MÉTODOS DE LABORATORIO PARA DETERMINAR LA EXPANSIÓN EN SUELOS

La prueba de hinchamiento de volumen constante se realiza en una muestra de suelo no perturbada que se recorta en un anillo de consolidación. La muestra se coloca en el edómetro y se asienta bajo una carga nominal. Luego, la muestra se inunda con agua y, a medida que intenta hincharse, se aumenta la carga sobre la muestra para evitar cualquier aumento de volumen o hinchazón. Cuando la muestra ya no muestra tendencia a hincharse, la carga aplicada se aumenta aún más en una serie de incrementos de manera similar a la de una prueba de consolidación convencional. Una vez establecida la rama de recompresión o la rama "virgen" de la curva de consolidación, la muestra se descarga en una serie de disminuciones para establecer el índice de hinchazón. Las disminuciones de carga suelen ser el doble que los incrementos de carga.

La prueba de hinchamiento de volumen constante proporciona dos mediciones importantes que se requieren para predecir el hinchamiento; a saber, una estimación de la presión de hinchamiento, P., (o más correctamente, la presión de hinchamiento corregida, P,') y el índice de hinchamiento, C. Aunque a veces se interpreta que la presión de hinchamiento de un suelo es una propiedad del suelo, la presión de hinchamiento es más correctamente una medida del estado de esfuerzo in situ del suelo expansivo. La muestra de suelo no perturbado se tomó de su condición in situ donde fue sometida al estrés de sobrecarga (esfuerzo total). Además, el suelo estuvo sujeto al efecto de presiones negativas de agua de poro (o succión matricial). El esfuerzo total y la succión matricial se combinan en el plano de esfuerzo total para proporcionar una indicación del estado inicial de esfuerzo en un suelo. Si se conoce el cambio en el estado de esfuerzo junto con el índice de hinchamiento, se puede calcular el cambio de volumen asociado con los cambios en el estado de esfuerzo.

Considere la trayectoria de esfuerzo seguida en el laboratorio cuando se prueba una muestra de suelo utilizando el procedimiento de prueba de Volumen Constante posterior al muestreo (Figura 1). Una vez que la muestra de suelo se sumerge en agua, la muestra intenta hincharse mientras se disipa la succión matricial. Sin embargo, el esfuerzo total sobre la muestra aumenta para evitar que la muestra aumente de volumen. Gradualmente, la succión matricial dentro de la muestra de suelo se reduce a cero y el volumen de la muestra se mantiene constante mediante el aumento del esfuerzo total. La Figura 1 muestra que la presión de hinchamiento representa la suma del esfuerzo de sobrecarga in situ y la succión matricial del suelo trasladada al plano de esfuerzo total. Como tal, la presión de hinchamiento depende de la succión matricial in situ.

Sin embargo, la presión de hinchamiento medida se subestimará a menos que se tengan en cuenta el efecto de la "perturbación del muestreo" y la "compresibilidad del aparato" (Fredlund, 1969). La interpretación de la prueba de hinchamiento a volumen constante debe incluir una corrección por la compresibilidad del aparato de consolidación, la compresibilidad del papel de filtro (si se utilizó papel de filtro durante la prueba) y el asentamiento de las piedras porosas y la muestra de suelo. Los suelos hinchables desecados tienen una baja compresibilidad y la compresibilidad del aparato puede afectar sustancialmente la medición de la presión de hinchamiento así como la pendiente de la curva de rebote (es decir, el índice de hinchamiento). La corrección de la compresibilidad se puede medir sustituyendo la muestra de suelo por un tapón de acero y midiendo las deflexiones que sufre el aparato con cada incremento de carga. Esta corrección es relativamente consistente para un consolidómetro particular y sus accesorios. Se recomienda no colocar papel de filtro encima ni debajo de la muestra de suelo debido a la magnitud de su compresibilidad. La Figura 2 ilustra datos de una prueba de hinchamiento de volumen constante, con y sin corrección aplicada para la compresibilidad.

La alteración del muestreo dará como resultado una presión de hinchamiento medida que será inferior al valor in situ. (Este fenómeno es similar al efecto observado de la "perturbación del muestreo" en la medición de la presión de preconsolidación en una prueba de consolidación en arcillas blandas). En la prueba del edómetro, no es posible que la muestra de suelo regrese a su estado preciso in situ. estado de esfuerzo después del muestreo sin mostrar alguna curvatura en la relación de vacíos versus la gráfica de esfuerzo efectivo (es decir, al pasar de la presión de hinchamiento a la curva de recompresión o a la curva de compresión virgen).

El procedimiento para determinar la "presión de hinchamiento corregida" comienza corrigiendo los datos de laboratorio para tener en cuenta la compresibilidad del aparato. Luego se aplica la corrección por "alteración del muestreo" para establecer la "presión de hinchamiento corregida".

En 1936, Casagrande propuso una construcción empírica que podría aplicarse a suelos saturados compresibles para determinar con mayor precisión la presión de preconsolidación. La construcción empírica fue, en esencia, un medio para compensar los efectos de la "perturbación del muestreo". Fredlund (1987) propuso un procedimiento similar para tener en cuenta el efecto de la "perturbación del muestreo" en la presión de hinchamiento y se ilustra en la figura 3. La pendiente de la curva de rebote se utiliza como parte del procedimiento de construcción empírico (en lugar de la pendiente de la curva de compresión virgen). La gráfica final de la relación de vacíos versus el logaritmo del esfuerzo total de la gráfica que se muestra en la Figura 3.

La "presión de hinchamiento corregida", P:, se estima como se muestra y el índice de hinchamiento, C" se obtiene de la pendiente de la curva de rebote. La 'presión de hinchamiento corregida' y el índice de hinchamiento se utilizan como datos de entrada para los análisis de hinchamiento.

La preparación de la muestra de suelo para la prueba de hinchamiento libre es similar a la descrita para la prueba de volumen constante. Una vez que se ha preparado la muestra de suelo, se le aplica una carga simbólica. Luego se añade agua al recipiente del edómetro y se deja que la muestra se hinche libremente hasta que se alcanza una condición de equilibrio. Luego se carga la muestra de suelo duplicando la carga sobre la muestra y permitiendo que se alcance el equilibrio bajo cada carga aplicada. Usando este procedimiento de prueba, la presión de hinchamiento se define como la carga requerida para que la relación de vacíos regrese a su valor original como se muestra en la Figura 4. No es necesario aplicar una "corrección" por perturbación del muestreo cuando se utiliza este procedimiento de prueba. Los efectos de la perturbación del muestreo se tienen en cuenta mediante el procedimiento de prueba. La presión de hinchamiento medida mediante la prueba de hinchamiento libre y la 'presión de hinchamiento corregida' obtenida mediante la prueba de volumen constante son generalmente bastante similares (Fredlund, 1983).