¿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.

 

Licencia de Creative Commons
Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Neologismos técnicos: ¿Polvo mineral, filler o fíller?

Ya en un artículo anterior ponía en evidencia algunas incongruencias ortográficas que existen en castellano cuando se utilizan palabras técnicas. Así, usamos ensayo Proctor, sin tilde, pues a pesar de que la palabra Proctor es llana, por respeto al apellido al autor, se mantiene este sin modificarlo.

Algo parecido ocurre cuando usamos la palabra inglesa filler. Fíjese que la he escrito en cursiva por ser una palabra extranjera. Sin embargo, su uso es muy habitual en ingeniería, especialmente en carreteras. Si se quiere españolizar dicha palabra, debería escribirse como “fíller”, con tílde por ser llana terminada en “r”. Pero esta palabra no se encuentra en la Real Academia de la Lengua, y su uso de esta forma está sujeto a dudas. De hecho, consulté a mi amigo Miguel Ángel del Val, catedrático de ingeniería de carreteras de la Universidad Politécnica de Madrid, sobre este tema. Me comentó que él empezó usando la palabra en cursiva, posteriormente se apuntó al sintagma nominal “polvo mineral” y, por último, decidió utilizar la palabra españolizada con su tilde correspondiente: fíller y fílleres.

El motivo es razonable. El sintagma “polvo mineral”, lo podemos ver, por ejemplo, en el artículo 542 sobre mezclas bituminosas en caliente tipo hormigón bituminoso, del PG-3. Fue una apuesta apropiada en lengua española y muy correcta (por cierto, iniciativa del profesor Sandro Rocci en los años 90). El problema es que esta expresión no se usa en Latinoamérica, y por tanto, parece apropiada la españolización total de la palabra, tal y como propone el profesor Miguel Ángel del Val. Por cierto, su postura con ésta y otras palabras se puede ver en el siguiente enlace: https://nosolocarreteras.blogspot.com/2014/10/algunas-palabras-o-acepciones-usadas-en_22.html

Hay una Real Academia de Ingeniería y una Real Academia de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales que tiene una comisión lingüística y publica un diccionario de términos científicos y técnicos. Parece evidente que hay hueco para llegar a acuerdos respecto a neologismos técnicos. No obstante, y en eso coincido con Miguel Ángel, es preferible, en la medida de lo posible, utilizar términos técnicos propios y tradicionales, evitando al máximo los anglicismos.

Resumiendo, a partir de ahora me sumo a la propuesta de Miguel Ángel y utilizaré siempre fíller y fílleres, aunque intentaré que también se use en Latinoamérica la denominación “polvo mineral”.

Materiales que se pueden emplear en un terraplén

Figura 1. Terraplén de acceso a paso superior

Las dos condiciones esenciales que tiene que cumplir un suelo para que sea utilizable son:

  • Que sea posible su puesta en obra en las debidas condiciones.
  • Que la obra sea estable y las deformaciones que se produzcan durante su vida resulten tolerables.

Estas dos condiciones dependen, por un lado, de las características intrínsecas del material y por otro, del estado natural en que se encuentre, influido primordialmente por su contenido de humedad.

Los materiales a utilizar en un terraplén son aquellos fáciles de apisonar y que una vez compactados son resistentes a la deformación y poco sensibles a los cambios de humedad o a las heladas.

En España, el Pliego de Prescripciones Técnicas Generales establece, en su artículo 330 “Terraplenes”, distintos tipos de suelos, en función de su granulometría, plasticidad, capacidad de soporte o resistencia a la deformación, posibilidad de entumecimiento, densidad máxima Proctor y contenidos de materia orgánica. Se dividen en suelos intolerables, tolerables, adecuados y seleccionados.

El Pliego distingue en los terraplenes cuatro zonas: cimiento, núcleo, espaldón y coronación. El cimiento lo define “la parte inferior de un terraplén en contacto con la superficie de apoyo, siendo su espesor mínimo de un metro” y la coronación sería la “la parte superior del relleno tipo terraplén, sobre la que se apoya el firme, con un espesor mínimo de dos tongadas y siempre mayor de cincuenta centímetros“. El espaldón es “la parte exterior de relleno tipo terraplén que, ocasionalmente, formará parte de los taludes del mismo. No se considerarán parte del espaldón los revestimientos tipo vegetal, encachados, protecciones antierosión, etc.” El núcleo es la “parte del terraplén comprendida entre el cimiento y la coronación“. Se nombra explanada al nivel del asiento del firme.

Figura 2. Zonificación bajo la explanada de una carretera

Sin embargo, hay que matizar al respecto que, una vez eliminada la cobertura vegetal, puede existir una zona, en contacto con el firme -que es la parte superior del terraplén, y por tanto debería ser coronación-, pese a “estar por debajo de la superficie original del terreno“, y en segundo lugar, que si hay que hacer excavación adicional por presencia de material inadecuado, se ejecuta un “cajeado de desmonte“, que es una unidad de obra que debe cumplir especificaciones distintas a las exigidas al cimiento, por lo que deberemos diferenciarla. Por tanto, se propone definir el cimiento como “aquella parte del terraplén por debajo de la superficie original del terreno, que no corresponde a coronación ni a cajeado de desmonte“.

Los suelos inadecuados no cumplen las condiciones mínimas exigidas a los tolerables, y no pueden usarse en ninguna zona del terraplén. En núcleos y cimientos pueden emplearse los tolerables, adecuados o seleccionados. Los núcleos sujetos a inundación se formarán solo con suelos granulares (adecuados o seleccionados). En coronación deberán usarse suelos adecuados o seleccionados, aunque se pueden admitir los tolerables mejorados o estabilizados con cemento o cal.

