Libro Geotecnia Del Ingeniero

'--

HENRI ---.:CAMBEFORT

-

Primera

edición española,

traducida

de la tercera

edición

francesa

por

JUAN JOSE SANZ LLANO Dr. Ingeniero de Minas Títu.lo de la obra original: GEOTECHNrQUE

DE L'INGENJEUR

et reconnaissance des sois Publicada por

EDITIONS EYROLLES - Parts

© EDITORES TECNICOS ASOCIADOS, S. A. - Barcelona,

1975

Depósito legal B. 33.374-1975 [SBN 84·7146· 166· 8

Impreso

en España

Printed. ;" Spa;"

Elíte/Grafic. Avenida del Torrente, 3 - Hospitalet

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INDICE DE MATERIAS

I!wlogo , prólogo

!I

XIII

la edición e.paliola ,

XI\'

RECONOCIMIENTO DE SUELOS

Profundidad

de reconocimiento

v número de sondeos

Formas de reconocimiento

2

Reconocimiento

geofísico,

3

Reconocimiento

por sondeos mecánicos

Suelos pulven,lentos

o coherentes

II

,

Aparatos especiales de loma de muestras

18

19

.

24

Ensavo «in situ» sobre rocas .

Ensayo$ .in silu. en sucios pulverulentos

9

coherentes.

Densidades Grado de 1))Jmeclad Características olecánjcas

Permeabilidad

v heterogeneidad

Bíbllocraña

InOllcncia

30

34 42

Macizos hQmogéneos '\' coherentes . Resistencja

27 27

a] {'orte o cizaJlaJni,elllo

Deslizamientos en taludes excepcionales Fluencia de las capas blandas ,

46 4Ú

47 S3

57

Copynghled mat..!ial

Vi

íNOICE OE MATERIAS

Macizos homogéneos

58

de arena fina

Estructura y toma de muestras Inlluencia de la circulación del agua Angulo de talud .

58

Arenas

63

finas

saluradas

59

62

,

Macizos fleterogéneos ue arenas v Rra\'as . Estructura. granulometrí¡\ \' ángulo de talucl

66 66

Cohesión capilar . Corrícntt!s de agll~ .

67 72

11111ucnciade la 11ctcrouellcidad

de los 111aci1.os en la e jCCllCióll

de las obras

75

81

Niveles pic7.ométricos de las capas acuíferas Inrlllcncia de las lluvias \' de la prc$ión 3tm()srél'ica

81

In!luencia de la heterogeneidad Inlluencia de In evaporación.

84 85

del macizo

Tnflllencja de los ríos!

86 89

Influencia del mar Conclllsiuncs

92

Bibliografía.

94

Capflulo

11.-

CIMENTACIONES

Introducción

PROFUNDAS.

Pilotes.

Muros.

Calone..

97

97

.

PiJotes J)jnciltlQS

27 99

Pilotes moldeados. Muros v ca iones .

100

Eíecllcit)n.

100

Pilotes

.

)ljncí1
,

I()Q

t

Pilot~s de tubo binclldo Pilotes perforados Pantalla de pilotes Q pilotes advaccnlcs. Pilotes ;;C~pDtcs, Muros continuos de pilotes Ca ·oncs.

101 103

Armadltras.

J

Hormigonado . Hormigando bajo fango. . . 1cnsión ac.lmisible del hormigón

122

109 114 16

118

123

F..leeción del tipo de cimentación

125

cajones.

125

1\.111(05

\r

Piloles hincados Determinación

y moldeados

127

de la fuer,a específica

EÓrootlJ\ls de bjncadllrn

128

,

129

[ónDulas

estálicas, , Medidas sobre piloles reales RCCO)lQcjmic'l\O por ensayos {(in SiIU»,

Fuerza especifica de los pilotes perforados Conclusiones

horizontales

,

.

,

en barro

133 144

145 150

Acciones del terreno sobre los eilotcs Rozamiento negélti\/o . FUCJ-laS

132

,

151

151 153

Copynghled rn~l",ial

IN DICE DE MATERIAS

VU

Estabilidad de grupos de pilotes

155

Fallos. Riesgos

157

Bibliografía

171

Capitulo 111.- INYECCtON DE TERRENOS

173

Interés

173

de las inyecciones

Métodos de inyección Perforaciooes

177

.

178

Lechada.

180

Presión de invección de las lechadas inestables FiSllracioo,'s

.

190

artificiales

194

Bibliografía

201

Capitulo IV.- MEJORAMIENTO DE LAS CARACTERISTICAS FISICAS y

203

MECANICAS DE LOS SUELOS .

Clasificación y campo de aplicación miento.

de los métodos

de mejora203 205

Drenaje de los taludes 1nyección de macizos rocosos Inyccci6n de aluviones

fisurados

206

.

211

Disminución del volumen de huccos por compactación. Consolidación por expulsión del agua intersticial

y consolidación

Electroósmosis

217 224

electroquímíca

233

Cocción de suelos

241

Bibliografía

251

•

Capitulo V. - CORRIMIENTO DE TIERRAS Introducción Deslizamiento

.

•

de Vajont

Macizo homogéneo Caso general . Vaciado rál!ido

Influencia

coherente

253

256 256 264 266 267

reuJes

de la naturaleza

•

253

Deslizamiento segun la mecánica de suelos

Q<-!slízamjentos

253

del terreno

271

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ixorca

VIII Observación Investigación

DE MATERIAS

279

de los deslizamientos. del origen de los deslizamientos

Consolidación de los deslizamientos Elementos resistentes, Avenamientos

.

Inyecciones Mejoramiento Plantaciones

de la resistencia

•

• •

del terreno

• •

Conclusiones

280 286 286 290 295 299 301 303

•

Bibliografía

305

capitulo VI.- ANCLAJES V TIRANTES

309

Anclajes verticales

313

Ancla ies horizontales.

316

Anclajes inclinados

.

Cálculo de anclajes . Profundidad de anclado Longitud de anclado, Fuerza de arrancado . Pérdida de tensión

322

• •

•

327 328 329 334 334

Confección de tirantes Cables. Anclaje. Cabeza de los tirantes Puesta en tensión

337 337 337 347 348

Protección contra la corrosión

352

Bibliograña

•

•

357

•

Capitulo VII. - GRANDES EXCAVACIONES

359

Estabilidad de los taludes , Filtración de aguas. . . . . Sostenimiento del pie de los taludes Sostenimientos verticales

359 359 363

Estabilidad de conjuntos.

371 371 373 381 381

fondo y paredes Excavaciones en seco. ., Efecto de las Jittraciones de agua , Control de los movimientos. Levantamiento del fondo por absorción de agua Levantamiento del fondo por deformaciones seudoetásucas

Asientos debidos a sobrecargas Movimientos

en macizos rocosos

364

'

383 385 3&9

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iNDJCE DE MATERIAS

Conclusiones

IX

•

390

•

392

Capitulo VIII.- DERRUBIOS EN TORNO A LAS PILAS DE UN PUENTE.

393

•

Bibliografía

Introducción 1.

•

393

.

Evolución de los lechos móviles.

Desplazamiento de los granos . Rugosidades. Dunas. Antidunas . Pérdidas de carga Caudal sólido . Alturas de agua . H.

Derrubios

a causa de las pilas

JI 1. Lucha contra

Bibliografía

los derrubios

•

396

•

396 399 404

•

407 409 •

•

411

419 424

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malo,.,aJ

CITAS

KARLVON TERZAGHI I Congreso de Mecánica de Suelos Harvard . 1963 (Annales ITBTP- 1937) ... «Si alguien dcseu interesarse C011 provecho en el campo dé las cimentaciones, no debe conocer sólo

la teoría fundamental, los métodos de ensayo y una esrimación de errores posibles, sino que precisa poseer además una experiencia que se adquiere mediante la práctica. por medio de observaciones. en las

obras». ..

HENRVLOSSIER La crisis de confianza en la Mecánica de Suelos (Génle Civil - 15 julio de 1958) •... Los especialistas calificados en mecánica de suclos conocen naturalmente todas estas inexactitudes .Y no ignoran que las mejores rórmulas, en muchos casos, no pueden ser interpretadas con seguridad, más que desde un punto de vista cualil
caso

particular,

les sugiero

Jos márgenes

de

seguridad que deben adoptarse y los limites de las hipótesis a considerar. Por otra parte. no ignoran que nmguna teoría. por perfecta que pueda parecer. ne-

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PROLOGO Actualmente la cimentación de una obra, aunque no sea Importante. no se realiza sin estudiar seriamente el subsuelo. La mecánica de suelos ha evolucionado lo suficiente para que todo ingeniero sepa que debe obtener unas muestras del terreno yenviarlas al laboratorio. Pero esto sólo no basta para definir bien el problema. Numerosos ensayos pueden ser hechos «in situ»: 110 todos son indispensables. pero conviene conocer su existencia y el interés que pueden presentar, a fin de utilizarlos con pleno conocimiento de causa. Tal es el objeto del primer capítulo de esta obra. En cuanto a las cimentaciones especiales. casi siempre excepcionales, son siempre muy variadas: pilotes moldeados «in situ», inyecciones, víbroflotación, electroósrnosis, cocción. etc.: por su rara frecuencia, los tratados de mecánica de suelos no hablan de ellos más que someramente. Por esto nos ha parecido interesante reunir todos estos procedimientos. precisando tanto como sea posible su campo de aplicación. Los pilotes moldeados «in situ», con un principio de ejecución muy simple, son. en la práctica, difíciles de realizar correctamente. Son normales los fallos, si el constructor no domina perfectamente su oficio. Ofrecemos al lector toda una serie de fotografías para ilustrarlo. Los fracasos más espectaculares son excepcionales, gracias a la estabilidad de las construcciones. Esto explica la mala calidad de algunas figuras, que son reproducción de antiguos documentos. Por razones que el mismo lector comprenderá. nos ha parecido preferible no citar el origen de estas fotografías, de las cuales algunas han sido tomadas en Francia. Por otra parte. hay pocas que corresponden a obras recientes. Lo esencial es saber qué puede ocurrir sí no se tiene cuidado, a fin de organizar, en consecuencia, el control de la ejecución.

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PROLOGO A LA EDICION ESPAiilOLA Llama la atención al técnico que lea, estudie o consulte la presente obra, la exposición sencilla, clara y abierta de una serie de problemas que aparecen al tratar distintos temas que figuran en los ocho capítulos. Es corriente y normal, que cuando el autor de un libro, no sabe como resolver un planteamiento delicado o dudoso, no lo mencione. Lo soslaya. Aqui no. Yo me atrevería a decir que es una recopilación, una confesión de problemas antes y después de la ejecución, con un relato de los fallos acaecidos por esa forma imprevisible pero casi siempre lógica. con la que reacciona EL SUELO ante las fuer las que de alguna forma quieren destruir su homogeneidad. Todos los capítulos estimo son rnuy interesantes, destacando si cabe, por su auge en los momentos actuales, el estudio de las grandes excavaciones, cada vez más «arriesgadas y provocativas» frente a la estabilidad de enormes edificios en zonas Ufbanas; ast como el capítulo de las inyecciones, en el que se ve que no debe considerarse a éstas como el último remedio seguro para curar la enfermedad de una mala cimentación. En resumen una enseñanza humilde y tremendamente práctica, de los enormes problemas que nos plantea la Mecánica del Suelo. cuanto más queremos conocerla. JUAN JOSÉ SANZ. LLANO

01'. Ingeniero de ,litinas

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Reconocimiento de suelos

La cimentación de toda obra, puente, presa, fábrica, inmue-

ble, etc., precisa del conocimiento de la naturaleza del subsuelo. Cuanto más importante sea la obra, más profundo debe ser este conocimiento. Los mapas geológicos proporcionan una primera indicación. Estos mapas desgraciadamente son muy insuficientes, pues no dan ningún dato sobre las caracterísrlcas mecánicas de los terrenos, que es lo fundamental para el cálculo de una cimentación. Además, el verdadero geólogo desdeña las formaciones modernas, sobre las cuales se construyen muchas obras. Es necesario proceder previamente a un reconocimiento del suelo, que ha de proporcionar los siguientes datos: -

la naturaleza de las diferentes capas: arena, roca, etc. unas muestras inalteradas de las capas características, para su estudio en laboratorio,

y lo que casi nunca se estudia por no considerarlo importante: -

las características de la capa Freática, y la permeabilidad de las capas permeables.

PROFUNDIDAD DE RECONOCIMIENTO Y NUMERO DE SONDEOS La teoría de Boussinesq, que permite calcular las tensiones

creadas en profundidad por una sobrecarga dispuesta en la superficie del terreno, muestra que a una profundidad igual a una vez

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2

CEffi'ECNIA

DEL INGENIERO

y media la menor de las dos dimensiones de la superficie de carga, las tensiones son del orden de la décima parle de la sobrecarga. Conviene. pues, reconocer teóricamente Jos suelos hasta esta profundidad. En la práctica, es raro tener que Ilegal' a tal profundidad, pues el suelo apropiado se alcanza antes. Es en este punto donde la opinión de un geólogo o las indicaciones de un mapa geológico resultan útiles para saber si este suelo apropiado DO está constituido por una capa delgada que reposa sobre un terreno inadecuado. Si fuera así o bien ni siquiera existiese aquella capa, entonces se deberá proseguir el sondeo hasta la profundidad teórica. Esto suele olvidarse muy a menudo. El número de sondeos a realizar dependerá de los primeros resultados. Si éstos indican en todas partes el mismo subsuelo, no es preciso proseguir. Pero si, por el contrario, aparece alguna anomalía, habrá que aumentar el número de sondeos para precisarlas, No existe ninguna regla imperativa. Son los resultados iniciales los que nos indican el camino a seguir,

FORMAS DE RECONOCIMIENTO

Los mejores reconocimientos se verifican mediante pozos, galerías o zanjas. Así se puede observar bien el terreno, obtener grandes muestras o realizar ensayos -in situ ». C~ILl.A

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580

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Fig. 1.- Determinación

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560

del perfil de un macizo rocoso en Serre-Poncon, (Doc. Solétanche),

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4

GEO"'''CNI A DEI" JNG EN I eno

evaluadas con apara lOS dispuestos en la superficie del suelo, y muy excepcionalmente. a poca profundidad. Para que tales medidas puedan ser interpretadas con una precisión satisfactoria, es necesario verificarlas con los datos suministrados POI-, al menos, un sondeo mecánico. ejecutado "in situ». Con esto se conoce el corte geológico en un punto, Y a partir de las muestras extraídas se puede, para cada una de las capas del subsuelo, determinar el valor de las características utilizadas en el método, por ejemplo, la resistividad eléctrica. Corno se ve, estos métodos son, sobre lodo, procedimientos de extrapolación. La correlación establecida a partir de la verificación entre las medidas realizadas y el corre geológico permite, más larde, utilizar únicamente las evaluaciones para deducir de éstas el corte geológico. De esta manera no es posible evaluar las características mecánicas del subsuelo. Estos métodos se utilizan para precisar la estructura geológica del subsuelo. Permiten localizar los sinclinales y anriclinales profundos, cuyo conocimiento es indispensable para localizar los campos petrolíferos. Una aproximación somera es suficiente en estos casos. Por el contrario, en las Obras Públicas hace falta una mayor precisión. POI" esto, los métodos magnéticos y gravimétricos, que no dan resultados sino a gran escala, no se emplean nunca. Se utiliza solamente la investigación sísmica y la eléctrica, utilizándolas a veces simultáneamente. pues ambas no siempre coinciden en sus valoraciones. Esta necesidad de precisión hace que los equipos habituados a las prospecciones petrolíferas sean incapaces de realizar estudios útiles para Obras Públicas, La mejor prueba de esta afirmación se encuentra en la organización de las sociedades especializadas en este trabajo, que tienen equipos especiales para el petróleo y otros para Obras Públicas, a menos que sólo pertenezcan a una u otra rama.

