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1. CLASIFICACION DE SUELOS
Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (USCS), en español
(SUCS)
Este sistema fue propuesto por Arturo Casagrande como una
modificación y adaptación más general a su sistema de clasificación propuesto
en el año 1942 para aeropuertos.
Esta clasificación divide los suelos en:
- Suelos de grano grueso.
- Suelos de grano fino.
- Suelos orgánicos.
Los suelos de granos grueso y fino se distinguen mediante el tamizado
del material por el tamiz No. 200.
Los suelos gruesos corresponden a los retenidos en dicho tamiz y los
finos a los que lo pasan, de esta forma se considera que un suelo es grueso si
más del 50% de las partículas del mismo son retenidas en el tamiz No. 200 y
fino si mas del 50% de sus partículas son menores que dicho tamiz.
Los suelos se designan por símbolos de grupo. El símbolo de cada
grupo consta de un prefijo y un sufijo. Los prefijos son las iníciales de los
nombres en ingles de los seis principales tipos de suelos (grava, arena, limo,
arcilla, suelos orgánicos de grano fino y turbas), mientras que los sufijos indican
subdivisiones en dichos grupos.
Suelos gruesos. Se dividen en gravas y arena, y se separan con el
tamiz No. 4, de manera que un suelo pertenece al grupo de grava si más del
50% retiene el tamiz No. 4 y pertenecerá al grupo arena en caso contrario.
Suelos finos. El sistema unificado considera los suelos finos divididos
entre grupos: limos inorgánicos (M), arcillas inorgánicas © y limos y arcillas
orgánicas (O). Cada uno de estos suelos se subdivide a su vez según su límite
liquido, en dos grupos cuya frontera es Ll = 50%. Si el límite líquido del suelo
es menor de 50 se añade al símbolo general la letra L (low compresibility). Si
es mayor de 50 se añade la letra H (high compresibility). Obteniéndose de este
modo los siguientes tipos de suelos:
ML: Limos Inorgánicos de baja compresibilidad. OL: Limos y arcillas orgánicas.
CL: Arcillas inorgánicas de baja compresibilidad. CH. Arcillas inorgánicas de
alta compresibilidad. MH:
Limos inorgánicos de alta compresibilidad. OH: arcillas y limos orgánicas de
alta compresibilidad.
El sistema Unificado de clasificación de suelos, utiliza como identificación los siguientes símbolos:
Fracción Gruesa (FG)= 100% menos lo que pasa el tamiz No. 200.
Para que el suelo sea una grava debe cumplirse lo siguiente: Retiene el tamiz No. 4 > ½ FG
Retiene el tamiz No. 4: 100 menos lo que pasa el tamiz No. 4
Para que el suelo sea una arena debe cumplirse lo siguiente: Retiene el tamiz No. 4 < ½ FG
Las gravas con 5 a 12% de finos requieren el uso de símbolos dobles: GW-GM grava bien graduada con limo; GW-GC grava bien graduada con arcilla; GP-GM grava mal graduada con limo; GP-GC grava mal graduada con arcilla.
Las arenas con 5 a 12% de finos requieren el uso de símbolos dobles: SW-SM arenas bien graduada con limo; SW-SC arenas bien graduada con arcilla; SP-SM arena mal graduada con limo; SP-SC arena mal graduada con arcilla.
Cu = D60/D10 Cc = D30²/D60*D10. Cu: Coeficiente de uniformidad. Cc: Coeficiente de curvatura.
Si los límites de Atterberg se sitúan en el área sombreada de la carta de plasticidad, el suelo es una arcilla limosa CL-ML.
Si el suelo contiene _ 15% de arena, añada “con arena” al nombre del grupo.
Si el suelo contiene _ 15% de grava añada “con grava” al nombre del grupo.
Si el suelo contiene 15 a 29% mayos de la malla No. 200 añada “con arena” o “con grava”, el que sea predominante.
Si el suelo contiene _ 30% mayor de la malla No. 200, predominantemente arena, añada “arenoso” al nombre del grupo.
Si el suelo contiene _ 30% mayor de la malla No. 200, predominantemente grava, añada “gravoso” al nombre del grupo.
En resumen, si:
• El suelo es granular si el pasante por el tamiz P200 es menor al 50%
• El suelo se clasifica como fino si el pasante por el tamiz P200 es mayor al
50%
• Se utiliza para estudios de suelo.
% F > 50% Suelo Fino. (Limoso o Arcilloso)…….Caso I
%F < 50% Suelo Grueso (Arenoso o Gravoso)… Caso II
CASO I: Si el suelo se considera Fino, Analizamos sus características de
Plasticidad a través de IP Y LL. , Luego ubicamos el tipo de suelo utilizando la
carta de plasticidad.
