El uso del presiómetro en Costa Rica

Ing. Marco Valverde Mora

Un elemento de forma cilíndrica proyectado para aplicar una presión uniforme en las paredes de una perforación por medio de una membrana flexible, promoviendo la consecuente expansión de una cavidad cilíndrica en una masa de suelo. – Louis Ménard

Los presiómetros se desarrollaron desde los años 70’s para la caracterización geotécnica in situ de materiales y su principio teórico se debe a Koegler (1933), teniéndose luego avances muy significativos por parte de Louis Ménard (1956), en Francia. La primera aplicación en un proyecto de fundaciones fue en Chicago en los años 50’s. Actualmente el ensayo se hace siguiendo la Norma ASTM D 4719-2007.

El empleo de presiómetros en Costa Rica ha tomado un auge importante en los años más recientes, aunque hay reportes de su uso en el país desde los años 80’s, en donde pueden citarse a:

  1. Vega (1984), quien documenta ensayos realizados por el Instituto Costarricense de Electricidad (ICE), tanto para el estudio de la cimentación de sus edificaciones en el sector de San Pedro, como para la caracterización de la fundación de la presa San Miguel, de la Planta Hidroeléctrica Ventanas Garita.
  2. Valverde (1984), quien reporta el empleo por parte del ICE del presiómetro, como parte de los ensayos de caracterización de la fundación, de la presa de la Planta Hidroeléctrica Sandillal, en Cañas, Guanacaste. Los ensayos se emplearon en conjunto con otras pruebas de campo como placa rígida, Goodman Jack y ensayos de laboratorio, incluyendo por supuesto pruebas especiales tipo triaxial y de consolidación. Estas son muy probablemente las primeras aplicaciones documentadas de un equipo presiométrico en Costa Rica.

La interpretación del ensayo se basa en el principio de expansión de cavidad cilíndrica, partiendo de la premisa de que el material se comporta como un medio elástico e isotrópico, de ahí que fácilmente se puede pasar de la medición de un cambio volumétrico, en una relación presión aplicada/deformación volumétrica, a la determinación de una deformación lineal. Se considera además, que la sonda es infinitamente larga, de forma que su expansión sea radial. La Figura 1 muestra una curva típica presión aplicada vs deformación volumétrica.

Las principales parámetros que pueden obtenerse del ensayo son: i) módulo de deformabilidad, ii) resistencia al corte no drenada para arcillas o rocas blandas (cµ); iii) ángulo de fricción interna para arenas (ф’); iv) ángulo de dilatancia para arenas (ф’), v) esfuerzo total horizontal in situ (σho); vi) coeficiente de consolidación horizontal (ch) y vii) ángulo de fricción interna para arcillas (ф’).

Considerando los parámetros que permite obtener el ensayo, puede entonces decirse que las aplicaciones más importantes de los resultados son múltiples e incluyen la determinación de cargas laterales para diseño de pilotes; capacidad de soporte, asentamientos, fundaciones profundas (pilotes sometidos a carga vertical y lateral), módulos elásticos para empleo en modelos mediante el MEF, diseño de pavimentos, entre otros.

En el momento actual los tipos de presiómetro que mayormente se documentan en la literatura son: i) los conocidos como tipo Ménard (MPM), que es cualquier tipo de presiómetro usado en un hueco ya perforado. Existe una gran variedad de este tipo de equipo, cuya diferencia radica básicamente en la forma de aplicar la presión y de medir la respuesta del material ensayado; ii) presiómetros autoperforables, que básicamente persigue minimizar el efecto de la alteración del medio debido al método de perforación y iii) equipos conocidos como PIP (hincados), utilizados en proyectos offshore. Los ensayos que actualmente se realizan en Costa Rica se hacen con presiómetros tipo Ménard, incluyendo los ya referidos arriba conducidos por el ICE en sus proyectos.

Como todo equipo para ensayos in situ o de laboratorio, el presiómetro sus ventajas y limitaciones. Probablemente la mayor limitante que tienen es la marcada influencia que la calidad del hueco tiene sobre los resultados obtenidos. Igualmente, su uso en materiales con bloques, especialmente sanos, puede alejar su comportamiento del teórico, de ahí la necesidad de garantizar que el hueco ha sido adecuadamente perforado, que se sigue el procedimiento recomendado y que el material a ensayar cumpla con las premisas teóricas del método. La Figura 2 muestra la gran influencia del tamaño del hueco sobre la curva presión-volumen y su desviación de la “ideal”; así como los componentes del equipo.

A partir de esta figura puede concluirse que debe garantizarse un adecuado proceso de perforación del hueco en el sector en que se hará el ensayo. En suelos más blandos, es muy recomendable el uso del tubo de pared delgada (Shelby) para perforar el sector del ensayo con un mínimo de alteración del medio.

La Figura 3 muestra una salida típica del ensayo.

Puede concluirse entonces, que los presiómetros son una herramienta muy interesante desde el punto de vista de la amplia gama de proyectos que pueden estudiarse in situ a partir de su empleo. El hecho de poder obtener información más representativa del medio, permite el uso de métodos de cálculo numérico respaldados por una mejor calidad de información con la que se alimenta el modelo.

De igual forma puede concluirse que el hecho de que hayan perdurado tantos años en el medio geotécnico internacional y que sigan desarrollándose más y mejores aparatos, son una garantía de que la prueba ha demostrado ser fiable, ya que en caso contrario, es probable que el equipo ya habría entrado en desuso por parte de la comunidad geotécnica internacional, como muchos otros que no han superado la prueba del tiempo.

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