4: Deformación y asientos en los suelos
4.4. Determinación de los parámetros deformacionales del suelo
4.4.1. Medios de obtención de los parámetros deformacionales del suelo
Al igual que se ha reseñado en el capítulo dedicado a la obtención de los parámetros característicos del terreno en relación a su resistencia al corte, para la obtención de los descriptores deformacionales del suelo se consideran dos grupos de procedimientos:
– Ensayos de laboratorio, consistentes en la reproducción de las condiciones de servicio del suelo en situación controlada y a pequeña escala (midiendo la respuesta directa del mismo ante una determinada solicitación) y de la cual se establece la relación directa entre tensiones y deformaciones.
– Ensayos «in situ», consistentes en la evaluación cualitativa del parámetro en cuestión a partir de un ensayo que representa una analogía con el comportamiento del terreno previsto en la situación de servicio.
En el tema 5 se presentará una exposición detallada de las técnicas y métodos de ensayo «in situ», mientras que en el capítulo 8 del presente tema se desarrollan de forma conveniente las cuestiones referidas a la correlación entre dichos ensayos y los descriptores del terreno. En el presente capítulo se abordan, pues, los ensayos de laboratorio que es posible realizar sobre muestras de calidad geotécnica adecuada.
Dado que no es factible la obtención de muestras presuntamente inalteradas de suelos de tipo granular (exentos de cohesión) mediante medios convencionales, los ensayos de laboratorio que se detallan a continuación hacen referencia exclusivamente a suelos coherentes.
4.4.2. Ensayo de compresión simple y ensayo de compresión confinada
El ensayo de compresión simple, ya descrito en el punto 3.4. del presente tema, consiste en la aplicación de una carga sobre una probeta de suelo sin confinamiento lateral, llevada a recorrido (desplazamiento) constante hasta rotura.
Dado que es posible medir directamente tanto la tensión a la que se somete la probeta, como la deformación de la misma, la obtención del módulo de deformación no confinada es directa.
La medida de la deformación puede ser realizada de forma más o menos aproximada (en función de la velocidad de la prensa, si bien no es el método más adecuado), o bien incorporando en el dispositivo un elemento de medida más preciso, como un captador electrónico de desplazamiento (LVDT), o incorporando una galga extensiométrica a la probeta. Las medidas que pueden tomarse permiten tanto la obtención de las deformaciones axiales (que posibilitan la determinación del módulo de Young) como las diametrales (para la determinación del coeficiente de Poisson.)
La relación entre tensión axial y deformación puede representarse gráficamente en un campo σ – ε (donde ε indica las deformaciones unitarias), a partir del cual resulta directa la determinación del módulo de Young en el tramo de la curva que se considere conveniente (tangente, secante, de recarga…)
Representación de los parámetros deformacionales básicos obtenidos de un ensayo de compresión simple (fuente: FINE C.E.S.)
El ensayo de compresión puede ser llevado a cabo también en célula triaxial (véase punto 3.4. del presente tema), que cuenta con las siguientes prestaciones adicionales:
– Es posible controlar la presión intersticial durante el proceso de rotura, por lo que es factible realizar ensayos en situación de drenaje total o en ausencia total de drenaje, según se estime más adecuado.
– Permite la consolidación previa de la probeta a una tensión de confinamiento preestablecida.
– La presión de confinamiento posibilita reproducir de forma más adecuada las condiciones reales de servicio.
4.4.3. Ensayo edométrico
Los suelos coherentes cuentan con una permeabilidad baja, por lo que solo ante velocidades de carga lenta pueden considerarse condiciones de servicio drenadas. Esta contingencia puede ser resuelta en el laboratorio mediante la realización de ensayos de compresión (simple o confinada) con incrementos de carga lo bastante lentos como para asegurar el drenaje de las presiones intersticiales, pero tal método resultaría costoso en exceso.
El procedimiento más extendido para simular una carga drenada en un suelo cohesivo (arcilla, limo) consiste en la aplicación de cargas estáticas sucesivas y escalonadas en una bancada dotada de un brazo de palanca, en lugar de aplicar incrementos continuos de carga, tal como se procede en una prensa electromecánica. En dicha bancada se coloca una célula en la que se dispone la muestra de suelo a ensayar, confinada lateralmente por un anillo indeformable.
Este dispositivo presenta ciertas restricciones que deben ser tenidas en consideración al extrapolar los datos obtenidos al caso real: el terreno «in situ» no se encuentra confinado lateralmente, por lo que es posible (especialmente en el caso de cimientos superficiales) que las deformaciones tengan una componente horizontal. De otro lado, las dimensiones habituales de una célula estándar no permiten el ensayo de suelos arcillosos que incluyan una fracción gruesa significativa (gravas), cuya presencia disminuye en gran medida la deformabilidad del terreno.
El conjunto descrito se denomina edómetro, y se detalla en las siguientes figuras:
Esquema básico del edómetro, detalle del yugo de aplicación de de cargas con la posición del micrómetro que permite la medida de la deformación, y sección de la célcula que contiene la muestra de suelo (Fuente: Univ. Católica de Valparaíso.)
Bancada y células edométricas (TECNOTEST)
El proceso de carga y la medida de las deformaciones se representan en un gráfico en el cual las disminuciones de volumen se indican en función del índice de poros (e). La geometría de la curva edométrica permite estudiar la compresibilidad del terreno en función de las tensiones aplicadas, así como su grado de preconsolidación (según lo referido en el punto 4.3.)
Curvas edométricas reales, arriba la de unas arcillas levemente preconsolidadas (a la práctica, casi normalmente consolidadas), abajo la de unas arcillas preconsolidadas. Compárense con la gráfica teórica del punto 4.3.
