Fundamentos de Geotecnia: Clasificación, Propiedades y Ensayos de Suelos para Cimentación

Fundamentos y Definición del Terreno

Definición del Terreno

Es la parte superficial de la corteza terrestre, en la que existen muchas clases de suelos distintos con características propias. Pueden ser agrícolas, forestales, desérticos, etc.

Importancia del Conocimiento del Terreno

El conocimiento del terreno es crucial porque condiciona el sistema de cimentación y, a menudo, el tipo de obra. Por otra parte, su dureza influye en la forma de ejecución y en el precio del coste.

Características Esenciales del Terreno a Conocer

• El tipo y la resistencia de la capa de terreno.
• Los espesores y el orden de sucesión de las capas.
• La existencia de capas acuíferas o freáticas.

Estructura y Resistencia de los Suelos

Dependen directamente de la forma y el tamaño de los granos que lo constituyen, siendo la adherencia y cohesión entre ellos lo que les confiere resistencia.

Clasificación Geotécnica de los Terrenos

Criterios de Clasificación

Los terrenos se clasifican según diversos criterios:

• Según su origen: Sedimentarios y volcánicos.
• Según su comportamiento frente a la acción de fuerzas: Elásticos y plásticos.
• Según su empleo en la construcción (ejecución de cimentación): Buenos, medianos y malos.
• Según la norma (Clasificación Geotécnica):
  • Rocas: Son formaciones geológicas sólidas con alta resistencia a compresión.
  • Sin cohesión: Están formados fundamentalmente por áridos (grava, arena y limo orgánico), pudiendo contener arcillas.
  • Coherentes: Formados fundamentalmente por arcillas.
  • Deficientes: No aptos para la cimentación (fangos inorgánicos, terrenos orgánicos y rellenos).

Terreno Agresivo

Es aquel que tiene una elevada proporción de sulfatos y ataca al cemento Portland, disgregando el hormigón.

Terrenos No Homogéneos

Están formados por suelos de distinto tipo dentro de la zona afectada por las cargas transmitidas por la cimentación. Pueden originar asentamientos diferenciados admisibles para la estructura.

Granulometría y Estructura de los Suelos

Tamaño de Áridos (Gruesos y Finos)

La clasificación granulométrica se establece por el tamaño de las partículas:

• Gravas: > 2 mm
• Arenas: 2 - 0.06 mm
• Limos: 0.06 - 0.002 mm
• Arcillas: < 0.002 mm

Tipos de Estructura de Suelo

• Granulares: Se caracterizan porque la interacción de sus partículas es de carácter friccional a través del contacto de sus superficies. Las partículas sólidas no se modifican significativamente con la humedad.
• Expansivos: Se caracterizan por sufrir grandes cambios de volumen ante cambios relativamente pequeños de humedad y sufren retracciones importantes al desecarse.
• Cohesivos: Tienen una importante fracción fina en su interacción con el medio.

Ensayos Geotécnicos y Caracterización del Terreno

Ensayos In Situ

Permiten el reconocimiento de las condiciones y propiedades del terreno para su posterior ensayo y análisis en el laboratorio, facilitando la elección del mejor sistema de cimentación. Incluyen:

• Prospecciones geofísicas (métodos sísmicos y eléctricos).
• Sondeos.

Ensayos de Laboratorio

Entre los ensayos más comunes se encuentran:

• Medida de la compresibilidad.
• Ensayo Proctor y Modificado.
• Ensayo granulométrico.

Finalidad del Ensayo Granulométrico

Su objetivo es determinar si el suelo es arena, grava o un suelo fino. Se determina el porcentaje del peso total de cada uno de los tamaños considerados. La separación de los pesos por su tamaño máximo se realiza a través del tamizado.

Finalidad del Ensayo Proctor y Modificado

Estos ensayos determinan la densidad máxima y el contenido óptimo de humedad para la compactación:

• Proctor Estándar: Compacta 3 capas de espesor normalizado en un molde de 10 cm de diámetro, utilizando un pistón de 2.5 kg con una caída de 30.5 cm, aplicando 25 golpes por capa.
• Proctor Modificado: Se compactan 5 capas con un pistón de 4.5 kg y una caída de 45.7 cm, aplicando 60 golpes por capa.

Compactación de Suelos

La compactación se utiliza para asegurar que el terreno de aportación, junto con los materiales granulares y los materiales del firme, resista la consolidación de su propio peso y la acción de las cargas del tráfico que soporta.

Factores que afectan la compactación:

• La humedad del suelo durante la compactación.
• El tipo y la energía de compactación.
• El tipo de terreno.