Ensayo presiométrico – dilatométrico

17.5 Ensayo presiométrico – dilatométrico

El ensayo presiométrico consiste en la aplicación de un campo de fuerza radial en la perforación ejecutada durante la realización de un sondeo geotécnico, mediante la dilatación de una cámara neumática o hidráulica cilíndrica, que ejerce presión contra las paredes de dicho sondeo.

La medida del incremento de volumen de dicha célula, y la de la presión necesaria para tal deformación, proporcionan una relación directa del comportamiento del suelo en cuanto a su relación característica entre esfuerzo y deformación.

El ensayo presiométrico se efectúa introduciendo en una perforación (generalmente un sondeo geotécnico) una célula cilíndrica e hinchable, la cual se dilata mediante la inyección de un gas. La inyección provoca una tensión en las paredes de la perforación, que se mide mediante un manómetro de control; la deformación se determina en función del volumen de gas inyectado. De ser preciso, es posible llegar hasta la presión de rotura del terreno (siempre que la tensión necesaria para la misma no supere la resistencia de la célula) si bien es común extrapolar este valor a partir de la estimación de la presión de fluencia y de la interpretación de la gráfica tensión / deformación.

Presiómetro Ménard - ISO

Esquema del procedimiento de carga del presiómetro en el interior de la perforación de un sondeo (fuente: ISO 22476-4:2021) donde:

1 ground surface p applied pressure
2 ground A-A axial section
3 pressuremeter test pocket B-B cross section
4 expanding pressuremeter probe

Para el caso de suelos de resistencia baja a media, la célula utilizada consta de una camisa de caucho o similar (presiómetro denominado de tipo Ménard). Para suelos duros o de alta resistencia y para rocas, la célula utilizada cuenta con una camisa metálica, más rígida y resistente, denominándose estos modelos como dilatómetros (no confundir con el dilatómetro plano de Marchetti) o presiómetros tipo OYO (por ser este el fabricante que popularizó el dispositivo) en los cuales, en lugar de inyectarse un gas a presión, se incrementa la presión interna mediante un circuito hidráulico, midiéndose las deformaciones mediante extensómetros incorporados en la célula.

El procedimiento del ensayo presiométrico convencional (Ménard) se recoge en el EUROCÓDIGO 7 parte 3, la norma ASTM D4719 – 20, o la norma ISO 22476-4:2021.

El ensayo dilatométrico, adoptado para materiales de alta rigidez, se describe en la norma ISO 22476-5Geotechnical investigation and testing — Field testing — Part 5: Flexible dilatometer test.

presiómetro Ménard

Esquema del dispositivo tipo Ménard (fuente: M. Devicenzi, N. Frank).

Presiómetro Ménard APAGEO

Vista de los elementos que constituyen un dispositivo tipo Ménard (fuente: APAGEO)

Presiómetro Ménard PROYEXPanel de control del presiómetro, abajo a la izquierda se aprecia la bombona del gas a presión que se inyecta (fuente: PROYEX).

Los resultados fundamentales que se obtienen del ensayo presiométrico corresponden a las presiones límite (o presión de rotura del suelo sometido a un campo de fuerzas radial) , presión de fluencia (a partir de la cual la deformación pasa de elástica a plástica) y el módulo presiométrico (o módulo de deformabilidad específico para el tramo elástico de deformación.) Dichos parámetros pueden ser correlacionados con parámetros generales del suelo (resistencia al corte no drenado en arcillas, ángulo de rozamiento interno en arenas, o módulo de deformación en ambos casos), siempre según criterios de correlación basados en experiencias locales.

Presiómetro gráfica de roturaRepresentación gráfica tensión (abcisas) / deformación (ordenadas) típica del ensayo presiométrico, con indicación de la rama donde se determina el módulo de deformación, y el límite de la misma a partir del cual se inicia la fluencia (punto de rotura.)

La interpretación de estos ensayos debe considerar, cuanto menos, dos contingencias específicas:

  • Los resultados obtenidos en las medidas corresponden a un campo de fuerzas radial en el plano horizontal, que por tanto es ortogonal a los esfuerzos verticales (los habitualmente inducidos por las cimentaciones.)
  • La anisotropía de los suelos estratificados puede implicar que los parámetros medidos en el plano horizontal difieran de las propiedades reales que deberían considerarse para el caso de esfuerzos verticales.

No obstante, cabe también señalar a favor del ensayo presiométrico, que en comparación a  los ensayos de penetración descritos anteriormente (aún los de penetración estática) tanto el factor de escala como la velocidad de la aplicación de la carga sobre el terreno es en este caso más asimilable a las condiciones reales de una obra de ingeniería, permitiéndose de un lado la deformación del material en el campo elástico, previa a su rotura, e involucrando un volumen que supera de mucho aquél que es solicitado por un ensayo de penetración.

El uso del presiómetro se encuentra muy extendido en países del norte de Europa, y muy especialmente en Francia, de donde parte su difusión a partir de la segunda mitad del S. XX.

El poco conocido, sin embargo, que fue un ingeniero alemán (Franz Kögler, uno de los fundadores de la mecánica de suelos en Alemania) quien hacia el año 1933 (20 años antes que Ménard) ideó el primer dispositivo concebido para transmitir una presión al terreno gracias a la dilatación de un cilindro neumático. Para su pesar, el dispositivo presentaba dificultades de uso, y la formulación teórica aplicada a la interpretación de los resultados no fue muy afortunada.

El poco reconocimiento a la figura de Kögler (cuanto menos a lo que al presiómetro se refiere) probablemente también se deba a haber sido uno de los firmantes del compromiso de los profesores de las universidades y colegios alemanes con Adolf Hitler y el estado nazi*. En cualquier caso, un premio lleva su nombre en la TU Bergakademie, y el Franz-Kögler-Ring en Freiberg. Hay una placa conmemorativa en su casa de Freiberg*.

*fuente: wikipedia

Kögler se suicidó en 1939, presuntamente por razones políticas y de salud.

Bibliografía:

ISO 22476-5, Geotechnical investigation and testing — Field testing — Part 5: Flexible dilatometer test.

Ménard L., The Interpretation of Pressuremeter Tests Results, Sols-Soils n°26, Paris, 1975.

Baud J.-P., Gambin M., Uprichard S.T., Modeling and Automatic Analysis of a Ménard Pressuremeter Test, in: Géotechnique et Informatique, Proceedings of a Symposium Organised by ENPC in Paris, Presses des Ponts, Paris, 1992.

Hansbo S., Pramborg G., Experience of the Ménard pressuremeter in foundation design, in: Pressuremeters, Proceedings of ISP3 Symposium organised by BGS in Oxford, ICE publishing, London, 1990.

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