Manual EPRI de Correlaciones Geotécnicas, un manual para contenerlas a (casi) todas

No descubro nada nuevo si digo que, en general, se abusa de las correlaciones geotécnicas. Ya sea en mecánica de suelos o en mecánica de rocas, al final siempre se encuentra una correlación que nos proporcione el dato que estamos buscando, bien directamente, bien mediante piruetas que harían palidecer de envidia al mismísimo Barón Rojo.

A veces la situación llega a extremos absurdos, como que técnicos que en su disciplina exigen complicados métodos de cálculo, seis decimales y tolerancias imposibles, sean capaces de «despachar» el estudio geotécnico a base de encadenar una correlación tras otra hasta encontrar una relación entre el tamaño del solar y la tensión admisible del terreno… no es broma, hay edificios oficiales calculados así (– ¿Por qué edificios oficiales? – me preguntas, clavando tu pupila en mi pupila. – Ya te lo contaré otro día… y no te acerques tanto, que me pones nervioso –).

Manual EPRI de Correlaciones Geotécnicas

No lo digo yo, lo dice el manual, quitar los puntos y dejar una bonita línea es deshonesto, y tramposo.

Las correlaciones geotécnicas no son buenas ni malas per se, lo son dependiendo del uso que se haga de ellas. Una «estimación» (peligrosa palabra) de las propiedades del terreno, pese a no ser muy exacta por definición, puede ser tremendamente útil en determinadas circunstancias. Por poner sólo algunos ejemplos:

  • Para conocer el intervalo de variación de una propiedad en un determinado material y ver si estamos dentro de los límites (en línea con el Eurocódigo 7).
  • Para tanteos preliminares (eso que llamamos habitualmente «números gordos») en ubicaciones de difícil acceso o materiales en los que el coste de obtención y análisis de las muestras resulte muy elevado.
  • Para contrastar el resultado, si sospechamos que la muestra está alterada o no es representativa del conjunto, como ya comenté en el tema de la resistencia a esfuerzo cortante.
  • … (a rellenar con sentido común) …

Así, a grandes rasgos se podría decir que el uso de datos obtenidos de correlaciones es más o menos correcto dependiendo de:

  • El mayor o menor conocimiento que se tenga de la materia (el famoso efecto «Manolete, si no sabes torear pa’ qué te metes»).
  • La trascendencia y responsabilidad de lo que vayamos a calcular con esos datos (mucho cuidado con lo que se firma, que el papel es muy sufrido).
  • La normativa existente (recuerdo una vez más que, en España, el Código Técnico de la Edificación obliga a hacer un estudio geotécnico con ensayos de campo y laboratorio en función del tipo de terreno encontrado).

Tenía que decirlo, sé que no sirve para nada, que basta con hacer pinchazos, la culpa es del suelo y las cosas se caen porque llueve… pero tenía que decirlo (de la obra pública no digo nada, con las filtraciones de la ministra ya hay bastante).

Manual EPRI de correlaciones geotécnicas

El texto de hoy se titula «Manual on Estimating Soil Properties for Foundation Design«, o sea, «Manual para estimar propiedades del suelo para el diseño de cimentaciones«. Editado por el «Electric Power Research Institute«, sus autores son F. H. Kulhawy y P. W. Mayne (también autor del manual FHWA de caracterización geotécnica). Está enfocado a cimentaciones de instalaciones eléctricas de pequeña entidad. Es de 1990, tiene 308 páginas y cuenta con muchas, muchísimas correlaciones geotécnicas.

 

Manual on Estimating Soil Properties for Foundation Design

Manual on Estimating Soil Properties for Foundation Design (pdf – 9,13 MB)

 

Por supuesto, las correlaciones geotécnicas también son muy útiles para engañar al cliente y no hacer los ensayos requeridos, como intentaba hacer el «experimentado» Director ¿Técnico? de un famoso (y acreditado) laboratorio con el que he tratado esta semana, que quería convencerme de que «para calcular un coeficiente de consolidación lo mejor es hacer SPT«.

Evidentemente, era una excusa para no hacer edómetros. ¿Por qué no sabía hacerlos?, ¿por qué no sabía interpretarlos?, ¿por qué no sabía de qué narices le estaba hablando?, ¿todo a la vez?, a saber.

¿Cuántas veces le habrá salido bien la jugada?, muchas, me temo, dada su inmerecida fama.