Sismico El método sísmico consiste en provocar una sacudida del suelo, en un punto y tiempo dado, y medir el tiempo transcurrido hasta la aparición del efecto de la sacudida en puntos más o me-

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6

GEOTECNIA

DEL tNGTiNTERO

del reconocimiento está lirrutada por la parle superior del estrato. donde la celeridad de las ondas es máxima, Es asi corno se determinó la forma de los lechos epigénicos del Drac, próximos a la presa de Monteynard. La medida de la celeridad de las ondas en un medio que no posca diversas capas es también utilizado para estimar la calidad de aquél. En el caso de un medio homogéneo isótropo hay, en efecto, una relación matemática entre la celeridad de las ondas. los coeficientes de elasticidad y el módulo de Poisson. 11

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Fig, 4. - Esquema que muestra, en el caso (le UI1(_' C'1J)tl uníformc, sucesión de las llegadas de las ondas a los sismógrafos.

In

La experiencia demuestra que los coeficientes así calculados, en general. nada tienen que ver con la realidad. Además, varían mucho según las ondas se propaguen en el sent ido de la estratificación o perpendicularmente a ella. Es preferible contentarse con el valor de la celeridad, que cifra la calidad del terreno. Es asi como se controla la eficacia de las inyecciones de con, solidación efectuadas en un macizo rocoso Fisurado. Si nos atenemos a la noción de coeficiente de elasticidad, parece ser que las inyecciones lo aumentan de 50,000 a 100.000 kg/cm'. Son pues muy eficaces en un macizo rocoso fisurado, y tanto más cuanto más quebrantada esté la roca.

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RECONOCL\UENTO

7

(JE SUELOS

Eléctrico

Para realiz..1U- un sondeo eléctrico se transmite al terreno, por medio de dos electrodos impolarizables A y B, una corriente eléctrica, preferentemente continua y de intensidad i, a la vez que Se mide la diferencia de potencial 6. V existente entre otros dos electrodos e y o (fig. 5). La distancia e o es, por ejemplo. igual a la tercera o cuarta parte de la distancia A B.

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A

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Fig. 5. - Esquema

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del montaje utilizado

para prospección

eléctrica.

Conocidas i Y 6. V, se puede calcular una resistencia específica. La experiencia demuestra que la parte principal de esta resistividad corresponde a la de un paralelepípedo de terreno, cuyo espesor sea igual a la cuarta parte A B, la anchura a la mirad y la longitud a una vez y media A B. Bastará aumentar progresivamente la longitud A B, manteniendo la misma relación entre A B Y e o, para medir la resis-

o Fig. 6. - Determinación

lac

leo longitud do AS

30G

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.oo.

(te una capa calcárea que reposa sobre esquistos (POLDINl).


8

GEOTECNI¡\

DEL INGENIERO

tividad aparente de capas de terreno cada vez más gruesas. Así se realiza un sondeo eléctrico (S. E.). La interpretación es accesible al cálculo cuando el terreno no presenta más que dos o tres capas de espesor uniforme. Pero es preferible, en general, comparar los resultados experimentales con los de un catálogo O tabla. establecidos ya de antemano, sea por cálculo o por modelo reducido (figs. 6 y 7). tO•• :¡-

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Fig. 7. - Abaco Schíumbcrger para la interpretación de sondeos eléctricos en la llanura de Alsacia. Las medidas hechas en Bíschwihr corresponden a 1,. 200 m. 1" 1.000 m.

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9

Las sociedades especializadas poseen catálogos con millares de tablas. El método, por lo tanto, no está al alcance de cualquiera. Dicho método se aplicó en Serre-Poncon. La interpretación de las medidas resultó muy difícil, puesto que los macizos I'OCOSOS de los bordes no poseían en todas partes la misma resistividad, como lo demostraron las medidas sobre muestras tomadas en el lugar. Sin embargo, el reconocimiento precisó el aspecto de la capa Freática de agua termal. extremadamente conductora, que estaba en la base de la corriente subterránea [underjlow], Medidas análogas, realizadas en la llanura de Donzere, en el bajo Ródano, han puesto de manifiesto una anomalía. Un sondeo mecánico ejecutado en este lugar demostró que nos encontrábamos en presencia de un domo de arenisca poco profundo, mientras que el resto del terreno estaba formado por una gruesa capa de marga recubierta de aluviones. La forma y dimensiones del domo fueron precisadas con sondeos mecánicos, pues los métodos eléctricos no eran suficientemente exactos. Sobre él se cimentó una fábrica una vez modificado el proyecto. Así se evitaron asientos muy importantes que se preveían, y que seguramente se hubieran producido, si la círnenración se hubiera realizado sobre la zona de margas. En vez de realizar un sondeo eléctrico aumentando progresivarncnte la longitud A B, cabe mantenerla fija e ir desplazando el dispositivo sobre el terreno. Se realiza así un mapa de resiso tividades, pero de no efectuarlo correctamente, puede resultar un trabajo inútil y engañoso. En ambos casos hay que tener mucho cuidado con la resistencia específica de las capas superficiales, aunque tengan poco espeso!". Si son poco conductoras, como sucede a menudo, la corriente apenas se transmite en profundidad, y la interpretación clásica es errónea. Ocurre a veces que queriendo precisar el espesor de una capa de arena y gravas de algunos metros de espeso r, se ha encontrado simplemente vegetación típica del lugar: prados, campos y bosque. Por fortuna, no sucede a menudo. Este método eléctrico no sirve únicamente, como en Donzere, para hacer prospecciones de grandes superficies poco profundas. Se puede empicar, con buenos resultados, para iniciar un reconocimiento, utilizando sondeos mecánicos donde se presenten anomalías.

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RECONOClMIENTO

11

DE SUEtOS

método sJsmico, casi exclusivamente, permitió precisar la forma del lecho rocoso. A pesal' de su imprecisión. los resultados obtenidos por estos métodos son Inuy valiosos y de un precio relativamente módico. Como además ofrecen un vago aspecto de brujería, con frecuencia se pretende emplearlos para reconocimientos imposibles. O;¡lll¡. IlOUII)'Dt~

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Fig. 9.- Determinación del perfil de un macizo rocoso y de la naturaleza de un depósito aluvial mediante el empleo simultáneo de los métodos eléctrico y sísmico (Doc. E. D. f. - S. R. G.l.

Así es corno. automáticamente, se piensa en estos métodos para descubrir cavernas o simplemente karsts. Todos los intentos efectuados en este sentido han sido condenados al fracaso. En rigor. si estos karsts son muy importantes pueden aparecer como zonas de peor calidad. Pero es imposible precisar su dirección y. menos aún. su forma. Sólo el método gravimétricc puede permitir el descubrimiento de cavidades. Pero entonces es necesario recurrir a aparatos extremadamente sensibles. por lo que son muy raros los casos en los que se emplea tal procedimiento (LAKSIIAMANAN, 1963). RECONOCIMIENTO

POR SONDEOS MECANICOS

Los sondeos. que no son en si más que perforaciones realizadas con extremo cuidado y con herramientas que permiten afio-



RECONOCL~UENTO DE SUELOS

13

Los resultados negativos se achacan, entonces, a un defecto del terreno. Esto, efectivamente, puede suceder. Pero es la excepción a la que se recurre demasiadas veces. y 105 que no son profesionales no perciben su error, al sentirse demasiado satisfechos por hacer un reconocimiento a bajo precio.

Roca

La ejecución de un sondeo en macizo rocoso, plantea ciertos problemas de perforación, sobre los cuales no nos extenderemos, y sobre todo problemas de obtención de muestras adecuadas. Estos sondeos se realizan siempre por rotación. Por razones de economía. el diámet ro debe ser lo más pequeño posible en relación con la profundidad a la que hay que llegar. Pero por otra parte. si es demasiado pequeño. en algunos estratos será difícil. por no decir imposible, sacar muestras. Además, unas muestras de pequeño diámetro no son lo suficientemente indicadas para la determinación de las características me. carneas. En general, se escoge el diámetro del sondeo, de forma que el de la muestra obtenida sea del orden de 50 a 60 mm. Para mejorar las muestras hay que utilizar un aparato de sondeo doble, con tubo inrerior giratorio (fig. 10). Así, en cuanto la muestra ha rebasado la corona, ella misma inmoviliza el tubo interior suspendido por un rodamiento a bolas; de esta fOI'l11a. ya no está en contacto con el fluido de perforación, ni con el tubo exterior que, al girar, podría romperla. Con estos aparatos se obtiene fácilmente un porcentaje de muestras, del 90 al 100 %. Pero es evidente que una roca fisurada no puede proporcionar muestras y que, en este caso, el empleo de un aparato de sondeo con doble tubo 110 puede mejorar los resultados. Cuando la roca es blanda, eL contacto con la corona es suficiente, a veces, para deteriorar la muestra. Igual ocurre con las arcillas duras. Entonces es necesario utilizar un aparato de doble cuerpo. análogo al anterior, pero con el tubo interior suficientemente alargado. de. forma que rebase en algunos milímetros por debajo la corona (fig. 11).

.

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i4

GEOTECNIJ\

um.

INGeNIERO

Fig. 10.- Aparato de loma de muestras por sondeo doble con tubo giratorio.

Fig. 11.- Aparato de toma de muestras por sondeo doble con tubo interior alargado y giratorio.

La muestra se recorta así por punzonarniento. Nunca se encuentra en contacto con la corona o con el agua de circulación. Para un peso sobre el instrumento dado, la dureza de la roca condicionará la longitud de penetración del tubo interior. Incluso puede ocurrir que la corona gire en vacío. Este inconveniente se suprime con el aparato de sondeo parentado por Solétanche (fig. 12). El resorte que sube por encima del tubo interior permite al saliente inferior adaptarse automáticamente a la dureza de la roca. En las capas que, siendo blandas en su conjunto, tienen inclusiones relativamente duras, como por ejemplo, algunas arcillas o cretas, se pueden tornar muestras fácilmente con este aparato (fig. 13).

CopynghtcO matcriat

RECONOCIMIENTO

DE SUEl.OS

15

El análisis de las muestras es indispensable para determinar la naturaleza del macizo rocoso y su calidad intrínseca. Pero es insuliciente para evaluar la íisuración del macizo. Los diferentes trozos de muestra están perfectamente separados unos de otros por las lisuras, pero su análisis, salvo raras excepciones, no da ninguna indicación sobre la abertura de éstas. Pueden incluso presentarse trozos, rotos pOI' el instrumento de trabajo. La fisuración del macizo sólo puede ser apreciada «in situ», Un método muy curioso, pero también muy caro, consiste en hacer bajar una cánlara de televisión en la perforación realizada. Permite examinar con detalle el punto particular de las paredes que se desee. Es como si se bajara a un pozo. El método no pero mite, de todas formas, reconocer exhaustivamente el terreno:

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Fig. 13.- Muestra de creta de 188 mm de diámetro obtenida mediante el aparato anterior.

Fig. 12.- Aparato de toma de muestras por sondeo doble con tubo interior giratorio, cuyo avance se ajusta automáticamente SCb'Ún la dureza del terreno. (Doc. Solétanchc.)

Conyn¡¡hled m 1 erial

16 Este procedimiento todavía no es habitual. Aparentemente es un lujo; pero no lo es. si se piensa en los servicios que puede prestar. A falta de televisión. hay que contentarse con ensayos COI' agua, que, circulando con mayor o menor dificultad por las grietas abiertas. permite hacerse una idea de la importancia de la fisuración.

Un primer ensayo con agua. únicamente cualitativo, se hace durante la perforación. En efecto. ocurre que a veces el agua. inyectada en las barrenas, no vuelve a salir de la perforación y demuestra que el aparato acaba de atravesar una fisura más importante que las atravesadas anteriormente. Si al que realiza el sondeo para hacer reaparecer el agua le basta con aumentar ligeramente el caudal de la bomba. anota: «pérdida parcial». Si por el contrario. todo el caudal de la bomba es insuficiente. indica: «pérdida total. s , Se trata. pues. de una medida meramente cualitativa. que depende de la potencia de la bomba y de la responsabilidad del que realice el sondeo. y que interpreta. a veces a su manera, los calificativos «parcial»

o «rotal»,

Sin embargo. no deja de ser cierto que. en la profundidad alcanzada por ·:1 aparato. hay una fisura excepcional, en comparación con las otras.

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Manómetro

Contadorde alJua

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Fig. 14.- Principio de los ensayos Lugeon.



18

GEOTECNIA

DEI. lNGENIEHO

por el sondeo. No conviene, pues, emplear zonas acotadas de inyección demasiado extensas. Además, la comparación de las medidas realizadas en zonas de longitudes netamente diferentes lleva a resultados erróneos. Finalmente, y a causa del estancamiento comentado, hay que aumentar la presión del agua hasta un nivel lo suficientemente alto, corno para intentar destapar las fisuras cuya entrada está obturada 1'01' los sedimentos. Se comprende por completo que una misma absorción intensa de agua puede provenir de una fisura muy abierta o. por el contrario, de múltiples fisuras pequeñas. Si se quiere precisar al respecto, es necesario, después del ensayo con agua, proceder a una inyeccion de lechada de cernen10 extremadamente cuidadosa. La cantidad inyectada será notable en el caso de una gran fisura, y, al contrario, mínima, si hay multitud de fisuras pequeñas. Esta inyección es necesaria. de todas Iormas, para permitir una ejecución correcta del siguiente ensayo con agua, si no, el tapón formado corre el riesgo de ser circundado por las capas líquidas y el ensayo queda falseado involuntariamente.

Suelos pulverulentos o coherentes

Son los suelos que más interesan al especialista en geotccnía. Los sondeos se realizan generalmente por percusión. Por razones de economía se realizan casi siempre sondeos de pequeño diámetro, aunque sería mucho mejor que éste fuera mayor. Si se trata de tornar' una muestra, inevitablemente alterada de arena y grava, es necesario un diámetro de. unos 400 mm como mínimo, si no, la granulometría se presenta falseada por la rotura de granos provocados por el trépano. En la torna ele una muestra inalterable de suelo coherente conviene hacer un sondeo de pequeño diámetro. Sin embargo, hay que ceñirse a las dimensiones de los aparatos de laboratorio, que, con frecuencia, necesitan unas muestras de 80 mm. Esta condición nos lleva a sondeos del orden de los 100 mm, Ante estos pequeños diámetros para el método de percusión, la pericia del que realiza el sondeo adquiere gr-an importancia. Si conoce mal su trabajo. indicará unas diferencias en las superficies de separación de capas de 50 a 75 cm por debajo de su



20

GEOTECNIA

DEI. INGENIERO

gato no está comprendida entre 15 y 30 cm/seg., es mejor efectuarlo mediante martinete. Como consecuencia del rozamiento entre el terreno y las paredes del aparato, la penetración DO se realiza sin provocar algunas perturbaciones (fig, 16). En un terreno coherente los extremos de la muestra se alteran (fig. 17). Para reducir la Importancia de estos fenómenos se impone utilizar aparatos de paredes delgadas, provistos de anchas aberturas para la evacuación del agua que asciende por encima de la muestra, a fin de evitar la compresión de la misma, y de una cabeza cortante especialmente estudiada (figs. 18 y 19).

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Fig, 18.- Corte de la parle inferior de la corona cortante del aparato de sondeo.

