1. Introducción

En toda obra civil, el DRO (director responsable de obra) debe contar con un corresponsable o al menos con un asesor en ingeniería geotécnica tanto en las fases de proyecto como de construcción. Esto se debe a la variada y compleja problemática que ofrecen los depósitos de suelo y formaciones rocosas que conforman los predios. Ningún depósito de suelo presenta comportamiento ingenieril igual a otro; aún entre puntos explorados pueden presentarse suelos con comportamiento diferente a los medidos.

El propietario del proyecto y el proyectista deben estar convencidos de que el estudio del terreno es necesario y una inversión redituable, no tomarlo como un requisito documental que se recibe y turna al archivo sin aparecer en la ejecución de obras hasta que se presentan problemas (casos de suelos expansivos que no se estabilizan).

El estudio debe iniciar en el anteproyecto y es necesario que esté desde el inicio de la obra.

Se solicita con el proyecto terminado para conseguir el crédito e iniciar la obra (casos de costosas distribuciones de área de proyectos).

La oportuna y correcta ejecución del estudio de geotecnia contribuye a la economía y a la planeación del proyecto, permitiendo detallar la mejor de las soluciones a problemas y programar con certidumbre los recursos.

La topografía del terreno (alti y planime) es la primera información que debe recabarse, pues es la herramienta fundamental en la ejecución de la obra.

El DRO deberá manejar la concepción del estudio de terreno a la medida de los predios en los que se emplazan sus proyectos y así mismo, podrá constatar que los parámetros del suelo y recomendaciones emitidas por el estudio sean observados por los restantes profesionales involucrados. La formulación del proyecto y la construcción de la obra debe ser una constante acción interdisciplinaria (proyectista y especialistas).

2. Informe del Estudio Geotécnico

2.1 Anexos

Los anexos tienen el fin de disponer de un documento que consigne aspectos relevantes del estudio, información importante pero que desvía la atención de lo fundamental.

• Mapas, planos y figuras
• Fotografías
• Resultados de pruebas de campo
• Resultados de ensayos de laboratorio
• Registros de exploración y muestreo
• Perfiles estratigráficos
• Memorias de cálculo
• Referencias

2.2 Antecedentes

La naturaleza del proyecto y su funcionamiento. El propietario y proyectista deben considerar:

• Ubicación del predio con referencias generalmente conocidas y posibles de encontrar; área en estudio.
• Alcances contratados del estudio.
• Toda la información que se dispone del proyecto y del predio en estudio en el momento que se contrata el estudio; mapas, planos, figuras y cartas con información útil, se consignan en los anexos.

2.3 Investigación Preliminar

2.3.1 Recopilación de la Información Disponible

Imágenes (Google Earth) y registros actualizados de fenómenos naturales, por ejemplo, sismos.

Las instituciones mexicanas que dan información geotécnica son:

• Sociedad Mexicana de Mecánica de Suelos (SMMS): En sus reuniones que realizan cada 2 años ha publicado recopilación de las características de los subsuelos de 59 diferentes ciudades del país.
• INEGI: Las cartas geológicas, topográficas, de uso del suelo y edafológicas, escala 1:50,000, así como las fotografías aéreas en blanco y negro y de color en escala 1:25,000.
• Instituto de Ingeniería, UNAM: Ha publicado el estudio de subsuelo de Ciudad de México, junto con CFE ha publicado una colección de artículos sobre la regionalización sísmica del país.
• Instituto de Geología, UNAM: Cartas geológicas de detalle de algunas zonas de la República Mexicana.
• Instituto de Geografía, UNAM: Cartas de clima.

2.3.2 Interpretación de Fotografías Aéreas

Realizada por un ingeniero geólogo entrenado para ello, permite identificar de manera preliminar las características geológicas del sitio, fallas, fracturas y los fenómenos geodinámicos relacionados con zonas de taludes inestables y zonas erosionables. Con respecto a los suelos, se pueden identificar las características probables de los suelos superficiales e inferir las del subsuelo, así como definir posibles bancos de préstamo.

2.4 Reconocimiento del Sitio

Con planos topográficos, cámara fotográfica y con instrumentación manual de identificación de suelos y rocas, así como de posicionamiento GPS, se realiza un caminamiento del predio en estudio y de zonas aledañas, con el fin de ubicar características importantes en la superficie (afloramientos, depósitos de desperdicio, etc.).

