Artículo de Hannan Peñalver, ingeniera geóloga.
PEQUEÑO MANUAL DE ENSAYOS DE LABORATORIO PARA CIMENTACIONES ENFOCADO AL CTE
El presente documento constituye un manual orientativo sobre ensayos de laboratorio aplicados a la caracterización geotécnica de cimentaciones, siguiendo las especificaciones del Código Técnico de la Edificación (CTE DB-SE-C). Para cada una de las pruebas descritas, el manual detalla la normativa UNE aplicable, el objeto de la prueba, los parámetros obtenidos, el tipo y tamaño de muestra requeridos, la profundidad de aplicación recomendada y su encaje técnico dentro del Anejo C del CTE DB-SE-C.
1. Ensayos sobre suelo
1.1 Clasificación: granulometría y límites de Atterberg
Ensayos índice previos a cualquier caracterización mecánica. Permiten clasificar el suelo (SUCS) y anticipar su comportamiento, aunque no dan directamente parámetros resistentes.
| Normativa | UNE 103101:1995 (tamizado); UNE 103102:1995 (sedimentación); UNE 103103:1994 (límite líquido); UNE 103104:1993 (límite plástico) |
| Objeto | Determinar la distribución de tamaños de partícula y la plasticidad del suelo |
| Parámetros obtenidos | Curva granulométrica, % de finos, coeficientes Cu y Cc, límite líquido (LL), límite plástico (LP), índice de plasticidad (IP) |
| Tamaño de muestra | Muestra alterada, 0,5–2 kg según el tamaño máximo de partícula |
| Profundidad recomendada | Sin restricción: se ensaya en todas las muestras representativas del sondeo, a cualquier cota |
| CTE DB-SE-C | Anejo C: ensayo de identificación exigido en todo estudio geotécnico, cualquiera que sea el grupo de terreno o el tipo de construcción |
1.2 Corte directo
Rotura forzada de la probeta por un plano horizontal predefinido, aplicando una carga normal constante y desplazando la mitad superior de la caja de corte.
| Normativa | UNE 103401:1998 (equivalente ASTM D3080) |
| Objeto | Obtener la resistencia al corte en tensiones efectivas mediante rotura por un plano impuesto |
| Parámetros obtenidos | Cohesión (c’) y ángulo de rozamiento interno (φ’); resistencia residual con corte múltiple |
| Tamaño de muestra | Probeta cuadrada o circular, 60×60 mm o 100×100 mm en planta, altura 20–25 mm; muestra inalterada tallada de tubo Shelby o bloque |
| Profundidad recomendada | Poco profunda: representativo del terreno bajo cimentaciones superficiales (zapatas, losas); no reproduce el confinamiento real a gran profundidad |
| CTE DB-SE-C | Anejo C: parámetro resistente (c’, φ’) para el cálculo de la capacidad portante de cimentaciones directas en estado límite último |
1.3 Compresión triaxial
Aplica una presión de confinamiento (σ₃) sobre una probeta cilíndrica envuelta en membrana y la lleva a rotura por carga axial, controlando el drenaje.
| Normativa | UNE 103402:1998. Variantes: UU (no consolidado-no drenado), CU (consolidado-no drenado con presión de poros) y CD (consolidado-drenado) |
| Objeto | Reproducir el estado tensional tridimensional real del terreno, más representativo que el corte directo |
| Parámetros obtenidos | c y φ (en tensiones totales o efectivas), presión de poros, módulo de deformación, trayectoria de tensiones |
| Tamaño de muestra | Probeta cilíndrica inalterada, relación altura/diámetro H = 2D; diámetros habituales 38, 50, 70 o 100 mm |
| Profundidad recomendada | Más profundo: recomendable para cimentaciones profundas (pilotes), rellenos de entidad o cuando interesa reproducir el confinamiento real in situ |
| CTE DB-SE-C | Anejo C: ensayo preferente en terrenos T-2/T-3 y en el cálculo de cimentaciones profundas (resistencia por fuste y por punta) |
1.4 Edómetro (consolidación unidimensional)
Carga escalonada de una probeta confinada lateralmente por un anillo rígido, midiendo la deformación vertical en el tiempo bajo cada escalón de carga.
| Normativa | UNE 103405:1994 (equivalente ASTM D2435) |
| Objeto | Estudiar la deformabilidad del suelo bajo carga confinada, simulando el asiento de una capa compresible |
| Parámetros obtenidos | Índice de compresión (Cc), índice de recompresión (Cr), coeficiente de consolidación (cv), presión de preconsolidación (σ’p), coeficiente de compresibilidad (mv) |
| Tamaño de muestra | Anillo metálico rígido, diámetro habitual 70–75 mm (o 50 mm), altura ≈ 20 mm; muestra inalterada |
| Profundidad recomendada | Según el estrato compresible: poco profundo bajo zapatas, o más profundo si el asiento diferido procede de arcillas o limos blandos bajo pilotes o rellenos |
| CTE DB-SE-C | Anejo C: ensayo de referencia para el cálculo de asientos en estado límite de servicio, obligatorio ante estratos compresibles |
1.5 Hinchamiento libre
Muestra inalterada colocada en anillo edométrico bajo carga nominal mínima (1–7 kPa) y saturada, midiendo la deformación vertical de expansión.
