Geología

Ingeniería geotécnica

Los ensayos geotécnicos de laboratorio son pruebas realizadas para la determinación de las características geotécnicas de un terreno, como parte de las técnicas de reconocimiento de un reconocimiento geotécnico. Estos ensayos se ejecutan sobre las muestras previamente obtenidas en el terreno y, dependiendo del tipo de ensayo, se exigen distintas calidades de muestra.

• Ensayos de identificación: son los únicos (junto con los de compactación) que pueden realizarse sobre muestras alteradas. Pueden ser:
  • Físicos: granulometría, plasticidad o peso específico de partículas.
  • Químicos: contenido en sulfatos, carbonatos o materia orgánica.
• Ensayos de estado: humedad natural, peso específico seco o aparente. Proporcionan la situación del terreno en su estado natural. Como excepción, pueden utilizarse muestras alteradas para la obtención de la humedad natural, siempre que se protejan de pérdidas posteriores de humedad nada más proceder a su obtención.
• Ensayos de permeabilidad: en permeámetros de carga constante, de carga variable o en célula triaxial.
• Ensayos de cambio de volumen: compresibilidad edométrica, expansividad (presión de hinchamiento, hinchamiento libre, índice de Lambe) y colapso.
• Ensayos de resistencia: compresión simple, corte directo (CD, CU, UU), compresión triaxial (CD, CU, UU).
• Otros ensayos sobre suelos o rocas:
  • Compactación Próctor
  • Índice de dispersividad Pin-Hole (sobre muestra alterada).
  • Ensayos sobre rocas: compresión simple (con o sin galgas extensométricas), carga puntual (Point Load), corte directo de diaclasas, índice de durabilidad Slake, compresión triaxial.
• Ensayos químicos sobre agua freática: obtención de pH, de contenido en sales solubles o de elementos contaminantes.

ENSAYOS DE LABORATORIO DE GEOTECNIA

Ensayos de identificación

Son los ensayos básicos para caracterizar un suelo, los cuales son granulometría, límites de Atterberg,  humedad y densidad. Utilizando los 2 primeros, podemos clasificar un suelo según las diferentes normas (ASTM, USCS, etc).

La granulometría tiene por objeto determinar los diferentes tamaños de las partículas de un suelo y obtener la cantidad, expresada en tanto por ciento de éstas, que pasan por los distintos tamices de la serie empleada en el ensayo, hasta el 0,080 mm (arcilla/limo).

Se clasifica la muestra, expresando en porcentaje la proporción de gravas, arena y arcilla o limo.

Los límites de Atterberg lo constituyen el límite líquido y el límite plástico. El Índice de plasticidad resultará de la diferencia entre ambos.

El límite líquido, se determina mediante la utilización del aparato de Casagrande. Se define como la humedad que tiene un suelo amasado con agua y colocado en una cuchara normalizada, cuando un surco, realizado con un acanalador normalizado, que divide dicho suelo en dos mitades, se cierra a lo largo de su fondo en una distancia de 13 mm, tras haber dejado caer 25 veces la mencionada cuchara desde una altura de 10 mm sobre una base también normalizada, con una cadencia de 2 golpes por segundo.

 El límite plástico se define como la humedad más baja con la que pueden formarse con un suelo, cilindros de 3 mm de diámetro, rodando dicho suelo entre los dedos de la mano y una superficie lisa, hasta que los cilindros empiecen a resquebrajarse.

La humedad de una muestra en suelo se determina mediante secado en estufa. Se expresa en tanto por ciento, entre la masa de agua que pierde el suelo al secarlo y la masa de suelo seco.

La densidad aparente de un suelo, se define como el cociente entre la masa de dicho  suelo y su volumen. Para ello se toman dos muestras de una determinada masa de un suelo. A una de ellas se le calcula la humedad, y a la otra su volumen. Este último se determina por diferencia de pesadas, después de haber sido recubierta la muestra con una capa de parafina de masa conocida, e introducida en una balanza hidrostática con la muestra sumergida en agua.

Rotura a compresión simple

Determinación de la resistencia a compresión simple de una probeta cilíndrica de suelo cohesivo (muestra inalterada), sometida a una carga axial. Se realiza sin confinamiento lateral y sin drenaje, por lo que es un ensayo rápido.

Se utiliza una prensa para rotura de probetas de suelo, con capacidad suficiente para llegar a rotura, con velocidad controlada, y en donde se pueda medir la deformación durante el proceso.

Cuando se trata de una muestra de roca, el ensayo es parecido. Se mide lacompresión uniaxial de una probeta de roca con forma cilíndrica regular, sin confinamiento, producida por la aplicación de una tensión normal en una sola dirección.

