REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA DE ENSAYOS IN-SITU EN EL …
46
REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA DE ENSAYOS IN-SITU EN EL MARCO DE LA ACADEMIA, LA INDUSTRIA Y LAS NORMATIVAS BAJO EL CONTEXTO COLOMBIANO Y NORTE AMERICANO LAURA LORENA VEGA SALAZAR UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL BOGOTÁ – COLOMBIA 2016
Transcript of REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA DE ENSAYOS IN-SITU EN EL …
REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA DE ENSAYOS IN-SITU EN EL MARCO DE LA ACADEMIA, LA INDUSTRIA Y LAS NORMATIVAS BAJO EL CONTEXTO COLOMBIANO Y NORTE AMERICANO
LAURA LORENA VEGA SALAZAR
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL BOGOTÁ – COLOMBIA
2016
2
REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA DE ENSAYOS IN-SITU EN EL MARCO DE LA ACADEMIA, LA INDUSTRIA Y LAS NORMATIVAS BAJO EL CONTEXTO COLOMBIANO Y NORTE AMERICANO
LAURA LORENA VEGA SALAZAR
Trabajo de grado para optar por el título de Ingeniera Civil
Director Msc. JAIME WILLS SANÍN
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL BOGOTÁ – COLOMBIA
2016
3
Contenido ÍNDICE DE ILUSTRACIONES ...............................................................................................................4
ÍNDICE DE TABLAS ................................................................................................................................4
1. RESUMEN ..........................................................................................................................................5
2. INTRODUCCIÓN ..............................................................................................................................5
3. PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN ...............................................................................................5
4. OBJETIVOS .......................................................................................................................................6
5. ACADEMIA .......................................................................................................................................6
5.1 Ensayos in-situ más comunes ...........................................................................................................7
a) SPT ...........................................................................................................................................7
b) CPT y CPTU ............................................................................................................................9
c) Veleta .....................................................................................................................................11
d) Dilatómetro de Marchetti (DMT) ...........................................................................................12
e) Presurómetro de Menard (PMT) .............................................................................................14
f) Resumen y comparación entre ensayos...................................................................................15
5.2 Ensayos novedosos ..........................................................................................................................21
a) Osterberg O-Cell load Testing ................................................................................................21
b) Bore-hole shear test (BST) .....................................................................................................22
5.3 Línea del tiempo .............................................................................................................................24
6. INDUSTRIA .................................................................................................................................27
6.1 Industria en Colombia ..........................................................................................................27
6.2 Industria en EEUU ...............................................................................................................31
7. ESTÁNDARES Y NORMATIVAS .............................................................................................34
7.1 Estándares y normativas en Colombia ................................................................................34
a) INVIAS ....................................................................................................................................34
b) NSR-10 ...................................................................................................................................35
c) ICONTEC ...............................................................................................................................36
7.2 Estándares y Normativas en Estados Unidos......................................................................37
a) ASTM ......................................................................................................................................37
b) AASHTO .................................................................................................................................37
7.3 Resumen y comparación entre normativas .........................................................................38
8. ANÁLISIS DE LA REVISIÓN........................................................................................................38
8.1 La academia, la industria y las Normativas ........................................................................39
4
8.2 Colombia Vs EEUU frente al marco de la Industria ..........................................................41
9. CONCLUSIONES ............................................................................................................................42
10. RECOMENDACIONES ..............................................................................................................43
11. BIBLIOGRAFÍA ..........................................................................................................................45
Índice de Ilustraciones Ilustración 1: Esquema del montaje del ensayo SPT (Devincenzi & Frank, 2004) ................................................... 8 Ilustración 2: Esquema del equipo CPT. (Devincenzi & Frank, 2004) ..................................................................... 9 Ilustración 3: Esquema del dispositivo de veleta. (Devincenzi & Frank, 2004) ...................................................... 12 Ilustración 4: Esquema del ensayo DMT. (Devincenzi & Frank, 2004) ................................................................. 13 Ilustración 5: Montaje del presurómetro de Menard. (Devincenzi & Frank, 2004) ................................................ 14 Ilustración 6. Esquema del ensayo de carga con celdas de Osterberg (Raddatz, Araya, & Taiba, 2014). .............. 22 Ilustración 7. Montaje esquemático del ensayo BST (Bechtum, 2012). ................................................................. 23 Ilustración 8. Envolvente de falla esquemática obtenida a partir del ensayo BST (Bechtum, 2012). .................... 24 Ilustración 9. Línea del tiempo de comienzo del desarrollo de cada ensayo (elaboración propia). ........................ 26 Ilustración 10. Número de empresas por departamento en Colombia.................................................................... 28 Ilustración 11. Distribución geográfica de empresas de Geotecnia en el País (Elaboración Propia). ................... 29 Ilustración 12. Ensayos ofrecidos por las empresas colombianas analizadas. ....................................................... 30 Ilustración 13. Porcentaje de empresas Colombianas que ofrecen cada tipo de ensayo. ....................................... 31 Ilustración 14. Distribución de empresas en USA (elaboración propia). ............................................................... 32 Ilustración 15. Distribución geográfica de las empresas analizadas (elaboración propia). ................................... 32 Ilustración 16. Ensayos ofrecidos por las empresas Estadounidenses analizadas. ................................................ 33 Ilustración 17. Porcentaje de empresas Estadounidenses que ofrecen cada tipo de ensayo................................... 34
Índice de Tablas Tabla 1: Bases para la interpretación estratigráfica del ensayo CPT y CPTU. ...................................................... 11 Tabla 2. Aplicación de distintos tipos de presiómetros. (Devincenzi & Frank, 2004) .............................................. 15 Tabla 3. Cuadro comparativo entre ensayos in-situ conocidos. ............................................................................. 16 Tabla 4. Comparación de parámetros geotécnicos medidos por cada ensayo - suelos granulares ......................... 18 Tabla 5. Comparación de parámetros geotécnicos medidos por cada ensayo - suelos cohesivos ........................... 19 Tabla 6. Fechas del desarrollo de cada ensayo. ..................................................................................................... 24 Tabla 7. Clasificación de las unidades de construcción por categorías (Ministerio de Ambiente, Vivienda y
Desarrollo Territorial, 2010). ................................................................................................................................. 35 Tabla 8. Número mínimo de sondeos y profundidad mínima por categoría (Ministerio de Ambiente, Vivienda y
Desarrollo Territorial, 2010). ................................................................................................................................. 36 Tabla 9. Normas ASTM por ensayo. ...................................................................................................................... 37 Tabla 10. Ensayos reglamentados por cada una de las normativas de cada país. .................................................. 38 Tabla 11. Comparación industria y normativas para cada ensayo ......................................................................... 39 Tabla 12. Porcentaje de empresas que implementan cada ensayo para cada país. ................................................ 41
5
1. RESUMEN
El presente trabajo de grado es una revisión bibliográfica en la que se estudiaron los ensayos
geotécnicos in-situ enmarcados en el contexto colombiano y estadounidense y bajo el marco de la
academia, la industria y los entes de estandarización. Se encontró que en términos de normativas
colombianas existen muy pocas que reglamenten ensayos in-situ y las que hay son adaptaciones
referenciadas de normas americanas. Por otro lado, en cuanto a la industria fue posible observar
que los ensayos mayoritariamente ofrecidos son el SPT y el CPT a pesar de su antigüedad y de su
incapacidad de obtener parámetros producto de mediciones directas; esto se cumple tanto para
Colombia como para Estados Unidos. Por otro lado, es notorio el rezago de los desarrollos en
geotecnia en Colombia en comparación con Estados Unidos. Finalmente con respecto a la
academia, se determinó que es el motor del desarrollo, la innovación viene de allí y con la ayuda
de la industria se empieza a replicar el conocimiento hasta tal punto que es posible estandarizar los
procesos para lograr la reproducibilidad de los resultados.
2. INTRODUCCIÓN
El desarrollo de la geotecnia ha permitido a lo largo de la historia avances importantes en toda la
ingeniería civil, toda obra de construcción, independientemente del tipo que sea, tiene sus cimientos
en el subsuelo y sin la compresión del mismo difícilmente se lograrían desarrollos exitosos de
infraestructura.
Por otro lado, existen múltiples revisiones bibliográficas que reúnen la descripción y el fundamento
teórico de los principales ensayos geotécnicos in situ, sin embargo, son muy pocos los que se
aterrizan en un contexto determinado y analizan en simultáneo el campo de la industria y las
normativas existentes para su ejecución.
Ahora bien, el presente trabajo revisa los ensayos in-situ más comunes y realiza un análisis
comparativo. Por otro lado, busca determinar el estado actual de la industria geotécnica en
Colombia, comprender su desarrollo y evaluar los posibles rezagos o adelantos frente a la academia
y frente a un contexto internacional como lo es Estados Unidos.
3. PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN
Toda obra de ingeniería civil tiene dentro de sus etapas, el estudio del suelo en el cual será
ejecutada. Dicho estudio de suelos puede efectuarse de dos formas, mediante ensayos de
laboratorio o mediante ensayos directamente en campo, también llamados ensayos “in-situ”.
Hoy en día, diferentes actores de la sociedad se ven involucrados en la temática de ensayos in-situ,
sin embargo, los principales son la industria, las entidades que estandarizan y reglamentan los
ensayos, y las entidades dedicadas a la investigación y la academia, tales como las universidades.
Entender las dinámicas que se generan entre estos tres actores, es de gran importancia, permite una
comprensión profunda de los mecanismos mediante los cuales se generan avances de tecnología
en la sociedad, y aún más, en contextos como el Colombiano. El estudio de estas dinámicas e
interacciones, implica preguntarse por los rezagos de la industria frente a los avances de la
6
academia, el cumplimiento de normativas y estándares en el campo de la industria e indagar acerca
de la reglamentación existente de los ensayos propuestos por la academia.
Teniendo en cuenta lo anterior, los análisis planteados exigen una revisión bibliográfica, que
permita comprender el actuar de cada uno de estos sectores en la sociedad y las interacciones que
se generan entre los mismos.
El presente trabajo de investigación, es valioso en la medida en que no se centra únicamente en
hacer un compilado de ensayos in situ describiéndolos y comparándolos, sino que además, se
aterriza en el análisis de todo un contexto de la sociedad. La comprensión de las dinámicas entre
la industria, la academia, y los entes de estandarización, permiten tener un panorama global de los
avances tecnológicos en la sociedad colombiana, facilitando estrategias encaminadas al
crecimiento del país en un área específica de la ingeniería civil como lo es la geotecnia.
