LABORATORIO DE GEOTECNIA
Febrero del 2000. J.Bartolomé
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Contenido:
1-LABORATORIO DE GEOTECNIA:
- Introducción.
-
Cuarteo de muestras.
- Ensayo
Proctor.
- Ensayo CBR.
-
Análisis Granolumétrico.
- Angeles.
- Calculo del límite líquido, límite plástico y
índice de plasticidad.
- Cálculo de la densidad aparente.
-
Equivalente de Arena.
-
Ensayo de Corte Directo
2-BIBLIOGRAFÍA:
Introducción:
Existen una serie de parámetros
referentes al terreno que son indispensables en cualquier
construcción u obra de ingeniería civil. Muchos de estos
parámetros se obtienen a partir de ensayos realizados en el
laboratorio. El objetivo de este documento es nombrar algunos de
los ensayos más frecuentes y explicar de forma general que
metodología seguimos y cual es el fin de cada uno.
Cuarteo
de muestras:
Para poder realizar los diferentes ensayos, la
primera tarea que hacemos al recibir una muestra es cuartearla,
es decir, dividirla en diferentes partes igualmente
representativas. Para que los ensayos sean válidos, las
diferentes proporciones de muestra que tomaremos para ensayar han
de tener los mismos rangos y proporciones granolumétricas. Es
importante realizar un cuarteo correcto ya que sino el
comportamiento de los materiales seria diferente en uno y otro
ensayo y los resultados no serian coherentes. Para poder realizar
el cuarteo, antes, hemos de preparar la muestra: si está húmeda
la hemos de poner a secar en bandejas debajo de lámparas de
infrarojos, por otro lado, si la muestra es un suelo que viene en
forma de sondeo lo hemos de disgregar con una maza que deberá
ser de madera para no romper los cantos que pueda tener esta. Una
vez preparada para cuartear, lo que hacemos es pasar la muestra
diversas veces por una cuarteadora que nos separa o divide la
muestra en dos partes igualmente representativas. El número de
partes que hacemos de cada muestra es función de los ensayos que
debamos realizar. Cada ensayo requiere una cantidad concreta de
muestra:
-Ensayo Proctor:.....................28kg
(hacemos 4 sacos de 7kg cada uno).
-Ensayo C B R : ......................19kg
(hacemos un único sacode 19kg).
-Granolumetrias y límites:.......3kg (entre
1.5 y 2kg para la granoulmetria y el resto para límites)
Generalmente la muestra sobrante se guarda
para tener muestra disponible en caso de necesidad (repetir
un -ensayo etc).
Ensayo
Proctor:
El ensayo Proctor (Proctor en honor a quien lo
desarrolló) es un ensayo de compactación de suelo que tiene
como finalidad obtener la humedad óptima de compactación de un
suelo para una detereminada energía de compactación. La humedad
óptima de compactación es aquella humedad (%de agua) para la
cual la densidad del suelo es máxima, es decir que cantidad de
agua le hemos de añadir a un suelo para poderlo compactar la
máximo con una energía concreta. Para encontrar este parámetro
lo que hacemos es realizar 4 ensayos con un mismo suelo (uno por
saco de muestra preparada) pero con diferentes humedades de forma
que después de haber realizado las compactaciones obtendremos 4
densidades de este suelo para 4 humedades diferentes, no obstante
estas no son las humedades óptimas, pero si que podemos usarlas
para obtener la humedad óptima mediante interpolación. Es decir
que situando los 4 valores obtenidos en una gráfica Densidad
respecto %Agua obtendremos 4 puntos que nos permitiran trazar una
curva, de manera que el punto más alto de la curva será el de
mayor densidad y por tanto el de la humedad óptima.
Ensayo
CBR:
El ensayo CBR(California Bearing Ratio) mide
la carga necesaria para penetrar un pistón de dimensiones
determinadas a una velocidad previamente fijada en una muestra
compactada de suelo después de haberla sumergido en agua durante
cuatro dias y de haber medido su hinchamiento. El hecho de
sumergir la muestra se debe a que así podemos preveer la
hipotética situación de acumulación de húmedad en el suelo
después de la construcción. Por tanto después de haber
compacatado el suelo y de haberlo sumergido, lo penetramos con un
pistón el cual va conectado a un pequeño "plotter"
que nos genera una gráfica donde se nos representa la carga
respecto la profundidad a la que ha penetrado el pistón dentro
de la muestra. Esta gráfica suele ser una curva con el tramo
inicial recto y el tramo final concavo hacia abajo (si el tramo
inicial no es recto se corrige). Una vez tenemos la gráfica
miramos los valores de la carga que soportaba el suelo cuando el
pistón se había hundido 2.5 mm y 5mm y los expresamos en tanto
por ciento, tomando como índice CBR el mayor de los porcentajes
calculados.
