LABORATORIO DE MECANICA DE SUELOS El laboratorio de mecánica de suelos o de geotecnia es un área acondicionada para el estudio de las propiedades físicas y mecánicas del suelo, con maquinaria y equipo especializado para el ensaye y prueba de los materiales. Este tipo de laboratorio cuenta con áreas amplias para la colocación de maquinaria y equipo especializado, además de zonas libres para la maniobra y almacenaje. En ocasiones se cuenta con cuartos en los que se controla la temperatura, la humedad o la iluminación para la realización de ciertas pruebas. En la industria de la construcción es necesario contar con un laboratorio de mecánica de suelos y otros complementarios (laboratorio de concreto, laboratorio de rocas, laboratorio de asfalto, laboratorio de acero, por mencionar algunos) para poder conocer las características de los materiales existentes en el lugar así como de aquellos materiales que se obtienen en bancos de materiales o industrias especializadas. Conocer las propiedades de los materiales permite realizar proyectos de ingeniería con la certeza de que tendrán las propiedades adecuadas para la construcción, y en caso de que los materiales no tengan la calidad adecuada, proyectar estabilizaciones, refuerzos o estructuras que permitan sustentar la obra. Los laboratorios de geotecnia normalmente están instalados de forma fija en espacios adecuados para el almacenaje, la maniobra y el alojamiento de los equipos, sin embargo, también existen laboratorios instalados en obra (semifijos) y laboratorios móviles. Un laboratorio de geotecnia móvil puede ser instalado dentro de un contenedor o en un camper, y en este se traslada el equipo básico para el control de calidad “in situ”. Este tipo de laboratorio comúnmente se emplea en las supervisiones de carreteras. En el laboratorio se realizan ensayes y pruebas específicas de calidad y resistencia de diferentes tipos de suelo. Usualmente, del suelo ensayado se determinan las características físicas y mecánicas como pueden ser el contenido de agua, porosidad, relación de vacíos, granulometría, resistencia al corte, permeabilidad, compresibilidad, etc. Algunos ensayos del suelo no requieren de maquinaria o equipos sofisticados. El equipo para la determinación de las propiedades físicas del suelo consta normalmente de horno de convección, balanzas, termómetros, espátulas, cápsulas, calibradores y copa de Casagrande. Sin embargo, existen pruebas más complejas en las que se requiere equipos pesados como la máquina de desgaste de Los Ángeles, prensas mecánicas o digitales hasta marcos metálicos para pruebas industriales de gran magnitud. Las pruebas más comunes que se realizan en un laboratorio de mecánica de suelos son las siguientes: • Clasificación SUCS (Sistema Unificado de Clasificación de Suelos) • Límites de consistencia (Líquido, Plástico y de Contracción) • Contenido de agua • Peso específico • Granulometría • Coeficientes de variación volumétrica • Grado de compactación Adicionalmente, en las terracerías y pavimentos se realizan pruebas en los agregados pétreos como: • Densidades relativas y absorción • Compactación AASHTO • Compactación Porter • Valor relativo de soporte • Equivalente de Arena • Forma de partícula • Desgaste de los Ángeles Para determinar las características mecánicas y de resistencia del suelo se realizan otros ensayos como los mencionados a continuación: • Pruebas triaxiales (en diferentes condiciones de carga, consolidación y drenaje) • Consolidación • Permeabilidad • Compresibilidad • Módulo de resiliencia Adicionalmente, este tipo de laboratorio puede realizar también pruebas en rocas, como las que se enuncian a continuación: • Pruebas de resistencia a la compresión • Intemperismo acelerado • Partículas trituradas • Pruebas triaxiales en fragmentos pequeños de roca En el área de las vías terrestres, existen otras pruebas de laboratorio que son importantes, en las cuales se evalúa y se determinan las características de calidad y resistencia de materiales asfálticos, mezclas