Presión admisible en el suelo - Zapatas en Arcilla.

Bajo la carga muerta más las cargas vivas máximas que pueden esperarse normalmente, el factor de seguridad contra falla por capacidad de carga debe ser del orden de 3. La presión admisible en el suelo qa  puede, por lo tanto, tomarse como un tercio de la presión máxima neta (ec, 18.2) 

La ec. 18.4 y los valores de N de la f’ig. 18.2 proporcionan la base de las curvas mostradas en la fig. 18.3. Para valores dados de la resistencia dci sucio y de Df/B, la presión neta admisible en el suelo qa para zapatas continuas puede obtenerse directamente de la gráfica. Para las zapatas rectangulares los valores de la gráfica se multiplican por (1 + 0.2B/L); por lo tanto, para las zapatas cuadradas o circulares el aumento es 20 por ciento. Pueden hacerse los ajustes adecuados a los valores del diagrama para factores de seguridad con otros valores diferentes a 3.

La relación del espesor de la sobrecarga al ancho de la zapata comúnmente es menor de 1. La fig. 18.3 revela que, bajo estas condiciones, la presión neta admisible es aproximadamente igual a la resistencia a la compresión simple de la arcilla. 

Figura 18.3. Presión admisible neta para zapatas sobre arcilla y limo plástico. Determinada para un factor de seguridad de 3 contra falla por capacidad de carga (condiciones Ø=0) Los valores del diagrama son para zapatas continuas (B/L = 0); para zapatas rectangulares, multiplíquese los valores por 1 + 0.2 B/L; para zapatas cuadradas y circulares, multiplíquese los valores por 1.2.

Debido a las variaciones que ocurren normalmente, aun en los depósitos de arcilla relativamente uniformes, el valor de q en la ec. 18.4 o en la fig. 18.3, debe representar el promedio en una profundidad B abajo de la zapata. La resistencia a la compresión simple debe determinarse a intervalos de 15 cm en la dirección vertical. Puede estimarse la resistencia de algunas de las muestras, si el técnico es experimentado, pero deberá probarse cuando menos una de cada cinco. Si, por otra parte, la arcilla no es uniforme y existe un estrato blando situado dentro de una profundidad B, abajo de la base de la zapata, la resistencia del estrato blando determinará el factor de seguridad del elemento. En la fig. 21.2, se muestra esta condición y sus efectos importantes en el proyecto de las zapatas.

Si la resistencia del suelo disminuye con la profundidad, la seguridad de una zapata grande puede ser mucho menor que la de una pequeña. Además, bajo estas condiciones, sólo pueden usarse la ec. 18.4 y las curvas de la fig. 18.3 para elegir la carga de seguridad de una zapata individual, si la zapata está tan alejada de sus vecinas, que los esfuerzos en el subsuelo, ya no son influidos significativamente por dichas vecinas. Si en el subsuelo existen uno o más estratos blandos o una profundidad incluso mayor que B, debe hacerse un cálculo para determinar si la presión en la frontera superior de cualquiera de los estratos blandos excede del valor de seguridad para el estrato. Si lo hace, debe modificarse el proyecto.

Puede determinarse la presión en la frontera superior por medio del diagrama descrito anteriormente. Sin embargo, con frecuencia resulta más expedito y suficientemente preciso, suponer que la presión en la base de la zapata se distribuye uniformemente dentro de los confines de un prisma truncado, cuyos lados se inclinan hacia afuera de las aristas inferiores de la zapata con un talud de 2:1 (vertical:horizontal).

Si la arcilla contiene sistemas de grietas o superficies de resbalamiento, el procedimiento basado en la resistencia al esfuerzo Cortante no drenada, determinada con pruebas de compresión simple, o con veleta, no debe usarse, porque la resistencia de la arcilla depende de la separación y naturaleza de los defectos y no de la resistencia del material intacto. Bajo estas circunstancias, puede ser necesario recurrir a pruebas de carga.

El modo de hacer una prueba de carga, depende de la separación de las grietas, el tamaño de la zapata, y el grado de uniformidad de la arcilla. Para tener la seguridad de que se incluye un número representativo de grietas, la placa de prueba (fig. 18.4) debe ser cuando menos de 60 x 60 cm, cuadrada. El efecto de la sobrecarga alrededor de la placa debe eliminarse. Por lo tanto, la prueba se efectúa en una fosa de un ancho cuando menos igual a tres veces el de la placa. La carga debe aplicar- se sn incrementos y debe observarse la deformación después de cada uno de ellos, hasta que su magnitud sea muy pequeña. La relación de la carga al asentamiento debe determinarse hasta el punto de falla o hasta que la carga aplicada sea el triple de la d diseño. Deberá hacerse una prueba de carga al nivel de la base de las zapatas, y suficientes pruebas adicionales a mayor profundidad para determinar e] valor promedio de la capacidad de carga dentro de la profundidad B. Si la arcilla se debilita consistentemente con la profundidad, la carga de seguridad debe basarse en los valores menores de la capacidad de carga. Si las variaciones son erráticas, puede usarse el valor promedio.

Características importantes de los depósitos de arcilla y los de limo plástico - Cimentaciones.

Las arcillas pueden encontrarse en estados que varían de los correspondientes a las blandas normalmente consolidadas, a las duras preconsolidadas. Se han descrito sus características de consolidación y resistencia. Las arcillas preconsolidadas tienen frecuentemente defectos estructurales secundarios, como grietas y planos de resbalamiento, que influyen en su resistencia y compresibilidad, por lo que pueden requerir una investigación especial antes de proyectar.

La plasticidad de los limos puede deberse a un alto porcentaje de partículas en forma de lámina o a materia orgánica. Los mantos profundos de limo, que contienen frecuentemente más o menos materia orgánica, se encuentran en formaciones que son o fueron playas de octanos y lagos o lechos de ríos. Cuando estos depósitos se encuentran abajo del nivel del agua freática y nunca han estado expuestos a secado, es probable que sean tan blandos y compresibles como las arcillas normalmente consolidadas cerca del límite líquido. Por lo tanto, los limos plásticos tienen muchas de las características de las arcillas blandas y medias, y el proyecto de las cimentaciones en limo plástico se basa en consideraciones semejantes a las que gobiernan las estructuras en archa. Por esta razón, en este capítulo, la arcilla y el limo plástico se consideran cono sinónimos.

En varias circunstancias pueden usarse zapatas, losas, pilas, y pilotes para soportar estructuras en depósitos de arcilla y limo plástico. Para cada tipo de cimentación, se requieren investigaciones independientes para determinar el factor de seguridad contra una falla por capacidad de carga y la magnitud probable del asentamiento.

