Este glosario recopila los términos más relevantes en ensayos de laboratorio de mecánica de suelos, abarcando desde la clasificación de suelos hasta pruebas de resistencia y permeabilidad. Está dirigido a ingenieros geotécnicos, estudiantes y profesionales del área que buscan referencias rápidas y precisas sobre normativas ASTM (D1586, D2487, D4318, D698, D1557, etc.) y NCh (1517, 3171, etc.). Cada definición incluye la norma aplicable, el procedimiento básico y las correlaciones o aplicaciones típicas, facilitando la interpretación de resultados y la toma de decisiones en proyectos de ingeniería civil y geotecnia.
Ensayos de Penetración y Resistencia In-Situ
- SPT - Standard Penetration Test (ASTM D1586)
- Ensayo de penetración estándar que mide la resistencia del suelo a la penetración de un muestreador partido. Se registra el número de golpes N para hincar el muestreador 30 cm. Se utiliza para estimar la densidad relativa de arenas, la consistencia de arcillas y correlacionar con parámetros como el ángulo de fricción, módulo de elasticidad y capacidad de carga. Norma ASTM D1586 y NCh 1508.
- CPT - Cone Penetration Test (ASTM D5778)
- Ensayo de penetración de cono que mide la resistencia en la punta (qc) y la fricción lateral (fs) mediante un cono instrumentado. Proporciona perfiles continuos de suelo y permite clasificar suelos según el índice de comportamiento (IC). Se usa para evaluar la capacidad de carga de pilotes, licuefacción y asentamientos.
- DPSH - Dynamic Penetration Super Heavy (NCh 3171)
- Ensayo de penetración dinámica con martillo de 63.5 kg y caída de 75 cm, registrando el número de golpes por cada 10 cm de penetración (Nd). Se utiliza para estimar la compacidad de suelos granulares y la resistencia de suelos cohesivos. Correlaciona con el ángulo de fricción y el módulo de deformación.
- qadm - Capacidad de carga admisible
- Presión máxima que puede transmitirse al terreno sin exceder los estados límite de servicio o rotura. Se obtiene a partir de ensayos de laboratorio (corte directo, triaxial) o in-situ (SPT, CPT), aplicando factores de seguridad. Es fundamental para el diseño de cimentaciones superficiales y profundas.
- qult - Capacidad de carga última
- Presión máxima que produce la falla por corte del suelo bajo una cimentación. Se calcula mediante fórmulas de Terzaghi, Meyerhof o Hansen, usando parámetros de resistencia (c, φ) obtenidos de ensayos de laboratorio. Es la base para determinar la capacidad admisible dividiendo por un factor de seguridad.
- Vs30 - Velocidad de onda de corte promedio en los primeros 30 m
- Parámetro sísmico que representa la velocidad de propagación de ondas S en los primeros 30 m de suelo. Se obtiene mediante ensayos geofísicos (MASW, ReMi) o correlaciones con SPT. Se usa en la clasificación de sitios según NCh433 y para evaluar la amplificación sísmica.
Clasificación de Suelos
- Granulometría por tamizado (ASTM D422, NCh 1517)
- Ensayo que determina la distribución del tamaño de partículas de un suelo mediante tamices de abertura decreciente. Se expresa en curva granulométrica, obteniendo porcentajes de grava, arena, finos. Se usa para clasificar suelos según USCS y AASHTO, y para diseño de filtros y mezclas.
- Hidrómetro (ASTM D7928)
- Ensayo para determinar la distribución de partículas finas (<0.075 mm) mediante sedimentación en agua. Se basa en la ley de Stokes, midiendo la densidad de la suspensión con un hidrómetro. Es complementario al tamizado para suelos con alto contenido de limos y arcillas.
- Límite Líquido (LL) - Casagrande (ASTM D4318, NCh 1517)
- Contenido de humedad en el cual el suelo cambia de estado plástico a líquido. Se determina con la copa de Casagrande contando el número de golpes para cerrar una ranura. Es fundamental para clasificar suelos finos y estimar su comportamiento mecánico.
- Límite Plástico (LP) (ASTM D4318, NCh 1517)
- Contenido de humedad en el cual el suelo cambia de estado semisólido a plástico. Se determina enrollando el suelo en cilindros de 3 mm de diámetro hasta que se agrieta. Junto con el LL, define el índice de plasticidad (IP).
- Índice de Plasticidad (IP) (ASTM D4318)
- Diferencia entre el límite líquido y el límite plástico (IP = LL - LP). Representa el rango de humedad en que el suelo se comporta plásticamente. Es clave en la clasificación USCS y para evaluar la expansividad y compressibilidad de arcillas.
