. Peck, 1912-2008)

Os dejo algunos vídeos de este insigne ingeniero.

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:

Experiencia técnica: es indispensable contar con especialistas capaces de identificar las propiedades del terreno, evaluar riesgos y diseñar soluciones personalizadas.
Calidad de ejecución: desde el alcance del estudio hasta la supervisión de campo, cada etapa debe garantizar la precisión de los resultados.
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:

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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.

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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 la rama de las matemáticas que estudia los métodos de representación gráfica de las dependencias funcionales. A lo largo del siglo XX, esta disciplina experimentó un gran desarrollo y aplicación en diversos contextos para ayudar a científicos e ingenieros a realizar 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 más potentes. A pesar de ello, 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, la repetición de un cálculo en numerosas ocasiones o el aprendizaje de un tema determinado por parte de los estudiantes pueden hacer interesante su uso.

De hecho, pueden desempeñar un papel importante en la aplicación práctica de las ciencias y la ingeniería en actividades de aprendizaje atractivas y creativas. Además, los estudiantes de ciencias e ingeniería podrían beneficiarse de la capacidad de los nomogramas para ayudar a estudiar los efectos de las distintas variables de una fórmula. Estos nomogramas son útiles para realizar estudios preliminares de sensibilidad y proporcionar las habilidades necesarias para interpretar los nomogramas que aún se utilizan.

A continuación, os muestro cómo se calcula 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. También os adjunto un ábaco (Figura 1), elaborado por el profesor Martínez-Pagán, que permite resolver fácilmente este tipo de problemas. Espero que os resulte interesante.

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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. (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. (2022). Gestión de costes y producción de maquinaria de construcción. Colección Manual de Referencia, serie Ingeniería Civil. Editorial Universitat Politècnica de València, 243 pp. Ref. 442. ISBN: 978-84-1396-046-3

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