La capacidad de carga depende principalmente de la resistencia del suelo al esfuerzo cortante. Cuando se aplica carga por primera vez a las zapatas en arcilla saturada, se produce un aumento en la presión de poro; si la permeabilidad de la arcilla es cuando menos regular, este aumento no se disipa rápidamente. Por lo tanto, cuando menos durante un corto tiempo después de la carga, prevalecen condiciones de resistencia no drenada, siendo aplicable el análisis en que Ø = O . Como resistencia puede tomarse la no drenada, o la mitad de la resistencia a la compresión simple. En el mismo grado que se produzca consolidación, están del lado de la seguridad los resultados de los análisis basados en la premisa de que Ø = O.

A menos que la arcilla sea muy sensible la resistencia no drenada, puede obtenerse económicamente y con suficiente precisión, realizando pruebas con muestras de 5 cm tomadas con muestreo continuo, con muestradores de tubo de pared delgada. Cuando sólo puede justificarse un gasto mínimo de exploración, puede estimarse la resistencia a la compresión simple en muestras obtenidas con el muestreador de media caña (Tabla 1.5), usando la correlación entre la resistencia y los valores N de la prueba de penetración estándar (Tabla 5.3). Sin embargo, la prueba de penetración estándar es, a lo sumo, un índice inseguro de la resistencia a la compresion simple de las arcillas, y es preferible hacer pruebas con muestras de tubo. Las pruebas in-situ por medio de veleta constituyen con frecuencia una alternativa mejor que el uso de muestreadores de pared delgada, tanto en lo económico como en lo técnico. Si la arcilla contiene defectos estructurales secundarios, puede ser necesario recurrir a las pruebas de carga.

El asentamiento depende principalmente de la compresibilidad de la arcilla, que está íntimamente relacionada a su historia de carga. La compresibilidad puede evaluarse con mayor seguridad por medio de las pruebas de consolidación en muestras inalteradas representativas con diámetro de 10 a 15 cm, pero el costo para obtener estas muestras algunas veces impide su uso. Pueden resultar satisfactorias muestras más pequeñas si se toman con las mejores técnicas. En algunos casos, puede estimarse la compresibilidad de las arcillas blandas, con suficiente precisión, con los Límites de Atterberg y la humedad natural, o mediante pruebas de consolidación en muestras completamente remoldeadas. Sin embargo, las estimaciones basadas en estos procedimientos, son inaplicables a las arcillas preconsolidadas o a las muy sensibles.

En los artículos que siguen, se estudian la capacidad de carga y la determinación de las cargas de seguridad para cada tipo de cimentación. Luego se describen los procedimientos generales para hacer predicciones sobre los asentamientos. Finalmente, se tratan la excavación y la estabilidad de taludes en arcilla y el movimiento lateral de las estructuras cimentadas en ese material.

Efecto del abatimiento del nivel freático en estratos de arcilla.

El abatimiento del nivel freático dentro o arriba de un estrato de arcilla, aumenta en última instancia la presión intergranular igual que en la arena. Además, debido, a la elevada compresibilidad de la arcilla y de vanos suelos orgánicos, los asentamientos originados pueden ser demasiado grandes. Sin embargo, el

proceso de consolidación iniciado al descender el nivel freático, puede requerir considerable tiempo para que se produzca todo el asentamiento4 El tiempo depende principalmente de la permeabilidad del material. El asentamiento de la turba y del limo orgánico puede ocurrir muy rápidamente, llegando a ser de varios decímetros. El asentamiento en las arcillas más impermeables puede no ser excesivo durante el relativamente corto periodo de construcción. La rapidez del asentamiento y su magnitud pueden estimarse.

Si los mantos compresibles están sobre una capa de arena en la cual se haya hecho descender el nivel freático, los niveles piezométricos pueden disminuir hasta una distancia muy grande de la excavación. Los asentamientos correspondientes a los materiales superiores se pueden extender lejos del lugar de la construcción y ser la causa de defectos estructurales importantes. Durante la construcción de un grupo de esclusas en Holanda, haciendo descender el nivel freático 6.40 m en un suelo que consistía en 6.10 m de arcilla y turba sobre arena, se produjeron asentamientos no tables hasta a 760 m. Aun a una distancia de 40 m, el asentamiento era de 61 cm. (Brinkhorst, 1936).

Efecto del abatimiento de nivel freático en arenas.

Un sólo aumento de la presión efectiva en una masa de arena no produce ordinariamente asentamientos de significación, porque aún la arena suelta es relativamente incompresible. Sólo si la arena está extremadamente suelta, de manera que su estructura pueda sufrir un colapso, existe la posibilidad de un asentamiento importante. Por otra parte, las fluctuaciones del nivel freático pueden producir por último, grandes asentamientos, debido a que la deformación de la arena aumenta perceptiblemente con cada aplicación de carga, como se indicó en la fig. 4.13. Durante las operaciones normales de construcción, el nivel freático baja usualmente solo una o dos veces y el efecto acumulativo no es importante. 

En algunos casos, han ocurrido grandes asentamientos cerca de excavaciones drenadas en arena, debido a que se ha permitido la formación de manantiales en o cerca del fondo de la excavación. El agua, al formar manantiales puede acarrear al material dentro de la excavación grano a grano, pudiéndose formar un túnel debajo de algún estrato ligeramente cohesivo. Cuando el túnel se hace suficientemente grande, puede sufrir un colapso su techo, y la superficie del terreno que queda arriba de él se asienta. El asentamiento puede tomar la forma de un sumidero, situado a considerable distancia del borde de la excavación. 

Asentamientos Debidos al Abatimiento del Agua Freática.

Causa del asentamiento, Siempre que se hace descender el nivel freático, el peso efectivo del material entre la posición original y final de dicho nivel, aumenta del valor correspondiente al suelo sumergido al del suelo húmedo o saturado. Esto causa el aumento correspondiente de presión efectiva en todos los niveles abajo de la posición

original del nivel freático, y produce deformaciones, de acuerdo con la relación esfuerzo-deformación, para el material en cuestión. Los desalojamientos originados producen un asentamiento de la superficie del terreno que es aproximadamente proporcional al descenso del nivel freático.

-Efecto del abatimiento de nivel freático en arenas.

-Efecto del abatimiento del nivel freático en estratos de arcilla.

 

Control de la Compactación - construcción de un relleno compactado.

La construcción de un relleno compactado requiere un cuidadoso control. Para logralo, comúnmente se sigue uno de dos procedimientos; las circunstancias indican cual de los dos deberá emplearse en cada obra particular.