- Clasificación USCS (ASTM D2487)
- Sistema Unificado de Clasificación de Suelos que agrupa suelos en función de su granulometría y plasticidad. Utiliza símbolos como GW, SP, CL, CH, etc. Es ampliamente usado en geotecnia para correlacionar propiedades ingenieriles y seleccionar ensayos.
- Clasificación AASHTO (ASTM D3282)
- Sistema de clasificación de suelos para carreteras, basado en granulometría y límites de Atterberg. Agrupa suelos en grupos A-1 a A-7, con subgrupos. Se usa para evaluar la calidad de subrasante y diseño de pavimentos.
Ensayos de Compactación
- Proctor Estándar (ASTM D698, NCh 1534)
- Ensayo de compactación que determina la relación entre el contenido de humedad y la densidad seca de un suelo bajo una energía de compactación específica (3 capas, 25 golpes por capa con martillo de 2.5 kg). Se obtiene la densidad máxima seca y la humedad óptima para control de compactación en terreno.
- Proctor Modificado (ASTM D1557, NCh 1534)
- Ensayo de compactación con mayor energía que el Proctor estándar (5 capas, 25 golpes por capa con martillo de 4.5 kg). Representa condiciones de compactación más intensas, típicas de rellenos de ingeniería. Se usa para especificaciones de terraplenes y bases.
- CBR - California Bearing Ratio (ASTM D1883, NCh 1852)
- Ensayo que mide la resistencia al punzonamiento de un suelo compactado, expresada como porcentaje respecto a una muestra patrón de piedra triturada. Se realiza sobre muestras compactadas a la humedad óptima y sumergidas. Es fundamental para diseño de pavimentos flexibles.
- Densidad máxima seca (γdmax)
- Máxima densidad seca alcanzable por un suelo bajo una energía de compactación dada, obtenida del ensayo Proctor. Es un parámetro de control en obras de tierra, indicando el grado de compactación requerido (generalmente ≥95% del Proctor).
- Humedad óptima (wopt)
- Contenido de humedad al cual se obtiene la densidad máxima seca en el ensayo Proctor. Es crítico para la compactación eficiente; desviaciones reducen la densidad y aumentan la compressibilidad y permeabilidad.
Ensayos de Resistencia al Corte
- Corte Directo (ASTM D3080, NCh 1517)
- Ensayo que mide la resistencia al corte de un suelo bajo condiciones de drenaje controladas (CD, CU). Se aplica una carga normal y una fuerza horizontal, registrando el esfuerzo cortante máximo. Se obtienen los parámetros de cohesión (c) y ángulo de fricción (φ).
- Triaxial UU - No Consolidado No Drenado (ASTM D2850)
- Ensayo triaxial en el que no se permite el drenaje durante la consolidación ni durante el corte. Se aplica presión de confinamiento y luego carga axial rápida. Determina la resistencia al corte no drenada (Su) en suelos cohesivos saturados.
- Triaxial CU - Consolidado No Drenado (ASTM D4767)
- Ensayo triaxial donde la muestra se consolida bajo presión de confinamiento con drenaje, y luego se corta sin drenaje, midiendo presiones de poro. Permite obtener parámetros efectivos (c', φ') y totales (c, φ). Es representativo de condiciones de carga rápida en suelos drenados.
- Triaxial CD - Consolidado Drenado (ASTM D7181)
- Ensayo triaxial con drenaje durante todo el proceso (consolidación y corte). Se aplica carga axial lentamente para disipar presiones de poro. Obtiene parámetros efectivos de resistencia (c', φ') para condiciones de carga lenta o drenadas.
- Mohr-Coulomb (c, φ)
- Criterio de falla lineal que relaciona el esfuerzo cortante (τ) con el esfuerzo normal (σ) mediante τ = c + σ tan φ. Los parámetros c (cohesión) y φ (ángulo de fricción) se obtienen de ensayos de corte directo o triaxial. Es fundamental para análisis de estabilidad de taludes y capacidad de carga.
- Resistencia al corte no drenada (Su)
- Resistencia al corte de un suelo cohesivo saturado bajo condiciones no drenadas. Se obtiene de ensayos triaxial UU o de compresión simple. Se usa para estimar la capacidad de carga de arcillas y el análisis de estabilidad a corto plazo.
Ensayos de Deformación y Consolidación
- Edómetro - Consolidación unidimensional (ASTM D2435, NCh 1517)
- Ensayo que mide la deformación vertical de una muestra de suelo bajo cargas incrementales en condiciones de drenaje lateral nulo. Se obtienen la relación de vacíos inicial (e0), el coeficiente de compressibilidad (Cc), el coeficiente de consolidación (Cv) y la presión de preconsolidación (σ'p). Esencial para estimar asentamientos.
