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CARACTERIZACIÓN GEOTÉCNICA DE SEDIMENTOS DELTAICOS MEDIANTEPIEZOCONOS. APLICACIÓN AL MARGEN IZQUIERDO DEL DELTA DELLLOBREGAT.
Albert VENTAYOL. Bosch & Ventayol, GeoServeis, S.L.
1. INTRODUCCIÓN.
Los deltas actuales del Mediterráneo son estructuras geológicas muy recientes, ya queson posteriores al último proceso glacial, que finalizó hace unos 15.000 años. Lossedimentos que los componen tienen una potencia relativamente importante que puedesuperar los 70 m, y dada su joven edad, son depósitos generalmente poco compactos,en los que a menudo se combinan una baja capacidad portante y una significativadeformabilidad.
Tradicionalmente han sido lugares de amplio uso agrícola, ya que la fertilidad delterreno es alta y la disponibilidad de agua elevada. A lo largo del siglo XX sin embargo,el entorno deltaico próximo a grandes ciudades, como es el caso de Barcelona, ha sidoprogresivamente ocupado por actividades industriales e infraestructuras diversas, queinexorablemente, y a falta de una mejor planificación del territorio, han ido desplazandolos cultivos, sustituyéndolos por polígonos industriales, redes viarias, areopuertos, etc.
En el caso del delta del Llobregat, y desde un punto de vista geotécnico, se combina lamediocre calidad del subsuelo con una importante implantación constructiva, que en elcaso del lóbulo izquierdo del delta es prácticamente absoluta.
En este capítulo se decribe cómo el uso de ensayos de penetración estática tipo CPTUo Piezocono, permite abordar con rapidez y precisión la necesaria caracterizacióngeotécnica de los terrenos deltaicos, utilizando como ejemplo el caso del margenizquierdo del delta del Llobregat.
Hay que señalar que en todo momento nuestro criterio ha sido el de no considerar lospiezoconos como un instrumento único de investigación geotécnica, sino combinarlossiempre con sondeos convencionales, lo que permite efectuar una primera verificaciónde los resultados obtenidos, contrastándolos siempre con los métodos derivados deinvestigaciones tradicionales.
2. MARCO GEOLÓGICO.
La llanura deltaica del Llobregat se sitúa al suroeste de la conurbación de Barcelona(Fig. 1). Su morfología es muy suave, con pendientes claramente inferiores al 1%,situándose casi siempre por debajo de los 12 m sobre el nivel del mar.
Figura 1.Mapa de situación geográfica.
La superficie deltaica ocupa unos 92 km2, siendo mucho mayor el lóbulo derecho queel izquierdo.
El delta avanzó sobre el mar hasta principios del siglo XX, pero en la actualidadprevalecen los procesos de erosión marina en algunos sectores. Ello es debido a unmenor aporte de sedimentos, ya que gran parte de ellos queda retenido en presas, ytambién por el menor caudal de agua que llega al mar.
Es una formación geológica muy reciente (Holoceno), ya que se ha formado despuésde la última glaciación, que comportó la elevación del nivel del mar en unos 100 m,hace unos 15.000 años.
El cuerpo deltaico se edificó sobre antiguos deltas preholocenos, que actualmente sesitúan más allá de la línea de costa.
Como resultado del ascenso marino postglacial, el río comenzó a depositarsedimentos sobre los antiguos aluviones, de manera que los depósitos deltaicos fueronpoco a poco progradando hacia el mar.
El esquema litológico del delta del Llobregat es, de muro a techo, el siguiente (Fig. 2):
Figura 2. Corte geológico del delta.
• Nivel aluvial inferior, de 5-10 m de potencia, formado por gravas rodadas y arenascon gravas, y que representan los sedimentos aluviales anteriores al delta. Son lasede de un acuífero cautivo, el acuífero profundo, que ha sido objeto de una intensaexplotación hídrica, en algunos casos excesiva, que ha favorecido procesos deintrusión salina.
• Nivel intermedio de sedimentos de prodelta (cuña semipermeable que confina elnivel precedente). Son los sedimentos depositados en la parte sumergida del frentedeltaico, y están constituídos por materiales finos: arcillas y limos, limos arenosos yarenas finas o limosas, generalmente grises. Este cuerpo sedimentario se acuñaaguas arriba, y también lateralmente, para llegar a desaparecer en las zonasmarginales interiores del delta.