Los principales actores que se verían beneficiados con este trabajo son los mismos que serán
analizados, es decir, la industria colombiana (específicamente empresas que se dediquen al estudio
de suelos), las universidades y las entidades de reglamentación y estandarización colombianas tales
como el INVIAS y el ICONTEC.
4. OBJETIVOS
General
Realizar una revisión bibliográfica de ensayos in-situ que permita tener una mirada global de
las dinámicas entre la academia, la industria colombiana y las entidades de estandarización, para
comprender la forma en que se dan los avances en el campo de la geotecnia en Colombia.
Específicos
Recopilar información existente que describa a profundidad diversos ensayos in situ desde
sus fundamentos teóricos hasta su aplicación.
Recopilar normativas existentes, que reglamenten la ejecución de los diferentes ensayos
estudiados.
Indagar el mercado de ensayos in-situ que ofrecen hoy en día las empresas colombianas y
americanas dedicadas al estudio de suelos.
Analizar las dinámicas entre los tres actores, industria, academia y entidades de
estandarización, con base en la información recopilada.
5. ACADEMIA
En el presente capitulo se presenta la descripción de los ensayos in-situ más comunes y
ampliamente utilizados, y también se describen ensayos que se consideran novedosos en el
contexto colombiano dado que pocas o ninguna compañía los ofrece y tampoco están
7
reglamentados en normas colombianas. También se expone un resumen comparativo entre los
ensayos descritos en donde se analizan ventajas y desventajas, y se recopilan los principales
parámetros geotécnicos proporcionados por cada ensayo.
5.1 Ensayos in-situ más comunes
a) SPT
Reseña Histórica
El ensayo de penetración estándar, también conocido como SPT, por sus siglas en inglés (Estándar
Penetration Test) surge en 1927 en Norte América; se podría decir que con él, se da paso al inicio
formal y sistematizado de los ensayos in-situ. Fue desarrollado por un sondista de la compañía
Raymond Concrete Pile, quien posteriormente propuso a Terzaghi contabilizar el número de golpes
necesarios para hincar 30 cm el tomador de muestras (lo que hoy en día se conoce como la cuchara
partida) que solía utilizar para obtener muestras en terrenos sin cohesión (Devincenzi & Frank,
2004).
Con el tiempo, se acumularon gran número de resultados de ensayos, lo que resultó en el clásico
libro Mecánica de suelos en la Ingeniería Práctica publicado por Terzaghi y Peck en 1948. Hoy en
día es uno de los ensayos más conocidos y usados en todo el mundo y sobre el que se han escrito
numerosos artículos.
Descripción
De forma resumida, el SPT consiste en contar el número de golpes (N) necesarios para introducir
60 cm un toma-muestras o también conocido como cuchara partida, dentro de un estrato de suelo.
El toma-muestras es golpeado bajo energía constante con una masa de 140 Lb y con una altura de
caída de 30 pulgadas, (76,2 cm). Dichas medidas son indicadas por las respectivas normativas del
ensayo. A continuación se presenta un esquema del montaje:
8
Ilustración 1: Esquema del montaje del ensayo SPT (Devincenzi & Frank, 2004)
El resultado final es conocido como el factor N 30 SPT o simplemente NSPT que consiste en la suma
de los golpes dados para hincar los dos tramos centrales.
Por otro lado, existen algunos criterios de rechazo del ensayo, que principalmente se dan debido a
que el terreno es muy resistente y no se logra una penetración considerable bajo determinado
número de golpes. Según la ASTM D1586-84 la prueba debe darse por finalizada cuando:
Se aplican 50 golpes para un tramo de 15 cm
Se aplican 100 golpes en total
No se observa penetración alguna para 10 golpes.
Campo de Aplicación
Este ensayo suele realizarse en suelos granulares o de arcilla blanda, sin embargo no es
recomendable para gravas o arcillas consolidadas debido a la imprecisión de los resultados, además
de los posibles daños ocasionados al equipo de perforación.
Correlaciones
Teniendo en cuenta que el ensayo es posible realizarlo en dos tipos de suelos (Arenas o arcillas
blandas), para cada uno de ellos existen algunas correlaciones que se obtienen a partir del resultado
del ensayo, es decir, a partir del factor NSPT. Para los suelos granulares las principales correlaciones
se realizan con la densidad relativa y el ángulo de fricción, mientras que para los arcillosos con la
resistencia a la compresión simple y la densidad saturada (Devincenzi & Frank, 2004).
9
b) CPT y CPTU
Descripción del ensayo CPT
El ensayo CPT conocido por sus siglas en inglés (Cone Penetration Test) consiste en hincar a
presión, mediante dispositivos hidráulicos, una punta cónica y medir la resistencia a la penetración
(qc) en términos de esfuerzos. Por otro lado, también se mide la resistencia por fuste (fs) que está
asociada al rozamiento lateral. A continuación, en la siguiente ilustración se presenta un esquema
general del sistema.
Ilustración 2: Esquema del equipo CPT. (Devincenzi & Frank, 2004)
Como ya se mencionó, el sistema de hinca se realiza mediante mecanismos hidráulicos instalados
en vehículos apropiados, los cuales por su propio peso se anclan al terreno; en promedio, estos
vehículos tienen un peso de 20 Toneladas. La velocidad de penetración está estandarizada en 2
cm/s.
Recuento histórico
Los inicios del ensayo de CPT se dieron en 1936 con el uso de puntas mecánicas las cuales
permitían medir únicamente la resistencia de punta qc (Barentsen, 1936) y se denominan
tradicionalmente como “cono holandés”. Posteriormente en 1953, Begemann diseñó un dispositivo
que permitía medir por separado qc y fs (Begemann, 1953).
Ahora bien, las puntas eléctricas se introdujeron en 1948 aunque su uso se generalizó en la década
de los 60’s (Geuze, 1953). Estas puntas permitían medir qc y fs por medio de captores de presión
instalados en el interior del cono. La información recogida era transmitida por un cable situado en
el interior de las varillas de hinca.
10
Campo de aplicación
El ensayo de CPT es idóneo para estudiar suelos blandos granulares (más finos que arenas con
gravas) y suelos cohesivos. La presencia de gravas, suelos cementados o rocas conducen al rechazo
del ensayo y pueden ocasionar daños importantes en el equipo.
Por otro lado, las aplicaciones más importantes del CPT son:
- Determinación del perfil estratigráfico del terreno
- La evaluación de los parámetros geotécnicos de las capas atravesadas
- El cálculo de la capacidad portante del terreno y evaluación de asentamientos frente a
solicitaciones externas.
Descripción del ensayo CPTU
El ensayo CPTU se diferencia principalmente del CPT debido a su capacidad para medir la presión
intersticial (u) que se genera durante la hinca. Esto significó un importante avance en la
interpretación de datos en campo.
Las principales ventajas del ensayo CPTU sobre el CPT son (Campanella & Robertson, 1988):
Distinción entre penetración drenada, parcialmente drenada y no drenada.
Corrección de los parámetros corregidos con el cono
Evaluación de las características de consolidación del suelo ensayado.
Valoración de las condiciones de equilibrio hidrostático.
Exactitud en la identificación y estratigrafía del suelo.
Mejor evaluación de los parámetros geotécnicos.
Correlaciones
Entre los parámetros que se pueden determinar a partir de los resultados obtenidos por el ensayo
están: densidad relativa, ángulo de rozamiento interno, parámetros de deformabilidad, resistencia
a la licuefacción, resistencia al corte no drenada, y sensitividad (Devincenzi & Frank, 2004).
Ahora bien, en términos generales las propiedades del suelo que afectan los resultados de los
ensayos CPT/CPTU pueden resumirse de la siguiente forma (Larsson, 1995):
Resistencia a la penetración qc
Resistencia por fuste fs
Presión intersticial u
En la siguiente tabla se resume el comportamiento de los parámetros mencionados anteriormente
de acuerdo al tipo de suelo. Los suelos intermedios tendrán comportamientos intermedios
(Devincenzi & Frank, 2004).
11
Tabla 1: Bases para la interpretación estratigráfica del ensayo CPT y CPTU.
c) Veleta
Descripción del ensayo
El ensayo de veleta o de molinete (en inglés Vane Test) consiste en hincar en el terreno una veleta
constituida por cuatro placas de acero dispuestas de forma ortogonal entre sí y unidas a un mismo
varillaje.
El propósito de este ensayo radica en medir la resistencia al corte no drenada (Cu) a partir del par
de torsión necesario para girar el dispositivo hasta lograr la rotura del terreno. El ensayo se cataloga
como un ensayo no consolidado y no drenado (uu) debido a que el cizallamiento es relativamente
rápido y el agua no tiene tiempo de ser evacuada. A continuación en la siguiente ilustración se
presenta un esquema del dispositivo.
Tipo de suelo qc Fs U
Arenas
Altos valores de qc. La
curva de penetración
tiende a tener una
forma dentada.
Por lo general
presentan bajos
valores de fs. Aumenta
si existe cementación.
Los valores de la
presión de poros
tienden a variar y ser
similares a la presión
hidrostática si hay
presencia de un
acuífero libre.
Arcillas
Bajos valores de qc.
La curva de
penetración tiende a
tener una forma suave
que aumenta
linealmente con la
profundidad.
Valores relativamente
más altos de fs en
comparación con las
arenas.
Valores de presión de
poros altos en arcillas
normalmente
consolidadas.
12
Ilustración 3: Esquema del dispositivo de veleta. (Devincenzi & Frank, 2004)
El par de torsión aplicado alcanza un valor pico hasta lograr la ruptura del suelo que se evidencia
por una disminución brusca de la fuerza impartida, luego, se estabiliza el momento el cual es menor
al valor pico pero no es cero (valor residual). El principal campo de aplicación de este ensayo es
en suelos blandos y cohesivos.
Correlaciones
Para calcular la resistencia al corte no drenado (Cu), se utiliza el máximo momento torsor corregido
por algunos factores. La expresión general para paletas rectangulares de altura H y diámetro D es
la siguiente:
Ecuación 9. 𝐶𝑢 =3
28∙
𝑇
𝜋(𝐷
2)3 (Devincenzi & Frank, 2004)
d) Dilatómetro de Marchetti (DMT)
Descripción del ensayo
El ensayo del Dilatómetro plano de Marchetti (DMT) consiste en hincar una paleta plana que
contiene en su centro una fina membrana expandible horizontalmente en el suelo mediante gas a
presión.
Durante el ensayo se determina básicamente una presión P0 requerida para iniciar el movimiento
de la membrana, y una presión P1 para desplazar 1,1 mm el centro de la misma. Dicho
desplazamiento se efectúa cada 20 cm de profundidad.
