Laboratorio de Geotecnia

En este sentido se ha realizado un esfuerzo en la interpretación de las señales generadas por los sensores de la sonda a distintas profundidades en el interior del terreno para intentar discriminar el agua libre del agua de formación de las arcillas.

En el capítulo de los ensayos mecánicos in situ, se ha modificado el sistema de puesta en carga del "presiómetro autoperforador" para facilitar la interpretación de la parte inicial de la curva presiométrica y poder definir con mayor precisión el parámetro Ko. Dado el grado creciente de automatización en España del ensayo SPT, se ha iniciado en colaboración con distintas empresas de sondeos, una campaña de pruebas con el fin de comparar la energía de golpeo en el sistema automático con la del sistema manual.

Respecto a las técnicas de laboratorio se ha dado un uso intensivo a la caja de corte de 1m x 1m x 1m utilizada, junto con el triaxial de 9 pulgadas de diámetro, en el marco de un programa de investigación conjunto con la Universidad Católica de Río de Janeiro (Brasil), para estudiar la resistencia y deformación de escolleras graníticas y basálticas con distintos grados de alteración. También se ha utilizado dicho equipo para completar el programa de ensayos de arrancamiento en suelos reforzados con geomallas, que ha constituido el soporte experimental de una tesis doctoral en la Universidad Politécnica de Madrid. En el campo de la medida de pequeñas deformaciones se ha terminado de desarrollar y poner a punto un sistema de bandas extensométricas y LVDT de alta sensibilidad para determinar deformaciones locales, longitudinales y radiales en la zona central de probetas de suelos para ensayos triaxiales. Además, se ha desarrollado un novedoso sistema triaxial de trayectorias de tensiones basado en un conjunto de controladores digitales que permiten el control automático de las presiones de confinamiento e intersticial y de la carga axial. Para suelos semisaturados se han puesto a punto dos equipos: uno con control de la succión matricial y otro con control de la succión total que han permitido acometer el estudio de la interacción de un suelo expansivo parcialmente saturado con un geotextil de refuerzo. Asimismo se ha sustituido el sistema analógico de la Sección de Ensayos Dinámicos utilizados para la ejecución de ensayos triaxiales en rocas, con altas presiones y control de temperatura, por un sistema digital avanzado de control y toma de datos. Dicho sistema se ha completado con un equipo de corte simple torsional y su correspondiente electrónica, para realizar ensayos monótonos y cíclicos, con control de carga y deformación en probetas de suelo.

Siguiendo con la estrategia ya iniciada en 1999 de dotar al Laboratorio de nuevas técnicas para la identificación de las características estructurales y heterogeneidades del terreno, en relación con los desastres naturales, se han adquirido diferentes equipos entre los que figuran un sistema de captación y digitalización de imágenes microscópicas. Por último, en el campo de la Geotecnología Medioambiental, se ha iniciado la puesta a punto de un analizador de metales pesados, metales de transición y otros elementos contaminantes, que se ha complementado con un cromatógrafo iónico y un potenciómetro para la medida de la alcalinidad, dureza, pH y potencial REDOX de muestras de suelo.

En el campo de la ASISTENCIA TÉCNICA se ha continuado colaborando con los Centros Directivos de los Ministerios de Fomento, Medio Ambiente, Educación, Cultura y Deporte, Comunidades Autónomas, Ayuntamientos, Organismos Públicos y Empresas.

Para la Dirección General de Carreteras del Ministerio de Fomento se ha completado la Guía de Cimentaciones para Obras de Carreteras y, junto con un estudio en el que se compara con otras normativas el artículo de anclajes del PG-3 de Geotecnia Vial, se ha redactado un conjunto de comentarios al borrador de la Asociación de Empresas de la Tecnología del Suelo y Subsuelo para el diseño y ejecución de este tipo de refuerzo.

Otros trabajos importantes para esa Dirección General han sido los siguientes:

Para el Ente Público Gestor de Infraestructuras Ferroviarias (GIF), dentro del convenio de investigación aplicada, asistencia técnica y desarrollo tecnológico de interés para el sistema ferroviario español de titularidad estatal, se han iniciado los dos trabajos siguientes:

Para el Ente Público Puertos del Estado se han redactado informes correspondientes a los siguientes trabajos:

Para la Dirección General de Calidad y Evaluación Ambiental se han redactado los tres informes siguientes:

Para la Junta de Construcciones del Ministerio de Educación, Cultura y Deporte se han realizado las siguientes actividades:

Para la Oficialía Mayor del Ministerio de la Presidencia se ha prestado asistencia técnica en las obras de refuerzo de la cimentación del edificio de la nave tubular del complejo de La Moncloa.