asfálticas y concreto. A continuación, se describen otros laboratorios asociados con la mecánica de suelos que son necesarios para el control de calidad de carreteras y vías terrestres. LABORATORIO DE ASFALTO Y MEZCLAS ASFÁLTICAS En este laboratorio se ensayan muestras asfálticas solas o mezcladas con los agregados pétreos para la construcción de carreteras. En este tipo de laboratorio se cuenta con equipo especializado para el tratamiento y manipulación de mezclas asfálticas en caliente. Entre los equipos que conforman este laboratorio se pueden considerar la máquina centrifugadora, la prensa Marshall, los picnómetros, el equipo de reblandecimiento, la copa de Cleveland y el penetrómetro de aguja. Las pruebas que se realizan en el asfalto solo se enuncian a continuación: • Punto de inflamación • Punto de reblandecimiento • Penetración a 25°c a los 5 seg • Solubilidad • Ductilidad • Viscosidad absoluta Las pruebas que se realizan en la mezcla asfáltica se listan a continuación: • Diseño Marshall • Contenido de asfalto • Cubrimiento del agregado con asfalto • Desgaste por abrasión • Estabilidad por inmersión en agua LABORATORIO DE CONCRETO En este laboratorio se ensayan corazones de concreto y muestras cúbicas de concreto hidráulico. Se requiere tener un área destinada para el almacenamiento de las muestras así como una pileta para la inmersión en agua de muestras. Entre los equipos que se encuentran en este laboratorio se encuentran las prensas de compresión, la extractora de corazones de concreto, cortadoras de disco, máquina de flexión. Las pruebas que se realizan en las muestras de concreto se enuncian a continuación: • Prueba de revenimiento • Resistencia a la compresión simple • Ensayo de Módulo de ruptura EQUIPOS E INSUMOS DEL LABORATORIO Para facilitar la ejecución de las prácticas de Mecánica de Suelos y Pavimentos en el Laboratorio, es necesario el manejo de diversos equipos, herramientas e insumos que garanticen la correcta elaboración de los ensayos. El buen uso de éstos es responsabilidad de los investigadores, estudiantes o grupo de practicantes involucrados en el desarrollo de los ensayos y el correcto manejo facilita el beneficio de todos y evita, incluso, accidentes en el laboratorio. Equipos Los equipos que se usan en las prácticas de las áreas de Mecánica de Suelos y Pavimentos son costosos, tal como se puede verificar en una cotización actualizada de cualquier proveedor nacional o internacional. El manejo de los equipos debe ser cuidadoso, debido a que éstos son muy delicados y cualquier daño por pequeño que sea puede causar errores serios en la ejecución de las prácticas, lo cual repercutirá directamente en la obtención de los resultados. Dentro de los equipos más usados, se tienen algunos tales como: Balanzas: La elección de la balanza más adecuada dependerá de la práctica que se vaya a desarrollar. Existen varios tipos con diferentes capacidades y sensibilidades, con triple brazo, de plataforma, eléctrica y de precisión. Figura 4. Balanzas de Triple brazo (Fuente: Fuente: Balances & Scales. Disponible en: http://www.ohaus.com/ [en línea]. 2006.) Hornos: En los trabajos de Mecánica de Suelos y Pavimentos, es esencial mantener una temperatura de secado entre 105°C y 110°C, ajustando los termostatos por el personal autorizado. Es importante tener en cuenta que las muestras horneadas deben ser removidas del horno máximo 24 horras después de haberlas colocado allí, por el instructor o laboratorista encargado. Figura 5. Horno de Laboratorio (Fuente: Escuela de Ingeniería de Antioquia, Laboratorio de Suelos. Disponible en: http://www.eia.edu.co [en línea]. 2006) Desecadores para vacío en vidrio: Son recipientes que se utilizan para retirar la humedad de los materiales colocados en ellos o para facilitar el enfriamiento sin absorción de humedad. Figura 6. Disecador de vidrio (Fuente: Tomado de http:// www.biotech-sl.com/ [en línea]. 