Investigaciones in situ, clasificación o tipos, diseño y finalidad

Las investigaciones in situ son esenciales para obtener parámetros y propiedades geológicas-geotécnicas que constituyen el terreno y los macizos rocosos  donde se va a ejecutar un proyecto o construcción de una obra de ingeniería (proyectos constructivos, cimentaciones, excavaciones, túneles, etc).

Investigaciones in situ
Sondeos geotécnicos o mecánicos	– Sondeos a rotación. – Sondeos a percusión. – Sondeos a rotopercusión
Estudios Geotécnicos in situ	– En suelos y rocas. – Ensayos de resistencia. – Ensayos de deformabilidad – Ensayos de perbeabilidad
Calicatas, pozos, zanjas	– Excavaciones superficiales
Métodos geofísicos	– Métodos eléctricos. – Métodos gravimétricos. – Métodos sísmicos. – Métodos magnéticos. – Métodos electromagnéticos – Geofísica en el sondeo

Clasificación de las investigaciones in situ

Sondeos geotécnicos

Los sondeos geotécnicos se caracterizan por su pequeño diámetro y por la ligereza, versatilidad y fácil desplazamiento de las máquinas.

Estas pruebas pueden alcanzar una profundidad de unos 150 m, a partir de la cual los equipos son más pesados.

Permiten atravesar cualquier tipo de material, así como extraer testigos y efectuar ensayos en su interior.

Tipos de sondeos geotécnicos

• Sondeos a rotación
• Sondeos con barrera Helicoidal
• Sondeos a Percursión
• Perforaciones especiales
• Presentación de los datos de perforación

Calicatas, zanjas, pozos

Las calicatas, zanjas, rozas, pozos, etc., consisten en excavaciones realizadas mediante medios mecánicos convencionales, que permiten la observación directa del terreno a cierta profundidad, así como la toma de muestras y la realización de ensayos in situ.

Tienen la ventaja de que permiten observar directamente el terreno. Se puede apreciar las variaciones litológicas, de estructuras, discontinuidades, etc., así como tomar muestras de gran tamaño para la realización de ensayos y análisis de laboratorio.

No suelen sobrepasar los 4m de profundidad, se encuentran limitadas por la parecencia de agua y se deben cumplir rigurosas normas de seguridad para su aplicación.

Investigaciones in situ geotécnico – geológica, imágen tomada del libro Ingeniería Geológica de Luis Gonzáles de Vallejo

Prospección Geofísica

Son técnicas no destructivas y de investigación «extensiva» o con gran cobertura, complementarias de los ensayos in situ y técnicas de investigación directa, como los sondeos mecánicos o las calicatas.

Geofísica de superficie:

• Métodos eléctricos
• Métodos sísmicos
• Métodos electromagnéticos
• Métodos Gravimétricos
• Métodos Magnéticos

Geofísica en el interior de sondeos

• Testificación geofísica
• Sísmica en sondeos
• Tomografía sísmica

 Ensayos geotécnicos in situ

Los ensayos in situ tienen gran importancia para la determinación de las propiedades geotécnicas de los materiales.

La principal ventaja de los ensayos in situ es que son más representativos que los ensayos de laboratorio con respecto a las condiciones del terreno en el que se va a construir la obra o estructura, al involucrar un volumen
considerablemente mayor de material y estar éste en condiciones naturales. Sin embargo no se logra representar las condiciones abuslutas del macizo rocoso o del suelo en su totalidad por la necesidad de extrapolación de resultados

Los ensayos in situ se pueden dividir de la siguiente manera:

Ensayos de resistencia

Ensayos de resistencia en suelo

• Ensayos de penetración estándar o ensayo SPT: Este ensayo de penetración dinámica se realiza en el interior de sondeos durante la perforación.
• Ensayos de penetración dinámica: Estos ensayos sencillos y económicos permiten estimar la resistencia a la penetración de los suelos en función de la profundidad.
• Ensayos de penetración estática: También llamados ensayos C.P.T. (cone penetration test), miden la reacción del suelo ante la penetración continua de una punta cónica mediante dos parámetros: la resistencia de punta y el rozamiento lateral.
• Ensayos de molinete: Este ensayo se realiza habitualmente en el fondo de un sondeo en ejecución o una vez que éste ha finalizado.