Si los materiales que van a usarse para el relleno han sido escogidos y estudiados por el ingeniero, y en la localidad existe una amplia experiencia en su compactación, con el equipo que puede conseguirse generalmente en la región, el ingeniero puede preferir especificar los detalles del procedimiento de compactación, como la humedad, espesor de las capas, tipo de equipo y número de pasadas. Entonces, el control consiste principalmente en hacer que se cumpla con el procedimiento y en asegurarse de que el terraplén adquiere las propiedades previstas por el proyecto. Si el inspector juzga que debe hacerse algún cambio, como cuando se necesitan pasadas adicionales, da la orden y se paga al contratista correspondientemente. En este procedimiento, se reconoce que la uniformidad de la aplicación de un procedimiento de construcción apropiado es quizá la mejor garantía del funcionamiento satisfactorio de un relleno. El método se adapta mejor a las obras grandes, en las que se han efectuado intensas investigaciones preliminares; en realidad, este es el procedimiento adoptado por organizaciones como el Cuerpo de Ingenieros de los E.E.U.U en las grandes presas y aeropuertos que construye.

En muchas obras pequeñas no se conoce el banco del que se va a extraer el relleno, ni el tipo de equipo de compactación que se usará, antes de efectuar el contrato. Bajo estas condiciones, el ingeniero usualmente especifica condiciones generales para la aceptabilidad del material de relleno y exige se coloque dentro de un intervalo de humedad cercano a la óptima y se obtenga un grado de compactación núnimo. También especifica las normas de compactación aplicables; para la mayor parte de los edificios se designa la prueba Proctor Estándar. El procedimiento de control en el campo consiste en determinar la curva humedad-peso volumétrico seco correspondiente, a la prueba Proctor Estándar para cada tipo de material de relleno, y en ejecutar pruebas de control en el campo, para determinar si la humedad de compactación estaba dentro del intervalo especificado y si se obtuvo el peso volumétrico seco señalado. Los detalles del procedimiento de compactación se dejan al contratista. El procedimiento tiene dos inconvenientes principales; cuando los suelos son variables, pueden llegar a necesitarse muchas pruebas para identificar a los materiales en que se han hecho las pruebas de campo, con aquellos en que se han obtenido las curvas de humedad-peso volumétrico seco, y tendrá que eliminarse mucho relleno ya hecho, si las pruebas de comprobación descubren defectos en suelos ya cubiertos con más relleno.

El uso de la prueba Proctor Estándar para el control de la compactación de rellenos para edificios, es más adecuado que otras normas mas rigurosas, como la prueba modificada de la AASHO, porque el equipo de compactación usado para rellenos que sustentarán edificios es generalmente mucho más ligero que el adoptado para las carreteras, presas de tierra o aeropistas. En la mayor parte de las obras, la humedad para compactación debe estar comprendida (wopt ± 2%) para suelos ML, (wopt ± 3%) para suelos CL y MH, y (wopt ± 5) para suelos CH de potencial moderado o bajo de expansividad. Para estos suelos cohesivos, un peso volumétrico seco correspondiente a 95 por ciento del Proctor Estándar es usualmente suficiente. En los suelos que no tienen cohesión, algunas veces se especifica una Compacidad Relativa mínima (art. 1.5), en lugar de un porcentaje mínimo del peso volumétrico seco Proctor Estándar. Sin embargo, como la determinación exacta de la Compacidad Relativa es difícil en las condiciones del campo, pueden ser preferibles los métodos indirectos, como las pruebas de carga estándar, las pruebas de penetración estándar (art. 5.4), o las pruebas CGfl el cono holandés. Deberá obtenerse una Compacidad Relativa correspondiente a un valor N de cuando menos 30.

Deben evitarse las arcillas de elevado potencial expansivo como relleno bajo cimentaciones o pisos de apoyo directo en dicho relleno. Las condiciones a largo plazo de equilibrio de humedad en el relleno situado debajo de la estructura, rara vez corresponden a las que existían cuando se hizo la construcción y son muy difíciles de predecir. Si el suelo se seca, es posible que se contraiga en forma desigual, y algunas porciones de los pisos o algunas zapatas pierdan su capacidad de carga, produciéndose entonces asentamientos irregulares. Si la humedad aumenta, la estructura, y especialmente el piso, pueden hincharse irregularmente y agrietarse y se producirán grandes empujes en los muros de la cimentación. Si no existe alguna alternativa práctica para no usar arcilla expansiva para relleno, es preferible tender y compactar el material algo más húmedo que con la humedad óptima, porque los efectos de la expansión son usualmente más perjudiciales que los de la contracción. Si la humedad en el relleno puede aumentar y disminuir alternativamente, pueden pronosticarse daños importantes.

Las arcillas expansivas pueden, en muchos casos, transformarse permanentemente en suelos de mucho menor plasticidad y potencial expansivo, mezclándolas con una pequeña proporción de cal hidratada, Ca(OH)2. 

Este tratamiento debe aplicarse solamente después que se hayan hecho las investigaciones adecuadas para determinar la cantidad de cal necesaria y el grado de beneficio que puede esperarse (Eades y Grim, 1966).

La adición de cal puede resultar también útil para facilitar el manejo de limos y arcillas que tengan humedades en el campo mayores a las óptimas de compactación. El efecto principal de la cal consiste en reducir por hidratación el agua libre en el suelo; también reduce la plasticidad. Probablemente el suelo compactado aumente de resistencia y firmeza con el tiempo. Con frecuencia se usa el cemento portland para el mismo objeto; generalmente es menos eficaz para reducir el agua libre, pero puede suceder que con él el terreno adquiera más resistencia a largo plazo. Puede resultar más económico hacer una mezcla previa con cal seguida de la adición de cemento, cuando se requiera una resistencia importante.

Colocación y Compactación de Rellenos - Suelos.

Los mejores materiales para hacer rellenos en los solares de construcción son las arenas y gravas bien graduadas, que posiblemente contengan una pequeña proporción de finos arcillosos. Desafortunadamente, las condiciones económicas dictan usualmente el uso de materiales de menor calidad que puedan estar cerca de la obra. La mayor parte de los suelos inorgánicos son aceptables, con excepción de las arcillas plásticas muy expansivas y arcillas con humedad natural muy superior a la óptima de la prueba Proctor Estándar, en localidades en que las condiciones climáticas impiden el secado por manipulación y exposición al aire. 

Los limos sin cohesión y las arenas uniformes muy finas son también inadecuados, porque son difíciles de compactar.

Las técnicas modernas para colocación de terraplenes sugieren construirlos en capas, usualmente no más gruesas de 30 cm, después de compactadas, y en el empleo del equipo de compactación adecuado al tipo de suelo, La humedad de colocación debe tener un valor cercano al óptimo correspondiente al tipo de suelo y procedimiento de compactación que se esté usando.