• Nivel detrítico superior. Formado por arenas medias y gruesas, bastante limpias,de coloración marrón, que representan la sedimentación fluviodeltaica y litoral que
progresa sobre los sedimentos del prodelta. Son la sede del acuífero superior, quenormalmente es de tipo libre, cuando no queda confinado por la siguiente unidad.
• Nivel superficial, formado por arcillas y limos que corresponden a la llanura deinundación deltaica. Son sedimentos de coloración marrón, si bien también incluyenlos sedimentos depositados en las marismas asociadas al desarrollo deltaico, yque conducen a la deposición de arcillas grises, que frecuentemente presentanrestos de materia orgánica. Sobre estos sedimentos naturales, existen rellenosantrópicos de variada procedencia y espesor, sobre los cuales no vamos a tratar.
La potencia de los sedimentos detaicos del Llobregat aumenta en dirección al mar. Enla parte central de la línea de costa alcanzan los 70 m. Este espesor corresponde a labase de las gravas del acuífero profundo, que no siempre coincide con el techo delsubstrato precuaternario. Así por ejemplo, en la zona deltaica central, cercana al mar,por debajo de las gravas y antes de las arcillas azules pliocenas, se encuentra elllamado complejo detrítico inferior, constituído por niveles detríticos amarillentos, conintercalaciones arcillosas, que de alguna manera representan el techo de nuevassecuencias deltaicas preholocenas, situadas bajo el mar actual.
2.1 Estratigrafia del lóbulo izquierdo del delta del Llobregat.En la figura 3 puede observarse la situación de sondeos y piezoconos que se hanutilizado en este trabajo. Todos los piezoconos y la mayoría de los sondeos han sidorealizados por Bosch & Ventayol GeoServeis SL. Los piezoconos tienen profundidadescomprendidas entre 20-55 m, y los sondeos alcanzan hasta 60 m. No se hanrepresentado otros sondeos de profundidades inferiores a 15-20 m. Todos los sondeosse han perforado a rotación con obtención contínua de muestra.
Figura 3. Plano de situación de sondeos y piezoconos.
Ciñéndonos al lóbulo izquierdo del delta del Llobregat, las arcillas y limos de la llanurade inundación deltaica, no tienen un espesor homogéneo. Éste es mínimo cerca de la
costa, generalmente inferior a 2.5 m, mientras que en las zonas interiores deltaicas supotencia puede llegar a superar los 10 m.
Las arenas medias y gruesas del nivel detrítico superior se desarrollan generalmente,hasta los 10-15 m de profundidad, y a partir de aquí pueden ya encontrarse cambios asedimentos de grano más fino, y de coloración gris, pertenecientes al prodelta, ya seanarenas de grano fino, o depósitos limosos o arcillosos. Sim embargo, al aproximarnosa la costa, el espesor de las arenas del nivel detrítico superior aumenta, si bien a veceses difícil distinguirlas de las arenas subyacentes del prodelta.
El nivel intermedio del prodelta tiene repercusiones geotécnicas distintas, segúnprevalezcan los sedimentos arcillosos o las arenas finas. En el primer caso, cuando elespesor acumulado supera los 15-20 m, pueden generarse asentamientosimportantes, si la superficie cargada es grande, lo que implica un bulbo de presionesprofundo.
Tal como se observa en los perfiles litológicos adjuntos, el techo de los sedimentosfinos del prodelta se sitúa hacia la cota absoluta –5 a –10 m, según un perfil trazado alo largo de la Gran Vía (Fig. 4a), mientras que al acercarnos a la costa, a lo largo de unperfil trazado por la C/ A de la Zona Franca ( Fig. 4b) su techo es más profundo,situándose hacia la cota –30 m.
La propia composición de los sedimentos del prodelta también varía según las zonasconsideradas.
