PRACTICA Nº1 MECÁNICA DEL SUELO INTRODUCCIÓN GENERAL El laboratorio Balear para la calidad es una empresa privada dedicada a la realización de análisis, ensayos y asistencia técnica, entre otros. Las principales principales aplicaciones del LBC en la construcción son el estudio de las diferentes patologías de los materiales, sondeos y estudios geotécnicos, diversos tipos de ensayos en los diferentes materiales de construcción y control de ejecución dºe instalaciones y obras. El LBC dispone de material instrumental de medición y análisis como pueden ser una máquina de abrasión, equipo de ensayo de penetración de agua, células edométricas, equipo de corte directo, compactadora de morteros,etc.... Dicho laboratorio realiza un papel básico en la realización de nueva construcción, ya que realizan los estudios geotécnicos necesarios, y por otra parte imprescindibles.

1.ENSAYO INSITU OBJETIVO DEL ENSAYO Los ensayos que realizaremos consisten en perforaciones de pequeño diámetro para averiguar la naturaleza y localización de las distintas capas litológicas del terreno,realizando una extracción continua de testigo.. Se ejecutan asi los ensayos in situ de SPT y extracción de muestra inalterada. Para el ensayo se utiliza un penetometro. Es un aparato que penetra el suelo y posteriormente recoge la muestra, para recavar diversa información a cerca de las propiedades del suelo en cuestión. Nos ayudarán al conocimiento directo del suelo (propiedades físicas) o indirecto (propiedades químicas, laboratorio). El penetmetro consta de diversas partes:

-Cono: Pieza de acero en forma cónica con un ángulo entre 60º y 90º, este con o puntaza podra ser perdido o recuperable según modelos.

-Varillaje: Se denomina así a todo el conjunto de varillas de acero, macizas que se utilizan para transmitir la energía de golpeo. DISPOSITIVOS DE GOLPEO

-Maza: Cuerpo pesado d acero que se eleva y se deja caer para conseguir el golpeo.

-Cabeza de impacto: Cuerpo de acero que recibe el impacto de la maza y que es unido solidamente al varillaje.

-Guiadera: Como su nombre indica es un elemento que guía la maza en su caída.

-Sistema de elevación y encaje: Es el mecanismo por el cual se eleva la maza y también se suelta.

-Martillo de golpeo: dispositivo de golpeo automático en el que la maza, la cabeza de impacto, la guiadera y el sistema de elevación y escape están integrados en un mismo elemento. Permite izar la maza y liberarla siempre a la misma altura sin producir movimientos en el varillaje de forma que la caída sobre la guiadera sea totalmente libre y la energía transmitida a la cabeza de impacto sea siempre la misma en todos los golpes.

-Guía de soporte: Pieza que asegura la verticalidad y el soporte lateral del tramo del varillaje que sobresale del suelo

INSTRUMENTOS DE MEDIDA

-Contadores de golpe: El dispositivo de golpeo utilizado disponer de un contador de golpes automático.

-Escala de profundidad: Todo equipo deberá tener una referencia de profundidad de avances que se encuentre marcada.

-Referencia de verticalidad: Permitirá observar en grados o tanto por ciento la inclinación de la verticalidad del varillaje mediante un inclinómetro.

-Medidor del par: Permitirá la medida de Nm del par necesario para girar el varillaje. La exactitud de su medida será comprobada regularmente.

1.1ENSAYO DE PENETRACIÓN ESTANDAR (SPT) Según UNE 103-800-92 OBJETIVO DEL ENSAYO Determinar la resistencia de un suelo a la penetración de una toma de muestras tubular de acero o de una puntaza cónica.

El ensayo se realizara a distintas profundidades. Con el sondeo mecánico obtendremos un índice de compacidad de terrenos granulares por un número de golpes y un índice de humedad en cohesivos, de manera orientativa en este último caso. Por medio de los datos obtenidos y su posterior análisis en el laboratorio podremos aproximarnos a conocer la carga que podrá soportar un terreno sin que se hunda y por tanto optimizar la cimentación, tanto desde el punto de vista material como económico. LUGAR DE REALIZACIÓN DEL ENSAYO

Se selecciona un punto de ensayo en el terreno con el fin de que no haya perturbaciones en el punto de ensayo, este debe distanciarse por lo menos metro y medio de cualquier otro punto ensayado. En el punto seleccionado se colocará el dispositivo de golpeo de tal manera que queden centrados y en vertical la guiadera y el soporte de guía. Según el tipo de terreno en el que vayamos a realizar el ensayo usaremos uno u otro procedimiento: para arenas, argilas y limos usaremos el toma-muestras tubular y para terrenos con grava utilizaremos la puntaza cónica de 51mm y 60º de ángulo cónico. REALIZACIÓN DEL ENSAYO

El ensayo se realiza con un toma-muestras bipartido de pared gruesa de 51mm de diámetro de sección acoplada a un varillaje rígido, este toma-muestras consiste en un tubo de acero endurecido, con superficies lisas tanto en su exterior como en su interior. El toma-muestras consta de tres elementos fundamentales: Zapata la cual tiene un filo cortante, un tubo partido en el cual se aloja la muestra alterada y la cabeza de acoplamiento, la cual dispone de una rosca para su acoplamiento con el varillaje.