CASO II: Si el suelo se considera Grueso se compara el % de grava con el %
de arena. Si %G > %S el suelo se clasifica como una grava, de lo contrario se
clasifica como una arena.
Luego analizamos la cantidad de fino que lo acompaña a la parte gruesa (grava
o arena).
American Association of State Highway Officials (AASTHO)
Se basa en determinaciones de laboratorio de Granulometría, Límite,
Líquido e Índice de Plasticidad.
Es un método realizado principalmente para Obras Viales.
Restricción para los finos: %malla nº 200 > 35% => Fino
La evaluación se complementa mediante el IG :
• El suelo es granular si el pasante por el tamiz P200 es menor al 35%
• El suelo se clasifica como fino si el pasante por el tamiz P200 es mayor al
35%
• Se utiliza para estudios de carreteras.
A-1-a Principalmente gravas con o sin partículas finas de granulometrías bien
definidas.
A-1-b Arena con o sin partículas finas de granulometrías bien definidas.
A-2-4 Materiales granulares con partículas finas limosas.
A-2-5 Intermedio.
A-2-6 Materiales granulares con partículas finas arcillosas.
A-2-7 Intermedio.
A-3 Arena de granulometría deficiente que casi no contiene partículas finas
ni gravas.
A-4 Principalmente partículas finas limosas.
A-5 Tipos de suelos poco frecuentes que contienen partículas finas limosas,
generalmente plásticas y difíciles de compactar.
A-6 Contienen partículas finas limosas o arcillosas con un límite liquido bajo.
A-7-5 Las arcillas y limos más plásticos.
A-7-6 Las arcillas y limos más plásticos.
EJEMPLO DE APLICACIONES
Federal Aviation Administration de los Estados Unidos (FAA)
Uno de los métodos más utilizado para el diseño de pavimentos flexibles en
aeropuertos, es el de la FAA, el cual consta de una serie de curvas que sirven
para determinar los espesores de las llamadas áreas críticas, siendo éstas
aquellas por las cuales se desplazan las aeronaves a carga máxima.
Parámetros de entrada:
+ Propiedades de los suelos de la subrasante
+ Magnitud de las cargas
+ Geometría del tren de aterrizaje
+ Volumen de tránsito
Para la evaluación geotécnica de la subrasante, el método tiene su propia
clasificación de suelos basada en la granulometría, el límite líquido y el índice
plástico, por medio de la cual establece el valor relativo del suelo como material
de fundación y el requerimiento o no de subbase, considerando además las
condiciones de drenaje existente y la influencia de las heladas, de la siguiente
manera:
Los nombres, así como las características de los diferentes suelos,
sugeridos por la FAA, se hallan indicados en el cuadro siguiente:
Según esta nomenclatura se designa como:
Arena gruesa: El materia que pasa el Tamiz N°10 y queda retenido en el tamiz
N°60, siendo las partículas de un tamaño comprendido entre 2mm a 0,25
milímetros.
Arena fina: El material que pasa el tamiz N°60 y queda retenido en el tamiz
N°270. El tamaño de sus partículas esta comprendido entre 0.25 mm y 0.05
milímetros.
Limo: el material que pasa el tamiz N° 270 y cuyas partículas están
comprendidas entre 0.05 mm y 0.005 milímetros.
Arcilla: El material que pasa el tamiz N° 270, y cuyas partículas son menores
de 0.005 Milímetros.
Considerando el material que pasa el tamiz N°10, así como los límites de
consistencia del suelo, la FAA clasifica los suelos en 13 tipos.
2. MÉTODOS DE EXPLORACION DE LOS SUELOS
Esto es una necesidad que se tiene que contar tanto en la etapa de
proyecto, como durante la ejecución de la obra que se trate, con datos firmes,
seguros y abundantes respecto al suelo con el que se esta tratando. El
conjunto de estos datos debe llevar al proyectista a adquirir una concepción
razonablemente exacta de las propiedades físicas del suelo que hayan de ser
consideradas en sus análisis. En realidad es en el laboratorio donde el
proyectista ha de obtener los datos definitivos para su trabajo; primero, al
realizar las pruebas de clasificación ubicara en forma correcta la naturaleza del
problema que se le presenta y de esta ubicación podrá decidir, como segunda
fase de un trabajo, las pruebas mas adecuadas que requiere su problema
particular, para definir las características de deformación y resistencia a los
esfuerzos en el suelo con que haya de laborar. El conocimiento anticipado de
tales problemas permite, a su vez, programar en forma completa las pruebas
necesarias para la obtención del cuadro completo de datos de proyecto,
investigando todas aquellas propiedades físicas del suelo de las que se pueda
sospechar que lleguen a plantear en la obra una condición crítica.
