domingo, 17 de enero de 2010

Excavación

Se entenderá por excavación al proceso de excavar y retirar volúmenes de tierra u otros materiales para la conformación de espacios donde serán alojados cimentaciones, tanques de agua, hormigones, mamposterías y secciones correspondientes a sistemas hidráulicos o sanitarios según planos de proyecto.

Existen diferentes tipos de excavación:

  • Excavación común
  • Excavación en terreno semi-duro
  • Excavación en roca
  • Excavación con traspaleo
  • Excavación con agotamiento y entibamiento

Especificaciones Técnica.-
Serán todas las actividades necesarias para la excavación y desalojo de tierra u otros materiales en los sitios indicados en los planos del proyecto.

  • La excavación se realizara en forma manual o con maquinaria de acuerdo al tipo de suelo.
  • La excavación será ejecutada de acuerdo a las dimensiones, cotas, niveles y pendientes indicados en los planos del proyecto.
  • Los materiales producto de la excavación serán dispuestos temporalmente a los costados de la excavación, de forma que no interfiera en los trabajos que se realizan.
  • Cuando en la excavación se presenta un nivel freático muy elevado, se deberá prever el equipo de bombeo.
  • Cuando la altura de excavación es mayor a 2.0 m, deberán utilizarse entibados para evitar posibles deslizamientos de las paredes de la excavación.

Metodología.-

Excavación común:

Se realizará en terrenos blandos, cuando la profundidad de excavación no supere los 2.0 m. La excavación y desalojo del material será realizada manualmente sin el uso de maquinaria.
 
Figura 8. Excavación común


Excavación en terreno semi-duro:

Este tipo de excavación puede ser ejecutado manualmente o mediante el uso de maquinaria. Se aconseja la utilización de maquinaria con la finalidad de ahorrar tiempo y dinero.

Excavación en roca:

Será necesario un estudio previo de suelos para determinar su posterior ejecución con maquinaria.

Excavación con traspaleo:

Cuando la altura de excavación es mayor a 2.0 m, esta será ejecutada por traspaleo, que consta en conformar alturas menores a 2.0 m para retirar el material excavado en dos tiempos,  ya que el alcance vertical máximo del retiro manual es de 2.0 m. (ver Figura 9)
 
Figura 9.  Excavación con traspaleo

Si el material es granular y sea necesaria la excavación por traspaleo es aconsejable que se la realice con retro-excavadora. 

Excavación con agotamiento y entibamiento:

Cuando en la excavación se presenta nivel freático de agua muy elevado se deberá prever equipo de bombeo para evacuar el agua, lo que generalmente se llama excavación con agotamiento.

Se ubicará una zanja a un costado de la excavación, donde se colocará el succionador de la bomba. (ver figura 10)

Para la protección de las paredes de excavación, deberán utilizarse entibados para evitar posibles deslizamientos del terreno y proveer de toda la seguridad necesaria a los trabajadores y a la obra en ejecución.
 
Figura 10. Excavación con Agotamiento y Entibamiento

sábado, 16 de enero de 2010

Replanteo


Se entenderá por replanteo al proceso de trazado y marcado de todos los ejes, trasladando los datos de los planos al terreno y marcándolos adecuadamente de acuerdo a la línea y nivel proporcionada por la H.A.M.

Especificaciones Técnica.-

Lo primero que se debe hacer en todas las obras, es verificar las longitudes reales del terreno con respecto a las medidas del plano. En el caso de que estas difieran,  replantear en base a las medidas existentes.

  • Se realizará el replanteo solo en la planta baja de todas las obras de movimientos de tierras, estructura y albañilería señaladas en los planos, así como su nivelación, los que deberán realizarse con aparatos de precisión como teodolitos, niveles, cintas métricas.
  • La planta baja deberá estar ubicada a una grada por encima del nivel de la acera, es decir a una altura de 15 a 18 cm. Esta línea nivel se obtendrá a partir de la rasante de la calle o al futuro nivel del pavimento si no se encuentra pavimentada, la cual será proporcionada por la alcaldía.

Metodología.-

            La primera tarea al replantear un edificio es establecer un eje principal de referencia para todo el replanteo. El eje principal coincide muy a menudo con la alineación de la fachada, que es la línea que delimita el paramento exterior del edificio.