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Fig. 19. - Aparato de sondeo de paredes delgadas con rodamiento a bolas.

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RECONOCIMIENTO

VÁSTAGOS DEL SACA·

DE SUELOS

21

VASTAOOS DEL

PISTON

TESTIGOS VARILLA

DE

RUPTURA DE VACIO

PISTON

CAVIDAD

RELLL[NAOA POR EL DES· LlZAMIENTO DEL TEARENO

Fig. 20.- Base técnica de un aparato de sondeo a pistón.

Asimismo se puede utilizar, en los terrenos particularmente blandos, aparatos de sondeo provistos de un pistón, o el tipo Kjellman (figs, 21 y 22). En una arena fina, la torna de muestras provoca una disminución de la compacidad si el estrato natural es compacto, y, pOI'el contrario, un aumento, si la arena es suelta. En este caso, nos hemos encontrado un ángulo de rozamiento interno, medido en el laboratorio, comprendido entre 48 y 52°, mientras que el ángulo real medido «in SiIU»,por otros métodos, era de unos 25°. Esta toma de muestras en arena fina se realiza con un aparato Bishop de paredes delgadas y provisto de una campana de aire (fig. 23). Esta campana se puede reemplazar por un pequeño tubo de ventilación que llega hasta la cabeza cortante. También

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22

GEOTECN lA DEL lNGEN

IERO

es posible suprimir los dispositivos de ventilación, llenando de lodo 1;:1 perforación antes de la IOIDa de muestras. La toma de muestras en arenas incluso muy finas es una operación delicada. si el sondeo se realiza con agua limpia. De hecho no se llega nunca a limpiar perfectamente la perforación antes de la toma de muestras. Los sedimentos en suspensión se depositan y constituyen, si DO se vigila, la parte superior de la muesi l-a.

La limpieza no se debe verificar mediante circulación forzada de agua, sino por medio de un aparato especialmente concebido para este uso. Pero esto no impide que se produzcan las modificaciones de compacidad señaladas anteriormente.

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Fig. 21. - Base técnica del. aparato de toma de muestras Kjcllman,

Fig. 22. - Aparato Kjellman. Disposición de los huecos para los Ilejes.

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23


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Fig. 23.- Diferentes fases de la toma de muestras campana Bishop.

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el aparato de.

Aunque no se trate exactamente de aparatos de sondeo como los descritos, recordemos cómo se puede trabajar con una simple caja para obtener una muestra en la pared de una galería o de un pozo (Iig. 24). Lo esencial es sacar con anterioridad toda la parte de suelo que pueda estar desecado o húmedo, antes de la loma de muestras.

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Fig. 24.- Obtención a mano de una muestra inalterada

superficial.

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RECONOCIMiENTO

25

DE SUELOS

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Fig. 26.- Dispositivo para puesta en carga de una zona de galería.

Un ensayo con resultados análogos se lleva a cabo, si se dispone, en una galería, una zona que se someterá a carga mediante agua a presión (fig. 26). Habrá que medir entonces las variaciones del diámetro de la cámara (fig, 27). Este dispositivo tiene la ventaja de comprender un volumen del terreno mucho más importante que el abarcado por un gato. Naturalmente, también es más caro. ? kg/elllJ

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I.S re.1II

Fíg. 27.- Variaciones de la seccron de un diámetro de una galería en función de las cargas ejercidas.

La resistencia al esfuerzo cortante de rocas se ha medido, algunas veces, empicando un dispositivo análogo al aparato de Casagrande (fig. 28). También en este caso es preciso que el bastidor cortante esté en perfecto contacto con la roca.

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RECONOCIMlIlNTO

27

DE SUELOS

En cuanto a la medida de la permeabtlidad ya ha sido expuesta, cuando tratamos de la ejecución de perforaciones.

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Fig. 30. minación

Deterde las

tensiones en una

roca mediante ga· tos planos.

ENSAYOS «IN SITU" EN SUELOS PULVERULENTOS O COHERENTES

Las características de los suelos coherentes están, en general, muy bien definidas por los ensayos de laboratorio efectuados sobre muestras inalteradas. No sucede lo mismo en los terrenos pulverulentos, arenas y gravas o arena fina, en las que conseguir un grupo de muestras inalteradas es, si no imposible, al menos muy aleatorio. Así, nurnerosos ensayos «in situ» se han realizado sobre estos dos tipos de terreno. Densidades

• Grado de humedad

Comenzaremos por la medida de la densidad. Se puede efectuar muy sencillamente si determinamos el volumen de una cavidad llena de arena de peso específico conocido, o el agua contenida en una membrana estanca y elástica (fig. 31)_

Fig. 31.- Formas tradicionales

de determinación

de la densidad de un

terreno.

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28

GEOTECNIA

DEL INGENIERO

Será necesario haber recuperado de antemano toda la tierra extraída de la cavidad, evitar su desecación y después pesarla y medir su contenido en agua. Un método ultramoderno utiliza los rayos y. Ciertos aparatos ya comercializados permiten trabajar muy fácilmente en la superficie del terreno. Por el contrario, las medidas efectuadas en perforaciones se utilizan escasamente. A partir de los neutrones se puede medir el contenido de agua. Pero el método es demasiado sensible, pues en las arcillas, por ejemplo, da además del agua intersticial, el agua de constitución; se obtiene así, para las arcillas, un contenido de agua superior en un 3 a un 5 % sobre la obtenida por desecado.

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Fig. 32.- Utilización del método de huecos de una arena saturada. (Doc. Solétanche).

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29


Estos métodos dan resultados comparables solamente en el caso de las arenas saturadas. En este caso es posible, por otra parte, utilizar un método eléctrico (fig. 32). La interpretación es un poco delicada, pues es preciso conocer la resistencia específica Po del agua intersticial. Pero a partir de este dato, evaluado sobre muestras teóricamente inalteradas y a partir de las resistencias especificas del suelo p obtenidas por la muestra, se halla el índice E o el porcentaje n de huecos si aplicamos la relación experimental siguiente: 2

E=---

o:

2

n=---

p

p

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válida para todos los valores de E comprendidos entre 0,06 y 5,7. Todas estas medidas (1) dan resultados sin duda interesantes, pero no esenciales para evaluar las características de un terreno. Lo más importante es la resistencia mecánica.

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Fig. 34.-lsquimctro

(S. G. 1.).

Fig. 33.- Esquema básico de un escisiómctro.

Una rnedicíén indirecta del grado de humedad, expuesta por I30Ii youcos, consiste en determinar la resistencia eléctrica de una placa de escayola o de nilón embutid" en el terreno. (1)

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30

GEOTECNIA

Características

DEL INGENIERO

mecánicas

Señalaremos de paso el escisiómetro o «valle test» en inglés, así como el isquímetro sueco, que sólo pueden ser utilizados para rnedir la cohesión de arcillas muy blandas (figs. 33 y 34). Son aparatos adaptados a terrenos muy particulares y relativamente poco frecuentes. Aire

Vá5tugO do apriete

Célula ptincipill

1 -,

Fig, 35. - Manómetro

Ménard.

1.

Señalemos igualmente el 11lanóluelro Ménard que apareció hace algunos años (fig. 35). Con este aparato, el ensayo consiste en medir el aumento de volumen de una zona de perforación, en función ele las presiones aplicadas. Este ensayo, cuyo estudio todavía no se ha desarrollado totalmente, tiene muchas posibilidades. De momento permite medir la cohesión de un suelo y formarse una idea de los posibles asientos. Llegamos ahora al Standard Penetra/ion Test (S.P.T.) normalizado en 1925 por Terzaghi.

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32

GEOTECNIA

DEL INGENIERO

El ensayo de pene/ración consiste, en efecto, en hincar en el terreno, por medio de galos, barrenas de unos 50 mm de dtametro, especialmente preparadas para medir a la vez el esfuerzo total y la reacción ejercida sobre la punta (figs. 36 y 37). Este ensayo se ideó en Holanda, donde la mayor parte del subsuelo está constituida por una capa de arcilla blanda sobre otra de arena de gran capacidad de carga. Su primordial fin era, sencillamerue, permitir la evaluación de la longitud de hincadura de los pilotes, normalmente utilizados para cimentar las construcciones.

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Fig. 37.- Resultado esquemático de un ensayo de pcnetracíón

estática.

Este objetivo se ha rebasado ampliamente. Ante este resultado espectacular se pretendió que dicho ensayo reemplazase al laboratorio. Muchas teorías se han elaborado, pero sin mayor éxito. En el momento actual se puede afirmar que, salvo el caso particular de los suelos únicamente coherentes, no se sabe interpretar un ensayo de penetración. El valor del rozamiento lateral total, alterado por el pandeo de la parte superior del varillaje de barrenas, se desprecia frente a la resistencia en la punta. Y para comprender cómo evoluciona ésta en los suelos pulverulentos, siguen efectuándose ensayos muy importantes. Todo esto no indica que estos ensayos carezcan de interés. Al contrario, solamente es necesario, ante todo, contrastarlos en un

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34

CEOTECNIJ\

DEl. lNCENHlRO

Para terminar la enumeración de estos ensayos mecánicos recordemos el viejo ensayo consistente en una placa de carga que todavía se utiliza. Su empleo sólo se justifica cuando los otros ensayos son imposibles, lo que afortunadamente es muy raro, pues aunque en apariencia es muy simple, no se sabe aún interpretar correctamen te sus resultados. Permeabilidad y heterogeneidad

En la práctica, sólo unas medidas de permeabilidad bien efectuadas «in situ. permiten, por comparación con las medidas de laboratorio ejecutadas sobre muestras inalteradas, precisar la heterogeneidad del terreno. Por esto agruparnos en un mismo apartado la determinación de estas dos características aparentemente muy distintas. Para el estudio de las arcillas es muy sencillo. Si son hornogéneas, su permeabilidad es tan pequeña que no es posibile medirla «in siru •. Por el contrario, si dicho ensayo da algún resultado, es debido a que la capa está fisurada o bien que contiene delgados estratos de arena fina. En ambos casos, los piezómetros pueden indicar que una capa acuífera a presión atmosférica, bien determinada, embebe un macizo, a priori estanco. Caso que no es, ni mucho menos, excepcional. Los macizos aluviales de arena y grava están, cn la mayoría de los casos, constituidos por una superposición de capas de elementos de distintas dimensiones. Esto no presentaría más que un pequeño inconveniente, si la permeabilidad no fuera proporcional, aproximadamente, al cuadrado de la dimensión de los granos. Así, por ejemplo, una capa cuyos granos sean tres veces más grandes que los de la capa vecina, tiene una permeabilidad aproximadamente diez veces mayor, de donde se deduce que, para la filtración de agua, la capa de grao nos pequeños se comporta como una capa estanca. Esta constatación es muy importante, pues la forma de las líneas de corriente y de las equipctenciales del agua de infiltración son totalmente distintas en un medio homogéneo o en uno estratificado. Igual OCUlTepara los caudales. Como puede apreciarse, basta con una diferencia en la grao nulomctría de las capas, imperceptible a simple vista, para cambiar por completo la forma de las infiltraciones subterráneas.

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RECONOCIMIENTO

35

DE SUULOS

Por esto el estudio de la heterogeneidad de estos macizos es tan importante como la medida de su permeabilidad. En la práctica, no se deben disociar. Los ensayos tradicionales no lo tienen en cuenta. En general. se cree haber efectuado una medida de permeabilidad muy seria, absorbiendo agua por bombeo en un pozo filtrante y observando los descensos de la capa Ireática mediante piezómetros (fig, 39).

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Fig. 39. - Dererminación de la permeabilidad de un terreno mediante bombeo en un pozo filtrante y aplicación de la fórmula de Dupuit:

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Como se vio que este ensayo está lejos de dar un valor de la permeabilidad que corresponda a los fenómenos observados posteriormente, se abandonó la vieja fórmula de Dupuit frente a otras más doctas, que tampoco dan resultados mucho más satisfactorios. Es inútil realizar un examen matemático profundo, si las hipótesis no corresponden a la realidad. Se debe, pues, ante todo, conocer las condiciones del ensayo acometido. Más adelante ve.. remos cómo. Puesto que los descensos provocados por el bombeo en la línea piezométrica son considerables, la posición de los puntos de torna de presión de los piezómetros tiene una gran influencia, sobre todo para aquellos piezómetros próximos a los pozos. En efecto, en esta zona, las equípotenciales no son rectas verticales en el plano perpendicular a las líneas de filtración. EL fenómeno es aún más evidente, si el pozo no atraviesa la totalidad de la capa permeable (fig. 40). Esta es una de las razones por la cual los piezómetros próximos al pozo indican niveles más altos que los más alejados. 5


36

GEOTECNIA

DEI. iNGENIERO

Los ensayos con agua, puntuales, tipo Lefranc, precisan mejor la heterogeneídad del subsuelo que los ensayos precedentes. Consisten en realizar una cavidad de forma más o 111enOSconocida, en la base de una columna estanca (fig. 41). Un bombeo o una inyección de agua en el tubo, provoca una desnivelación }¡ del nivel original. Entonces tenemos: Q =

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Siendo Q el caudal, k la permeabilidad solicitada y e un coeficiente que depende de la forma de la cavidad. o ~

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Fig, 40. - Influencia de la profundidad de la • loma de presión de .10$piezómetros. 1 y 3: niveles idénticos; 2: nivel inferior al precedente; 4: Cota de la toma de presión sin importancia: 5: nivel alterado por tina circulación de arriba abajo en un tubo con Iiltro,

Fig. 41. - Base técnica de los ensayos Lcfranc.

Este método no da resultados satisfactorios, a menos que el hueco sea relativarnenre pequeño en relación con el espesor de la capa donde se ha realizado. Por ejemplo, en una cavidad en forma de disco plano situado en la base de la columna. es necesario que el espesor mínimo del estrato sea aproximadamente de I m. Si no fuera así, la forma de la filtración cambiaría y el coeficiente e debería ser también modificado (fig. 42). Pero en general no se sabe qué valor se debe dar. Estos ensayos, de base muy simple, son en realidad de realización muy delicada. En efecto, se corre el riesgo de colmatar


IU,CONOCIMIENTO

37

I)E SUELOS

Fig, 42.- Formas de deslizamiento ~osibles durante un ensayo en terreno esrraññcado.

las paredes de la cavidad cuando se inyecta el agua, o de que se produzca un principio de sifón y ascensión de arena en la columna. cuando se bombea. Si se levanta la columna lo preciso para anular esta subida de arena se está midiendo la permeabilidad de un suelo dccomprimido. El ensayo quizá sea satisfactorio. pero su resultado no corresponde en absoluto a la realidad.

Fig. 43. - Ensayos Lcfranc realizados a diversos niveles en un pozo filtrante. (Doc. Solétanche).

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IlECONOCIMIENTO 1)(; SUELOS 'Y.

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obtenida en terreno

terminar, por medio de sondeos, el espesor de las diferentes capas arenosas, cuya permeabilidad, no obstante, cabe conocer de otra Forma. Para precisar estos espesores y evaluar un orden de magnitud de las diferentes permeabilidades habrá que hacer descender un molinete en una perforación, a lo largo de la cual se ha inyectado un mortero filtrante. Conviene dejar libre un hueco de un diárnetro de 50 mm, y así bastarán perforaciones de pequeño diámetro. Si la capa freática se encuentra en reposo. el ensayo empieza por la medición, en cada punto de la perforación. de la velocidad de infiltración del agua que discurre a través del mortero. Casi siempre existe infiltración, que aunque sea muy intensa, no tiene el mismo sentido a lo largo de toda la perforación. Puede OCUITi,·, por ejemplo, que sea ascendente en su parte inferior, y deseendente en la superior (lig. 45). A continuación, se hacen las mismas medidas, pero teniendo la precaución de elevar o descender el nivel de agua, en una cant idad fija, ya sea inyectando agua, o succionándola por bombeo. El bombeo es mucho mejor que la inyección en la que se corre el riesgo de enlegamar la perforación. A partir de estas dos series de medidas, se define claramente la heterogeneidad del subsuelo. También se puede utilizar el molinete en un gran pozo filtrante; así se reconocen bien los estratos filtrantes y los estratos estancos o casi estancos (fig, 46), Y la interpretación del ensayo queda muy facilitada.

