Ensayos Geotécnicos
- Una reducción de volumen acentuada con el aumento de la tensión efectiva
- Deformaciones no reversibles
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Clasificación de suelos
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Límites de Atterberg
El estudio de las características de plasticidad de los suelos finos es necesario para la correcta previsión de los aspectos fundamentales de su comportamiento, el cual depende de la presencia de agua. La caracterización de la plasticidad de un suelo implica la cuantificación de valores característicos de contenido de humedad, a los cuales corresponden alteraciones significativas del comportamiento del suelo. En tal sentido, el límite plástico es el contenido de humedad que separa los estados plástico y semisólido, en tanto que el límite líquido es el grado de humedad que fija la frontera entre los estados semilíquido y plástico.
El trabajo en el laboratorio se basa en la norma ASTM D4318
La determinación de los límites de Atterberg se realiza sobre materiales que pasan por el tamiz Nº40. En consecuencia, una vez obtenida la muestra de suelo en el campo, para obtener el material necesario para la determinación de los límites, se seca esta muestra, se pulveriza en un mortero y se pasa el material pulverizado por el tamiz Nº40, de modo de obtener unos 200g de material que pase por el tamiz Nº40.
Se presenta a continuación y a modo de resumen los pasos a seguir:
Determinación del Límite Líquido
- Mezclar 100g de suelo con espátula en la cazuela de porcelana, añadiendo agua hasta que adopte una consistencia suave y uniforme.
- Colocar con la espátula una porción de la muestra humectada en la cuchara del aparato de Casagrande.
- En el eje medio de la muestra colocada en la cuchara de Casagrande, realizar con el ranurador una ranura
- Colocar el contador del aparato de Casagrande en 0 y luego girar la manivela, levantando y dejando caer la copa, a una velocidad de 2 caídas por segundo, hasta que las dos mitades de la muestra entren en contacto una distancia de 13mm.
- Registrar el número de golpes (N) requerido para cerrar la ranura, y con la ayuda de una espátula limpia remover la porción central de la muestra coincidente con el segmento que corresponde a la unión de las dos mitades. Colocar en un pesafiltro la porción de suelo removida y determinar el peso del suelo húmedo más el pesafiltro.
- Retirar de la cuchara el material sobrante y reunirlo con el resto de la muestra de suelo en la cazuela de porcelana.
- Volver a mezclar la muestra en la cazuela de porcelana, agregando agua para aumentar la humedad, y consecuentemente disminuir el número de golpes requerido para cerrar la ranura.
El Índice Plástico viene dado por la diferencia entre el Límite Líquido y el Límite Plástico.
Investigadores como Seed, Woodward y Lundgren demostraron que las características plásticas de los suelos pueden ser usados como un indicador primario de las características expansivas de arcillas.
La relación entre las características plásticas y el hinchamiento de los suelos puede establecerse como:
Si bien es cierto que todos los suelos altamente expansivos tienen plasticidades altas, no es cierto que los suelos con elevada plasticidad sean necesariamente expansivos.
Granulometría
Su finalidad de obtener la distribución por tamaño de las partículas presentes en ua muestra de suelo, permitiendo la clasificación mediante los sistemas AASHTO o USCS. El ensayo es importante, ya que gran parte de los criterios de aceptación para ser utiliazados en bases o sub bases de carreteras, presas de tierra o diques, drenajes, etc dependen de este análisis. Para ellos se emplean tamices normalizados y numerados, dispuestos en orden decreciente.
Determinación del Índice Plástico Determinación del Límite Plástico
- Tomar unos 25g de suelo y mezclarlo con espátula en la cazuela de porcelana, añadiendo agua hasta que se obtenga una consistencia en la cual la muestra puede ser enrollada sin adherirse a la mano.
- Seleccionar una porción de la muestra humectada suficiente para formar una bolita de aproximadamente 25mm de diámetro. Dividir la bolita en dos partes.
- Enrollar la mitad de la bolita entre la palma de la mano o los dedos y la placa de vidrio, con la presión suficiente para llevar al cilindro de muestra al mismo diámetro en toda su longitud. El cilindro de suelo deberá alcanzar un diámetro de 3mm.
