estudios geotécnicos para la cimentación de aerogeneradores

RECOMENDACIONES PARA LA REALIZACIÓN DE ESTUDIOS GEOTÉCNICOS EN LA CARACTERIZACIÓN DEL TERRENO DE UN EMPLAZAMIENTO TIPO PARA LA CIMENTACIÓN DE AEROGENERADORES

parte 1: RECONOCIMIENTOS Y ENSAYOS DE LABORATORIO.

aerogeneradores

El presente post reporta los trabajos propuestos como básicos para la caracterización del terreno en una localización tipo, en la cual se prevea emplazar un aerogenerador.

Considerando las características de una cimentación superficial, que en la mayoría de las ocasiones resuelve adecuadamente el apoyo de un aerogenerador, se parte de la base de que los rasgos fundamentales de la geotecnia del emplazamiento corresponden a los de un terreno caracterizado como suelo. De llevarse a cabo la cimentación de aerogeneradores en un macizo rocoso, se adaptarán los trabajos de caracterización geotécnica a las premisas propias de la mecánica de rocas.

RECONOCIMIENTO GEOLÓGICO PREVIO / GENERAL DEL EMPLAZAMIENTO

Teniendo en consideración que en el caso general un campo eólico se plantea como una instalación de diversos aerogeneradores, será conveniente una fase previa de investigación geológica y geotécnica que permita establecer los siguientes conceptos básicos:

– Tipos o clases de suelos / rocas presentes en la zona, a efectos de caracterización genérica.

– Rasgos morfológicos locales.

– Presencia de aguas subterráneas.

A partir de la anterior información se establecerán los criterios que permitan valorar los emplazamientos más adecuados para los aerogeneradores, atendiendo cuanto menos a los siguientes:

– Zonas de riesgo morfológico: afectadas por movimientos de ladera, deslizamientos, zonas con riesgo de impacto de desprendimientos, zonas inundables susceptibles de socavación.

– Sectores con problemas de excavabilidad de la cimentación por presencia de roca.

– Emplazamientos susceptibles de presentar problemas geotécnicos específicos: suelos expansivos, colapsables, terrenos de muy baja capacidad portante.

Una vez establecidos los emplazamientos favorables para la instalación de los aerogeneradores, se realizará una valoración geotécnica particular para cada uno de ellos.

RECONOCIMIENTO GEOTÉCNICO DE CADA CIMENTACIÓN

Tipología del reconocimiento geotécnico

sondeos geotécnicos

El proyecto de construcción contará con un reconocimiento geotécnico específico para cada aerogenerador. Dicho reconocimiento será realizado mediante la ejecución de un sondeo geotécnico perforado mediante batería y con obtención de testigo continuo, complementado con la ejecución de ensayos “in situ” y la toma de muestras inalterada.

Podrán aceptarse métodos alternativos (penetraciones estáticas o dinámicas) solamente en caso de total certidumbre sobre la presencia de terrenos exclusivamente granulares, cuya naturaleza haya sido verificada por sondeos mecánicos durante el reconocimiento geológico general de la zona. No serán aceptable estos ensayos en el caso en que sea previsible (o se verifique) la imposibilidad de avance (rechazo) sin alcanzarse la profundidad prescrita o considerada de influencia de la cimentación. Además, solo se considerará viable el diseño geotécnico de la cimentación mediante la ejecución exclusiva de ensayos de penetración, si en la localidad o el contexto geológico de la zona existe una experiencia bien fundamentada sobre la correlación entre los resultados de dichos ensayos y los parámetros geotécnicos fundamentales del terreno.

testigos de sondeos

Como norma general se considerará adecuada la realización de un único sondeo por cada cimentación. En caso de que el sondeo sea substituido por ensayos de penetración, será recomendable la realización de cuanto menos dos ensayos de penetración estática, o tres ensayos de penetración dinámica por aerogenerador.