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I!ECONOCIM lENTO I)I! SUELOS

41

También se puede disponer un piezómetro,

situado en la pro-

ximidad del pozo o de la perforación con mortero filtrante en toda su longitud, para medir con un «anemómetro de resistencia eléctrica. la velocidad de las corrientes horizontales que lo atraviesan durante el bombeo, Estas medidas son demasiado embrolladas para dar unos resultados cuantitativos comparables a los del molinete; pero prueban, en cualquier caso, que el agua se filtra principalmente por los numerosos pasadizos privilegiados. Su número e importancia condicionan la permeabilidad de las capas exploradas pOI-el molinete. Las medidas halladas con molinete son, sin duda, los únicos valores simples que permiten aprecia¡' con precisión aceptable las permeabilidades verticales y horizontales del medio. Todos los demás ensayos que se han ideado para separar la medición de estas dos permeabilidades han ofrecido siempre unos resultados que, a la luz del análisis, se reconocieron como erróneos. Desgraciadamente, el conocimiento de la permeabilidad vertical de un medio heterogéneo no presenta mayor importancia, pues las filtraciones en estos medios son diflcilmente relacionables con las que se producen en los medios homogéneos, incluso en los anisótropos. Después de esta larga enumeración de los principales procedímientes de reconocimiento, uno se encuentra algo desorientado. Por suerte, nunca es necesario utilizarlos todos a la vez. La naturaleza de la construcción a ejecutar será la que indique la pauta. Pero debernos concluir que siempre que sea necesaria una perforación, hay que aprovechada para hacer en ella todos los ensayos posibles aunque «a priori. parezcan inútiles. Son raros los casos en los que no sea necesario utilizar todos los datos.


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Gauthier-

Villal's

-

nr. 58.

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MACIZOS DE AI_UVrÓN V CAPAS ACUtVEl~S

47

sea la carga, acaba siempre por desmoronarse; lo que tarde en producirse tal disyunción dependerá sencillamente de la intensidad de la carga. Hasta ahora, el primer método no parece haber ofrecido interpretaciones comparables entre sí. En cuan 10 al segundo, se resume en algunos complejos ensayos de laboratorio, difíciles de realizar, El factor tiempo plantea, pues, en toda su magnitud, la determinación de la cohesión de las arcillas. No serta nada sorprendente que la ley de Coulomb fuera inaplicable a los sucios coherentes, pues las verdaderas arcillas se aproximan más a un gel coloidal que a una arena muy poco permeable. Todo esto está casi demostrado con el estudio de capas de lodo o de arcilla blanda sometidas a vibraciones.

Influencia de las vibraciones sobre suelos blandos

Empecemos por el caso, afortunadamente muy raro, de VIbraciones debidas a la explosión de una bomba. Un puente ferroviario sobre el Adda (Italia) sufrió durante la última guerra un descenso de 1,10 m en una de sus pilas al expiolar una bomba contra el suelo, a unos cien metros de distancia, sin que el puente fuera directamente alcanzado (1). Evidentemente se puede explicar el fenómeno por la violencia del choque; pero las vibraciones ordinarias son igualmente peligrosas. Veamos lo que ocurrió en el puente de Moncagllerí sobre el Po en las cercanías de Turín (2). Se trata de un puente en la carretera, de 120 m de longitud, que consta de siete arcos de ladrillo construido hacia 1880. A unos cien metros aguas arriba se encuentra un puente ferroviario. El paso de los trenes se acusa en el puente de la carretera. Ambos tenían sus pilas poco más o menos socavadas, lo que llevó a la construcción de un puente provisional de madera para el ferrocarrtl. , A finales de marzo de 1939, antes de que se acabara este puente provisional, y sin que se produjera ninguna crecida del Po,

(1) Datos proporcionados (2) Datos proporcionados

por G. Rodio. por J. P. Daxelhofer,


48

CE(YrECN1A DEL lNGEN lERO

apareció una fisura de un centímetro de ancho en lino de los arces del puente de la carretera. Se interrumpió la circulación. Pero al día siguiente, al mediodía, durante el paso de un tren, uno de los arcos se derrumbó. Otros cuatro le siguieron, quedando sola, mente en pie dos arcos, Terzaghi nos ha indicado las condiciones de rotura del puente ferroviario de San Stéiano, cerca de Estambul, en la linea del Oriente Exprés. Se trata de un puente metálico de un vano cuyos dos estribos están cimentados sobre unos largos pilotes flotantes en arcilla orgánica blanda. Sus asientos eran imperceptibles; pero hacia 1915, durante el paso de un tren de mercancías, el puente y el tren desaparecieron en el fango. Terzaghi no ha podido conseguir ningún detalle preciso sobre este accidente, Sencillamente cabe imaginar que únicamente un cambio de tipo de vagón, o de velocidad del tren han podido modificar las vibraciones propias de la obra y provocar su ruina. Otro ejemplo a citar es el de un viaducto para el ferrocarril de pequeña altura y de muchos arcos, justificado por el hecho de tener que atravesar una ancha llanura, cuyo subsuelo estaba formado por una gran capa de cieno y de turba y que reposaba entre JO y 15 m de profundidad sobre un buen estrato de arena y grava. Las pilas. cimentadas sobre pilotes verticales, han sido desde siempre objeto de movimientos incontrolados lo bastante importantes para justificar la puesta en obra de cirnbras provisionales para los arcos, desplazándolas según las necesidades. Aunque los terrenos sean totalmente distintos, estos movimientos recuerdan a los de los apoyos del horno de cemento de Pakistán, del que hablaremos

más adelante,

Habiéndose demolido algunos arcos se decidió reemplazarlos por un relleno y estabilizarlos por medio de unos estribos cimentados sobre pilotes inclinados 1/2, destinados a soportar el empuje de los arcos todavía estables (fig. 1). Aunque debiera haberse pensado en que, bajo el peso del relleno, el cieno pudiera fluir y romper los pilotes inclinados, no se realizó ningún estudio geotécnico profundizado. La velocidad de los trenes, que era de 30 krn/h durante las obras, pasó, cuando se acabaron, a 60 km/h y más tarde a 105 km/h. Uno de los estribos se comportó siempre conforme, pero en las proximidades del otro, el relleno empezó a hundirse

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49

MACIZOS DE ,\LUV1ÓN y CAPAS AcufFERAS

Fig. 1·1.- Estudio estabilizador

de un viaducto demolido en parte.

muy sensiblemente desde que los trenes alcanzaron velocidades de 105 km/h. Al disminuir la velocidad a 60 km/h. no cambió la velocidad de asentamiento (fig. 2). El macizo de hormigón, arrastrado hacia abajo por los pilotes excesivamente solicitados a flexión y rotos, se despegó de la pila que debla sostener. Afortunadamente, otras obras estabilizadoras paliaron esta deficiencia. Estos importantes asientos, manifiestamente originados por un cambio en la frecuencia de las vibraciones, presentan la particularidad de ser mucho más rápidos desde el l ," de abril al 1.. de noviembre, que del l.. de noviembre al l." de abril del siguiente año (fig. 3). Se manifiesta pues claramente la influencia de las estaciones totalmente inexplicada, pero que hay que relacionar con el movimiento de las pilas señaladas anteriormente. Este efecto de las vibraciones sobre la resistencia en terrenos coherentes puede provocar también linos movimientos de masa que son más bien corrientes de [ango que deslizamientos. Por ejemplo, en Zug (Suiza), en el borde del lago del mismo nombre, la hincadura de pilotes y el rellenado necesario para la construcción de UD nuevo muelle, provocaron, el 5 de julio de 1887, una corriente de fango de 15.000 ro', que en 3 horas se extendió en el fondo del lago hasta una distancia de 2 km de la orilla (lig. 4) (Icosomef, 1953).

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GEOTECNIA

DEL lNGEN.lERO

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fig. r·2.- Asiento de un relleno en función del logaritmo del tiempo. La línea de trazos es ficticia. Los asientos se aceleraron cuando empezaron a pasar trenes a lOS km por hora.

El subsuelo está constituido por 4 Ó 5 m de relleno, arena y grava y arena fina sobre una ancha capa de limos orgánicos blandos y poco permeables (10" o 10" cm/seg). En el momento del accidente, la capa freárica superaba todas las cotas observadas anteriormente. Se habían ya observado corrimientos en 1435 y en 1593. Igualmente, desde 1887 se prohibió la hincadura de pilotes y se drenaron sistemáticamente las zonas próximas. Sin embargo, las orillas continúan hundiéndose de 0,5 a 7 mm por año, aunque desde entonces no se ha observado ningún nuevo deslizamiento. El deslizamiento de Surte, en el río Gota, cerca de Góteborg (Suecia), es uno de los más extraordinarios que se conocen


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MACIZOS PI! ALUViÓN Y CAPAS AcUíFERAS

(B. Jakobson, 1952). En efecto, alrededor de 4 millones de me, tros cúbicos de tierra se dislocaron en 3 minutos con un frente de 400 m de ancho por 600 de longitud arrastrando treinta casas. Algunas de ellas se desplazaron 150 ni (fig. 5). Lo mas curioso es que antes del movimiento, la pendiente na, rural del terreno era de l/50 en 350 m aguas abajo y de 1/15 en 250 m aguas arriba (fig. 6). El subsuelo está constituido por una gruesa capa de arcilla postglaciar, de cuya vegetación se han hecho estudios del polen y de los forarníníferos. Pero lo más interesante es que, sobre los 15 metros superiores que son al parecer los que se deslizaron, el porcentaje de agua. próximo al limite líquido. era del 50 al 60 %. la cohesión variaba entre 80 y 200 g/cln' y que la sensibilidad oscilaba entre 10 y 100 g/cm' (fig. 6). Conviene señalar que dos o tres días antes de la catástrofe. había aparecido y vuelto a desaparecer una fuente. y que las vi2.' oño ENE

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MACIZOS DE ALUViÓN

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Vigo 1-7. - Deslizamiento de Skottorp, Esquema teórico explicando la formación de crestas. Las zonas' y n deslizan hacia atrás a medida que se produce el avance

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Fíg. 1·8.- Esquema teórico, según los Ferrocarriles suecos, para explica,' la formación de crestas en un deslizamiento circular.

Estos deslizamientos un poco excepcionales, nos llevan a comentar el ocurrido en Hayange, en 1900, debido a la construcción de una escombrera de alfo horno. No se trata exactamente de un deslizamiento en terreno homogéneo, ya que la escombrera reposa sobre los siguientes estratos: algunos decímetros de tierra vegetal. - un metro de limo aproximadamente. - de 2 a 3 metros de arena y gravas. -y una capa de margas azules de espesor superior a 20 m. El inicio del deslizamiento, perfectamente definido, de los taludes de la escombrera. así como todas las características mecánicas de las margas, permiten trazar un círculo de deslizamiento muy lógico. Sin embargo, las excavaciones obligatorias para la ejecución de las obras que condujeron a este estudio del deslizamiento, mostraron de una manera evidente que las capas de limo, de arena y gravas y unos pocos metros de la capa de marga estaban marcadamente ondulados en el punto del deslizamiento (fig. 9).


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MACIZOS DE ALUVIÓN \' C,\PAS AcuífERAS

57

La superficie del terreno estaba allanada debido al cultivo de los jardines del pie de la escombrera. Estas observaciones hacen pensar que no hubo nunca un deslizarniento profundo, sino slmplemente unas ondulaciones de las capas superficiales, limo, arena y gravas y parte alta del macizo de marga. Teniendo estas margas, en profundidad, una resistencia a la compresión srrnple de aproximadamente S kg/cm', frente a 2 kg/cm' en su parte alta, no es de extrañar que su parte superior se moviera produciendo en la escombrera una fisura muy característica en los deslizamientos profundos.

Fluencia de las capas blandas Para terminar con los macizos coherentes, dejemos los deslizamientos y veamos la influencia que puede tener una capa blanda en el comportamiento de los pilotes. El ejemplo escogido se refiere a la cimentación de una grúapórtico. El subsuelo está constituido esquemáticamente por algunos metros de relleno, y otros de limo arcilloso sobre una base resistente. Los raíles de la grúa-pórtico se cimentaron sobre pilotes empotrados en la capa resistente. Poco tiempo después de ponerla en servicio aparecieron graves faJlos: desplazamientos horizontales y asentamiento de los ralles. Sencillamente se habia olvidado que la grúa-pórtico había sido destinada a desplazar piezas metálicas colocadas entre sus raíles, de modo que se produjeron sobrecargas en el terreno, del orden de 20 Ó 30 t/m'. Bajo el efecto de esta elevada carga, la capa de limos [luyó lateralmente imponiendo a los pilotes unos rnornentos flecha tales, que produjeron su rotura. Este tipo de Iluencia es bien conocido. Ha sido estudiado por Prandtl, pero las fórmulas que da no permiten evaluar los esfuerzos horizontales correspondientes. Este fenómeno sólo puede evitarse con suma prudencia, aunque a veces parezca excesiva. Parece que algunos ensayos de laboratorio, relativamente sencillos de realizar, deberían precisar este fenómeno, mucho más frecuente de lo que se imagina, y que se trata de evitar con cimentaciones abusivas.

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58

GEOTECNIA

OEL

LNGENIERO

MACIZOS HOMOGENEOS DE ARENA FINA Estructura y toma de muestras

Las arenas y gravas constituyen raramente macizos hornogéneos. pero no ocurre lo mismo con las arenas finas. A menudo, esta homogeneidad viene acompañada por materiales sueltos, que pueden complicar el problema más que si el macizo fuera heterogéneo. Es así cómo en Gonfreville, cerca de Havre, unas muestras inalteradas de arena fina (fig. lO), tornadas con un aparato de paredes delgadas. han dado en el ensayo triaxial un ángulo de rozamiento interno comprendido entre 48° y 52° según los casos. Unos pilotes dc unos 10 m, hincados en las proximidades, punzonaban el suelo para una sobrecarga de 20 toneladas y en el lugar donde se tomaban las muestras, un pilote perforado de 560 mm de diámetro y de 15 m de longitud punzonó el suelo para una carga aproximada de lOO toneladas. Los resultados del laboratorio eran, pues, manifiestamente erróneos. Unas medidas "in situ» han mostrado que el peso específico del suelo oscilaba alrededor de 1,06 t/m), mientras que el de las

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MACIZOS DE ALUVIÓN y CAPAS ACUíFERAS

muestras inalteradas variaba de 1,6 a 1,7 t/m!, con un valor lletamente superior en la parte alta de la muestra al de la parte baja. Su ángulo de rozamiento interno era en realidad de 24°. Es probable que las vibraciones producidas por la hincadura del aparato especial de sondeo (80 mm), así como la compactación del suelo, consecutiva a la introducción del aparato, a pesar de tener las paredes delgadas (2 mm) provocaron este aumento del peso específico y en consecuencia del ángulo de rozarnienro interno (H. Carnbefort, 1957). Por tanto, no es suficiente con obtener muestras aparenternente inalteradas, aunque se hayan tomado con sumo cuidado, para que sean representativas.

