Ensayo Dilatometro

Introducción

La exploración del subsuelo sigue estando dominada por el uso del equipo SPT de ensayo y en menor medida por el equipo CPT. Sin embargo, el amplio uso del SPT no implica necesariamente que sea un ensayo adecuado. Muy por el contrario, Robertson (2012) incita a los Ingenieros Geotécnicos a abandonar el ensayo SPT porque es primitivo y no confiable. Mayne et al. (2009) sostienen que con un valor sin unidad ingenieril N (golpes/pie), se pierde el sentido real y físico cuando N es usado para correlacionar un gran espectro de parámetros geotécnicos de resistencia y rigidez del suelo. Esto puede resultar en grandes errores especialmente para valores bajos y altos de N. Por otro lado, Robertson (2012) afirma que de hecho el ensayo SPT, es muy caro considerando la baja calidad y baja cantidad de información directa que entrega por metro lineal. Si se toman en cuenta las variadas y mejores alternativas de equipos y técnicas de ensayo in situ que existen hoy en día, resulta conveniente conocer estas nuevas tecnologías. Una de estas alternativas es el equipo de ensayo dilatométrico DMT.

El Dilatómetro Plano DMT es un equipo para ensayos in situ desarrollado hace aproximadamente cuatro décadas (Marchetti, 1975, 1980). Su uso ha ido en aumento constante con el correr de los años y se emplea en prácticamente todos los países industrializados. El ensayo está estandarizado por la norma ASTM D6635 (2001, 2007) y el Eurocode 7 (1997, 2007). La Figura 1a muestra las partes que componen el equipo, la Figura 1bmuestra en detalle la paleta que es insertada en el suelo y la Figura 1c muestra un esquema de funcionamiento del equipo DMT.

Figura 1: Dilatómetro plano: a) partes del equipo, b) vista frontal

mostrando membrana circular y vista lateral de la paleta del

dilatómetro y c) diagrama del ensayo con el dilatómetro

Algunas de las características distintivas del DMT son:

• El DMT es un ensayo de penetración y como tal, tiene la gran ventaja de no requerir de un sondaje previo.

• El DMT, siendo un ensayo de carga lateral, proporciona información sobre la rigidez del suelo, información que no se puede obtener a partir de otros ensayos de penetración, los cuales esencialmente miden las características de "ruptura" del suelo, con lo cual se obtiene únicamente información sobre la resistencia en falla del suelo. Por otro lado, las distorsiones causadas por la sonda del DMT son apreciablemente menores que la alteración ocasionada por puntas cónicas (Baligh y Scott, 1975), ver figura 2.

Figura 2: Distorsiones en un suelo cohesivo causada por la

penetración de una sonda de forma cónica y una con forma de

cuna (Baligh y Scott, 1975).

• El equipo DMT es portátil, fácil de usar y excepcionalmente independiente del operador y repetible.

• El DMT proporciona un índice de la historia de tensiones. La historia de tensiones como tal no se utiliza en el diseño; sin embargo, su conocimiento es de sumo interés porque tiene una influencia dominante en el comportamiento del suelo.

En el DMT se han incorporado sensores sísmicos denominándose SDMT. Esto permite la medición de la velocidad de ondas de corte VS , además de la medición de los parámetros estáticos. Es importante hacer notar que VS se mide actualmente cada vez más por la necesidad de realizar análisis de respuesta sísmica de los suelos de fundación, para los cuales VS es un parámetro básico de entrada. En varios reglamentos sísmicos (Eurocode 8, 2004; BSSC, 2004; NCh 433 DS 61, 2011) se recomienda la determinación de VS en al menos los primeros 30 m de profundidad para proyectos de construcción ubicados en zonas sísmicas. El SDMT permite determinar la rigidez máxima G0 bajo deformaciones pequeñas dado que de la elasticidad se tiene que el módulo de corte máximo es igual a G0 = ρVS2, donde ρ es la densidad del medio por donde se propagan las ondas de corte. Por otro lado, la rigidez para deformaciones en condiciones de servicio puede ser representada por el módulo edométrico MDMT.Estos dos valores de rigidez pueden servir de orientación al seleccionar las curvas de degradación G-γ, es decir, la disminución del módulo de corte G en función de la deformación de corte γ. Amoroso et al. (2012a,b) presentan esta metodología y definen rangos para los cuales es posible intersectar los datos medidos de G0 y MDMT en las curvas de degradación previamente disponibles (Figura 3).