Figura 3. Uso de suelos en función de la zonificación del terraplén, según PG-3

A efectos del artículo 330 del PG-3, los rellenos tipo terraplén estarán constituidos por materiales que cumplan alguna de las dos condiciones granulométricas siguientes:

  • Cernido, o material que pasa por el tamiz de 20 mm mayor del 70%
  • Cernido por el tamiz 0,080 mm mayor o igual al 35%

Se considerarán como suelos seleccionados aquellos que cumplen las siguientes condiciones:

  • Contenido en materia orgánica inferior al cero con dos por ciento (MO < 0,2%), según UNE 103204.
  • Contenido en sales solubles en agua, incluido el yeso, inferior al cero con dos por ciento (SS < 0,2%), según NLT 114.
  • Tamaño máximo no superior a cien milímetros (Dmax # 100 mm).
  • Cernido por el tamiz 0,40 UNE menor o igual que el quince por ciento (# 0,40 # 15%) o que en caso contrario cumpla todas y cada una de las condiciones siguientes:
    • Cernido por el tamiz 2 UNE, menor del ochenta por ciento (# 2 < 80%).
    • Cernido por el tamiz 0,40 UNE, menor del setenta y cinco por ciento (# 0,40 < 75%).
    • Cernido por el tamiz 0,080 UNE inferior al veinticinco por ciento (# 0,080 < 25%).
    • Límite líquido menor de treinta (LL < 30), según UNE 103103.
    • Índice de plasticidad menor de diez (IP < 10), según UNE 103103 y UNE 103104.

Se considerarán como suelos adecuados los que no pudiendo ser clasificados como suelos seleccionados cumplan las condiciones siguientes:

  • Contenido en materia orgánica inferior al uno por ciento (MO < 1%), según UNE 103204.
  • Contenido en sales solubles, incluido el yeso, inferior al cero con dos por ciento (SS < 0,2%), según NLT 114.
  • Tamaño máximo no superior a cien milímetros (Dmax ≤ 100 mm).
  • Cernido por el tamiz 2 UNE, menor del ochenta por ciento (# 2 < 80%).
  • Cernido por el tamiz 0,080 UNE inferior al treinta y cinco por ciento (# 0,080 < 35%).
  • Límite líquido inferior a cuarenta (LL < 40), según UNE 103103.
  • Si el límite líquido es superior a treinta (LL > 30) el índice de plasticidad será superior a cuatro (IP > 4), según UNE 103103 y UNE 103104.

Se considerarán como suelos tolerables los que no pudiendo ser clasificados como suelos seleccionados ni adecuados, cumplen las condiciones siguientes:

  • Contenido en materia orgánica inferior al dos por ciento (MO < 2%), según UNE 103204.
  • Contenido en yeso inferior al cinco por ciento (yeso < 5%), según NLT 115.
  • Contenido en otras sales solubles distintas del yeso inferior al uno por ciento (SS < 1%), según NLT 114.
  • Límite líquido inferior a sesenta y cinco (LL < 65), según UNE 103103.
  • Si el límite líquido es superior a cuarenta (LL > 40) el índice de plasticidad será mayor del setenta y tres por ciento del valor que resulta de restar veinte al límite líquido (IP > 0,73 (LL-20)).
  • Asiento en ensayo de colapso inferior al uno por ciento (1%), según NLT 254, para muestra remoldeada según el ensayo Proctor normal UNE 103500, y presión de ensayo de dos décimas de megapascal (0,2 MPa).
  • Hinchamiento libre según UNE 103601 inferior al tres por ciento (3%), para muestra remoldeada según el ensayo Proctor normal UNE 103500.

Se considerarán como suelos marginales los que no pudiendo ser clasificados como suelos seleccionados, ni adecuados, ni tampoco como suelos tolerables, por el incumplimiento de alguna de las condiciones indicadas para éstos, cumplan las siguientes condiciones:

  • Contenido en materia orgánica inferior al cinco por ciento (MO < 5%), según UNE 103204.
  • Hinchamiento libre según UNE 103601 inferior al cinco por ciento (5%), para muestra remoldeada según el ensayo Proctor normal UNE 103500.
  • Si el límite líquido es superior a noventa (LL > 90) el índice de plasticidad será inferior al setenta y tres por ciento del valor que resulta de restar veinte al límite líquido (IP < 0,73 (LL-20)).

Se considerarán suelos inadecuados:

  • Los que no se puedan incluir en las categorías anteriores.
  • Las turbas y otros suelos que contengan materiales perecederos u orgánicos tales como tocones, ramas, etc.
  • Los que puedan resultar insalubres para las actividades que sobre los mismos se desarrollen.

Referencias:

ABECASIS, J. y ROCCI, S. (1987). Sistematización de los medios de compactación y su control. Vol. 19 Tecnología carreteras MOPU. Ed. Secretaría General Técnica MOPU. Madrid, diciembre.

ROJO, J. (1988): Teoría y práctica de la compactación. (I) Suelos. Ed. Dynapac. Impresión Sanmartín. Madrid.

YEPES, V. (1997). Equipos de movimiento de tierras y compactación. Problemas resueltos. Colección Libro Docente nº 97.439. Ed. Universitat Politècnica de València. 253 pág. Depósito Legal: V-4598-1997. ISBN: 84-7721-551-0.

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.

Licencia de Creative Commons
Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.