Influencia de la circulación del agua

Algunos depósitos de estructura suelta, como por ejemplo los loess, presentan otra característica, cuando no están por debajo de la capa frcática. Mientras asientan, de una manera que se pueda calificar como normal bajo las cargas aplicadas, una infiltración de agua en el terreno produce asientos suplementarios bruscos que sobrepasan a los que se producen sin infiltración para cargas de 10 a 15 veces superior. Estos asientos cesan cuando existe circulación de agua (fig. JI). Tiempo 81'1hora.

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MACIZOS DE ALUVIÓN

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CAPAS ACU(I'ERAS

67

Algunas veces se puede observar fácilmente en estratos de gravas gruesas un depósito de arcilla entre los granos (fig. 2 t). Nos encontramos en presencia de un fenómeno muy parecido a aquel que habíamos visto a propósito de los loess y de los limos. Es posible que este agregado de granos exista también en las capas de fina granulometria, alternando con las gravas, pero esto es difícil de observar. Esta estructura permite comprender por qué algunos taludes permanecen estables a pesar de su fuerte pendiente y del grosor de los granos en algunas de sus capas (fig. 22).

Cohesión capilar A menudo no hay señales aparentes

de arcilla y sin embargo los taludes poseen una pendiente muy fuerte. Incluso a veces, se pueden cortar verticalmente (figs. 23 a 26). Una sobrecarga encima, por ejemplo, de una pala excavadora, no produce ninguna rotura. Este fenómeno casi inverosimil se puede explicar por la presencia de coloides o por la cohesión capilar. Una fina película de agua que rodee los granos basta, en efecto, para añadir' al rozamiento interno del macizo una cohesión nada despreciable. Para cifrarla hemos hecho, como los niños, flanes de arena, Su rcsis-

Fig. 1·21.- Gravas gruesas agregadas por un pequeño depósito de arcilla en Su J,unto de contacto.

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GEOTECNL¡\

DEL

INGENLERO

POI-otra parle, las limitaciones de estas teorías se hacen patcntes en el estudio de la estabilidad de las paredes verticales cortadas en el barro, en! arena)' gravas sumergidas, siempre que se quieran realizar muros de hormigón moldeado en el terreno. Hay que reconocer que el talud está siempre en contacto con un cieno arcilloso, pero la densidad de éste, comprendida entre 1.05 y 1.10 aproximadamente, no lo explica todo. Por tanto, estamos obligados a pensar que estos macizos no se comportan en absoluto como medios pulverulentos, y que todavía son necesarios muchos estudios en laboratorio para Ilegal- a conocerlos. Corrientes de agua

Las corrientes de agua subterránea en un macizo heterogéneo no discurren uniformemente en toda su masa. El agua se desliza preferentemente en los estratos de grano grueso que son mucho más permeables que los otros. Con frecuencia, estos pasadizos privilegiados son fácilmente reconocibles por la coloración de sus elementos. Un color negro corresponde a un depósito de óxido de manganeso, mientras que un color amarillo corresponderá a óxidos de hierro (fig, 29).

Fig. {·29.- Pasadizo privilegiado coloreado naturalmentes

de negro (óxldo

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G80TECNL\

DEL lNGENtERO

El cálculo del caudal de agotamiento de las excavaciones en las exclusas de las CCI1/ rafes del Rin constituyen un buen ejernplo. Estas excavaciones tienen aproximadamente 180 X 75 In en planta y 15 m de profundidad con un terreno de aluvión de 200 m de espesor, coincidiendo la capa freárica prácticamente COII la superficie del terreno.

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unos bombeos en pozos filtrantes con numerosos piezómetros, cuyas tornas de presión se encontraban a diferentes niveles. La interpretación de estos ensayos, a partir de la teorta de los potenciales, permitió determinar las permeabilidades horizontales y verticales necesarias para hallar el medio homogéneo anisótropo equivalente. Estos resultados se precisaron mediante el agotamiento de una excavación de ensayo de grandes dimensiones (fig. 32), Y así se evaluó el caudal de agotamiento de la excavación en unos 6 In3/s{'g. Por suerte o desgracia éste no alcanzó ni siquiera los 3 ml/seg (fig. 33). Esta diferencia atrajo la atención sobre el peligro que se COITe al asimilar cualquier filtración en un macizo heterogéneo a una filtración equivalente en un medio homogéneo anisótropo. Desde en ronces siguen aportándose colaboraciones a este problema (Cambefort, Geber, Vu Duong Tuyen, 1963). Pero entonces nadie discutió la validez de la hipótesis adoptada, pues no se dio gran importancia a las dos anomalías, posteriores a los ensayos:





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de los aluviones.

Estos resultados aparentemente contradictorios se pueden explicar si suponernos la existencia de un macizo heterogéneo, cuyos 20 m superiores tienen una permeabilidad media del orden de JO'}rn/seg, mientras que en su parte profunda alcanza una permeabilidad media del orden de 5. lO'}m/seg, y está surcado por pasadizos poco anchos con permeabilidad de 1003 rn/seg. Con tal hipótesis, los rastrillos profundos son inútiles. Esta fue la solución que se adoptó (fig. 37). El caudal de agotamiento de la excavación no rebasó los 60 l/seg, y las observaciones hechas durante la perforación mostraron que la casi totalidad de este caudal provenía de la capa freatíca que empapa las orillas rocosas. En definitiva, esta heterogeneidad de los macizos aluviales, que a primera vista desconcierta es, en general, muy favorable para las obras, pero hay que saberla precisar para poder considerarla a pesar de la ausencia de fórmulas correspondientes. Es aquí donde vernos que la geotecnia será siempre un arte.

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84

GEOl'ECNIA

DEl. INGENIERO

las presiones. En este caso particular. los niveles del pozo podían variar en 10 cm, valor nada despreciable.

Influencia de la heterogeneidad

del macizo

Cuando los aluviones son claramente heterogéneos. aparecen otros fenómenos. Para ponerlos de manifiesto. basta descender un rnicromolinete en un piezómetro filtrante, en toda su longitud. Entonces se observa casi siempre una filtración en el tubo que, según las circunstancias. va de arriba abajo o viceversa (fig. 40). Algunas veces esta Jiltración es más compleja. Desciende en las partes superior e inferior, para subir en la parte media (fig. 41). FLUJO ASCENDENTE

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GEOTECNIA

DEI. INGENIERO

nivel de la capa acuífera en la vertical de las angosturas, y un descenso en la de los ensanchamientos. Cuando el río está por encima de la capa, le cede agua, mientras que si está por debajo, la drena. Así se establece una tendencia al equilibrio, pero sin que conduzca a una identidad de niveles. La forma de filtración de realimentación por el río o, si se prefiere, la constancia de su caudal por unidad de longitud, explica por qué un bombeo en una orilla rebaja la capa de la otra en un caudal no excesivo, y esto casi independientemente de los niveles río-capa acuífera, siempre y cuando evidentemente la excavación o el pozo sean bastante profundos y el subsuelo sea homogéneo en una altura superior a la de la excavación (fig, 44). Veamos algunos ejemplos que ilustran estos fenómenos: En Serre POH9011 algunos pozos filtrantes (fig. 31), equipados con bombas de 20 m'/h, han permitido rebajar la capa acuífera en unos 3 m, en las proximidades inmediatas al Durance, El ensayo que se organizó casi únicamente para saber si era posible, resultó. pues, concluyente. También en Serre-Poncon, el Serre de Monge, actualmente recubierto por la presa, provoca un estrechamiento considerable _ ______

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Fig, 1-44.- Efectos provocados por bombeos de agotamiento realizados en una excavación en un terreno homogéneo próximo a un río. Antes del bombeo la capa acuífera se mueve en la misma dirección que el rio.





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CEOTECNIA DEL INCl!NIERO

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Fig. 11·49.- Pilote inyectado extraído. Obsérvense Ias fisuras

radiales artificiales.

caudal de alimentación de la capa freática producen idéntico resultado. Cuando aparece agua salobre, sólo se puede eliminar si se reduce el caudal de captación: el caudal extraído será igual al de la capa acuífera, a no ser que se pretenda desecado completa-

mente,

CONCLUSIONES

Estas curiosidades, que por otra parte no lo son en el sentido más literal, provienen de la ignorancia. Poco a poco desaparecerán para dejar sitio a otras; mientras, debemos aceptarlo. No es posible ninguna receta, pues lo más peligroso es pensar que las fórmulas conocidas lo resuelven todo. Estas fórmulas, en efecto, provienen de algunos ensayos sobre suelos reconstruidos o de teorias matemáticas generalmente complicadas, pero establecidas a partir de hipótesis simples que rara vez son respetadas por la Naturaleza. Hay que intentar prever el cariz del posible fenómeno: forma de una filtración o de una superficie de rotura, por ejemplo, de manera que se pueda elegir, entre todo el bagaje de fórmulas, la más idónea, aunque sólo sea aproximativa. La aproximación se

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CAP1TULO 11

Cimentaciones profundas PILOTES. MUROS. CAJONES

INTRODUCCION

De manera bastante general. las cimentaciones profundas se utilizan para perforar terrenos de mala calidad. arcillas blandas o cienos, a fin de transmitir las cargas a una capa más dura que, por otra parte, rara vez es rocosa. Esta aplicación es tan evidente que el hombre prehistórico hacía ya sus cimentaciones sobre un emparrillado de pilotes guiado únicamente por la experiencia. Los diferentes tipos de ci.mentaciones actuales, pilotes, pozos, pantalla de pilotes o cajones se precisan en la tabla l l-I. Los pozos y los pilotes apenas se distinguen. Todo lo que cabe decir es que un pozo es un pilote de gran díárrretro. Esta denornínación de pozo proviene probablemente de que, en otro tiempo, se realizaban cimentaciones haciendo pozos a mano y llenándolos posteriormente de hormigón, Actualmente estos pozos se perforan con máquinas que permiten también realizar pilotajes ordínarios. Así, pues, un pozo no es otra cosa que un pilote de 1 a 2 m de diámetro. Existen dos tipos de pilotes: el pilote hincado y el moldeado.

Pilotes hincados El pilote hincado es un simple poste de madera o de hormigon que se hunde en el terreno mediante un martinete. Su diámetro es por lo general, inferior a 50 cm, ya que más allá, la energía ern-

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CI,11ENTACIONES

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Fig. 11,2.- Base técnica de ejecución de un pilote Simplex, Punta perdida.

Pilotes de tubo hincado Estos pilotes se construyen hundiendo en el terreno, mediante hincadura, un tubo cerrado en su base y llenándolo de hormigón al tiempo que se extrae. Es indispensable un martinete igual a los que se urilízan para la hincadura de pilotes prefabricados. La diferencia esencial en la ejecución de estos pilotes proviene del sistema empleado para obturar la base del tubo. El método más sencillo consiste en instalar una pieza cónica que se queda en el terreno cuando se extrae el tubo durante la ejecución del hormigonado (fig, 11·2), Es el pilote simplex, La Sociedad Franki ha puesto a punto un método rnucho más elegante, Consiste en colocar en la base del tubo un

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CIMENTACIONES

PROFUNDAS

JOS

movimiento compuesto (lig. 11-7).Esto quiere decir que, a medida que la columna se hunde, se la somete a un movimiento de rotación alternativa. Estas máquinas no son indicadas para profundidades superiores a los 30 m.

Fig. 1[·7. - Máquina E.D.F. Bcnoto.

Otras máquinas hacen intervenir las vibraciones, ya sean únicamente rotativas, como la Hochstrasser, o bien de rotación y traslación (aparato Berthet-Devaux, lig. Ir-8), pero estas máquinas no han precisado por completo su campo de aplicación. En los suelos coherentes son convenientes la cuchara de mandíbulas y el trépano (figs. 11-9y 11-10),que no es más que un sacacorchos que se atornilla en el suelo, y que, al ir penetrando, extrae terreno. Si el suelo se desmorona, como ocurre en las arenas y gravas, es necesario entubar. Pierde, entonces, la mayor parte de su interés.




CIMENTACIONES PllOrUNO¡\S

109

Pantalla de pilotes o pilotes adyacentes Pilotes secantes. Muros continuos de pilotes

La unión de pilotes moldeados permite confeccionar verdaderos muros. En general. se utilizan pilotes perforados. Los pilotes pueden ser tangentes, o ligeramente secantes. En el último caso se empieza por emplazar un pilote sí y otro no; por ejemplo, los pilotes impares, separándolos poco menos de dos diámetros. Los pilotes pares, mordiendo ligeramente sobre sus vecinos, deben ser obligatoriamente pilotes perforados, ejecutados antes que el hormigón de los pilotes impares esté demasiado duro (figs. 11-13y 11-14). Es preferible no armar más que los pilotes pares, mientras sí pueden armarse todos los pilotes tangentes. Con una génesis muy simple, estas pantallas de pilotes son de realización delicada, aunque sólo sea como consecuencia de las desviaciones en las perforaciones. De una manera general, se puede estimar que más allá de 10 ó 15 m de profundidad, la ejecución de estas pantallas constituye una acrobacia no siempre coronada pOI- el éxito. razón por la cuaJ los I/luros continuos han adquirido gran auge. Con ellos se puede descender fácilmente a 60 m y se podría llegar, sin ninguna duda, a mayores profundidades si fuera necesario (figs. 11-15 y 11-16).

Fig. 11·13.- Impermeabilización de un pozo de 8.50 m ejecutado con pilotes secantes de 56 cm.

de diámetro




CIMENTACJON"ES

113

PROFUr-U)I\S

moronarnientos o imposibilitar la ejecución. Como en los pilotes secantes, se empieza por los paneles impares. Los paneles pares se ejecutan después del endurecimiento del hormigón (fig. Tl-l S).

La ejecución positiva de las juntas entre paneles plantea el problema dc sus conjunciones, pero su descripción se saldrá del tema que nos ocupa. Para terminar esta visión general sobre los muros continuos, señalemos que ninguna teoría conocida permite explicar por qué la calicata llena de lodo permanece abierta incluso si se encuentra a nivel de un edilicio. Como en el cálculo de la fuerza especílica de los pilotes perforados, de nuevo nos encontramos ante la incapacidad de la mecánica de suelos.

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Fig. 1[·19.- Puente colgante de Burdeos. Cimentación de la pila estribo r. sobre cajones en muros moldeados descendidos hasta 37 m de profundidad.

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CIMENTACIONES

PROFUNDAS

117

lIas demasiado pequeñas, pues, de lo contrario, el hormigón pasa con dificultad. Para indicar unas cifras fáciles de recordar, digamos que una malla con hueco libre de JO X JO cm ya está en un límite extremo, por debajo del cual no se puede pasar en ningún caso. Incluso con ella se corre el riesgo de cometer graves fallos. Este resultado, proporcionado por la experiencia, no guarda relación con las normas habituales en el hormigonado de supraestructuras. Se impone, en general, un aumento del diámetro de las armaduras longitudinales, a medida que la anchura de los pilotes aumenta. Y como veremos a continuación, el hormigonado de los pilotes es también completamente distinto del de las supraestructuras.