Cuando resulte práctico, el tendido y compactación del terraplén deben hacerse cuando el área se encuentre libre de obstáculos como zapatas de cimentación, instalaciones y otras construcciones. El relleno se distribuye normalmente en camellones, que se extienden con bulldozers o motoconformadoras, y se compactan con equipos tirados por tractores. Los compactadores neumáticos (fig 11 .3a) que aplican 20 tons. o más a un grupo de cuatro ruedas en fila, con una presión en las llantas del orden de 4 kg/cm2, usualmente logran la compactación después de aproximadamente 6 pasadas en la mayoría de los materiales granulares ligeramente cohesivos a la humedad óptima o cerca de ella. Los rodillos pata de cabra (fig. 11.3b) son más efectivos para suelos limosos o arcillosos; son tambores de acero, de más de 1 m de longitud, y con diámetros del orden de 1 m, a los que se fijan salientes o patas, que sobresalen unos 25 cm, de la superficie del tambor y que tienen un área de apoyo usualmente comprendida entre 25 y 50 cm2. Muchas veces, los tambores se lastran para que pesen unas 2 tons y los vástagos apliquen presiones en el orden de 8 kg/cm2, aproximadamente. Generalmente, son necesarias de seis a ocho pasadas para obtener la compactación requerida. Para las arenas y gravas desprovistas de cohesión son preferibles los rodillos vibratorios. Son tambores de acero que aplican un peso de 3 a 5 tons aproximadamente, más una fuerza oscilatoria vertical de magnitud ligeramente menor, aplicada con una frecuencia del orden de 20 Hz. Generalmente, son suficientes dos pasadas.

Siempre que sea posible, deberán hacerse en el terraplén las excavaciones para zapatas, muros de contención e instalaciones después de su compactación. Sin embargo, en muchos casos, las zapatas y los muros están construidos antes de que se hayan tendido las capas finales del relleno. En este caso, el relleno no puede compactarse con equipo para trabajos en gran escala. Si el terraplén es cohesivo, puede compactarse en las esquinas y rincones por medio de pisones neumáticos de mano; el espesor de las capas no deberá exceder de 10 cm. Las arenas y gravas sin cohesión pueden compactarse por medio de pequeños rodillos o placas vibratorios (fig. 11.3c). Debe cuidarse que el material situado detrás de los muros de contención no se compacte en exceso; de otra manera, los muros podrán desalojarse y aun agrietarse.

Los rellenos de las zanjas para instalaciones y otros espacios que van a quedar cubiertos con pisos o pavimentos deberán consistir preferentemente de la arena mejor graduada disponible y de mezclas de grava y arena. Los materiales para este objeto frecuentemente se vacían sueltos en el lugar, y luego se inundan con intención de compactarlos. Aunque se usa mucho todavía este procedimiento, no debe permitirse. En los rellenos cohesivos inevitablemente debilita y reblandece el suelo produciendo en el futuro, pérdida de capacidad de carga y asentamientos. En las arenas uniformes o finas el procedimiento no puede hacer otra cosa que producir el colapso de las zonas inestables muy sueltas, asociadas al aumento de volumen y dejar la arena con una compacidad relativa cercana a cero; si el relleno es de arena y grava bien graduadas, el efecto de aumento de volumen es despreciable y no se obtiene ningún beneficio de la inundación.

Figura 11.3 Equipo comúnmente usado para compactación a) Rodillo neumático b) Rodillo de pata de cabra c) placa vibratoria para trabajar a mano

Zapatas: Presiones Admisibles en el Suelo.

En los primeros tiempos de la ingeniería de cimentaciones se elegía el área de las zapatas de acuerdo con el criterio del ingeniero, basándose en su experiencia. En la mayor parte de los lugares se inventaron reglas empíricas sencillas. Por ejemplo, en algunas partes de los Estados Unidos, el ancho de una zapata corrida en pies era igual al número de pisos de la estructura. No se pensó en dar áreas mayores a las zapatas para soportar cargas más pesadas.

Al principio de la década de 1870, la determinación de las dimensiones se hizo apoyándose en una base más racional. Los ingenieros progresistas de aquellos días recomendaban que las áreas de las zapatas en un lugar dado, se hicieran proporcionales a las cargas que obraban en ellas, y que el centro de gravedad de la carga debía coincidir con el centroide de la zapata. Se creía que los asentamientos de todas las zapatas serían iguales y que no se inclinaría ninguna zapata si se segun concienzudamente estas recomendaciones. Además, se creía que para cada suelo existía una presión específica bajo la cual los asentamientos de las diferentes zapatas no excederían de valores razonables, Esta presión, conocida como presión admisible en el suelo, se especificaba generalmente en el reglamento de construcción o en las ordenanzas de la ciudad en la que se localizaba la construcción.

Con el perfeccionamiento de la mecánica de suelos, se hizo evidente que la seguridad o el asentamiento de una zapata dependen de muchos factores, además de la presión ejercida en el subsuelo. Sin embargo, como el concepto de la presión admisible en el suelo es tan cómodo, se ha conservado en la moderna ingeniería de cimentaciones, pero con modificaciones y limitaciones dictadas por los criterios actuales. Estasmodificaciones y limitaciones, constituyen una gran parte de la información.

Zanjas y Cárcamos

Donde el espacio lo permita, pueden usarse zanjas para abatir el nivel del agua freática en arena o en otros materiales que se han hecho permeables por grietas o juntas. En arenas limosas o finas, los taludes laterales ordinariamente deben ser relativamente tendidos debido a las presiones de filtración que produce el agua que penetra.

Los taludes relativamente tendidos que se requieren para las zanjas abiertas en arena, generalmente impiden el uso de zanjas para abatir el nivel del agua freática más que unos cuantos decímetros. Sin embargo, se usan las zanjas abiertas en el fon do de una excavación para recolectar el agua que se filtra en ella. Estas zanjas conducen a cárcamos de los cuales se bombea el agua.

Un cárcamo es una fosa a nivel más bajo que el de las zanjas que entran en él. Debe tenerse mucho cuidado para evitar que la arena y el limo de los lados y del fondo del cárcamo se deslaven y se vayan en el agua que se bombea. Para reducir la pérdida de arena por bombeo y evitar la consecuente inestabilidad, con frecuencia es conveniente revestir las paredes del cárcamo, y cubrir el fondo con un material de grano grueso que funcione como filtro. La fig. 9.1 muestra un dispositivo de ese tipo al pie de un corte en arena.

Un tubo de diámetro grande, colocado verticalmente, con material de filtro en su parte inferior, es con frecuencia satisfactorio. 

Figura 9.1. Cárcamo protegido con filtro para hacer cortes a cielo abierto en arena. 

El drenaje de construcciones temporales o permanentes también puede efectuarse, excavando cepas en vez de zanjas, colocando tubos de barro o tubos perforados en ellas y llenando las cepas de material permeable. 