Tamaño de toma-muestras en el ensayo SPT definido por las normas UNE

Diámetro interior.......................................35 mm +/- 0.1 Diámetro exterior......................................51 mm +/- 0.15

Diámetro de válvula de bola.....................22 mm Longitud de canto de corte......................19 m +/-1.0

Longitud zapata........................................76 mm Longitud tubo partido...............................457 mm Longitud cabeza acoplamiento................152 mm

Ancho de filo de zapata............................1.6 mm +/-0.05

En el extremo del varillaje rígido se coloca la cabeza de golpe sobre la que

impacta una masa de 63 kilos en caída libre desde 76.2 cm de altura. Esta masa deberá golpear la cabeza de golpe a una velocidad constante nunca superior a los 30 golpes por minuto. El varillaje debe ser de diámetro inferior a la base para evitar el rozamiento lateral de la varilla.

Una vez que tengamos limpio el sondeo y colocada la varilla en su posición se harán una serie de comprobaciones: comprobar que las desviaciones de verticalidad no superen el 2% y que el varillaje y la guiadera queden perfectamente acoplados, también se comprobara que el toma-muestras este limpio tanto en su interior como en el exterior y que la zapata no presente daños.

El siguiente paso será marcar con tiza cuatro tramos de 15 cm (de 0 a 60 cm). Se empieza a golpear, no se contarán el numero de golpes necesarios para introducir los primeros 15 cm en el suelo. Los últimos 15 cm (ultimo tramo) también se despreciaran debido a que la muestra en el fondo del sondeo puede estar alterada. Solo se tendrá en cuenta el tramo comprendido entre 30 y 45 cm por ser este el mas fiable de todos.

Cada vez que la penetración llegue a uno de los tramos marcados con tiza se anotará el numero de golpes que han sido necesarios para introducir el toma-muestra 15cm. Estos 30cm centrales determinarán la resistencia a la penetración estandar o N. En caso de alcanzar un numero de golpes superior a los 50cm para recorrer un tramo de 15cm se dará por finalizado el ensayo marcando R en vez de N.

Con este ensayo obtenemos la resistencia del suelo a la penetración y al mismo tiempo nos permite obtener una muestra representativa del terreno para su identificación.

FINALIZACIÓN DEL ENSAYO

Para sacar la muestra tras la finalización del ensayo basta con girar el toma-muestras para extraerlo del terreno y a continuación se eleva. Según los ensayos que se vayan a realizar se parafinará la muestra para evitar variaciones de la humedad de la muestra.

Las muestras recuperadas del suelo se introducen en unos recipientes herméticos, en los que se fijan unas etiquetas con la siguiente información: localización, denominación del sondeo, fecha, numero de muestra, profundidad de ensayo, resistencia a la compresión del terreno. Además en la realización del informe se deberán anotar una serie de datos como: cota del nivel freático y nivel de lodo d perforación antes del ensayo, penetración inicial del toma-muestras, frecuencia de golpeo, los números N y R, condiciones meteorológicas.

1.2 RECOGÍDA DE UNA MUESTRA INALTERADA DE UN SUELO EN UN SONDEO SEGÚN LA NORMA AMERICANA -ASTMD-1587-00

La extracción de muestras inalteradas es un ensayo in situ en el que a distintas cotas de perforación se obtiene una serie de muestras no alteradas con el objeto de realizar en el laboratorio los ensayos de resistencia y deformabilidad (corte directo, compresión simple, triaxiales).

Para la recogida de la muestra inalterada utilizaremos un tubo de PVC, el cual lo situaremos dentro del cilindro de acero del toma-muestras.

El conjunto se introduce en el suelo por percusión o presión, de forma similar al ensayo SPT, se contabilizarán los golpes necesarios para introducir los tramos de 15cm. A este numero de golpes se lo denominará Ni para diferenciarlo del SPT.

Una vez recogida la muestra en el cilindro este se abre y se recoge la muestra y se tapan ambos extremos del tubo de PVC para mantener así las condicione de humedad y para que la muestra quede totalmente aislada. El paso siguiente será llevar la muestra inalterada al laboratorio para su posterior estudio.

2. ENSAYO EN EL LABORATORIO 2.1. DETERMINACIÓN DE LA EXPANSIVIDAD DE UN SUELO EN EL APARATO LAMBE SGÚN -UNE-103-600:96

OBJETIVO DEL ENSAYO

Identificación rápida de los suelos que pueden presentar problemas de expansividad es decir cambio de volumen.

REALIZACIÓN DEL ENSAYO

Se lleva a cabo el secado de la muestra siempre a menos de 60º. Se separan mediante un separador dos muestras de aproximadamente un kilogramo. Una de las muestras (al azar) se pasa por un “purgador” de 2mm (según UNE 7050-2) y es esta la que se utiliza para la prueba. El ensayo se lleva a cabo en tres castas distintas de contenido dependiente de su humedad: 1. Se utiliza para el límite plástico. 2. El que corresponde a mantener la muestra durante 48 horas a un 100% de la humedad. 3. El que corresponde a mantener la muestra durante 48 horas a un 50% de la humedad. La práctica que nosotros observamos se realizó, en el LABORATORIO BALEAR DE LA CONSTRUCCIÓN después de tener durante 48 horas la muestra, a un 100% de humedad.

-Preparación de la probeta:

Se coloca sobre la base el anillo porta probetas. Colocamos el conjunto encima de un bloque de hormigón, donde en tres capas diferenciadas se le dan cuatro golpes con la maza PROMTON normal. Entre capa y capa para una mejor compactación de la muestra se aplica una raya con la punta de un cuchillo. Una vez compactada la probeta, la superficie tiene que quedar entre 3 y 6 mm por encima del plano del anillo. Se separa la parte superior del anillo. Se enrasa la muestra y se separa la parte inferior del anillo.