Tipos de sondeos. Los tipos de sondeos que se usan para fines de muestreo
conocimiento del subsuelo, en general, son los siguientes:
2.1 METODOS DE EXPLORACION DE CARÁCTER PRELIMINAR
a) POZOS A CIELO ABIERTO, CON MUESTREO ALTERADO O
INALTERADO:
Cuando este método sea practicable debe considerársele como el
más satisfactorio para conocer las condiciones del subsuelo, ya que
consiste en excavar un pozo de dimensiones suficientes para que un
técnico pueda directamente bajar y examinar los diferentes estratos de
suelo en su estado natural, así como darse cuenta de las condiciones
precisas referentes al agua contenida en el suelo. Desgraciadamente este
tipo de excavación no puede llevarse a grandes profundidades a causa,
sobre todo, de la dificultad de controlar el flujo de agua bajo el nivel
freático; naturalmente que el tipo de suelo de los diferentes estratos
atravesados también influye grandemente en los alcances del método en sí.
Deben cuidarse especialmente los criterios para distinguir la naturaleza del
suelo "in situ" y la misma, modificada por la excavación realizada. En efecto,
una arcilla dura puede, con el tiempo, aparecer como suave y esponjosa a
causa del flujo de agua hacia la trinchera de excavación; análogamente, una
arena compacta puede presentarse como semifluida y suelta por el mismo
motivo. Se recomienda que siempre que se haga un pozo a cielo abierto se
lleve un registro completo de las condiciones del subsuelo durante la
excavación, hecho por un técnico conocedor.
En estos pozos se pueden tomar muestras alteradas o inalteradas
de los diferentes estratos que se hayan encontrado.
b) PERFORACIONES CON POSTEADORA, BARRENOS HELICOIDALES O
MÉTODOS SIMILARES:
En estos sondeos exploratorios la muestra de suelo obtenida es
completamente alterada, pero suele ser representativa del suelo en lo
referente a contenido de agua, por lo menos en suelo muy plástico.
Los barrenos helicoidales pueden ser de diferentes tipos no sólo
dependiendo del suelo por atacar, sino de acuerdo con la preferencia particular
de cada perforista.
Un factor importante es el paso de la hélice que debe ser muy cerrado
para suelos arenosos y mucho más abierto para el muestreo en suelos
plásticos.
Posiblemente más usadas que los barrenos son las posteadoras a las
que se hace penetrar en el terreno ejerciendo un giro sobre el mineral
adaptado al extremo superior de la tubería de perforación. Las herramientas
se conectan al extremo de una tubería de perforación, formada por secciones
de igual longitud, que se van añadiendo según aumenta la profundidad del
sondeo.
En arenas colocadas bajo el nivel de aguas freáticas estas herramientas
no suelen poder extraer muestras y en esos casos es preferible recurrir al uso
de cucharas especiales, de las que también hay gran variedad de tipos.
Las muestras de cuchara son generalmente más alteradas todavía
que las obtenidas con barrenos helicoidales y posteadoras; la razón es el
efecto del agua que entra en la cuchara junto con el suelo, formando en
el interior una seudosuspensión parcial del mismo. Es claro que en todos
estos casos las muestras son cuando mucho apropiadas solamente para
pruebas de clasificación y, en general, para aquellas pruebas que no
requieran muestra inalterada. El contenido de agua de las muestras de
barreno suele ser mayor del real, por lo que el método no excluye la
obtención de muestras más apropiadas, por lo menos cada vez que se
alcanza un nuevo estrato.
c) MÉTODO DE LAVADO:
Este método constituye un procedimiento económico y rápido para
conocer aproximadamente la estratigrafía del subsuelo. El método se usa
también en ocasiones como auxiliar de avance rápido en otros métodos de
exploración. Las muestras obtenidas en lavado son tan alteradas que
prácticamente no deben ser consideradas como suficientemente
representativas para realizar ninguna prueba de laboratorio.
El equipo necesario para realizar la perforación incluye un trípode
con polea y martinete suspendido, de 80 a 150 Kg de peso, cuya función es
hincar en el suelo a golpes el ademe necesario para la operación. Este ademe
debe ser de mayor diámetro que la tubería que vaya a usarse para la
inyección del agua. En el extremo inferior de la tubería de inyección debe ir
un trépano de acero, perforado, para permitir el paso del agua a presión. El
agua se impulsa dentro de la tubería por medio de una bomba.
