ENSAYOS DEL TERRENO IN SITU PRESIOMÉTRO

ENSAYOS DEL TERRENO IN SITU.: ENSAYO PRESIOMÉTRICO

CONCEPTOS GENERALES

El primer aparato de este tipo fue patentado por Ménard en los años 50, y sigue utilizándose actualmente con algunas variantes. En sus versiones más sencillas, la presión se aplica mediante la inyección de un líquido, y la deformación radial de la pared se mide indirectamente por el volumen de líquido inyectado, supuesto incompresible.

En algunos aparatos, pensados para el ensayo de rocas o suelos duros, la célula presiométrica lleva incorporados unos sensores palpadores para medir directamente las deformaciones, que son pequeñas. En este caso, el fluido inyectado para medir la presión puede ser un gas. A los presiómetros para rocas se les suele llamar "dilatómetros", si bien existe una cierta confusión respecto al empleo de ambos vocablos, que en lo demás son equivalentes.

La utilidad de este ensayo radica en gran parte en el hecho de que existen soluciones analíticas sencillas, tanto en rango elástico como en rotura, que permiten interpretar adecuadamente el ensayo, sobre todo en suelos arcillosos (carga sin drenaje).

El ensayo presiométrico permite determinar el comportamiento deformación al del terreno sometido a unas cargas determinadas: se obtienen parámetros geotécnicos fundamentales para el cálculo geotécnico, que se aplican a cimentaciones directas e indirectas, estabilidad de terraplenes y taludes, túneles, etc...

La ventaja consiste en realizar el ensayo sobre el terreno en su estado natural, .in situ., con una alteración mínima del suelo. Además se consigue ensayar ambos comportamientos del terreno, elástico y plástico, por lo tanto los resultados obtenidos permiten analizar tanto los estados límite de servicio (correcto funcionamiento de la estructura) como los estados límite último (rotura).

DESCRIPCIÓN

Consiste en la aplicación a las paredes de un sondeo, de una presión radial creciente, llegando o no hasta la condición límite de rotura del terreno. Para ello se introduce en el sondeo, previamente perforado, el elemento de ensayo. Éste consiste en una célula cilíndrica, de pared lateral flexible, a cuyo interior, una vez colocada a la profundidad deseada, se aplica una presión mediante inyección de un fluido, midiéndose la expansión radial de la pared en función de la presión aplicada.

El ensayo presiométrico consiste en aplicar una carga lateral al terreno por medio de una sonda cilíndrica, dilatable radialmente, introducida en el terreno. Durante la realización del ensayo, se mide la deformación que se produce en la camisa, inflada con gas: se trata un ensayo de carga - deformación.

Para la realización del ensayo es necesaria una perforación previa (sondeo), que permite poner la sonda en contacto con el terreno a ensayar.

El equipo consta básicamente de tres componentes principales: la propia sonda presiométrica, colocada en el sondeo, la unidad de control y lecturas, situada en superficie y manejada por un técnico, y los elementos de conexión entre las componentes anteriores. En el cuerpo de la sonda presiométrica se coloca la membrana expansible, de caucho, y el brazo captor, que mide el radio durante el ensayo. El diámetro de la membrana expansible, en condiciones de reposo, mide 72 mm; el equipo permite medir un incremento de diámetro máximo de 40 mm y llegar a presiones de 200 bares. La longitud de la membrana es de 520 mm.

El equipo consta de tres componentes principales

Unidad de control y lecturas (CPV) que permanece en superficie.

Sonda presiométrica.

Tubulares que unen la CPV y la sonda presiométrica.

Los presiómetros suelen ser conocidos también en España como dilatómetros o presiodilatómetros cuando se trata de ensayos que alcanzan elevadas presiones, hasta 20 MPa, (utilizados en rocas) para diferenciarlos de los clásicos presiómetros Ménard, que alcanza menores presiones de trabajo (8 MPa) y cuya aplicación es en suelos o, a lo sumo, rocas blandas. En el presente escrito se opta por la denominación presiómetro y presiometría ya que estrictamente es la terminología correcta que hace referencia a la aplicación de una presión. Dilatómetro es un término más correcto para la expansión debido al efecto de la temperatura (Clarke, 1995).

Estos ensayos no están normalizados en España, realizándose normalmente al amparo de la normativa francesa (NFP 94-110).

En los presiómetros se utiliza un recinto cerrado por una membrana que aloja un volumen de fluido controlable. El aumento del volumen de ese fluido comprime la membrana contra las paredes del sondeo (ver fotos adjuntas de la deformación de la sonda presiométrica).

Con estos dos datos (volumen y presión) se puede preparar el diagrama deformación-presión que se ilustra en el esquema de la figura siguiente:

Dónde:

r = radio medio de la cavidad en un momento del ensayo.

r0 = radio inicial de referencia.

Para el ensayo de rocas y de suelos muy firmes se pueden utilizar equipos más robustos, que se denominan dilatómetros y que miden la deformación mediante extensómetros, con lo cual se obtiene la deformación radial directamente y con mayor precisión.

El tarado del equipo, antes de su utilización, permite conocer qué parte de la presión que se aplica es necesaria para deformar la membrana y ese valor se debe restar a la presión aplicada para obtener la presión corregida que es la que debe utilizarse en el gráfico de resultados.

La interpretación del ensayo presiométrico permite conocer tres presiones de interés:

a) Presión horizontal inicial, ph0. Es la presión que ha de ejercerse para establecer el contacto membrana-terreno y deformarlo hasta su posición original, antes de realizar el sondeo. En los presiómetros convencionales esa presión corresponde al quiebro de la curva presión- deformación (punto de máxima curvatura).

b) Presión de fluencia, pf. Es la presión donde acaba un tramo recto que suele aparecer en estos diagramas. A partir de ella, las deformaciones son claramente no lineales. Su determinación detallada puede realizarse con ciertas técnicas, aunque en la práctica rutinaria suele definirse casi a simple vista.

c) Presión límite, pl. Es la presión que provoca una deformación radial del 41% (deformación volumétrica del 100%). Si el ensayo no ha alcanzado esa deformación, es necesario hacer una extrapolación para obtenerla.

Los datos mencionados (ph0, pf y pl) pueden utilizarse para el proyecto

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