-Montaje del equipo: Se coloca el anillo guía sobre el una capa porosa que corresponde al inferior y encima de este el porta probetase . Se fija este conjunto, encima de le se coloca otra capa porosa y se apoya el pistón. Se coge un reloj comparador y se gradúa hasta la posición cero, se aplica una precarga de 40N y se inunda la célula con agua.

OBTENCIÓN DE RESULTADOS

Se acaba el ensayo después de dos horas de inundación. El índice de hinchamiento es el cociente entre la fuerza en Newtons y la sección de la probeta en mm2; se expresa en Mpa o lo que es lo mismo N/mm2.

( )

2*Pr mm

NmPSecciónLector

NewtonsFuerzaesion ≈==

CONCLUSIÓN

Según el resultado de la gráfica el cambio potencial del volumen del suelo

se puede clasificar en : no crítico, marginal, crítico y muy crítico. 2.2 ENSAYOS DE ROTURA ACOMPRESIÓN SIMPLE EN PROBETAS DE SUELO SEGÚN –UNE-400:93 ENSAYOS DE ROTURA

El ensayo de resistencia a la compresión simple de probetas de suelo consiste en determinar la carga máxima capaz de soportar un suelo en condiciones de compresión uniaxial. Se efectúa sobre muestras inalteradas talladas con unas relaciones altura/ diámetro determinadas. Las condiciones de ejecución del ensayo se ajustarán a la norma UNE 103.400.

La muestra se somete, en una prensa, a una carga creciente y se van midiendo las deformaciones verticales para intervalos de carga determinados. El ensayo continua hasta que la carga comienza a disminuir o la deformación axial de la probeta alcance el 15 %. El resultado se expresa en un gráfico o curva tensión- deformación.

En testigos rocosos el ensayo se efectuará conforme a la norma UNE 22950- 1.

En el resultado se hará constar la carga total indicada por el manómetro de la maquina de ensayo y la unitaria en Kgf / cm2, dada por la formula Rc = P / A ( en Kgf/cm2)

Muestra de ensayo Muestra tras el ensayo

2.3 ENSAYO PARA CALCULAR LA PRESIÓN DE INFLAMIENTO DE UN SUELO EN EL EDÓMETRO: -UNE-103.602:96 ENSAYOS EDOMÉTRICOS

Tiene por objeto estudiar la compresibilidad unidimensional de un suelo y resulta de gran aplicabilidad para el cálculo de asientos en suelos arcillosos blandos y saturados. El ensayo se ajustará a lo indicado en la norma UNE 103.405. Se contempla su realización en la zona de arcillas blandas , fangos y arcillas medias o blandas (con resistencias a la compresión simple inferiores a 1 Kg/ cm 2), incluidas en las zonas de depósitos aluvio- coluviales y generalmente asociadas con la existencia de nivel freático a escasa profundidad. Consisten en someter a una muestra de suelo, confinada lateralmente y drenada, a escalones crecientes de carga vertical midiendo las deformaciones producidas. Para ello se introduce una muestra en una célula edométrica. El incremento de presiones se realiza procurando que cada escalón sea el doble que el anterior y el paso al escalón siguiente se efectúa una vez estabilizada la deformación. Posteriormente se realiza una descarga controlada de presiones midiendo, también, la recuperación de la muestra. Normalmente se deben aplicar al menos seis escalones consecutivos de carga y dos de descarga. Se trata de un ensayo lento en el tiempo (cada escalón se mantiene al menos 24 horas). Para cada escalón de carga se determina el índice de poros "e" del suelo. Las cargas utilizadas deberán rebasar ampliamente la tensión prevista para las cimentaciones. Los resultados se representan en un gráfico índice de poros- logaritmo de presiones. ENSAYOS DE HINCHAMIENTO

Estos ensayos permiten calificar y/ o cuantificar los posibles cambios de volumen que pueden experimentar los suelos frente a cambios de humedad. En principio, únicamente se ha contemplado la realización de estos ensayos en la zona geotécnica de Arcillas y margas con yesos. No obstante, el técnico

responsable del estudio geotécnico deberá decidir, conforme a su criterio y experiencia geotécnica, su realización en otro tipo de terrenos. En muestras inalteradas (o parafinadas) se deberán efectuar ensayos de presión de hinchamiento y en muestras alteradas (o S. P. T) ensayos de hinchamiento Lambe. El ensayo de presión de hinchamiento consiste, básicamente, en impedir el aumento de volumen de una muestra inalterada o remoldeada de suelo, colocada en una célula edométrica e inundada, mediante la aplicación de incrementos de carga verticales. Cuando no se aprecie tendencia en la variación del volumen de la probeta con el tiempo, se considera que se ha alcanzado el equilibrio y se da por finalizado el ensayo. Se denomina, por tanto, presión de hinchamiento a la presión vertical necesaria para mantener sin cambio de volumen, una probeta confinada lateralmente, cuando se inunda de agua. Posteriormente se procede a descargar por escalones hasta una presión de 10 KPa. Los resultados obtenidos se expresan en un gráfico en el que se representan los tantos por ciento de hinchamiento y la presión que actúa sobre la muestra en cada escalón de descarga. La ejecución del ensayo se ajustará a la norma UNE 103.602

El ensayo de hinchamiento Lambe permite evaluar mediante un ensayo rápido la peligrosidad de un suelo desde el punto de vista de la expansividad. Dicho ensayo consiste en medir la presión que ejerce una muestra alterada (previamente amasada en unas condiciones determinadas, sometida a una presión de 40N e inundada en el aparato Lambe) al cabo de dos horas, determinando un incremento de presión (Mpa) que se designa como "índice de hinchamiento" o "índice Lambe". Este valor se relaciona con el denominado "cambio potencial de volumen" que proporciona una idea, cualitativa, de la peligrosidad del suelo (no crítico, marginal, crítico y muy crítico). El procedimiento de ejecución del ensayo se describe en la norma UNE 103.600.