| Normativa | UNE 103601:1996 |
| Objeto | Cuantificar la deformación vertical al saturarse un suelo arcilloso bajo carga prácticamente nula |
| Parámetros obtenidos | Porcentaje de hinchamiento libre (deformación vertical, %) |
| Tamaño de muestra | Anillo edométrico, igual que en el ensayo de consolidación; muestra inalterada |
| Profundidad recomendada | Poca profundidad: la zona activa (primeros 2–4 m), donde las variaciones estacionales de humedad son más intensas |
| CTE DB-SE-C | Anejo C: exigido cuando el estudio geotécnico detecta arcillas potencialmente expansivas (terreno T-3), previo al diseño de la cimentación |
1.6 Presión de hinchamiento
Tras saturar la muestra impidiendo su deformación (o dejándola hinchar libremente y luego recargando), se determina la presión vertical que anula el hinchamiento.
| Normativa | UNE 103602:1996 |
| Objeto | Determinar la presión necesaria para anular la expansión de un suelo expansivo al saturarse |
| Parámetros obtenidos | Presión de hinchamiento (kPa) y curva presión–deformación |
| Tamaño de muestra | Anillo edométrico; muestra inalterada |
| Profundidad recomendada | Poca profundidad, coincidente con la zona activa; determinante en el diseño de soleras y cimentaciones superficiales sobre arcillas expansivas |
| CTE DB-SE-C | Anejo C: complementa al hinchamiento libre para dimensionar la presión de contacto mínima que evite el levantamiento de la cimentación |
1.7 Expansividad (método Lambe)
Ensayo índice rápido: la muestra se compacta en molde estándar y se mide la presión que desarrolla un pistón calibrado al saturarse, sin necesidad de tallar una probeta inalterada.
| Normativa | UNE 103600:1996 |
| Objeto | Clasificar de forma rápida el potencial expansivo del suelo (bajo, medio, alto, muy alto) |
| Parámetros obtenidos | Índice de expansividad Lambe (kPa) |
| Tamaño de muestra | Muestra remoldeada, compactada en molde estándar de laboratorio |
| Profundidad recomendada | Ensayo de reconocimiento previo en la zona activa superficial; se complementa con hinchamiento libre y presión de hinchamiento sobre muestra inalterada cuando el resultado es relevante |
| CTE DB-SE-C | Anejo C: ensayo de cribado citado junto a los anteriores para decidir si procede un estudio detallado de expansividad |
1.8 Colapso
La probeta, en su humedad natural (baja), se carga en el edómetro y después se inunda bajo carga constante, midiendo la deformación brusca por pérdida de succión.
| Normativa | UNE 103406:2006 |
| Objeto | Detectar suelos con estructura metaestable (limos eólicos, arenas arcillosas poco saturadas) que colapsan al saturarse bajo carga |
| Parámetros obtenidos | Potencial de colapso (%) y presión crítica de colapso |
| Tamaño de muestra | Anillo edométrico; muestra inalterada conservando la humedad natural |
| Profundidad recomendada | Poca a media profundidad, en los depósitos eólicos o coluviales colapsables habituales en los primeros metros |
| CTE DB-SE-C | Anejo C: exigido en terrenos T-3 con indicios de colapsabilidad, condicionante para admitir humedades futuras bajo la cimentación |
1.9 Próctor y CBR
El Próctor busca la humedad óptima de compactación; el CBR mide la resistencia a punzonamiento de una probeta compactada, generalmente tras 4 días de inmersión.
| Normativa | Próctor normal UNE 103500:1994; Próctor modificado UNE 103501:1994; CBR UNE 103502:1995 |
| Objeto | Definir la compactación de referencia (Próctor) y evaluar la capacidad portante del suelo compactado (CBR) |
| Parámetros obtenidos | Humedad óptima, densidad seca máxima; índice CBR (%), hinchamiento en inmersión |
| Tamaño de muestra | Muestra remoldeada, 25–30 kg para la familia Próctor; molde CBR de 152 mm de diámetro y 127 mm de altura, compactado en tres tongadas |
| Profundidad recomendada | Poca profundidad: explanadas, firmes y el relleno de apoyo de soleras y losas; no aplica a suelos naturales profundos |
| CTE DB-SE-C | No exigido por el DB-SE-C para cimentaciones sobre terreno natural; relevante para el relleno de apoyo de soleras y para firmes, regulado en otra normativa (PG-3) |
1.10 Resistencia a compresión simple en suelo
Compresión axial sin confinamiento lateral hasta rotura, aplicable únicamente a suelos cohesivos saturados que se mantienen en pie sin soporte.
