Ensayo de carga con placa. ¿Cómo es?

Cuando proyectamos la superestructura de una carretera, hay dos factores fundamentales que determinarán el paquete de firme a disponer: por un lado la categoría de tráfico pesado y por otro la categoría de la explanada. Si nos fijamos en lo que dice la norma 6.1-IC en su capítulo nº5, el parámetro que se utiliza para caracterizar la categoría de la explanada sobre la que va a asentar un firme es el “módulo de compresibilidad en el segundo ciclo de carga” (Ev2) medido en megapascales (MPa). En función de este módulo, la Norma define hasta tres categorías de explanada, que ordenadas de mayor a menor módulo de compresibilidad son: E1, E2 y E3.

Pero, ¿sabemos realmente como se determina el valor del módulo de compresibilidad en una explanada? Si la respuesta es “no” te proponemos que sigas leyendo. Hoy en el Blog de Aulacarreteras queremos contarte como es el ensayo de carga con placa. Tradicionalmente la Norma que ha definido como realizar el ensayo de carga con placa ha sido la NLT 357, aunque más recientemente, las características de este ensayo han sido definidas también por la Norma UNE 103808:2006. En cualquier caso, el ensayo sigue unas pautas muy concretas que vamos a ver a continuación.

El ensayo de carga con placa mide el asiento de una placa circular rígida apoyada sobre el terreno, sometida a distintas cargas de manera escalonada. Esta placa es de forma circular y cuenta con una superficie de 700 cm² (diámetro 298,5 mm). Estas medidas nos permiten determinar los módulos de compresibilidad en primer ciclo de carga (Ev1) y en segundo ciclo de carga (Ev2). La expresión en que se basa este ensayo es la siguiente:

Donde:

• ΔP: Diferencia de carga entre dos escalones de carga (MPa).
• D: Diámetro de la placa, igual a 298,5 mm.
• ΔS: Diferencia de asientos de la placa al aplicar ΔP.

En cuanto al material necesario para llevar a cabo el ensayo, podemos distinguir los siguientes elementos:

1. Placa de carga: La placa de carga circular debe tener una superficie de 700 cm² (Ø=298,5 mm). El espesor de esta placa debe ser como mínimo de 20 mm.
2. Comparadores: La medida del asiento de la placa se realiza por medio de unos comparadores con una capacidad de medida de 10 mm y una precisión de 1/100 mm. El palpador de los comparadores se apoyará directamente sobre la placa.
3. Columna de carga: Se compone de los siguientes elementos: rótula de cabeza, suplemento de longitud variable, pistón de carga y rótula de pie.
4. Bomba hidráulica: Debe tener la capacidad suficiente para producir una carga de 50 kN en el pistón de carga.
5. Manómetro: La presión a medir se leerá por medio de un manómetro (expresada en MPa).
6. Reacción: Es necesario disponer de un apoyo superior que genere una reacción de al menos 50 kN (generalmente se emplea un camión u otra máquina de obra de gran peso).
7. Bastidor de referencia: Será suficientemente rígido para no experimentar movimientos durante el ensayo. Se apoyará en tres puntos, y se podrá nivelar actuando sobre sus apoyos. Sobre este bastidor se montan los comparadores que miden las deformaciones producidas.

Una vez que ya sabemos en que consiste el ensayo de carga con placa, y que elementos intervienen en el mismo, el siguiente paso será describir en ensayo en sí, es decir, cómo obtenemos las mediciones del módulo de compresibilidad, que al fin y al cabo, es el objeto del ensayo. Antes de nada, hay que indicar algunos condicionantes importantes que debemos tener en cuenta a la hora de hacer el ensayo. Para empezar, el contenido de agua de la capa sobre la que se realice el ensayo no debe ser ni excesiva ni escasa. Para hacernos una idea, esta cantidad de agua debe ser la humedad Proctor normal del suelo o la explanada, o el Proctor modificado del material granular, más-menos un 2%. Además es importante controlar que el diámetro máximo de las partículas sobre las que apoye la placa no deberá ser superior a 100 mm. Ahora sí, veamos cada una de las etapas en el ensayo de carga con placa:

1. Colocación del apoyo. Normalmente el apoyo suele ser un camión situado sobre el punto en que se desee realizar el ensayo, y debe estar perfectamente fijado en el momento del ensayo para evitar su desplazamiento en el momento de aplicar las cargas.
2. Colocación de la placa. Se forma bajo el apoyo una superficie plana, quitando la capa superior de material si está muy alterada, y eliminando las partículas que sobresalgan. Sus huecos se rellenarán con arena fina, quedando la superficie perfectamente enrasada. A continuación se asienta la placa sobre la superficie anterior. No es preciso que la superficie sea perfectamente horizontal, siendo generalmente igual a la inclinación del firme a disponer. En caso de que el aparato no permita esta inclinación, se excavará ligeramente hasta conseguir una inclinación adecuada.
3. Colocación de la columna de carga. Se coloca verticalmente sobre el centro de la placa y bajo el apoyo, bloqueando la rótula de pie. Se ajusta la longitud de la columna para que haga contacto con el apoyo.
4. Montaje del bastidor de referencia. Se sitúa el bastidor sobre el suelo a ensayar. Las distancias entre el borde de la placa, las fijaciones del bastidor y del apoyo serán mayores de 0,5 metros.
5. Montaje de los comparadores. Se sitúan los tres comparadores con su eje de medida vertical y de modo que sus tres puntas definan un triángulo equilátero con baricentro situado en la vertical que pasa por el centro de la placa. El valor definitivo del asiento en cada medida, será la media aritmética de los valores obtenidos en los tres comparadores.
6. Ajuste de columna y apoyo. Inmediatamente antes de comenzar el ensayo se acciona el pistón de carga de modo que la placa de la rótula de cabeza ajuste firmemente bajo el apoyo; después se desbloqueará la rótula de pie.
7. Carga previa. Para asegurar un apoyo uniforme de la placa, se le dará una carga inicial de 0,02 MPa. Se lee entonces en el comparador la deformación correspondiente a esa carga inicial.
8. Escalones de carga. Operando sobre el gato hidráulico, vamos aplicando los distintos escalones de carga de un modo suave y progresivo. Habrá unas cargas para el primer ciclo y otras para el segundo ciclo de carga. Se anotan las deformaciones obtenidas para las distintas cargas. Para que la lectura sea más precisa, una vez aplicada la carga, se esperará dos minutos antes de realizar la lectura.

Llevando a cabo este proceso del modo correcto, y aplicando la fórmula general que vimos al inicio de este artículo, obtendremos los valores del módulo de compresibilidad, pudiendo dimensionar del modo correcto el firme de nuestra carretera. Como puedes ver, el ensayo de carga con placa es uno de los ensayos más importantes dentro del ámbito de los firmes. Recuerda que si quieres saber más sobre firmes y pavimentos, en nuestra web dispones de un completo Curso sobre Firmes y Pavimentos de Carreteras. O si lo prefieres, suscríbete a nuestros vídeo-tutoriales y ten acceso ilimitado a un gran número de vídeos sobre ingeniería de carreteras (firmes, trazado, drenaje, señalización, balizamientos, etc.).

Y para que lo veas con tus propios ojos, te dejamos un vídeo de YouTube que ilustra a la perfección el ensayo de carga con placa. ¡No te lo pierdas!