Figura 3: Ejemplos de curvas de degradación de rigidez y rangos

de deformación de corte para arenas, limos y arcillas y arcillas

blandas (Amoroso et al., 2012a)

Ensayos con el dilatómetro DMT

El dilatómetro plano está formado por una paleta de acero que contiene una delgada membrana circular expandible de acero montada en una de sus caras. Estando en reposo, la membrana queda al ras con la superficie plana de la paleta que la rodea. La paleta está conectada mediante una manguera electroneumática que corre a lo largo de las barras de hincado, a una caja de control en la superficie

La unidad de control está equipada con manómetros, una señal audiovisual, una válvula de regulación de la presión del gas (proporcionado por un tanque) y válvulas de escape. La paleta se puede introducir en el terreno usando equipos de sondaje convencionales, ya sea por penetración estática como en el ensayo de penetración de cono CPT o por penetración dinámica/percusión con equipos de perforación usados en ensayos SPT convencional. El ensayo se inicia introduciendo la paleta del dilatómetro verticalmente en el terreno. Cuando la paleta ha alcanzado la profundidad deseada se suspende la penetración. El suelo presiona la membrana contra la paleta, lo cual emite una señal acústica en la superficie. Entonces, el operador infla la membrana y toma, en un lapso de 30 s dos lecturas: la presión A, necesaria para justamente empezar a desplazar la membrana (presión de 'despegue') y la presión B, requerida para empujar el centro de la membrana una distancia de 1.1 mm contra el suelo. Se puede también tomar opcionalmente una tercera lectura C (presión de cierre) al desinflar lentamente la membrana justamente después de alcanzar la presión B y regresar la paleta a su posición original. Se continúa hincando la paleta hasta alcanzar la siguiente profundidad de ensayo, en incrementos típicos de avance cada 20 cm.

Las lecturas de presión A y B obtenidas en el ensayo se deben corregir para tomar en cuenta el efecto de la rigidez de la membrana, la cual puede ser importante especialmente en suelos sueltos y blandos. Estos aspectos de corrección pueden ser consultados en TC16 (2001). En primer lugar las lecturas de terreno corregidas se convierten en los parámetros intermedios del DMT conocidos como índice del material ID, índice de tensión horizontal KD y módulo del dilatómetro ED. Luego ID, KD y ED se convierten mediante correlaciones de uso común, en: módulo edométrico M, resistencia al corte no drenada su, coeficiente de empuje en reposo K0 (arcillas), OCR (arcillas), ángulo de fricción interna f' (arenas) y peso unitario g. Se pueden estimar los coeficientes de consolidación Ch y de permeabilidad kh mediante la realización de ensayos de disipación (Totani et al., 1998).

Ejemplos de perfiles obtenidos con el DMT se muestran en la Figura 4. El índice del material ID proporciona información sobre el tipo de suelo (arena, limo, arcilla).

Donde u0 es la presión de poros hidrostática. La Figura 4a muestra que hasta los 4 m hay una transición de arena, limo y arcilla, hasta los 20 m existe una arcilla con lentes de limo a los 16 m, luego hasta los 26 m hay principalmente limo y finalmente hay arcilla hasta los 36 m.

Figura 4: Ejemplos de resultados de dos sondajes próximos en

Fiumicino, Italia, mostrando la variación con la profundidad de

a) b) M, c) d) KD y e) Vs

El índice de tensión horizontal KD es interpretado como un coeficiente de empuje lateral en reposo amplificado por la penetración de la paleta.

Donde a'v0 es la tensión vertical efectiva. La variación de KD con la profundidad es similar en forma al perfil de la relación de sobreconsolidación OCR. Un valor KD * 2 equivale a suelos normalmente consolidados NC, es decir,OCR = 1; KD > 2 indica preconsolidación. Es por ello que

el perfil de KD puede ser usado como un indicador de la historia de tensiones del depósito. Del ejemplo de la Figura 4d se tiene que el suelo es NC.

El módulo del dilatómetro ED es obtenido por medio de la teoría de la elasticidad, la geometría de la membrana y el desplazamiento de 1.1 mm como (Marchetti, 1980),

donde v es la razón de Poisson y E es el módulo de Young. En la Figura 4b se muestra la variación con la profundidad del módulo edométrico M vertical, drenado y bajo tensión geostática. M se determina de ED usando un factor que es función de KD (Marchetti, 1980). La Figura 4c muestra la variación de la resistencia al corte no drenada su, la cual se observa aumenta de forma casi lineal con la profundidad.

Información detallada sobre del equipo DMT, el procedimiento de ensayo y las fórmulas de interpretación se puede consultar en el amplio informe preparado por el comité técnico ISSMGE TC16 (2001).

Ensayos con el dilatómetro sísmico SDMT

Después de haber sido introducido por primera vez por Hepton (1988), el SDMT fue mejorado en Italia (Marchettiet al., 2008; Monaco et al., 2009). El SDMT incluye en el dilatómetro plano sensores sísmicos para la medición

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