¿Se puede hallar la tensión admisible del terreno a partir del ensayo de placa de carga?

Es muy habitual pensar que en obra civil se hace más y mejor geotecnia que en edificación, lo cual no siempre es cierto. Como ocurre en todas partes, se abusa mucho de las prisas de última hora.

Pongámonos en situación, estructura de hormigón, con cargas muy concentradas, y algo denominado «estudio geotécnico» (sic) que, con un par de catas de apenas 0,90 m de profundidad recomienda 400 kN/m².

A punto de hormigonar, un desconfiado Director de Obra no lo ve claro y propone hacer dos placas de carga sobre la solera y ver si aquello es viable o no.

[Si, ya lo sé, el ensayo es «carga con placa», pero todo el mundo lo llama «placa de carga»]

El ensayo de placa de carga es lento y necesita un camión como contrapeso, (mejor tenerlo en cuenta, que en algunos sitios no cabe) pero es fácil de hacer y proporciona datos reales, sin ensayos posteriores ni correlaciones intermedias, y eso siempre es bueno.

¿Se puede hallar la tensión admisible del terreno a partir del ensayo de placa de carga?

Si, pero no directamente.

El asiento elástico de un cimiento circular rígido depende de los parámetros elásticos del terreno (E y v) y de la tensión aplicada. Con la placa de carga se tiene el problema contrario, se conocen la tensión aplicada y el asiento producido, y las incógnitas son E y v.

Al tratarse de un ensayo tensión-deformación a escala reducida (menor que la cimentación definitiva) sobre el mismo suelo, proporcionará los parámetros de comportamiento del terreno real, pero con las limitaciones del modelo reducido.

A partir de esos parámetros se podrá hallar la tensión admisible, siempre y cuando se tengan en cuenta ciertos condicionantes.

1º) ¿Qué valor de v es correcto tomar?

Depende del terreno, aunque 0,25 es un buen punto de partida.

2º) ¿Qué módulo de deformación E obtenemos?, ¿edométrico, sin drenaje, uniaxial, real?

En principio, el real, aunque dependiendo del suelo, podría ser sin drenaje.

3º) ¿Qué espesor de terreno se ensaya?

Unas tres veces el diámetro, no más.

4º) El asiento elástico ¿qué porcentaje representa respecto del total?

Depende del terreno, hay que estudiarlo para cada caso, pero por suerte existe bibliografía sobre el tema.

5º) ¿Qué norma tomar, la antigua UNE 7391-75, la NLT 357-98 o la moderna UNE 103808-06?

Pues como se suele decir, «para gustos, colores», pero con una estructura que transmite cargas estáticas, prefiero la UNE 7391-75, con una carga más pausada.

6º) ¿Cómo podemos saber si el ensayo es fiable?

Estudiando cómo varía el módulo de elasticidad E durante el proceso de carga. Si el terreno se comporta de modo elástico, el valor de E debe mantenerse más o menos constante durante la carga, verificando también que el terreno mantiene sus propiedades en profundidad (la escasa profundidad que cubre este ensayo, claro).

7º) ¿Qué pasa con el terreno por debajo, el que no se ha ensayado?

Dependerá del tamaño real de la cimentación, la distribución de tensiones en profundidad se puede calcular sin problemas, así que sólo hace falta estudiar, para las dimensiones reales, qué porcentaje de la tensión se concentra en el espesor que hemos ensayado y comprobar hasta qué punto son válidos los resultados.

8º) ¿Qué se hace con el módulo de balasto?

En este caso, nada, era una cimentación rígida, el módulo de balasto no intervenía en los cálculos estructurales, ya trataré el tema más adelante.

Como se puede ver, en el primer escalón de carga, el inicial, el terreno se reajustó y cedió un poco pero luego se estabilizó, obteniéndose en ambas placas módulos muy constantes, pero también muy distintos, del orden de cuatro veces.

Calculados de nuevo los asientos diferenciales con estos dos valores de E, no se pudo mantener la recomendación de 400 kN/m², tuvo que bajarse a 230 kN/m², como ya he dicho, eran cargas muy concentradas.

9º) ¿Cuánto ha costado recalcularlo todo de nuevo y el consiguiente retraso?

Mucho más de lo que hubiera costado hacer un buen informe geotécnico desde el principio… eso si, como lo han vendido bien y le han echado la culpa al terreno, todavía lo cobrarán por algún otro lado, que la contrata siempre gana, incluso cuando pierde.

10º) ¿Por qué el ensayo no llega a 400 kN/m², que era la tensión recomendada?

Ni idea, yo también me lo pregunto.

y 11º) ¿Se ha exigido alguna explicación a los redactores del estudio inicial?

Para variar, no.

¿Por qué no debe usarse el método 2:1 o trapecial para calcular tensiones en el terreno?

Hay gente que no lleva bien la incertidumbre, es gente que necesita resultados exactos para todo o que, simplemente, no concibe que algo no se pueda calcular con exactitud. Por eso hay gente que no acepta (o no quiere aceptar) que, en geotecnia, el cálculo de asientos tenga un error relativo de hasta el 50%.