- Cuando el cilindro de suelo alcance un diámetro de 3mm, romperlo en varias partes y amasarlo en la mano para formar una nueva bolita, con la que repetir procedimiento. Si el cilindro se rompe con un diámetro mayor que 3mm, volver a amasarlo agregando agua, y luego repetir procedimiento.
- Continuar hasta que el cilindro de suelo se desmenuce en partes con un diámetro de 3mm.
- Colocar en un pesafiltro las partes desmenuzadas y determinar el peso del suelo húmedo más el pesafiltro. Se deberá colocar en el pesafiltro un mínimo de 8 g de suelo.
- Volver a realizar el procedimiento con la otra mitad de la bolita de suelo.
- Ensayo CBR
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Ensayo de medida de la capacidad soporte, denominado Índice Soporte de California (California Bearing Ratio, CBR)
Se basa en las normas ASTM D1883, AASHTO T193
Objeto
Obtener la resistencia a la penetración por punzonado de un vástago en una muestra de material compactado en un molde rígido Determinar la expansión
Ejemplo Informe Proctor-CBR.pdf (76.01 KB)
- Las probetas se sumergen en agua durante 4 días con sobrecargas (“saturación de muestras”) y se mide la expansión.
- Dichas probetas saturadas se cargan por punzonado en prensa.
- Vástago de 3 in2 (19,4 cm2)
- Velocidad de penetración 0,05 in/min (0,127 cm/min)
Procedimiento
Se compactan 3 muestras con diferentes energías, en moldes de 6 in, a humedad óptima de Ensayo Proctor Modificado
(12 golpes,25 golpes, 56 golpes por capa - PUSM)
- Ensayo Proctor
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El ingeniero R. Proctor (1933) demostró que para contenidos de humedad crecientes y una determinada energía de compactación, la densidad lograda aumenta ya que el agua actúa como lubricante entre las partículas del suelo, incrementándose la densidad hasta un cierto punto en el cual al seguir añadiendo agua, la densidad empieza a decrecer; el agua ha dejado de desplazar aire y como es incompresible, empieza a desplazar las partículas de suelo, incrementando el volumen y disminuyendo la densidad.
Para cada suelo existe un contenido en humedad que proporciona la máxima densidad seca. Este es el contenido de humedad óptimo, que es el que se debería utilizar en obra cuando se va a compactar un suelo.El ensayo de Proctor tiene dos variantes: el Proctor Normal y el Proctor Modificado. La diferencia entre ambos estriba en la distinta energía de compactación utilizada.
En el ensayo Proctor Normal se utiliza una masa de 5,5 lb (2,5 kg) con caída libre de 12 in (305 mm) En el Proctor Modificado se usa una masa de 10 lb (4,54 kg) con caída libre de 18 in (457mm)
Con los datos de los ensayos se construye la gráfica humedad vs. PUSS, estimándose el valor de humedad natural y PUSS máximo.
Para el ensayo se utilizan moldes metálicos rígidos cilíndricos con las siguientes características:
Diámetro interior 4,0 in (101,6 mm); capacidad 944 cm3 (aprox.1 lt) para usar con suelo que pasa tamiz #4 Diámetro interior 6,0 in (152,4 mm); capacidad 2124 cm3 para usar con suelo que pasa tamiz 3/4
Con los datos de los ensayos se construye la gráfica humedad vs. PUSS, estimándose el valor de humedad natural y PUSS máximo.
- Ensayo de Consolidación
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La propiedad que caracteriza las deformaciones volumétricas sufridas por el suelo al ser cargado es denominada compresibilidad, la cual se caracteriza por:
- Ensayo de Corte directo
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La resistencia al corte de una masa de suelo es la resistencia interna por área unitaria que la masa de suelo ofrece para resistir la falla y el deslizamiento a lo largo de cualquier plano dentro de él. El estudio de la resistencia al corte es necesario para analizar los problemas de estabilidad, capacidad de carga, estabilidad de taludes, presión lateral sobre estructuras de retención de tierras, etc.
Para la mayoría de los problemas de la mecánica de suelos, es suficiente aproximar el esfuerzo cortante sobre el plano de falla como una función lineal del esfuerzo normal (Coulomb), es decir:
donde c = cohesión, y Φ = ángulo de fricción interna
Preparación de la muestra
Ensamblar la caja de corte y fijar la caja en posición. Obtener la sección transversal de la muestra. Colocar la piedra porosa y el pistón de carga sobre la superficie de la muestra.