Para evitar que se deslave el material fino del relleno que rodea la excavación, puede ser necesario rodear los drenes de material granular que satisfaga los requisitos de los filtros. El ancho de las aberturas en los tubos de drenaje deberá ser igual al (D60) del material por proteger.
 

Drenaje y Estabilización.

Introducción. Cuando la profundidad de excavación sea mayor que la distancia a la superficie libre del agua en un suelo permeable que tenga un coeficiente de permeabilidad mayor que aproximadamente 10^-3 cm /seg, el suelo debe desaguarse para que permita la construcción de las cimentaciones en seco. Si el coeficiente de permeabilidad del suelo está comprendido entre 10-^3 y 10^-5 cm/seg, la cantidad de agua que fluye hacia dentro de la excavación puede ser pequeña, pero todavía puede requerirse drenaje para mantener la estabilidad de los frenos y el fondo de la excavación. Si el coeficiente de permeabilidad es menor que 10^-7 cm/seg, es probable que el suelo posca suficiente cohesión para vencer la influencia de las fuerzas de filtración y puede no ser necesario el drenaje, aunque la excavación se extienda a considerable profundidad abajo del nivel del agua freática.

En las estructuras con sótanos, frecuentemente es necesario mantener abatido el nivel freático. Para esto se requiere la instalación de drenes permanentes.

El proceso físico del drenaje ya se ha descrito. La posibilidad de que el drenaje induzca asentamiento se considera. Los requisitos para el drenaje de los diferentes tipos de cimentaciones en diferentes formaciones del subsuelo se describirán mas adelante. Este capítulo se refiere principalmente a las técnicas generales de drenaje y al equipo necesario para efectuarlo.

Conclusiones de la exploración de Suelos.

Sin importar lo completo que el programa de exploración y pruebas del suelo pueda ser, siempre existirá un gran margen de incertidumbre con respecto a la naturaleza exacta de las condiciones del subsuelo en un lugar dado. Este hecho es de gran importancia práctica, pues hace que el proyecto de la cimentación sea fundamentalmente diferente de otras ramas del proyecto estructural. El ingeniero no puede proceder como lo hará con materiales que tienen propiedades bien definidas, como el acero, el concreto o la madera. Aunque estos últimos materiales no son perfectamente uniformes, casi siempre pueden considerar- se así en el proyecto. El especialista en cimentaciones frecuentemente tiene que esperar para obtener las conclusiones finales con respecto a las condiciones del suelo, a poder observar lo que sucede en el campo, y debe utilizar cualquier evidencia por pequeña que sea. Las pruebas de suelos ejecutadas en unas cuantas muestras tomadas en un depósito errático no proporcionan una buena base para el proyecto, debido a que el ingeniero está interesado en el comportamiento del depósito en conjunto, antes que en el de unas cuantas muestras tomadas en él.

En el estudio de los procedimientos para proyectar cimentaciones que se desarrollan mas adelante, los depósitos naturales se agrupan de acuerdo con sus caracteristicas generales como arcilla y limo plástico, arena y limo no plástico, suelos susceptibles de colapso y suelos expansivos, suelos no uniformes, y rocas. En el estudio de cada grupo, se prestará particular atención a las incertidumbres que se presentan al evaluar el comportamiento probable del depósito con respecto a la capacidad de carga y asentamientos en las cimentaciones. Se destacará la importancia de estas incertidumbres en el establecimiento del tipo adecuado de cimentación para un tipo dado de deposito. Ademas, se presentarán métodos para seleccionar y proyectar cimentaciones sobre una base racional y económica, a pesar del obstáculo que proviene de las incertidumbres inevitables con respecto a las condiciones del subsuelo.

Presentación de los Resultados de la Exploración del Subsuelo.

Los convenios sobre las responsabilidades entre el propietario y las diferentes especialidades profesionales que intervienen en el proyecto de una obra, frecuentemente requieren la presentación de un informe técnico de cimentación. En ese informe, el especialista en cimentaciones tiene la responsabilidad de la presentación de los resultados de todas las pruebas hechas en el campo y en el laboratorio, con el formato que resulte más útil y de mayor comprensión al propietario y al resto de los profesionales. Por lo tanto, los datos obtenidos de todo el programa de exploración deben presentarse de manera que expliquen con la mayor claridad, y asimismo, justifiquen las recomendaciones referentes a los tipos de cimentación y de los órdenes de variación de los cambios de funcionamiento y costos. Deberán incluirse gráficas de los datos de las pruebas y se presentarán de manera que el comportamiento del subsuelo y la estructura de cimentación puedan evaluarse fácilmente como una sola unidad.

Depósitos Eólicos.

Introducción. Íntimamente relacionados con los depósitos glaciales, especialmente en las cercanías de las vías principales de los glaciares y zonas de derrames, están los depósitos de arena y limo clasificados por el viento. El arrastre del viento a través de las grandes áreas cubiertas de arena, ya sean llanuras de derrames, playas, llanuras de inundación de ríos anchos o aún llanuras de desierto, se lleva la arena y las partículas del camano del limo, pero deja la grava. Los granos de arena ruedan unos sobre otros o saltan pequeñas distancias en el aire y se amontonan para formar médanos, mientras que las partículas del tamaño del limo son llevadas lejos.

Morrenas.

El hielo cargado de arrastres corre continuamente hacia los bordes de todo glaciar activo. Cerca de los bordes se produce la fusión, y el arrastre se concentra, y parte del mismo se fija en el terreno congelado. Esta parte constituye la morrena de fondo. Está formada por detritus de composición errática. Se deposita una pequeña cantidad de material en forma de morrena de fondo cuando está aumentando el espesor de la lámina de hielo, y una cantidad mayor cuando está disminuyendo. Cuando el espesor del glaciar ha sufrido alternativas de crecimiento y contracción, puede haber varios mantos diferentes de detritus. La fig. 6.2 representa una sección transversal en una parte del centro de Chicago, en el que cuando menos hay tres morrenas de fondo sucesivas.

Figura 6.2 Sección tranversal simplificada através de los dépositos glaciales que subyacen  a la calle Lake en Chicago

Figuras 6.3. Sección transversa1 idealizada en tina morrena terminal típica 

Si el borde de hielo permanece estacionario cuando menos unos cuantos años, el arrastre se acumula formando un bordo a la orilla del glaciar. A estas acumulaciones se les conoce como morrenas terminales. 

Consisten principalmente de arrastres, pero pueden estratificarse en los lugares ocupados por charcas formadas por agua de deshielo, y pueden contener depósitos de derrames glaciales de forma irregular. 

Comúnmente, existen grandes derrames de arena, grava, o limo al lado de las morrenas que forman un declive al alejarse del hielo. La fig. 6.3 muestra una sección transversal a través de una de estas morrenas.