2.4 INFLAMIENTO LIBRE DE UNA MUESTRA DE SUELO EN EL EDÓMETRO SEGÚN –UNE- 103.601:96 INTRODUCCIÓN CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS Edómetros convencionales:

-diámetros de las probetas, 50 ó 70 mm -alturas de las probetas, 5, 12 ó 20 mm. -sistemas de aplicación de cargas hasta 15 Kp/cm2, muestra de 70 mm. -sistema de medida las deformaciones con apreciaciones de hasta 0,001 mm tipo LVDT -registro automático de las deformaciones por medio de sistema programable de toma de datos.

Edómetros para suelos parcialmente saturados:

-diámetro de las probetas, 70 mm. -altura de las probetas, 5, 12 ó 20 mm -control de la succión por medio de presión neumática (N2) para succiones de hasta 120 Kp/cm2 o por fase vapor para succiones de hasta 1600 Kp/cm2.

APLICACIONES

Estos equipos se utilizan fundamentalmente para determinar la deformabilidad de los suelos bajo cargas, así como la duración de los procesos de consolidación. Consolidación: En suelos cohesivos saturados, el efecto del aumento de la carga (externa o por peso propio) consiste en expulsar algo de agua en los poros, lo cual implica un cambio de volumen de masa de suelo. La reducción gradual de volumen hasta que se alcanza la presión interna de equilibrio se llama consolidación. Por el contrario, una reducción de la carga puede causar un proceso de expansión, cuando el suelo permanece saturado. Cuando un suelo está sometido a una sobrecarga que es inferior a la presión extrema de consolidación que existió en algún momento de su historia, se dice que está preconsolidado.

Asimismo los equipos de expansividad permiten obtener la relación entre la variación de humedad y el volumen de muestra o presión de hinchamiento. La expansividad es una característica de determinados tipos de arcillas, que se manifiesta con cambios de volumen pueden afectar de manera muy negativa a las cimentaciones si estas no han sido diseñadas para “absorber” estas deformaciones del terreno o quedar al margen de sus efectos. La norma UNE de hinchamiento libre, se denomina al incremento de altura , expresada como tanto por ciento del valor inicial, que experimenta una probeta

de suelo cuando se encuentra confinada lateralmente, sometida a una presión vertical de 10 Kpa y se inunda por abajo y se mide el linchamiento, que se expresa en % del espesor de la muestra, y se designa por el nombre de hinchamiento libre. Presión de hinchamiento se hace todo exactamente igual, pero en lugar de medir el hinchamiento de la muestra, se añaden cargas para no permitirlos (volumen constante)

-edómetro comercial con carga vertical creciente. -edómetro comercial con célula de carga. -ensayo Lambe. Es un ensayo de identificación rápida de suelos que puedan

presentar problemas de expansividad, es decir de cambio de volumen, como consecuencia de variaciones en su contenido de humedad. El método consiste en valorar la expansividad que experimenta un probeta de suelo compactado en unas condiciones de humedad establecida. El cambio potencial de un suelo queda comprendido dentro de uno de los siguientes grupos:

1. No crítico 2. Marginal. 3. Crítico 4. Muy crítico.

El suelo ensayado pertenecerá a uno u otro grupo según el índice de hinchamiento, que es el cociente entre el valor de la fuerza y la sección de la probeta (Mpa).

Presión de inflamiento de una muestra de suelo.

OBJETIVO Su finalidad es determinar la presión capaz de ejercer un suelo cuando se inunda.

ENSAYO

Este ensayo se desarrolla en varios días. En el primero, se talla una pastilla a partir de una muestra compactada estáticamente, se coloca en el anillo de un edómetro convencional y se aplica la primera carga. Seguidamente se procede, durante varios días, a la realización de un ensayo edométrico covencional mediante escalones de carga. Para ello, los encargados deben acordar entre ellos el momento de inicio de cada escalón de carga y de la realización de las lecturas según lo acordado. Las lecturas del desplazamiento vertical se realizará paralelamente una lectura automática de los desplazamientos. Para la realización del ensayo se seguirán las siguientes etapas:

-Comprobación de que se dispone de todas las piezas. Limpieza y lubricación de las paredes interiores del anillo.

-Calibración de los desplazamientos debidos a la deformación del equipo. Se utilizarán las mismas tesiones verticales que en los escalones de carga y descarga en el ensayo. La calibración se realizará dos veces para comprobar la fiabilidad de la misma.

-Se prepara la probeta, comenzando con el tallado de la muestra de suelo los cuales ligeramente más grande que el anillo porta muestras. Se mete el anillo con la arista cortando la muestra; para que sea fácil la introducción se tiene que cortar hasta que tenga un diámetro ligeramente superior al del anillo y luego ejercer presión. Cuando la muestra sobresalga por las dos partes del anillo, se quita el sobrante de los dos extremos.

-Montaje de la célula colocando la placa porosa inferior, luego el anillo con la

probeta y placa porosa superior, finalmente se coloca al pistón de carga y el cuerpo lateral de encierro.

-El siguiente montaje es el de la bancada colocando la célula sobre ella, se

ajusta el contra peso para que haya contacto entre todos los elementos, en esto influye también el colocarlo horizontalmente. Se le da una pequeña presión para ajustar los mecanismos, dicha presión no es mayor de 3 kPa, se colócale medidor de deformaciones en el valor cero y se llena el recipiente de agua para que la muestra absorba la humedad y se expanda en vertical, es en este momento cuando se calcula cuanta presión se da para que no se expanda en vertical. Pero mientras se va hinchando la muestra se le van colocando diferentes cargas para mantener el medidor de deformaciones en + - 0.01 mm.