El recorrido lo debe hacer un ingeniero geotecnista acompañado de un geólogo. Los objetivos son:

• Comprobar la interpretación fotogeológica.
• Identificar y clasificar los suelos superficiales.
• Visitar las estructuras construidas en la zona e indagar sobre su comportamiento.
• Obtener información adicional que permita programar la investigación de detalle.

2.5 Información Geológica Regional y del Predio en Estudio

Excepcionalmente se realiza un levantamiento geológico, ya que usualmente la geología de la región ya fue estudiada anteriormente o el recorrido de campo es suficiente para el diseño de la cimentación de una estructura. En caso de que se trate de la cimentación de estructuras muy importantes o en áreas poco estudiadas, se justifica el levantamiento.

2.6 Trabajos de Exploración, Muestreo y Pruebas de Campo

Exploración del Subsuelo: El programa de exploración geotécnica deberá proporcionar información sobre las condiciones estratigráficas del sitio en estudio, las condiciones de presión del agua del subsuelo, las propiedades mecánicas de los suelos (resistencias, compresibilidad y permeabilidad) a fin de facilitar el diseño racional de la cimentación y método constructivo.

2.6.1 Objetivos de la Exploración

Se alcanzan cuando los supervisa un ingeniero especialista en mecánica de suelos, y se realiza a cargo de una brigada de trabajadores entrenados en los trabajos de perforación, muestreo y ejecución de pruebas de campo.

2.6.2 Etapa de Exploración Geotécnica

Hoja aparte.

2.6.3 Procedimientos de Muestreo

a) Muestreo Alterado: Consiste en la recuperación de muestras alteradas de suelo, son aquellas en las que el acomodo estructural de sus partículas se ha modificado debido al proceso de muestreo. Se utilizan para identificar los suelos, determinar algunas propiedades, definir la estratigrafía, preparar especímenes compactados o reconstruidos.

La muestra alterada se obtiene como parte de un sondeo del que también se recuperan muestras inalteradas. Las técnicas son:

• Manuales, excavándolas de pozos a cielo abierto, pozos someros, cortes y zanjas.
• Con el penetrómetro estándar y equipo de perforación, sobre todo cuando se requiere a mayor profundidad.

El método manual consiste en recuperar a mano muestras alteradas que se conservan en un recipiente hermético, que puede ser una bolsa de poliestileno o un frasco hermético de vidrio convenientemente identificado. La muestra puede ser de 0.5 a 20 kg, dependiendo de si se emplearán solo para identificación y determinación de propiedades índice, o si se usarán también para realizar pruebas de compactación.

La muestra se obtiene realizando una perforación con herramientas manuales como pala posteadora y barrenas helicoidales, y con pozo a cielo abierto, zanjas y cortes excavados con picos y palas o maquinaria de excavación, muestreando con espátula y cinceles.

b) Muestreo Inalterado: Con el muestreo inalterado se obtienen muestras de suelo que conservan prácticamente inalterado el acomodo estructural de sus partículas sólidas; sin embargo, la relajación de esfuerzos induce modificaciones de sus características y comportamiento mecánico, que pueden ser ligeras o importantes dependiendo del cuidado y la técnica. Se utilizan en laboratorio para identificar los suelos y determinar sus propiedades índice y mecánicas.

Se obtienen mediante técnicas manuales, con muestreadores adecuados según el tipo de suelo.

Se describen aquí los más usuales:

• El método manual consiste en labrar cubos de suelo de 20 a 30 cm que se protegen con manta de cielo impermeabilizada; se pueden obtener en suelos cohesivos y en materiales granulares con algo de finos que le den cierta cohesión. Con esta técnica se pueden obtener muestras de muy buena calidad, pero es un procedimiento lento, difícil de realizar abajo del nivel freático y limitado a profundidades no mayores de 10 m.
• Los muestreadores de pistón constan de un tubo de pared delgada que se hinca a presión en el suelo con una cabeza que tiene un mecanismo de pistón que puede ser fijo, retráctil o libre. Existen el modelo pistón estacionario y el tipo Osterberg. Estos muestreadores son para suelo cohesivo muy blando; también se puede intentar el muestreo de arenas saturadas sueltas.
• El penetrómetro estándar es un tubo de dimensiones normalizadas que se hinca a presión. Consiste en un tubo de pared gruesa partido longitudinalmente, con una zapata de acero endurecido y una cabeza que lo une al extremo inferior de la columna de barras de perforación con que se hinca; la cabeza tiene un conducto para la salida de azolves a través de una válvula esférica o una de varilla. El equipo auxiliar es una masa golpeadora de acero de 64 kg con guía de caída libre de 75 cm. Se levanta con una cabeza de gato. El penetrómetro se hinca 45 cm en el fondo de una perforación de 7.5 cm de diámetro mínimo con los impactos de la masa de 64 kg y caída libre de 75+1 cm. Se cuenta el número de golpes para hincar cada tramo de 15 cm. Cuando por la dureza del suelo no se puede penetrar los 45 cm, se define N por extrapolación. Sobre la tubería de perforación, se colocan marcas con gis a cada 15 cm o 5, para con el registro de perforación consignar la evolución del número de golpes N con la profundidad. Después del hincado se saca el penetrómetro a la superficie para recuperar la muestra alterada, que se coloca en un frasco hermético y se registra la información del hincado y clasificación del suelo.

Interpretación de Resultados de Pruebas SPT: Se puede lograr definir la estratigrafía del sitio, determinar por correlación la compacidad relativa de suelos granulares y la consistencia de suelos cohesivos.

La correlación empírica entre número de golpes y compacidad, establecida por Terzaghi y Peck, es válida para arenas localizadas arriba del nivel freático. Número de golpes N, compacidad:

• (0-4, muy suelta)
• (4-10, suelta)
• (10-30, media)
• (30-50, densa)
• (>50, muy densa)

La resistencia a la penetración se correlaciona con el ángulo de fricción interna. También establecieron la correlación empírica entre la resistencia a la penetración, la consistencia de suelos cohesivos y la resistencia a la compresión sin confinamiento, que es:

• (2-0.25 –muy blanda)
• (2-4, 0.25-0.50—blanda)
• (4-8, 0.50-1.10 —media)
• (8-15, 1.0-2.0—dura)
• (15-30, 2-4 —-muy dura)
• (30-4 —- durísima)

Cuidado en la Ejecución de la Prueba de Penetración Estándar

Las ya indicadas antes, el agua o lodo empleados para la perforación deben mantenerse a un nivel constante. Las barras para el hincado deberán ser AW o BW y su movimiento al meterlas o sacarlas del sondeo deberá ser lento para evitar que se genere succión y con ello se reduzca la compacidad relativa de los suelos granulares.

2.7 Ensayos de Laboratorio

Debemos clasificar cuidadosamente los suelos y obtener sus parámetros de resistencia, deformabilidad y permeabilidad.

• Pruebas índice: Granulometría, contenido de agua, límites de consistencia, densidad de sólidos, peso volumétrico.
• Pruebas mecánicas 1: Resistencia al esfuerzo cortante (compresión triaxial, compresión no confinada, corte directo, toreómetro).
• Pruebas mecánicas 2: Deformabilidad (compresibilidad, expansividad).

2.8 Análisis e Interpretación de Resultados

A partir de todo lo anterior se hacen análisis de ingeniería geotécnica para satisfacer las necesidades del proyecto como:

• Análisis de capacidad de carga del suelo y procedimientos constructivos de cimentación.
• Análisis de capacidad de carga del suelo y procedimientos constructivos de pavimento.
• Estabilidad de taludes.
• Empuje de tierras.

2.9 Consideraciones, Conclusiones y Recomendaciones

Resumen de todo.

2.10 Anexos o Apéndices

1. Figuras y planos
2. Fotografías
3. Resultados de pruebas de campo y de laboratorio
4. Perfiles estratigráficos
5. Análisis de capacidad de carga y de estructura de pavimento
6. Análisis de estabilidad de taludes; paredes estables de excavación
7. Análisis de empuje de tierras
8. Referencias

3. Normas Regularmente Aplicables en Estudios de Geotecnia

ASTM D 2216, 1586, 4318, 1557, 422, 2488, 2487, 854, 3385, 1194, 1452, 1241, 2850, 1883.