En las zonas más marginales, próximas a Montjuï c, todos los sedimentos sonclaramente arenosos, con tamaño de grano medio a fino. Progresivamente, por la basede estas arenas aparecen niveles cada vez más cohesivos (arcillas y limos), demanera que hacia la parte central del delta pueden diferenciarse dos subunidades, másareno/limosa la superior y más limo/arcillosa la inferior, si bien siempre existe unacierta alternancia a escala decimétrica.
En la zona actualmente ocupada por el mar, las arcillas y limos del prodelta llegan aser aflorantes en el lecho marino, al menos cuando la profundidad de la lámina de aguaes superior a los 15-20 m, tal como han puesto de manifiesto sondeos perforados parala ampliación del puerto.
El tipo de substrato precuaternario del lóbulo izquierdo es Plioceno. Dicha unidadcontiene niveles superiores formados por arenas margosas verde-amarillentas, yniveles de arcillas margosas de la misma coloración, mientras que en su basepresenta arcillas gris azuladas muy homogéneas.
Estas arcillas gris azuladas corresponden a los sedimentos de una bahía profunda quepenetraba por el bajo valle del Llobregat y el Llano de Barcelona, mientras que lasarenas superiores corresponden a las fases de transición, de relleno de dicha bahía.
En las proximidades de Montjuï c, la base de los sedimentos cuaternarios es elMioceno. Está formado por una serie sedimentaria continental, probablementeBurdigaliense, que no aflora en la parte visible de la montaña de Montjuï c. Se trata deargilitas rojizas con abundantes gravas y niveles de brechas arcillosas rojizas.
Figura 4 a. Perfil litológico a lo largo de un sector de la Gran Via.
Figura 4 b. Perfil geológico a lo largo de la calle A. Zona Franca.
3. METODOLOGÍA DE LOS PIEZOCONOS.Tal como se ha mencionado, todos los piezoconos utilizados en este trabajo han sidoefectuados por Bosch & Ventayol GeoServeis SL.
El equipo está instalado sobre un camión todo terreno Iveco de 13.5 Tn, queproporciona la reacción necesaria para la penetración de las varillas ( Fig. 5). Dichoequipo está también dotado de una sonda a rotación, con la que se han efectuadomuchos de los sondeos perforados en el delta, y que en concreto también facilita laperforación de capas superiores de relleno, pavimentos, etc. El conjunto ha sidofabricado por la firma Rolatec.
Figura 5. Sonda para la ejecución de Piezoconos.
El equipo de piezocono empleado ha sido desarrollado por la firma sueca Geotech, ysu particularidad más significativa es que el sistema de transmisíon de los datos desdelos sensores de la punta, hasta el ordenador de superficie se efectúa sin cableseléctricos, mediante una señal sónica que se transmite por las propias varillas deperforación, hasta un micrófono instalado en el equipo de empuje.
Sin que queramos ahora describir con detalle la metodología del ensayo, cabe decirque el piezocono o ensayo CPTU es uno de los más interesantes, sofisticados yfiables que pueden hacerse in situ, especialmente en terrenos arcillosos pococompactos, y en sedimentos arenosos bajo el nivel freàtico.
En esencia consiste en la penetración, mediante presión estática de unos gatoshidráulicos instalados sobre el camión, con capacidad de 15 Tn de empuje, de un trende varillas de 35.7 mm de diámetro, equipadas en su punta de una serie de sensorespiezoeléctricos, que miden, cada 2.5 cm de avance, los siguientes parámetros:
MICRÓFONO
• Resistencia del cono terminal, qt, (10 cm2 de sección, 60º de apertura).• Fricción lateral unitaria, fs, medida en un manguito situado sobre la punta.• Presión intersticial del agua U, medida a través de una piedra porosa previamente
saturada al vacío con aceite de glicerina. La situación de la piedra es la U2 segúnalas normas internacionales, es decir emplazada a continuación del cono y antes delmanguito de medida de la fricción,
• Inclinación de las varillas respecto de la vertical.
Siguiendo la normativa existente, la velocidad de avance es de 2.0 cm/seg.
El control de la profundidad se efectúa de manera automática, mediante un encoder,con lector óptico del bobinado de un hilo de seda cuya longitud se reduce durante elavance de cada nueva varilla.
En la figura 6 puede apreciarse un detalle de los sensores de la punta, micrófono yencoder.
Figura 6. Equipo del Piezocono.
