Ensayos experimentales de Geotecnia, sus ventajas y limitaciones

Para estudiar un material complejo como el suelo (con diferente tamaño de partículas y composición química) es necesario seguir una metodología con definiciones y sistemas de evaluación de propiedades, de forma que se constituya un lenguaje fácilmente comprensible por los técnicos de diferentes especialistas y países. En este documento se presentan breves reflexiones la finalidad de los ensayos de laboratorio (Foto No 1), sus ventajas y limitaciones, tipología de pruebas experimentales, condiciones de aplicación, entre otros.

Foto No 1. Laboratorio para análisis de Mecánica de Suelos y Rocas. (Foto T. Obando)

¿Qué métodos aplicamos?

La metodología para el análisis del comportamiento de un suelo frente a las acciones exteriores (como cimentaciones de edificios, excavaciones, etc.) es la siguiente:

• Identificación del tipo de suelo, determinando su granulometría y plasticidad, a lo que se añade el contenido de S03, CO2, y materia orgánica, todo ello a través de sencillos ensayos de laboratorio

Foto No 2. Equipos para ensayos granulométricos. (Foto T. Obando)

• Determinación de su estado real (los ensayos anteriores se hacen secando y disgregando la muestra, sin conserva su estructura inicial) esto, es de las proporciones relativas de sólidos, agua, etc.

• A partir del estado real, teniendo en cuenta, además, su estado tensional inicial, ha de estudiarse la respuesta del suelo frente a los cambios que, en este estado, inducen las acciones exteriores.

Foto No 3. Maquinas para el ensayo de resistencia mecánica.

(Foto T. Obando)

¿Cuáles son los beneficios y limitaciones de la metodología?

Los ensayos de laboratorio tienen las principales ventajas:

• Es un ensayo rápido y barato

• Sus principios básicos son elementales

• Preparación de muestra es sencilla

• Se pueden ensayar materiales de grano grueso

Los ensayos de laboratorio (Foto No 3) se realizan sobre probeta cilíndricas de roca. Por lo general se utilizan testigos de sondeos, por lo que las dimensiones de las probetas suelen ser siempre pequeñas. Los ensayos deben ser realizados de una forma sistemática y los resultados deben ser estadísticamente representativos de la roca a investigar.

Su ventaja es que son más asequibles que los ensayos de campo, y puede realizarse un gran número de ellos en condiciones variables. Sin embargo, los ensayos de laboratorio y los resultados que a partir de ellos se obtienen presentan una serie de limitaciones a la hora de extrapolar los datos a escala de materiales geológicos, relacionados con los siguientes aspectos:

Foto No 4. Máquinas para ensayos de laboratorio. (Foto T. Obando)

Representativa. Las muestras que se ensayan corresponden a puntos aislados, no siendo representativos de todo el conjunto ni de la variabilidad de factores presentes en la naturaleza, y que condicionan los comportamientos de los materiales, de ahí la importancia de realizar un número de ensayo estadísticamente representativo. En mucho de los casos las condiciones ambientales en que se encuentran las muestran son difíciles de reproducir en laboratorio.

Escala. Se ensayan pequeñas porciones de material, a partir de las cuales se pretende la caracterización y la predicción del comportamiento de ámbitos más amplios. La diferencia con las escalas y comportamientos reales hace necesaria la utilización de factores de conversación o correcciones para extrapolar los resultados a escala de la muestra.

Velocidad. Los procesos de deformación y rotura se reproducen en laboratorio generalmente en unos pocos minutos, mientras que en la naturaleza estos procesos pueden ser el resultado de condiciones y acciones a lo largo de periodos muy dilatados de tiempo.

Si estos aspectos se añade la influencia de otra serie de factores relacionados con la ejecución de los ensayos, como el tipo y características de la máquina utilizada, la preparación de las probetas, etc., se entenderán las limitaciones y dificultades asociadas a la caracterización de las propiedades de las muestras a partir de ensayos de laboratorios. Los resultados sólo son aplicables a la zona afectada por el ensayo. Sin embargo, su mayor ventaja es que se realizan sobre la propia muestra.

¿En qué condiciones aplicamos el método?

El ensayo se realiza sobre un cilindro de roca, al que se aplica gradualmente fuerza axial hasta que se produce la rotura.