“Geomechanics of Failures”, de Puzrin, Alonso y Pinyol, un libro muy recomendable

Geomechanics of Failures, Alexander M. Puzrin, Eduardo E. Alonso, Núria M. Pinyol.

Los seguidores del blog saben que prefiero enlazar documentos de libre descarga y que cuando anuncio libros “de pago” es para completar la información del post.

Que yo recuerde, todavía no había recomendado directamente la compra de ningún libro, pero este va a ser el primero (y será el segundo, que son dos tomos) porque se lo merece, sin duda alguna. Se trata del Geomechanics of Failures, de Alexander M. Puzrin, Eduardo E. Alonso y Núria M. Pinyol.

El libro, dividido en tres secciones, estudia ocho problemas con todo lujo de detalles: introducción histórica, teoría, fórmulas, modelos, hipótesis, cálculos, resultados y, lo más importante, comentarios críticos sobre todos los aspectos anteriores.

Estos son los problemas tratados:

Asientos (Settlements)
- Interacción entre estructuras próximas: La Catedral Metropolitana de México
- Los inesperados y excesivos asientos del Aeropuerto Internacional de Kansai (1987~)
- Un clásico: La Torre de Pisa
Capacidad de Carga (Bearing Capacity)
- El silo de Transcona (1913)
- La licuefacción de los diques del puerto de Barcelona (2001)
Excavaciones (Excavations)
- El colapso de la Autopista Nicoll, en Singapur (2004)
- El hundimiento del Túnel de la Plaza Borrás, en Barcelona (1991)
- El colapso del frente de los Túneles de la Floresta, en Barcelona (1989)

En resumen, un libro al que dedicarle muchas, muchísimas horas, con un epílogo (pag. 245) que es toda una declaración de intenciones.

Como el libro está (parcialmente) en Google Books, aprovecho para ponerlo aquí y que podáis pegarle un vistazo y juzgar por vosotros mismos:

Si quieres comprar el Geomechanics of Failures puedes hacerlo en este enlace afiliado, a ti te costará lo mismo y yo me llevaré un pequeño porcentaje por haberlo anunciado. Si te gusta el blog es una forma de ayudar a que siga en marcha (aunque si me quieres dar dinero directamente o contratarme también podemos hablar, por mi no hay problema).

En unos días haré una entrada dedicada al segundo tomo (si tienes mucha prisa por verlo y no puedes esperar es el Geomechanics of Failures: Advanced Topics… impaciente)

Hvorslev, la estructura del suelo y el tipo de tomamuestras, cuando el tamaño importa

En esto de la geotecnia (caramba, ya empiezo los posts como Frankie) el nombre de Hvorslev suele ir unido a las arcillas remoldeadas o a los ensayos de permeabilidad, pero entre las arcillas y los piezómetros, concretamente entre los años 35 y 50 del pasado siglo, Mikael Juul Hvorslev se dedicó también a estudiar cuánto se alteraban las muestras durante su extracción dependiendo del tomamuestras utilizado.

El estudio no era un capricho, primero porque Hvorslev había hecho su tesis sobre la resistencia a esfuerzo cortante de muestras cohesivas alteradas, bajo la dirección de Karl Terzaghi, y segundo, porque a falta de métodos más sofisticados, los tomamuestras estaban muy de moda por aquellos años (ahora también, por motivos no tan justificados). Resumiendo, que había muchos modelos distintos pugnando por quedarse el mercado del “aporreo” al suelo y era importante decidir cuál era el menos malo.

Tras varios escritos, informes, memorandos y estudios, todos a cargo de Hvorslev, el resultado final editado por la American Society of Civil Engineers en 1949 fue el “Subsurface Exploration and Sampling of Soils for Civil Engineering Purposes”, un extenso libro de más de 500 páginas citado en muchas bibliografías pero que poca gente ha llegado a consultar, básicamente porque no se hicieron muchas copias (ahora mismo hay dos ejemplares a la venta en Amazon, a 750 $ y 868 £).

Lo más interesante, en mi opinión, se encuentra en el capítulo 4, “Sampling methods and requirements” (si, he tenido el libro en mis manos). Por ejemplo, en esta imagen, que muestra dos secciones transversales con un tomamuestras de 50 mm de diámetro en dos terrenos distintos, arcillas a la izquierda y arenas a la derecha.

Como se puede comprobar, en el material cohesivo se puede hablar de una zona central “inalterada”, pero en el granular es difícil que un ensayo pueda llegar a adivinar la estructura original del terreno, vista la muestra.

¿De qué depende la alteración de la muestra?

Pues teniendo en cuenta la forma en la que “clavamos” el tomamuestras en el terreno, los resultados han mostrado que la alteración depende en su mayor parte del diámetro del tomamuestras y su grosor.

Y es justamente por eso que TODAS las normativas y recomendaciones técnicas, TODAS, entre ellas la tabla 3.6 del Código Técnico de la Edificación (figura inferior), insisten en que las muestras inalteradas se deben extraer con tomamuestras de diámetros mayores de 70 mm y espesores menores de 5 mm, porque diámetros menores y grosores mayores alteran tanto la estructura original del suelo que el ensayo es cualquier cosa menos representativo.