La operación consiste en inyectar agua en la perforación, una vez
hincado el ademe, la cual forma una suspensión con el suelo en el fondo del
pozo y sale al exterior a través del espacio comprendido entre el ademe y
la tubería de inyección; una vez fuera es recogida en un recipiente en el cual
se puede analizar el sedimento. El procedimiento debe ir complementado en
todos los casos por un muestreo con una cuchara del trépano; mientras las
características del suelo no cambien será suficiente obtener una muestra cada
1,50 m aproximadamente, pero al notar un cambio en el agua eyectada debe
procederse de inmediato a un nuevo muestreo. Al detener las operaciones
para un muestreo debe permitirse que el agua alcance en el pozo un nivel
de equilibrio, que corresponde al nivel freático (que debe registrarse).
Cualquier alteración de dicho nivel que sea observada en los diferentes
muestreos debe reportarse especialmente.
d) MÉTODO DE PENETRACIÓN ESTÁNDAR:
Este procedimiento es, entre todos los exploratorios preliminares,
quizá el que rinde mejores resultados en la práctica y proporciona más útil
información en torno al subsuelo y no sólo en lo referente a descripción.
En suelos puramente friccionantes la prueba permite conocer la
compacidad de los mantos que es la característica fundamental respecto a
su comportamiento mecánico. En suelos plásticos la prueba permite adquirir
una idea, si bien tosca, de la resistencia a la compresión simple. Además
el método lleva implícito un muestreo, que proporciona muestras alteradas
representativas del suelo en estudio.
La utilidad e importancia mayor de la prueba de penetración estándar
radica en las correlaciones realizadas en el campo y en el laboratorio en
diversos suelos, sobre todo arenas, que permiten relacionar aproximadamente
la compacidad, el ángulo de fricción interna en arenas y el valor de la
resistencia a la compresión simple en arcillas, con el número de golpes
necesarios en ese suelo para que el penetrómetro estándar logre entrar los
30 cm especificados.
e) MÉTODO DE PENETRACIÓN CÓNICA:
Estos métodos consisten en hacer penetrar una punta cónica en el suelo
y medir la resistencia que el suelo ofrece.
f) PERFORACIONES EN BOLEOS Y GRAVAS:
Con frecuencia es necesario atravesar durante las perforaciones
estratos de boleos o gravas que presentan grandes dificultades para ser
perforados con las herramientas hasta aquí descritas. En estos casos se hace
necesario el empleo de herramientas de mayor peso, del tipo de barretones
con taladros de acero duro, que se suspenden y dejan caer sobre el
estrato en cuestión, manejándolos con cables. En ocasiones se ha
recurrido, inclusive, al uso localizado de explosivos para romper la
resistencia de un obstáculo que aparezca en el sondeo.
2.2 MÉTODOS DE SONDEO DEFINITIVO
a) POZOS A CIELO ABIERTO CON MUESTREO INALTERADO
(CALICATA):
Este método de exploración ha sido ya descrito por lo que no se
considera necesario describirlo nuevamente. Sin embargo, es conveniente
insistir en el hecho de cuando es factible, debe considerarse el mejor de todos
los métodos de exploración a disposición del ingeniero para obtener muestras
inalteradas y datos adicionales que permitan un mejor proyecto y construcción
de una obra.
b) MUESTREO CON TUBOS DE PARED DELGADA:
Desde luego de ningún modo y bajo ninguna circunstancia puede
obtenerse una muestra de suelo que pueda ser rigurosamente considerada
como inalterada. En efecto, siempre será necesario extraer al suelo de un
lugar con alguna herramienta que inevitablemente alterará las condiciones
de esfuerzo de su vecindad; además, una vez la muestra dentro del
muestreador no se ha encontrado hasta hoy y es dudoso que jamás llegue a
encontrarse, un método que proporcione a la muestra, sobre todo en su
cara superior e inferior los mismos esfuerzos que tenia "in situ".
Este tipo de muestreadores no es recomendable para suelos muy
blandos, con alto contenido de agua y arenas, ya que en ocasiones no
logran extraer la muestra, saliendo a la superficie sin ella.
c) MÉTODOS ROTATORIOS PARA ROCA:
Cuando un sondeo alcanza una capa de roca más o menos firme o
cuando en el curso de la perforación las herramientas hasta aquí descritas
tropiezan con un bloque grande de naturaleza rocosa, no es posible
lograr penetración con los métodos estudiados y ha de recurrirse a un
procedimiento diferente.
Cuando un gran bloque o un estrato rocoso aparezcan en la perforación
se hace indispensable recurrir al empleo de máquinas perforadoras a rotación,
con broca de diamantes o del tipo cáliz.
En las primeras, en el extremo de la tubería de perforación va
colocado un muestreador especial, llamado de "corazón", en cuyo extremo
inferior se acopla una broca de acero duro con incrustaciones de diamante
industrial, que facilita la perforación.
