Determinación de parámetros geotécnicos a partir de testificación geofísica en las formaciones detríticas de Madrid

      El interés de estas relaciones estriba en la posibilidad de conseguir cuantificar propiedades geotécnicas como registros continuos a largo de un sondeo, permitiendo una mínima perturbación del medio y rapidez en la obtención de los resultados, con unas características de medida diferentes a las hasta ahora utilizadas.

      Se llama testificación geofísica al conjunto de técnicas que permiten la obtención en un sondeo de registros, (también conocidos como log o diagrafías), de determinados parámetros físicos que sirven para caracterizar las formaciones del terreno perforados por los taladros. Los parámetros geofísicos medidos muestran sus variaciones de forma continua con la profundidad, al mismo tiempo que son extremadamente sensibles a pequeñas variaciones en la vertical lo que les hace muy interesantes para los estudios geotécnicos, donde los espesores de materiales implicados suelen ser pequeños y por tanto, mínimas variaciones deben ser detectadas, puesto que pueden ser determinantes en el comportamiento geotécnico de superficie.

      Se ha elegido Madrid y sus alrededores (Cuenca de Madrid) como zona de estudio por un doble motivo:

      Por un lado, la Cuenca de Madrid constituye, junto con la del Duero y Ebro, una de las tres grandes cuencas terciarias continentales interiores de la Península Ibérica. Al igual que las otras cuencas citadas, la cuenca de Madrid contiene una serie prácticamente completa de depósitos paleógenos y neógenos; con un notable desarrollo de complejos lacustres a lo largo de toda esta serie (Calvo et al.,1989), por lo que, la realización del estudio en esta cuenca tiene interés al poder ser utilizados los resultados obtenidos como primer criterio de análisis en esas otras cuencas. Así mismo, el cambio de facies como hecho generalizado en el suelo y subsuelo de Madrid, conlleva una especial problemática para los implicados en la actividad constructiva y minera del área urbana de Madrid. El conocimiento profundo del sistema deposicional en dicha área junto con la información de tipo geotécnico y geofísico que se puede obtener de la correcta ejecución de sondeos en la zona contribuye de una forma valiosísima a resolver dicha problemática. Las características de los materiales que se pueden sondear en esta zona (necesidad de entubación, incompleta recuperación de testigo, dificultad de caracterizar las propiedades in situ, etc.) los hace muy idóneos para la testificación geofísica.

      Por otra parte, al estar implantada en la zona de estudio una ciudad importante, es posible la utilización de una gran cantidad de información y de estudios derivados de sus obras, Io que constituye una situación difícil de encontrar en otras áreas. La importancia político-social de la región ha determinado, desde mediados del siglo XIX, un creciente interés por un mejor conocimiento de sus características físico-naturales. Estas características a su vez dan lugar a una singular problemática. Así, la fuerte expansión de los núcleos urbanos en las ultimas décadas y la extracción de recursos naturales han modificado la base física, lo que dificulta el estudio geológico – geotécnico por técnicas convencionales.

1.1. Objetivos del trabajo
1.2. Metodología seguida
1 .3. Desarrollo de los objetivos

2. ANTECEDENTES GEOLÓGICOS Y GEOTÉCNICOS DEL ÁREA DE ESTUDIO

2.1. Enmarque geográfico
2.2. Enmarque geológico
2.3. Revisión de los trabajos geológicos y geotécnicos del área de estudio
2.4. Origen geológico de los materiales sobre los que se asienta Madrid y sus alrededores
2.4.1. Estructura e Historia geológica de la zona
2.4.2. Estratigrafía
2.4.3. Marco geomorfológico de Madrid
2.5. Descripción de los distintos materiales miocenos de Madrid y problemas relacionados con ellos 
2.5.1. Yesos miocenos de Madrid
2.5.2. Arcillas en las distintas litofacies miocenas de Madrid
2.5.3. Arenas en las distintas litofacies miocenas de Madrid
2.6. Características geotécnicas de los suelos de Madrid
2.6.1. Identificación
2.6.2. Propiedades de estado 2.6.3. Resistencia y deformación 2.6.4. Propiedades expansivas

3. TÉCNICAS GEOFÍSICAS UTILIZADAS
3.1. Introducción
3.2. Equipo de testificación geofísica
3.3. Tipos de registros
3.4. Propiedades del terreno caracterizadas mediante la testificación geofísica
3.4.1. Características de identificación
3.4.2. Densidad
3.4.3. Humedad
3.5. Características de las sondas utilizadas
3.5.1. Sonda Calibre
3.5.2. Registros nucleares
3.5.2.1. Sonda Gamma natural
3.5.2.2. Sonda Gamma-Gamma
3.5.2.3. Sonda Neutrón-Neutrón
3.5.3. Sonda de Inducción Electromagnética