Los datos obtenidos se procesan en tiempo real en el ordenador, y posteriormente hansido representados e interpretados con ayuda del programa CONRAD, elaborado por elInstituto Geotécnico Sueco.
4. TIPOLOGÍA DE PIEZOCONOS EN EL DELTA.En la figura 7 se presenta un ejemplo de piezocono realizado en el delta del Llobregat,concretamente en la calle A, cerca del Ecoparque.
Figura 7. Ejemplo de Piezocono.
Las tres primeras diagrafías corresponden a la resistencia en punta, fricción lateral, yla presión intersticial o de poro del agua. La línea recta e inclinada de esta últimadiagrafía indica la presión hidrostática teórica que existe al penetrar bajo el nivelfreático.
En arcillas, al producirse la penetración y rotura del terreno, la presión se transmiteinicialmente al agua intersticial. Al ser la arcilla básicamente impermeable, el agua nopuede movilizarse rápidamente, con lo que el sensor conectado a la piedra porosaregistra una sobrepresión por encima de la hidrostática teórica.
En arenas no dilatantes, el proceso es similar, pero al ser el terreno permeable el aguapuede fluir con facilidad, y no se registra ninguna sobrepresión. Frecuentememte lasarenas son dilatantes, es decir que al producirse la rotura hay un aumento de volumen,espacio que es rápidamente ocupado por el agua, con lo que la presión que registranlos sensores queda por debajo de la hidrostática teórica.
Las dos siguientes diagrafías de la figura 7 hacen referencia al coeficiente de fricción(fricción lateral/resistencia en punta, %) y DPPR (Differential Pore Presure Ratio:presión de poro/resistencia en punta). La última columna refleja la inclinación de lasvarillas.
En esta misma figura se aprecian las distintas litologías del delta: arcillas/limos de lallanura de inundación hasta los 4 m de profundidad, arenas del nivel detrítico superiorhasta los 38 m, y una alternancia limos/arcillas con escasos niveles de arena hasta elfin del ensayo (55 m), que corresponden a los sedimentos finos del prodelta.
El ensayo CPTU no es tan sólo válido para la medida de los parámetros geotécnicosdel terreno, sino que también posibilita llevar a cabo una estratigrafía de detalle, ya quepermite detectar intercalaciones de niveles de pocos centímetros de espesor, muyimportantes por ejemplo en el cálculo de asentamientos, y que podrían pasardesapercibidos en un sondeo convencional.
A pesar de todo, los mejores resultados se obtienen cuando el CPTU se utilizacombinándolo con sondeos mecánicos y otros ensayos in situ o de laboratorio.
5. CORRELACIÓN ENTRE PIEZOCONOS EN EL DELTA.En la figura 8 se presenta la correlación entre dos piezoconos efectuados en la zonade Bellvitge.
Figura 8. Correlación estratigráfica entre ensayos CPTU.
Pueden apreciarse perfectamente las grandes unidades deltaicas. En efecto, lasarcillas superiores se sitúan hasta los 8.0 m de profundidad, el nivel detrítico superiorde arenas hasta los 16.0 m, y a partir de aquí se penetra en la cuña intermedia de
0.0
-2.5
-12.5
-25.0
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CPTU2 CPTU1
0 10 20 m
Arcilla limosa marrón. Llanura de inundación.
Arena gris. Nivel detrítico inferior.
Limo arcilloso gris, con tramos de arena limosa.
Cuña intermedia.
Limo arenoso gris, con tramos de arena limosa.
Cuña intermedia.
Limo arenoso marrón, con niveles de arena fina.
Llanura de inundación.
Arena gruesa y media, gris, con niveles de gravillas.
Nivel detrítico superior.
N.F
sedimentos del prodelta, con un subnivel superior más arenoso hasta los 23.5 m,mientras que a continuación existe un predominio de las capas limo/arcillosas.Cabe destacar que al disponer de datos cada 2.5 cm puede efectuarse unaestratigrafía de detalle. Los dos piezoconos correlacionan muy bien entre sí, indicandouna continuidad lateral del terreno muy elevada.
En efecto, se comprueba cómo es fácil en la figura unir niveles geotécnicamenteiguales, a veces de muy pocos centímetros de espesor.