A partir de este eje (principal) se trazarán los ejes definitivos colocando tabla-estacados en el perímetro del terreno y a partir de estas se colocarán hilos de referencia. Marcados los ejes, el replanteo de cualquier elemento estructural será realizado en forma sencilla.
Tabla-estacado:
Será  construido clavando tabla  de 1 ” a una altura de 20 cm sobre estacas de listón de 2 ” x 2 ” con clavos de 2 ”, las estacas tendrán una separación de 2.0 m.
 
       Figura 3. Tabla-estacado

Es aconsejable que el tabla-estacado permanezca durante toda la ejecución de la obra o por lo menos hasta la construcción de muros de la planta baja. Si es posible el tabla-estacado deberá ubicarse a una distancia mayor o igual a 2 m de la edificación.
 
       Figura 4. Ubicación del Tabla-estacado

Trazado de ejes:

Colocado el tabla-estacado se marcarán los ejes definitivos con crayón en la tabla. Mediante hilos y la plomada, marcar los alineamientos de las caras de las columnas , las paredes,  y las zanjas de las excavaciones.
 
Ortogonalidad:
         
Para trazar o verificar ángulos rectos; se debe marcar en una cuerda tramos de 3, 4 y 5 m o sus múltiplos, para luego unir los extremos y así formar un triángulo rectángulo en el lugar. (ver Figura 7)

Para verificar ángulos rectos se usa la escuadra, haciendo que sus bordes coincidan con las líneas o con los hilos del ángulo que se esta verificando.

                 Figura 6. Escuadra para comprobar la Ortogonalidad

Paralelas:

Para trazar paralelas separadas una determinada distancia, tomar esa medida por lo menos en dos puntos con las dos líneas o hilos.
 
Figura 7. Trazado de paralelas respecto a un eje definitivo

viernes, 15 de enero de 2010

Instalación de Faenas


El constructor, con el inicio de las obras, deberá construir los ambientes necesarios para el personal que se encargará de vigilar tanto las herramientas de trabajo como los materiales a ser empleados en la obra, además que estos ambientes deben tener condiciones de habitabilidad y seguridad, por lo que se establece que como mínimo se proveerá de una letrina para el uso de todos los obreros, una caseta para el sereno y un depósito, donde se podrán guardar las herramientas y los materiales que no pueden estar expuestos a la lluvia.

Se debe tomar en cuenta el cercado del terreno para dotar de seguridad al mismo,  así como el consumo de energía eléctrica proporcionado por ELFEC, durante el tiempo de ejecución de la obra.

Dentro de este ítem esta contemplado el desbroce (retiro de hierbas o despojo de plantas).

Se debe considerar también el traslado del equipo y la maquinaria.

Especificaciones Técnica.-

  • Revisión de los planos de construcción, para ubicar un sitio en el cual las instalaciones provisionales no interfieran en el normal desarrollo de la obra.
  • Limpieza del terreno en el cual se va a ubicar esta construcción.
  • La letrina tendrá las dimensiones: ancho y largo de 1m y una profundidad de 1.5 m.
  • La caseta del sereno tendrá dimensiones mínimas de 3 m x 3 m.
  • El depósito tendrá dimensiones mínimas de 4 m x 5 m.
  • El cercado del terreno será realizado preferentemente con calaminas en zonas urbanas y con alambre de púas en zonas rurales.
3. Metodología.-

Ubicar un sitio en el plano de construcción en el cual las instalaciones provisionales no interfieran en la normal ejecución de la obra.

Letrina:

La excavación para la letrina tendrá las siguientes dimensiones:  ancho y largo de 1.0 m y una profundidad de 1.5 m. la que estará cubierta por calaminas.

Las calaminas serán clavadas según su dimensión en bolillos o listones de madera que soporten la caseta que cubrirá la letrina.
                                       Figura 1. Letrina

Depósito y guardianía:

Las paredes del depósito y guardianía serán cimentadas directamente sobre el terreno firme apilando ladrillos unidos por yeso, se deberá prever la ubicación de puertas y ventanas.

La colocación de cubierta se efectuará directamente sobre el muro colocando correas de madera debidamente aseguradas para soportar el techado de calamina, las que serán clavadas según su dimensión.

Instalaciones eléctricas provisionales:

El consumo de energía dependerá del lugar donde se lleve a cabo la obra. Se debe considerar el alquiler de un medidor de luz por parte de ELFEC

Si la obra se encuentra ubicada en un pueblo o en un lugar donde no se cuenta con energía eléctrica, se debe proveer de  maquinaria y equipo a combustible  para generar energía.

Cercado de terreno:

Para el cercado de la obra se harán muros perimetrales con adobes o alambre de púas, estos últimos se compran por rollos.

