17.6 Ensayo de carga con placa
Tal como se ha expuesto en el anterior apartado, uno de los muy comentados problemas que comporta la determinación de los parámetros característicos del terreno mediante el ensayo presiométrico radica en que el campo de esfuerzos aplicado es de tipo radial y horizontal, mientras que en la mayoría de los problemas geotécnicos (en especial, con relación a cimentaciones), los esfuerzos transmitidos son verticales.
De otro lado, en el caso de los ensayos de penetración, los problemas de representatividad de los mismos radican en el poco volumen de material involucrado (por lo que adolecen de efectos de escala), y de la velocidad de aplicación de la carga, que siempre es rápida (aún en los ensayos denominados «estáticos»). Como consecuencia, todos los parámetros del terreno que se obtienen de los ensayos de penetración provienen de una correlación empírica entre sus resultados y las propiedades estáticas del suelo.
El único ensayo «in situ» (de entre los ensayos convencionales) que resuelve la aplicación de cargas a una escala cercana a la de la obra de ingeniería, en sentido vertical, y a una velocidad tal que permita la medida directa y representativa de la relación entre las cargas aplicadas y las deformaciones provocadas, es el ensayo de carga con placa.
Este ensayo, concebido en los albores de la geotecnia, y ya descrito en los tratados clásicos de finales del S. XIX y de la primera mitad del S. XX, consiste en la aplicación de una carga controlada sobre un elemento rígido y plano (una placa) que transmite una tensión específica a la rasante del terreno, la cual se aumenta de forma controlada.
Durante el incremento de la tensión, puede determinarse la deformación del terreno mediante la medida del asiento de la placa, que habitualmente tiene una geometría circular, y un diámetro de 30 cm ó 60 cm (en caso de estudios para cimentaciones siempre es más adecuado el diámetro superior).
Dispositivo de ensayo de carga con placa (fuente: GEOTÈCNIA I CONTROL DE QUALITAT S.A.)
El esfuerzo se transmite a la placa mediante un gato hidráulico (la presión del cual, medida con un manómetro, indica el valor de la carga en cuestión), para lo cual es siempre imprescindible contar con una reacción importante. Téngase en consideración que para cargar el terreno con una solicitación equiparable a la que transmite una zapata con una tensión de servicio moderada (unos 200 kPa), una placa de 60 cm de diámetro requiere de una reacción de 56.5 kN (5.54 Tn), que será tres veces superior si respecto a esta tensión se pretende alcanzar el triple del valor de la tensión de servicio (a la cual se acostumbra a aplicar un factor de seguridad de tres sobre la tensión de hundimiento), o aún superior si se pretende alcanzar el estado de rotura del terreno.
Reacción mínima necesaria para la realización de un ensayo de carga con placa (fuente: Escuela de Ingeniería de la Construcción de Valparaíso).
A pesar de que el tamaño de la placa pueda ser de hasta 0.6 m de diámetro, el efecto de escala respecto a la dimensión de una cimentación convencional, comporta que la profundidad del terreno implicada en el ensayo sea inferior a la afectada por el cimiento, por lo que la valoración de los resultados obtenidos requerirá siempre de un conocimiento adecuado del terreno en la profundidad de influencia real de la cimentación.
Diferencia entre la profundidad de influencia de la placa de carga y la de un cimiento, y consecuencias de una interpretación errónea del resultado obtenido (Código Técnico de la Edificación, DB SE-C)
El ensayo de carga con placa se encuentra descrito y normalizado por el procedimiento ENV-1997-3-1999 (EUROCÓDIGO 7 parte 3); pueden citarse también la antigua norma NLT 357 como referencia complementaria, o la más reciente UNE 103808:2006.
Los parámetros que pueden obtenerse del ensayo son:
- La relación entre la presión y el asiento en suelos granulares (módulo elástico).
- El coeficiente de balasto vertical (en terrenos granulares, y en terrenos coherentes siempre que la velocidad del ensayo sea la adecuada).
- La tensión admisible (o capacidad portante) no drenada en suelos coherentes saturados (siempre que se determine el valor de la resistencia última del terreno, llevando el ensayo hasta rotura del terreno).
- La tensión admisible en suelos granulares (también alcanzando la rotura del terreno).
Además del ya comentado problema de escala que conlleva la diferencia entre el tamaño de la placa utilizada en el ensayo, y las dimensiones reales del cimiento, el ensayo de carga con placa presenta también problemas significativos que impiden una generalización en su uso para el proyecto geotécnico, entre los cuales se citan:
- Por lo general, resulta inviable realizar ensayos a la cota de apoyo de la cimentación durante la fase de reconocimiento (estudio geotécnico) si la misma se sitúa muy por debajo de la rasante previa al inicio de la obra.
- Para el caso de suelos cohesivos, no permite una estimación fiable de los parámetros de deformabilidad (coeficientes de compresión, recompresión, tensión de preconsolidación), por lo que su aplicación se limita a la deformación del terreno a muy corto plazo.
- Resulta relativamente costoso respecto a otros ensayos «in situ», y su repetición (imprescindible para un contraste de resultados) en un mismo estudio es, en la mayoría de los casos, muy limitada.
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Referencias:
- En el blog de Víctor Yepes se presentan unos videos muy explicativos.
- En LCweb de Caminos UPM se indican los métodos de cálculo de los módulos de deformación para viales, y las prescripciones mínimas del PG-3 según la unidad de obra.
- En el blog de Fernando Román se incluyen ciertas apreciaciones sobre la aplicación de las prescripciones a aplicar en obras viales.