13
Ilustración 4: Esquema del ensayo DMT. (Devincenzi & Frank, 2004)
Aplicaciones
El ensayo puede realizarse tanto en suelos granulares como en suelos cohesivos, factor que le da
ciertas ventajas sobre los otros ensayos presentados anteriormente. Las tres aplicaciones
principales del dilatómetro de Marchetti son (Marchetti, In situ tests by flat dilatometer, 1980):
Determinación del perfil estratigráfico
Evaluación de los parámetros geotécnicos de las capas atravesadas.
Cálculo de la capacidad portante del terreno y evaluación de asentamientos frente a
solicitaciones externas.
Existen otras aplicaciones de interés del ensayo, las cuales merecen una mayor investigación, a
continuación se presentan algunas de ellas (Marchetti, The flat dilatometer: design applications,
1997):
Detección de superficies de roturas en taludes de arcillas sobreconsolidadas (OC).
Control de tratamientos de mejora del terreno
Control de compactación de Terraplenes
Correlaciones
El ensayo arroja tres parámetros: Índice del material o tipo de suelo (ID), índice horizontal de
esfuerzo (KD) y el Módulo DMT (ED). A partir de ellos es posible estimar los diferentes parámetros
geotécnicos de resistencia, deformabilidad e historia tensional del suelo. Entre las principales
correlaciones se destacan el grado de sobreconsolidación (OCR), el coeficiente de empuje en
reposo K0, el Cu para arcillas y el ángulo de fricción φ para arenas (Devincenzi & Frank, 2004).
14
e) Presurómetro de Menard (PMT)
Descripción del ensayo
El ensayo in situ del presurómetro de Menard, es un ensayo de carga – deformación, en el que se
le aplica carga lateral al terreno mediante una sonda cilíndrica expandible radialmente. A
continuación se ilustra esquemáticamente el montaje.
Ilustración 5: Montaje del presurómetro de Menard. (Devincenzi & Frank, 2004)
Con este ensayo se obtienen tres parámetros básicos: Módulo de corte G, Presión de fluencia Pf y
Presión Límite Pl, a partir de ellos es posible deducir algunos parámetros geotécnicos
fundamentales.
Existen tres tipos de presiómetros, los cuales difieren en la forma en la que es introducida la sonda
en el terreno. Estos son (Suelos Ingeniería S.A.S, 2016):
Sondas que se introducen en un sondeo realizado previamente (PBP – Pre-bored
pressuremeter)
Sondas autoperforantes (SBP – Self bored pressuremeter)
Sondas hincadas a presión (PIB – Push in pressuremeter)
A continuación se presenta una tabla en la que se resume la aplicabilidad de cada uno de los tipos
de presurómetros.
15
Tabla 2. Aplicación de distintos tipos de presiómetros. (Devincenzi & Frank, 2004)
Tipo de terreno PBP SBP PIB
Arcillas blandas
Arcillas rígidas
Arenas poco densas ≈
Arenas densas ≈ ≈ ~
Gravas ~ × ×
Roca blanda ≈ ×
Roca Dura × ×
Convenciones de aplicabilidad:
Alta; ≈ Media; ~ baja; × ninguna
Como se puede observar en la tabla anterior, el campo de aplicación del Presurómetro es amplio
gracias a la versatilidad de los equipos, esto le da ventaja sobre los otros ensayos in-situ analizados.
El proceso de aplicación de carga se suele efectuar mediante gas a presión, normalmente nitrógeno
o aire comprimido.
Resultados
Con el ensayo se obtienen principalmente los tres parámetros básicos previamente mencionados
(módulo de corte, Presión de fluencia y presión límite), sin embargo, estos son obtenidos a partir
de la curva presiométrica. Dicha curva permite relacionar la presión aplicada al suelo y su
respectiva deformación.
Correlaciones
A partir de los tres parámetros arrojados por el ensayo, se obtienen los diferentes parámetros
mecánicos de interés del suelo, entre ellos principalmente la resistencia al corte no drenado en
arcillas (Cu) y el ángulo de fricción (φ) para arenas (Devincenzi & Frank, 2004).
f) Resumen y comparación entre ensayos
A continuación se presenta un cuadro comparativo entre los ensayos previamente presentados, en
donde se resumen sus características principales y se evidencia con claridad las ventajas de unos
sobre los otros.
16
Tabla 3. Cuadro comparativo entre ensayos in-situ conocidos.
Ensayo
Aplicación Costo Experiencia Generalizada y
grado de estudio Facilidad de ejecución y
calibración
Suelos Granulares
Suelos Cohesivos
Rocas Bajo Medio Elevado Amplio Moderado Poco Sencillo Media Difícil
SPT ≈ ×
CPT ≈ × ≈
CPTU ≈ × ≈ ≈ ≈
Veleta × × ≈
DMT × × × ×
PMT × × ×
Convenciones:
Nivel de aplicación Alto y en las demás categorías corresponde a la mejor calificación;
≈ Nivel de aplicación Medio y en las demás categorías corresponde a una calificación intermedia;
× No es posible su aplicación en ese campo y en las demás categorías corresponde a la calificación más desfavorable.
17
Como se puede observar en la tabla anterior, se evalúan principalmente 4 categorías y en base a la
literatura revisada se clasifica cada ensayo de acuerdo a sus características y desempeño. En la
categoría de experiencia generalizada y grado de estudio se analiza qué tanto ha sido empleado el
ensayo en estudios de suelos y el nivel de conocimiento que se tiene en cuanto a las correlaciones
con los parámetros geotécnicos.
Teniendo en cuenta el cuadro comparativo anterior, se puede observar que el SPT tiene un campo
de aplicación relativamente limitado, pues su desempeño es muy bueno en suelos granulares pero
a duras penas puede ser usado en arcillas blandas aunque no es recomendable. Es un ensayo
económico y ha sido ampliamente estudiado a nivel global, sin embargo la precisión de la
información obtenida es baja, por lo que se considera que no es un ensayo autosuficiente por sí
mismo y necesita complementarse con otro tipo de ensayos para lograr una adecuada
caracterización del suelo.
Los ensayos CPT y CPTU tienen su campo de aplicación limitado a suelos cohesivos, su costo es
moderado, han sido ampliamente y moderadamente estudiados a nivel internacional. Por otro lado,
tanto su facilidad de ejecución como de calibración en campo es moderada. Con relación a la
información obtenida de ellos se puede decir que es muy precisa, es amplia pues evalúa varios
parámetros, sin embargo no se considera autosuficiente en el marco de la industria y siempre suelen
complementarse con ensayos como el SPT.
Con relación al ensayo de Veleta, aunque su campo de aplicación es restringido a suelos cohesivos,
es altamente preciso en la información que se obtiene de él, es económico y ha sido ampliamente
estudiado a nivel internacional. Sin embargo, se considera que no es autosuficiente dado que de él
se obtiene muy poca información y generalmente un buen complemento son los ensayos CPT o
CPTU.
En cuanto al dilatómetro (DMT) y presurómetro (PMT) son los ensayos con mayor campo de
aplicación sin embargo, son ensayos altamente costosos debido a la gran cantidad de
instrumentación, no han sido tan estudiados como los otros ensayos a nivel internacional y su
calibración y ejecución en campo no es tarea sencilla.
A partir de la comparación anterior, se procede a analizar específicamente los parámetros
geotécnicos que se logran determinar a partir de cada uno de los ensayos para evaluar la calidad y
la cantidad de información que cada uno de ellos puede ofrecer.
18
Tabla 4. Comparación de parámetros geotécnicos medidos por cada ensayo - suelos granulares
Ensayo
Suelos Granulares
Densidad Relativa
Ángulo de ficción (ɸ)
Parámetros de deformabilidad (Young,
G, E, confinamiento) OCR
SPT ×
CPT (U) ≈
Veleta × × × ×
DMT × ×
PMT × ×
Convenciones:
Si permite obtener el parámetro;
≈ Proporciona información del parámetro más no es muy confiable;
× No es posible obtener el parámetro;
Los suelos granulares son caracterizados a partir de diversos parámetros, sin embargo, en el
presente escrito únicamente se analizarán los presentados en la tabla anterior. La densidad relativa
es una medida propia de arenas y gravas que indica el grado de compactación del suelo. Por su
lado, el ángulo de fricción corresponde al ángulo máximo que puede tener un conjunto de material
granular al estar en reposo. Con respecto a los parámetros de deformabilidad, existen varios tales
como el módulo de Young, el módulo de corte (G), el módulo de deformación (E) y el módulo de
confinamiento. Finalmente, la expresión OCR hace referencia a la rata de sobre consolidación de
un suelo y suministra información acerca de la historia tensional del mismo.
Como se puede observar en la tabla anterior, los ensayos que proporcionan una mayor cantidad de
información, son el SPT y el CPT (U), sin embargo este último no es el más adecuado para suelos
granulares (únicamente hablando de arenas finas, en gravas no es posible su implementación) y la
mayoría de parámetros en este caso son obtenidos mediante relaciones empíricas las cuales no son
simples y aplican solo para casos específicos. El CPT (U) permite obtener una aproximación muy
superficial del grado de sobre consolidación en depósitos de arenas, sin embargo, es el único ensayo
de los analizados que se acerca a dicho parámetro en suelos granulares. Por otro lado, el SPT es un
ensayo ampliamente estudiado y del cual diversos autores han ido derivando correlaciones para la
obtención de los parámetros geotécnicos, sin embargo no es altamente preciso pues los parámetros
en su mayoría son medidos de forma indirecta ya que todo se obtiene a partir de un número de
golpes que únicamente indican de forma directa una resistencia de punta.
El ensayo de Veleta no permite medir ningún parámetro en suelos granulares, dado que el mismo
diseño de los equipos no es adecuado para esto y podrían dañarse. En cuanto al dilatómetro (DMT),
éste únicamente permite determinar el ángulo de fricción y un parámetro de deformabilidad dentro
de las categorías evaluadas. Con respecto al ángulo de fricción, su determinación se logra mediante
19
dos métodos: el primero está basado en resultados de cámara de calibración y el segundo está
adecuadamente descrito en Marchetti (1997) en donde φ se determina a partir de KD con una
ecuación que es considerada bastante conservadora y que se recomienda ser aplicada únicamente
en caso de no tener más información. Con respecto a la deformabilidad, el módulo M medido
durante el ensayo corresponde a la presión de confinamiento ơ’v0; El dilatómetro de Marchetti es
el único ensayo geotécnico in situ que permite determinar de forma directa dicho módulo tanto en
arenas como en arcillas, y el resultado es igual al determinado en el edómetro en laboratorio.