Ensayos de resistencia de la matriz rocosa

• Esclerómetro o martillo Schmidt: Este ensayo permite estimar de forma aproximada la resistencia a compresión simple mediante una sencilla correlación, siendo aplicable fundamentalmente a matriz rocosa, pero también a discontinuidades.
• Ensayo de carga puntual: También denominado PLT (point load test) o ensayo Franklin.

Ensayos de resistencia en Discontinuidades

• Ensayos de resistencia al corte: consiste en medir la resistencia al corte de un plano de discontinuidad in situ
• Tilt test: permite estimar el ángulo de rozamiento de discontinuidades o el ángulo de rozamiento básico de discontinuidades lisas, a partir de los que se pueden evaluar el ángulo de rozamiento residual y el coeficiente de rugosidad, JRC, de las juntas.

Ensayos de deformabilidad

• Ensayos de deformabilidad en suelos
• Ensayos de deformabilidad en macizos rocosos

Ensayos de Permeabilidad

Los ensayos para determinar la permeabilidad en suelos con fines geotécnicos pueden realizarse en el interior de sondeos o pozos y en excavaciones.

Ensayos de permeabilidad  en suelos

• Ensayo Lefranc: Este ensayo se utiliza para medir el coeficiente de permeabilidad en suelos permeables o semipermeables, de tipo granular, situados por debajo del nivel freático, y en rocas muy fracturadas.
• Ensayo de Matsuo
• Ensayo de Haefeli
• Ensayo de Gilg-Gavarg

Ensayos de permeabilidad en macizos rocosos

• Ensayo Leugeon: Este ensayo se realiza en el interior de sondeos y permite calcular semicuantitativamente la permeabilidad de los macizos rocosos, en cualquier tipo de litologia y estado de fracturación.

Finalidad de los ensayos in situ

Determinar las condiciones geológicas de la zona de trabajo.

• Tipo y características de los materiales geológicos.
• Características d e los macizos rocosos.
• Orientación y características d e las discontinuidades.

Conocer los problemas geológicos que pueden afectar a la construcción.

• Filtraciones importantes.
• Zonas tectonizadas, estructuras singulares y cavidades.
• Estados tensionales anisótropos.
• Terrenos blandos y expansivos.
• Rocas agresivas o reactivas.
• Rocas  brasivas y duras.

Cuantificar los datos y parámetros del terreno necesarios para el diseño de la obra.

• Propiedades resistentes y de formacionales de los suelos, matriz rocosa y macizo rocoso.
• Datos para clasificaciones geomecánicas.

Aportar criterios para el diseño de taludes, túneles, cimentaciones y otras obras de ingeniería civil

Etapas o fases de las investigaciones in situ

Las investigaciones geotécnicas deben ir en consonancia con las distintas fases de un proyecto:

• Estudios previos: definición conceptual del proyecto, estudios informativos y de viabilidad.
• Anteproyecto: selección de emplazamientos y trazados, estudio de soluciones y estimación aproximada de costes.
• Proyecto: definición detallada de soluciones, diseño, presupuesto, plazos y pliegos de condiciones.
• Construcción: verificación del proyecto, control en obra del terreno y tratamientos de mejora del mismo.
• Explotación: auscultación y control de la interacción terreno-estructura.

Todas estas etapas se relacionan con la geotecnia

Diseño y planificación de las investigaciones in situ

Para llevar a cabo este tipo de investigación geotécnica, se debe seguir un correcto orden de planificación que permita llegar a obtener el conocimiento geológico del terreno. Para ello se hace lo siguiente:

• Estudios previos de la zona

Se realiza la recopilación de información geológica-geotécnica y el estudio de los antecedentes con respecto a la zona de interés.

Es muy interesante en esta fase de estudio aplicar técnicas de teledetección y fotointerpretación.

Posteriormente se hace un reconocimiento geológico que servirá para obtener una idea inicial sobre las posibles condiciones geotécnicas del terreno.

• Planificación de las investigaciones in situ

Con la información recopilada en los estudios previos, se procede al diseño y planificación los tipos de ensayos geotécnicos a realizarse sobe el terreno.

Se toma en cuenta lo siguiente: diseño y planificación de las investigaciones in situ, objetivos e importancia.

Después de estar claro que tipo de investigación geotécnica se llevará a cabo sobre el terreno, se procede a la contratación de personal y maquinaria.