4.3. ENSAYOS DE HINCHAMIENTO.

4.3. ENSAYOS DE HINCHAMIENTO.
La finalidad de estos ensayos, es determinar la expansividad o aumento
de volumen de una muestra de suelo cohesivo. En suelos que son
expansivos, el hinchamiento que experimentan al humedecerse, depende
enormemente de las condiciones de compactación. Cuanto más seco esté
el suelo, mayor es la posibilidad de que se hinche o colapse, ocurrirá
uno u otro según la presión externa que se aplique, sea esta inferior o
superior a la presión de hinchamiento.
El fenómeno de cambio de volumen de un suelo arcilloso es resultado
directo de la disponibilidad y variación de la cantidad de agua que él
posea.
Para medir la expansividad de un suelo parcialmente saturado, se
recurre a ensayos realizados en el edómetro. Los más comunes son el
ensayo de hinchamiento libre, que permite el hinchamiento de la muestra
al ser inundada, el ensayo de presión de hinchamiento, donde se mide la
presión que ejerce el suelo al expandirse y a dos ensayos de
identificación como son el ensayo Lambe y el de volumen de
sedimentación que serán descritos brevemente.
4.3.1. Ensayo de hinchamiento libre. Se toma una muestra inalterada de
suelo y se monta en el edómetro, se pone en cero el lector de
deformación y a continuación se inunda la muestra, hasta un nivel en
que el agua solamente penetre en la pastilla de suelo por la piedra
porosa inferior (con esto se evita que quede aire atrapado en el
interior de la muestra).
Se mide el hinchamiento final el cual se
expresa en porcentaje del espesor inicial de la muestra y se designa
con el nombre de hinchamiento libre.
Como no hay que aplicar presiones sobre la muestra, se puede colocar
el lector de deformación, directamente sobre el pistón de carga, con
lo cual habrá menos errores en la medida de deformaciones. Existen
casos en que este ensayo se realiza bajo una carga pequeña, aplicando
una presión inicial de 0,07 a 0,1 kgs/cm2.Una vez inundada la muestra
y transcurrido el tiempo necesario para que se produzca la expansión,
se varía la carga, obteniendo el comportamiento carga-deformación en
condiciones de inundación.
Este tipo de ensayo se
4.3.2.
Ensayo de presión de hinchamiento.
realiza prácticamente en la misma forma que en el caso anterior, pero
en lugar de medir el hinchamiento de la muestra, se añaden cargas
para no permitirlo. La presión máxima que hay que aplicar para que
no se produzca hinchamiento se conoce con el nombre de presión de
hinchamiento.
Aplicada la presión máxima, se van quitando cargas y se miden los
hinchamientos que se producen. El hinchamiento bajo carga nula en
este ensayo es siempre inferior al hinchamiento libre (o bajo la carga
de 0,1 kgs/cm2).
En este ensayo, el hinchamiento es igual y contrario al movimiento de
compresión que experimenta el equipo, inducido por la carga
aplicada.
4.3.3.
Ensayo Lambe.
Ensayo rápido cuyo objetivo es, descubrir o
evaluar la susceptibilidad de un suelo al hinchamiento o la retracción.
Es un ensayo de identificación, por ello no sustituye a ensayos
realizados con muestras inalteradas o compactadas en las mismas
condiciones que en obra. Por ello ha recibido numerosas críticas
principalmente por trabajar con muestras remoldeadas donde es difícil
reproducir las condiciones in situ.
Se toma una muestra de suelo que pase por el tamiz Nº 10 ASTM (10
mm.) que deberá cumplir con uno de los siguientes estados: seco,
húmedo o en el límite plástico.
La muestra se compacta mediante el pisón de ensayos Proctor (según
el estado en que se encuentre el suelo, será la energía de
compactación utilizada según lo indicado en la tabla de la figura 4.7.)
dentro de la célula interior del aparato Lambe.
Realizada la
compactación, se aplica una presión a la muestra de 0,1 kg/cm2,
mediante un vástago ajustable.
Estado de la
muestra de suelo
Seco
Húmedo
Límite plástico
Figura 4.7.
Nº de
capas
3
3
1
Nº de golpes
por capa
7
4
5
Energía de compactación por
unidad de volumen
E =
PM = 27,2 Kgf * cm/cm3
E = ½ PM = 13,6 Kgf * cm/cm3
E =
PN =
6,0 Kgf * cm/cm3
Energía de compactación según estado de la muestra de
suelo (Jiménez Salas J.y De Justo Alpañes J., Vol. 1, 1975).
Finalmente, se inunda la muestra y la presión que actúa sobre esta al
cabo de dos horas, se designa con el nombre de índice de
expansividad. La sección del equipo utilizado, se puede apreciar en la
figura 4.8.
Figura 4.8. Sección
Lambe (Jiménez Salas
Alpañes J., Vol. 1,
aparato
J. y De Justo
1975).
Además,
es
posible
graficar el índice de expansividad contra el cambio potencial de
volumen, el cual nos indica lo peligroso que es el suelo, como se
observa en el gráfico de la figura 4.9.
Indice de expansividad ( Kg / cm2 )
4
3
2
S eco ó h ú m ed o
1
L ím ite p lá s tico
0
0
1
no crítico
2
3
m arginal
4
5
crítico
6
7
8
9
10
C am bio potencial de volu m en
m u y crítico
Figura 4.9. Relación índice hinchamiento y cambio potencial de volumen
(Jiménez Salas J. y De Justo Alpañes J., Vol. 1, 1975).
4.3.4. Ensayo de volumen de sedimentación. Existe un criterio dado por
Holtz y Gibbs para averiguar el potencial de hinchamiento de un
suelo, basado en el ensayo llamado volumen de sedimentación.
El ensayo consiste en depositar 10 cm3 de suelo seco que pase por el
tamiz Nº 40 ASTM (0,5 mm.), en un cilindro graduado con 100 cm3 de
agua y se observa el aumento de volumen de la muestra una vez
sedimentada debido al hinchamiento.
El resultado se expresa en
porcentaje de aumento de volumen respecto al volumen inicial de
suelo (10 cm3).
Según éstos autores, los suelos que dan un aumento de volumen
superior al 100% pueden presentar un cambio de volumen importante
cuando se humedecen bajo presiones ligeras.
En caso de que el
cambio de volumen sea inferior a 50%, es muy raro que el suelo
presente cambios de volumen importantes.