Ahora bien, el Presurómetro de Ménard proporciona información acerca del ángulo de fricción
mediante una ecuación que correlaciona la presión límite (parámetro obtenido de forma directa
durante el ensayo) con φ, sin embargo su uso se recomienda únicamente para el cálculo de empujes
sobre muros y no para la estabilidad de una cimentación. En cuanto a los parámetros de
deformabilidad, el presurómetro arroja de forma directa el módulo de corte (G), pues la expansión
de la sonda cilíndrica corresponde más a un proceso de corte que de compresión.
Para continuar con la comparación, ahora se procede a analizar la información obtenida a partir de
cada uno de los ensayos para suelos cohesivos.
Tabla 5. Comparación de parámetros geotécnicos medidos por cada ensayo - suelos cohesivos
Ensayo
Suelos Cohesivos
Resistencia al corte Cu
Parámetros de Deformabilidad (Young,
G, E, confinamiento) OCR Sensitividad
SPT × × × ×
CPT (U)
Veleta × ×
DMT ×
PMT × ×
Convenciones:
Si permite obtener el parámetro; × No es posible obtener el parámetro;
Los suelos cohesivos pueden ser caracterizados a partir de varios parámetros, sin embargo a
continuación se analizaran únicamente los presentados en la Tabla 5. La resistencia al corte (Cu)
hace referencia al esfuerzo máximo requerido para producir una falla por corte en el suelo, esto
depende considerablemente del grado de saturación del mismo. Con respecto a los parámetros de
deformabilidad, aplican los mismos módulos (módulo de Young, módulo de corte (G), módulo de
deformación (E) y módulo de confinamiento) que para suelos granulares. Con relación a la
expresión OCR, esta hace referencia a la rata de sobre consolidación de un suelo y suministra
información acerca de la historia tensional del mismo. Finalmente, la sensitividad indica qué tan
sensible es el material ante la aplicación de esfuerzos y se mide como una relación entre la
resistencia al corte pico y la resistencia al corte residual del ensayo.
20
Como se puede observar, el SPT no proporciona información de ningún parámetro de los evaluados
para suelos cohesivos, pues este ensayo es más apropiado para suelos granulares como ya se indicó
previamente, sin embargo, existen algunas correlaciones en la literatura entre el factor Nspt y la
resistencia a la compresión simple aunque la dispersión de los resultados es muy amplia. Por su
parte, el CPT (U) ofrece información de los cuatro parámetros analizados además de datos de
permeabilidad, densidad y coeficiente de consolidación; esto reafirma que es un ensayo idóneo
para suelos cohesivos.
En cuanto al ensayo de Veleta, éste ofrece información únicamente de la resistencia al corte y la
sensitividad, y aunque podría decirse que es poca información, si se puede decir con certeza que
son datos altamente precisos pues el ensayo los determina de forma directa. Con relación al
Dilatómetro, éste permite medir la resistencia al corte mediante una correlación con el coeficiente
KD el cual es medido de forma directa en el ensayo; dicha correlación fue propuesta por Marchetti
(1980). Estudios como el del National Research Site of Bothkennar (Nash, Powell, & Lloyd, 1992)
han demostrado que la desviación de los datos de resistencia al corte obtenidos a partir del DMT
no es alta frente a los que son reportados en un ensayo de Veleta. Además de la resistencia al corte,
el dilatómetro también mide el módulo M que es un parámetro de deformabilidad y lo hace de la
misma forma que en arenas como ya se explicó previamente. En cuanto al grado de sobre
consolidación, existe una correlación empírica entre OCR y KD propuesta por Marchetti (1980) sin
embargo no es aplicable a arcillas sobre consolidadas o cementadas.
El Presurómetro de Ménard permite determinar la resistencia al corte mediante una correlación
con la presión límite que fue propuesta por Amar y Jézéquel en 1972, sin embargo, los rangos son
sumamente amplios y se podría decir que no son altamente precisos los resultados. Con respecto
a los parámetros de deformabilidad, así como en los suelos granulares, se destaca el módulo de
corte (G) y el módulo presimétrico (Em) que se relaciona con una ecuación sencilla con el módulo
edométrico para un mismo estado tensional.
En resumen, al efectuar una comparación más detallada en términos de la información que puede
ofrecer cada uno de los ensayos, se encuentra que para suelos granulares se destaca el SPT por la
gran cantidad de información que ofrece, aunque puede no ser muy precisa por lo cual se
recomienda complementar el ensayo con alguno adicional, bien sea el dilatómetro o presurómetro
para suelos granulares como grava o con el CPT para arenas finas.
En la otra mano, para suelos cohesivos se destaca el CPT (U) debido a que proporciona información
de los diversos parámetros geotécnicos y además es información precisa. También es valioso
resaltar que si bien el ensayo de veleta ofrece poca información, los parámetros que mide son
altamente confiables pues lo hace de forma directa. En términos generales, también se debe decir
que el dilatómetro y el presurómetro son ensayos que ofrecen información de parámetros
adicionales no listados en los cuadros anteriores, tales como coeficientes de empuje de tierras e
identificación de tipos de suelo, y adicionalmente se resalta en ellos su capacidad de ser usados
tanto en suelos granulares como cohesivos.
21
5.2 Ensayos novedosos
Para el presente trabajo, un ensayo novedoso es aquel que no ha sido implementado en la industria
geotécnica colombiana y del cual tampoco hay normativas o estándares colombianos desarrollados
para reglamentar su proceso.
Dentro del contexto colombiano se pueden considerar como novedosos los ensayos del Dilatómetro
de Marchetti (DMT) y el Presurómetro de Menard pues son poco aplicados en la industria y un
poco más conocidos en el ámbito de la academia.
Recientemente se ha generado la necesidad de conocer a profundidad el comportamiento del suelo
al momento de aplicar cargas mediante estructuras de cimentación. En los últimos años se han
venido desarrollando nuevos ensayos in – situ para evaluar el comportamiento de estructuras de
cimentación tales como cimentaciones profundas implementadas cuando las condiciones del suelo
en la zona superficial no son adecuadas. A continuación se presentan ensayos de este tipo que aún
ninguna empresa colombiana realiza.
a) Osterberg O-Cell load Testing
Las celdas de carga de Osterberg O-Cell fueron desarrolladas por el profesor emérito de la
Universidad NorthWestern en el estado de Illinois en Estados Unidos en el año 1984. Dichas celdas
cumplen la función de evaluar en tiempo real la capacidad axial de pilotes fundidos in-situ
midiendo tanto su resistencia por fuste como por punta (Raddatz, Araya, & Taiba, 2014).
Las celdas de carga consisten en un dispositivo hidráulico instalado a poca distancia de la base del
pilote que aplica una fuerza ascendente (para medir la capacidad por fuste) y descendente (para
medir la capacidad por punta) de forma simultánea. Luego mediante dispositivos como strain gage
ubicados a lo largo del pilote (generalmente en los cambios de estrato) es posible medir los
desplazamientos y así construir las curvas de esfuerzo vs deformación para ambas contribuciones.
En la siguiente ilustración se presenta esquemáticamente el montaje del ensayo:
22
Ilustración 6. Esquema del ensayo de carga con celdas de Osterberg (Raddatz, Araya, & Taiba, 2014).
La instalación de la celda de carga se realiza en la armadura de refuerzo del pilote antes de que éste
sea fundido in-situ. Una vez se ha puesto el concreto, la celda queda embebida en el pilote y luego
del ensayo jamás se vuelve a recuperar.
El ensayo de carga de pilotes con celdas de Osterberg presenta ventajas importantes frente a los
ensayos tradicionales tales como las pruebas PIT (Prueba de Integridad de Pilotes) o las PDA
(Pruebas Dinámicas de capacidad de carga). Principalmente se destaca por ser sumamente
económico y por requerir poca área de trabajo al no necesitar grandes y costosas estructuras para
aplicar una carga en superficie. Además, permite medir de forma sencilla las contribuciones por
punta y por fuste de forma separada (Raddatz, Araya, & Taiba, 2014).
Finalmente, este ensayo está siendo ampliamente usado en Estados Unidos y recientemente en
Chile, sin embargo aún no se ha implementado en Colombia. El trabajo efectuado en Chile,
corresponde a un ensayo de carga de pilotes en la refinería de Concón en donde se registraron datos
en el terreno a partir de las celdas de Osterberg. Con dichos datos fue posible calibrar un modelo
numérico realizado en el programa computacional de elementos finitos Plaxis 2D (Raddatz, Araya,
& Taiba, 2014). Cabe resaltar que hoy en día las celdas de carga han venido evolucionando pues
ahora alcanzan registros más altos de aplicación de carga que son imposibles de lograr con los
ensayos tradicionales. Lo anterior hace de este ensayo una herramienta ideal para la evaluación de
cimentaciones profundas en proyectos de gran envergadura.
b) Bore-hole shear test (BST)
El ensayo de corte pre-excavado fue desarrollado en los sesenta por el Dr. Richard Handy y sus
colegas en la Universidad del Estado de Iowa en Estados Unidos, desde entonces se ha venido
tecnificando con el fin de llegar a un equipo que realice ciclos de carga de forma automática.
23
El ensayo permite determinar el ángulo de fricción drenado y la cohesión de casi cualquier tipo de
suelo únicamente desarrollando un ensayo de corte directo in situ. El procedimiento consiste en
introducir en un hueco pre excavado (del tamaño de los que son generados con un tubo Shelby -
aproximadamente de 3 pulgadas) una cabeza de corte expandible a la profundidad deseada. Una
vez allí, se procede a aplicar un esfuerzo normal a las paredes de la cavidad y se espera un tiempo
de 5 a 15 minutos para que se disipe la presión de poros, luego, halando hacia arriba el dispositivo
y empleando la instrumentación adecuada como dinamómetros, se mide el esfuerzo de corte. El
procedimiento se repite entre 4 y 5 veces y los resultados se van registrando en una gráfica de
esfuerzo normal contra esfuerzo cortante, a dichos datos es posible ajustar una curva de tendencia
lineal obteniendo un valor de R cuadrado casi de 1. En la Ilustración 7 se presenta un esquema del
montaje del ensayo.
Ilustración 7. Montaje esquemático del ensayo BST (Bechtum, 2012).
El proceso anterior resulta en la construcción de la envolvente de falla a partir de la cual se
obtienen de forma directa los parámetros de φ’ y c’ como se puede observar en la siguiente
ilustración.
24
Ilustración 8. Envolvente de falla esquemática obtenida a partir del ensayo BST (Bechtum, 2012).
