Ensayo de Suelos
De Construmatica
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Ensayo de Suelos
En el proyecto de ejecución de una carretera, un edificio, o cualquier otra obra relacionada con la construcción, tiene gran importancia el conocimiento del terreno sobre el que vamos a cimentar. En primer lugar debemos identificar el tipo de suelo. Aunque un simple examen visual nos permita determinarlo con cierta aproximación, se debe completar la descripción con un examen granulométrico y una determinación de los límites de Atterberg.
El suelo está compuesto de partículas de dimensiones variables.
El análisis granulométrico nos permite estudiar el tamaño de estas partículas y medir la importancia que tendrán según la fracción de suelo que representen. Este tipo de análisis se realiza por tamizado, o por sedimentación cuando el tamaño de las partículas es muy pequeño (por debajo de los 0.08 mm, tamiz N 200 según la serie A.S.T.M.), según esto nos podemos encontrar con elementos gruesos, gravas, arenas, limos y arcillas tal y como se indica en la Figura 1. Si bien un análisis granulométrico es suficiente para gravas y arenas, cuando se trata de arcillas y limos, turbas y margas se debe completar el estudio con ensayos que definan la plasticidad del material.
Los límites de Atterberg
Los límites de Atterberg definen los contenidos de agua característicos para los que una arcilla determinada, triturada, alcanza diferentes estados de consistencia relativa (Figura 2) y se expresan de la siguiente manera:
- Límite líquido, L.L: es el contenido de agua de una pasta arcillosa por encima del cual pasa del estado plástico al estado líquido.
- Límite plástico, L.P.: es el contenido de agua de una pasta amasada por debajo del cual pasa del estado plástico al estado semisólido.
- Límite de retracción, L.R.: representa el contenido de agua de una pasta amasada por debajo del cual pasa del estado semisólido al sólido.Es poco utilizado. El contenido de agua se expresa como el contenido de agua natural de la muestra inalterada en % del peso seco (w (%)).
- Indice plástico, Ip: Es la diferencia entre los límites líquido y plástico. Ip = wl - wp Según una primera aproximación a los límites de Atterberg nos encontramos con la siguiente clasificación (Tabla 1).
El Apisonador Próctor
El apisonado Próctor es uno de ellos y consiste en apisonar el suelo en un molde, extendiéndolo en dos capas o tongadas y compactando cada una con una maza metálica. Si el ensayo se realiza varias veces y se trasladan los resultados calculados de la densidad seca y la humedad a un gráfico, se aprecia en la curva obtenida que al aumentar la humedad de moldeo de la muestra, el peso específico seco aumenta hasta un máximo disminuyendo después. El peso específico y el contenido de humedad para el máximo de la curva se denominan respectivamente peso específico seco máximo y humedad óptima, para este tipo particular de compactación y la energía correspondiente.
Cuando la energía de compactación que se utiliza es mayor el ensayo se conoce como ensayo de apisonado Próctor Modificado. La relación humedad-peso específico para un suelo determinado depende del grado y tipo de compactación como se aprecia en la Figura 4, cuanto mayor es la energía de compactación (curva 1), mayor es el peso específico y menor la humedad óptima.
Tras numerosos ensayos con diferentes clases de materiales, se ha podido observar lo siguiente:
- Los suelos granulares no responden a las variaciones en la humedad y en la energía de compactación en la forma que lo hacen los suelos de grano fin. En los suelos sin cohesión para humedades bajas se obtienen pesos específicos muy bajos, debido a que las fuerzas capilares se oponen a la reorganización de los granos de arena.
- Aumentando la energía de compactación y con una humedad dada se consigue que las partículas que forman la estructura de un suelo se reorganicen de una forma más ordenada y con una distribución apróximadamente paralela.
- Los esfuerzos totales y las presiones intersticiales de un suelo pueden variar considerablemente por efecto de la compactación.
- Según pruebas realizadas por Lambe, el aumento de la energía de compactación en un suelo de grano fino reduce la permeabilidad, al aumentar el peso específico seco y disminuyendo así los vacíos disponibles para el flujo del agua.
- Cuando se ejecute un pavimento o estructura cualquiera se debería tener en cuenta no sólo el comportamiento del suelo compactado, sino el comportamiento del suelo bajo el pavimento terminado.
El Índice CBR
Otro factor importante, indicativo de la respuesta que puede dar un determinado tipo de suelo ante la colocación de un pavimento de Euroadoquines y que nos va a permitir diseñarlo de acuerdo con los resultados que se obtengan, es el índice CBR.
El Indice CBR (California Bearing Ratio) se utiliza para evaluar la capacidad portante de los suelos de explanaciones aunque, también es aplicable a capas de base y subbases de firmes y se define como: el tanto por ciento de la presión ejercida por un pistón sobre el suelo, para una penetración determinada, con relación a la presión correspondiente a la misma penetración en una muestra tipo (NLT-111/87).
Por otro lado se puede llegar a relacionar módulos característicos del suelo, que nos permiten conocer sus propiedades de una manera más concreta, como el módulo elástico, E, o el módulo de deformación del suelo, K (Figura 5), con el índice CBR. En la Figura 5 se puede observar el el valor del módulo K aumenta considerablemente cuando el valor del índice CBR es mayor de 20, es decir cuando la explanada tiende a ser poco deformable. De acuerdo con lo comentado se pueden relacionar el tipo de explanada, el índice CBR, el ensayo Proctor y los límites de Atterberg con los tipos de suelo, que según el PG 3 (1975) se clasifican en: suelos inadecuados (SI), tolerables (ST), adecuados (SA) y seleccionados (SS), de la siguiente manera:
- E1 (5 <= CBR < 10): Explanada deformable
- E2 (10 <= CBR < 20): Explanada poco deformable
- E3 (20 < CBR): Explanada muy poco deformable
En la Figura 6 se observa que las explanadas consideradas para el cálculo de secciones (E1, E2, E3), se relacionan con los suelos aceptables y seleccionados. Cuando el índice CBR correspondiente se encuentra por debajo del 5 se debe proceder un tratamiento de mejora del mismo. De acuerdo con los resultados de estos ensayos y como ya se ha indicado a lo largo de este Manual y en especial en el capítulo 5 y el capítulo 6, se obtienen unas determinadas características que deben cumplir las explanadas, bases y subbases que conforman un pavimento de Euroadoquines para que su comportamiento bajo un tráfico determinado, según el proyecto a realizar, sea correcto.