Ensayos SPT, en cualquier sitio y a cualquier hora

En el MOMA, el Museum Of Modern Art de Nueva York, hay una sección para esos objetos que, por su diseño, han conseguido ser «algo más», entre ellos, allí, en mitad de una sala, hay un Jeep de 1952. El vehículo-para-todo que utilizó el ejercito americano durante la 2ª Guerra Mundial, con más de 600.000 unidades fabricadas, y que llegó a definirse como «la mayor contribución de los Estados Unidos a las operaciones de guerra modernas«.

Hay dos versiones sobre el nombre «Jeep«. La oficial es que, al ser su código interno «GP» (de «General Purpose Vehicle» o vehículo multipropósito) empezaron a llamarlo «Ge-Pe» y terminaron en «Jeep». La no oficial, que recibió el nombre de Eugene the Jeep, una especie de oso o perro narizón de color amarillo que salía en los dibujos de Popeye, sólo sabía decir «jeep» y era capaz de llegar a cualquier sitio (aquí se llamó Eugenio en algunos números).

No sé cuál de las dos explicaciones es más o menos creíble, lo que si es cierto es que, una vez acabada la guerra, cada modelo de Jeep que salía de fábrica era mejor y más potente que el anterior, tanto que incluso se llegó a vender como «minitractor» para labores agrícolas.

Bien, ¿y qué tiene que ver el Jeep con la geotecnia?, se estarán preguntando los más impacientes.

Pues este anuncio, publicado en agosto de 1954 en la revista Fortune, (pulsa sobre las imágenes para verlas mejor).

Como se puede ver, es un Jeep modificado para hacer ensayos de penetración SPT, y no se trata de un «tuning» cualquiera, es uno de los 28 Jeeps que utilizaba en aquel momento la RAYMOND CONCRETE PILE COMPANY, la empresa que desarrolló el ensayo SPT tal y como lo conocemos hoy en día.

Según dice aquí, podía llegar a cualquier parte, ya fuera por malos terrenos o por estrechos solares urbanos, permitiendo investigar el terreno ocho horas al día. Personalmente me ha encantado lo de «Para construir algo grande, lo primero es tomar muestras de suelo«, 55 años después, todavía hay gente que no lo tiene muy claro.

El texto del anuncio es:

«In building anything big, the first step is soil sampling. Gow Division of the Raymond Concrete Pile Company, 57-year-old construction company with projects around the world, keeps its 28 ‘Jeeps’ going eight hours a day in its work of investigating soil conditions to furnish information to architects and designers so they can determine the best type of foundations for construction projects of all kinds. Here is one of Raymond’s ‘Jeeps’ with power take-off being used to operate an exploratory boring outfit. The manager of Raymond’s Gow Boring Division says: «We were the first to use the ‘Jeep’ in soil testing work, and we have been using more and more ‘Jeeps’ ever since. The ‘Jeep’ helps cut our costs by getting more done. It can maneuver over rough ground in the country and get into tight spots between buildings in the city. It furnishes the power for operating our rigs and carries our equipment quickly from job to job so that we’re always ready to go.»

Confirmando aquello de «el arca fue construida por aficionados, el Titanic por profesionales«, he encontrado más información en la página web de un aficionado, con imágenes de un ejemplar que todavía funciona, incluso hay una animación flash del ensayo SPT.

PD: Para los aficionados a los comics, una cosa más, Eugene the Jeep se llamó Pilou-Pilou en Francia y Franquin se inspiró en él para uno de sus personajes más conocidos, el marsupilami («marsupial-pilou-ami» o «amigo-marsupial-pilou»). Por supuesto, también es amarillo.

VII Simposio Nacional sobre Taludes y Laderas Inestables de Barcelona. Octubre 2009

Con cierto retraso, voy a escribir algo sobre el VII Simposio Nacional sobre Taludes y Laderas Inestables que se celebró hace unos días en Barcelona.

En primer lugar he de decir que llegué tarde, obligaciones laborales me retuvieron en Valencia hasta última hora del martes, así que no puedo opinar sobre lo que ocurrió el primer día (por lo menos, no de primera mano).

En segundo lugar diré que, nada más llegar, todo el mundo parecía tener la misma pregunta preparada «¿tío, has visto a las azafatas…?»