El ensayo de BTS presenta ventajas en la medida en que permite medir los parámetros de corte de
forma directa in situ sin tener que recurrir a ensayos de laboratorio o a correlaciones empíricas.
Aunado a lo anterior, la alteración del suelo es mínima teniendo en cuenta que éste no es removido
de su sitio como si se hace cuando se lleva una muestra al laboratorio. El ensayo además es de bajo
costo y tarda aproximadamente una hora en completarse a diferencia de los ensayos de laboratorio
que podrían tomar un día. Ahora bien, dentro de la información de empresas revisada para el
presente trabajo, no se encontró registro de que alguna compañía ofreciera este ensayo dentro de
sus servicios, por lo cual se considera novedoso en el contexto colombiano.
5.3 Línea del tiempo
Con el fin de ubicar temporalmente los inicios del desarrollo de cada uno de los ensayos
presentados, a continuación se presenta una línea del tiempo en la que se ubica cada ensayo con su
respectiva fecha de aparición. Los años fueron tomados de la literatura revisada.
Tabla 6. Fechas del desarrollo de cada ensayo.
Ensayo Fecha Referencia
SPT 1927 (Devincenzi & Frank, 2004)
CPT 1932 (Tecnología y Proyectos S.A.C, 2016)
Veleta 1950 (Cadling & Odenstad, 1950)
PMT 1955 (Suelos Ingeniería S.A.S, 2016)
Borehole Shear Test (BST)
1960 (Bechtum, 2012)
CPTU 1975 (Tecnología y Proyectos S.A.C, 2016)
DMT 1980 (Marchetti, In situ tests by flat dilatometer, 1980)
Osterberg O-Cell 1984 (Raddatz, Araya, & Taiba, 2014)
Como se puede observar en la Ilustración 9, los primeros ensayos desarrollados fueron el SPT, el
CPT y la Veleta. Esto podría explicar por qué son comúnmente usados y la gran cantidad de
estudios y correlaciones existentes sobre ellos. Por su parte, el Presurómetro fue desarrollado por
25
Louis Ménard hacia mediados de los 50s y hasta ahora se está convirtiendo en un ensayo
reconocido en la industria estadounidense como se verá más adelante en el capítulo de Industria.
El ensayo del CPTU aparece como una mejora del conocido CPT al incorporar la posibilidad de
medir la presión de poros, también es un ensayo comúnmente usado y se cree que se debe a que ya
tenía un antecedente en la historia. Ahora bien, el Dilatómetro de Marchetii es uno de los ensayos
relativamente más recientes, fue estandarizado hace poco y aún no es ampliamente usado.
Finalmente, con relación a los ensayos considerados como novedosos para el contexto colombiano,
el BST tiene la particularidad de haberse empezado a desarrollar hace un tiempo considerable, pero
a pesar de ello aún no es lo suficientemente conocido en la industria. En cuanto a las celdas de
Osterberg, es el último ensayo desarrollado dentro de los analizados y está empezando a ser
ampliamente usado especialmente en Estados Unidos.
26
Ilustración 9. Línea del tiempo de comienzo del desarrollo de cada ensayo (elaboración propia).
27
6. INDUSTRIA
En el presente capítulo se realizará una descripción del desarrollo de la industria geotécnica tanto
en Colombia como en Estados Unidos. Para ello, se realizó primeramente una revisión global para
tener una noción del número de empresas dedicadas a la geotecnia en cada país, mediante entidades
oficiales como lo es la Cámara de Comercio para Colombia y buscadores especializados de
empresas para Estados Unidos. A su vez, se seleccionó una muestra para cada país de 10 empresas
para indagar los tipos de ensayos que ofrecían, como criterio de selección solo se tuvo en cuenta
que fuesen empresas reconocidas en el gremio y que fuese posible obtener la información requerida
mediante los medios disponibles como página web, correo o llamada telefónica.
Es importante notar, que para este trabajo las muestras seleccionadas no son representativas del
conjunto completo de empresas dedicadas a la geotecnia. Sin embargo, proporcionan unas
herramientas y nociones iniciales para futuras investigaciones en torno al estado del arte en este
sector dentro del contexto colombiano y estadounidense.
6.1 Industria en Colombia
Con relación a la industria geotécnica colombiana se puede decir que ésta se ha venido
desarrollando de forma importante en los últimos años debido al crecimiento del sector de la
construcción y los proyectos de infraestructura vial de cuarta generación. Con el fin de indagar
acerca de la distribución geográfica de las empresas dedicadas a la geotecnia en el país, se procedió
a realizar una búsqueda a través de la Cámara de Comercio, entidad ante la cual toda empresa debe
registrarse por ley al momento de su creación.
La búsqueda se efectuó filtrando los nombres de empresas que tuviesen la palabra “Geotecnia” y
que dentro de sus actividades económicas figurara la “preparación de terrenos” (actividad que
incluye sondeos para estudio de suelos). La consulta arrojó 102 empresas, sin embargo únicamente
100 en estado activo. A partir de esta información se identificó el departamento en el que se
ubicaban y se encontró que la mayoría tienen su centro de operaciones en Bogotá, seguido de
Santander. En la siguiente gráfica se presentan los resultados y posteriormente la distribución
espacial en Colombia de dichas empresas.
28
Ilustración 10. Número de empresas por departamento en Colombia.
En el siguiente mapa, se presenta la distribución geográfica de las empresas de geotecnia, el tamaño
del círculo indica el número de compañías que se ubican en dicho departamento.
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Bogotá (Cundinamarca)
Santander
Antioquia
Boyacá
Casanare
Tolima
Valle del cauca
Córdoba
Norte de Santander
Risaralda
Atlantico
Huila
Caldas
Caquetá
Cauca
Número de empresas de Geotecnia por departamento
29
Ilustración 11. Distribución geográfica de empresas de Geotecnia en el País (Elaboración Propia).
30
Como se puede observar en la ilustración anterior, el desarrollo no ha sido uniforme a lo largo del
territorio Nacional, la mayoría de estas compañías se encuentran ubicadas en el centro y norte del
país, que coincide con la ubicación de las ciudades más importantes.
Ahora bien, con el fin de analizar los ensayos in situ más frecuentemente usados para el estudio de
suelos, se tomó una muestra de 10 empresas dedicadas al sector de la geotecnia y mediante un
contacto directo ya fuese vía correo o telefónico, se indagó si la compañía implementaba alguno
de los siguientes ensayos: SPT, CPT(U), veleta, Dilatómetro y Presurómetro. A continuación se
presentan los resultados obtenidos.
Ilustración 12. Ensayos ofrecidos por las empresas colombianas analizadas.
**Nota: Las empresas fueron identificadas con números consecutivos dado que no se contó con su
autorización para publicar su nombre.
Como se puede observar en la gráfica anterior, solo una empresa de las 10 analizadas ofrece todos
los ensayos in-situ de los 6 analizados, a su vez, la mayoría ofrecen el servicio de SPT y muy pocas
el de veleta y dilatómetro. Es importante tener en cuenta que algunas empresas manifestaron,
enfocarse más hacia los ensayos de laboratorio para estudios de suelos, razón por la cual contaban
con pocos servicios de ensayos in-situ.
Ahora bien, también se indagó por servicios adicionales que prestaran las empresas y se encontró
que la mayoría ofrecen ensayos geofísicos y pruebas de carga y de integridad física de pilotes.
Adicionalmente, se encontró que solo una de las empresas analizadas ofrece servicios para sondeos
en suelos marinos.
A continuación, se presenta una gráfica en la que se expone el porcentaje de empresas de la muestra
estudiada que ofrece cada tipo de ensayo.
0 1 2 3 4 5 6
Empresa 1
Empresa 2
Empresa 3
Empresa 4
Empresa 5
Empresa 6
Empresa 7
Empresa 8
Empresa 9
Empresa 10
Ensayos ofrecidos por empresas Colombianas
SPT CPT CPTU VELETA DMT PRESURÓMETRO
31
Ilustración 13. Porcentaje de empresas Colombianas que ofrecen cada tipo de ensayo.
Como se puede observar en la Ilustración 13, los tres ensayos que comúnmente ofrecen las empresas
de la muestra analizada, son SPT, CPT y CPTU, y como se concluyó previamente, los ensayos de
veleta y dilatómetro son poco ofrecidos.
6.2 Industria en EEUU
Con el propósito de obtener un panorama general acerca de la industria geotécnica estadounidense,
se procedió a realizar una búsqueda general de empresas a través del buscador especializado
Environmental Xprt aplicando únicamente los filtros de palabra clave: Geotechnical Engineering
y con oficina en USA. Se obtuvo como resultado un registro de 405 compañías de las cuales la
mayoría se ubican en los estados de California (69 empresas), Pennsylvania (42 empresas), Texas
(39 empresas) y Massachusetts (38 empresas).
Luego, como una segunda búsqueda se agregó un filtro adicional especificando que las compañías
encontradas fuesen proveedoras de servicios de ingeniería, esto con el fin de sacar de la lista
aquellas que son manufactureras (fabrican equipos geotécnicos más no ejecutan los ensayos) y
prestadoras de servicio únicamente de consultoría. Se obtuvo un total de 167 compañías y la
mayoría se ubicó en los estados de California (29 empresas), Pennsylvania (15 empresas), Colorado
(13 empresas) y Nueva York (11 empresas). En la siguiente ilustración se presentan de forma
gráfica los resultados; el tamaño de los círculos corresponde al número de empresas ubicadas en
cada estado.
SPT; 80%
CPT; 70%CPTU; 60%
VELETA; 20%
DMT; 20%
PRESURÓMETRO; 40%
Distribución de ensayos ofrecidos por las empresas Colombianas estudiadas
SPT CPT CPTU VELETA DMT PRESURÓMETRO
32
Con el fin de efectuar un análisis de la industria geotécnica estadounidense se seleccionó una
muestra de 10 compañías que dentro de sus servicios ofrecen ensayos in-situ para el estudio de
suelos. En la siguiente ilustración se presenta la ubicación de cada una de estas empresas.
Ilustración 15. Distribución geográfica de las empresas analizadas (elaboración propia).
Ilustración 14. Distribución de empresas en USA (elaboración propia).
33
Los criterios de selección de las empresas fueron que estuviesen todas ubicadas en Estados
diferentes y que en su página web ofrecieran suficiente información sobre los equipos con los que
contaban y el tipo de ensayos que ejecutaban. Luego, a partir del catálogo de servicios disponible
en la página web de cada una de estas compañías, se registraron los tipos de ensayos in-situ
ofrecidos, esto con el fin de efectuar posteriormente una comparación con la industria geotécnica
colombiana. A continuación se presentan los resultados.