Deberá tenerse en cuenta que las dimensiones de la cimentación de un aerogenerador (al constituir el soporte de un único elemento estructural), presenta unas dimensiones de tal extensión que el comportamiento del cimiento se ve afectado por la variación de las características geotécnicas del terreno a lo largo y ancho del plano de apoyo (un caso poco habitual en un apoyo estructural común.) El reconocimiento realizado será el adecuado y suficiente para garantizar un correcto conocimiento de la estructura del subsuelo en caso de que en el mismo sean posibles heterogeneidades. En tal situación, el sondeo geotécnico podrá ser complementado por ensayos de penetración si los mismos permiten alcanzar una profundidad adecuada en el terreno.

Podrán aplicarse también técnicas geofísicas como complemento a los reconocimientos directos (no como substitutivos), siendo recomendables especialmente en los casos en los que la estructura geológica local sea compleja. En el actual estado de desarrollo de dichas técnicas, posiblemente la más adecuada sea al caso que nos ocupa sea la tomografía eléctrica 2D o 3D.

http://www.igc.cat/web/es/geofisica_tec_electrica.html

http://gsingenieria.net/

Método de muestreo

Podrán utilizarse los métodos de muestreo que establece el Eurocódigo 7 – parte 3, indicados en la tabla J2 (que por las habituales manias de derechos que tiene AENOR no puedo poner aquí, pero que se puede consultar en el siguiente link):

http://www.boliviaconstructores.com/geotecnia/Normas/Eurocodigo/07%20Proyecto%20Geotecnico/UNE-ENV_1997-3=2002.pdf

tubo testigo geotecnia

Con preferencia se utilizarán los métodos de perforación mediante batería y avance a rotación, con tubo doble o triple, o tubo sencillo (según requiera el terreno).

El muestreo mediante barrenado no será admisible salvo como complemento o contraste de sondeos realizados con obtención de testigo continuo.

Profundidad del reconocimiento geotécnico

Los reconocimientos geotécnicos se llevarán hasta la profundidad de influencia de la cimentación. Para el caso de una cimentación mediante zapata / placa / losa, dicha profundidad puede establecerse en 1.5 B, siendo B el diámetro de la cimentación.

Estudio del nivel freático

colocacion de un piezómetro (fuente UB.edu)

Durante el reconocimiento geotécnico de cada emplazamiento se verificarán las previsiones que hubiere sobre la hidrogeología local, establecidas en el estudio geológico general. De verificarse la posición de la cota piezométrica a una profundidad a la que se considere pueda afectar la ejecución de la cimentación, se prescribirá la colocación de tubería piezométrica para el seguimiento “a posteriori” del nivel freático en cada sondeo.

En este caso se procederá también a la toma de una muestra de agua, en las condiciones que la normativa de aplicación prescriba, para su análisis y valoración de potencial agresivo hacia el hormigón.

Ensayos “in situ” y toma de muestras inalteradas

Los parámetros del terreno necesarios para verificar la cimentación del aerogenerador serán los establecidos en el modelo de cálculo geotécnico, siendo los mismos – cuanto menos – los siguientes:

– cohesión efectiva

– ángulo de rozamiento interno efectivo

– resistencia al corte no drenado

– módulo de deformación elástico

– densidad natural

En caso de suelos coherentes de consistencia media o inferior, y especialmente si la tensión de servicio de la cimentación superase el valor de la resistencia a compresión simple del terreno, se determinarán obligatoriamente los parámetros relativos a la compresibilidad del terreno (relación entre índice de poros y tensión vertical efectiva, coeficiente de compresión y de recompresión, etc.)

Con el fin de obtener los parámetros indicados se recurrirá a la realización de ensayos de laboratorio que reproduzcan tanto las condiciones reales del terreno como el mecanismo mediante el cual es solicitado.

tomamuestras

Para la obtención de muestras a ensayar en laboratorio se procederá, durante el reconocimiento, a la toma de muestras inalteradas mediante el procedimiento más adecuado (categoría A) de entre los descritos en el Eurocódigo 7 (parte 3), tabla J1.

Más detalles sobre tomamuestras: http://www.igeotest.com/es/geotecnia_terrestre/ensayos_muestras.asp

Cuanto menos, se tomarán muestras del sondeo con una frecuencia no inferior a 1 cada 2 m de perforación (en caso de terrenos homogéneos) o bien 1 por tipo de terreno (si la frecuencia resultante en terrenos heterogéneos es superior a la anterior.)

