Los ensayos realizados con cualquier material arrojan resultados con un cierto grado de dispersión. En concreto, los ensayos con materiales geológicos —productos naturales como la grava de drenaje— producen resultados muy variables. En el caso de la conductividad hidráulica (permeabilidad), la dispersión puede abarcar un orden de magnitud.
Quizás debido a que se trata de productos manufacturados, no se suele tener tan en cuenta que los resultados de los ensayos con geosintéticos son variables. El objetivo de esta nota es ilustrar la variabilidad de los ensayos habituales con geosintéticos.
Debido a la naturaleza de nuestra actividad, esta nota utiliza la capacidad de flujo en el plano para ilustrar la variabilidad de los resultados de los ensayos. Cabe recordar que la medición fiable y precisa de la capacidad de flujo de materiales de drenaje naturales, como la grava, es notoriamente difícil. En ella solo se aborda la variabilidad inherente al ensayo. Es fundamental reconocer que las variaciones permitidas en los procedimientos de ensayo pueden dar lugar a resultados sustancialmente diferentes. En el caso concreto del flujo en el plano, las condiciones de contorno (placas duras/blandas), el gradiente hidráulico y la temperatura del agua pueden alterar sustancialmente los valores de flujo comunicados. Procedimientos internacionales aparentemente similares también pueden producir resultados divergentes. Cada laboratorio, como parte de su acreditación, debe elaborar un «presupuesto de incertidumbre», que es una tabla detallada de los componentes que contribuyen a la incertidumbre en los resultados de las mediciones. Este revela información importante que identifica, cuantifica y caracteriza cada variable independiente.
Fuentes de información
Históricamente, los valores de las propiedades de los materiales se publicaban sin indicar si se trataba de valores nominales, medios, mínimos o algún otro valor «representativo». A medida que la industria de los geosintéticos maduró, y en respuesta a un tratamiento más formal de la incertidumbre en otros aspectos de la ingeniería geotécnica, los fabricantes europeos comenzaron a estipular valores medios y una tolerancia sobre dichos valores. Incluso en esa etapa inicial se reconoció el problema de la variabilidad de los resultados de los ensayos, y al menos un fabricante importante señaló la mayor variabilidad de los parámetros hidráulicos «debido a las variaciones entre los laboratorios de ensayo».
En la actualidad se dispone de más datos cuantitativos sobre el tema. A medida que se han introducido nuevas normas, se han llevado a cabo procesos de validación para evaluar la variabilidad de los métodos de ensayo. A medida que ciertos aspectos de la industria han quedado sometidos a un mayor control normativo, se han introducido varios programas de acreditación. Los datos utilizados para ilustrar esta nota proceden del Programa de Acreditación de Laboratorios del Instituto de Geosintéticos (GAI-LAP), que publica resúmenes de ensayos comparativos entre laboratorios para una amplia gama de ensayos de geosintéticos. El GAI es una división del Instituto de Geosintéticos (GSI) y, al tratarse de una organización estadounidense, los ensayos se realizan en gran medida según los procedimientos de la ASTM. La tabla 1 (en la página siguiente) resume las variaciones en una selección de ensayos relacionados con la actividad de Geotexan.
El significado exacto de «repetibilidad» y «reproducibilidad» se define a continuación. Sin embargo, como comentario preliminar, cabe destacar que, según el GSI, «los ensayos que se comportan bien son aquellos con una incertidumbre inferior a 10». En otras palabras, ninguno de los ensayos de la tabla 1 sería calificado por el GSI como «que se comporta bien». Se trata, por supuesto, de ensayos en los que se basa habitualmente la elección de los geosintéticos. No hay motivos para sugerir que los procedimientos europeos sean menos inciertos.
Los valores de incertidumbre del estudio abarcan 105 ensayos y, en general, oscilan hasta aproximadamente el 50 %, aunque hay un ensayo con una incertidumbre del 110 %.
Tabla 1: Variaciones en los resultados de ensayos de laboratorio seleccionados
Notas:
1. Aunque los ensayos de referencia comparados por el GAI-LAP eran ensayos ASTM, no hay motivos para suponer que los ensayos EN ISO vayan a presentar una mayor variabilidad.
Límite de repetibilidad
A la desviación estándar de repetibilidad se le asigna el símbolo Sr y es la desviación estándar de los resultados obtenidos en condiciones de repetibilidad; partiendo de esto, al límite de repetibilidad se le asigna el símbolo r y se define como 2,8 × Sr. La diferencia entre dos ensayos realizados en condiciones de repetibilidad debe ser inferior a r.
En términos sencillos, la «repetibilidad» consiste en realizar exactamente el mismo ensayo dos veces. La definición del límite de repetibilidad significa que, utilizando los datos de los ensayos del GAI-LAP, cabe esperar que los resultados de dos ensayos «duplicados» de la capacidad de flujo de agua en el plano de un material difieran hasta un 19 % y podrían diferir hasta un 53 % sin que ello indique que las muestras fueran diferentes.