Ilustración 16. Ensayos ofrecidos por las empresas Estadounidenses analizadas.
**Nota: Las empresas fueron identificadas con números consecutivos dado que no se contó con su
autorización para publicar su nombre.
Como se puede observar en la gráfica anterior, no hay ninguna empresa que ofrezca los 6 ensayos
analizados, muy pocas ofrecen el CPTU y ninguna el dilatómetro. También se puede apreciar que
el SPT y el CPT son de los más implementados por las empresas y el presurómetro en menor
medida.
Ahora bien, con relación a otro tipo de ensayos ofrecidos, fue común encontrar las perforaciones
en roca, las pruebas dinámicas de carga y de integridad física de pilotes (PDA y PIT) y un fuerte
desarrollo en ensayos de laboratorio. Se encontró que una de las compañías ofrecía el uso de celdas
de Osterberg y otra implementaba el Bore Hole Shear Test (BST). Por otro lado, las empresas
ubicadas en las zonas costeras, también ofrecen dentro de sus servicios los sondeos marinos y las
que están más al norte ofrecen estudios en regiones de la antártica.
A continuación, se presenta una gráfica en la que se expone el porcentaje de empresas de la muestra
estudiada que ofrecen cada tipo de ensayo.
0 1 2 3 4 5
Empresa 1
Empresa 2
Empresa 3
Empresa 4
Empresa 5
Empresa 6
Empresa 7
Empresa 8
Empresa 9
Empresa 10
Ensayos ofrecidos por empresas Estadounidenses
SPT CPT CPTU VELETA DMT PRESURÓMETRO
34
Ilustración 17. Porcentaje de empresas Estadounidenses que ofrecen cada tipo de ensayo.
Como se puede observar en la Ilustración 17, los tres ensayos que comúnmente ofrecen las empresas
de la muestra analizada, son SPT, CPT y Presurómetro, y como se concluyó previamente, los
ensayos de CPTU y dilatómetro son poco ofrecidos.
7. ESTÁNDARES Y NORMATIVAS
En el presente capítulo se realizará una descripción de las entidades encargadas de reglamentar o
estandarizar procesos en cada país. También se hará una revisión de las normativas existentes para
cada ensayo bien sean colombianas o estadounidenses y posteriormente se presenta un resumen y
una comparación entre las normas y estándares de cada país.
7.1 Estándares y normativas en Colombia
En Colombia, muchos de los procedimientos en ingeniería civil se rigen por normas emitidas por
el INVIAS, por la Norma Sismo Resistente NSR-10, y por las normas NTC emitidas por el Instituto
Colombiano de Normas técnicas y Certificación (ICONTEC).
a) INVIAS
El Instituto Nacional de Vías (INVIAS) es una agencia de la rama Ejecutiva del gobierno
colombiano encargado de la asignación, regulación y supervisión de los contratos para la
construcción de autopistas y carreteras del país. Con relación a la exploración del subsuelo y la
ejecución de los ensayos in-situ, el INVIAS tiene una sección dedicada expresamente a este campo
de acción y se titula como “Sección 100 – Suelos”. En este apartado de su normativa se estandarizan
procedimientos tanto de laboratorio como de campo, sin embargo, de estos últimos son pocas las
normas emitidas y son minoría en comparación a los primeros. A continuación se presenta la lista
de normas que reglamentan ensayos geotécnicos in-situ.
SPT; 70%
CPT; 60%
CPTU; 20%
VELETA; 30%
DMT; 0%
PRESURÓMETRO; 60%
Porcentaje de empresas Estadounidenses que ofrecen cada tipo de ensayo
SPT CPT CPTU VELETA DMT PRESURÓMETRO
35
I.N.V.E – 111 Ensayo Estándar de Penetración (SPT) y muestreo de suelos con tubo
partido.
I.N.V.E – 170 Ensayo de corte en suelos cohesivos usando la veleta de campo
I.N.V.E – 172 Uso del penetrómetro dinámico de cono en aplicaciones de pavimentos a
poca profundidad.
Las tres normativas anteriores son las más cercanas a los ensayos in situ de interés para este trabajo.
En términos generales únicamente reglamentan para dos ensayos: SPT y Veleta, pues la norma
I.N.V.E-172 se refiere a un tipo de SPT aplicado a pavimentos.
b) NSR-10
La Norma Sismo Resistente del 2010 (NSR-10) es un documento que reglamenta las condiciones
con las que debe contar toda construcción con el fin de lograr un desempeño favorable ante un
sismo. Actualmente, es una ley de obligatorio cumplimiento que de ser incumplida puede llevar a
la cárcel a quienes no la siguen. La NSR-10, en el capítulo H reglamenta todo lo relacionado a
estudios geotécnicos y dedica una sección a las normas técnicas que se deben tener en cuenta a la
hora de hacer exploraciones en el subsuelo mediante ensayos in situ o de laboratorio. Dicha sección
(capítulo H.2.6) cita 17 normas NTC y 7 normas de la ASTM (Sociedad Americana para ensayos
y materiales). Del listado de las normas citadas ninguna hace referencia propiamente a ensayos in-
situ que busquen determinar parámetros mecánicos del suelo, sin embargo, en secciones posteriores
si habla de ciertas características que se deben cumplir con relación a los sondeos.
En primera instancia, la NSR-10 en el capítulo H.3 titulado “Caracterización Geotécnica del
Subsuelo” hace una clasificación de las unidades de construcción por categorías, en torno a la cual
posteriormente reglamentará algunos aspectos de los sondeos. A continuación se presenta la
clasificación.
Tabla 7. Clasificación de las unidades de construcción por categorías (Ministerio de Ambiente, Vivienda
y Desarrollo Territorial, 2010).
Categoría de la unidad de
construcción
Según los niveles de construcción
Según las cargas máximas de servicio en columnas (KN)
Baja Hasta 3 niveles Menores de 800 KN
Media Entre 4 y 10 niveles Entre 801 y 4,000 KN
Alta Entre 11 y 20 niveles Entre 4,001 y 8,000 KN
Especial Mayor de 20 Niveles Mayores de 8,000 KN
Ahora bien, a partir de la clasificación presentada anteriormente se establece un número mínimo
de sondeos y la profundidad mínima que se debe alcanzar en ellos.
36
Tabla 8. Número mínimo de sondeos y profundidad mínima por categoría (Ministerio de Ambiente,
Vivienda y Desarrollo Territorial, 2010).
Categoría Baja Categoría Media Categoría Alta Categoría Especial
Profundidad mínima de sondeos: 6m
Profundidad mínima de sondeos: 15m
Profundidad mínima de sondeos: 25m
Profundidad mínima de
sondeos: 30m
Número mínimo de sondeos: 3
Número mínimo de sondeos: 4
Número mínimo de sondeos: 4
Número mínimo de sondeos: 5
Posteriormente, la norma dicta algunas consideraciones en cuanto a las características y
distribución de los sondeos. Algunas de ellas son (Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo
Territorial, 2010):
Los sondeos con recuperación de muestras deben ser como mínimo el 50% del número total
de sondeos realizados.
El número de sondeos finalmente ejecutados debe cubrir completamente el área que ocuparán
la unidad o unidades de construcción.
En los sondeos con muestreo se deben tomar muestras cada metro en los primeros 5 m de
profundidad y a partir de esta profundidad, en cada cambio de material o cada 1.5m de longitud
del sondeo.
Luego, en el numeral H.3.3.4, la norma habla acerca de la caracterización geomecánica detallada,
y sostiene que las propiedades mecánicas del suelo (resistencia al corte, esfuerzo-deformación,
compresibilidad, expansión, etc.) se determinarán en cada caso mediante procedimientos aceptados
en campo o laboratorio, sin embargo no hace mención a alguno en específico.
Después, en el numeral H.3.3.5, la norma es más explícita en cuanto a la ejecución de los ensayos
en campo y advierte que estos se deben efectuar con equipos y metodologías de reconocida
aceptación técnica, pero una vez más, no menciona ningún equipo o ensayo in situ en especial.
c) ICONTEC
Como ya se mencionó antes, el ICONTEC es el Instituto Colombiano de Normas técnicas y
Certificación el cual se encarga de estandarizar diversos procedimientos, entre ellos prácticas
realizadas en el campo de la ingeniería civil, y concretamente de la geotecnia.
Dentro de las normas revisadas relacionadas a la ingeniería de suelos, no hay ninguna que hable
acerca de los ensayos in-situ para obtención de parámetros mecánicos, sin embargo, si estandariza
procedimientos de laboratorio para determinar dichas propiedades. Entre ellas, se encuentran las
siguientes:
NTC 1917 – Suelos. Determinación de la resistencia al corte. Método de corte directo.
NTC 1936 – Suelos. Determinación de la resistencia en rocas. Método de la compresión
triaxial.
37
NTC 2041 – Suelos cohesivos. Determinación de la resistencia. Método de compresión
triaxial.
Ahora bien, vale la pena recalcar que todas las normas NTC toman como referencia una norma de
la ASTM.
7.2 Estándares y Normativas en Estados Unidos
En Estados Unidos, muchos de los procedimientos en ingeniería civil se rigen por normas emitidas
por la ASTM y la AASHTO. A continuación se presenta una descripción de ellas.
a) ASTM
A nivel general, la entidad de estandarización de diversos procesos en Estados Unidos, es la ASTM
(por sus siglas en inglés: American Society for Testing Materials) la cual es una entidad de carácter
internacional con liderazgo en la definición de los materiales y prueba de los mismos.
En cuanto a ensayos geotécnicos in-situ, la mayoría de los presentados en el marco de la academia,
están regulados por las normas ASTM. A continuación se presenta una tabla, en la que se
especifican las normas que reglamentan cada uno de los ensayos estudiados en el presente trabajo.
Tabla 9. Normas ASTM por ensayo.
Ensayo Norma ASTM
Veleta ASTM D 2573
SPT ASTM D 1586
CPT ASTM D 5778
ASTM D 3441
DMT (Dilatometer test) ASTM D6635
PMT (Presuremeter) ASTM D 4719
b) AASHTO
La Asociación Americana de Oficiales de Carreteras Estatales y Transportes o por sus siglas
en inglés AASHTO, es una entidad que al igual que la ASTM estandariza procedimientos y
materiales, publica especificaciones y emite protocolos y guías de diseño y construcción de
autopistas en Estados Unidos. La asociación también representa el transporte por ferrocarril, agua,
aire y el transporte público.