Ah, por cierto, el ensayo SPT tiene un diámetro interior de 35 mm y un grosor de 8 mm, o sea, que el SPT no vale para muestras inalteradas… si, ya lo sé, hay quien insiste en que eso son exageraciones e incluso llega a afirmar que un testigo parafinado del SPT se puede ensayar como si fuera una muestra inalterada, pero no es correcto, y punto.

¿Por qué se ha seguido usando el SPT si se sabía que no era correcto?

Porque, pese a las evidentes ventajas de los tomamuestras de mayor diámetro, el SPT llevaba ya muchos años en uso (el modelo actual es de los años 20 pero se remonta a 1902) y era muy difícil renunciar a tanta información, por poco precisa que fuera. Para terminar de arreglarlo, por esas mismas fechas Terzaghi publicó sus famosas correlaciones del SPT con la tensión admisible y el ángulo de rozamiento interno en arenas, convirtiéndolo en un estándar de facto para todos los terrenos, pese a insistir en que las correlaciones sólo eran válidas para arenas.

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 (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?

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.

La placa de carga necesita un contrapeso

[Si, ya sé que no es «placa de carga» sino “carga con placa” pero, ¿alguien lo llama así, además de la norma?]

RRRIIIINNGG (se supone que esto es la onomatopeya de una llamada telefónica)

– Oye, necesito un estudio geotécnico, aunque no sé que decirte, es un solar tan estrecho que casi no haría falta hacerlo, de verdad, es largo y muy estrecho, casi un pasillo.

(si me hubieran dado un euro cada vez que he oído esa excusa no sería rico, pero tendría un montón de calderilla)

– Entendido, tienes un solar que parece una pista de bolos, no quieres hacer estudio geotécnico y quieres que alguien te lo justifique, ¿es eso?

– Si, pero no hay problema, el terreno es buenísimo, no hace falta calcular nada, todo el pueblo está calculado con dos kilos y medio.

(con esta excusa tampoco sería millonario, pero ya faltaría menos)

– ¿Sabes?, el estudio geotécnico es obligatorio para evitar este tipo de conversaciones, precisamente.

– No, de verdad, te lo juro, no cabe una máquina de sondeos, ya lo he mirado, no entra, te lo juro.

– No jures tanto en vano, que irás al infierno. A ver… ¿y qué sugieres?

(por favor, la placa de carga no, por favor, la placa de carga no, por favor, la placa no)

– Pues me han dicho que una placa de carga podría servir, que en carreteras las usan mucho.

(arghhhhh… siempre igual, me han dicho, he oído, me han contado…)

– Ya, pero las carreteras son una cosa y los cimientos de edificación, otra, y una placa de carga se queda muy corta, para lo que quieres.

– No hay problema, pondré la más grande que haya, de verdad, la más grande.

– Hombre, cuánto más grande, mejor aunque, dime una cosa, sólo por curiosidad, ¿un camión entraría en ese “pasillo” tuyo?

– Un camión, ¿para qué narices quieres tú un camión?

– Yo para nada, pero tu placa de carga “enorme-que-te-cagas” va a necesitar uno.

– ¡¡ De eso nada !!, a mi me han dicho que llegan allí, ponen en el suelo una especie de “plancha” redonda, le dan a una palanca y ya no hacen falta ensayos ni nada más. Ah, y también me dan el módulo de balasto.

(ya estamos con el módulo de balasto… qué manía)

– Vale, lo que tú digas… ¿qué superficie tiene una placa circular?

– Pues… π por el radio al cuadrado o π/4 por el diámetro al cuadrado, ¿no?.

– Correcto, tomando π igual a 3 serían, ¾ del diámetro al cuadrado, y la placa más grande tiene poco más de 0,75 m de diámetro, que también son ¾, así que tendríamos una superficie de (¾)³, unos 0,4 m², haciendo un número gordo.

– Supongo que si, no lo sé, ¿y eso qué importa?

– Pues bastante, porque si queremos cargar esa “plancha” con 250 kN/m², tus “dos-kilos-y-medio-autóctonos”, necesitaremos una carga de 250 kN/m² x 0,4 m²,o sea, 100 kN, para que lo entiendas, 10.000 kilogramos, 10 toneladas.

– ¡¿ 10 toneladas ?!, ¡¡ ni hablar !!, ¿y si cojo la más pequeña?

– Sigues necesitando más de 1.000 kg, y de todos modos, tampoco sirve, así que quítate la idea de la cabeza y mira a ver si entra la máquina.

– Vaaale, voy a medirlo otra vez y ahora te vuelvo a llamar… ¡¡ aguafiestas !!

– Si, claro, ahora la culpa es mía…

Ensayo de placa de carga - vista de detalle

Una foto del ensayo de placa de carga con sus relojitos y su canesú

Ensayo de placa de carga - vista general

Y aquí una vista general, con el camión actuando de contrapeso

Otro día hablamos de la placa dinámica, por hoy ya vale.