Para la Junta de Andalucía, y dentro del convenio de asistencia técnica para las actuaciones de clausura y abandono de la balsa de residuos mineros de Aznalcollar se han elaborado informes trimestrales que reflejan el seguimiento de los trabajos realizados durante el año 2000. Asimismo se ha iniciado el análisis de los aspectos geotécnicos que pueden influir en la seguridad de cinco balsas de estériles en la provincia de Huelva.

propuestas de CETRANSA relativas a la modificación de la rasante de la capa de regularización del depósito; sellado del vertedero e impermeabilización de sus pasillos laterales; evaluación de los lixiviados de la balsa actual y de las aguas de infiltración; sondeos en la zona del caballón de cierre y definición de los trabajos a realizar en dicha zona.

Para la Diputación Provincial de Teruel se han emitido tres informes:

Para el Ayuntamiento de Benamejí se han emitido informes con los resultados de la auscultación de la ladera de dicha población una vez adoptadas las medidas requeridas para su estabilización.

Dentro del capítulo de asistencia técnica a Empresas Públicas y Privadas se han realizado los siguientes trabajos:

MEJORA DE LAS CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS DE SUELOS BLANDOS MEDIANTE CONSOLIDACIÓN DINÁMICA

INTRODUCCIÓN

La creciente demanda por evitar la degradación del Medio Ambiente, unida a la necesidad de disponer de nuevas superficies que permitan ampliar o implementar instalaciones adicionales a las existentes, conlleva la creación de áreas rellenas artificialmente que, en las zonas de influencia urbana usualmente corresponden a "vertederos" y en las zonas de influencia de los puertos a "recintos". En definitiva se originan superficies próximas a centros de actividad urbanística o comercial con espesores importantes de terreno cuya capacidad portante es muy baja.

En la actualidad existen diversas técnicas ingenieriles para obtener una mejora geotécnica del terreno. Cada una de ellas resulta idónea según los condicionantes particulares de la obra. Entre los factores que influyen a la hora de elegir una solución frente a otras, cabe mencionar el espesor y profundidad del terreno a tratar, la naturaleza del mismo, el uso requerido, el plazo de ejecución, la disponibilidad de maquinaria y equipos, el costo, condiciones ambientales, edificios e instalaciones próximos... Entre las diversas técnicas ingenieriles para obtener una mejora geotécnica del terreno cabe mencionar la consolidación dinámica. Simplificadamente la consolidación dinámica implica producir en la masa de terreno a tratar un estado tensional en el que los valores de las tensiones sean muy altos, aunque el intervalo de tiempo de actuación sea muy corto. Difiere por tanto del método de consolidación estática en que se crea en la masa de terreno a tratar un estado tensional con valores de las tensiones usualmente pequeños, pero actuando durante intervalos de tiempos largos.

El proceso de consolidación de un suelo implica expulsión de parte de su fluido constituyente, usualmente agua, y el consiguiente aumento de su resistencia. Durante el tiempo que dure el fenómeno de expulsión del fluido, el proceso está condicionado por el coeficiente de permeabilidad del terreno que, en principio, puede evolucionar durante el mismo. En los suelos arcillosos y en el método de consolidación estática, dicho coeficiente de permeabilidad suele presentar valores muy bajos, pudiendo incrementarse mediante técnicas complementarias como drenes de arena o "mechas drenantes". Para que en estos mismos suelos y en el método de consolidación dinámica el proceso de expulsión del agua se realice con rapidez sería necesario que el coeficiente de permeabilidad tuviera un valor alto, lo que podría lograrse si el propio proceso de consolidación dinámica creara un estado temporal de "microfisuración" que incrementara varios órdenes de magnitud el valor del coeficiente de permeabilidad.

APLICACIÓN PRÁCTICA

Datos geométricos previos: según información disponible, el estado original del recinto a rellenar estaba configurado por un fondo marino ubicado en su mayor parte entre las batimétricas -5 a -11, y debiendo alcanzar la coronación del muelle a la cota +3. La ejecución de los rellenos fue realizada en "franjas", identificadas como fases del proceso en el detalle del muelle que se incluye en la Fig. 2. El material de relleno procedió de dragados e incluye una mezcla de diferentes tamaños. Puede describirse como una arena-limosa, algo arcillosa con gravas y bolos, que se vertió con gánguiles hasta una cota comprendida entre la -3,5 y la -4. Este material más o menos homogéneo, en sentido global, ha sido denominado "relleno de fondo".