En caso de suelos granulares en los que no sea factible la toma de muestras inalteradas, se podrán suplir las mismas por ensayos “in situ”, siendo admisibles (por orden de prevalencia) los que se citan a continuación, indicándose los parámetros que pueden ser correlacionados razonablemente de los mismos (no de forma extensiva):

– ensayo presiométrico (módulo de deformación, resistencia al corte no drenado, parámetros de consolidación)

– ensayo de pentración estática continua CPT / CPTu paralelo a sondeo (módulo de deformación, ángulo de rozamiento interno, cohesión no drenada, parámetros de consolidación)

– ensayo de dilatómetro plano Marchetti (módulo de deformación, cohesión no drenada, parámetros de consolidación)

– ensayo Vane Test (cohesión no drenada)

– ensayo de penetración dinámica SPT (ángulo de rozamiento interno, módulo de deformación)

– ensayo de penetración dinámica continua DPSH, DPH, DPL, Borro paralelo a sondeo (ángulo de rozamiento interno, módulo de deformación, solo con experiencia local contrastada.)

El criterio de diseño geotécnico podrá apoyarse exclusivamente sobre los resultados de ensayos de penetración dinámica cuando se cuente con experiencia local contrastada de la correlación del resultado de dichos ensayos con los parámetros geotécnicos solicitados.

Las especificaciones para la realización de los reconocimientos del terreno y los ensayos “in situ” se basarán en las recogidas en el Eurocódigo 7 – parte 3 (2002.)

ENSAYOS DE LABORATORIO

Para cada cimentación se verificarán las características geotécnicas del terreno en los aspectos fundamentales del cálculo de la cimentación. En cada emplazamiento se realizará, además, una comprobación de la naturaleza geotécnica del terreno de apoyo en cuanto a granulometría y plasticidad, y una estimación de la agresividad del suelo respecto hacia el hormigón.

ensayo triaxial (fuente http://smemaine.com

Los ensayos de laboratorio se realizarán sobre las muestras inalteradas que, de entre las tomadas en cada sondeo, se consideren más adecuadas o representativas. En la medida de lo posible no se reducirá la determinación de los parámetros geotécnicos a un único ensayo de laboratorio, tendiéndose a contrastar los resultados de varias muestras y establecer un criterio estadístico adecuadamente fundamentado.

En la siguiente relación se indican los ensayos de laboratorio más adecuados para definir los parámetros geotécnicos fundamentales del terreno, por orden de prevalencia:

– cohesión efectiva: ensayo triaxial (CU o CD), corte directo (CU o CD)

– ángulo de rozamiento interno efectivo: ensayo triaxial (CU o CD), corte directo (CU o CD)

– resistencia al corte no drenado: resistencia a compresión confinada en célula triaxial, resistencia a compresión simple.

– módulo de deformación elástico: ensayo triaxial con medida de deformaciones mediante bandas extensométricas, ensayo edométrico.

– densidad natural: determinación de la densidad de un suelo en laboratorio (diversos métodos.)

– parámetros de consolidación: ensayo edométrico.

bancada de consolidación, fuente: http://www.swinburne.edu.au

En casos en los que los ensayos de identificación (granulometría, plasticidad, densidad natural) u otros ensayos de caracterización geomecánica (edómetros) permitan intuir la presencia de suelos metaestables (expansivos o colapsables) se realizarán para cada emplazamiento las verificaciones correspondientes mediante los siguientes ensayos:

– valoración del potencial expansivo mediante ensayo de hinchamiento Lambe.

– determinación de la tensión máxima de hinchamiento.

– determinación del potencial de hinchamiento libre.

– determinación del potencial e índice de colapso.

La normativa de aplicación a los ensayos indicados en el presente capítulo se indica en el Eurocódigo 7 – parte 2.

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p.s.(1): el presente post es una versión modificada de un protocolo de reconocimientos y ensayos de laboratorio que preparé para un amigo que se dedica al proyecto de estructuras y del que he eliminado las menciones específicas al caso. Espero que sea de utilidad.

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