-La duración de cada escalón será de un mínimo de 24 horas, que es cuando

se considera que se ha conseguido el equilibrio, por cada escalón se toma nota de la lectura final.

-Pero si durante ese tiempo no se aprecia variación, es que se ha conseguido

el equilibrio y se finaliza el ensayo.

APLICACIÓN

Determinar el cálculo de cimientos, procurando que la presión del edificio nunca sea menor que la presión de inflamiento.

Presión de inflamiento libre de una muestra de suelo.

OBJETIVOS

Determinar la capacidad de inflamiento de un suelo a una presión determinada. Este ensayo se prepara de igual forma que el anterior, montaje de la célula, de la bancada, pero lo único que cambia es que no actúan cargas sobre la muestra, sino que al ser inundada, se coloca el medidor de deformaciones en el valor cero y se deja que se expanda y finalmente se analiza la lectura dada.

APLICACIÓN Su aplicación principal es el cálculo de cimientos.

2.5 DETERMINACIÓN DEL ASENTAMIENTO O CONSOLIDACIÓN EN EDÓMETRO SEGÚN –UNE-103.405:94 INTRODUCCIÓN

Las zapatas, o estructuras de cimentación superficiales, apoyadas en terrenos blandos (generalmente arcilla blandas), sufre grandes asientos e incluso se hunden. Hace mucho tiempo que se vio la necesidad de cimentar sobre pilares que atravesaran la capa blanda y descansaran en estratos más firmes. Pero si bajo una capa de arena existe una de arcilla blanda, las consecuencias no serán tan fáciles de prever. Es por esto que los estratos confinados de arcilla hay que estudiarlos a fondo, para prevenir y calcular los asientos. A esos estratos se les denomina confinados, pues la adherencia y fricción en los bordes impiden la expansión horizontal. De ahí que los estudios y ensayos se hagan sobre muestras lateralmente confinadas, para asemejarse más al comportamiento real.

El tema de la compresibilidad de centra en el estudio de las variaciones de dimensión del suelo, en función de las cargas o esfuerzos aplicados al suelo. El estudio de la compresibilidad se realiza fundamentalmente para arcillas o suelos arcillosos, y en estado de saturación. La expulsión de agua de los poros, que permite el reajuste de las partículas sólidas en los huecos que han quedados vacíos, es la base del fenómeno de la consolidación. Si las sobrepresiones interticiales son negativos, de modo que el suelo tiende a aumentar su volumen, el proceso se denomina expansión. OBJETIVO DEL ESTUDIO

La finalidad de este ensayo es determinar la velocidad y grado de asentamiento que experimentará una muestra de suelo arcilloso saturado al someterla a una serie de incrementos de presión o carga.

CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES

El fenómeno de consolidación, se origina debido a que si un suelo parcial o totalmente saturado se carga, en un comienzo de agua existente en los poros absorberá parte de dicha carga puesto que esta es incompresible, pero con el transcurso del tiempo, escurrirá y el suelo irá absorbiendo esa carga paulatinamente. Este proceso de transferencia de carga, origina de cambios de volumen en la masa de suelo, iguales a volumen de drenada.

En función del tipo de suelo sobre el que se aplique la carga, la redución

del volumen vacío se producirá o bien casi instantáneamente o bien tomará un tiempo, dependiendo de factores como el grado de saturación, el coeficiente de permeabilidad, la longitud de trayectoria que tiene que recorrer el fluido expulsado, las condiciones de drenaje y la magnitud de la sobrecarga. La consolidación se aplica sobre todos los suelos pero en la práctica tiene mayor interés en el caso de estructuras cimentadas en depósitos de arcillas, necesitando predecir el asentamiento total de la estructura y la velocidad a la cual se produce dicho asentamiento.

La consolidación del suelo es una deformación elastoplástica que resulta en una permanente reducción de la relación de vacíos debido a un incremento en

los esfuerzos. En la teoría de la consolidación se supone que: el suelo está y permanecerá saturado, el agua y los granos de suelo son incompresibles, el coeficiente de permeabilidad k es una constante y no hay flujo lateral del agua o movimiento lateral del suelo, es decir, la consolidación es unidimensional. ENSAYO

Para realizar este ensayo se tiene que introducir la muestra de suelo dentro de una membrana impermeable, para evitar que el agua exterior entre en el interior de la muestra. El conjunto está contenido en una cámara, dentro de la cual, se puede admitir agua bajo cualquier presión deseada, esta presión deseada, esta presión actúa lateralmente sobre superficie cilíndrica de la muestra a través de la membrana de goma y lateralmente sobre la superficie cilíndrica de la muestra y verticalmente a través de la cabeza. La carga axial adicional se aplica por medio de un pistón son medidas por manómetros. En un ensayo básico se realizan dos etapas, en primer lugar se aplica la presión de cámara y después la adición de la carga axial. Habitualmente se realizan varios ensayos en diversas muestras del mismo suelo, con diferentes presiones radiales, determinándose las tensiones axiales de rotura correspondientes.

Para la realización del ensayo se emplea una muestra de suelo confinada en un anillo y que se cubre por arriba y por debajo con placas de material poroso. Entonces se aplican a las una presión vertical para comprimir la muestra. Esta presión se mantiene hasta que virtualmente cese la compresión y entonces se aplica una presión mucho mayor, repitiendo este procedimiento hasta alcanzar el orden de presión mucho mayor, repitiendo este procedimiento hasta alcanzar el orden de presión al que se verá sometido el suelo bajo una determinada estructura. De esta forma, los resultados se pueden presentar expresando la deformación vertical como una función del esfuerzo efectivo.