Cuando los pilotes solamente soportan cargas axiales, la armadura es totalmente inútil. El diámetro real del pilote no se conoce con precisión después del hormigonado: por tanto, es verdaderamente superfluo querer añadir un porcentaje suplementario a la sección teórica poniendo a.rmaduras. Se puede incluso afirmar que, en este caso, las armaduras son un estorbo. En efecto, el zunchado en espiral responde muy raras veces a las condiciones necesarias para que las armaduras no pandeen. Queriendo pues aumentar la seguridad se prevé un elemento que empieza por disgregar al hormigón, es decir, el material que debe resistir- las compresiones. Para estos pilotes sometidos a compresión pura se dispone, en general, de algunas armaduras de ligazón, embutidas en el hormigón una vez acabado el pilote. Estas armaduras son ampliamente suficientes para asegurar la ligazón pilote-riostra. Cuando el pilote tiene que resistir momentos flccrores, es obligado armarlo. Pero este caso sólo debe producirse para pilotes de diámetro superior a un metro aprcximadamente. Por debajo de esta anchura es mejor hacer un estudio estático y prever pilotes inclinados. De todas formas, cuando los pilotes, incluso los de pequeño diámetro, atraviesan capas blandas susceptibles de fluir bajo la acción de las cargas que soportan, es necesario prever una armadura, aunque sólo sea para mantener en contacto las r-ebanadas originadas por una flecha excesiva del pilote. Los momentos ílecrores ejercidos en la cabeza del pilote se hacen prácticamente nulos hacia los 5 Ó 7 m de profundidad, debido a las reacciones horizontales del terreno. pero es difícil, en la prác-





CIMENTACIONES

121

PROFUNOAS

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Fig, TI·25.- Horrnigonado

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fig. 11·26. - Esquema demostrativo de la disposición del hormigón cado mediante tubo de inyección.

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El barrido provocado por el hormigón que fluye por la base del tubo de inyección es JDUyimportante (J. Baudelaíre - A Boulloche, 1947), pues completa realmente la limpieza del fondo de la perforación y evita que el pilote se horrnigonc sobre un colchón

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CL\lENTACtONES PROFU!\'llAS

125

ELECCION DEL TIPO DE CIMENTACION Muros y cajones

Si no tenemos en cuenta las pantallas estancas de las ataguías (figs. 11·21 y 11-27), los muros dcsrinados a mantener los taludes de las excavaciones (fig. 11-28) y los casos en que se busca ante todo un efecto masa (figs 11-29 y 11-22) se pueden siempre evitar los cajones y poner pilotes. En general, son determinantes las condiciones económicas, los retrasos o dificultades de ejecución y muy a menudo la preferencia del proyectista por uno u otro sistema. De todas formas, no debemos olvidar que un cajón se inclina fácilmente mientras se emplaza, que es difícil de enderezar y que una crecida durante la hincadura puede arrastrarlo hacia abajo a causa de las erosiones que provoca. En suelos muy permeables puede ser necesario rebajar la capa acuífera o utilizar aire comprimido. Su profundidad queda entonces limitada, ya que bajo

Fig. 11·27.- Ataguía para In toma de agua de la central de Porcheville. (D 28 m, e 0,60 m, ,. 18 m).

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CJMENTACIONl,S TABLA

11-3. - COlll.paraciólI entre pilotes

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PROFUNDAS

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Mas allá de 20 m con empalmes

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ROturas durante la hinca Imposibilidad de atravesar bloques

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cualquiera

Defectos de horrnigonado

Vibraciones

Esta distinción, esencial en el cálculo de los pilotes perforados. no concierne de ningún modo a los pilotes hincados, cuya fuerza específica se evalúa a partir del rechazo; es decir, del hundimiento que provoca cada golpe de martillo. Empezaremos por éstos.

Fórmulas de hincadura

Los ensayos de Cummings (fig. U-31) muestran claramente que el rechazo e del pilote medible, después de un golpe de martillo, no constituye sino parte de la cantidad e + e, que se hincó el pilote por acción del golpe; el corresponde a pérdidas de energía, debidas a deformaciones del terreno y del pilote. Cuando se calculan, se supone que no hay rozamiento lateral ni deforrnacio-





CIMENTACIONES

PROFUNDAS

133

rnárica. Pero lo más curioso es que los grandes ensayos de lraba parecen venir casi a confirmarla. De todos modos, la teoria actual supone que la carga de puno zonamiento de un pilote es igual a la suma del rozamiento lateral y de la carga de punzonamíento en punta. Efectivamente parece que así es para los terrenos únicamente coherentes, cuya cohesión se obtiene por los ensayos de cizallarniento rápidos sin consolidación. El rozamiento lateral unitario es en lances igual a la cohesión del terreno, y la presión de punzonarníento en punta igual a 10 veces aquélla aproximadamente. Pero al abordar los suelos pulverulentos, estos principios conducen a unos esfuerzos tan elevados que se subvalora sistemáticamente el ángulo de rozamiento interno y no se duda en emplear, además, unos coeíicientes de seguridad comprendidos entre 3 y 4. Este método de cálculo está basado en resultados de ensayos sobre modelos reducidos de pilotes que, como los de Iraba, sólo se aplican a los pilotes hincados (A. Caqua! y J. Kerisel, 1956). En el fondo, se trata de ensayos de penetrómetros. Lo más curioso es que las fórmulas asi obtenidas son perfectamente convenientes para el cálculo de los pilotes perforados, los cuales no poneo el terreno en equilibrio superior, contrariamente a los pilotes hin' cados. Conviene, pues, examinar el caso de cerca. Además, ninguna de estas fórmulas relaciona los esfuerzos con las deformaciones. As!' cuando un capataz impone a priori un asiento máximo para un pilote, sencillamente ignora que son los asientos diferenciales lo que importa, y que nadie sabe calcularlos.

Medidas sobre pilotes reales

Cuando se observa qué pasa con un pijote, de una entrega dada, cargado progresivamente, se constata que el pilote, al asentarse, se fusiona al terreno (fig. 11·33). La unión pilote-terreno es excelente y el asiento del pilote no proviene sino de la deformación del terreno, que aumenta con la carga aplicada, si bien llega un momento en que la unión se rompe. El rozamiento lateral aparece en los suelos pulverulentos, mientras que en Jos suelos plásticos se alcanza el valor de la cohesión. Los esfuerzos laterales se hacen constantes (Iig, 11-34) (H. Cambefort, 1964).





CIMENT,\CION"ES

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Fig. 11·37,- Esfuerzos en el pilote 2 de Dunkerque en función de la profundidad (primer ciclo de carga). (100 kg/crn! en el hormigón).

Así no es de extrañar que se haya podido suprimir la reacción en punta en un pilote de 1 ID de diámetro y 7,50 m de entrega útil (de JO a 13 m en las arenas y grao vas y de 13 a 17,50 en las margas) sin modificar demasiado su comportamiento (fig. 11-39). A partir de estas observaciones es teóricamente posible trazar

la curva de hundimiento de UII pilote elt función de las cargas aplicadas, cuando se conocen estas curvas para el esfuerzo en punta y para el rozamiento

lateral (fig. 11-40). Según el comportamiento





CIMENTACIONES

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PROFUNDAS

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Fig. 1141.- Ejemplo de hundimiento bajo carga constante P en función de log (1

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aproximadamente igual a 2,5 Re para una carga superficial y a 5 Ro para un empotramiento del pilote en una longitud de dos diámetros aproximadamente. Si la resistencia de la roca es insuficiente para permitir al hormigón trabajar a una tensión admisible normal, hay que empotrar más el pilote para que se produzca un rozamiento lateral. Por otra parte, así es corno se opera cuando, en lugar de roca, hay arena, gravas o arcilla compacta. Si el macizo rocoso está fuertemente fisurado, puede ser conveniente inyectar en la proximidad inmediata de la punta. En definitiva y dejando aparte los pilotes-columna, los demás resisten casi únicamente por rozamiento lateral. El ensancha"'-'¡etlIO de la punta no tiene otra misión que el aumentar una reacción de poca importancia y cuando esto es posible, es más eficaz, sin lugar a dudas, gastar el mismo dinero en alargar el pilole. En general, un alargamiento igual a 2 o 3 diámetros da un

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ClMENTAClONES

PROFUNDAS

145

El Standard Penetration Test al no estar perfectamente normalizado, deja mucha libertad al operador. Así, según el procedímiento utilizado, los resultados no siempre coinciden (fig. 11-44). Parece existir una correlación entre el número de golpes y el peso específico o incluso con el ángulo de rozamiento interno, en los terrenos pulverulentos. Como no todos los autores están de acuerdo para análogas condiciones, se puede pensar que esta correlación depende de la naturaleza del terreno. Por esto hay que ser muy prudente en el empleo de tablas o ábacos relativos a este ensayo y no considerarlo sino como un medio sencillo de simplificar un problema. El presiámetro es el único ensayo en mecánica de suelos cuya interpretación asocia presiones y deformaciones. Por esta razón, la interpretación no es fácil y está más basada en la experiencia que en la teoría, pero debería permitir, como POI- otra parte ha intentado Cassan (1966), calcular la curva de hundimientos en función de las cargas. Los penetrámetros han ofrecido grandes esperanzas, pues no son más que pijotes en modelo reducido. Desgraciadamente todavía no se ha aprendido a interpretar correctamente los resultados que dan. Se han realizado unos ensayos en {raba con penetrómetros cuyo diámetro varía de 45 a 320 mm (Y. Tcheng, 1966). Los resultados obtenidos son muy interesantes, sobre todo, la constancia a partir de una cierta profundidad de la tensión en punta y del rozamiento lateral unitario (fig. 11-45), pero, sin embargo, no han llevado a ninguna solución práctica. A. Zelikson (1967) ha demostrado que la fuerza necesaria para hundir un penetrómetro desde la superficie del terreno hasta la profundidad Z era superior a la necesaria para hincar hasta Z el mismo penetrórneiro, cuya punta estaba inicialmente a una cierta profundidad por debajo de la superficie' del terreno. Este resultado se observa claramente en la figura 11-45, donde los penetrórnetros moldeados son menos resistentes en punta que los otros. Pero esto no nos da la clave de la interpretación.

Fuerza especifica de los pilotes perforados en barro Ejecutar un pilote llenando de hormigón una perforación realizada en barro constituye un verdadero reto. En efecto, la perfo-





CIMENTACIONES

149

PllOFUNDAS

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Fig. Il48. - Esfuerzos en punta de los pilotes antes y después de la inyección del terreno.

Posteriormente se ha realizado un ensayo comparativo entre dos pilotes de 560 mm de diámetro nominal. con una distancia entre ejes de 1,20 In (fig, 11-46). Uno de ellos ha sido perforado normalmente, descendiendo una columna provisional hasta la punta, e incluso un poco más abajo. a causa de las subidas de arena fina que se producían a este nivel. El otro, descendido hasta la misma profundidad, se realizó en barro, estando sostenida la entrada del agujero, que era igual al anterior, por un entubado superficial. Este agujero perforado con trépano especial tenia pues teóricamente un diámetro ligeramente inferior al precedente (R. Chao deisson,

1961).

Los ciclos de carga y de descarga de los pilotes son idénticos, pero en el primero hay un asiento inicial relativamente importante del pilote entubado (fig, 11-47). Esto proviene de unas subidas de arena observadas al perforar este pilote, subida que han necesitado una hincadura suplementaria de la columna de, aproximadamente, un metro. Seguidamente se inyectó la zona de la base de ambos pilotes y después recomenzaron los ensayos (fig, 1148). Esta inyección tuvo un efecto muy claro sobre el pilote entubado y práctica-





CIMENTACIONES

PROFUNDAS

153

zar un máximo de cerca de 50 l al cabo de tres meses. Este máximo correspondería con bastante exactitud al producto de la superficie lateral del fuste por la cohesión del cieno. Este esfuerzo, evidentemente, tiene que ser sumado a las sobrecargas aplicadas ulteriormente sobre el pilote. Se dice entonces que hay rozanlienio negativo. No se puede hacer nada en contra, COIUO no sea aumentar el diárnet ro del pilote a fin de reducir la irnporrancia del perfrnetro en relación a su sección o, incluso, lubricar la superficie lateral del pilote, lo cual exige pilotes perforados. Este rozamiento negativo puede producirse en los limos o en los loess muy sueltos, situados por encima de la capa acuífera, cuando se encuentran en el centro de una circulación de agua accidental (fuga de un conducto, por ejemplo). Esta infiltración destruye la estructura del terreno que asienta, al sobrecargar el pilote (cf, cap. primero). Con pilotes inclinados, el asiento vertical del terreno sencillamente los rompe.

Fuerzas horizontales Cuando el pilote está sometido en cabeza a una fuerza herízonral H (fig, 11-52), no puede resistirla sino por la aparición inmediata de una reacción R en el terreno. Aparecen entonces unos momentos flectores en el pilote, que se pueden evaluar gradas a la teoría de las vigas sobre apoyos elásticos. Si se trata de un pilote de pequeño diámetro, por ejemplo, menor de 50 cm, su resistencia a la flexión también es pequeña y las fuerzas H no pueden ser muy grandes. Por tanto, para poder resistir esfuerzos horizontales importantes, sólo pueden armarse los pilotes de gran diámetro. COIlIOgeneralmente las fuerzas verticales y horizontales van asociadas, estos enormes pilotes trabajan en flexión compuesta. Con pilotes pequeños, susceptibles únicamente de soportar esfuerzos según la dirección de su eje, es preciso combinar pilotes verticales y pilotes inclinados. Más adelante veremos las bases del método de cálculo. Esta reacción R del suelo impide lodo pandeo de los pilotes, incluso de los muy esbeltos, pues aumenta más o menos proporcionalmente con el desplazamiento horizontal del pilote. Este fenómeno es el que permite a los artesanos de Toledo probar la ca-





CiMENTACIONES

PROFUNDAS

L57

pado sometido a un momenro. Se comprende en seguida que, si todos los pilotes concurren en el punto O, la cimentación no podrá resistir a ningún momento, lo que es preciso evitar, pues la posición de la fuerza ejercida sobre la cimentación nunca se conoce con precisión. Para verificar el cálculo, basta hacer la descompostcíón de las Fuerzas que solicitan la cimentación, en relación al punto O, descomponer la resultante general según H y V y sumar los esfuerzos producidos en los pilotes por estas dos componentes y por el momento.

Los tanteos se prolongan a veces, en particular, cuando un aumento del número de pilotes disminuye su compresión y aumentan las tracciones eventuales. Entonces, es preciso modificar la inclinación de los pilotes, el número de éstos y aumentar su distancia mutua. Cuando los pilotes son capaces de resistir a momentos [lectores no despreciables, conviene cambiar este método por el de la viga sobre apoyos elásticos. Por desgracia aún no sabe hacerse de forma sencilla y precisa. Si los esfuerzos horizontales son relativamente poco irnportantes. la reacción de las tierras sobre los muros subterráneos o sobre la parte enterrada de las riostras que unen los pilotes puede ser suficiente. Entonces bastan unos pilores verticales, corno lo prueban muchas cimentaciones.

FALLOS. RIESGOS

Los fallos son el terror de un técnico en pilotes digno de este nombre. Para comprenderlo basta con considerar las figuras 11·56 a 11·89 sacadas de la literatura técnica y de relaciones hechas pOI· expertos en la materia. Algunas parecen inverosímiles, pero son muy reales. Hemos visto que las resistencias al aplastamiento medidas en cubos o cilindros, si el horrnigonado está mal hecho, no significa nada. Por otra parte, ocurre con frecuencia que las probetas de ensayo, aun realizadas con más esmero que el pilote, no SOI1 muy representativas. Estos fallos pueden ser debidos a las causas siguientes:

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CIMI3NT¡\CIO¡';ES

169

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Fig. 11·85.- Trozo de barro envuelto por hormigón en la vertical de una junta.