| Normativa | UNE 103400:1993 (equivalente ASTM D2166) |
| Objeto | Obtener de forma rápida la resistencia al corte sin drenaje (cu) de arcillas y limos cohesivos |
| Parámetros obtenidos | Resistencia a compresión simple (qu) y resistencia al corte sin drenaje cu = qu/2; módulo de deformación E50 |
| Tamaño de muestra | Probeta cilíndrica inalterada, relación altura/diámetro 2:1, diámetro habitual 35–50 mm |
| Profundidad recomendada | Cualquier profundidad con suelo cohesivo saturado; alternativa rápida al triaxial UU cuando no se requiere presión de confinamiento |
| CTE DB-SE-C | Anejo C: admitido como estimación directa de cu en el cálculo de capacidad portante en condiciones sin drenaje |
2. Ensayos sobre roca
2.1 Resistencia a compresión simple (UCS)
Compresión axial de un testigo de roca sin confinamiento lateral hasta rotura, con caras refrentadas y paralelas.
| Normativa | UNE 22950-1:1990 (equivalente ASTM D7012 y sugerencias ISRM) |
| Objeto | Determinar la resistencia de la matriz rocosa, utilizada en clasificaciones geomecánicas (RMR, GSI) y en el diseño de cimentaciones y excavaciones en roca |
| Parámetros obtenidos | Resistencia a compresión simple σc (MPa); módulo de elasticidad E y coeficiente de Poisson si se instrumenta con extensómetros |
| Tamaño de muestra | Testigo cilíndrico de sondeo, relación longitud/diámetro entre 2 y 2,5; diámetro mínimo recomendado 54 mm (calibre NX) |
| Profundidad recomendada | En función del nivel de apoyo previsto: conviene ensayar tanto la roca superficial, a menudo alterada, como tramos más sanos en profundidad, para conocer la variación de resistencia con la meteorización |
| CTE DB-SE-C | Anejo C: parámetro base para la presión admisible en cimentaciones sobre roca, junto con el grado de fracturación del macizo |
2.2 Ensayo de carga puntual (Point Load, Franklin)
Rotura de un testigo o fragmento irregular de roca entre dos puntas cónicas, en dirección diametral o axial.
| Normativa | UNE 22950-5:1996 (equivalente ASTM D5731 y sugerencias ISRM) |
| Objeto | Estimar de forma rápida y económica la resistencia a compresión simple a partir de testigos o fragmentos, sin necesidad de tallar probetas regulares |
| Parámetros obtenidos | Índice de carga puntual Is(50), resistencia a compresión simple estimada σc ≈ K·Is(50), con K entre 20 y 24 según litología |
| Tamaño de muestra | Testigos de sondeo o fragmentos irregulares, diámetro mínimo 50 mm |
| Profundidad recomendada | Cualquier profundidad; permite caracterizar de forma continua todo un sondeo en roca, complementando los puntos concretos ensayados a compresión simple |
| CTE DB-SE-C | Anejo C: ensayo orientativo admitido cuando no es posible tallar probetas regulares, con menor precisión que el UCS |
3. Ensayo complementario in situ
3.1 Ensayo de carga con placa (PLT)
Carga escalonada de una placa rígida apoyada en el fondo de una cata o pozo, midiendo el asiento correspondiente a cada escalón. No es un ensayo de laboratorio, pero se solicita junto con los anteriores para contrastar el comportamiento real del terreno.
| Normativa | UNE 103808:2006; NLT-357/98 para firmes de carretera; referencia internacional ASTM D1194/D1195 |
| Objeto | Obtener el módulo de deformación del terreno en verdadera magnitud, cargando directamente sobre el plano de apoyo previsto |
| Parámetros obtenidos | Módulo de deformación Ev (o E1/E2 en ciclo de carga-descarga), coeficiente de balasto k |
| Tamaño de muestra | No aplica (ensayo in situ); placas circulares habituales de 300, 600 o 762 mm de diámetro |
| Profundidad recomendada | En el fondo de catas o pozos, a la cota prevista de apoyo (0,5–3 m); el bulbo de tensiones inducido es proporcional al diámetro de la placa, por lo que solo caracteriza una franja somera bajo esta, no estratos profundos |
| CTE DB-SE-C | Anejo C: ensayo de contraste in situ del módulo de deformación, especialmente útil en cimentaciones directas someras y en explanadas de apoyo de soleras |
En la práctica, el estudio geotécnico exigido por el DB-SE-C combina ensayos índice (clasificación) sobre toda la columna del sondeo con ensayos mecánicos (corte directo, triaxial, edómetro) sobre las muestras inalteradas de los estratos que van a soportar carga, y ensayos específicos (hinchamiento, colapso, CBR) cuando el grupo de terreno o el tipo de cimentación.
