Desarrollo del programa de Exploración del Subsuelo.

Introducción. En el capítulo anterior se hizo ver que muy pocos depósitos de suelos naturales son uniformes, y que muchos son extremadamente erráticos. Es evidente que en un depósito errático ningún programa de exploración del subsuelo puede conducir a más que obtener una idea tosca del promedio de los valores de las propiedades físicas del material del subsuelo y de sus variaciones probables.

La naturaleza del depósito es un factor importante en la determinación del método de exploración más conveniente. Si, por ejemplo, la cimentación de una estructura se va a desplantar sobre un manto relativamente homogéneo de arcilla, puede justificarse una cantidad considerable de pruebas en muestras inalteradas, debido a que los resultados de las mismas permiten predecir con relativa seguridad tanto el monto como la velocidad del asentamiento. Por otra parte, si se va a localizar la misma estructura sobre un depósito compuesto de bolsas y lentes de arena, limo, y arcilla, no se justificaría un programa de pruebas muy extenso, porque daría poca información adicional a la que podría obtenerse simplemente por la determinación de las propiedades índice en muestras representativas. Se podría obtener una información más útil y con menor costo, haciendo un número adecuado de medidas con el penetrómetro que acusarían la disposición de los elementos duros y blandos.

La magnitud y carácter del programa de exploración debe elegirse también considerando la importancia de la obra que se va a construir. Si en la obra se va a hacer un gasto pequeño no puede justificarse económicamente un programa de exploración extenso. Es más barato aprovechar cualquier información disponible y usar un factor de seguridad liberal en el proyecto.

Finalmente, el programa de exploración del suelo debe elaborarse por etapas, conforme se acumula la información. Por este procedimiento puede obtenerse el máximo de información con un gasto dado, y el programa puede terminarse después de recabar la cantidad adecuada de datos. Por lo tanto, no pueden darse reglas precisas para hacer un programa de exploración, y aun los ingenieros con gran experiencia no deben tratar de determinar el programa final antes de empezar la exploración.

-Exploración preliminar del Subsuelo.

-Exploración Detallada del Subsuelo.

-Número y Profundidad de los Sondeos.

-Presentación de los Resultado.

-Conclusiones.

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.

Origen de los Depósitos Naturales - Suelos.

Significado de los procesos geológicos desde el punto de vista de la ingeniería. El programa de exploración del subsuelo para cualquier cimentación debe ser el adecuado para poder apreciar el carácter esencial del depósito y especialmente sus posibles variaciones de punto a punto. Sin embargo, las limitaciones impuestas por la economía y el tiempo, exigen que no debe hacerse mayor gasto que el necesario para producir los resultados deseados. Este objetivo no puede alcanzarse si el ingeniero no tiene cuando menos un conocimiento rudimentario de la anatomía de las diferentes clases de depósitos. Este conocimiento le ayudará a interpretar la información que se obtiene en el campo y en el laboratorio, y a reconocer la etapa en la que ya no se justifica hacer más gastos para obtener una información mayor.

Las dificultades de los problemas que tiene que resolver el especialista en cimentaciones, aumentan al disminuir la resistencia y aumentar la compresibilidad de los materiales de apoyo y, en los materiales de resistencia y compresibilidad dadas, al aumentar la variabilidad. Por lo tanto, puede decirse, que la roca maciza, aunque fuera posible alterar su estructura por plegamientos, fallas o metamorfismo, generalmente es un material de cimentación satisfactorio. Los aspectos problemáticos de las cimentaciones en roca están asociados usualmente a los defectos como juntas, canales de solución y zonas alteradas por meteorización química o física.

Probablemente, los depósitos más variables son los de origen glacial. En muchas partes del mundo, la topografía es el resultado directo de la acción de los glaciares, que hicieron surcos en los suelos viejos, molieron rocas, y depositaron los materiales en forma aleatoria, parcialmente sobre la tierra y parcialmente sobre el agua. Indirectamente, los sucesos de la edad glacial, influyeron en las condiciones de cimentación mucho más allá de los límites de la misma glaciación. Durante la época glaciar, el clima era más frío y las lluvias mas abundantes que ahora; en consecuencia, había grandes lagos interiores, y el caudal de los ríos era anormalmente grande. Cuando la actividad glaciar era más intensa, gran parte del agua de la tierra estaba en la forma de hielo; por lo tanto, el nivel del mar descendió hasta 90 m. Las fluctuaciones del nivel del mar propiciaron la erosión de los lechos de los ríos cerca de la costa, modificando frecuentemente las líneas de la misma, y condujeron a la formación de depósitos costeros, especialmente en las bahías y estuarios.

Debido a la extraordinaria influencia de los sucesos ocurridos en esas épocas en el trabajo del especialista en cimentaciones, se tratarán en primer lugar los depósitos que resultaron de ellos. Esos depósitos enseñan que el ingeniero no debe suponer uniformidad en las condiciones del subsuelo. Debe conocer el carácter del depósito en cada lugar, con objeto de preveer las condiciones más desfavorables que pueda encontrar.

Registros de la Exploración de Campo - Suelos.