4. TRABAJOS REALIZADOS
4.1. Introducción
4.2. Datos geotécnicos y geofísicos obtenidos en las zonas estudiadas
4.2.1. Introducción
4.2.2. Datos procedentes de la zona situada en la calle de la Princesa y Plaza de la Moncloa
4.2.3. Datos procedentes del Laboratorio Central del CEDEX, Calle Alfonso XII n° 3 (Parque del Retiro)
4.2.4. Datos procedentes de El Monte del Pardo
4.2.5. Datos procedentes de Santa Eugenia, Calle Zafuar n° 6
4.2.6. Datos procedentes de Vallecas, Calle Ponts de Molins n° 27
4.2.7. Datos procedentes del Cementerio de la Almudena
4.3. Banco de Calibración
4.3.1. Creación del Banco de Calibración
4.3.1.1. Número de puntos necesarios para la creación de las curvas de calibración
4.3.1.2. Factores que hacen variar las medidas detectadas por las sondas gamma-gamma y neutrón-neutrón en condiciones de densidad y porosidad idénticas
4.3.1.3. Dimensionado de las probetas
4.3.1.4. Lugar de ubicación del Banco de Calibración
4.3.1.5. Proyecto y construcción de los contenedores
4.3.2. Toma de datos con las sondas Gamma-Gamma y Neutrón-Neutrón
4.3.3. Utilización de las curvas de calibración

5. RESULTADOS OBTENIDOS
5.1. Introducción
5.2. Metodología seguida en la obtención de los resultados
5.3. Propiedades de identificación
5.4. Propiedades de estado
5.4.1. Relación entre la densidad aparente y los distintos parámetros geofísicos
A. Banco de Calibración
B. Datos de campo
5.4.2. Relación entre la humedad específica y los distintos parámetros geofísicos
5.4.2.1. Relación de la humedad específica con e/ registro neutrón-neutrón
A. Banco de Calibración
B. Datos de campo
5.4.2.2. Relación de la humedad específica con el registro conductividad
5.4.3. Relación entre la porosidad y los distintos parámetros geofísicos
5.4.4. Relación entre la densidad seca y los distintos parámetros geofísicos
5.4.5. Relación entre grado de saturación y los distintos parámetros geofísicos
5.4.6. Relación entre la humedad natura/ y los distintos parámetros geofísicos
5.5. Otras propiedades

6. APLICACIONES
6.1. Introducción
6.2. Calle de la Princesa y Plaza de la Moncloa
6.2.1. Perfiles estratigráficos
6.2.2. Interpretación cuantitativa de las propiedades geotécnicas de estudio
6.2.2.1. Propiedades básicas
A. Obtención de los registros de densidad aparente
B. Obtención del registro de humedad específica
B1. Obtención del registro de humedad específica a partir del registro neutrón-neutrón
B2. Obtención del registro de humedad específica a partir del registro conductividad
6.2.2.2. Propiedades derivadas
A. Obtención del registro de porosidad
B. Obtención del registro de densidad seca
C. Obtención del registro de grado de saturación
D. Obtención del registro de humedad natural
6.3. Laboratorio Central del CEDEX, Calle Alfonso XII, 3 (Parque del Retiro)
6.3.1. Perfiles estratigráficos
6.3.2. Interpretación cuantitativa de las propiedades geotécnicas de estudio
A. Obtención del registro de humedad específica
B. Cálculo de la variación de los registros gamma natural y conductividad en función de la entubación
6.4. Monte del Pardo
6.4.1. Perfiles estratigráficos
6.4.2. Interpretación cuantitativa de las propiedades geotécnicas de estudio
6.4.2.1. Propiedades básicas
A. Obtención de los registros de densidad aparente
B. Obtención del registro de humedad específica
B1. Obtención del registro de humedad específica a partir del registro neutrón-neutrón
B2. Obtención del registro de humedad específica a partir del registro conductividad
6.4.2.2. Propiedades derivadas
A. Obtención del registro de porosidad
B. Obtención del registro de densidad seca
C. Obtención del registro de grado de saturación
D. Obtención del registro de humedad natural
6.5. Santa Eugenia, Calle Zafuar, n° 6
6.5.1. Perfil estratigráfico
6.5.2. Interpretación cuantitativa
6.5.2.1. Propiedades básicas
A. Obtención de los registros de densidad aparente
B. Obtención del registro de humedad específica
6.5.2.2. Propiedades derivadas
A. Obtención del registro de porosidad
B. Obtención del registro de densidad seca
C. Obtención del registro de grado de saturación
D. Obtención del registro de humedad natural
6.6. Vallecas, Calle Ponts de Molins, n° 27
6.7. Cementerio de la Almudena
6.7.1. Estratigrafía
6.7.2. Interpretación cuantitativa de las propiedades geotécnicas de estudio
6.8. Cuantificación global de las propiedades de estado
6.8.1. Densidad aparente
6.8.2. Humedad específica
6.8.3. Porosidad
6.8.4. Densidad seca
6.8.5. Grado de saturación 6.8.6. Humedad natural