Análisis Granolumétrico:
El análisis granolumétrico tiene como
objetivo determinar la proporción de las diferentes
granolumetrias que presenta un suelo, es decir, mediante este
análisis sabemos que cantidad de suelo comprende cada intervalo
granolumétrico. Para realizar este ensayo tomamos la muestra
inicial y la separamos en finos (los que pasan por el tamiz 2 y
son retenidos por el tamiz 0.06) de los gruesos (los que son
retenidos por el tamiz 2), y haremos el análisis de unos y otros
por separado pero antes los lavaremos con metafosfato sódico por
tal de eliminar las partículas más finas que pueden quedar
enganchadas en la superficie de los granos. Después de haber
lavado la muestra, tomamos los gruesos y los pasamos por los
tamizes dispuestos en serie, desde el tamiz número 5 hasta el
tamiz número 0.25 y después pesamos y anotamos la cantidad de
suelo retenido por cada tamiz. El tamizado se suele realizar con
una tamizadora automática, que puede ser de diferentes modelos.
Luego hacemos los mismo con los finos pero esta vez con la serie
que va del 2 hasta el 0.25. Una vez conocemos la cantidad de
suelo (en peso) que cae en cada intervalo granolumétrico, es
decir la cantidad de suelo retenida por cada tamiz, hacemos una
gráfica donde representamos la cantidad de suelo respecto el
tamaño de grano lo que nos dará una curva más o menos recta en
función de las características del suelo. De esta forma suelos
con curvas similares tendran un comportamiento granolumétrico
similar.
Ángeles:
Este ensayo pretende determinar la resistencia
al desgaste de los gruesos que forman un suelo. Para poderlo
realizar necesitaremos 2.5-3kg de muestra de tamaño comprendidio
enre los tamizes 10 y 2.5, y 2.5-3kg de tamaño comprendido entre
12.5 y 15, cantidades que normalmente tomamos del sobrante de
muestra. Una vez tenemos las cantidades de muestra adecuadas las
pesamos y a continuación las pasamos por separado por la
centrifugadora de bolas de acero, sometiendo primero a 500
revoluciones a la muestra entre el 10 y el 12.5, y luego a otras
500 recovoluciones a la muestra de entre 12.5 y 15. Esta
centrifugadora desgasta las muestras de forma que en función de
su dureza o resistencia, estas se desgastaran más o menos. Una
vez desgastadas y lavadas, volvemos a pesar las muestras, y la
diferencia de peso inicial y final nos dara la cantidad de
muestra que se ha perdido lo que nos indicará el desgaste de
estos materiales.
Calculo del límite líquido, límite plástico y
índice de plasticidad:
Se entiende por límite líquido, la humedad
que tiene un suelo amasado con agua y colocado en una cuchara de
Casagrande cuando el surco realizado con un acanalador que divide
esta masa en dos mitades se junta a lo largo de su fondo en una
distancia de 13mm después de haber dejado caer 25 veces la
cuchara desde una altura de 10mm con una cadencia de 2 golpes por
segundo. Para realizar este ensayo usamos muestra de tamaño
inferior al tamiz 0.5 (básicamente arcillas) y la amasamos
usando espátulas, después llenamos la cuchara y le hacemos un
surco con el acanalador normalizado. Una vez hemos hecho el surco
vamos contando los golpes que le damos a la cuchara mediante la
manivela y no paramos de dar golpes hasta que las dos mitades
separadas por el surco se toquen, o que el número de golpes sea
mayor de 40 (muestras casi secas). Este proceso lo repetiremos 3
veces, y en el primero deberemos obtener un valor de golpes
cercano a 20, en el siguiente un valor cercano a 25, y en el
último un valor alrededor de 30 golpes. Para cada cuchara llena
tomaremos un poco de muestra y la introduciremos en una cápsula
por tal de determinar su humedad. Después proyectamos en una
gráfica el número de golpes respecto la humedad registrada cada
cada vez y obtendremos una recta en cual interpolaremos los 25
golpes por tal de conocer el límite líquido.
Para calcular el límite plástico usamos el
resto de la masa que hemos utilizado para calcular el límite
líquido y con esta haremos unos cuantos fideos de barro sobre un
cristal esmerilado por tal de secarlos a medida que los vamos
amasando. Cuando vemos que el barro de los fideos se empieza a
agrietar querrá decir que el barro ya empieza a estar seco y
situamos los fideos dentro de una cápsula con el fin de
determinar más tarde su humedad. Después de haber llenado las
tres capsulas de esta manera y de haber calculado sus respectivas
humedades hacemos la media aritmética de los tres valores y
obtendremos el límite de plasticidad.