Cabe destacar que la forma de esfuerzo deformación se adapta mejor a los cálculos de asentamientos, mientras que la forma relación de vacíos esfuerzo efectivo permite una mayor compresión del mecanismo del proceso. Distintas fórmulas que se aplican: En función de los materiales hay distintos tipos de pesos:

• Peso de MATERIALES LÍQUIDOS: un líquido en similares condiciones de temperatura y presión tiene volumen y peso similares. A esta relación entre peso y volumen se le llama PESO ESPECÍFICO y se define como

Pe = P V

• Cuando hablamos de MATERIALES SÓLIDOS también hay distintos tipo de pesos:

o PESO NATURAL, PN: con la humedad que tenga en el momento de pesar.

o PESO DESECADO, PD: peso del material secado y sin humedad. o PESO SATURADO, PS: peso del material con todos los poros

abiertos y llenos de agua. o PESO SATURADO EN INMERSIÓN, PSI: el anterior pero con el

material inmerso en agua. El material se satura de modo que todos sus poros están llenos de agua y luego se pesa en una BALANZA HIDROSTÁTICA.

La balanza hidrostática pesa la muestra saturada de agua y sumergida. El material tiene todos sus poros llenos de agua y experimenta un empuje en todas sus partes incluidas las paredes de las cavidades. De modo que el empuje que el material experimenta es: E = PS - PSI Empuje = P. Saturado – P.Saturado en inmersión Con esto podremos hallar luego el volumen aparente y el real. Podemos hallar la HUMEDAD del material y el COEFICIENTE DE ABSORCIÓN en base al peso:

H = DPPP DN − x 100 Humedad =

adoPadoPnaturalP

sec.sec.. − x 100

α = D

DS

PPP − x 100 Coef. De absorción =

adoPadoPsaturadoP

sec.sec.. − x

100 Si un material tiene un H = 8% quiere decir que en 100 Kg. de material sin ningún tratamiento de humedad hay 8Kg. de agua, es decir, la humedad que puede tener ese material. Si un material tiene un α = 10% quiere decir que en 100 Kg. de material saturado de agua hay 10 Kg. de agua, es decir, la capacidad de llenarse de agua. Si hablamos del agua, que será en la mayoría de los casos, tenemos que tener en cuenta que peso = volumen. Es lo mismo hablar de kilos que de litros o dm3 de agua.

Si hablamos de otros líquidos tendremos que tener en cuenta esta diferencia entre peso y volumen. Tendremos que utilizar para pasar de uno a otro la formula del peso específico. VOLUMEN REAL Y APARENTE VOLUMEN APARENTE es el que a simple vista se ve. Es el volumen de la materia más el de sus cavidades. VOLUMEN REAL es el de la materia en sí, sin contar con las cavidades. Volumen Aparente = V. Real + V. de Cavidades (abiertas y cerradas) Para obtener el volumen real se utilizan dos aparatos: el picnómetro y el volunómetro. El PICNÓMETRO se utiliza del modo:

• Partiendo del material desecado • Se machaca y se pesa su peso desecado (PD) • Se llena el picnómetro de agua hasta una marca y se mide su peso

(PPICNOMTRO + PAGUA1) • Se vacía el picnómetro y se seca • Se introduce el material machacado. • Se vuelve a llenar de agua hasta la misma marca, lógicamente la cantidad

de agua será menor (PPICNOMETRO + PAGUA2 + PD = PQ)

• Finalmente el calculo es

PPICNOMETRO + PAGUA1 + PD – PQ = PAGUA DESLOJADA = PREAL

El agua que no entra en la segunda medida es la ocupada por el material, es decir el VOLUMEN REAL del material. El otro método para calcular el volumen real es utilizando el VOLUNÓMETRO:

• Partiendo del material desecado y machacado. • Llenamos el volunómetro de una cantidad dada de agua y se marca hasta

donde llegue. • Se vacía el volunómetro. • Introducimos el material machacado y la misma cantidad de agua que

antes y se ve hasta que medida llega ahora el agua. El VOLUMEN REAL del material será la diferencia entre la primera medida de agua y la segunda. Este método no es tan exacto como el primero porque se basa en observación visual, aunque si es el más usado. El VOLUMEN APARENTE es mucho más sencillo de medir, cuando el material es cubicable se puede medir de forma matemática con el medido del cubo. El problema aparece cuando el material no es cubicable, en cuyo caso se calcula: V.APARENTE = V.CAVIDADES ABIERTAS + V.CAVIDADES CERRADAS + V.MAT.COMPACTO

Siendo V.CAVIDADES ABIERTAS = PS - PD (saturado – desecado) V.CABIDADES CERRADAS + V MATERIAL COMPACTO = E = PS - PSI

Con lo cual el volumen aparente será:

VA = PS – PD + PS – PSI = 2PS – PD - PSI

DENSIDAD, PESO ESPECÍFICO Y COMPACIDAD

DENSIDAD ABSOLUTA γ =

Vm PESO ESPECÍFICO ABSOLUTO

PE = VP γA < γR

DENSIDAD RELATIVA γR = AGUA

R

γγ PESO ESPECÍFICO RELATIVO PEr =

Eagua

E

PP VR < VA

La densidad relativa es una constante, sin unidades, lo mismo que el peso específico relativo.