En la figura 9 se presenta un perfil de piezoconos a lo largo de la Gran Vía (utilizadosen el perfil de la fig. 4a), que facilitan la comprensión de los cambios que se producenen los sedimentos de la cuña intermedia del prodelta, a medida que nos desplazamoshacia el centro del delta.
Figura 9. Cambio de facies en los sedimentos del prodelta.
En todos los piezoconos se distinguen las unidades superiores de llanura limo arcillosasuperficial, y las arenas del nivel detrítico superior. A continuación, en el piezocono dela derecha (relativamente próximo a la Pl. Cerdà), se perforan arenas muyhomogéneas, con resistencias en punta del orden de 100 kg/cm2, y presiones de aguaque no exceden de la hidrostàtica.
A medida que nos desplazamos hacia Bellvitge y zonas centrales del delta (izquierdade la figura), en la base de los sedimentos del prodelta aparecen cada vez másintercalaciones limo arcillosas, detectadas por un descenso notable de la resistenciaen punta, y sobre todo por un aumento claro de la presión de poro por encima de lahidrostática teórica.
6. CLASIFICACIÓN DE ROBERTSON.En las figuras 10 y 11 se presenta la clasificación de Robertson (1.990), aplicada adistintos litotipos presentes en este sector deltaico. Su interés radica en que permiteefectuar una caracterización litológica del terreno atravesado, con un grado de
658P1
-10
652P1841P2815P5
1
2
3
4
Alternancia de arena limosa con limo arenoso gris. Cuña intermedia.
Limo y arcilla marrón. Llanura de inundación.Arena media y gruesa, marrón. Nivel detrítico superior.
Limo a limo arcilloso gris. Cuña intermedia.Sin escala horizontal.
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3
4
+8
0
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-30
-10
+8
0
-20
-30
exactitud bastante notable, tal como hemos podido comprobar en numerosospiezoconos perforados al lado de sondeos convencionales.
Figura 10.Clasificación de Robertson.Arenas nivel detrítico superior.
Figura 11.Clasificación de Robertson.Cuña intermedia.
Esta clasificación se basa en la relación existente ente la resistencia en puntanormalizada Qt=(qt-σ)/σ’, y el coeficiente de fricción Rf=fs/(qt-σ) La clasificación utilizatambién un segundo gráfico, basado en la relación Qt y Bq, siendo este últimoparámetro Bq= (u2-u0)/(qt-σ). Para no alargar este capítulo no se presenta ahora estetipo de gráfico.
Las distintas franjas que dividen el gráfico representan diferentes litologías:
1. Sensitivo de grano fino.2. Suelos orgánicos.3. Arcillas y arcillas limosas.4. Limos arcillosos.5. Arenas limosas y limos arenosos.6. Arenas.7. Arenas y gravas.8. Arenas y arenas arcillosas muy densas.9. Suelos muy compactos de grano fino.
Clasificación de Robertson (1.990)Arenas nivel detrítico superior.
1
10
100
1000
0,1 1 10
Rf, Coeficiente de fricción.
Qt,
Res
iste
ncia
en
punt
a no
rmal
izad
a
Rf, Coeficiente de fricción
Clasificación de Robertson (1.990).Cuña intermedia.
1
10
100
0,1 1 10Rf, Coeficiente de fricción.Rf, Coeficiente de fricción
Qt,
Re
sist
en
cia
en
pu
nta
no
rma
liza
da
Clasificación de Roberston (1990)Cuña Intermedia
Si bien no se ha efectuado un estudio estadístico de todos los piezoconos deltaicos(aspecto que reservamos para futuros trabajos), se presenta como ejemplo laclasificación de Robertson aplicada al piezocono de la figura 7.
En la figura 10 se presentan los pares de puntos Qt-Rf determinados en las arenas delnivel detrítico superior, en el tramo entre 5-30 m. Se aprecia como la nube de puntosse sitúa en la zona 6 (arenas), en el sector correspondiente a sedimentosnormalmente consolidados, es decir ocupando gran parte de la franja diagonal.
En la figura 11 se grafían los datos correpondientes al prodelta. Se aprecia una ciertaalternancia entre las franjas 3 a 5, si bien la mayor parte de los pares de puntos sesitúa en la franja 4, que corresponde mayormente a limos.