2.3 METODOS GEOFISICOS PARA SONDEOS DE SUELO
Se tratan ahora métodos geofísicos de exploración de suelos, desarro-
llados principalmente con el propósito de determinar las variaciones en las
características físicas de los diferentes estratos del subsuelo o los contornos de
la roca basal que subyace a depósitos sedimentarios. Los métodos se han
aplicado sobre todo a cuestiones de Geología y Minería y en mucha menor
escala a Mecánica de Suelos, para realizar investigaciones preliminares de
lugares para localizar presas de tierra o para determinar, como se indicó,
perfiles de roca basal. Los métodos son rápidos y expeditos y permiten tratar
grandes áreas, pero nunca proporcionan suficiente información para fundar
criterios definitivos de proyecto, en lo que a la Mecánica de Suelos se refiere.
En el caso de estudios para fines de cimentación no se puede considerar
que los métodos geofísicos sean adecuados, pues no rinden una información
de detalle comparable con la que puede adquirirse de un buen programa de
exploración convencional.
A continuación se describen brevemente los principales métodos que se
han desarrollado hasta hoy; de ellos los dos primeros han resultado, con
mucho, los más importantes.
a) Método sísmico
Este procedimiento se funda en la diferente velocidad de propagación de
las ondas vibratorias de tipo sísmico a través de diferentes medios materiales.
Las mediciones realizadas sobre diversos medios permiten establecer que esa
velocidad de propagación varía entre 150 y 2,500 m/seg en suelos,
correspondiendo los valores mayores a mantos de grava muy compactos y las
menores a arenas sueltas; los suelos arcillosos tienen valores medios, mayores
para las arcillas duras y menores para las suaves. En roca sana los valores
fluctúan entre 2,000 y 8,000 m/seg. Como término de comparación se
menciona el hecho de que en el agua la velocidad de propagación de este tipo
de onda es del orden de 1,400 m/seg. Esencialmente el método consiste en
provocar una explosión en un punto determinado del área a explorar usando
una pequeña carga de explosivo, usualmente nitroamonio. Por la zona a
explorar se sitúan registradores de ondas (geófonos), separados entre sí de 15
a 30 m. La función de los geófonos es captar la vibración, que se transmite
amplificada a un oscilógrafo central que marca varias líneas, una para cada
geófono. Suponiendo una masa de suelo homogénea que yazca sobre la roca
basal, unas ondas llegan a los geófonos viajando a través del suelo a una
velocidad υ1; otras ondas llegan después de cruzar oblicuamente dicho suelo.
Hay un ángulo crítico de incidencia respecto a la frontera con la roca basal que
hace que las ondas ni se reflejen ni se refracten hacia adentro de la roca, sino
que las hace viajar paralelamente a dicha frontera, dentro de la roca, con una
velocidad υ2 hasta ser recogidas por los geófonos, después de sufrir nuevas
refracciones, para transmitirlas al oscilógrafo. El tiempo de recorrido de una
onda refractada está determinado por su ángulo crítico, que depende de la
naturaleza del suelo y de la roca.
b) Método de resistividad eléctrica
Este método se basa en el hecho de que los suelos, dependiendo de su
naturaleza, presentan una mayor o menor resistividad eléctrica cuando una
corriente es inducida a su través. Su principal aplicación está en el campo de la
minería, pero en Mecánica de Suelos se ha aplicado para determinar la
presencia de estratos de roca en el subsuelo.
La resistividad eléctrica de una zona de suelo puede medirse colocando
cuatro electrodos igualmente espaciados en la superficie y alineados; los dos
exteriores, conectados en serie a una batería son los electrodos de corriente
(medida por un miliamperímetro), en tanto que los interiores se denominan de
potencial y están conectados a un potenciómetro que mide la diferencia de
potencial de la corriente circulante.
Los electrodos de corriente son simples varillas metálicas, con punta
afilada, mientras que los de potencial son recipientes porosos llenos de una
solución de sulfato de cobre, que al filtrarse al suelo, garantiza un buen
contacto eléctrico.
El método sirve, en primer lugar, para medir las resistividades a dife-
rentes profundidades, en un mismo lugar y, en segundo, para medir la
resistividad a una misma profundidad, a lo largo de un perfil. Lo primero se
logra aumentando la distancia d, entre electrodos, con lo que se logra que la
corriente penetre a mayor profundidad.
Lo segundo se logra conservando d constante y desplazando todo el
equipo sobre la línea a explorar.
Las mayores resistividades corresponden a rocas duras, siguiendo rocas
suaves, gravas compactas, etc., y teniendo los menores valores los suelos
suaves saturados.
c) Métodos magnéticos y gravimétricos.