Se debe considerar si la obra está ubicada en una zona urbana o rural puesto que para zonas urbanas el terreno deberá estar cercado con calaminas.

Si la obra está ubicada en una zona rural, entonces se podrá cercar con alambre de púas. El cercado será realizado utilizando bolillos colocados cada 3.0 m y alambre de púas colocados en 6 hileras ó calaminas clavadas en correas de listón.

Figura 2. Instalaciones provisionales
Nota.-
Los materiales que se emplearán en la construcción de la letrina, la caseta del sereno, el depósito y el cercado del terreno podrán ser recuperados casi en su totalidad  puesto que son desmontables y podrán ser usados en otra construcción. Por consiguiente en el análisis de precios unitarios del presente ítem se deberá cuantificar casi en su totalidad solo el costo de la Mano de obra.

domingo, 10 de enero de 2010

Índice de consistencia (CI).

Con el índice de consistencia puede evaluarse la consistencia actual que presenta el suelo en base al límite líquido, índice de plasticidad y el contenido de humedad actual que presente el suelo, que es:
                        [1.61]
Donde:
CI = Índice de consistencia del suelo.
w = Contenido de humedad actual del suelo.
LL = Límite líquido.
IP = Índice de plasticidad.

En la Tabla 1.16 se muestran valores característicos de los límites de Atterberg para algunos minerales de arcilla comúnmente encontrados en los suelos finos.

Tabla 1.16. Valores de los límites de Atterberg para los minerales de arcilla (Mitchell, 1976).

viernes, 8 de enero de 2010

Contracción.

Un suelo fino que contenga en su mayor parte partículas compuestas de minerales de arcilla variará de volumen de acuerdo a su contenido de humedad, por lo tanto a medida que aumente el contenido de humedad también proporcionalmente aumentará su volumen, la Figura 1.36 muestra la relación entre el contenido de humedad y el volumen del suelo.
 
Figura 1.36. Variación del volumen respecto al contenido de humedad.

Los cambios de volumen con respecto al contenido de humedad obedecerán la trayectoria que se muestra en la Figura 1.36, al cambio de volumen por pérdida de humedad se lo llama contracción del suelo.

Determinación del límite de contracción (LC).

El límite de contracción es un contenido de humedad específico que divide la consistencia sólida de la semisólida del suelo y establece el contenido de humedad máximo que el suelo tolera antes de sufrir cambios en su volumen, este límite será:

LC = w0 Dw                                                                           [1.57]
Donde:
LC = Límite de contracción del suelo.
w0 = Contenido de humedad del suelo en consistencia líquida.
Dw = Cambio del contenido de humedad durante la contracción.

Puede determinarse el límite de contracción para suelos que tienen un tamaño de partículas que pasan el tamiz Nro. 40, para lo cual la muestra de suelo debe ser humedecida lo suficiente hasta que alcance una consistencia líquida, entonces se procede a determinar el contenido de humedad de una parte de la muestra suelo para ese estado que será: w0.
La otra parte de la muestra es vaciada en un cilindro cerámico de tal forma que quede completamente lleno del suelo, este cilindro previamente es cubierto con un gel de petróleo (vaselina) para evitar que él suelo se adhiera a él, como se muestra en la Figura 1.37a.
 
Figura 1.37. Determinación del límite de contracción (Das, 1998).
(a) Muestra de suelo en consistencia líquida. (b) Muestra de suelo sin contenido de humedad.

Se deja secar al aire la muestra en el cilindro cerámico por 6 horas, luego debe completarse el secado del suelo en horno. La Figura 1.37b muestra que como resultado de la pérdida de humedad el suelo quedará reducido en volumen, se determina la masa de suelo para esta condición que será: MF.

Para determinar el cambio del contenido de humedad primero deben determinarse el volumen inicial del suelo antes de perder humedad y después que ha perdido toda su humedad. El volumen inicial del suelo se determinará vaciando mercurio al cilindro cerámico vacío hasta que esté completamente lleno, conociendo la gravedad específica del mercurio y el peso que ocupa este en el cilindro, se determina el volumen que ocupa este que será: Vi.
Para determinar el volumen final se introduce la muestra seca de suelo en el cilindro lleno de mercurio, la masa del mercurio que es desplazado por el suelo será: Md.
Entonces el volumen final del suelo (VF) será:



El cambio de contenido de humedad que experimenta el suelo durante la etapa de contracción, entre el contenido inicial y el contenido en el límite de contracción será:



El límite contracción proporciona indicios de la estructura de las partículas del suelo, puesto que una estructura dispersa suele producir un límite de contracción bajo y una estructura floculante origina un límite de contracción elevado (Whitlow, 1994).