La fig. 6.4 es una fotografía aérea del frente o borde sur de una porción de La Morrena Iroqués de la Edad Wisconsin en el Illinois oriental. El aspecto moteado, de tonos claros y oscuros que se ve en el área 3, es típico de gran parte de la región morrénica joven en el centro de los Estados Unidos. La variación de tono del mosaico, que tiene una apariencia brumosa o nebulosa, en el área 5, es un depósito de detritus fino, en contraste con el de textura media del área 3. El examen detallado de la figura revela una serie de canales paralelos que conducen al derrame, área 8; su paralelismo indica que están situados en el frente inclinado de la morrena terminal. Los tonos más uniformes del área 8, interrumpidos principalmente por la presencia de las marcas de viejos canales y aluviones (área 9) a lo largo de la corriente actual, contrastan fuertemente con los materiales de la morrena.

Figura 6.4. Mosaico fotográfico de una región de morrenas jóvenes mostrando zonas de morrenas de textura media (3) morrena de textura fina  (5) derrame glacial (8)  aluviones recientes (9) (Fotografías del U.S. Dept. Agr.). 

En la parte central de los Estados Unidos existen vastas superficies de morrena de fondo que están casi a nivel. A éstas se les conoce con el nombre de llanuras morrénicas. Las diferentes capas de morrenas que están debajo de estas llanuras están separadas algunas veces por mantillos viejos y canales enterrados. El mosaico fotográfico de las llanuras morrénicas jóvenes es semejante al del área 3 de la fig. 6.4, excepto porque el moteado es de tamaño mayor. Por otra parte, gran parte del material glacial expuesto en la parte del extremo sur de la región afectada por el glaciar se estima que es 200,000 años más viejo que la morrena de Wisconsin. Por lo tanto, ha sido meteorizada más profundamente, a profundidades de 2 m o más; mientras que el perfil en la región de arrastres jóvenes, rara vez excede de 1 6 2 m. El mosaico fotográfico de la fig. 6.5 es el típico de las regiones de arrastres más viejas (de Illinois) al sur del estado del mismo nombre.

Aquí, lo moteado de los arrastres ha sido casi borrado por la meteorización superficial y, además, se ha desarrollado un sistema de drenaje bastante completo, aun en las zonas casi planas.

Los depósitos glaciales varían mucho en textura, plasticidad, y propiedades ingenieriles En la tabla 6.1 se muestran datos de siete depósitos glaciales típicos; elegidos para poner de manifiesto las variaciones de tamaño de grueso a fino; sus curvas granulométricas se muestran en la fig. 6.6. Los nombres de los primeros cinco se refieren a los tipos pedológicos de suelos desarrollados en los materiales originales, a los que corresponden las propiedades tabuladas.

Los depósitos 6 y 7 representan suelos que han mostrado un comportamiento excelente en presas de tierra de Canadá (MacDonaid y colaboradores, 1961). Las siete curvas son semejantes e indican que son materiales bien graduados (fig. 6.6), aun cuando la proporción de arcilla varíe de 2 a más de 60 por ciento. 

La resistencia de estos suelos puede variar tanto vertical como horizontalmente, como se muestra en la sección transversal general (fig. 6.2) y en el perfil más detallado (fig. 6.7), que pertenece a los subsuelos del centro de Chicago.

Todos los tipos de morrenas pueden contener algo de arcillas y limos, que se depositaron en charcas temporales. Pueden contener también arenas y gravas uniformes que se precipitaron en los canales y tubos del hielo. Estos materiales aparecen como inclusiones de forma irregular, como las mostradas en la fig. 6.8. Algunas morrenas están compuestas de arcillas de arrastre con humedad excepcionalmente uniforme, mientras que otras, formadas en condiciones casi iguales, pueden presentar variaciones extremadamente erráticas. El contraste entre dos depósitos de éstos, uno sobreyaciente al otro, se muestra en la fig. 6.9.

Es probable que las áreas morrénicas estén mal drenadas, especialmente si su material fue depositado durante uno de los avances glaciaks más recientes. En las depresiones mal drenadas, se han encontrado frecuentemente mantos de turba.

 Figura 6.5  Mosaico de fotografías áreas de una vieja llanura de acarreos.

Tabla 6.1  Propiedades índice y clasificación ingenieril de Siete Típicos Morrenas Glaciales Jóvenes.

Figura 6.6  Curvas granulométricas de depósitos glaciales típicos (1) Arena y grava de New Hampshire  (2)

Arena de Wisconsin (3) Limo de Ohio (4) Arcilla limosa de  Minnesota (5)  Arcilla de Illinois  (6) Grava de la Columbia Británica (7) Arena de Quebec.

Figura 6.7

Figura 6.8  Croquis de inclusiones de arena gruesa encontradas durante las operaciones de construcción de túneles en una morrena de fondo de arcilla blanda.

Figura 6.9  Variaciones de humedad a lo largo de líneas verticales que se extienden de la morrena variable que esta arriba a la morrena uniforme que esta abajo del punto de contacto. Las dos morrenas no se distinguen a simple vista.

 

Depósitos Asociados a la Glaciación - Suelos.

Introducción. Grandes glaciares cubrieron gran parte de la superficie de la tierra al norte del paralelo 40. En otras regiones, la mayor parte de las montañas fueron sepultadas ó parcialmente cubiertas por glaciares alpinos, aun en los trópicos. El hielo excavé, transporté y redepositó rocas sueltas y suelos, Todos los materiales depositados por los glaciares reciben el nombre de arrastres. Los depositados fuera del hielo se llaman detritus.

En agua del hielo fundido que también lleva sedimentos da lugar a derrames. La concentración del agua del hielo fundido en corrientes torrenciales de caudales variables que dependían de las temperaturas, originaron los depósitos glaciofluviales. En algunos casos, el agua de deshielo se embalsé entre terrenos altos y el mismo glaciar. De esta manera, se formaron lagos en los que se depositaron sedimentos conocidos como depósitos glaciolacustres.

Terminología Pedológica - Tierra - Suelos.

Pedología es la rama de la geología que estudia la capa superficial de la tierra en un espesor de 1 ó 2 m. Dentro de esta zona, el material rocoso o formado por roca descompuesta se ha alterado por la meteorización a un grado que depende del clima, de la presencia de organismos, de la topografía, del carácter del material original, y del tiempo que hayan actuado los procesos de la meteorización.

Para el pedólogo, solamente esta zona alterada se llama suelo. Por lo tanto, la definición del pedólogo está mucho más restringida que la del ingeniero.

Cualquiera que sea la naturaleza de los suelos que se hayan formado, en un espesor

de unos cuantos metros a partir de la superficie, se encuentra una sucesión de varias capas distintas. A estas capas se les llama horizontes del suelo, y al sistema completo de horizontes se le llama perfil de suelos. 