2006) Insumos Dentro de los insumos encontramos elementos de preparación y almacenamiento de muestras, medición, y para las prácticas de suelos y pavimentos, reactivos y sustancias químicas. En el grupo de insumos se tienen los siguientes elementos: Elementos de vidrio y cristalería: Son los elementos de vidrio que son usados usualmente en el laboratorio, con formas y usos muy variados. Están fabricados especialmente en vidrio para soportar las altas temperaturas; dentro de los cuales se encuentran: Probetas. Pipetas, beakers, erlenmeyer, embudos, tubos de ensayo, frascos volumétricos, entre otros. Figura 7. Elementos de vidrio y cristalería (Fuente: Tomado de http:// www.abclaboratorios.com [en línea]. 2006) Elementos de Porcelana: Son elementos de cerámica para uso de los ensayos realizados en el laboratorio, con características específicas como que son de color blanco, de material refractario y se usan para preparar y almacenar muestras. Entre los cuales se tienen: morteros, pistilos, embudos, filtros, cápsulas y crisoles. Figura 8. Materiales de Porcelana (Fuente: Tomado de http:// www.abclaboratorios.com [en línea]. 2006) Materiales de Plástico: Son materiales elaborados con resina y polímeros tales como poliestireno, pilicarbonato, poli-propileno y polietileno de alta densidad y capacidad para los ensayos que se realicen en el laboratorio. Entre ellos, se tienen: gradillas, cubetas, probetas, vasos de precipitado, cajas de petri y embudos. Figura 9. Materiales de Plástico (Fuente: Tomado de http:// www.abclaboratorios.com [en línea]. 2006) Herramientas Son implementos que se utilizan en algunos ensayos facilitando algunos procesos utilizados en éstos. Se usan con frecuencia durante la preparación de muestras o la ejecución de ensayos. Los más utilizados son: palas, brochas, seguetas, cuchillos, elementos abrasivos, espátulas, rodillos, martillos, limas. Figura 10. Herramientas (Fuente: Escuela de Ingeniería de Antioquia, Laboratorio de Suelos. Disponible en: http://www.eia.edu.co [en línea]. 2006) Equipos especiales Un laboratorio de Mecánica de suelos y pavimentos debe estar lo suficientemente capacitado para el desarrollo de las pruebas y ensayos requeridos. Es por esto que es indispensable en uso de equipos especializados para tal desarrollo con el fin de efectuar de buena forma las prácticas; en donde se utilicen equipos para realizar ensayos de rutina y ensayos especiales, ensayos de calidad de agregados, concretos y asfaltos. De igual manera, debe contar con equipos de exploración de campo y equipos para pruebas “in situ”. Dentro de los equipos principales podemos encontrar: Ensayos Estándar Juegos de mallas desde 3” hasta la malla N°200 (0.07mm) para efectuar los análisis granulométricos por tamizado. Equipo para ensayo de sedimentación por hidrómetro. Equipos para la determinación de los límites de consistencia, tales como Copa de Casagrande para el límite líquido, acanaladores, equipo de límite de contracción, etc. Equipos diversos para determinación de humedades, pesos unitarios, gravedad específica, etc. tales como vasijas, balanzas, hornos, probetas,etc. Equipos diversos para realizar ensayos de compactación, como moldes para Proctor, pisones, prensa C.B.R Ensayos Especiales Equipo hidráulico para compresión simple. Equipo de corte directo. Equipo de corte directo residual Equipo triaxial Equipo para ensayo de consolidación unidimensional del tipo múltiple y del tipo con medición de presión con sistema de contrapresión. Equipo para determinar el equivalente de arena Equipo para determinar la deformación de los pavimentos (Viga Benkelman) Equipo para determinar la abrasión de los agregados (Máquinas de Los Ángeles) Equipo para determinar la resistencia de los suelos a la Penetración California Bearing Ratio (CBR) Equipo de expansión de suelos (Libre y Bajo carga controlada). Equipo para lavado asfáltico. Ensayos “In Situ” Equipo de densidad mediante el cono de arena y el marco metálico. Equipo de prueba de carga sobre placa Equipo de penetración estándar S.P.T. Equipo de penetración ligera S.P.L. Equipo de corte directo “In Situ”. Equipo de rugosímetro