COMPACIDAD δ = R

A

γγ

x 100 = R

A

Vm

Vm

x 100 = A

R

VV x 100

La compacidad nos dice de un material que parte es compacta. . POROSIDAD Y MÓDULO DE SATURACIÓN Relación entre el volumen de poros respecto al volumen aparente del material

VAP = PS – PD V. de poros abiertos = peso saturado – peso desecado VRP = VA – VR V. de poros abiertos y cerrados = V. aparente – V. real VA = VR + VRP V. aparente = V. real + V. real de poros abiertos y cerrados

La formula de la POROSIDAD es:

β = APARENTE

POROS

VV.

. x 100

A su vez tenemos otras dos formulas para la porosidad, la ABIERTA y la REAL

βA = A

AP

VV x 100 βR =

A

RP

VV x 100

Por ejemplo, un material con:

βA = 70%, quiere decir que de 100, 70 son poros abiertos. βR = 80%, quiere decir que de 100, 80 son poros reales (poros abiertos y cerrados)

Si βA tiende a 0% no tiene poro abiertos MATERIAL IMPERMEABLE Si βA tiende a 100% tiene todos sus poros abiertos MATERIAL PERMEABLE En el caso de que βA tienda a 0% no quiere decir que no tenga poros cerrados en su interior, por eso debemos conocer su porosidad real. Si βR tiende a 0% no tiene poros ni abiertos ni cerrados MATERIAL IMPERMEABLE

Si βR tiene a 100% está lleno de poros tanto cerrados como cerrados MATERIAL PERMEABLE Relacionado con estos concepto está el de MÓDULO DE SATURACIÓN, que relaciona la porosidad aparente con la real y así nos dice cuantos poros de los que tiene el material son abiertos.

ε = R

A

ββ x 100 =

ARP

AAP

VV

VV

X 100 = RP

AP

VV X 100

Si ε tiende a 100% tendría todos los poros abiertos MATERIAL PERMEABLE Si ε tiende a 0% no tendría poros abiertos MATERIAL IMPERMEABLE A partir de ε = 70% el material ya sería sospechoso de ser heladizo, pero habría que estudiarlo mejor Relacionando la POROSIDAD con la COMPACIDAD para saber el porcentaje de poros que ocupa el volumen total de un material, tenemos: β =

A

RA

VVV − x 100 =

A

A

VV -

A

R

VV x 100 = ⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ −

A

R

VV1 x 100 = ⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ −

1001 δ

x 100

2.6 Determinación del ángulo de rozamiento interno de un suelo mediante el ensayo de corte directo según norma UNE 103-401:98 El ensayo de corte directo consiste en hacer deslizar una porción de suelo, respecto a otra a lo largo de un plano de falla predeterminado mediante la acción de una fuerza de corte horizontal incrementada, mientras se aplica una carga normal al plano del movimiento. Falla.- Deslizamiento de las partículas de un suelo debido a que cuando una estructura se apoya en la tierra, transmite los esfuerzos al suelo y se producen deformaciones. Resistencia al corte.- Valor máximo de la resistencia interna que posee la masa de suelo antes de fallar y deslizarse en un plano dentro de él. Depende de la cohesión y fricción del suelo. El suelo tiene dos comportamientos básicos ante la aplicación del esfuerzo cortante:

a) Resistencia al desplazamiento debido a que las partículas están unidas entre si.

b) Resistencia a la traslación debido a la fricción entre los puntos de contacto de cada partícula del suelo.

Objetivos del ensayo 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 útil para el cálculo de la estabilidad de taludes. La resistencia al esfuerzo cortante en el suelo se debe a dos componentes: la cohesión, aportada por la fracción fina del suelo y responsable a su vez del comportamiento plástico de este, y el rozamiento interno entre las partículas granulares. Aparatos

-Máquina de corte directo.- Consta de dos armaduras, una inferior y otra superior (una fija y otra móvil). Sirve para aplicar fuerza de corte a lo largo de un plano paralelo a las caras de la muestra.

-Caja de corte directo.- Está dividida verticalmente por un plano horizontal

en dos mitades de espesor igual que se ajustan con tornillos. También tiene unos tornillos que controlan la separación entre las mitades superior y la inferior.

Deformamiento.- Mide el cambio de espesor de la muestra y el desplazamiento horizontal. PREPARACIÓN DEL ENSAYO Se introduce una muestra de suelo cohesivo (compuesto de granos finos con grandes porcentajes de arcillas) en un anillo porta-muestras dividido horizontalmente en dos mitades: la mitad superior y la mitad inferior. REALIZACIÓN DEL ENSAYO

Una vez tenemos preparado el anillo porta-muestras con el suelo, la muestra es introducida en la caja de corte, midiendo las dimensiones de la caja de corte para calcular el área de la muestra. A continuación se montan las dos mitades, colocando las placas porosas entre el anillo porta-muestras. Simultáneamente 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 se introducirán 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 cargas normales. Fundamentos para el análisis del ensayo- Ley de Coulomb:

El ensayo de corte directo impone sobre un suelo las condiciones idealizadas del ensayo. O sea, induce la ocurrencia de una falla a través de un plano de localización predeterminado. Sobre este plano actúan dos fuerzas (o esfuerzos): un esfuerzo normal debido a una carga vertical (Pv) aplicada externamente y un esfuerzo cortante debido a la aplicación de una carga horizontal (Ph). Estos esfuerzos se calculan simplemente como:

� n = Pv /A �� f = Ph /A

Donde A es el área nominal de la muestra (o de la caja de corte) y usualmente no se corrige para tener en cuenta el cambio de área causada por el desplazamiento lateral de la muestra (Ph).La relación entre los esfuerzos de corte de falla ( � f ) y los esfuerzos normales ( � n ) en suelos, se muestra en la figura 5.21 y puede representarse por la ecuación siguiente:

��f = c + � n * tg �

Esfuerzo normal

τ f = C + σ n * tg φ

Φ

τ f 1

τ f 2

τ f 3

1

2

3

N1/L2 σ n

C

Relación entre los esfuerzos de corte máximo y los esfuerzos normales. La línea recta obtenida se conoce como Envolvente de falla Ventajas e inconvenientes del ensayo de corte directo: Principales ventajas:

-El ensayo es relativamente rápido y fácil de llevar a cabo. -La preparación de la muestra no es complicada. -El principio puede aplicarse a suelos granulares y otros materiales que

contienen grandes partículas que serían muy caras de ensayar por otros medios.

