Cálculo de asientos en suelos granulares ¿exactos o probables?

El cálculo de asientos en suelos granulares es un problema recurrente, sobre todo en edificación, donde es muy habitual fijar la tensión admisible de un suelo granular «por condiciones de asiento».

Salvo en estructuras singulares, esta convención suele ser correcta y basta un simple cálculo de hundimiento para confirmarlo. A partir de un cierto tamaño de cimentación, no muy grande, la tensión necesaria para que se produzca la rotura por hundimiento del suelo es muy superior a las utilizadas habitualmente en edificación.

Pero los suelos granulares tienen un problema, que es muy difícil extraer muestras inalteradas y, caso de lograrlo, más difícil todavía ensayarlas. Justamente por eso, y puesto que son las relaciones mecánicas entre partículas las que parecen controlar su comportamiento, terminan estudiándose a partir del golpeo del ensayo SPT, ya sea directamente o por medio de correlaciones para obtener sus parámetros elásticos.

Vale, bien, calculamos la tensión admisible bajo condiciones de asiento con el SPT pero… ¿con qué método?, ¡¡ hay más de 40 !!

Comparada con otras materias, la geotecnia no tiene muchas revistas especializadas, lo cual no implica necesariamente que se cumpla la Ley de Parkinson. Además, como ocurre en todas las revistas, hay grupos de presión, amiguismo y favores por doquier.

No estoy muy al día de factores de impacto e índices ISI, pero tengo entendido que Géotecnique ya no es de las primeras de la lista. Sea cual sea su posición, es innegable que llegó un momento en el que se volvió muy teórica, con artículos y estudios muy correctos desde un punto de vista formal pero de escasa utilidad práctica a nivel de calle.

Por eso sorprende encontrar en el número 7 del año 2004 un artículo, bueno, una Nota Técnica, de Sivakugan y Johnson, sobre la fiabilidad de los métodos de cálculo en suelos granulares que uno esperaría encontrar en otro tipo de revistas, como el Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering del ASCE, que ya hizo una monografía sobre el tema en 1994, «Behavior of five large spread footings in sand«, de Briaud y Gibbens, de muy recomendable lectura y que, posteriormente, ha publicado algunos artículos más sobre este mismo tema.

Independientemente de dónde se publiquen, bienvenidos sean este tipo de estudios, porque si hay algo que necesitamos en geotecnia, y sobre todo en el cálculo de asientos en suelos granulares, es poder cuantificar la incertidumbre, ya sabemos que los métodos no son exactos pero ¿por cuánto no lo son?.

La novedad, esta vez, radica en el tipo de análisis realizado sobre las parejas de valores «asientos calculados – asientos observados», ajustando los resultados a una distribución beta, con resultados bastante aparentes, por lo que se ve.

Los autores analizan los cuatro métodos más usados, el de Terzaghi y Peck (1967), el de Schmertmann et al. (1978), el de Burland y Burbidge (1985) y el de Berardi y Lancellotta (1994), obteniendo gráficas de densidad de probabilidad para distintos asientos, calculados y observados, desde 20 a 40 mm.

Hay dos párrafos de esta Nota Técnica que hacen referencia a la monografía del ASCE que comentaba antes que no me resisto a copiar:

The settlement prediction exercise in Texas, USA, in 1994 clearly demonstrated the inadequacy of the current state of the art of settlement prediction (Briaud & Gibbens, 1994). In spite of having abundant soil data through extensive laboratory and in-situ tests, the predictions were quite poor. In a typical design situation, where the engineer has only access to very limited soil data, the problems can only be compounded.

Geotechnical engineers often have their preferred methods based on their beliefs. For example, in the Settlement ’94 prediction session held in Texas, the 31 international experts used 22 different methods: the most popular ones among the consultants were the Schmertmann et al. (1978) and Burland & Burbidge (1985) methods, whereas the academics preferred finite element methods.

Sólo es una nota técnica, así que se limitan a dar las conclusiones, dejando algunas cosas en el aire, que supongo estarán en el documento principal (que no he podido encontrar todavía), como son las granulometrías y los datos relativos al ensayo SPT (eficiencia, correcciones, etc). En cualquier caso es una lástima que no hayan considerado otros métodos, como el de Schultze y Sherif (1973) o el de Papadopoulos (1992).

Conclusiones, las esperadas:

• Todos los métodos indican más asiento del que se produce en la realidad
• Los asientos pequeños son los que marcan las mayores diferencias entre métodos, a partir de una cierta magnitud los métodos coinciden razonablemente
• El método más antiguo es el más conservador y el método moderno el que se más se aproxima a la realidad, algo lógico si se tiene en cuenta que los sucesivos métodos se han ido desarrollando conforme se iba comprobando que los anteriores no eran correctos.

Un ejemplo:

Dimensionada la cimentación para un asiento de 25 mm calculado por el método de Terzaghi y Peck, la probabilidad de que el asiento real sea igual o mayor de 25 mm es del 26%. Es decir, que el método sobredimensiona la cimentación un 74%, mientras que el método de Berardi y Lancellota tiene una probabilidad de superación del 60%, es decir, que sobredimensiona la cimentación un poco menos, un 40%, lo cual sigue siendo bastante seguro.

Evidentemente, a pesar de haber fijado el mismo asiento, las tensiones obtenidas en cada método no son iguales, por tanto, habrá que estudiar qué interesa más, si sobredimensionar la cimentación con una seguridad del 80% o ahorrar material tomando una tensión mayor, contando todavía con una seguridad del 40%.

Desgraciadamente, proporcionar una tensión mayor o menor no sólo depende del método de cálculo utilizado, si el cliente no se quiere gastar el dinero en un buen informe geotécnico no hay nada que hacer. La cimentación resultará mucho más cara que el potencial ahorro obtenido haciendo el informe geotécnico más barato, es un hecho, pero el cliente estará contento… y ya se sabe, el cliente manda.

PD: El método sólo es válido para suelos granulares, lo recuerdo por si alguien ya está pensando en usarlo en arcillas.