El asiento es la respuesta del terreno a la aplicación de una carga. Para conocer el terreno hacemos reconocimientos y para estudiar cómo influye la carga hacemos números. Dependiendo del método de cálculo, esos números serán más o menos correctos y más o menos similares, excepto en un caso, ya olvidado, que ha salido de su destierro estos últimos años, el método trapecial o 2:1, el que supone que las tensiones se propagan en profundidad con una pendiente de 2:1, un método intuitivo y didáctico, pero erróneo en la práctica.

Frases como «yo no me preocupo por usar métodos complicados, prefiero quedarme del lado de la seguridad y usar el método 2:1«, confirman que, quien las pronuncia ni siquiera se ha molestado en comprobarlo, y es que todavía hay gente que usa este método bajo un planteamiento conservador, cuando resulta ser todo lo contrario.

En su «Foundation analysis and design«, dice Joseph Bowles, «el método 2:1 coincide razonablemente bien con otros métodos más teóricos entre z=B y z=4B, pero no debe usarse en una profundidad comprendida entre z=0 y z=B» (siendo B la anchura).

Y aunque Bowles no explica las razones de esta negativa, no es difícil averiguarlo haciendo unos números rápidos. Tomemos una cimentación cuadrada de 2,00 m x 2,00 m, cargada con una tensión habitual, 200 kN/m², por ejemplo, y veamos como varían los esfuerzos aplicando el método 2:1 y el método de Holl (el habitual, sin corregir).

La gráfica muestra la variación de tensión en profundidad, como porcentaje de la tensión inicial. Se puede comprobar que, a partir de una cierta profundidad, unos 3 metros en este caso (1,5·B), los resultados coinciden bastante bien, tal y como dice Bowles, pero a menor profundidad no sólo no coinciden, sino que son inferiores, más o menos un 25%.

Seamos serios, si ya somos conscientes de cometer un error del 50%, admitir otro 25% no es valido, y menos todavía si estamos infravalorando el asiento. Este método sólo debe usarse para «números gordos» y estimaciones rápidas, pero nada más.

Cuadernos de Ordenación Profesional (CICCP)

Entre las publicaciones del Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, destacan la Revista de Obras Públicas e Ingeniería y Territorio, pero también tenemos los Cuadernos de Ordenación Profesional, y tres de ellos están relacionados con la geotecnia.

En mi opinión, se quedan un poco cortos, tanto en alcance como en conclusiones, pero como hay pocas cosas gratis y en castellano sobre estos temas, más vale no protestar, no sea que nos quedemos sin nada. Los enlaces apuntan directamente al archivo pdf, así que botón derecho y «guardar como» si no queremos que se abran en el navegador.

Cuadernos CICCP nº 09 – Descriptores geotécnicos del terreno [pdf, 2.34 MB]

Cuadernos CICCP nº 10 – Contenido formal del informe geotécnico [pdf, 1.47 MB]

Cuadernos CICCP nº 11 - Aspectos geotécnicos más relevantes del Código Técnico de la Edificación

Cuadernos CICCP nº 11 – Aspectos geotécnicos más relevantes del CTE [pdf, 2.08 MB]

El extraño caso de la casa inclinada de Bomarzo

Ante ustedes, la casa inclinada (o casa pendente) del «Parque de los Monstruos«, en Bomarzo, al norte de Roma. El perfecto ejemplo de estructura inclinada pero totalmente compatible con los asientos admisibles… básicamente porque no tiene ningún tipo de asiento ni distorsión angular. El Duque Orsini, propietario del parque, la hizo así a propósito, allá por 1560, en recuerdo de su vecino, el cardenal Cristoforo Madruzzo.

Los manuales técnicos del US Army Corps of Engineers

Aunque hoy en día es fácil encontrar buenos (y también malos) textos en la red, los manuales técnicos del USACE siguen siendo una fuente de información muy válida.

Los enlaces apuntan directamente al archivo pdf con el manual completo, para evitar que el archivo pdf se abra en el navegador, botón derecho y «guardar destino como».

EM 1110-1-1802 – Geophysical Exploration (31-08-95)

EM 1110-1-1804 – Geotechnical Investigations (01-01-01)

EM 1110-1-1904 – Settlement Analysis (30-09-90)

EM 1110-1-1905 – Bearing Capacity of Soils (30-10-92)

EM 1110-1-2907 – Rock Reinforcement (15-02-80)

EM 1110-1-2908 – Rock Foundations (30-11-94)

EM 1110-2-1421 – Groundwater Hydrology (28-02-99)

EM 1110-2-1810 – Coastal Geology (31-01-95)

EM 1110-2-1901 – Seepage Analysis and Control for Dams (30-09-86 & 30-04-93)

EM 1110-2-1902 – Slope Stability (31-10-03)

EM 1110-2-1906 – Laboratory Soils Testing (30-11-70 & 20-08-86)

EM 1110-2-1911 – Construction Control – Earth & Rock-Fill Dams (30-09-95)