Dado que la prensa para roturas de suelos no suele tener capacidad de carga suficiente para alcanzar la rotura, es usual utilizar la prensa para roturas de probetas de hormigón.

Corte directo

El ensayo de corte directo tiene como objetivo determinar la resistencia al esfuerzo cortante de una muestra, valor que entre otras cosas nos será muy útil para el cálculo de la estabilidad de taludes.

La resistencia al esfuerzo cortante en el suelo se debe a dos componentes: la cohesión, aportada por la fracción fina del suelo y responsable a su vez del comportamiento plástico de este, y el rozamiento interno entre las partículas granulares.

El ensayo de corte directo se realiza sobre tres probetas de una misma muestra de suelo, situada dentro de una caja de metal dividida en dos piezas: la mitad superior y la mitad inferior. Simultáneamente la muestra es sometida a una carga normal constante y a un esfuerzo lateral que se va incrementando de forma progresiva.

Se realiza preferentemente en muestras de suelo con partículas de pequeño tamaño.

Consolidación unidimensional en edómetro

Para este ensayo se utiliza la bancada edométrica. Este ensayo se utiliza para determinar las características de consolidación de los suelos. Para ello, una probeta cilíndrica confinada lateralmente, se somete a diferentes presiones verticales, permitiendo el drenaje por sus caras superior e inferior, y se miden los asientos correspondientes.

Se utiliza principalmente para determinar los asientos previsibles en suelos blandos, bajo nivel freático. Con este ensayo se obtiene el módulo de elasticidad de un suelo.

Ensayos de hinchamiento en suelo

El ensayo Lambe tiene por objeto la identificación rápida de suelos que puedan presentar problemas de expansividad, es decir, de cambio de volumen como consecuencia de variaciones en su contenido de humedad. El método consiste en valorar la expansividad que experimenta una probeta de suelo compactado, en unas condiciones de humedad establecidas.

Para poder cuantificar el cambio potencial de volumen real que experimenta un suelo, se debe realizar un ensayo de Hinchamiento libre o Presión de hinchamiento.

El hinchamiento libre de un suelo en edómetro, es el incremento de altura, expresado en tanto por ciento del valor inicial, que experimenta una probeta de suelo cuando se encuentra confinada lateralmente, sometida a una presión vertical de 10 kPa, y se inunda de agua. Se puede realizar tanto en probetas de una muestra inalterada, como remoldeada.

La presión de hinchamiento de un suelo en edómetro, es la presión vertical necesaria para mantener sin cambio de volumen, una probeta confinada lateralmente cuando se inunda de agua.

Colapso

Para este ensayo se utiliza la bancada edométrica. El objeto del ensayo es la determinar la magnitud de colapso unidimensional que se produce cuando se inunda un suelo semisaturado.

Dicho procedimiento se puede utilizar para obtener la magnitud del colapso que se produce para una tensión vertical (axial) determinada y potencial porcentual de colapso en dicho suelo.

Se puede realizar tanto en probetas de una muestra inalterada, como remoldeada.

Ensayo triaxial

Tiene como objeto la determinación de las relaciones tensión – deformación, los parámetros resistentes cohesión (c), y ángulo de rozamiento interno (F), y las trayectorias de tensiones totales y efectivas de un suelo sometido a una presión externa, es decir, a una presión igual en todas las direcciones que se aplica a la muestra envuelta en una membrana de goma por medio del fluido que la rodea.

Normalmente el ensayo se realiza sobre tres probetas de un mismo suelo, saturadas, sometidas cada una de ellas a una tensión diferente.

El inconveniente de este ensayo es que es muy caro, y normalmente se recurre al ensayo de corte directo.

Ensayos de agresividad al hormigón

Este es un factor de importancia a tener en cuenta en ciertos suelos para proyectar las cimentaciones. Por ello se emplean cementos especiales sulforesistentes, según la concentración de sulfatos y respetando la normativa EHE. Los suelos y aguas agresivas al hormigón, acaban degradando las cimentaciones con el paso de los años.

Contenido en sulfatos. Tiene por objeto determinar la proporción de sulfatos solubles de agua que hay en un suelo, pasándolos a disolución mediante agitación con agua y precipitando luego los sulfatos disueltos con solución de cloruro bárico.

Acidez Baumann – Gully. Es una medida del contenido de iones hidrógeno intercambiables que el componente humus del suelo es capaz de liberar.

Agresividad de aguas freáticas. El ataque se produce donde hay concentraciones relativamente altas de sulfatos de sodio, potasio, calcio o magnesio, ya sea en suelos con aguas subterráneas, superficiales, o en aguas de mar. Puede deberse también por la presencia de desechos industriales, fecales, o subproductos químicos de cualquier naturaleza.