A partir del gráfico en estudio, no se deduce una gran preconsolidación del sedimento,si bien en otros muchos ensayos efectuados en el delta, dicha preconsolidación esapreciable, con gran parte de los puntos situados a la derecha de la franja diagonal.
La preconsolidación que afecta a todos los sedimentos deltaicos puede explicarsesobretodo por descensos del nivel freático. En los ensayos edoméricos de laboratorio,la preconsolidación sólo se pone de manifiesto sobre muestras de calidad, (obtenidascon tomamuestras Shelby o de pistón), que sean llevadas hasta presiones elevadas,del orden de 40 kg/cm2, ya que tan sólo así se alcanza la rama virgen de la curva decompresión.
7. CURVAS DE DISIPACIÓN.Si durante la ejecución de un piezocono se detiene su avance, puede estudiarse laevolución en el tiempo de la presión intersticial.
Un interés inmediato de este proceder, si se realiza en arenas situadas ligeramente pordebajo de donde se supone que está el nivel freático, es que la presión de poro tienderápidamente hacia la presión hidrostática teórica. Así pues, si de la presión medida unavez estabilizadas las lecturas, se le resta la presión atmosférica, queda lacorrespondiente a la profundidad en que nos hemos situado bajo el freático, con lo queéste puede ser fácilmente medido.
Así pues, efectuando diversos ensayos de este estilo, a lo largo de un piezocono,podemos valorar la variación piezométrica de los distintos niveles acuíferos.
En el caso del delta del Llobregat, se observa como el nivel freático superficial, cuyasaguas saturan las arenas del nivel detrítico superior, presenta una cota piezométricacercana o ligeramente superior al nivel del mar. En cambio, las arenas y gravas delacuífero profundo, presentan en los últimos años, cotas piezométricas unos 3 a 6 mpor debajo del nivel freático de superficie.
Se deduce por lo tanto, que los piezoconos pueden substituir a veces a lospiezómetros de control, ya que en un solo ensayo de apenas unas horas de duración,se puede obtener toda una valoración de la piezometría de los distintos nivelesatravesados.De todas maneras, el interés principal de los ensayos de disipación procede de losejecutados sobre niveles arcillosos.
En la figura 12 se presenta un ensayo de disipación realizado sobre un nivel cohesivosituado a 29.1 m de profundidad. El nivel freático se situaba a los 6.8 m bajo lasuperficie, con lo que la carga hidrostática teórica en el punto de ensayo es de 22.3m=2.23 kg/cm2.
Figura 12. Ensayo de disipación.
Se observa como al ser una arcilla, la sobrepresión inicial es del orden de 7.9 kg/cm2, yhasta al cabo de unos 1.000 segundos no se disipa la presión hasta la hidrostáticateórica.
En función de que este proceso de disipación sea más o menos rápido se tratará de unnivel màs o menos permeable. De hecho, a partir de este tipo de ensayos, puedevalorarse el tiempo t50, que es el tiempo necesario para que se produzca el 50% de ladisipación, a partir del cual se puede deducir el coeficiente de consolidación horizontaldel material, Ch.
Así pues, los ensayos de disipación, pueden substituir, en parte, las curvas deconsolidación de los edómetros, mucho más lentos y costosos, sin que ello impliqueque estos no continúen siendo necesarios, ya que no se obtiene la curva índice deporos – presión.
En el caso de la figura se observa que el tiempo t50 se produce hacia los 80 segundos,es decir con bastante rapidez, por lo que es fácil deducir que no se trata de una arcillasino de un limo. En este caso se obtiene un Ch= 0.1 cm2/seg.
En general, con los ensayos de disipación se obtienen valores de Ch bastanteajustados a la magnitud real deducida de los tiempos de asentamiento de precargasdebidamente instrumentadas. En los niveles cohesivos del delta, son normales valoresque oscilan entre 0.01-0.1 cm2/seg.
8. CORRELACIÓN CON EL ENSAYO SPT.Existe una amplia y contrastada bibliografía sobre la correlación entre la resistencia enpunta del piezocono, y el valor N del ensayo SPT.