Muros de tierra armada a escala reducida. GeoWall 2012

En casi todas las disciplinas (y el casi va por las matemáticas) se hacen modelos y ensayos a escala reducida. A nivel académico, lo más habitual son las estructuras con papel, aunque también se hacen puentes con espaguetis (y muy resistentes, además), así que… ¿por qué no hacer un modelo reducido de un muro de tierra armada con papel?

Muro de tierra armada, GeoWall 2012

un muro de tierra armada de papel en un estado límite último

Los primeros modelos reducidos son geotécnicos. Ya desde el colegio aprehendemos los conceptos de límite líquido, límite plástico e índice de plasticidad… la arcilla es plástica y hay un margen de humedad en el que se puede modelar, la arena es granular y no se puede, punto, mecánica de suelos en estado puro. El concepto, la base, el cimiento…

El resultado final de ese primer modelo no es ninguna maravilla, suele ser un cenicero o un adorno con unos dedos marcados que hace babear a los progenitores y abuelos del artista, ignorantes ellos de que lo importante no es el objeto, sino la experiencia, marcada en la memoria, “barro primigenio”.

Lamentablemente, todos esos conocimientos geotécnicos se pierden como lágrimas en la lluvia con la edad y pronto otros juguetes ocupan el lugar de la geotecnia… salvo que participes en competiciones como el GeoChallenge del ASCE.

La prueba consta de tres fases:

  • GeoPrediction. Se trata de un problema teórico sobre el comportamiento de un suelo, premiado con el trofeo Círculo de Mohr. Este año era un problema de asientos de consolidación. Si quieres intentarlo, aquí tienes las normas, el enunciado, las columnas, los ensayos de campo (SPT al 60%, CPTu) y los listados de los ensayos de laboratorio (edómetros, mayormente).
  • GeoPoster. Es un póster con los resultados de un trabajo, en la línea de lo que hablaba el otro día sobre la presentación de datos técnicos (más info).
  • GeoWall. La prueba más interesante. Consiste en hacer un modelo a escala de un muro de tierra armada (mechanically stabilized earth, MSE) con papel, repito, con papel. El muro debe soportar una carga vertical y otra lateral (especificaciones). Al equipo ganador le dan el Trofeo Atterberg, en forma de cuchara de Casagrande (si no sabes quién fue Atterberg ya tardas en pulsar).

El GeoChallenge 2012 se ha celebrado en el GeoCongress 2012 de Oakland, California, los días 25, 26 y 27 de marzo de 2012. Han participado equipos de 17 universidades. El GeoWall lo ha ganado el equipo de Cal Poly Pomona.

A continuación, el vídeo oficial del evento:

 

Y ahora un vídeo triunfal del making of, hecho por el equipo ganador, en el que se puede ver muy bien cómo funciona un muro de tierra armada y qué parte del terreno participa realmente de la rotura.

Visto en GeoPrac.


Manual de caracterización geotécnica FHWA NHI-01-031

Tenía pendiente hablar por aquí de este interesante «manual de caracterización geotécnica», el Manual on Subsurface Investigations: Geotechnical Site Characterization, editado por el National Highway Institute de la Federal Highway Administration de los EE. UU. (código completo FHWA NHI-01-031), carencia que corrijo de forma inmediata.

El manual forma parte de un curso oficial de ingeniería geotécnica y cimentaciones, y cuenta con un índice muy completo: geofísica, ensayos de campo (SPT, CPT, CPTu, vane, dilatómetro, presiómetro), ensayos de laboratorio en rocas (brasileño, corte directo, durabilidad, slake), ensayos de laboratorio en suelos (triaxial, corte directo, compresión simple) y una sección muy completa sobre la interpretación de resultados teniendo en cuenta la influencia del OCR, modelos de estado crítico, etc.

Personalmente, me gustan mucho las figuras y las gráficas de este texto (en color, además). Destacaría dos tipos de gráficas, especialmente: las que muestran cómo varían las propiedades según el tipo de terreno; y las de correlaciones, que incluyen los valores reales junto a las curvas de ajuste, un detalle del que deberían aprender muchos libros.

Resumiendo, un texto muy bueno, que todavía me gustaría más si no tuviera los títulos y las gráficas en un peculiar tipo de letra… si, lo habéis adivinado, ¡¡ Comic Sans !!

Manual on Subsurface Investigations: Geotechnical Site Characterization (pdf – 16 MB)

(Hay un error en la página 10.27, la página correcta está aquí)

Por cierto, el primer autor, Paul W. Mayne, también es de los que opina que habría que jubilar ya el polivalente y correlacionable ensayo SPT

Ensayo SPT, ¿basta con un número para tenerlo todo?

