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.