En la figura 13 se presenta la debida a Robertson, (1983). Se aprecia como parasuelos arcillosos, el coeficiente qt/N, es del orden de 1.0-1.5, de alrededor de 4 enarenas finas, aumentando hasta 6-7 en arenas de granulometría gruesa.
Figura 13. Correlación CPTU – SPT con el tamaño de grano.(Robertson et al., 1983)
Vale decir que esta correlación es correcta sólo cuando se utiliza el valor SPT N60%.
Ello nos lleva, aunque nos aparte un poco del ámbito de este capítulo, a incidir en quelos valores SPT obtenidos en el campo, deben ser corregidos en función de una seriede condicionantes, uno de los cuales es la energía de golpeo, aspecto que en Españaes a menudo olvidado por muchos geotécnicos.
Debe recordarse que los sistemas de golpeo automáticos, no empezaron a utilizarseen nuestro país hasta alrededor de 1.990, y que anteriormente las mayoría de ensayosse efectuaban con elevación de la maza mediante poleas, con lo cual el rendimiento
del sistema, y en consecuencia la energía de golpeo, era claramente inferior al métodoactual.
Si se comparan ensayos con el método antiguo, con los valores registrados en elmismo terreno con el método automático, se observará cómo con estos últimos elvalor N es bastante más bajo.
La mayoría de correlaciones del SPT respecto a otros parámetros geotécnicos fueronestablecidas con el método tradicional, con lo que si se continúan utilizando aquellosgráficos de correlación, con el golpeo actual, se incurre en el error de ser demasiadoconservador.
Modernamente se considera que el SPT debe ser corregido al valor que se obtendríacon una energía del 60% de la caída libre teórica.
Con los métodos automáticos empleados en España, se obtienen energías del ordendel 70%, con lo que el valor SPT de campo debería multiplicarse por un coeficiente de70/60=1.17.
También debe aplicarse otra corrección, ya que el muestrador SPT utilizadomayoritariamente ahora, no dispone de una camisa de zinc interior, (pero sí que existeel alojamiento para ella), mientras que los utilizados en Norteamérica en la época enque se implantaron las correlaciones, sí lo tenía.
Según Skempton (1.986), esta corrección hace multiplicar por 1.2, con lo que lacorrección global es ahora de 1.4.
En ensayos a menos de 10 m de profundidad, debe practicarse una nueva corrección,que oscila entre 0.75 (ensayos a 3-4 m), y 1.0 para ensayos a más de 10 m deprofundidad.
En definitiva, es nuestra opinión que los valores SPT de campo, deben ser corregidospor un factor de 1.4 (1.0 a 1.4 en ensayos a menos de 10 m de profundidad), paraobtener el valor N60% que es el que debe emplearse en las correlaciones con otrosparámetros geotécnicos.
Podemos ahora aplicar estos conceptos a la correlación con la resistencia en punta delpiezocono.
En la figura 14 se muestran los valores SPT de campo obtenidos en una serie desondeos perforados en el Polígono Pedrosa. Corresponden a arenas finas, muyhomogéneas en el tramo comprendido entre los 12-20 m de profundidad, registrándoseun valor medio de N=15.
Figura 14. Comparación entre valores de campo y valores corregidos en el ensayoSPT.
En estas mismas arenas, el valor de la resistencia en punta del piezocono, es de 100kg/cm2, muy homogénea también en la profundidad referida (ver piezocono de laderecha de la figura 9).
Con estos datos se obtiene un índice qt/N=6,7, muy alejado de las correlaciones deRobertson para arenas de esta granulometría.
En cambio, si se efectúa la corrección de 1.4, el valor medio N60% pasa a ser deN60%=21, con un índice qt/N=4.7, mucho más próximo a lo que cabría esperar.
9. DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS GEOTÉCNICOS.El ensayo CPTU permite un estudio directo de soluciones geotécnicas. Baste para ellorecordar que la resistencia en punta y fricción lateral de un pilote pueden evaluarsedirectamente a partir del piezocono (salvando efectos de escala y otros que ahora noconsideramos).
Pero además, existe una amplia bibliografía teórica y empírica, que permitecorrelacionar sus datos con los de importantes parámetros geotécnicos.