- Coeficiente de compressibilidad (Cc)
- Pendiente de la curva de compresión (e vs log σ') en el rango de carga virgen. Indica la compressibilidad del suelo: a mayor Cc, mayores asentamientos. Se usa para calcular asentamientos por consolidación primaria en arcillas.
- Coeficiente de consolidación (Cv)
- Parámetro que describe la velocidad de disipación de presiones de poro durante la consolidación. Se obtiene del ensayo edométrico mediante el método de Casagrande o Taylor. Se usa para estimar el tiempo de asentamiento.
- Presión de preconsolidación (σ'p)
- Máxima presión efectiva que ha soportado el suelo en su historia geológica. Se determina del ensayo edométrico (método de Casagrande). Diferencia entre suelos normalmente consolidados y sobreconsolidados, afectando asentamientos y resistencia.
- Relación de vacíos inicial (e0)
- Relación entre el volumen de vacíos y el volumen de sólidos en una muestra de suelo en su estado natural. Se calcula a partir de la densidad seca y la gravedad específica. Es un parámetro básico para evaluar compressibilidad y permeabilidad.
- Permeabilidad (k) - Ensayo de carga constante/variable (ASTM D2434, NCh 1517)
- Ensayo que mide la conductividad hidráulica del suelo. Para suelos granulares se usa carga constante; para finos, carga variable. La permeabilidad es clave para análisis de drenaje, flujo en presas y consolidación.
Ensayos de Densidad In-Situ
- Densidad in-situ - Cono de arena (ASTM D1556, NCh 1517)
- Método para determinar la densidad seca de un suelo en terreno. Se excava un agujero, se extrae el suelo, se pesa y se llena con arena calibrada de densidad conocida. Se usa para control de compactación en terraplenes y rellenos.
- Densímetro nuclear (ASTM D6938)
- Equipo que mide la densidad y humedad del suelo in-situ mediante radiación gamma y neutrones. Proporciona resultados rápidos y no destructivos. Se usa ampliamente en control de compactación de capas de pavimento y rellenos.
- Grado de compactación (GC)
- Relación porcentual entre la densidad seca in-situ y la densidad máxima seca del Proctor (GC = γd_campo / γd_max * 100). Es el parámetro de control en obras de tierra; típicamente se exige ≥95% para terraplenes.
Otros Ensayos y Parámetros
- Gravedad específica de sólidos (Gs) (ASTM D854)
- Relación entre la densidad de las partículas sólidas del suelo y la densidad del agua a 4°C. Se determina con picnómetro. Es necesaria para calcular relaciones de vacíos, porosidad y grado de saturación.
- Contenido de humedad (w) (ASTM D2216)
- Relación entre el peso de agua y el peso de sólidos en una muestra de suelo, expresada en porcentaje. Se determina por secado en horno a 105°C. Es un parámetro básico para todos los ensayos de laboratorio.
- Límite de contracción (LS) (ASTM D427)
- Contenido de humedad en el cual el suelo deja de contraerse al secarse. Se determina mediante el método de la contracción lineal. Es útil para evaluar la expansividad de arcillas.
- Expansión libre (ASTM D4546)
- Ensayo que mide el potencial de expansión de un suelo cuando se satura sin carga. Se expresa como porcentaje de expansión. Es importante para cimentaciones en suelos expansivos.
- Compresión simple (ASTM D2166)
- Ensayo que mide la resistencia a la compresión no confinada de un suelo cohesivo. Se aplica carga axial a una probeta cilíndrica sin confinamiento lateral. Se obtiene la resistencia a la compresión simple (qu) y la resistencia al corte no drenada (Su = qu/2).
- Módulo de elasticidad (E)
- Relación entre esfuerzo y deformación elástica del suelo. Se obtiene de ensayos triaxiales con ciclos de carga-descarga o de correlaciones con SPT. Se usa para cálculos de asentamientos elásticos.
- Coeficiente de Poisson (ν)
- Relación entre la deformación lateral y axial en un material sometido a esfuerzo axial. Para suelos típicamente varía entre 0.2 y 0.5. Se usa en análisis de deformaciones y capacidad de carga.
- Módulo de reacción de la subrasante (k) (ASTM D1196)
- Parámetro que relaciona la presión aplicada sobre una placa rígida y el asentamiento. Se obtiene del ensayo de placa de carga. Es fundamental para el diseño de pavimentos rígidos.
- Ensayo de placa de carga (ASTM D1196)
- Ensayo in-situ que aplica carga sobre una placa rígida y mide los asentamientos. Determina el módulo de reacción (k) y la capacidad de carga del suelo. Se usa en diseño de pavimentos y cimentaciones.