El índice de plasticidad lo obtenemos
haciendo la resta del límite líquido y del límite plástico.
Cálculo de la densidad aparente:
Entendemos por densidad aparente la densidad
de la muestra" in situ", es decir la densidad de la
muestra en su lugar de origen, por tanto esta la hemos de
calcular en muestras inalteradas. Para calcular la densidad
aparente de una muestra primero la pesamos, a continuación la
cubrimos con una capa de parafina sumergiéndola en una cazuela
con parafina caliente por tal de impermeabilizarla. Una vez hemos
impermeabilizado la muestra con la parafina caliente la volvemos
a pesar y la diferencia de peso dividida por la densidad será el
volúmen que hemos añadido. Después tomamos la muestra
parafinada y la pesamos con una balanza hidrostática lo que nos
dará el volúmen total de la muestra. Para conocer la densidad
aparente dividimos el peso calculado al inicio por su volúmen.
Equivalente
de Arena:
El equivalente de arena (EA) se define como el
cuociente multiplicado por 100 de la altura de la parte arenosa
sedimentaria y de la altura total de finos floculados depositados
en una probeta. Para realizar este ensayo necesitaremos dos
porciones de muestra de unos 120 grs cada una que pase por el
tamiz 5. Hay que decir que como trabajamos con dos muestras, las
diferentes operaciones que realizamos las hacemos con una
diferencia de 2 o 3 minutos entre la primera y la segunda
muestra. Cada una de estas muestras se situa en una probeta en la
cual previamente hemos añadido solución desfloculante. Una vez
hemos introducido la muestra en las probetas y hemos eliminado la
burbujas que se hayan formado al vertir el suelo dejamos reposar
cada probeta 10 minutos. Después tapamos la probeta y la
agitamos manteniéndola horizontal haciendo unos 90 ciclos en
unos 30 segundos. A continuación tomamos la probeta y con una barilla
acanalada intorducimos más líquido desfloculante por el fondo
de la muestra por tal de poner en suspensión las partículas
más finas. Después dejamos reposar cada probeta 20 minutos y
medimos en cada una la altura (respecto a la base) a la que
llegan los finos y también la altura a la que llegan los
gruesos. Para obtener el valor del equivalente de arena dividimos
para cada probeta la altura de los gruesos entre la altura de los
finos y lo multiplicamos por 100 de manera que obtenemos un valor
para cada probeta, y para que el ensayo resultante se considere
válido el resultado obtenido para cada probeta no puede diferir
en más del 2%.
Ensayo
de Corte Directo:
El ensayo de corte directo tiene como objetivo
determinar la resitencia al esfuerzo cortante de una muestra,
valor que entre otras cosas nos será muy util para el cálculo
de la estabilidad de taludes. La resistencia al esfuerzo cortante
en el suelo se debe a dos componenetes: la cohesión, aportada
por la fraccion fina del suelo y responsable a su vez del
comportamiento plástico de este, y el rozamineto interno entre
las partículas granulares. Hay que decir que la resistencia al
esfuerzo cortante, en obras de tierras para carreteras se puede
hallar de forma indirecta mediante otros ensayos como el del
índice C.B.R, o también, aunque se realiza con menos
frecuencia, mediante el ensayo de rotura a compresión simple.
El ensayo de corte directo se realiza sobre
una muestra de suelo situada dentro de una caja de metal dividida
en dos piezas: la mitad superior y la mitad inferior.
Simultaneamente la muestra es sometida a una carga normal
constante y a un esfuerzo lateral que se va incrementando de
forma progresiva. Mientras realizamos el ensayo vamos tomando
nota del esfuerzo aplicado y el desplazamiento producido entre
los dos bloques, datos que más tarde proyectaremos en una
gráfica a partir de la cual podremos obtener la resistencia al
corte de esa muestra para la carga normal aplicada. Repetiremos
el ensayo un mínimo de dos veces con diferentes cargas normales,
de forma que proyectando los diferentes valores en una gráfica
esfuerzo normal respecto resistencia al corte podremos encontrar
la envolvente de Mohr del material, con lo que ello implica:
cohesion y ángulo de rozamiento interno.
2-BIBLIOGRAFÍA:
M.O.P.U. 1987 Sistematización de los Medios de Compactación
y su Control.
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Geo_Info. J.B.R.