Casagrande sugiere que puede hacerse una estimación del límite de contracción con el gráfico de plasticidad. En la Figura 1.38 se muestra que la línea A y U interceptan en un punto de coordenadas: LL = – 43.5 y LP = – 46.5, determinando el índice de plasticidad y el límite líquido del suelo, estos pueden ser ubicados con un punto A en el gráfico de plasticidad, si se une con una línea el punto A con el punto de intersección de las líneas A y U, el punto que intercepte en el eje del límite líquido corresponderá al límite de contracción.
 
Figura 1.38. Estimación del límite de contracción con el gráfico de plasticidad (Das, 1998).

Ensayo de contracción unitaria.

En el caso de suelos que tengan muy poco contenido de partículas compuestas de minerales de arcilla, los ensayos de límite plástico y líquido pueden producir resultados no confiables. En tales casos mediante el ensayo de la contracción lineal es posible obtener una aproximación importante del índice de plasticidad, con la ecuación:

IP = 2.13 CL                                                                            [1.58]

Donde: CL es la contracción lineal del suelo.

El suelo estando en consistencia líquida es vaciado al molde pequeño que se muestra en la Figura 1.39 hasta llenarlo completamente, entonces se deja secar al aire el molde hasta que el suelo se despegue del molde y luego para completar el secado el suelo es secado en horno, de forma similar al ensayo para determinar el límite de contracción
 
Figura 1.39. Molde para el ensayo de contracción lineal.
Se mide la longitud de la muestra seca y se determina la contracción lineal que será:

                                             [1.59]
Donde:
CL = Contracción lineal del suelo.
LS = Longitud después del secado.
LI = Longitud inicial.

Índice de contracción (IC).

El índice de contracción es un parámetro utilizado como indicador del cambio de volumen respecto al cambio del contenido de humedad, determinado en base al ensayo del límite de contracción, este índice será:

                                           [1.60]
Donde:
IC = Índice de contracción del suelo.
Ms = Peso del suelo seco.
VF = Volumen final del suelo luego de ser secado.

jueves, 7 de enero de 2010

Plasticidad.


La plasticidad es una propiedad característica de los suelos finos, donde el contenido de humedad del suelo está comprendido entre el límite líquido y plástico. En este estado el suelo permite ser moldeado de manera similar a la masa o la plastilina, debido a que el contenido de humedad del suelo contiene la cantidad ideal de moléculas de agua para que la fuerza de atracción entre las partículas compuestas de minerales de arcilla sea la mayor.

Determinación del límite plástico (LP).

Puede determinarse el límite plástico para un suelo con un tamaño de partículas que pasan el tamiz Nro. 40, para lo cual debe humedecerse el suelo lo suficiente como para poder amasarlo, entonces sobre un papel seco en una superficie plana o encima de un vidrio deben formarse rollitos de unos 3 mm de diámetro como muestra la Figura 1.33a. Posteriormente los rollitos deben ser juntados en uno para ser amasados y nuevamente formar rollitos, a medida que se formen los rollitos el suelo progresivamente perderá humedad debido al papel y la mano, entonces llegará un momento cuando al formar el rollito el suelo empiece a disgregarse en su superficie y luego a fragmentarse (Figura 1.33b). En este estado cuando el suelo empieza a perder su consistencia plástica, se procede inmediatamente a determinar su contenido de humedad que este a la vez será el límite plástico del suelo, que es un contenido de humedad específico que divide la consistencia semisólida de la plástica del suelo.








 

(b)
 
 


Figura 1.33. Determinación del límite plástico (Laboratorio de geotecnia, UMSS).

(a) Realizando el rollito. (b) Rollitos de suelo empezando a fragmentarse.

Índice de plasticidad (IP).

Con el índice de plasticidad puede evaluarse el grado de amasado que permite el suelo mientras se encuentre en su consistencia plática, este índice se define como:

IP = LL - LP                                                                            [1.53]
En la Tabla 1.14 se presentan valores del índice de plasticidad para evaluar la plasticidad del suelo.

Tabla 1.14. Grado de plasticidad del suelo (Sowers, 1979).
 
Actividad (A).