Usualmente, el horizonte más alto ha perdido por lixiviación una cantidad importante de materia mineral fina, aunque puede contener una cantidad relativamente grande de materia orgánica finamente dividida que proviene de la descomposición de la vegetación. A esta zona se le llama algunas veces zona de agotamiento. 

El segundo horizonte es la zona en que se acumula la materia mineral fina; en la mayor parte de los perfiles es más plástica que en los horizontes que quedan arriba o abajo de la misma. En muchos casos, puede reconocerse mejor por la agrupación de las partículas en un arreglo estructural bien desarrollado, al que se llama de bloques o prismático. Los dos horizontes superiores juntos constituyen el solum, que es la zona en que los procesos de formación de los suelos son más activos. Abajo del solum está un tercer horizonte compuesto de material original relativamente inalterado. El material original puede ser un material rocoso parcialmente descompuesto y desintegrado, o puede ser un material de suelo o roca que ha sido transportado y depositado a un nuevo lugar. En la fig. 6.1, se muestra un perfil hipotético de la meteorización del suelo. Los horizontes principales se designan por A, B y C. Estos horizontes se subdividen usualmente tomando como base las variaciones menores que ocurren en las zonas de transición entre horizontes, o sobre la base de características físicas o químicas especiales. En ningún perfil aparecerían todos los horizontes mostrados; desde el punto de vista de la ingeniería, usualmente es suficiente tratar sólo en términos de los horizontes principales. Cuando se están depositando todavía materiales frescos como en el caso de las llanuras de inundación de los ríos, no existe la oportunidad de que se forme un perfil podológico típico.

La clasificación pedológica de un suelo se determina principalmente sobre la base de la geología del material de origen y de ciertas características inherentes al perfil, entre las que están incluidas el número, color, textura y estructura; espesor, composición química y disposición relativa de los horizontes.

Figura 6.1. Perfil de suelos hipotetico. mostrando las principales características y las interrelacionales de los horizontes.

Todos los suelos que tienen perfiles semejantes, excepto por la textura del horizonte superficial, se agrupan reuniéndolos en una serie de suelos, dándole un nombre. Estos nombres se toman usualmente de la localidad donde se encontró por primera vez el suelo. Ordinariamente, el nombre de la serie se modifica después con términos que indican la textura de la superficie del suelo determinada con un diagrama de clasificación triangular (fig. 1.14). Las características ingenieriles de un perfil de suelos, se determinan principalmente por la textura, plasticidad, espesor, y características de drenaje de los horizontes. Varias series pedológicas diferentes pueden tener propiedades ingenieriles semejantes.

La pedología ha sido muy utilizada por agrónomos y en grado considerable por los ingenieros de caminos y de aeropuertos. Debido a las correlaciones de la pedología con el comportamiento de las cimentaciones poco profundas, con la posición del agua freática, y con el funcionamiento de fosas sépticas, la pedología también entra cada vez más en la planificación del uso de la tierra; además, como la clasificación pedologica de un suelo incluye una descripción del material original, el ingeniero especialista en cimentaciones puede obtener de esa  descripción, información general útil respecto a la naturaleza de los suelos en una localidad con la que no esté familiarizado.

En los Estados Unidos, la mayor parte de la información pedológica esta contenida en los informes de levantamientos de suelos de los condados, que han sido publicados por el Departamento de Agricultura de los E. U., desde principios de siglo. Sin embargo, solamente los informes publicados desde 1940, pueden tomarse como información muy precisa. En estos informes se incluyen descripciones detalladas del perfil del suelo y de la geología de cada serie de suelos en el condado, y un mapa a la escala de 1 pulgada = 1 milla, o mayor, indicando las fronteras de cada serie de suelos. La mayor parte de los informes publicados desde 1960, contienen una sección sobre ingeniería y un mapa de suelos a una escala de aproximadamente 3 pulg = 1 milla. También incluyen usualmente una tabulación de información de pruebas y clasificaciones técnicas, de acuerdo con los sistemas de la AASHO y el Unificado, utilizando muestras tomadas de perfiles típicos de las series de suelos más prominentes.

En la preparación de los mapas pedologicos más modernos, se utilizan fotografías aéreas para hacer los levantamientos de suelos; todos los mapas recientes hacen uso de esta metodología. La información de las fotografías, con frecuencia permite hacer una demarcación más precisa de las fronteras de las formaciones, que la que puede obtenerse con levantamientos terrestres únicamente. Además, bajo ciertas condiciones climáticas, el carácter del material de origen se revela por elementos del patrón fotográfico, que se conocen corno formas geológicas, color del suelo, erosión, drenaje superficial, cubierta vegetal, pendiente, uso de la tierra y microrelieve. Con frecuencia, los elementos principales del patrón son afectados por la textura del suelo y las condiciones de humedad. Por lo tanto, cada patrón debe correlacionarse con el perfil de suelos correspondiente que se haya determinado por levantamientos en el campo, pero después de ésto, pueden hacerse estudios rápidos de áreas muy grandes empleando la interpretación de fotografías aéreas.

En los E.E.U.U. pueden obtenerse fotografías aéreas verticales en dependencias gubernamentales tales como, el Departamento de Agricultura, el Servicio Geológico Nacional y el Servicio Forestal. La habilidad para interpretar fotografías desde el punto de vista de la ingeniería depende de la preparación que se tenga en geología, pedología y ecología botánica, así como del conocimiento que se tenga de las características de los depósitos de suelos naturales. En las zonas en que no se disponga de informes geológicos ni pedológicos, la interpretación de las fotografías aéreas proporciona un recurso para la localización de las fronteras de los suelos, para predecir las características técnicas de ciertas áreas, y para programar racionalmente la exploración de suelos y determinar los detalles de la estratigrafía.

Terminología Geológica - Suelos.

El conocimiento del origen geológico de un depósito de suelo permite a menudo comprender sus características físicas. Por lo tanto, el ingeniero debe consultar todos los datos geológicos que pueda conseguir. En los siguientes artículos se describen los tipos más comunes de depósitos naturales, y se exponen ejemplos representativos de los resultados de los programas de exploración para determinar sus características.

Desde el punto de vista de la geología, los suelos pueden dividirse en dos grupos principales: transportados y residuales. Los transportados ya no cubren el material rocoso que les dio origen. Pueden también clasificarse de acuerdo con el modo en que se transportan y depositan como sigue:
suelos aluviales, transportados por el agua corriente; suelos lacustres, depositados en lagos quietos; suelos marinos, depositados en el agua del mar; suelos eólicos, transportados por el viento; suelos coluviales, depositados principalmente por efecto de derrumbes y deslaves de las laderas; y los suelos glaciales. Los suelos residuales son los que se han formado de la roca madre sobre la cual se encuentran ahora. Son comunes los depósitos profundos de suelos residuales en el sudeste de los Estados Unidos, Hawai, Puerto Rico, y generalmente en los trópicos húmedos. Son raros en la mitad norte de los Estados Unidos y Canadá, debido a que los glaciares continentales eliminaron la mayor parte de los productos de la intemperización que se habían formado sobre los afloramientos de roca.

