Caracterización de Suelos: Ensayos Clave para la Ingeniería Civil

Ensayos de Suelos: Caracterización y Propiedades

Conocidos los principales tipos de suelos existentes, el siguiente paso es establecer una serie de procedimientos científicos que permitan caracterizarlos en función de diferentes propiedades físicas, químicas o mecánicas. Los ensayos principales son: análisis granulométrico, compacidad del suelo, estados de consistencia y resistencia del suelo.

Análisis Granulométrico

La finalidad de este ensayo es determinar las proporciones de los distintos tamaños de grano existentes en el suelo. El tamiz es la herramienta fundamental para efectuar este ensayo.

• Granulometría discontinua: suelos mal graduados. La arena de playa es un claro ejemplo de este tipo de suelos.
• Granulometría continua: suelos bien graduados. Las zahorras se engloban dentro de este grupo.

Compacidad del Suelo (Ensayo Proctor)

Adquiere una importancia crucial en el caso de los terraplenes y todo tipo de relleno en general, en los que el suelo debe quedar lo más consolidado posible para evitar asientos.

Ensayo Proctor

La relación existente entre la densidad seca de un suelo (su grado de compacidad) y su contenido en agua es de gran utilidad en la compactación de suelos. Existen dos variantes: Normal y Modificado.

El Proctor Modificado (PM) no es más que una lógica evolución del Proctor Normal (PN), causada por la necesidad de emplear maquinaria de compactación más pesada. La diferencia entre ambos radica únicamente en la energía de compactación utilizada.

El procedimiento de ensayo consiste en apisonar en 3 tongadas consecutivas (5 en PM) una cantidad aproximada de 15 kg de suelo previamente tamizado (35 kg en PM). La muestra se humecta y se introduce en un molde metálico de dimensiones normalizadas, proporcionando 26 golpes (60 en PM) con una maza o pistón de acero de 2,50 kg (4,54 kg en PM) que se deja caer desde una altura de 305 mm (457 mm en PM). Se realizan de 4 a 6 determinaciones con un grado de humedad creciente, construyéndose la curva que establece la relación entre la humedad (óptima) y densidad (máxima) seca del suelo.

Estados de Consistencia (Límites de Atterberg)

Estados de consistencia:

• Líquido: líquido viscoso sin capacidad resistente.
• Plástico: el suelo es fácilmente moldeable, presentando grandes deformaciones con la aplicación de esfuerzos pequeños. Mecánicamente no es apto para resistir cargas adicionales.
• Semisólido: el suelo deja de ser moldeable. Su comportamiento mecánico es aceptable.
• Sólido: en este estado el suelo alcanza la estabilidad. El comportamiento mecánico es óptimo.

Límites de Atterberg

El límite líquido se determina mediante el método de la cuchara de Casagrande. El ensayo se basa en la determinación de la cantidad de agua mínima que puede contener una pasta formada por 100 g de suelo seco que haya pasado por el tamiz 0.40 UNE. El límite plástico es la menor humedad de un suelo que permite realizar con él cilindros de 3 mm de diámetro sin que se desmoronen, realizándose dos determinaciones y hallando la media. Este ensayo se realiza con 200 g de muestra seca y filtrada a través del tamiz 0.40 UNE. A la diferencia entre ambos límites se denomina índice de plasticidad (IP), y da una idea del grado de plasticidad que presenta el suelo. IP = LL – LP

Resistencia del Suelo: Capacidad Portante (Índice CBR)

Carga que es capaz de soportar sin que se produzcan asientos excesivos.

El índice CBR consiste en un procedimiento conjunto de hinchamiento y penetración. El hinchamiento se determina sometiendo la muestra a un proceso de inmersión durante 4 días, aplicando una sobrecarga equivalente a la previsible en condiciones de uso de la carretera. El ensayo de penetración tiene por objetivo determinar la capacidad portante del suelo. El índice CBR se define como la relación entre la presión necesaria para que el pistón penetre en el suelo una determinada profundidad y la necesaria para conseguir esa misma penetración en una muestra patrón de grava machacada, expresada en tanto por ciento. CBR= Presión en muestra problema / Presión en muestra patrón · 100

Resistencia a Cizalla

Cálculo de muros, estabilidad de terraplenes o cimentaciones de viaductos. Se utilizan dos ensayos: el triaxial y el ensayo de corte directo. Ambos procedimientos determinan la llamada recta de resistencia intrínseca del suelo.