Por lo general los suelos arcillosos están constituidos por un 40 a 70% de partículas que contienen minerales de arcilla que dan plasticidad al suelo. Si aumenta la cantidad de minerales de arcilla proporcionalmente también serán afectados el límite líquido y plástico del suelo. Skempton (1953) observó que el índice de plasticidad del suelo aumenta linealmente con el incremento en porcentaje de partículas de arcilla (de tamaño menor a 2 m), esta proporción lineal variará de acuerdo al tipo de minerales de arcilla que contenga el suelo. Skempton definió una cantidad llamada actividad como la pendiente de la línea que correlaciona el índice de plasticidad y la fracción en peso de las partículas compuestas de minerales de arcilla expresada en porcentaje, que será:

                                                   [1.54]

Seed, Woodward y Lundgren (1964) realizaron diversos estudios de la influencia del porcentaje de 
partículas de arcilla en la plasticidad del suelo y concluyeron que la correlación entre estas está descrita por dos líneas, similares a las que se muestran en la Figura 1.34.
 
Figura 1.34. Relación entre el índice de plasticidad y el porcentaje en peso de partículas compuestas de minerales de arcilla (Seed, Woodward y Lundgren, 1964).

Estos investigadores observaron que los suelos que contienen más del 10% de su peso en partículas de arcilla presentan plasticidad. La plasticidad esta correlacionada linealmente con la cantidad de partículas de arcilla del suelo hasta un contenido del 40% en peso, donde la relación cambia a una línea que parte del origen de coordenadas. La actividad resulta ser la pendiente de la línea de correlación. En la Tabla 1.15 se muestran valores característicos de la actividad para algunas arcillas típicas.

Gráfico de plasticidad.

Casagrande (1932) estudió la relación que existe entre el índice de plasticidad y el límite líquido para una gran variedad de suelos y construyó el gráfico de plasticidad que se ve en la Figura 1.35, en este observó que las distintas variedades de suelos se agrupan ordenadamente en diversos sectores del gráfico. Empíricamente obtuvo las ecuaciones de las líneas que dividen el gráfico en las regiones donde se agrupan los tipos de suelo.
 
Figura 1.35. Gráfico de plasticidad (Casagrande, 1932).

La línea A separa las arcillas inorgánicas de los limos inorgánicos, las arcillas inorgánicas se encuentran por encima de esta línea y los limos inorgánicos por debajo de esta. Los limos orgánicos están situados por debajo de esta línea en el intervalo de 30 a 50 del límite líquido, las arcillas orgánicas se ubican por debajo de esta línea con un límite líquido mayor a 50. La ecuación de la línea A es:

IP = 0.73 (LL – 20)                                                                  [1.55]
La línea U se ubica por encima de la línea A, esta línea es aproximadamente el límite superior de la relación del índice de plasticidad y el límite líquido para cualquier tipo de suelo conocido, aunque rara vez se ubica un suelo por encima de línea U, que tiene la ecuación:

IP = 0.9 (LL8)                                                                      [1.56]

La información que provee el gráfico de plasticidad es de gran valor para clasificar los suelos finos y poder identificarlos con facilidad.

miércoles, 6 de enero de 2010

Liquidez.


Se llama liquidez al estado líquido que presenta el suelo cuando el contenido de humedad supera al límite líquido. En este estado la fuerza de atracción que actúa entre las partículas compuestas de minerales de arcilla disminuye, debido a la gruesa capa de agua que se forma en la superficie de estas por la abundante cantidad de moléculas de agua.

Determinación del límite líquido (LL).

El límite líquido es un contenido de humedad específico que divide la consistencia plástica de la líquida del suelo. Casagrande (1932) desarrolló un método en laboratorio para determinar el límite líquido del suelo, con un aparato similar al que se muestra en la Figura 1.29 conocido como la cuchara de Casagrande.
 
Figura 1.29. Cuchara de Casagrande para determinar el límite líquido del suelo.
(a) Vista lateral. (b) Vista frontal. (c) Espátula.
 
Figura 1.30. División de la pasta de suelo.
(a) Raspado del suelo (Laboratorio de geotecnia, UMSS). (b) Vista superior. (c) Vista frontal.

Con la cuchara de Casagrande puede determinarse el límite líquido del suelo para un tamaño de partículas que pasan por el tamiz Nro. 40 (0.425 mm). En primer lugar la muestra de suelo debe ser humedecida hasta que se alcance una consistencia líquida, después, está es esparcida uniformemente como una pasta en la cuchara del aparato, entonces se raspa la parte central de la pasta con la espátula que se muestra en la Figura 1.29c, de tal forma que esta queda dividida en dos partes como se observa en la Figura 1.30a y b.