7. RESUMEN Y CONCLUSIONES
7.1. Resumen
7.2. Conclusiones
7.3. Líneas futuras de investigación y nuevas aplicaciones

SIMBOLOGÍA BIBLIOGRAFÍA ANEJOS
Anejo 1
Anejo 2

      II. La metodología de estudio desarrollada en este trabajo ha demostrado ser dinámica e interactiva, ya que permite englobar los resultados de los ensayos de laboratorio, de los que se vaya disponiendo, en la valoración de los registros geofísicos.

      III. La forma más directa y fiable de cuantificar las diferentes propiedades de identificación y estado de los materiales detríticos de la Cuenca de Madrid es la indicada en la tabla siguiente:

      Al relacionar estas propiedades con los registros geofísicos, deben tenerse en cuenta las siguientes observaciones:

      • El cálculo de la granulometría a partir de la sonda gamma natural, al ser la medida de la sonda cuantitativamente diferente en cada equipo, se asume que se realizará directamente con los datos procedentes del equipo con el que se ha realizado la regresión. En el caso de utilizarse otro equipo diferente se debe calibrar respecto a este primero, o dado que ha quedado demostrada la existencia de esta relación, calibrarlo con nuevos datos granulométricos.

      • El cálculo de la humedad específica a partir de la conductividad debe de tener en cuenta la posible variación en salinidad del agua de formación.

      • En el cálculo de la humedad específica sera recomendable la utilización de la sonda conductividad en el caso en que se disponga de datos fiables de laboratorio, en caso contrario se debe recurrir a la sonda neutrón-neutrón utilizando las curvas calculadas en el Banco de Calibración.

      IV. Los resultados del estudio realizado en los materiales detríticos. de la Cuenca de Madrid han puesto de manifiesto:

      • Los rangos de variación de la densidad aparente obtenidos coinciden con los datos recopilados en el capítulo de antecedentes geotécnicos. En todas las zonas investigadas se ha detectado un claro incremento de este parámetro con la profundidad.

      • Los resultados de humedad específica obtenidos en este estudio, independientemente del procedimiento utilizado para determinación, ponen de manifiesto una tendencia a aumentar dicha propiedad con el contenido en finos.

      • Esta misma tendencia de incremento con el contenido en finos se observa en los registros de porosidad calculados.

      • Por el contrario, los registros de densidad seca presentan una tendencia al descenso con el incremento en finos. Al relacionar estos registros con la profundidad presentan un claro incremento respecto a esta que se relaciona con un incremento de la compacidad del terreno.

      • En los registros de grado de saturación se observa tendencia al incremento con el contenido en finos, siendo los valores obtenidos con la sonda neutrón-neutrón superiores a los dados por la sonda conductividad. En los registros obtenidos con la sonda neutrón-neutrón se observa en algunos casos fluctuaciones indicativas de la existencia de niveles poco saturados por debajo de otros casi saturados.

      • Los registros de humedad natural obtenidos presentan tendencia a aumentar con el contenido en finos, independientemente del procedimiento de cálculo empleado.

      V. El hecho de que la metodología puesta a punto haya demostrado su utilidad y fiabilidad permite que los resultados obtenidos en este estudio puedan ser aplicados en zonas situadas sobre las facies detríticas de la Cuenca de Madrid, en las que únicamente se dispongan de datos geofísicos. Esto se ha podido comprobar en una de las zonas de estudio, donde han sido clasificados los materiales y cuantificados sus principales parámetros geotécnicos, en base únicamente a registros geofísicos continuos.

      VI. Además, la metodología seguida puede ser utilizada en el estudio de otras zonas con distintos materiales, como se ha demostrado en la aplicación realizada sobre facies de transición y evaporíticas de la Cuenca de Madrid. En esta zona han podido ser identificados los materiales y cuantificados desde el punto de vista geotécnico, mediante la obtención de registros continuos de estas propiedades a partir de datos geofísicos.