Los registros de las exploraciones del subsuelo y de las operaciones de muestreo, deben ser claros y precisos. Las notas de campo deben contener la fecha en que se hizo el trabajo; la localización con respecto a un sistema permanente de coordenadas; la elevación de la superficie del terreno con respecto a un banco de nivel permanente; la elevación del nivel del agua freática; la elevación de la frontera superior de cada estrato sucesivo de suelo o roca; una clasificación de campo de los estratos encontrados; los valores, cualesquiera que sean los que se hayan obtenido, de la resistencia a la penetración u otras medidas de consistencia, Los registros de investigaciones especiales que se hayan hecho con muestras grandes, inalteradas o extraídas a mano, deben ser tan completos como sea posible.

El ingeniero o perforista que esté a cargo de cualquier exploración debe tener siempre presente qué detalles aparentemente insignificantes del procedimiento necesario para perforar un barreno y mantenerlo abierto, pueden dar una información tan valiosa como la obtenida de las muestras. Por esta razón, los registros deben incluir los tipos de equipo y herramientas usadas en la investigación, incluyendo los cambios hechos. Debe anotarse también la profundidad a la que se hizo el cambio y las razones por las que se hizo. Además, deben registrarse los métodos usados para estabilizar las paredes del barreno o para ademar el pozo a cielo abierto. 

Toda esta información debe condensarse y presentarse en cada sondeo de exploración, ya sea que se complete con éxito o no.

Después de examinar las muestras y de probarlas en el laboratorio, los materiales deben clasificarse de acuerdo con el método más adecuado, y las notas de campo, combinadas con los resultados de laboratorio, deben unirse en tal forma que se marquen las fronteras de los diferentes materiales con sus elevaciones correctas, a una escala vertical adecuada.

Información Geológica - Suelos.

Los mapas e informes geológicos y pedológicos constituyen un resumen de datos, que provienen de investigaciones anteriores de los materiales de la tierra en una zona dada. Muchas de las publicaciones más recientes de ambos tipos contienen datos específicos sobre las propiedades técnicas y correlaciones de valor directo en ingeniería. Sin embargo, aun cuando no sea así, las descripciones generales de la geología y características de los diferentes estratos, frecuentemente proporcionan una base para planificar una detallada investigación del subsuelo y aun para hacer un proyecto preliminar.

Exploración Geoeléctrica - Suelos.

Los resultados de un levantamiento por resistividad eléctrica pueden delinear una frontera bien definida entre un material de baja resistencia eléctrica, como un suelo fino, y un material de resistencia eléctrica elevada, como una roca sana, sin importar cual este arriba. Los métodos de resistividad son especialmente útiles para localizar bolsas de grava limpia (de alta resistencia eléctrica) dentro de depósitos glaciales heterogéneos o suelos finos (baja resistencia eléctrica). Un procedimiento común utiliza cuatro electrodos que se hincan en el terreno a distancias iguales a lo largo de una línea recta. Se aplica al terreno una corriente eléctrica 1, usualmente continua, a través de los dos electrodos exteriores y se mide el potencial inducido E entre los dos electrodos interiores. Se calcula la resistividad de la tierra para una separación dada A con la fórmula:

Se acostumbra expresar A en cm, E en voltios, I en amperios, y p en ohmios-cm y suponer que p representa el promedio de resistividad a la profundidad A. Como en el caso de los levantamientos sísmicos, se requieren sondeos ocasionales para confirmar las interpretaciones o para investigar anomalías; sin embargo, el método permite reconocer rápidamente una cierta área. La tabla 5.6 da algunos valores representativos de la resistividad de materiales térreos.

Tabla 5.6 Valores Representativos de Resistividad 

Exploración Geosísmica - Suelos.

Para la exploración sísmica se requiere: (1) equipo que produzca una onda elástica, como una

pequeña carga de explosivo y detonador o incluso, un marro para golpear una placa colocada en la superficie; (2) una serie de censores, o geófonos, colocados a intervalos a lo largo de una línea que parte del punto de origen de la onda; y (3) un mecanismo registrador de tiempo, como un oscilógrafo, para registrar el momento en que se origina la onda y el lapso de llegada a cada censor (fig. 5.14). Si la estratigrafía es sencilla, puede determinarse la profundidad de cada uno de los mantos con los datos obtenidos. Además, puede conocerse algo de la naturaleza de los estratos, analizando las velocidades con las que avanzan las ondas sísmicas a través de ellos. Sin embargo, en las áreas que no se hayan explorado antes, deberán hacerse uno o más sondeos para correlacionar los datos sísmicos con el perfil del suelo y de la roca. Los métodos sísmicos son especialmente útiles para determinar la profundidad a la que se encuentra la roca sana, sobreyacida por estratos blandos o sueltos. Cuando la roca sana está cubierta por boleo o roca fracturada, los datos sísmicos pueden dar una indicación algo mejor de la superficie de la roca sana, que la que puede obtenerse con sondeos. Por otra parte, la presencia de un material blando debajo de uno duro, no puede detectarse. La tabla 5.5 da las velocidades sísmicas típicas de varios materiales.

Figura 5.14 Diagrama Simplificado de una prueba de refracción sísmica (Según Moore, 1961)

Tabla 5.5  Velocidades Sísmicas Típicas de los Materiales Térreos.