Hablando en forma muy general, los suelos tienden a disponerse en perfiles o sistemas de capas. Los más importantes de estos son los de meteorización y de deposición. En muchos casos, uno de los primeros se encuentra superpuesto a uno posterior y puede encontrarse un sistema relativamente complejo cerca de la superficie.

Número y Profundidad de los Sondeos - Exploración Subsuelo.

Para edificios o estructuras de tamaño ordinario, es conveniente programar hacer cuatro sondeos, uno en cada esquina de la estructura. A menos que se encuentre un manto de roca, el primer sondeo ordinariamente debe prolongarse a la máxima profundidad dentro de la cual el esfuerzo producido por la estructura pueda todavía influir en los asentamientos. Esta profundidad puede haberse determinado basándose en los cálculos aproximados del esfuerzo y del asentamiento, como se indica en la parte C. En una estructura muy cargada, el primer sondeo debe prolongarse ordinariamente hasta una profundidad igual al doble del ancho de la estructura. Debajo de una estructura con carga ligera con columnas muy separadas, la profundidad del primer sondeo no debe ser menor que el doble del ancho probable de la zapata mayor.

El segundo sondeo sirve para comprobar si las condiciones del suelo son uniformes o erráticas. Si los resultados son semejantes a los del primer sondeo, los sondeos subsecuentes pueden interrumpirse ordinariamente, cuando han penetrado todo el estrato blando o compresible.
Si con los sondeos se encuentra roca y las condiciones son tales que la estructura pueda desplantarse sobre ella, deberán obtenerse corazones de una profundidad de 1.5 a 3.0 m para asegurase de que se trata de un manto de roca sana, y no de un boleo o pedazo de roca desprendido. Si existe la evidencia de que haya canales de disolución o de meteorización profunda, usualmente los núcleos deben continuarse dentro de la roca sana. 

Al proseguir el programa de exploración, el ingeniero debe estudiar las consecuencias que pueda tener toda nueva información. Si se necesitan sondas adicionales, pruebas de penetración, o investigaciones especiales, deberán localizarse y planificarse, de manera que cada adición al programa proporcione el máximo de conocimientos en esa etapa de la investigación.
 
Aunque el programa debe elaborarse de manera que proporcione la información necesaria para la obra en cuestión, el ingeniero debe tomar en cuenta la posibilidad de que puede haber cambios en las distribuciones estructurales preliminares, incluyendo la separación de las columnas y las cargas. Debe, por lo tanto, obtener suficientes datos que le permitan estudiar los diferentes tipos prácticos de cimentación para la distribución modificada, si los cambios no son muy radicales. Además, la exploración no debe limitarse a obtener la información necesaria para el tipo de cimentación que el ingeniero pensaba inicialmente como el más adecuado; pues de lo contrario, puede faltarle información para elegir o proyectar otro tipo que pueda resultar más práctico o económico.

Exploración Detallada del Subsuelo.

Cuando el programa de exploración preliminar no proporciona suficiente información para proyecto o construcción, es necesario proseguir las investigaciones. Los métodos se elegirán para obtener la información más adecuada al menor costo. Frecuentemente, las propiedades de los depósitos relativamente uniformes de arcilla blanda y limo plástico pueden investigarse en la forma más económica mediante pruebas con la veleta en el campo u obteniendo muestras continuas en tubos de paredes delgadas de 5 o 7.5 cm de diámetro y ejecutando las pruebas de laboratorio adecuadas (vea el capítulo 18). Los depósitos erráticos de limo blando y arcilla pueden examinarse usando las pruebas de penetración combinadas con sondeos con tubos, que permitan la interpretación de los datos del penetrómetro. Las pruebas de penetración estándar o las pruebas dinámicas con cono son las adecuadas para la arena. Las rotatorias o de percusión con barriles muestreadores se usan normalmente para obtener muestras de las rocas, y existen muestreadores especiales para los depósitos con proporciones elevadas de materia orgánica. Las pruebas de carga estándar son adecuadas para el loes y otros suelos susceptibles de colapso.

En algunas obras en que las estructuras son de gran importancia o que las condiciones de la cimentación presentan excepcionales dificultades, puede requerirse información adicional. Es aconsejable obtener muestras inalteradas de gran diámetro de los estratos críticos, para efectuar pruebas de carga, para hacer pruebas de bombeo en el campo, o para hacer otras pruebas especiales. Como estos estudios son siempre costosos, . solamente deberán comprenderse para investigar cuestiones específicas que con los procedimientos baratos no se pueden resolver.

Exploración preliminar del Subsuelo.

El programa de exploración del subsuelo debe estar pre cedido por una Investigacion previa. En este estudio, el ingeniero responsable de la exploración debe preparar un informe con todos los datos sobre las condiciones del suelo cercano a la obra y sobre l comportamiento de otras estructuras construidas en la vecindad. En regiones muy desarrolladas en las que las condiciones del subsuelo son desfavorables, es posible encontrar información útil en las revistas técnicas y en informes publicados, pero en la mayor parte de las áreas rurales, o en las zonas que se han adaptado recientemente para la industria, la información referente al comportamiento estructural puede ser escasa. Sin embargo, el ingeniero no debe pasar por alto los mapas y publicaciones estatales y federales, y los levantamientos geológicos federales, o informes de levantamiento de suelos preparados en conexión con la agricultura o la construcción de caminos. El tipo de información que puede obtenerse de estas fuentes.

A continuación se elige un procedimiento de exploración preliminar tomando como base la información obtenida de este estudio de investigación previa. La mayor parte de los depósitos de suelo pueden explorarse correctamente por medio del muestreador de media caña con la prueba de penetración estándar hecha en sondeos perforados con barrenos, método rotatorios, o con avance por lavado. En la fase preliminar no se consideran usualmente otros métodos de exploración, a menos que se sepa que el material inferior es roca o arcilla muy blanda, limo, o suelo con elevada proporción de materia orgánica. Además, para muchas obras, no es necesario hacer más exploraciones subterráneas. Es probable que este sea el caso, si las cargas en el subsuelo son pequeñas y puede usarse un gran factor de seguridad sin que el costo sea excesivo, si la estructura puede desplantarse en roca o en estratos de elevada capacidad de carga, o si se va a levantar una estructura ordinaria en un área en la que se tenga gran experiencia práctica que se haya resumido en la forma de reglas empíricas seguras o reglamentos de construcción.