¿Es exacto el ensayo del equivalente de arena?

Figura 1. Altura de la arena, de la arcilla y del líquido en el ensayo de Equivalente de Arena

Recuerdo los quebraderos de cabeza que teníamos en mis primeras obras de carreteras cuando teníamos que aceptar determinadas zahorras por culpa del equivalente de arena. Se trata de un ensayo, muy sencillo en cuanto a su realización, que permite estimar la cantidad de finos presentes en un suelo poco plástico o en un árido fino. Este ensayo lo propuso F.N. Hveem para evaluar cualitativamente, de forma rápida, la cantidad y la actividad de los finos de un suelo. En apretada síntesis, se trata de evaluar la limpieza de un material que llega a una obra para utilizarlo como base granular, relleno drenante o incluso, en el caso de arenas, para su uso en hormigones o en aglomerados. Lo que se busca es un equivalente de arena alto, pues cuanto mayor es este valor, más alta sería la calidad del material.

Para realizar este ensayo debemos acudir a la norma UNE-EN 933-8: “Ensayos para determinar las propiedades de los áridos. Parte 8: Evaluación de los finos. Ensayo del equivalente de arena”. También se puede recurrir a otras normas como la ASTM D2429. Este ensayo se aplica a la fracción arenosa de un suelo. Tras mezclar el suelo seco con un líquido floculante de la arcilla, se agita la mezcla y se deja reposar durante un tiempo para medir la altura que alcanza la parte arcillosa y la que tiene la parte arenosa. Para eso se utiliza una varilla especial. El Equivalente de Arena (EA) sería la relación entre la altura de la arena respecto a la altura de la arcilla multiplicada por 100, tal y como podemos ver en la Figura 1.

En este enlace la Escuela de Ingenieros de Caminos de Madrid tenéis una descripción del ensayo y unos vídeos explicativos que creo os pueden interesar: http://www2.caminos.upm.es/departamentos/ict/lcweb/ensayos_aridos/equivalente_arena.html

El Equivalente de Arena es un ensayo que puede poner en entredicho la calidad de un material usado en carreteras, tal y como os comenté en el caso de mis primeras obras en el entorno de Valencia. Así, por ejemplo, para una zahorra artificial el PG-3 exige un valor superior a 40 cuando se trata de un tráfico T00 a T1, mismo valor que el usado para el material usado para un gravacemento tipo GC20 o un riego de imprimación o curado. Para las mezclas bituminosas en caliente ya se exige un valor de 55 y en el caso de pavimentos de hormigón en zonas sometidas a heladas, el EA debe superar 80.

En el caso del hormigón estructural, el reciente “Código estructural” de 2021 indica que el EA no será inferior a 70 en el caso de hormigones usados en obras sometidas a la clase de exposición X0 o XC, mientras que será de 75 en el resto de los casos. No obstante, si las arenas proceden del machaqueo de rocas calizas o dolomías (rocas sedimentarias carbonáticas que contienen al menos un 70% de calcita, dolomita o de ambas) que no cumplan con el equivalente de arena, pueden aceptarse como válidas bajo determinadas condiciones usando el ensayo azul de metileno, según la norma UNE-EN 933-9.

Las decisiones que se toman con este ensayo son de gran calado. Podemos rechazar un material que sea el que tengamos a nuestra disposición, siendo inviable económicamente traer otro material alternativo. Por tanto, es procedente revisar la exactitud que tiene el ensayo.

En efecto, este ensayo debe tomarse como un control rápido que sustituya a un ensayo granulométrico, pues los resultados se encuentran muy influenciados por las características del fino presente (por ejemplo, si son limos o arcillas). Incluso si se trata de una arcilla, la composición mineralógica y su reacción al líquido floculante pueden influir en los resultados. No es lo mismo un fino calizo que otro silíceo, o una arcilla muy plástica o expansiva.

Por otra parte, si se realiza la agitación por parte de una persona que no siga escrupulosamente las instrucciones del ensayo, se pueden incrementar los errores. Por lo que se prefiere siempre una agitación mecánica normalizada.