-El tamaño de las muestras hace que efectuar ensayos consolidados no

drenados y consolidados drenados no requiere demasiado tiempo, pues el tiempo de drenaje es bastante corto aún para materiales con bajo coeficiente de permeabilidad, debido a que el camino de drenaje es muy pequeño.

Inconvenientes:

-La muestra está obligada a fallar en un plano predeterminado. -La distribución de esfuerzos en ésta superficie no es uniforme. -No es posible controlar el drenaje de la muestra, sólo se puede variar la velocidad de desplazamiento. -Las deformaciones aplicadas están limitadas por recorrido máximo de la caja. -El ensayo usa una muestra muy pequeña, con el consiguiente resultado de que los errores de preparación son relativamente importantes.

2.7 DETERMINACIÓN DE LOS LIMITES DE ATTEBERG DE UN SUELO SEGÚN UNE 103-103:94 y UNE 103-104:93.

Los límites de Atterberg o límites de consistencia se basan en el concepto de que los suelos finos, presentes en la naturaleza, pueden encontrarse en diferentes estados, dependiendo del contenido de agua. Así un suelo se puede encontrar en un estado sólido, semisólido, plástico, semilíquido y líquido. La arcilla, por ejemplo al agregarle agua, pasa gradualmente del estado sólido al estado plástico y finalmente al estado líquido.

El método Atterberg es usado para medir estos límites de humedad.

L. L. Plástico L.

0 %W 100 %W

Semi - Sólido PlásticoSólido Líquido

Limite Líquido(wl).- Contenido de humedad del suelo en el límite entre el estado semilíquido y plástico. Límite Plástico(wp).- Contenido de humedad del suelo en el límite entre los estados semisólidos y plástico. Plasticidad.- Es la propiedad que tienen algunos materiales de deformarse sin agrietarse, ni producir rebote elástico, y sin variación volumétrica. Índice de Plasticidad (IP).- Es la diferencia entre los límites líquido y plástico:

IP= wl – wp

REALIZACIÓN DEL ENSAYO

Es importante que las muestras seleccionadas para determinar los límites sean lo más homogéneas que se pueda lograr.

Equipo utilizado :

- Cuchara Casagrande normalizada - Acanalador normalizado

- Espátula de acero flexible, cápsulas de porcelana, placa de vidrio, hormo regulable a 110º, agua destilada, papel semi-logarítmico.

Para calcular los limites de Atterberg el suelo se tamiza por la malla Nº40 y

la poción retenida es descartada. Se mezcla y homogeneiza la muestra añadiendo agua destilada y revolviéndola hasta obtener una pasta semilíquida homogénea. Se conserva la pasta durante 24 horas en una cámara húmeda para que la humedad se homogenice.

Determinación del límite líquido de un suelo por el método Casagrande:

Se entiende por límite líquido, la humedad que tiene el suelo amasado con agua y colocado en una cuchara normalizada (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 10cm con una cadencia de 2 golpes por segundo. Se colocan entre 50 y 70 g de la pasta preparada, con algo de plasticidad, en la cuchara de Casagrande y se extiende y alisa con una espátula sin dejar burbujas de aire. Con un acanalador se abre un surco para separar la muestra por la mitad. 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 tres veces:

- En el primero deberemos obtener un valor de golpes cercano a 20. - En el segundo deberá ser un valor cercano a 25. - 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 vez y obtendremos una recta en la cual interpolaremos los 25 golpes por tal de conocer el límite líquido.

Determinación del límite plástico de un suelo:

Se pretende hallar la humedad más baja con la que pueden formarse con un suelo cilindros de 3mm de diámetro, rodando dicho suelo entre los dedos de la mano y una superficie lisa, hasta que los cilindros empiecen a desquebrajarse. Para ello se coge 20grs de suelo que pasen por el tamiz de 0,40mm y se amasa con agua destilada hasta formar una bola y se toman 15gr como muestra para el ensayo. Se coge la mitad de la muestra y se hace rodar para formar cilindros de 3mm y se resquebrajen. Se colocan las porciones de suelo así obtenidas hasta una cantidad de unos 5grs en un pesa sustancias y se halla la humedad. Siendo la humedad el cociente en tanto por ciento entre la masa de agua que pierde el suelo al secarlo y la masa de suelo seco. El límite plástico es la media aritmética de las humedades de ambas determinaciones en %. Si los resultados de ambas determinaciones difieren en más de dos puntos porcentuales, el ensayo debe repetirse.

3. CONCLUSIONES:

Estos ensayos nos aportan información sobre las características de compacidad y resistencia del terreno en profundidad, con vistas a la selección de la cota y modalidad de cimentación de la edificación. Así como de investigar la homogeneidad o anomalías de una capa de suelo o comprobar la situación en profundidad de una capa cuya existencia se conoce. Cabe destacar que la obtención de la información de los terrenos ensayados es rápida y de un coste económico no muy elevado