Ensayos de carga con placa dinámica

3C incluye en sus servicios los ensayos de carga dinámica con placa de diámetro 300 mm, que utilizamos para comprobar el módulo de deformación de capas de terraplenes y firmes, como método alternativo y complementario a los tradicionales de placa de carga estática.

El procedimiento tradicional es el ensayo estático, en el que se aplica una carga sobre una placa circular mediante un gato hidráulico, utilizando un camión cargado como elemento de reacción para el gato. Es un procedimiento complejo y largo, resultando por tanto que no se puede utilizar con la frecuencia y extensión que sería conveniente.

El ensayo de placa de carga dinámica es un equipo de alto rendimiento y con resultado inmediato de la capacidad de soporte de suelos y materiales granulares. Resulta de gran utilidad, entre otras, en obras con rellenos localizados como las zanjas de canalizaciones. Sobre relleno de zanjas no es habitual la ejecución de ensayos de placa de carga estática, a veces por resultar inviable la disposición del camión elemento de reacción durante el periodo necesario, otras por temor a ejercer excesiva carga sobre la tubería; siendo además un relleno localizado que puede presentar grandes heterogeneidades, difíciles de detectar con un ensayo puntual de carga estática.

Desde hace más de 20 años miles de estos equipos se están utilizando en Alemania y otros países europeos para el control de calidad por parte de laboratorios, constructores y administraciones. Las instituciones y reglamentos especifican estos ensayos y establecen valores del módulo de deformación dinámico a cumplir por las diferentes capas compactadas, lo que permite correlacionar con los módulos Ev2 obtenidos con el ensayo de la placa de carga estática convencional. En Estados Unidos se ha publicado la norma ASTM E2835 «Standard Test Method for Measuring.

En España se ha publicado la norma UNE 103807-2:2008 Ensayo de carga vertical de suelos mediante placa dinámica. Parte 2: Placa rígida, diámetro 2r=300 mm, Método 2, siendo numerosos los laboratorios públicos y privados que utilizan esta placa de carga dinámica.

La última modificación del PG3 en  la Orden FOM/2523/2014 de 12 de diciembre de 2014, dice que “el director de las obras podrá autorizar la sustitución del ensayo descrito en la norma UNE 103808 (ensayo de carga con placa estático) por otros procedimientos de control, siempre que se disponga de correlaciones fiables y contrastadas entre los resultados de ambos ensayos”. El ensayo de carga con placa dinámica UNE 103807-2 sería uno de estos procedimientos de control alternativos admitidos.

Bibliografía y  Referencias: 

• Norma España UNE 103807-2: 2008 Ensayo de carga vertical de suelos mediante placa dinámica Parte 2: Placa rígida, diámetro 2r=300 mm, Método 2
• Pliego Alemania. ZTVE-StB94 Pliego de condiciones técnicas y recomendaciones para obras de tierras en la construcción de carreteras. ZTVE StB95 Pliego para subbases de carreteras. ZTVE-StB97 Pliego para excavaciones en zonas de tráfico
• Pliego Alemania TP-BF parte B 8.3 Norma técnica de ensayos y mecánica de suelos y rocas en la construcción de carreteras. Ensayo dinámico de carga con placa con la ayuda del equipo de ensayo ligero de impacto. FGSV Asociación Alemana para la Investigación de Carreteras y Transporte
• Norma USA  ASTM E2835 “Standard Test Method for Measuring Deflections using a Portable Impulse Plate Load Test Device
• Norma Dinamarca  prVI 90-4:2007 “Determination of surface modulus with Light Weight Deflectometer
• Norma Alemania. NGT 39 Recomendaciones para el empleo del equipo ligero de impacto en la construcción de ferrocarriles. Deutsche Bahn
• Publicación ALACAM 2006. Ensayo de placa de carga dinámica de 300 mm de diámetro. Por Carlos Fernández Tadeo
• Comunicación Jornadas Hispano-Portuguesas Geotecnia en Infraestructuras 2009: Equipo ligero de impacto para ensayo de placa de carga dinámica de 300 mm. Por Rigoberto A Thomas (GCE) y Carlos Fernández Tadeo (CFT)
• Publicación del estudio de en el estudio «Caracterización de plataformas existentes para alta velocidad mediante ensayo de carga vertical con placa dinámica» por técnicos del ADIF y de las empresas Iberinsa e Intecsa-Inarsa