En nuestro caso utilizamos preferentemente el programa Conrad, elaborado por elInstituto Geotécnico de Suecia.Analizamos ahora alguna de estas correlaciones, distinguiendo el caso de suelosgranulares y cohesivos. En las figuras 15 a y 15 b puede observarse la interpretaciónefectuada por Conrad sobre el piezocono de la figura 7.
Vale decir que a veces no es tan importante el valor absoluto del parámetro deducido,sino las variaciones del mismo en profundidad.
Figura 15 a. Interpretación del CPTU de la figura 7 mediante el programa CONRAD.
Figura 15 b. Interpretación del CPTU de la figura 7 mediante el programa CONRAD.
Suelos cohesivos.Resistencia al corte sin drenaje y preconsolidación.Para la cohesión no drenada, cu, suelen utilizarse expresiones del estilo de:
cu=(qt-σ)/(13.4+6.65*ωl),
siendoqt=resistencia en punta.σ=tensión vertical total.ωl= Límite líquido del sedimento.
Normalmente tanto el límite líquido como la densidad del terreno pueden valorarse apartir de sondeos próximos.
En el ejemplo expuesto, se observa cómo en las arcillas superficiales, de llanura deinundación deltaica, se obtienen valores de cu=0.5 kg/cm2, mientras que en las arcillasdel prodelta, entre 40-55 m de profundidad, se obtienen valores que aumentanprogresivamente desde 1.0 hasta 2.0 kg/cm2.
Conviene siempre estudiar la evolución del coeficiente cu/σ’. En el caso expuesto, y enel tramo 40-55 m bajo la superficie, este índice es del orden de 0.25 a 0.30. Ensedimentos normalmente consolidados de plasticidad baja, este valor suele situarsealrededor de 0.20-0-25, de lo que se deduciría que los materiales del prodelta estaríanligeramente preconsolidados.
En el caso de las arcillas de llanura de inundación, dicha relación es del orden 1.0, conlo que su preconsolidación debe ser notable.
Para el cálculo cuantitativo de la preconsolidación normalmente se utilizan expresionesde solución reiterativa, del estilo de:
σ’c= (qt-σ0)/(1.21+4.4*ωl)/(1.07-0.54*logOCR)
siendo ahoraσ’c= presión de preconsolidación.OCR= grado de preconsolidación.
En el caso del piezocono ejemplo, Conrad interpreta los sedimentos del prodelta comoalgo preconsolidados, con OCR del orden de 1.5 a 2.0. Ya se ha comentadoanteriormente que esta preconsolidación es probablemente debida a descensos delnivel freàtico, y cambios en la mineralogía del sedimento.
Suelos granulares.Densidad relativa, ángulo de fricción y módulo de deformaciónPara arenas homogéneas cuarcíticas, normalmente consolidadas, Conrad empleapara la densidad relativa formulaciones como:
Dr= -131+66*log(qt/σ’0.5)
Donde qt y σ’ se expresan en kPa.
El ángulo de fricción deducido mediante piezoconos depende del coeficiente de empujehorizontal. Conrad hace uso de gráficos establecidos por diversos autores, y queofrecen una suficiente aproximación.
Para arenas normalmente consolidadas, el módulo de deformación es por lo menosdel orden de 2.0*qt, si bien cálculos más complejos ofrecen resultados superiores. Si laarena está preconsolidada, el módulo crece aún más.
En el piezocono presentado como ejemplo, la mayor parte de las arenas del niveldetrítico superior presentan densidades relativas entre 60-90, y ángulos de fricción delorden de 35º.
El módulo de deformación oscila en dicho piezocono entre 300-500 kg/cm2.
10. CONCLUSIONES.El ensayo CPTU o piezocono es un instrumento de reconocimiento geotécnico quepermite abordar con rapidez y precisión, la estratigrafía y caracterización geomecànicade sedimentos relativamente poco compactos.
No sustituye otras técnicas de reconocimiento sino que las complementa, y ademásexiste una amplia experiencia internacional, que facilita la correcta interpretación y usode los datos que proporciona,
En la zona del delta del Llobregat, su empleo se ha demostrado muy válido en lamodelización geotécnica del subsuelo.
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