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174

CEOTECNTt\ DEL INCENIERO

Fig. If l-I. - Presa de Chaudanne. Disposición en planta de las perforaciones de inyección para la confección de la pantalla estanca. (Doc. Solétanche),

Francia. La disposición de las perforaciones, que es muy variable, depende de la orientación de las fisuras de la roca y de las posibilidades de disposición en planta. En los aluviones, las perforaciones son generalmente verticales y, salvo rara excepción, las pantallas estancas comportan como mínimo dos líneas de perforaciones paralelas. En SerrePoncon, en el Durance, la parte superior de la zona inyectada (fig. 2) necesitó doce líneas para que la infiltración a través de Verdón,

CORTE TIPO

IMPLANTACIÓN

Nucleo in>¡J,.,m".O,i.

LEYENDA

TIPO

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Fill. fll·2. - Presa de Serrc-Poncon. Corte v disposición en planta típicos de-las perforaciones necesarias para la ejecución de una pantalla estanca. (Doc. E.D.F.·Solétanche).

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J78

CEOTl:CNJA

DEL INGENIEllO

tienen formas muy complejas y con tamaños muy variables. No puede emplearse la misma lechada en uno u otro caso. Esta diferencia en la forma de los huecos hace que la inyección en aluviones sea totalmente distinta que en las rocas lisuradas. Económicamente, se resolvió antes el problema de la inyección en rocas fisuradas que en macizos aluviales.

Perforaciones Las perforaciones en roca, como se hacen al descubierto, permiren poner en obra unos obturadores a fin de limitar la inyección a unas zonas de 3 a 5 m de longitud. Inyectar la perforación en toda su longitud a la vez es una mala operación, ya que no se puede adaptar la composición de la lechada a la dimensión de las fisuras; ésta viene indicada por un ensayo preliminar con agua. Así, se puede inyectar en el sentido de la perforación o bien en el inverso (fig, 7).

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Fig. 111·7.-

Principio de ejecución de inyecciones en roca: en el sentido de la perforación y subiendo.

En el primer caso se puede, en rigor, disponer siempre el obturador en la cabeza de la perforación, ya que sólo la última zona perforada no ha sido inyectada. Pero la inyección inversa sólo se puede verificar si la roca no está demasiado fisurada , de lo contrario, el obturador se sitúa en corto circuito debido a la lechada y cementado en la perforación.








185

l:O
También gracias a estas lechadas se pueden «cementar» fácilmente los bloques desprendidos que hay que excavar. Así fueron tratados varios hundimientos de viejos túneles en Francia (figuras 13 y 14).

Fig. 111-14.- Materiales

desmoronados

inyectados.

Las arcillas tratadas constituyen lechadas de transición entre las estables y los productos químicos, cuando el tratamiento asegura la defloculación de las arcillas (en cuyo caso la composición de la lechada debe estar patentada). Así por ejemplo en la bentonita, cuyos granos mayores sólo tienen algunas micras. son comparables a las pequeñas gotitas de las finas emulsiones de betún. Las lechadas presentan, en su estado final, una rigidez muy pequeña, pero suficiente, cosa que no ocurre en el betún. Si la delloculación no queda asegurada, estas arcillas tratadas se hallan más cerca de las lechadas arcilla-cemento que de los productos químicos. En cuanto a los productos quimicos no hablaremos de los productos hidrocarbonados que raramente se utilizan. Por el contrario, los geles obtenidos a partir de un silicato de sodio y de un reactivo son, desde hace mucho tiempo, los únicos productos químicos que se emplean.

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INYECCIÓN

DE TERRENOS

191

El profesor Lugeon dice en su libro "Presas y Geología» (1933): « ... Antiguamente, y basta hace poco todavía, se utilizaban las campanas de aire comprimido para inyectar la lechada de cemento. Había, pues, que depender de la presión de los compresores de la obra y apenas se podía sobrepasar una carga de 10 kg/crn', Este sistema fue reemplazado por la bomba de cemento, que permite una inyección continua, condición esencial, y a alta presión, lo cual es igualmente importante, pudiendo alcanzar hasta SO kg y aún más. Solamente en las zonas superiores de las (ocas de estratificación horizontal no se intentará alcanzar tan altas presiones, por temor a levantar bancos rocosos, pero en cualquier otra pal-te del macizo no hay nada que terner.» Mas próximo a nosotros, P. Lévéque realizó hacia 1950, toda una serie de ensayos sistemáticos en Marruecos y lo que es más importante fue a investigar el resultado. Se trataba de inyecciones poco profundas. La primera vez, la presión de rechazo se fijó en 15 kg/crn' en areniscas arkóslcas, más o menos alteradas. Pudo hacer, entonces, las siguientes observaciones: - el cemento se encontraba en fisuras sensiblemente verticales. Los planos de estratificación subhorizontales, prácticamente sin inyectar; - en una fisura que desembocaba en una perforación, la granulomctría del cemento depositado era sensiblemente constante en unos 25 a 40 cm. Después, se hacía más fina, con estrechamiento correspondiente de la fisura, para acabar en un depósito pulverulento; - algunas fisuras estaban recubiertas por un depósito pulverulento, dejando un hueco entre las dos paredes, salvo en algunos puntos aislados en que se encontraban unidas por unos granos de cemento. En un segundo ensayo, verificado en las proximidades del ano terior, la presión se elevó hasta 100 - 110 kg/cm'. Las perforaciones de 7 m de longitud se habían realizado a partir de W1azanja poco profunda. Esta vez la galería visitable mostró que: - incluso las fisuras de 0,5 mm de espesor se habían llenado por un cemento compacto, rayando el vidrio; » ...





INYECCiÓN

DE TERRENOS

195

Fig. 111·19.- Fisuración

artificial de una roca blanda. (Doc. Solétanche.)

Fig. 111·20.- Fisuración

art ificial (le una roca blanda. (Doc. Solétanche.)

15

Conynghled m 1ella!








204

GEOTECNIA

DEL lNGENlEllO

Cualquiera de ambas transformaciones las propiedades de los suelos. PIIOCEDnnENTOS

lJTIl.IZ'\OOS

I'ARA EL MEJOJtAMIENTO

Influencia

Fundamento

dc

10$

procedimtentos Relleno de huecos mediante

Aumento

de cornpacídad

influye en vanas de

inyección

sobre

el volumen suelo Sin variación volumen

Disminución

del volumen de huecos por

Modilicación de las condiciones en los limites de una filtración Drenaje

dé

de aplicación

Campo

fisuradas Gravas Arenas finas

Rocas

Arenas finas Asiento

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compactación

Modificación de propiedades tisicoqutmícas. Electroósmosis Cocción

del

DE LOS SUELOS

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Tarquines Arcillas

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Tarquines Arcillas

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El aumento de compacidad se realiza de dos formas: -

Con el relleno de huecos mediante un producto resistente, que es la inyección, y _. Con la disminución del volumen de huecos. Compactación, en el sentido más general de la palabra. Mientras que la inyección no ocasiona ninguna variación de volumen, la compactación produce un asiento que es preciso poder provocar o compensar cuando no es tolerable. Por esto es irrealizable compactar una roca fisurada, y POI- qué la confección de un pilote de tierra no logra asentar la superficie del terreno. El campo ele aplicación de estos diversos procedimientos viene dado por su fundamento y por la naturaleza de los suelos.

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CARACTElÚSTICAS FÍSICAS DI! LOS SUELOS

205

La inyección se utiliza para las rocas fisuradas, las gravas y las arenas finas. Por el contrario, las arcillas no se pueden inyectar. La compactación es apropiada para arenas finas, tarquines y arcillas. La modilícacion (le las características fisicoquímicas sólo es eficaz si éstas son deterrninanres. Es el medio adecuado para tarquines y arcillas. No hay que olvidar la modificación de las condiciones en los ltmites de tina [iltracián que tiene Jugar en un talud. Un drenaje convenientemente ejecutado permite, en efecto, dar a la presión de la corriente del agua de filtración una dirección favorable a la estabilidad; no se trata. hablando en propiedad. de una consolidación. sino de un procedimiento que conduce a idénticos resultados. A continuación vamos a verlo brevemente.

DRENAJE DE LOS TALUDES

Muy a menudo. existen en los taludes arcillosos diaclasas imperceptibles en las que puede se produzca una circulación de agua. Corno este agua fluye en la base del talud. se produce en él una presión de la corriente que compromete su estabilidad. Una tensión inferior a la de rotura de una arcilla, puede. a la larga, producirla. De hecho. algunas veces se pueden constatar deslizamientos de taludes en semejantes condiciones. Para evitarlos es suficiente con orientar convenientemente la presión de la corriente; se consigue fácilmente mediante drenes. En general. bastan perforaciones horizontales espaciadas cada 4 o 5 metros (fig. 1).

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Fig. IV-1.- Avenacíón de un talud median le perforaciones subterráneas.

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206

GEOTECNI;\

DEL INGENIERO

Así desarrollado, el método es aplicable a título preventivo, pero se constatan deslizamientos de los taludes en las extremidades de las zonas drenadas. No hay mejor justificación para las posteriores soluciones adoptadas; mas, por lo general, sólo se drenan las zonas en deslizamiento. El método es conveniente; únicamente la experiencia demuestra que, a menudo, los movímientes no cesan sino hasta unos meses más tarde, No hay que olvidar que, si los drenes vacían en algunas ocasiones las bolsadas de agua, su fin primordial es modificar la dirección de la filtración. Cumplen perfectamente su cometido incluso cuando su caudal, eliminado por evaporación, parece nulo. En lugar de drenar se puede intentar suprimir la filtración inyectando las diaclasas, pero es necesario realizarlo cuando aquéllas alcanzan la mayor abertura posible, esto es, en la estación seca, y evitando aprisionar la capa acuífera detrás del talud. Algunas veces, los terrenos que se han deslizado están constituidos por una verdadera pasta. Los drenes son entonces inoperantes. Además se llenan muy rápidamente de tierra; procede entonces efectuar la elecrroconsohdaclón o. en rigor, la cocción.

INYECCION DE MACIZOS ROCOSOS FISURADOS

Se puede decir que la primera utilización importante de las inyecciones para la consolidación de rocas fue llevada a cabo en la presa de Castillon, en Verdon. Esta delgada bóveda de 100 m de altura fue atrasada durante 20 años, pues su apoyo en la orilla derecha estaba completamente dislocado, llegando a una gran falla llamada «Fractura ancha» de varios metros de abertura, situada a algunos metros de la presa. Además de este incidente geológico, había en las zonas de empuje de la bóveda, fallas y cavernas cuyos huecos tenían varias decenas de metros cúbicos; todo ello acompañado de modo natural por una multitud de fisuras más o menos abiertas. En una palabra, se debían consolidar cerca de 200_000m' de roca. Por diferentes razones, en particular el progreso realizado por las inyecciones, se decidíó conservar toda esta masa rocosa e inyectarla después de haber bormigonado lodos los huecos fácilmente accesibles.


CARACTERISTICAS

FlsICAS

DE I_OS SUELOS

207

No es posible desarrollar aquí con detalle todos los trabajos, por otra parte ya descritos (Ischy, 1948). Sólo señalaremos las bases del método utilizado (fig. 2).

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Fig, IV-2.- Presa de Castillón. Consolidación en la orilla derecha. Situación en planta de las perforaciones para inyecciones. (Doc. Solétanche.)

La zona sometida a las fuertes presiones de la bóveda fue

rodeada por una envoltura que actuaba como ataguía. Se pudo entonces inyectar el interior sin que la lechada se extendiera a lo lejos. Las paredes de esta envoltura o pantalla se realizaron igualmente por inyección, sólo que en ellas se utilizaron lechadas extremadamente densas y tixotrópicas a base de arcilla y cemento. Estas mismas lechadas sirvieron para la obturación de grandes fisuras inaccesibles del macizo.

Có~yr ghll)() m 'oria!






















236

GEOTECNIA

DEL I!'ICENIERO

En una cubeta paralelepipédica, el lugar con mayor resistencia específica se presenta a la cuarta parte de la muestra a partir del cátodo. Después se desplaza hacia el ánodo, para volver finalmenle al cátodo. La duración de esta recesión depende del gradiente medio. Por ejemplo: J día

para un gradiente de 2/3 V¡cm. 5 días para un gradiente de 1/3 V[cm. 45 días para un gradiente de J/6 V[cu», En el terreno, los gradientes son Esta barrera corresponde a una pH igual a 'l, mientras que la parte cátodo es básica, la parte de muestra ra y el ánodo es ácida (fig. 37),

aún más pequeños. zona desionízada. Tiene un comprendida entre ella y el comprendida entre la barre-

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Fig. IV-37.- Reparto de los pH en dos cubetas

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Además, se constata que esta simple electroósmosis endurece el terreno entre la barrera y el cátodo; es decir, en un volumen muy reducido. La consolidación electroquímica consiste en introducir unos iones convenientes en el ánodo para que la barrera se acerque

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254

GEOTECNlJ\

DEL iNGENiERO

FiS. V·I. - Vista aérea del embalse de Vajont después del deslizamiento de octubre de 1963. A la derecha el valle del Píave, las panes blancas han sido alteradas por las aguas. L. Müller (Foto Enel.)

cual resistió perfectamente esta sobrecarga. En el momento del deslizamiento, el agua subió hasta 260 m pOI' encima del nivel del embalse. Ya antes de que se produjera este deslizamiento catastrófico, se había producido otro con-irniento de 700.000 rrr', el 4 de noviembre de 1960 (fig, V-2) en diez minutos aproximadamente. L. Müller, que estudió este deslizamiento, asimila su movimiento al de un glaciar (fig. V-3). Las velocidades seguramente habrían sido máximas en la cresta del acantilado; en cuanto a la superficie de rotura, se confundiría con una superficie de estratificación del macizo rocoso. Es evidente que después de este incidente se siguieron los movimientos de la montaña (fig. V-4). Se constató que los movimientes importantes no se produjeron sino después de la primera elevación del nivel de agua del embalse. Por ejemplo, con el nivel de embalse a 650 m, las velocidades eran del orden de 3 cm/día en noviembre de 1960 y prácticamente nulas en enero de 1962. Asimismo, la primera vez que se alcanzó la cota 700, en noviembre de 1962, las velocidades se aproximaban a los 2 cm/día, y la segunda vez, en junio de 1963, no eran más que de 0.2 - 0,3

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COIUUMIENTO

DE TIERRAS

255

cm/día. Este fenómeno, Inuy tranquilizador. mostraba que llenándolo lentamente se debía poder embalsar con toda seguridad. Por otra parte, el. estudio de rv1. Saito y .H. Uezawa (1961), así como el realizado por P. J. Morlier (1964) indican que, cuando cualquier material fluye bajo la acción de una carga constante, el producto de su velocidad de deformación por el tiempo de vida, es decir, el tiempo que tarda hasta su rotura, es constante (Iig. V-5). Una velocidad muy corta, pues, corresponde a una vida muy larga. Por otra parte, esta ley ha sido verificada por deslizamientos de taludes arcillosos, pero el ejemplo de Vajont parece indicar

Fig. V-2.- Limites de los deslizamientos de noviembre de 1960. arriba, y de octubre de 1963, abajo. (L. Müller.)

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256

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Fig. V·3. - Corte esquemático del deslizamiento de noviembre de 1960. Obsérvese la distribución de las velocidades. (L. Müller.)

quc hay otro factor a considerar. puesto que las últimas medidas de velocidad realizadas en septiembre de 1963 dan valores comparables a los de octubre de 1960 que no produjeron ninguna catástrofe en los puntos considerados. Cabe pensar que este otro factor es la amplitud de los desplazamientos, que alcanzaban hasta 4 In antes de la rotura (fig. V-4). El corrimiento de Vajont nos muestra que la heterogeneidad del macizo puede condicionar la forma de la superficie de rotura, , y también que si las medidas de las velocidades del movimiento son indispensables, éstas no permiten un control absoluto. Veamos lo que nos enseña la teoría.