El trabajo de campo correspondiente a estos métodos de exploración es
similar, distinguiéndose en el aparato usado. En el método magnético se usa
un magnetómetro, que mide la componente vertical del campo magnético
terrestre en la zona considerada, en varias estaciones próximas entre sí. En los
métodos gravimétricos se mide la aceleración del campo gravitacional en
diversos puntos de la zona a explorar. Valores de dicha aceleración
ligeramente más altos que el normal de la zona indicarán la presencia de
masas duras de roca; lo contrario será índice de la presencia de masas ligeras
o cavernas y oquedades.
En general estos métodos casi no han sido usados con fines
ingenieriles, dentro del campo de la Mecánica de Suelos, debido a lo errático
de su información y a la difícil interpretación de sus resultados.
ENSAYOS DE SUELOS:
1. Determinación del contenido de humedad en muestra de suelo
Con este ensayo se determina cuantitativamente el porcentaje de agua
presente en una muestra de suelo natural.
2. Análisis granulométrico
El objetivo de este ensayo es separar las partículas de un suelo en sus
diferentes tamaños, para poder establecer las escalas granulométricas a las
que correspondan.
3. Determinación de la gravedad especifica de los suelos
Determinar la relación que existe entre el peso de los sólidos y el
volumen de agua que ellos desalojan.
4. Determinación de los límites de consistencia de un suelo.
Determinar el límite líquido y el límite plástico de una muestra de suelo.
El límite líquido de un suelo
Es el contenido de agua que este tiene y se determina cuando el suelo
pasa del estado plástico al estado líquido. Porcentaje de contenido de
humedad con que un suelo cambia, al disminuir su humedad, de la
consistencia líquida a la plástica, o, al aumentar su humedad, de la
consistencia plástica a la líquida.
Límite plástico
Porcentaje de contenido de humedad con que un suelo cambia al
disminuir su humedad de la consistencia plástica a la semisólida, o, al
aumentar su humedad, de la consistencia semisólida a la plástica.
El límite plástico es el límite inferior del estado plástico. Un pequeño
aumento en la humedad sobre el límite plástico destruye la cohesión del suelo.
5. Compactación de los suelos
En el campo:
Es mejorar las condiciones o características idóneas de resistencia,
compresibilidad, esfuerzo, deformación, así como para obtener unas
características ideales de permeabilidad y flexibilidad.
En el laboratorio:
Es determinar la cantidad la cantidad de agua (humedad óptima)
conveniente que debe agregarse a un suelo para obtener un grado de
densificación (densidad máxima) satisfactoria.
6. El ensayo Proctor
Se realiza para determinar la humedad óptima a la cual un suelo
alcanzará su máxima compacidad. La humedad es importante pues
aumentando o disminuyendo su contenido en el suelo se pueden alcanzar
mayores o menores densidades del mismo, la razón de esto es que el agua
llena los espacios del suelo ocupados por aire(recordemos que el suelo está
compuesto de aire, agua y material sólido), permitiendo una mejor
acomodación de las partículas, lo que a su vez aumenta la compacidad. Sin
embargo un exceso de agua podría provocar el efecto contrario, es decir
separar las partículas disminuyendo su compacidad.
7. DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD DE SOPORTE CBR DELSUELO.
La finalidad de este ensayo, es determinar la capacidad de soporte
(CBR) de suelos y agregados compactados en laboratorio, con una humedad
óptima y niveles de compactación variables. Es un método desarrollado por la
división de carreteras del Estado de California (EE.UU.) y sirve para evaluar la
calidad relativa del suelo para sub-rasante, sub-base y base de pavimentos. El
ensayo mide la resistencia al corte de un suelo bajo condiciones de humedad y
densidad controladas, permitiendo obtener un (%) de la relación de soporte. El
(%) CBR, está definido como la fuerza requerida para que un pistón
normalizado penetre a una profundidad determinada, expresada en porcentaje
de fuerza necesaria para que el pistón penetre a esa misma profundidad y con
igual velocidad, en una probeta normalizada constituida por una muestra patrón
de material chancado. La expresión que define al CBR, es la siguiente:
CBR=(carga unitaria del ensayo / carga unitaria patrón) * 100 ( %)De la
ecuación se puede ver que el número CBR, es un porcentaje de la carga
unitaria patrón. En la práctica el símbolo de (%) se quita y la relación se
presenta simplemente por el número entero. Usualmente el número CBR, se
basa en la relación de carga para una penetración de 2,5 mm. (0,1”), sin
embargo, si el valor de CBR a una penetración de 5 mm. (0,2”) es mayor, el
ensayo debe repetirse. Si en un segundo ensayo se produce nuevamente un
valor de CBR mayor de 5 mm. De penetración, dicho valor será aceptado como
valor del ensayo. Los ensayos de CBR se hacen sobre muestras compactadas
con un contenido de humedad óptimo, obtenido del ensayo de compactación
Proctor. Antes de determinar la resistencia a la penetración, generalmente las
probetas se saturan durante 96 horas para simular las condiciones de trabajo
más desfavorables y para determinar su posible expansión. En general se
confeccionan 3 probetas como mínimo, las que poseen distintas energías de
compactación (lo usual es con 56, 25 y 10 golpes). El suelo al cual se aplica el
ensayo, debe contener una pequeña cantidad de material que pase por el tamiz
de 50 mm. y quede retenido en el tamiz de 20 mm. Se recomienda que esta
fracción no exceda del 20%.