… la insistencia parecía exagerada, pero no lo era, llamaban la atención, hay que reconocerlo, tanto que consiguieron el efecto contrario al buscado, porque ni Dios se acercaba a aquel stand, ¿traumas de juventud con chicas guapas?, ¿venustrafobia?, ¿caliginefobia?… seguramente.

Por cierto, hablando de stands de publicidad, faltaba una empresa, Tubosider, ¿por qué no puso un stand? A saber, sus dos técnicos desplazados al evento, muy discretos ellos, no quisieron contestar, pero desde GeoTalud, off the record, me dieron algunas razones muy interesantes.

El recinto fue muy correcto, ni el excesivo Palacio de Congresos de Valencia de la VI Edición ni el jaleo de salas de la V Edición en Madrid. Las dos salas estaban bastante próximas y se podía entrar y salir sin molestar (es inevitable, lo programen como lo programen, cuando hay dos sesiones simultáneas siempre coinciden las presentaciones que quieres ver).

En el tema de las comidas hubo división de opiniones, unos dijeron que eran escasas por el carácter catalán, tradicionalmente derrochador, otros que así era mejor porque con la tripa llena no era cómodo sentarse a escuchar sesudas presentaciones, me adhiero a la segunda opción (bromas aparte, todo fue perfecto).

Eso si, había que comer de pie, no había sillas, ¿para evitar la tertulia después de comer? Supongo que si, porque tampoco hubo café (tuvimos que acercarnos a la cafetería por nuestra cuenta). Los plazos eran muy ajustados y había que mantener la organización pero hay gente que no lleva bien eso de comer de pie, contratistas y gente de la administración, sobre todo, acostumbrados a otro tipo de trato.

En cuanto a los cotilleos durante las comidas, destacaron la crisis (como no), el túnel bajo la Sagrada Familia, y también el reciente doctorado del webmaster del Foro de Ingeniería Geológica, al que aprovecho para volver a dar la enhorabuena desde aquí.

Centrándome ya en las exposiciones, podemos hablar de forma y de contenido:

En cuanto a la forma, hubo de todo. Se nota quién está acostumbrado a dar clase y/o hablar en público y quién no, lo cual no implica ser buen orador (que cantidad no siempre implica calidad). También era evidente quién pasaba por esa tensa experiencia por primera vez, doctorandos sobre todo. Tienen todo mi apoyo, he pasado por esa situación y es horrible (en mi caso fue en inglés, para terminar de arreglarlo).

En el aspecto informático, predominio total del Power Point y de sus plantillas por defecto, ni Beamer ni Impress, Microsoft sigue copando el mercado.

En cuanto al contenido de las presentaciones, como era de esperar, mucha variedad, mejores y peores, claras y oscuras, fáciles y complicadas, concisas y difusas… y algunas obtusas, muy obtusas.

Personalmente, hubo unos cuantos artículos que me gustaron bastante y que iré comentando en el blog, también fue agradable comprobar que los temas de monitorización y auscultación de deslizamientos ya no son «esas cosas raras que sólo hacen las universidades«, y que ya empiezan a verse como algo habitual, especialmente mediante Láser Escáner y LIDAR.

La presentación del túnel de cremallera de Núria tuvo su parte divertida cuando, después de justificar la construcción del túnel por las caídas de bloques sobre la vía, terminaron diciendo que, a partir de ahora, la vía se iba a «reciclar» como sendero para excursionistas.

Interesantes, como siempre, los artículos sobre casos reales. Existe cierto prurito a publicar casos reales. En España se despelleja vilmente al que destaca, es un hecho, de ahí que sólo se publiquen éxitos del tipo «mira que listos y buenos somos, y que bien nos sale todo», cuando a veces interesaría tener información del tipo «ojo no hagas esto, que sale mal» pero, bueno, tenemos que conformarnos con lo que hay.

En este sentido destacaría la instructiva comunicación que presentó Aurea Perucho sobre los deslizamientos de la autovía de Málaga, estudiando todas las alternativas posibles y explicando las razones por las que habían escogido una u otra opción.

Por último, no puedo dejar de mencionar las reflexiones con las que cerraron el simposio los organizadores. Jordi Corominas se centró en las cuestiones organizativas, confirmando que habría otra edición del simposio, pero Eduardo Alonso fue más crítico, mucho más.

