Ensayos de suelos


Los ensayos de laboratorio a los que serán sometidas una determinada cantidad de muestras de suelo son muy importantes ya que nos ayudara a determinar las propiedades mecánicas de cada tipo de suelo. Entre los ensayos más importantes están: la granulometría, limites de consistencia, C.B.R, los que se describen brevemente a continuación:
  1. Granulometría
    La composición granulométrica puede definirse como la relación de porcentajes en que se encuentran los distintos tamaños de granos de un árido respecto al total.
    El sistema de Clasificación AASHTO basa su clasificación de los siguientes criterios de granulometría:
  • Grava: fracción de árido pasa la malla de 75 mm y es retenida en la malla N°10 (2mm) normalizada.
  • Arena: fracción de árido pasa la malla N°10 (2mm) normalizada y es retenida en la malla N°200 (0.075 mm).
La interpretación de la granulometría es necesaria para identificar un suelo y establecer su clasificación dentro de uno de los sistemas de clasificación convencionales. En la denominación de un suelo intervienen en primer lugar el nombre de la fracción predominante, según el tamaño de las partículas gruesas, o las propiedades físicas de las partículas finas.
  1. Límites de Atterberg o de consistencia
    Los límites de Atterberg o límites de consistencia se utilizan para caracterizar el comportamiento de los suelos finos. El nombre de estos es debido al científico sueco Albert Mauritz Atterberg. (1846-1916).
    Los límites se basan en el concepto de que en un suelo de grano fino solo pueden existir 4 estados de consistencia según su humedad. Así, un suelo se encuentra en estado sólido, cuando está seco. Al agregársele agua poco a poco va pasando sucesivamente a los estados de semisólido, plástico, y finalmente líquido. Los contenidos de humedad en los puntos de transición de un estado al otro son los denominados límites de Atterberg.
  • Límite Líquido
    Esta propiedad se mide en laboratorio mediante un procedimiento normalizado en que una mezcla de suelo y agua, capaz de ser moldeada, se deposita en la Cuchara de Casagrande, y se golpea consecutivamente contra la base de la máquina, haciendo girar la manivela, hasta que la zanja que previamente se ha recortado, se cierra en una longitud de 12 mm (1/2"). Si el número de golpes para que se cierre la zanja es 25, la humedad del suelo (razón peso de agua/peso de suelo seco) corresponde al límite líquido. Dado que no siempre es posible que la zanja se cierre en la longitud de 12 mm exactamente con 25 golpes, existen dos métodos para determinar el límite líquido: a) Graficar el número de golpes en coordenadas logarítmicas, contra el contenido de humedad correspondiente, en coordenadas normales.
    b) Interpolar para la humedad correspondiente a 25 golpes.
  • Límite plástico
    Esta propiedad se mide en laboratorio mediante un procedimiento normalizado pero sencillo consistente en medir el contenido de humedad para el cual no es posible moldear un cilindro de suelo, con un diámetro de 3 mm. Para esto, se realiza una mezcla de agua y suelo, la cual se amasa entre los dedos o entre el dedo índice y una superficie inerte (vidrio), hasta conseguir un cilindro de 3 mm de diámetro. Al llegar a este diámetro, se desarma el cilindro, y vuelve a amasarse hasta lograr nuevamente un cilindro de 3 mm. Esto se realiza consecutivamente hasta que no es posible obtener el cilindro de la dimensión deseada. Con ese contenido de humedad, el suelo se vuelve quebradizo (por pérdida de humedad) o se vuelve pulverulento. Se mide el contenido de humedad, el cual corresponde al Límite Plástico.
    Con el límite líquido (LL) y el plástico (LP) se obtienen tres índices útiles para el estudio de los suelos: el índice de plasticidad (IP) y los de consistencia (IC) y fluidez (IF). Las expresiones que permiten calcular cada uno de ellos son:

     
  1. Compactación
    El ensayo de compactación es un proceso de aplicación de energía mecánica al suelo para disminuir su volumen por reducción de relación de vacíos debida a eliminación de aire de poros. Tiene por objetivos:
    m
    ejorar propiedades mecánicas de los suelos y generar a partir de un suelo un material con las propiedades mecánicas apropiadas.
    El ensayo Proctor es un ensayo de compactación de suelo que tiene como finalidad obtener la humedad óptima de compactación de un suelo para una determinada energía de compactación. La humedad óptima de compactación es aquella humedad (%de agua) para la cual la densidad del suelo es máxima, es decir qué cantidad de agua le hemos de añadir a un suelo para poderlo compactar al máximo con una energía concreta.
    Los métodos dinámicos más empleados en la actualidad, son los estandarizados por el Departamento de Carreteras de los EE.UU., conocida como AASHTO son:
  • Método Proctor Standard T-99, que emplea un cilindro o molde para los ensayos, uno de 4" de diámetro interior, y un pistón o martillo de 5,5 lb. (2,5 kg) de peso. El material a emplearse se coloca en tres capas de espesor aproximadamente igual y de deja caer el martillo 25 veces por capa de una altura de 12 pulg. (30,5 cm).
  • Método Proctor Modificado, cuya diferencia básica esta en el empleo de un moldes de 6" de diámetro interior, el martillo tiene un peso de 10 lb. y el número de caídas del martillo aumenta a 56 veces por capa.

     
  1. Ensayo C.B.R. (California Bearing Ratio).
    El ensayo de C.B.R. fue propuesto por los ingenieros T. E. Stanton y O. J. Porter, del departamento de carreteras del estado de california. El método C.B.R. se ha generalizado y es, hoy en día, uno de los más empleados para el cálculo de pavimentos flexibles.
    El ensayo de C.B.R. mide la resistencia al corte (esfuerzo cortante) de un suelo bajo condiciones de humedad y densidad controladas. Se establece en él una relación entre la resistencia a la penetración de un suelo, y su capacidad de soporte como base de sustentación para pavimentos flexibles, midiéndose adicionalmente el eventual hinchamiento del suelo al sumergirlo durante 4 días en agua.
    Este ensayo se puede realizar en laboratorio o en el terreno (in-situ), aunque no es muy practicado realizarlo en campo.
    El número CBR se obtiene a través de la relación entre la carga unitaria en Kg./cm2 ( o lb/plg2), necesarios para llegar a una cierta profundidad de penetración del pistón (cuya área es 19.4 cm2), dentro de la muestra compactada de suelo a un contenido de humedad y densidad conocidas con respecto a la carga unitaria patrón requerida para obtener la misma profundidad de penetración en una muestra estándar de material triturado, en ecuación expresa como:

     

    Los valores de carga unitaria que deben utilizarse en la ecuación son:

     
    Penetración

     
    Carga unitaria patrón

     
    mm.

     
    Pulgada

     
    MPa.

     
    Kg. /cm2

     
    Psi.
    2.54
    5.08
    7.62
    10.62
    12.7
    0.1
    0.2
    0.3
    0.5
    0.6
    6.90
    10.30
    13.10
    15.80
    17.90
    70.00
    105.00
    133.00
    162.00
    183.00
    1000
    1500
    1900
    2300
    2600
    El ensayo de CBR establece una relación entre el comportamiento de los suelos principalmente utilizados como subrasantes y bases bajo el pavimento de carreteras, la siguiente tabla muestra una clasificación típica:


    CBR

     
    Clasificación General

     
    Usos

     
    Sistema de Clasificación

     
    Unificado

     
    AASTHO
    0 – 3
    Muy pobre
    Subrasante
    OH, CH, MH, OL.
    A5, A6, A7.
    3 – 7
    Pobre
    Subrasante
    OH, CH, MH, OL.
    A4, A5, A6, A7.
    7 – 20
    Regular
    Sub base
    OL, CL, ML, SC.
    A2, A4, A6, A7.
    20 – 50
    Bueno
    Base, Sub base
    GM, GC, W, SM
    A1b, A2-5, A3
    SP, GP
    A2-6
    >50
    Excelente
    Base
    GW, GM
    A1-a, A2-4, A3
    Algunos métodos de diseño de pavimentos emplean tablas utilizando directamente el número CBR para obtiene el espesor de las capas del paquete estructural.
    Con el valor del CBR se puede clasificar el suelo según la tabla siguiente:

    CBR
    Clasificación
    0 – 5
    Subrasante muy mala
    5 – 10
    Subrasante mala
    10 – 20
    Subrasante regular a buena
    20 – 30
    Subrasante muy buena
    30 – 50
    Sub- base buena
    50 – 80
    Base Buena
    80 – 100
    Base muy Buena

Ensayos de suelos Rating: 4.5 Diposkan Oleh: Ing. Civil

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