En cuanto a la geotecnia, la AASHTO dedica aproximadamente 3 capítulos de su norma repartidos
de la siguiente forma: sección 10 – Cimentaciones, sección 11 – Muros, Estribos y Pilas, y un
documento especial para el diseño de puentes con un capítulo dedicado al estudio de suelos.
Con relación a los ensayos in-situ, la norma principalmente se remite a los estándares emitidos por
la ASTM y recalca con gran énfasis la importancia de hacer uso de los ensayos más conocidos
38
mundialmente (SPT y CPT). También señala que se debe prestar especial atención al momento de
efectuar las respectivas correlaciones teniendo en cuenta que estas cambian de acuerdo a la
formación geológica que se tenga.
7.3 Resumen y comparación entre normativas
A continuación se presenta un cuadro comparativo entre las normas presentadas anteriormente
tanto para Colombia como para Estados Unidos, en donde se resumen los ensayos para los cuales
reglamenta cada una.
Tabla 10. Ensayos reglamentados por cada una de las normativas de cada país.
País Norma
Ensayos reglamentados
SPT CPT/U Veleta DMT PMT Otros de
laboratorio
Colombia
INVIAS × × × ×
NSR-10 × × × × ×
NTC × × × × ×
USA
ASTM
AASHTO × × × ×
Convenciones:
Si está reglamentado;
× No está reglamentado;
Como se puede observar en la tabla anterior, la norma más completa es la ASTM ya que en ella se
encuentran reglamentados todos los ensayos analizados en el presente trabajo. Las normas
colombianas reglamentan algunos ensayos y efectúan adaptaciones referenciadas de la ASTM, de
ahí que la mayoría de empresas dedicadas a la geotecnia efectúen todos sus procesos siguiendo la
norma americana.
8. ANÁLISIS DE LA REVISIÓN
A continuación se hace un análisis de la revisión efectuada para los tres marcos de referencia:
academia, industria y normativas. Se analizan las relaciones entre dichos marcos con el fin de comprender en mayor medida la forma en la que se producen los avances en el campo de la
geotecnia, y finalmente se realiza una comparación entre Colombia y Estados Unidos de acuerdo
a la información recopilada.
39
8.1 La academia, la industria y las Normativas
El análisis del rol de la academia, permite apreciar cómo se han desarrollado con el tiempo diversos
ensayos in-situ para estudiar las propiedades mecánicas del suelo, tarea especial de la geotecnia.
De la revisión efectuada en este marco, es posible afirmar que no hay ensayo que sea el mejor de
todos, pues la idoneidad de éste depende ampliamente del contexto en el que se desee aplicar y la
información que se pretenda obtener.
Por otro lado, es claro que algunos ensayos como el SPT y el CPT son más económicos y sencillos
de calibrar, el primero idóneo para suelos arenosos y el segundo para suelos cohesivos. Por su
parte, el dilatómetro y el presurómetro son ensayos más costosos y más exigentes a la hora de
calibrar, pero tienen un mayor campo de aplicación y pueden ofrecer más información de la
analizada en el capítulo de academia.
En la otra mano, están los ensayos que ofrecen poca información (son pocos los parámetros del
suelo que permiten determinar) pero lo hacen con una precisión excepcional gracias a que la
medida es directa y no resulta de correlaciones o ecuaciones empíricas. Dentro de ellos se puede
catalogar el ensayo de Veleta y el Presurómetro.
Al indagar acerca de los ensayos más ofrecidos por las compañías, fue posible apreciar que aunque
existen ensayos que pueden ofrecer más información que otros, las compañías suelen implementar
los más clásicos, probablemente ya sea por temas de costos, facilidad de ejecución y calibración, o
simplemente porque no se necesita en la mayoría de proyectos tanta información. Es importante
resaltar que a pesar que el SPT no ofrece ninguna medida de forma directa y la determinación de
los parámetros se da a partir de correlaciones, es ampliamente usado.
A continuación se presenta un cuadro en el que se resume la implementación de los ensayos en la
industria, y si está o no reglamentado por las normativas correspondientes de cada país. Cabe
resaltar que el análisis de oferta de los ensayos en las empresas, se hizo en base a las muestras
seleccionadas de cada país (10 empresas por país), más no cubre la totalidad de las empresas
existentes en la realidad.
Tabla 11. Comparación industria y normativas para cada ensayo
Ensayo
Implementado por las empresas (muestra) en
Colombia
Implementado por las empresas
(muestra) en USA
Reglamentado por el INVIAS o
la NTC (Colombia)
Reglamentado por la ASTM
(USA)
SPT
CPT ×
CPTU ×
Veleta
40
DMT × ×
PMT ×
Osterberg O-Cell × × ≈
Borehole Shear Test (BST)
× × ≈
Convenciones:
Si está implementado o reglamentado;
× No está implementado o reglamentado;
Como se puede observar en el cuadro anterior, los únicos ensayos que aún no son implementados
por las empresas colombianas estudiadas, son el de las Celdas de Osterberg y el BST. Como se
mencionó en el capítulo de Academia del presente trabajo, no se encontró registro alguno de que
estos ensayos hubiesen sido ejecutados hasta la fecha en el territorio nacional, y hasta ahora están
siendo probados en algunos países latinoamericanos como Chile.
Por otro lado, el único ensayo que no es ejecutado por ninguna empresa de las analizadas en la
muestra seleccionada para Estados Unidos, es el dilatómetro, es posible que esto se deba a que el
ensayo ofrece información que puede ser obtenida a partir de otros ensayos más económicos y
sencillos de calibrar, más no porque sea un ensayo desconocido como si sucede con las celdas de
carga de Osterberg y el BST en el contexto colombiano.
Con relación a la reglamentación colombiana únicamente dos ensayos están estandarizados, pero
a pesar de esto, empresas colombianas ofrecen los demás ensayos y se rigen por las normativas
americanas como la ASTM.
En cuanto a la reglamentación en Estados Unidos, los únicos ensayos que aún no están oficialmente
estandarizados pero si han sido estudiados o mencionados por la ASTM son las celdas de carga de
Osterberg y el Borehole Shear Test (BST). Sin embargo, de acuerdo a la información publicada de
quienes han estudiado y desarrollado el ensayo de Osterberg, éste entra en concordancia con la
ASTM D1143-07 aprobada en el 2013 que se titula como Standard Test Methods for Deep
Foundations Under Static Axial Compressive Load (ASTM, 2013). Dicha norma, si bien menciona
métodos de aplicar carga a partir de pistones hidráulicos sobre pilotes, no menciona en ningún
momento las celdas de Osterberg como tal, y el procedimiento especificado difiere ampliamente al
descrito en la bibliografía consultada.
Para continuar, con respecto al Borehole Shear Test, la ASTM no ha publicado oficialmente una
normativa que reglamente el procedimiento para aplicar el ensayo, sin embargo, existen dos
artículos publicados en el Geotechnical Testing Journal (diario publicado por la ASTM) en el que
se sugiere un método para desarrollar el ensayo (ASTM Subcomitte D18.02, 1987) y se estudia la
reproducibilidad de los resultados del BST en arcilla marina (Lutenegger & Timian, 1987).
Ahora bien, en términos generales, este cuadro comparativo nos permite entrever las relaciones
existentes entre los tres marcos de referencia que se propuso analizar en el presente trabajo:
academia, industria y normativas. El marco de la academia se encarga de producir conocimiento
41
mediante el desarrollo de bases teóricas y conceptuales que después se pueden traducir en la
elaboración de equipos y tecnologías que posteriormente son probados en el contexto de la
industria. Lo anterior se evidencia al revisar la reseña histórica de los ensayos analizados en el
presente trabajo, donde por ejemplo las celdas de carga de Osterberg y el Borehole Shear Test
fueron desarrollados por profesores de universidades (ámbitos académicos) estadounidenses.
Luego de que las universidades llegan a equipos que permiten entender las propiedades del suelo,
compañías que se interesan por la investigación y mantienen a la vanguardia del desarrollo,
empiezan a implementar estos ensayos novedosos y al dar resultado se empieza a popularizar su
uso. Posteriormente, pareciera que el último en reaccionar fuese el marco de la estandarización y
las normativas, pues después de que se comprueba la veracidad e idoneidad de los procesos para
ejecutar los ensayos, pasan a ser estandarizados y reglamentados. Una vez más, el claro ejemplo
de esto es lo que sucede hoy en día con las celdas de Osterberg y el BTS, ensayos que si bien no
están formalmente reglamentados por la ASTM, están siendo estudiados y mencionados en
artículos de investigación de la misma organización. Se cree que en un futuro cercano estos ensayos
serán oficialmente reglamentados.
8.2 Colombia Vs EEUU frente al marco de la Industria
Al comparar la industria geotécnica colombiana con la estadounidense, es importante mencionar
en primera instancia la diferencia en cuanto al número de empresas, mientras que en Estados
Unidos operan alrededor de 400 compañías, en Colombia tan solo hay registro de 100 según la
cámara de comercio.
Tras recopilar información acerca de la industria geotécnica de ambos países, fue posible apreciar
que efectivamente existen diferencias en términos de la oferta de ensayos in-situ para estudios de
suelo. Una vez más, se aclara que la información fue obtenida de una muestra de 10 empresas de
cada país, la cual no es representativa pero si útil para dar unas primeras nociones del estado del
arte de este sector en ambos contextos (Colombiano y Estadounidense) para futuras
investigaciones. En la siguiente tabla se presenta un resumen del porcentaje de empresas de las
estudiadas que ofrecen cada tipo de ensayo.
Tabla 12. Porcentaje de empresas que implementan cada ensayo para cada país.
Ensayo % de Empresas que lo ofrecen en Colombia
% de Empresas que lo ofrecen en USA
SPT 80% 70%
CPT 70% 60%
CPTU 60% 20%
Veleta 20% 30%
DMT 20% 0%
PMT 40% 60%
Osterberg O-Cell 0% 10%
Bore hole Shear Test (BST)
0% 10%
42
Como se puede observar en la tabla anterior, son más las empresas en Colombia que ofrecen el
SPT y el CPT que en Estados Unidos, sin embargo, en ambos países estos dos ensayos son los más
implementados. Esto puede indicar varias cosas, la primera es que a pesar que cada uno de estos
ensayos tiene un campo de aplicación definido y los parámetros arrojados son fruto de
correlaciones más no de mediciones directas, resultan ser apropiados para el nivel de información
requerida. Por otro lado, se podría pensar en la predilección por los ensayos tradicionales que
ofrecen resultados adecuados, y no se ve la necesidad de implementar otro tipo de ensayos que
podrían ser desconocidos y requerir mayores esfuerzos en términos económicos y de ejecución.