Cuando debido a la cota alcanzada por el relleno en el recinto, aproximadamente -4, dejó de ser económicamente rentable el normal funcionamiento de los gánguiles, se continuó rellenando éste mediante "relleno hidráulico", impulsado por tubería cuyo punto de descarga estaba ubicado en el extremo de las zonas correspondientes a la fase primera (ver Fig. 2). Este sistema de relleno produjo una segregación del material por tamaños, depositándose los más gruesos próximos al punto de descarga, fases 1 a 6, y los más finos predominantemente en las áreas adyacentes al punto de rebosamiento, fases 7 a 9. En las primeras fases la mejora geotécnica del relleno, predominantemente de naturaleza granular, se realizó mediante precarga por acumulación de tierras hasta aproximadamente la cota +6,5, esto es, mediante un proceso de consolidación estática. La aplicación de la precarga de tierras en las primeras fases fue provocando un desplazamiento del fango hacia las restantes. Ello supuso un efecto favorable para la rápida estabilización de los asientos en estas primeras etapas. Por el contrario dicho desplazamiento de los fangos hacia las fases últimas, unido a la natural decantación de los finos en el área adyacente al punto de rebosamiento, iba en detrimento de lograr este fin en un plazo de tiempo corto en las últimas fases. Consecuentemente, en las fases 7, 8 y 9, el espesor de suelo blando alcanzó un valor comprendido entre 5 y 7 metros, esto es, desde la cota -4 a -6 hasta la +1. La superficie del terreno, aproximadamente horizontal, se situó a la cota +2,5.

Datos geotécnicos previos: como ya se ha comentado previamente en las fases 7, 8 y 9, el terreno blando a tratar se situó entre las cotas +1 y -6. Mayoritariamente dicho terreno corresponde a un limo-arcilloso con un límite líquido (LL) del orden de 42% y un índice de plasticidad (IP) del 18%. La humedad natural tiene valores que oscilan entre el 37% y el 39%. Las curvas granulométricas reflejan un porcentaje de partículas tamaño limo del 70% y un porcentaje de partículas tamaño arcilla del 28%. El peso específico de las partículas es del orden de 2,75 gr/cm3, obteniéndose un valor del índice de huecos próximo a la unidad.

Metodología utilizada: teniendo en cuenta los condicionantes particulares de la obra se decidió adoptar el método de consolidación dinámica como sistema de tratamiento de mejora geotécnica del terreno. La planificación de este proceso requiere estudiar y analizar las siguientes variables: espesor de terreno a tratar; naturaleza y estado inicial del terreno; naturaleza y masa de la maza de golpeo; forma de la maza; pérdidas respecto a la energía potencial teórica de golpeo; distancia entre puntos de impacto; número de golpes en cada punto de impacto; número de etapas de la campaña; intervalo de tiempo entre las distintas etapas.

En el momento de iniciar la campaña de tratamiento, la superficie del terreno en toda el área a tratar estaba a la cota +2,5. La naturaleza de la capa superior sobre la que se aplica el impacto era muy variable, desde un "todo uno" de cantera muy densamente compactado (fase 7), a un relleno de "albero" sin compactar (fase 8), y a un relleno granular sobre el que habían actuado sobrecargas estáticas durante largo tiempo (fase 9). En la Fig. 3 se muestran la grúa y maza utilizadas, reflejándose en la Fig. 4 la superficie del terreno durante la segunda etapa del tratamiento en la octava fase de la ampliación del puerto.

Dada la variabilidad de la capa superior de golpeo, en cada una de las fases de ampliación, se decidió como criterio básico una malla cuadrada de 5 m de lado, adaptándose distintas alturas de caída, número de impactos y etapas de tratamiento en función de la "respuesta" del terreno en cada zona.

Evaluación del Tratamiento

Previamente al tratamiento, y a fin de poder cuantificar la mejora con él obtenida, se efectuó una campaña de reconocimiento (ver Fig. 5), basada en penetraciones dinámicas, sondeos mecánicos, piezoconos y presiómetros, así como instalación de "piezómetros" a distintas profundidades. En la actualidad se está pendiente de la terminación del tratamiento para proceder a una campaña posterior de reconocimiento del terreno que permitirá valorar la eficacia del mismo en cada una de las fases de ampliación del puerto.