Procedimiento de ensayo
Aplicar la carga vertical y colocar el medidor de desplazamiento vertical en posición. Ajustar el anillo dinamométrico y el medidor de desplazamiento horizontal. Retirar los elementos que mantienen unida la mitad superior de la caja de corte a la mitad inferior, para permitir su desplazamiento. Comenzar a aplicar la carga horizontal midiendo desde los deformímetros de carga, el cambio de volumen y de desplazamiento horizontal. La tasa de deformación unitaria debe ser del orden de 0,5 a 2 mm/min y deberá ser tal que la muestra tarde en fallar entre 3 y 5 minutos. Se repite el procedimiento en por lo menos dos muestras más.
- Determinar el peso y el espesor de la muestra.
- Ensayo de Expansión Lambe
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Ensayo de Expansión Lambe
El ensayo tiene por objeto describir un método para la identificación rápida de suelos que puedan presentar problemas de expansividad, cambio de volumen como consecuencia de variaciones en el contenido de humedad.
El cambio de volumen potencial de una probeta compactada de un suelo, queda comprendido dentro de los cuatro grupos: No crítico, Marginal, Crítico, Muy crítico.
Se sigue la norma UNE 103 600:1996
Procedimiento
- Compactación del suelo. Obtención de la probeta
El número de capas y el de golpes por capa, con que se ha de compactar el suelo depende de las condiciones de humedad con que se haya preparado.
- Montaje del equipo y lecturas del anillo dinamométrico.
- Ensayo de Expansión Libre
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El ensayo sigue la norma D 4546 – 03
Se moldea el suelo Se monta el anillo con la muestra correspondiente en el consolidómetro y se coloca agua en el mismo para que comience la expansión. Se procede a dejar que la muestra se expanda sin proporcionarle carga. Se realizan lecturas en el deformímetro cada cierto tiempo
- Ensayo de Permeabilidad
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El ensayo determina el coeficiente de permeabilidad k de una muestra de suelo granular o cohesiva, entendiendo por permeabilidad, la propiedad de un suelo que permite el paso del agua a través de sus vacíos, bajo la acción de una carga hidrostática.
Se basa en el ley propuesta por Darcy en el s.XIXV=Ki,
Siendo,
V: velocidad de escurrimiento de un fluído a través del suelo
K: coeficiente de permeabilidad propio y característico
i:gradiente hidrúalicoLa medida se realiza por medio de permeámetros, los que pueden ser de nivel constante o variable.
Presenta importancia para conocer la capacidad de retención de aguas de presas o embalses de tierra, capacidad de las bombas para rebajar el nivel freático en una excavación, velocidad de asentamiento de una estructura al escurrir el agua,etc.
- Ensayo de control de subrasante DCP
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Ensayo de cono dinámico
El ensayo DCP permite evaluar la capacidad resistente de explanadas y capas granulares, éste se realiza bajo la norma ASTM D6951M-09.
Dicha norma contiene además una fórmula, recomendada por el US Army Corpos of Engineers, para el cálculo del CBR “in situ” a partir del resultado del ensayo DCP.Especificaciones geométricas
La maza de accionamiento manual es de 8 kg y la altura de caída 575 mm. El varillaje es de 16 mm de diámetro y la punta cónica tiene un diámetro de 20 mm y un ángulo de abertura de 60º.
Metodología
El operador dirige la punta del DCP dentro del suelo, levantando la maza deslizante hasta el tope superior y soltándolo para que caiga libremente hasta golpear el yunque. La penetración total para un determinado número de golpes es medida y registrada en términos de milímetros por golpe.
A partir de los resultados obtenidos con el ensayo DCP se puede estimar el valor de CBR “in situ” del suelo. La correlación entre la penetración por golpe (DCP) y CBR se deriva de la siguiente ecuación:
CBR=292/DCP1.12
Esta ecuación es utilizada para todos los suelos, exceptuando los suelos arcillosos de baja plasticidad (CL) con CBR por debajo de 10 y los suelos CH. Para este tipo de suelos, las siguientes ecuaciones son recomendadas:
CBR de suelos CL <10: CBR= 1/(0.017019*DCP)2
Suelos CH: CBR= 1/0.002871*DCP2