- Ensayo de carga variable (permeabilidad) (ASTM D5084)
- Método para medir la permeabilidad de suelos finos en laboratorio. Se aplica una diferencia de carga hidráulica variable y se mide el flujo. Se usa para determinar el coeficiente de permeabilidad (k) en arcillas y limos.
- Ensayo de carga constante (permeabilidad) (ASTM D2434)
- Método para medir la permeabilidad de suelos granulares en laboratorio. Se mantiene una carga hidráulica constante y se mide el caudal. Se usa para determinar k en arenas y gravas.
- Análisis granulométrico combinado (tamizado + hidrómetro)
- Procedimiento que integra tamizado para partículas gruesas e hidrómetro para finos, obteniendo la curva granulométrica completa. Es necesario para clasificar suelos con contenido significativo de finos.
- Índice de grupo (IG) (AASHTO)
- Valor numérico que evalúa la calidad de un suelo como subrasante según AASHTO. Se calcula a partir del porcentaje que pasa el tamiz N°200, el LL y el IP. A mayor IG, peor comportamiento.
- Suelo normalmente consolidado (NC)
- Suelo que nunca ha soportado una presión efectiva mayor a la actual. Su relación de vacíos sigue la curva de compresión virgen. Se identifica cuando la presión de preconsolidación es igual a la presión efectiva actual.
- Suelo sobreconsolidado (SC)
- Suelo que ha soportado una presión efectiva mayor a la actual en el pasado. Tiene menor compressibilidad y mayor resistencia que un suelo NC. Se identifica por una presión de preconsolidación mayor a la presión efectiva actual.
- Razón de sobreconsolidación (OCR)
- Relación entre la presión de preconsolidación (σ'p) y la presión efectiva actual (σ'v0). OCR > 1 indica suelo sobreconsolidado. Es fundamental para evaluar asentamientos y resistencia.
- Coeficiente de empuje en reposo (K0)
- Relación entre el esfuerzo horizontal y vertical efectivo en condiciones de deformación lateral nula. Se estima mediante correlaciones (K0 = 1 - sen φ para suelos NC). Es usado en diseño de muros y excavaciones.
- Sensibilidad (St)
- Relación entre la resistencia al corte no drenada de un suelo inalterado y la de la misma muestra remoldeada. Indica la pérdida de resistencia por disturbio. Arcillas sensibles tienen St > 8.
- Actividad (A)
- Relación entre el índice de plasticidad (IP) y el porcentaje de partículas menores a 0.002 mm (fracción arcilla). Clasifica arcillas en inactivas (A<0.75), normales (0.75-1.25) y activas (A>1.25).
- Ensayo de hinchamiento libre (ASTM D4546)
- Ensayo que mide el cambio de volumen de una muestra de suelo al saturarse sin restricción lateral. Se expresa como porcentaje de hinchamiento. Es relevante para suelos expansivos.
- Presión de hinchamiento (ASTM D4546)
- Presión necesaria para mantener constante el volumen de una muestra de suelo al saturarse. Se mide en el ensayo de hinchamiento. Es usada para diseñar cimentaciones en suelos expansivos.
- Ensayo de compactación de laboratorio (Proctor)
- Procedimiento normalizado para determinar la relación humedad-densidad de un suelo bajo una energía de compactación específica. Incluye los métodos estándar y modificado. Es la base para el control de compactación en obra.
- Ensayo de CBR de laboratorio (ASTM D1883)
- Ensayo que mide la resistencia al punzonamiento de suelos compactados en laboratorio. La muestra se compacta a la humedad óptima y se sumerge 4 días. El CBR se usa para diseño de pavimentos.
- Ensayo de corte directo consolidado drenado (CD)
- Variante del corte directo donde se permite el drenaje durante la consolidación y el corte. Se aplica velocidad de deformación lenta. Obtiene parámetros efectivos de resistencia (c', φ').
- Ensayo de corte directo consolidado no drenado (CU)
- Variante del corte directo donde se consolida con drenaje y se corta sin drenaje, midiendo presión de poro. Obtiene parámetros totales y efectivos.
- Ensayo de compresión triaxial cíclico (ASTM D5311)
- Ensayo que aplica cargas cíclicas a una muestra triaxial para simular sismos. Mide la resistencia a la licuefacción y la degradación de rigidez. Es usado en análisis de licuefacción.
- Ensayo de columna resonante (ASTM D4015)
- Ensayo de laboratorio que mide las propiedades dinámicas del suelo (módulo de corte G y amortiguamiento) a pequeñas deformaciones. Se usa para análisis de respuesta sísmica.
- Ensayo de corte simple (ASTM D6528)
- Ensayo que aplica esfuerzo cortante a una muestra bajo condiciones de deformación lateral nula. Se usa para determinar la resistencia al corte y el comportamiento cíclico.