Cierta persona del comité técnico me decía, posteriormente, que alguna comunicación no cumplía los requisitos pero que, ya se sabe, en estos eventos hay muchos intereses y se deben muchos favores… puede ser, pero la mayor parte de los que estábamos allí asentíamos mientras escuchábamos lo que decía Alonso. En octubre de 2009, seguir diciendo que las cosas se caen porque llueve no es de recibo, que lo digan los periódicos, pues vale, pero en un sitio como el que estábamos, pues no, la verdad.

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:

cálculo de asientos

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.

Cálculo de asientos vs cálculo de tensiones, las ecuaciones de Holl

Hasta hace unos años, en los informes geotécnicos para edificación sólo se veían cálculos de asientos, generalmente por el método de Steinbrenner para cimentación sobre base rígida, sin embargo, desde hace un tiempo, se ven también con frecuencia las ecuaciones de Holl para el cálculo de tensiones bajo un área rectangular cargada uniformemente.

No es de extrañar, se trata de unas ecuaciones muy fáciles de programar que, no sólo proporcionan las tensiones verticales, sino también las horizontales y las tangenciales, lo que las hace muy útiles, si no fuera por un pequeño detalle… que sólo son válidas para un coeficiente de Poisson de 0,50, es decir, para un suelo perfectamente elástico, hipótesis que sólo se cumple, como ya sabemos, en las arcillas saturadas a corto plazo.

El problema es que, pese a tratarse de unas ecuaciones muy interesantes, no figuran en muchos textos. No estoy seguro, pero en español creo que únicamente aparecen en el tomo II del «Geotecnia y cimientos«, sin advertir nada sobre el coeficiente de Poisson de 0,5, de ahí que se estén usando incorrectamente.

Por cierto, el «Geotecnia y cimientos« tiene un error en estas ecuaciones que proviene del artículo original de Holl de 1940, en el que la ecuación de la tensión tangencial XY tenía un signo equivocado, lo he corregido en rojo.

ecuaciones de Holl, geotecnia, mecánica de suelos, soil mechanics

Como se puede ver, en el Elastic Solutions for Soil and Rock Mechanics, de Poulos y Davis, figura la expresión correcta y también el aviso del coeficiente de Poisson.

Por si alguien se lo está preguntando, si, hay una versión «corregida» de las ecuaciones de Holl para poder utilizar cualquier valor del coeficiente de Poisson, pero ya habrá tiempo de hablar de ese tema…

Las Circulares de Ingeniería Geotécnica de la FHWA

La Federal Highway Administration del U. S. Department of Transportation tiene documentos muy interesantes, entre ellos, toda esta serie de «circulares» sobre temas de geotecnia, indispensables en el disco duro.

Hay quien dice que eso de recopilar todo lo que se encuentra navegando no es más que la versión digital del «síndrome de Diógenes» pero, bueno, nunca se sabe cuando se tendrá que hacer una compactación dinámica o un «soil nailing», no está de más tener la información localizada.

Por cierto, la traducción de «soil nailing» por «suelo claveteado» no termina de convencerme, me suena raro.

FHWA GEC 1 – Dynamic Compaction [1995 – pdf, 20 MB]

FHWA GEC 2 – Earth Retaining Systems [1996 – pdf – 3,80 MB]

FHWA GEC 3 – Geotechnical Earthquake Engineering for Highways I – Principles [1997, pdf, 20 MB]

FHWA GEC 3 – Geotechnical Earthquake Engineering for Highways II – Examples [1997, pdf, 11 MB]

FHWA GEC 4 – Ground Anchors and Anchored Systems [1999, pdf, 4.5 MB]
Especialmente recomendable el capítulo sobre empujes del terreno.

FHWA GEC 5 – Evaluation of Soil and Rock Properties [2002, pdf, 8.5 MB]
Interesante, la parte de ensayos está muy bien.

FHWA GEC 6 – Shallow Foundations [2002, pdf, 7.7 MB]

FHWA GEC 7 – Soil Nail Walls [2015]

FHWA GEC 8 – Design and Construction of Continuous Flight Auger Piles [2007, pdf, 23.5 MB]
Vale la pena dedicarle un tiempo a la parte de métodos de cálculo.

FHWA GEC 9 – ¿¿??

FHWA GEC 10 – Drilled Shafts: Construction Procedures and LRFD Design Methods [2010]