Ensayo SPT, ¿permite obtener cualquier parámetro del suelo?

Recuerdo que en el blog están disponibles las Geotechnical Engineering Circulars del FHWA, incluyendo las dos últimas, sobre pilotes perforados, y sobre muros de tierra armada y suelo reforzado.


Corregir o no corregir el SPT, la eterna cuestión

Entre las correcciones del SPT figura la de la energía real transmitida al terreno pero, ¿cómo se debe hacer esa medida de la energía real del ensayo SPT…?

Empecemos por el principio. El archiconocido ensayo SPT tiene tres tipos de energía:

  • Una energía potencial, derivada del potencial de fuerzas existente (valga la redundancia), en este caso la fuerza de la gravedad sobre la masa (m·g·h)
  • Una energía cinética, derivada de la velocidad, que de una forma intuitiva podría entenderse como la fuerza que habría que aplicar para detener esa masa en movimiento (½·m·v²)
  • Una energía que nos estropea todos los cálculos, derivada de la realidad, porque las vacas esféricas no existen, pero el rozamiento sí, y la fricción también, y no están solos, les acompañan el cansancio del operador, el desgaste de la máquina, el estado de la cabeza, la prisa por terminar que ya se va haciendo tarde, etc.

Según el Principio de Conservación de la Energía, si no hay más energías aplicadas (energías que produzcan trabajo) que la causante del campo potencial, la suma de la energía potencial y la energía cinética debería ser constante, es decir, que la energía potencial al principio y la cinética al final deberían ser exactamente iguales.

Es más, puesto que el campo de fuerzas de gravedad tiene rotacional nulo, es conservativo y verifica el teorema de la divergencia, daría igual el recorrido seguido por la masa durante su descenso, la suma energía potencial + energía cinética debería ser constante durante todo el proceso.

Como ya podéis imaginar, en la realidad ambas energías no coinciden ni de lejos (y, entre nosotros, si ya es difícil que un SPT se haga bien cayendo por un eje vertical no quiero pensar cómo saldría con un eje inclinado o helicoidal).

El ensayo SPT lleva 100 años en el mercado (así era en 1954), gracias a él tenemos correlaciones y fórmulas para calcular casi cualquier cosa, hay programas informáticos que presumen de tener incorporadas más de 300 correlaciones distintas, el problema radica en la parte “conceptual” del asunto, porque en estos últimos 100 años el terreno no ha cambiado mucho, pero la tecnología si lo ha hecho, y no mucho, muchísimo. La luna ha sido hollada, Marte ha sido explorado y en la tierra seguimos usando las mismas correlaciones, pues mire usted que bien.

La literatura especializada lo tiene claro. A base de repetir y comparar resultados ha llegado a un laxo acuerdo, el golpeo del SPT debería normalizarse con respecto a la energía transmitida (del orden del 60%) y corregirse de acuerdo a una serie de factores (nivel freático, sobrecarga, longitud de las barras, tipo de tomamuestras, diámetro de la perforación, etc). El factor más importante sería la energía real pero, ¿cómo la medimos? y, lo más importante, ¿por qué deberíamos corregir el resultado?

No es una pregunta estúpida. Durante estos últimos años, si mencionabas la corrección del SPT oías cosas como “si el cliente quiere el estudio geotécnico más barato que se gaste la diferencia echando hormigón, ni hablar de corregir el resultado”, incluso los Organismos de Control Técnico y las Compañías de Seguros ponían pegas a la corrección del SPT, alegando estar “del lado de la seguridad”, sin embargo, la corrección figura en la norma UNE-EN ISO 22476-3 “Ensayo de penetración estándar” desde julio de 2005, incluso llega a decir que en las actas de ensayo debe aparecer el valor corregido.

¿Por qué sigue sin corregirse, entonces?

Pues porque la norma no establece un método, se limita a recomendar uno en un anexo “informativo”, y cuando la normativa usa términos como “debería de”, “se procurará” o “sería recomendable” al final no se hace nada, es un hecho (ya lo dijo alguien, si realmente fuera importante, sería obligatorio).

En fin, valgan las casi 600 palabras anteriores como preámbulo a este interesante artículo de Albert Ventayol (GeoVentayol) y Carlos Fernández (CFT & Asociados), publicado en el número 208 de Ingeopres, sobre la medida de la energía real del SPT. Mientras muchos siguen negando lo evidencia, unos pocos se esfuerzan en seguir haciendo las cosas bien y, lo más importante, en publicarlo, lo cual es de agradecer.