DESLIZAMIENTO SEGUN LA MECANICA DE SUELOS Macizo homogéneo coherente

Ya en 1916,Peucrson (1955). analizando varios deslizamientos producidos en Suecia, llegó a la conclusión de que la directriz de la superficie de rotura podía ser asimilada a un círculo. Se refe-


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indicando el valor absoluto de los desplazamientos de las referencias de Vajonl. Según las indicaciones de L. Müller.

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CORRIMIENTO

259

DE TIERRAS

pero resulta difícil de aplicar en un talud cuya estabilidad se pretenda verificar. ¿Cómo definir el círculo? Ni siquiera las consideraciones teóricas permiten conocerlo. Lo más sencillo es, pues, trazar muchos círculos y escoger el más desfavorable. Para tan ingrato trabajo resultan de gran utilidad los ordenadores ele....... trónicos, Una vez establecido su programa, da una infinidad de círculos en sólo unos minutos; no resta más que elegir. Según parece, sin embargo, en un macizo homogéneo la rotura no se produce símultáneamente en todos los puntos. Al cont rario, empieza en Ult punto; después se propaga. No existe, pues, movimiento en bloque; el macizo se deforma progresivamente. Tal hipótesis permitió a J. Frontard (1936 y 1955) demostrar que la directriz de la superficie de rotura era entonces una cicloide (fig. V-7) como ya había observado A. Collin (1846) (figura V-S). Los cálculos, confirmados por J. Mandel (1948-1950) y experimentalmente (J. Frontard, 1948), dan como consecuencia la altura

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con indicación del circulo generador de la cicloide (A. Collin.)

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GEOTECNIA

DEI. INGENIERO

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Se ve cómo un macizo limitado por una pared vertical dobla su altura límite con una conicidad de 3 de base por 2 de altura, Una pendiente más suave no hace aumentar mucho la altura, pero sí aumenta considerablemente los movimientos de tierra, Tal resultado nunca debe perderse de vista. En lugar de considerar sólo los taludes pLanos, J. Mandel (1950) determinó el perfil necesario para tener', en cada punto, la condición precedente. Así obtiene (fig. V-9):

lo que da, para una misma pendiente media, una altura límite JI mucho mayo.' que la señalada anteriormente, Cuando el medio plástico reposa sobre un substrato más resistente, diversas consideraciones llevaron a este autor al «perfil en gota» clásico observado en casi todos los corrimientos (figura V-lO). No se trata evidentemente más que de una aproximación, ya que en la realidad el substrato no es más que una parte mal definida del macizo no perturbado por el corrimiento. Pero así se comprende por qué muchos deslizamientos cesan por sí solos, El perfil límite del talud es reemplazado por un perfil es, table, que continuará siéndolo tanto tiempo como las aguas de lluvia o subterráneas tarden en ablandar las arcillas, ya muy fi-


CORRJAIlENTO DE TIERRAS

263

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Fig. V·g. - Perfil de talud en equilibrio limite en cada punto. (J. Mandel.)

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Flg, V·IO.- Talud en equilibrio limite en cada punto, reposando sobre un substrato rtgido. (J. Mandel.)

suradas por el corrimiento. Habrá que declarar, pues, una verdadera guerra al agua. si no se quiere ver aparecer una corriente de fango, obedeciendo a las leyes de la hidrodinámica de los iluidos viscosos y rígidos. El perfil límite de Mande!. cuya definición matemática es muy compleja, no puede adoptarse en la práctica, pero es fácil sustituirlo por una serie de segmentos de recta. Por otra parte, esto es lo que hacen inconscientemente y con gran fortuna algunos ingenieros para los taludes de presas de tierra.



266

GEOTECNIA

DEL INGENIERO

vida, de la que hemos hablado al principio y que se conoce muy poco. Todo esto no indica que no sean necesarios los cálculos, sino simplemente que no hay que fiarse mucho de ellos. Si se está seguro de que el terreno no puede presentar una disminución de resistencia con el tiempo, se puede evaluar el efecto de una sobrecarga dispuesta encima del talud o de un terraplén a lo largo de éste. Pero si hay una infiltración de agua subterránea, hay que actuar Con sumo cuidado, La disminución de la pendiente de los taludes en el canal del salto de agua de Se Esteve, por ejemplo, provocó corrimientos contra toda suposición (J. N. Pichón, 1964). Se puede pensar, aunque parezca bastante inverosímil, que la reducción de la pendiente ha aumentado la presión de la corriente que solicitaba el talud. Sea como fuere, se recuperó la estabilidad demochando la colina y realizando una galería de desagüe a fin de rebajar la capa freática,

Vaciado rápido La experiencia

ha mostrado que un talud aguas arriba de una presa podía ser perfectamente estable, estuviese el embalse vacío o lleno. pero corría el riesgo de desmoronarse en caso de va, ciado rá pido. El problema no es fácil de resolver, pues su inestabilidad proviene de la presión de corriente de las aguas intersticiales del macizo que, al filtrarse simultáneamente con el vaciado, cargan verticalmente la parte alta del macizo y horizontalmente, poco más o menos, la parte baja. Un método muy aproximativo consiste en suponer una línea de rotura circular de centro O (fig, V-13) y admitir que las aguas intersticiales se filtran según unos arcos de círculo concéntrico. Tomando en relación a O momentos del peso del macizo en movimiento, y más tarde de las presiones de corriente, se obtienen dos expresiones de la misma forma no diferenciándose una de otra más que por el peso específico de las tierras y del agua que es factor a considerar en ambos casos. El resultado permite formarse idea de los efectos de un vacíado rápido, si utilizamos, por ejemplo, la fórmula de Frontard

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CORlUMIENTO

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DE TIERRAS

267

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3 Fig. V-13.- Hipótesis para el estudio del vaciado rápido.

después de haber aumentado el peso específico de las tierras sumándole una unidad. Pero, repitámoslo, no se trata aquí más que de una somera aproximación.

DESLIZAMIENTOS

REALES

Si los deslizamientos circulares caracterizan la postura de la mecánica de suelos, conviene oponerte la de la Geología, no contaminada por la Geotecnia, que no ve en un deslizamiento sino el efecto de una capa profunda más o menos reblandecida por las aguas. Para ésta, la superficie de rotura es generalmente plana, y paralela a la superficie del terreno, salvo en sus extremidades. Evidentemente, ambas ciencias tienen razón, pero ni una ni otra se deben generalizar o simplificar exageradamente. Comprendemos entonces cómo la presencia de una capa blanda puede asociar perfectamente las dos visiones del problema (fig. V-14). También puede suceder que una superposición de círculos de deslizamientos haga suponer que 'se trata de un deslizamiento plano (fig. V-IS), mientras que cada círculo corresponde manifiestamente a un deslizamiento en bloque.


268

CEOTECN1,\

DEL INGENLERO

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Fig, V·14.- Superficie de rotura impuesta por la presencia de una estrecha capa blanda.

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Fig. V·15.- Superposición

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Algunas veces, el deslizamiento plano se produce en un macizo homogéneo, sin que haya la menor capa lubricante (fig. 1.6). Ciertos deslizamientos son tan alargados que para su estudio parece ser adecuada la espiral logarírmica (Wang Yen, 1936; O. Eide; L. Bjerrum. 1955) (fig. V-16). Otros muestran en su superficie una sucesión de dunas paralelas en forma de picos (fig. V·17), que no se pueden interpretar sino recurriendo a muchos círcuJos (figs. 1.7 y 1.8) (S. Odenstad, 1951; \"J. KjeUman, 1954). Finalmente, las verdaderas corrientes de fango son bien reales (fig. 1.4). Hay algunas que, incluso como un torrente. muestran muy claramente el circo de alimentación, el canal de corriente a veces muy largo (varios cientos de metros e incluso kilómetros) y el cono de deyección. Terminaremos esta rápida descripción de los deshzamientos con dos ejemplos de escombreras en funcionamiento. En Hayange (lig. 1.9) la superficie de deslizamiento sólo existe aguas arriba y hace pensar en un deslizamiento circular. Las obras posteriores mostraron, sin embargo, que no habia ningún


CORR ~\llF.NTO

27L

1)f. TiERRAS

parece pues estar en contradicción con el rozamiento interno del macizo. Esta forma circular sólo puede servir de aproximación, lo que no hay que olvidar cuando se evalúa el coeficiente de seguridad. Así, es penoso constatar que con los métodos de cálculo actuales. es mucho más valioso para un proyecto, honradamente, fiarse antes de la experiencia que de un cálculo que da unos resultados preconcebidos. No se trata de un prejuicio, sino simplernente del resultado de la experiencia. En efecto, hemos visto desmoronarse muchos taludes, aunque su edificación hubiera sido justificada por una nota de cálculo muy erudita y que mostraba un coeficiente de seguridad muy elevado. INFLUENCIA DE LA NATURALEZA DEL TERRENO

En realidad es aquí por donde habíamos debido empezar este estudio, pues la geotecnia depende antes de la Iísica que de la mecánica. Pero es algo tan poco habitual, que los ingenieros no se extrañan hoy día de ver este problema presentado a la inversa. P01- esto nos ha parecido necesario empezar insistiendo sobre las restringidas posibilidades de los métodos de cálculo conocidos.

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272

GEOTEeNJA

DEI. INCENIERO

De hecho, todo depende de las características del terreno, y corno ya hemos visto, apenas si se sabe definirlas, No saldremos, pues, de unas generalidades, intentando de todas formas sacar de ellas el mayor provecho posible. Comencemos por las arcillas sensibles, Se trata de unas arcillas glaciales de Escandinavia y del Canadá, así como también de ciertas arcillas de Méjico, En general, constituyen macizos prácticamente homogéneos, pero su sensibilidad es tan grande que basta con removerlas para que se transformen en líquido (R. C. Crewford, 1963), En estos macizos, los deslizamientos pueden tornar aspectos muy curiosos con una garganta hacia abajo (fig. V-19). (L. Bjerrum, 1955). Además suelen ser catastróficos, no solamente por su amplitud (fig. 1-5) sino sobre todo por la velocidad con que se producen, tan sólo en unos minutos (B. Jacobson, 1952), Esta rapidez está absolutamente ligada con la sensibilidad del terreno que pierde toda su resistencia en cuanto hay un cizalla miento por leve que sea, Estos deslizamientos se manifiestan en taludes inclinados apenas unos grados sobre la horizontal. Su origen e·s el mismo que para cualquier otro terreno: duración de vida, presión de corriente, etc, Pero parece ser que también las vibraciones tienen una gran influencia. En Surte, el arranque de un tren lue, probablemente, el origen de todo, Las vibraciones pueden tener un efecto mucho más importante de lo que parece (cap. primero). Así, las vibraciones debidas a una hincadura de pilotes, provocaron el corrimiento de Zug (fig, 1-4),en un terreno constituido por limos, Abandonemos estos suelos algo especiales para volver a las arcillas corrientes. Puede ocurrir que una iniiltracián de agua, incluso poco importante, provoque un corrimiento, Es lo que pasó en Ben Merit (Túnez) bajo una conducción de agua con fugas gota a gota. Al cabo de unas semanas, se produjo el corrimiento. En Bou Hanifia (Argelia) fueron las aguas residuales de la cocina de la obra, lo que provocó el corrimiento, En este caso, el fenómeno mecánico debido al agua fue completado por un [enolueno quimico debido a la naturaleza de dichas aguas. Esto nos lleva a hablar del corrimiento de El Biar, en Argel, que provoca con regularidad el desprendimiento de un trozo de acantilado molásico que reposa sobre margas (M. Agard, 1948)

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CORRIMIENTO DE T!.ERR;\S

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GEOTECNIA DEL lNGENIERO

Fig. VI·5. - Presa de Argcruat, Muro guía-aguas provisional tirantes de 120 t.

sostenido

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trabajan a tracción, ya que estos esfuerzos se transmiten directamente al macizo rocoso a través de los cables. Conviene señalar que si el empotramiento de los cables se hubiese hecho en la base de los pilotes y no más abajo, en la caliza, aquellos pilotes serían sencillamente pilotes resistentes a esfucrzos de tracción. En tal supuesto intervendría la resistencia al arrancamiento, pero no al pretensado de la cimentación. Es evidente que, en tal caso, la tensión de pretensado necesaria para oponerse a los esf-uerzos excepcionales, aumenta, en servicio normal, el porcentaje de compresión de los pilotes; hay que tenerlo en cuenta.

ANCLAJES HORIZONTALES

La realización de pistas de aeropuerto o calzadas de hormigón pretensado ha exigido, algunas veces, la ejecución de espolones

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ESFUERZOS DE TRACCIÓN fTooalildasJ

Fig. VI·17. - Diagrama de puesta en tensión de un cable de 20 m de tongltud. efectuada después tic un deslizamiento del anclaje seguido de un bloqueo dcfini t ivo.

cizallamiento lateral, como en los suelos blandos únicamente coherentes. A priori, parece que ambos modos de funcionamiento del empotramiento están ligados a los valores relat ivos del módulo de elasticidad del medio que lo encaja y del relleno. Si es el módulo de elasticidad del relleno el que es menor, habrá acuñarniento, y en caso contrario, cizallamiento lateral.

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340

(;EOTECNIA

DEL INGENIERO

El empotramiento del cable, así preparado, se hace con una lechada de cemento o con un mortero. Si la roca está muy 5su. rada, se inyecta la perforación antes de introducir el cable, pero si no lo está en exceso es mejor inyectar durante el anclaje. De esta forma el depósito de cemento que se forma alrededor de los alambres es mejor. Los cables gruesos se colocan en su sitio en la perforación, inyectándose por medio de tubos previstos durante su fabricación y dispuestos en su centro. Se puede operar de la misma manera con 105 cables pequeños, pero, al ser más fáciles de manejar, se puede asimismo empezar por poner la lechada en toda la longitud del empotramiento. El cable se desciende en seguida. En tal caso, la inyección previa de la perforación es indispensable a fin de evitar las pérdidas de lechada. El anclaje se hace por simple decantación del cemento. La altura de sellado tiene que estar limitada, obligatoriamente, si la protección del cable contra la corrosión queda asegurada después de la puesta en tensión ya estando todos los alambres dentro del cemento. Pero si el cable está por encima del empotramiento, protegido por una vaina plástica, se puede rellenar de cemento toda la perforación. Contrariamente al caso precedente. la puesta en tensión se hace después del relleno, ya que el cable puede deslizar dentro de la vaina de plástico. Así se anclaron los cables de Cheurfas con un esfuerzo de 1.000 toneladas. A pesar de las apariencias, no cabe imaginar que con cualquier producto se pueda hacer un buen empotramiento. Cuando se ba elegido convenientemente el cemento, su modo de colocación poco importa. Basta con que la longitud de empotramiento no sea demasiado corta. Los mejores cementos son incontestablemente los de molido grueso (H. Cambcfort, 1964). De esta forma, una simple decantación proporciona un depósito compacto y homogéneo. Los ingredientes pueden ser peligrosos, pues algunos retardan la decantación. Un estudio en el laboratorio es, pues, neceo sario si se quiere poder garantizar el mantenimiento de los anclajes, y puede conducir en algunos casos a exigir un empotramiento a presión. Para efectuar el empotramiento inyectando la lechada {l presiór¡ es necesario utilizar cables prefabricados con un obturador, como son, por ejemplo, algunos cables BBR (fig. VI-26). Desgra-

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Libro Geotecnia Del Ingeniero

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