Ventajas placa de carga dinámica como procedimiento alternativo:

• Resultados inmediatos
• Bajo peso de equipo que permite un fácil accionamiento manual
• Ensayo rápido (en un minuto ejecutamos ensayo y obtenemos resultado)
• Permite ensayo en puntos de difícil acceso
• No requiere camión como elemento de reacción

Aplicación y Fundamento del método de ensayo

El ensayo es de aplicación en aquellos suelos o capa materiales granulares que cumplan las siguientes características:

• [# 63 mm ≥ 85%] contenido en partículas de tamaño superior a 63 mm sea inferior a 15%
• [# 0,063 mm < 40%] contenido en partículas finas de tamaño inferior 0,063 mm sea inferior al 40%
• [# 0,063 mm > 40% y CU > 50 kN/m2] contenido en partículas finas de tamaño inferior 0,063 mm superior al 40% y simultáneamente la resistencia al corte directo sin drenaje es superior a 50 kN/m2,

Rangos de medida:

• según norma UNE 103807-2 , considera Evd: 15 MPa – 70 MPa. Los resultados inferiores se expresarán como < 15 MPa y los superiores como > 70 MPa.
• según norma TP BF-StB parte 8.3, Evd: 10 MPa – 125 MPa.
• según características de nuestro equipo HMP-LFG-K,  Evd 12-225 MPa

En este ensayo el suelo recibe un impacto, fuerza Fs, transmitido mediante la caída de un peso desde una altura dada, sobre una placa rígida circular de radio r=150 mm. El dispositivo está calibrado para producir una tensión normal bajo placa durante el ensayo σ = 0,1 MPa.

El módulo de deformación vertical Evd es un indicador de la deformabilidad del suelo bajo el impacto de una carga vertical con una duración ts; y se calcula en función del asiento s (mm) de la placa.

3C trabaja con el equipo HMP LFG4 de Magbeburger Prüfgerätebau GmbH  (www.hmp-online.com); distribuido en España por CFT & Asoc. SL (www.fernandeztadeo.com).

• Placa de acero S355JO: peso 15 ± 0,25 kg, diámetro 300 ± 0,5 mm, grosor 20 ± 0,2 mm
• Maza de caída libre: peso 10 ± 0,1 kg
• Barra guía: peso 5 kg ± 0,1 kg
• Sistema amortiguación: muelles con forma de copa
• Fuerza de impacto Fs: 7,07 ± 0,07 kN
• Duración de impacto ts: 17 ± 1,5 ms

El conjunto de muelles y maza ha de estar calibrados en origen y con una frecuencia anual.  Y al menos cada tres meses el equipo será verificado por el operador comprobando que la altura de caída de la maza se corresponde con la indicada en el certificado de calibración y que el asiento medido sobre la plancha de goma de verificación es el correcto (similar al obtenido en la verificación de recepción tras calibración)

El dispositivo de medida de asiento comprende un sensor (acelerómetro) y un equipo electrónico de registro de datos y cálculo. Debe mostrar y almacenar la velocidad bajo la carga de impacto, a partir de la cual calculará asientos y módulos.

El equipo HMP LFG4 registra asientos comprendidos entre 0,1 y 2,0 mm ± 0,02 mm (la norma UNE 103807-2 especifica al menos un rango de 0,3-1,5 mm), por lo resulta con rango de medida superior al mencionado en la norma, consiguiendo Evd 12-225 MPa.