Condiciones de reproducibilidad
Condiciones en las que los resultados de los ensayos se obtienen utilizando el mismo método en elementos de ensayo idénticos en diferentes laboratorios, con diferentes operadores y utilizando equipos distintos. Una definición formal de reproducibilidad es «precisión en condiciones de reproducibilidad».
Límite de reproducibilidad
A la desviación estándar de reproducibilidad se le asigna el símbolo SR y es la desviación estándar de los resultados obtenidos en condiciones de reproducibilidad; partiendo de esto, al límite de reproducibilidad se le asigna el símbolo R y se define como 2,8 × SR. La diferencia entre dos ensayos realizados en condiciones de reproducibilidad debe ser inferior a R.
En términos sencillos, la «reproducibilidad» se refiere a que un mismo material se someta a ensayo de la misma manera en dos laboratorios de ensayo diferentes. Utilizando el mismo ejemplo de los resultados del GAI-LAP, pero centrándonos ahora en el resultado de reproducibilidad, esto significa que cabría esperar que los resultados de dos ensayos del flujo de agua en el plano de un material difirieran en un 32 % y podrían diferir hasta en un 90 % sin que ello indicara que las muestras fueran diferentes.
Implicaciones para la práctica del diseño y la construcción
La primera y quizás más importante implicación es que todas las partes deben ser conscientes del grado de variabilidad en los resultados de los ensayos. Es importante reconocer que se trata de variabilidad en los resultados de los ensayos. La variabilidad del propio producto es solo un componente de esa variabilidad, y la variabilidad inherente al ensayo es otro componente.
Consideremos la complejidad del ensayo de flujo en el plano. El ensayo consiste en cortar una probeta a un tamaño preciso, insertarla en un banco de ensayos de tal manera que el volumen de fuga a través de la probeta sea aceptablemente pequeño, aplicar una presión de confinamiento definida a través de una placa de espuma blanda que se encuentre dentro de un rango de tolerancia de compresibilidad, evitar la obstrucción de las entradas y salidas de la muestra, hacer pasar agua con un nivel aceptable de gas disuelto a una temperatura aceptable y con un gradiente de presión definido a través de la muestra, de tal manera que se elimine el aire atrapado, y, a continuación, medir el caudal con la precisión adecuada.
Esta no es una lista exhaustiva de los factores que pueden influir en el resultado, pero es suficiente para indicar la complejidad. Por supuesto, existe variabilidad entre los productos, entre los bancos de ensayo y entre los operadores. Esto sugiere que la desviación estándar de repetibilidad de 0,19 medida en los ensayos de flujo en el plano es motivo de felicitación, ¡no de crítica! A pesar de todo ello, la variabilidad es mucho menor que la observada con los materiales de drenaje natural.
Esta variabilidad debe tenerse en cuenta en el diseño y la construcción de proyectos que utilicen geosintéticos. En particular, puede que no sea prudente dar un peso excesivo a un único resultado de ensayo, por muy acreditada que sea la fuente. Los diseñadores, instaladores, inspectores y organismos reguladores deben reconocer que un único resultado de ensayo «discordante» puede ser «correcto», pero también puede ser simplemente un reflejo de la variabilidad de los ensayos. Múltiples resultados «discordantes» procedentes de la misma fuente acreditada pueden reflejar simplemente los límites de la reproducibilidad (entre laboratorios de ensayo) del procedimiento.
La mayoría de los ensayos de geosintéticos se definen como «ensayos de índice», en el sentido de que la propiedad sometida a ensayo se utiliza para el control de calidad de los fabricantes y no para el diseño (p. ej., masa por unidad de superficie, etc.). Otros ensayos se definen como «ensayos de rendimiento», en el sentido de que la propiedad sometida a ensayo puede utilizarse en el diseño (p. ej., flujo en el plano según la norma EN ISO 12958, que es equivalente a la transmisividad según la norma ASTM D4716 con placas de gomaespuma blanda). Los diseños deben basarse en valores mínimos —media menos tolerancia (donde la tolerancia se define como dos desviaciones estándar)— y tener en cuenta que, ocasionalmente, cabe esperar que algunos resultados de ensayo (el 2,5 % de los resultados) se sitúen fuera de la tolerancia. Para más información, podemos facilitar un documento técnico sobre este tema. Un buen diseño también aplicará varios factores de reducción para tener en cuenta efectos como la fluencia a largo plazo, los daños biológicos, químicos y derivados de la instalación, etc. Por último, el diseño incluirá un factor de seguridad global para cubrir las incógnitas del método de diseño y los valores de entrada.
Servicio Geotexan
Los ensayos forman parte de nuestra rutina de control de calidad y ayudaremos a los diseñadores y contratistas en los ensayos específicos de cada obra.