3. ENSAYOS SOBRE MATERIALES ASFALTICOS
3.1 Ensayo para determinar las penetraciones de los cemento asfaltico
NORMA A. S. T. M. D 5/ COVENIN 1105-81 / NLT- 124/ I.N.V.E. 107.
OBJETIVO El objeto de este ensayo es determinar la consistencia de los
materiales bituminoso de naturaleza sólida o semisólida utilizado en
construcción de carretera.
ALCANCE Establecer los parámetros que nos permitan clasificar los
materiales bituminosos mediante su penetración.
3.2 Ensayo para determinar la gravedad específica de los materiales
bituminosos (método del picnómetro)
NORMA A.S.T.M. D 70/ NLT 122/ I.N.V.E. 707
OBJETIVO El objeto de este ensayo es determinar la gravedad
específica de los materiales bituminosos, mediante el empleo de un
picnómetro.
ALCANCE Establecer parámetros que nos permitan definir los valores
de peso especifico necesarios para efectuar las correcciones de volumen
cuando se manipulan a temperaturas elevadas y para el calculo de la densidad
y vacíos de las mezclas asfálticas.
3.3 Ensayo para determinar el grado de envejecimiento de productos
asfálticos en horno de película delgada
NORMA COVENIN 2046 / A.S.T.M. D 1754 / A.A.S.H.T.O. T-179
OBJETIVO El objetivo de este ensayo es determinar el efecto del calor y
el aire sobre las propiedades de los materiales asfálticos semi-sólidos cuando
son calentados por un tiempo determinado.
ALCANCE El resultado se puede utilizar como guía del grado de
envejecimiento que pueda producirse durante la operación de mezclado en
Planta en caliente.
3.4 Ensayo para determinar la ductilidad de los materiales bituminosos
NORMAS A.S.T.M. D 113-99/ COVENIN 1123 /A.A.S.H.T.O. T 51/ NLT- 126-
84/ I.N.V.E. 107-98
OBJETO El objetivo de este ensayo es describir el procedimiento que
debe seguirse para determinar la Ductilidad de los materiales bituminosos de
consistencia sólida y semi-sólida.
ALCANCE Este procedimiento permite obtener la distancia de
estiramiento en cm antes de la ruptura del material a una velocidad de tracción
de 5 cm/min. Y a una temperatura de 25 ºC.
3.5 Ensayo para determinar el punto de inflamación y combustión de los
materiales bituminosos, mediante la copa abierta de Cleveland
NORMA A. S. T. M. D 92/ COVENIN 372 / NLT- 127/ I.N.V.E. 709
OBJETO El objeto de este ensayo es determinar las propiedades de los
materiales bituminosos en respuesta al calor y a la llama, bajo condiciones de
laboratorio controlada.
ALCANCE Conocer los parámetros de temperatura a la cual se puede
almacenar y manipular los materiales bituminosos sin presentar riesgos de
incendio.
3.6 Ensayo para determinar las propiedades Marshall de las mezclas
asfálticas en caliente (compactadas)
NORMA A.S.T.M. D 1559/ NLT - 159-168/ I.N.V.E. 748
OBJETIVO Este ensayo tiene por objeto determinar Las Propiedades
Marshall de las mezclas asfálticas en caliente compactadas).
ALCANCE Establecer los parámetros necesarios para determinar las
cualidades y propiedades (estabilidad, fluencia, durabilidad, trabajabilidad,
resistencia al deslizamiento) que debe tener la mezcla de pavimentación y
seleccionar un tipo de agregado y un tipo compatible de asfalto que puedan
combinarse para producir esas cualidades.
El Método Marshall se establece con el propósito de agrupar una serie
de parámetros que permitirán obtener datos capaces de garantizar y optimizar
los valores de cemento asfáltico para una combinación de agregados
determinados. El método igualmente nos provee de información sobre las
propiedades de la mezcla y establece valores de densidades y contenido
óptimo de vacío los cuales deben ser cumplidos según las especificaciones,
durante la ejecución del diseño y la construcción del pavimento.
