En esta tercera lección hablaremos sobre las propiedades básicas del suelo compactado, que son los objetivos del trabajo de construcción de terracerías.
El suelo como material de construcción tiene diversas características de calidad de las que ya hablamos en lecciones anteriores, como la granulometría, la consistencia en el estado húmedo, la forma y competencia de las partículas, la limpieza…
Sin embargo, no debemos confundirlas con las propiedades del suelo compactado. Estas propiedades son: la resistencia al esfuerzo cortante, la compresibilidad, la conductividad hidráulica (permeabilidad), y el potencial de densificación.
Pasemos a explicar cada una de ellas…
El potencial de densificación es la relación entre la humedad y la densidad que se consigue al compactar el suelo bajo una energía y métodos determinados. La prueba Proctor es un ejemplo clásico de experimento de laboratorio para obtener el potencial de densificación del suelo.
El potencial de densificación depende de factores como el tipo de suelo (por ejemplo, se espera que las gravas tienen densidades más altas que los suelos finos), la energía de compactación (mientras mayor es la energía, mayor la densidad), la humedad (afecta de manera variada, como en la curva de compactación).
En general, el objetivo de la construcción es compactar cerca del potencial de densificación del suelo, y hacerlo humedeciendo el suelo con la cantidad de agua que hace que el proceso sea más eficiente para la energía de compactación. El potencial de densificación provee dos referencias de compactación fundamentales, como lo son la densidad máxima seca (o peso volumétrico seco máximo), y la humedad óptima.
La primera se usa para calcular el grado de compactación de campo y compararlo con la especificación constructiva, mientras que la segunda es una guía para conseguir el aprovechamiento más eficiente de la energía de compactación.
Para representar la resistencia al cortante de un suelo se utiliza comúnmente un modelo de falla como el de Mohr-Coulomb, en el que el valor de dicha propiedad del suelo es igual a un parámetro llamado cohesión, sumado al producto del esfuerzo normal por la tangente del ángulo de fricción interna del suelo. Ambos parámetros, la cohesión y el ángulo de fricción interna, se obtienen a través de pruebas de laboratorio como el ensayo triaxial y el ensayo de corte, para varias condiciones de esfuerzo de confinamiento y de consolidación.
La cohesión se refiere a la resistencia que tiene un suelo cuando el confinamiento es nulo, mientras que el ángulo de fricción interna permite también caracterizar suelos. Usualmente se consiguen tablas con rangos de valores del ángulo de fricción interna para diversos tipos de suelo y condiciones de compacidad o consistencia relativa. El ángulo de fricción interna es un valor útil en el cálculo de la capacidad de carga de sistemas suelo-cimentación. Esto es de especial valor cuando se construye terracería para obras civiles como tanques, edificaciones, taludes, muros, etc., que es lo que se conoce como relleno estructural.
La compresibilidad explica la deformación del suelo ante las cargas. Esta tiene, en general, dos vertientes, la cantidad de deformación ocasionada por la carga, y la velocidad de deformación. Esta última vertiente cobra especial importancia en suelos cohesivos, y se estudia a través de pruebas de consolidación.
En el campo de las terracerías y los rellenos estructurales, la compresibilidad se mide a través del parámetro de rigidez del suelo, o de algún módulo de Elasticidad, y se emplean equipos triaxiales, ya sea en carga monotónica o cíclica. En campo, la medición de la rigidez del suelo en terracería se mide con pruebas de placa, con deflectómetros de caída (FWD o HWD), o deflectómetros de impacto ligero (LWD).
Con un LWD es posible establecer una relación de humedad versus rigidez en laboratorio, con la que se obtiene la humedad óptima para conseguir las rigideces más altas, además de estudiar el efecto en la rigidez de factores como la hidratación o el desecamiento del suelo. Para finalizar, una medida indirecta muy común de la rigidez del suelo es el valor de soporte california (CBR), que es un índice de calidad del suelo basado en la rigidez, y que se obtiene mediante una prueba de penetración a especímenes de suelo compactado. En este sentido, el ensayo CBR puede ser visto como una prueba de placa a escala, con condiciones de confinamiento radial causadas por el molde.
La rigidez es muy útil para estimar la capacidad de carga del sistema suelo-cimentación en rellenos estructurales por el criterio de asentamiento tolerable. Y en estructuras de pavimentos, el módulo de Elasticidad es de gran utilidad, en especial el módulo resiliente de las capas de suelo para análisis empírico-mecanicistas.
Finalmente, la permeabilidad o conductividad hidráulica del suelo es una propiedad de interés en proyectos que involucran rellenos estructurales para reservorios de agua o presas, en especial para todo lo que tiene que ver con la construcción de filtros.
Comúnmente se realizan pruebas de permeabilidad con dispositivos de laboratorio. En general, se espera que la permeabilidad de un suelo se reduzca con la desecación. Por otro lado, los suelos gruesos, como gravas y arenas, son más permeables que los suelos finos, como limos y arcillas.
¡Hasta la próxima!
Artículo por: Freddy Sánchez-Leal se encarga del departamento de investigación y desarrollo de COMPAVSA; Maestro en ingeniería civil por la UNAM, consultor geotécnico e investigador especializado en geomateriales para carreteras