 

Atención a los resultados, porque en terrenos granulares las eficiencias son crecientes en los primeros 10 metros de profundidad, con valores de hasta el 80%.

Faltaría todavía una corrección más… comprobar que realmente se ha hecho el ensayo, pero ya habrá tiempo para hablar de eso. Os dejo con dos vídeos muy cortos, un ensayo SPT manual y otro automatizado, ¿de verdad os parece que “transmiten” la misma energía y son igual de fiables?:

 
 
 
 
 

Geotecnia y Google Books Ngram Viewer

Durante los últimos 500 años se han editado unos 129 millones de libros. A día de hoy, Google ya ha digitalizado, extraído y reconocido el texto de algo menos del 12%, unos 15 millones, pero no sólo ha añadido este texto a sus resultados de búsqueda, desde hace unos días también permite consultarlo cronológicamente.

El experimento se llama Books Ngram Viewer y es una herramienta increíblemente útil para ver la evolución de determinadas palabras o cadenas de texto a lo largo del tiempo (algo así como Google Trends, pero al revés).

El indexado es bueno pero no infalible, la información está sesgada (todavía no lo han escaneado todo), distingue entre mayúsculas y minúsculas -es “case sensitive”- y debe fijarse bien el intervalo temporal, so pena de mezclar la clasificación geomecánica RMR con la poesía de Rainer Maria Rilke pero, aún así, se trata de una idea realmente interesante.

En algunos blogs, como Amazings, han hecho ya una búsqueda de pseudociencias. Este blog, como no podía ser de otra manera, se ha dedicado a buscar palabras más “geotécnicas”. En todas las búsquedas he utilizado el suavizado –smoothing- que viene por defecto, es una especie de media móvil, pero como también adjunto el enlace a la búsqueda, el que quiera puede cambiarlo a su gusto.

A ver, busquemos “mecánica de suelos”, “mecánica de rocas” y “geotecnia” entre 1930 y 2008: (enlace)

Interesantes esos declives en 1970 y 2000, veamos qué ocurre con “soil mechanics”, “rock mechanics” y “geotechnics”: (enlace)

Caramba, también hay un pequeño descenso, es algo posterior, de 1980, pero no ha dejado de bajar desde entonces.

Comprobemos las diferencias entre mayúsculas y minúsculas con “mecánica de suelos”, “Mecánica de suelos” y “MECÁNICA DE SUELOS”: (enlace)

Vaya, si que existe diferencia, esperemos que en el futuro añadan más opciones y los resultados no dependan de las mayúsculas.

¿Se mantiene la tendencia con los límites de Atterberg?, veamos qué ocurre con “índice de plasticidad”, “límite líquido” y “límite plástico”: (enlace)

Y en inglés, con “liquid limit”, “plastic limit”, “plasticity index”: (enlace)

En la literatura anglosajona han estudiado la plasticidad de los suelos cohesivos durante más tiempo, por lo que se ve.

¿Cómo se comporta el tándem “arcilla expansiva” – “arcillas expansivas”?: (enlace)

¿Y las clasificaciones geomecánicas a partir de 1980? (enlace en inglés)

Otra búsqueda interesante puede ser el “Standard Penetration Test” o SPT, que también muestra una tendencia descendente, anterior y mucho más acusada en los libros en español (primera gráfica): (español) (inglés)

 

Veamos también el “Rock Quality Designation” o RQD desde 1960 (enlace):

¿Qué hay de la estabilidad de taludes? (enlace)

En plan mitómano, probemos con nombres propios, Terzaghi, Peck, Atterberg y Casagrande (enlace):

Para finalizar, una curiosidad, si la frecuencia de la palabra “cimentación” aumenta con el tiempo… ¿por qué disminuyen “geotecnia” y “mecánica de suelos”?: (enlace)

De todas las gráficas, la primera es la más curiosa. Books Ngram Viewer únicamente busca en libros editados, no indexa las revistas especializadas, por lo que es asumible que el descenso de resultados a partir del año 2000 esté causado por Internet pero… ¿qué ocurrió en los 70?

Teniendo en cuenta que es la época en la que se publican, entre otros libros, el «Geotecnia y Cimientos» de Jiménez Salas, el «Mecánica de Suelos» de Juárez y Rico y «La Ingeniería de Suelos en las Vías Terrestres» de Rico y Del Castillo, es muy probable que fueran las mismas editoriales las que decidieran esperar unos años amortizando la inversión antes de volver a publicar, pero ¿qué ocurre entonces a partir de 1980 con los libros en inglés…?