3.7 Ensayo para análisis granulométrico de llenante mineral (filler) para
mezclas de pavimentos bituminosos
NORMA A.S.T.M. D 546 - 85 / A.A.S.H.T.O. T – 37 / FLNV-MVAG–16
OBJETO El objeto de este ensayo es conocer el llenante mineral (Filler)
con la gradación requerida según las especificaciones A.S.T.M. D 242.
3.8 Ensayo para determinar el punto de reblandecimiento anillo y bola de
los materiales bituminoso
NORMA A.S.T.M. D 36 / NLT- 125/ I.N.V.E. 712
OBJETIVO El objeto de este ensayo es determinar el Punto de
Ablandamiento de los Materiales Bituminosos.
ALCANCE Establecer los parámetros necesarios para definir la
temperatura a la cual los materiales bituminosos pasan de un estado sólido a
un estado líquido. Este ensayo conjuntamente con otros, permite determinar las
propiedades físico - químicos de los materiales bituminosos.
Los materiales bituminosos no tienen establecido una temperatura a la
cual su consistencia cambia, es decir que la temperatura en que pasa de un
estado sólido a uno mas blando no es predecible, en consecuencia la
determinación del Punto de Ablandamiento debe realizarse por un ensayo
arbitrario, pero muy bien definido, a fin de que sus resultados sean
comparables.
3.9 Ensayo para determinar el contenido de ligante asfáltico en mezclas
de pavimento (por medio de la centrifuga) y la granulometría de los
agregados después de eliminar el ligante asfáltico
NORMA A.S.T.M. D 2172/ NLT 164 ,165 / 90 / I.N.V.E. 732 / ASAD. T-30
OBJETO El objeto de este ensayo es determinar el contenido de ligante
asfáltico en las mezclas de pavimento y verificar la gradación de los agregados
extraídos de mezclas bituminosas.
ALCANCE Permite conocer en un diseño de mezcla asfáltica el
porcentaje de ligante utilizado y el tipo de mezcla mediante su composición
granulométrica.
3.10 Ensayo para determinar la gravedad específica teórica máxima de la
mezcla sin compactar (gmm)
NORMA A.S.T.M. D 2041/95- I.N.V.E 745-98
OBJETO El objetivo de este ensayo es la determinación de la gravedad
máxima teórica, para establecer controles de calidad, en la elaboración y
colocación de las mezclas de concreto asfáltico.
ALCANCE Este método de ensayo da como resultado la existencia de
valores correctos de (%) porcentajes de vacíos totales que afectan
directamente a la calidad de la mezcla.
Parámetros como el contenido de vacíos totales en el diseño de mezcla
y el (%) porcentaje de compactación durante la colocación del concreto
asfáltico, son controlados por medio de la gravedad máxima teórica (GMM).
3.11 Ensayo para determinar la viscosidad saybolt furol de los materiales
bituminoso
NORMA A.S.T.M. D 88 / COVENIN 1137-93 / NLT- 133/85/ I.N.V.E. 714
OBJETIVO El objeto del ensayo es medir el tiempo en segundos que
tarda en fluir a través de un orificio calibrado, 60 ml de muestra en condiciones
determinadas.
ALCANCE Establecer el grado de fluidez de los materiales bituminosos
cuando son manipulados a diferentes temperaturas.
3.12 Ensayo para determinar el efecto del agua en mezclas de concreto
asfaltico (estabilidad retenida)
NORMA A.S.T.M. D 4867
OBJETO El objeto de este ensayo es determinar los efectos del agua en
mezclas de concreto asfáltico. (Estabilidad Retenida).
ALCANCE Este método de ensayo nos permite establecer los
parámetros para medir como reaccionan las propiedades de las mezclas ya
diseñadas cuando esta se somete a la acción del agua.
La relación entre la estabilidad de las muestras sumergidas en agua a
50°C y la de las muestras normalizadas, debe ser igual o mayor a 75%, para
que la mezcla sea aceptada.
BIBLIOGRAFIA
- Brochero, J. Diaz, V. Moreno, C. Rodriguez, S. Sandoval, J. Tovar, y L.
Velez, G. (2009). Exploración y muestreo del suelo. Barranquilla, Colombia
- Minaya, S. y Ordóñez, A. (2001). Manual de laboratorio. Volumen I. Lima, Perú.
- Fundación Laboratorio Nacional de Vialidad – MINFRA. (2003) Métodos de ensayos.
- Santibáñez, D. (2004). Ensayo Proctor. Valdivia, Chile
- Apuntes de Laboratorio de Suelos. (2004). IUTET. Silvia Machado