Dicho esto, la recomendación es evidente. Cuando un material va sobrado en cuanto a su Equivalente de Arena, este ensayo rápido supone un control para evitar contaminación o problemas puntuales de calidad. Pero si estamos en una situación límite, lo que hay que hacer es buscar la correlación entre el Equivalente de Arena y el Ensayo Granulométrico para corregir las desviaciones que pudiesen haber. Siempre mandará el Ensayo Granulométrico en caso de duda.

En la Figura 2 se observa que, si bien hay cierta tendencia a que el menor contenido de finos tiende a presentar más altos de equivalente de arena, el coeficiente de determinación de dicha relación es bajo (el modelo explica algo menos del 25% de la variabilidad). No obstante, si el material tiene la misma procedencia, la variabilidad es mucho menor que en el caso de materiales diferentes. Sea como sea, no podemos rechazar directamente un material con un EA bajo sin tomar las precauciones debidas.

Figura 2. Valores de EA en función de la presencia de finos (ANEFA, 2018)

Os dejo a continuación un vídeo donde se explica el ensayo del Equivalente de Arena.

Referencias:

ANEFA (2018). Guía española de áridos reciclados procedentes de residuos de construcción y demolición (RCD), 292 pp.

Morilla, I. (2012). Interpretación de los ensayos geotécnicos en suelos. 627 pp., Madrid.

 

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I Jornadas de la gestión de las arenas en el litoral español

Próximamente se van a desarrollar dos sesiones de las I Jornadas de la gestión de las arenas en el litoral español. Se trata de un evento organizado por el Comité de Ingeniería y Gestión de la Costa de la Asociación Técnica de Puertos y Costas (ATPyC). A estas jornadas me han invitado para impartir una charla denominada “Valor económico de la costa: su peso en la economía española“, que tendrá lugar el 29 de abril de 2021, a las 10:45 horas.

Los interesados ​​pueden inscribirse a través de la web http://atpyc.com/eventos/i-jornadas-de-la-gestion-de-las-arenas-en-el-litoral-espanol/ . La inscripción es válida para las dos sesiones. La sesión se realizará a través de la plataforma Webex. Posteriormente la organización enviará el enlace de acceso a todos los inscritos.

Os dejo a continuación el programa completo:

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Densidad de los suelos granulares

De Gsrdzl –  CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=9651626

El grado de compactación de los suelos granulares no suele comprobarse con la habitual curva de compactación. Como estos suelos son relativamente permeables, incluso cuando están compactados, no se encuentran afectados de forma significativa por su contenido de agua durante el proceso de compactación. Ello explica que no esté bien definido el máximo de la curva de compactación en las gravas y arenas limpias. Con un esfuerzo de compactación dado, la densidad seca obtenida es alta cuando se encuentra totalmente seco y alta cuando está completamente saturado, dándose densidades algo más bajas con cantidades de agua intermedias. Ello se debe al fenómeno de apelmazamiento, donde pequeñas tensiones capilares en el suelo parcialmente saturado tiende a resistir el esfuerzo de compactación. Este apelmazamiento no se presenta en arenas secas y desaparece cuando la arena está saturada.

Para estos suelos, donde el concepto de curva de compactación no es aplicable, el criterio de compactación normalmente aplicado es el índice de densidad (ID) definido como:

donde

emax = índice de huecos del suelo en su estado más suelto.

e = índice de huecos del suelo ensayado.

emin = índice de huecos del suelo en su estado más denso.

Se puede juzgar si una arena se encuentra en estado denso o suelto en base a su índice de densidad:

Se puede definir como compactibilidad (F):

En un terreno granular bien graduado como SW o GW, emax-emin es elevado y emin es pequeño, luego F es grande. Estos suelos se compactan con facilidad. En suelos uniformes como ciertos tipos de SP y GP, emax-emin es pequeño y emin es grande, por tanto F es pequeño y el suelo es compactable con mayor dificultad.

Referencias:

YEPES, V. (2020). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia, 2ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 480 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-903-1.

YEPES, V. (2021). Procedimientos de construcción para la compactación y mejora del terreno. Colección Manual de Referencia, 1ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 426 pp. Ref. 428. ISBN: 978-84-9048-603-0.

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