Seguidamente para Colombia, los ensayos que más empresas ofrecen después del SPT y del CPT
son el CPTU y el Presurómetro, mientras que para Estados Unidos son el Presurómetro y la Veleta.
De esto se destaca el hecho de que el presurómetro sea usado cada vez más en las empresas
estadounidenses, sin embargo no es de extrañarse pues es un ensayo con gran campo de aplicación
(puede ser usado en cualquier tipo de suelo, hasta en roca) y de medición directa. Probablemente a
futuro, más empresas colombianas harán uso del presurómetro y cada vez será más reconocido en
la industria y más estudiado en las universidades.
Con relación a las celdas de Osterberg y el Borehole Shear Test, aún son ensayos en proceso de
estudio y que hasta ahora están empezando a ser implementados en la industria Estadounidense, se
cree que para que sean ampliamente utilizados en Colombia aún falta bastante tiempo.
Finalmente, a partir de la información recopilada a lo largo de esta revisión bibliográfica, se podría
decir que si se encuentran rezagos en la industria geotécnica colombiana en comparación a la
estadounidense. Son más los ensayos novedosos implementados en Estados Unidos, los ensayos
tradicionales no son tan usados allí como en Colombia, hay un mayor número de empresas
dedicadas a este sector y es menor el número de normativas colombianas que estandarizan los
procesos por lo que las compañías recurren a las normas norte americanas.
9. CONCLUSIONES
En el presente trabajo se efectuó una revisión bibliográfica en torno a los ensayos geotécnicos in-
situ teniendo en cuenta tres marcos de referencia: la academia, la industria y las normativas. La
revisión se hizo bajo el contexto colombiano y estadounidense con el fin de realizar comparaciones
y tener un referente en el campo de la geotecnia. En cuanto a la academia, se efectuó una
descripción de ensayos comunes y de ensayos considerados novedosos en el contexto colombiano,
para posteriormente hacer una comparación entre ellos y el respectivo análisis de ventajas y
desventajas. Con respecto a la industria, se seleccionaron muestras de 10 empresas de cada país y
se indagó sobre los ensayos in-situ que ofrecían. Con relación a las normativas, se hizo una
descripción de las principales entidades que estandarizan procesos en cada país y se hizo un
recuento de las normas que reglamentan cada ensayo. A continuación se presentan las principales
conclusiones del presente trabajo.
El SPT y el CPT son los ensayos que más información proporcionan de los ensayos analizados, sin
embargo, los parámetros no son el resultado de mediciones directas sino de correlaciones y de
ecuaciones empíricas que han sido bastante estudiadas. Por su parte, el Presurómetro y la Veleta
son ensayos que miden de forma directa los parámetros geotécnicos más importantes más no son
tan ofrecidos por las empresas. De los ensayos “comunes” el dilatómetro es el menos conocido y
43
es muy poco implementado, se cree que esto se debe a su relativo desarrollo reciente y que hace
falta tiempo para que empiece a ser ampliamente utilizado en América.
En cuanto a los ensayos novedosos, si bien el Borehole Shear Test empezó a desarrollarse hace un
tiempo considerable, es un ensayo poco conocido y que aún no está estandarizado por la ASTM a
pesar de que algunas empresas norte americanas ya lo ofrezcan; se considera que se debe a la falta
de investigación. Con relación a las celdas de carga de Osterberg, se puede decir que es el último
de los ensayos desarrollados, no está oficialmente estandarizado pero si está empezando a ser
implementado en la industria estadounidense y se tiene registro de haber sido ejecutado en un
proyecto en Chile.
No existe un mejor ensayo geotécnico in-situ, el más idóneo será aquel que se adapte mejor al
contexto de implementación (tipo de suelo, recursos económicos disponibles, experiencia en
calibración del equipo) y que pueda proporcionar la información requerida.
Con respecto a la industria, fue posible evidenciar que a pesar de la antigüedad de los ensayos SPT
y CPT y de su incapacidad para arrojar parámetros a partir de mediciones directas, son los ensayos
más utilizados tanto en Colombia como en Estados Unidos.
También, se puede decir que efectivamente se percibe un retraso en la industria geotécnica
colombiana con respecto a la estadounidense en términos de cantidad de empresas que pertenecen
a este sector, la falta de normativas y estándares propiamente colombianos para reglamentar cada
ensayo, y los ensayos que actualmente son ofrecidos por las compañías de cada país.
Finalmente se cree que el marco de la academia es el motor del desarrollo, la innovación viene de
allí y con la ayuda de la industria se empieza a replicar el conocimiento hasta tal punto que es
posible estandarizar los procesos para lograr la reproducibilidad de los resultados. Sin embargo,
para dar el salto de la academia a la industria, o de la Industria a las normativas, se requiere tiempo,
documentación y personas que se dediquen a la investigación.
10. RECOMENDACIONES
A nivel de recomendaciones se aconseja lo siguiente para futuras investigaciones:
Efectuar un proceso más riguroso para la selección de la muestra de empresas que será
analizada de cada país con el fin de lograr una mayor representación de la realidad. Esto se
puede alcanzar ampliando el número de empresas estudiadas, realizando procesos estadísticos,
y haciendo una selección más homogénea en términos geográficos de las compañías.
No solo utilizar buscadores de empresas para obtener un panorama general de la industria
geotécnica, sino un mayor número de entidades oficiales ante las cuales se pueda acudir para
obtener información más confiable.
En lo posible realizar visitas a diferentes empresas tanto a las oficinas como en campo, con el
fin de obtener mayor información de calidad que le otorgue mayor robustez a los resultados
obtenidos.
44
Ampliar el número de ensayos estudiados, especialmente de aquellos que se podrían considerar
como novedosos o que están siendo poco ofrecidos por las empresas.
Efectuar comparaciones con países europeos, tanto en términos de industria como en términos
de normativas, esto con el fin de obtener un referente más claro de la situación actual del
campo de la geotecnia en Colombia.
45
11. BIBLIOGRAFÍA
Amar, S., Calrke, B., Gambin, M. P., & Orr, T. L. (1991). The application of pressurometer test results to
fundation design in europe. Rotterdam.
ASTM. (2013). ASTM D1143-07: Standard Test Methods for Deep Foundations Under Static Axial
Compressive Load. ASTM international.
ASTM Subcomitte D18.02. (1987). Suggested Method for Performing the Borehole Shear Test.
Geotechnical Testing Journal, 20-25.
Baldi, G., Belloti, R., Ghionna, V., & Jamiolkowski, M. (1988). Stiffness of sands from CPT, SPT and DMT.
Birmingham.
Barentsen, P. (1936). Short description of field testing method with a cone shaped sounding apparatous.
Boston.
Bechtum, T. (2012). Automation and further development of the borehole shear test. Iowa: Digital
Repository Iowa State University.
Begemann, H. K. (1953). Improved method of determining resistance to adhesion by sounding through a
loose sleeve placed behind the cone.
Burmister. (1948). The importance and practical use of relative density in soil mechanics. Philadelphia:
ASTM vol 48.
Cadling, L., & Odenstad, S. (1950). The Vane Borer; an apparatus for determining the shear strength of
clay soils directly in the ground. Royal Swedish Geotech.
Campanella, R. G., & Robertson, P. K. (1988). Current status of the piezocone test. Orlando.
Devincenzi, M., & Frank, N. (2004). Ensayos Geotécnicos in situ, su ejecución e interpretación. Girona.
Geuze, E. C. (1953). Resultats d0essais de penetration en profondeur et de mise en charge de pieux modeles.
Giuliani, & Nicoll. (1982). New Analytical correlations between SPT, overburden pressure and relative
density. Europ Symp on penetration Testing. Amsterdam.
Hunt, R. (1984). Geotechnical Engineering Investigation Manual. Nueva York: McGraw-Hill Book Co.
INVIAS. (2007). Determinación de la masa unitaroa máxima y mínima para el cálculo de la densidad
relativa. Bogotá: I.N.V.E - 136 - 07.
Jamiolkowski, M., Ladd, C. C., Germaine, J. T., & Lancellotta, R. (1985). New developments in fiel and
laboratory testing soils. San Francisco.
Larsson, R. (1995). The cpt Test. Equipment testing evaluation. An in situ method for determination of
stratigraphy and properties in soil profiles. Linkoping: Swedish Geotechnical Institute Information
.
Lutenegger, A., & Timian, D. A. (1987). Reproducibility of Borehole Shear Test Results in Marine Clay.
Geotechnical Testing Journal, 13-18.
46
Marchetti, S. (1980). In situ tests by flat dilatometer. ASCE Jnl GED.
Marchetti, S. (1997). The flat dilatometer: design applications. Cairo.
Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial. (2010). Estudios Geotécnicos. En Reglamento
Colombiano de c¿Construcción Sismo Resistente NSR-10 (págs. H9 - H12). Bogotá.
Muromachi, T. (1974). Experimental study on Application of Static Cone Penetrometer to subsurface
investigation of weak cohesive soils. Proc. Europ. Conf. on Pen. Test. Stockolm.
Nash, D., Powell, J., & Lloyd, I. (1992). Initial investigations of the soft clay teste site at Bothkennar.
Bothkennar: Geotechnique.
NAVFAC DM 7.1. (1982). Design Manual 7.1. En D. O. Facil, Soil Mechanics. Alexandria.
Raddatz, D., Araya, C., & Taiba, O. (13 de Mayo de 2014). Resultados y modelación numérica de ensayos
de carga usando una celda de Osterberg en Concón, Chile. Obtenido de Obras y Proyectoa:
http://www.scielo.cl/pdf/oyp/n16/art02.pdf
Suelos Ingeniería S.A.S. (6 de Junio de 2016). Equipo Presurometro de Menard. Obtenido de Equipo
Presurometro de Menard:
http://www.suelosingenieria.com/index.php/actividades/consultoria/estudios-de-
suelos/presurometro-de-menard
Tecnología y Proyectos S.A.C. (6 de Junio de 2016). Ensayo de Penetración de cono (CPT). Obtenido de
Ensayo de Penetración de cono (CPT): http://www.piezocono.com/CPT.aspx
Terzaghi, & Peck. (1948). Soil Mechanics in Engineering Practice. Nueva York: John Wíley and Sons.
Totani, G., Calabrese, M., Marchetti, S., & Monaco, P. (1997). Use of in situ flat dilatometer (DMT) for
ground characterization in the stability analysis of slopes. Hamburg.
Van Impe, W. F., De Cock, F., Massarsch, R., & Menage', P. (1994). Recent experiences and developments
of the resonant vibrocompaction technique. New Delhu: Proc. XIII ICSMFE.
