El blog de Alvaro Boiero
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Propósito de los ensayos de laboratorio en suelos
Los ensayos de laboratorio en suelos para la determinación de sus propiedades físicas, son una parte integral del diseño y construcción de fundaciones y obras de tierra, así como de especificaciones para el control de calidad de las mismas.
Contenido
Los suelos como material ingenieril
La Ingeniería Civil y Ambiental incluyen la concepción, el análisis, el diseño, la construcción, la explotación y el mantenimiento de una gran diversidad de estructuras, instalaciones y sistemas, que se construyen sobre, en o con suelos y/o rocas (Mitchell & Soga, 2005). Es por ello que las propiedades y el comportamiento de estos materiales tienen una gran influencia en el éxito, la economía y la seguridad de la obra. Por lo tanto, para tratar adecuadamente los materiales terrestres asociados a cualquier proyecto y/o problema geotécnico, es necesario conocer, comprender y apreciar la importancia de la geología, la ciencia de los materiales, los ensayos de materiales y la mecánica, disciplinas que confluyen en el laboratorio de suelos.
Figura 1 Proyectos civiles construidos sobre, en o con suelos
En este contexto, es importante señalar que la incertidumbre es un factor importante, siempre presente en todo el entorno geotécnico. A diferencia de otras disciplinas de la Ingeniería Civil que tratan con materiales diseñados y fabricados (como el acero y el concreto, por ejemplo), la Geotecnia debe tratar con una amplia variedad de materiales diferentes, originados por procesos geológicos complejos, que normalmente están entremezclados y con propiedades difíciles de determinar de forma precisa, ya que dependen de diversos factores (como la distribución granulométrica, la composición minerológica, el contenido de humedad, las variaciones en la profundidad del nivel freático, y la historia y el nivel de esfuerzos, entre otros). A esto hay que agregar, además, que la información disponible suele ser limitada e imperfecta en cualquier estudio geotécnico.
Considerando lo anterior, el papel que juega el laboratorio de suelos es esencial en cualquier proyecto civil y/o ambiental, ya que las ecuaciones fundamentales (teóricas y prácticas) que forman parte de la Mecánica de Suelos, pueden ser aplicadas de manera apropiada si, y solo si, los parámetros físicos empleados en dichas ecuaciones, fueron adecuadamente evaluados en el laboratorio.
Tipos de ensayos de laboratorio en suelos
¿Cuáles son los tipos de ensayos realizados en laboratorio? En general, las pruebas realizadas sobre suelos en aras de lograr su caracterización, pueden ser divididas en dos categorías principales:
- Ensayos de clasificación, a partir de los cuales se determina el tipo general de suelo y la categoría ingenieril a la que pertenece (aquí puede ser útil que revisen los artículos El Sistema Unificado de Clasificación del Suelo (SUCS) y El Sistema de Clasificación de Suelos AASHTO, publicados en este blog).
- Ensayos especiales para determinar propiedades ingenieriles, tales como resistencia al corte, compresibilidad, y permeabilidad.
Figura 2 Categoría de ensayos de laboratorio para caracterización de suelos.
De acuerdo a lo anterior, resulta evidente que los ensayos de clasificación son la base para identificar y conocer las principales características ingenieriles del suelo estudiado, mientras que los ensayos especiales son fundamentales para la estimación de las propiedades geomecánicas del terreno, que serán empleadas en los modelos constitutivos para diseño geotécnico.
Aplicaciones y normativa
El desarrollo y constante actualización de procedimientos y equipamiento de laboratorio a lo largo de los años, ha tenido como consecuencia una mayor comprensión de la naturaleza y el comportamiento probable de los suelos como materiales ingenieriles.
Así, algunas de las aplicaciones prácticas asociadas a la realización de ensayos de laboratorio que permiten caracterizar adecuadamente el suelo, son las siguientes:
- Reducción de la incertidumbre en el análisis de fundaciones y obras de tierra.
- Economía en el diseño, debido al empleo de factores de seguridad menores.
- Desarrollo de proyectos en sitios difíciles (terrenos altamente compresibles, potencialmente colapsables, expansivos, o licuables).
- Optimización de proyectos por el empleo de suelos como materiales de construcción (como por ejemplo, en presas de tierra o terraplenes).
- Control de calidad de movimientos de tierras.
Aún cuando existen normas locales en casi todos los países o regiones, la mayoría de los laboratorios alrededor del mundo realizan los ensayos siguiendo las normas publicadas por la American Society for Testing and Materials (ASTM) y por la American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO).
En el caso de países de Europa Occidental, generalmente se sigue lo estipulado en el EUROCÓDIGO (el cual está basado, en el área de Geotecnia, mayoritariamente en las normas inglesas), mientras que en muchos de los países de Europa Oriental se observa en su normativa una fuerte influencia rusa. Sin embargo, huelga decir que estas normas no difieren significativamente de las normas americanas.
En todo caso, la realización de ensayos de laboratorio de calidad, y en la cantidad mínima necesaria para el proyecto que se desarrolle, permite alcanzar una mejor comprensión de las propiedades del terreno y, por ende, realizar diseños menos conservadores y controles de calidad adecuados, orientados a optimizar los costos asociados a fundaciones y obras geotécnicas de los proyectos.
Referencias
- Das, B. (2002) “Soil Mechanics Laboratory Manual”. Fifth Edition. Engineering Press, Inc. California, USA.
- Head, K. (1980) “Manual of Soil Laboratory Testing – Volume 1: Soil Classification and Compaction Tests”. Pentech Press. London, UK.
- Mitchell, J. & Soga, K. (2005) “Fundamentals of Soil Behavior”. Third Edition. John Wiley & Sons. New Jersey, USA.