La abertura que se hace en la pasta debe ser recta y uniforme, de tal manera que cumpla con ciertas dimensiones establecidas que se muestran en la Figura 1.30c. Luego se mueve la manivela que acciona un mecanismo que da golpes a la cuchara, estos ocasionan que la abertura se cierre progresivamente. Se dan golpes hasta que la abertura se cierre en ½ pulgada (12.7 mm) del largo total de ésta, como se ve en la Figura 1.31.
 
Figura 1.31. Cierre de la pasta de suelo.
(a) Vista superior. (b) Vista frontal.

Casagrande, tras realizar varios ensayos con diversos suelos, determinó empíricamente que para un contenido de humedad correspondiente al del límite líquido solo hacen falta 25 golpes para cerrar la abertura en la distancia especificada. Debido a que no es posible humedecer el suelo hasta alcanzar exactamente el límite líquido, se realizan varios ensayos con el mismo suelo y se registran ordenadamente los resultados en una Tabla. La Figura 1.32 muestra la ubicación de los resultados (mediante puntos) de cuatro ensayos para un mismo suelo, con los valores del contenido de humedad ubicados en el eje de las ordenadas y los valores del número de golpes en escala logarítmica en el eje de las abscisas, luego se ha ajustado una curva que relaciona estos puntos. El límite líquido del suelo será el contenido de humedad que corresponde a los 25 golpes.
Figura 1.32. Determinación del límite líquido del suelo.

El U.S. Corps of Engineers y el Waterways Experiment Station, elaboraron una ecuación empírica para determinar el límite líquido del suelo en función al número de golpes y el contenido de humedad del suelo, que será:


                                     [1.50]
Donde:
LL = Límite líquido.
wN = Contenido de humedad natural.
N = Número de golpes.
tan b = Pendiente de la línea de flujo (0.121 es una buena aproximación).

Con la ecuación [1.50] se obtienen buenas aproximaciones del límite líquido realizando un solo ensayo, la norma ASTM D4318 recomienda que esta ecuación deba usarse para un número de golpes comprendidos entre 20 y 30. La Tabla 1.13 muestra valores de la relación (N/25)0.121 de acuerdo al número de golpes.
Tabla 1.13. Valores para la relación (N/25)0.121 (ASTM D4318).

 
Se llama índice de flujo a la pendiente que tiene la línea de flujo, que será:

                                    [1.51]
Donde:
IF = Índice de flujo.
w1 = Contenido de humedad del suelo correspondiente a N1 golpes.
w2 = Contenido de humedad del suelo correspondiente a N2 golpes.
N1, 2 = Número de golpes correspondientes a cada ensayo.

La ecuación [1.51] esta arreglada de tal forma que el índice de flujo sea un valor positivo, aunque la línea de flujo tiene un valor negativo.

Índice de liquidez (IL).

Este índice evalúa el grado de consistencia líquida o liquidez que presenta el suelo en situ, que será:
                                  [1.52]
Donde:
IL = Índice de liquidez.
w = Contenido de humedad del suelo en situ.
LL = Límite líquido del suelo.
LP = Límite plástico del suelo.

martes, 5 de enero de 2010

Limites de Atterberg.


Atterberg (1911) realizó una serie de experimentos con suelos finos haciendo variar su contenido de humedad, con el objetivo de encontrar la relación que existe entre el contenido de humedad y la consistencia del suelo. Este investigador observó que para ciertos contenidos de humedad el suelo presentaba uno de los cuatro estados distintos de consistencia, que son: sólido, semisólido, plástico y líquido.
 
Figura 1.28. Consistencia del suelo según al contenido de humedad (Coduto, 1999).

Posteriormente Terzaghi y Casagrande idearon métodos para determinar estos contenidos de humedad específicos para los distintos estados de consistencia, descritos en la norma ASTM D427 y D4318, en la actualidad a estos contenidos de humedad especiales se los conoce como límites de Atterberg o de consistencia. Puede hablarse de los límites de Atterberg en suelos que tienen un tamaño de partículas que pasan por el tamiz Nro. 40. Para un bajo contenido de humedad el suelo tendrá una consistencia sólida a semisólida, a medida que se va incrementando el contenido de humedad el suelo progresivamente tomará una consistencia plástica y finalmente para un contenido de humedad muy alto el suelo tendrá una consistencia líquida. La Figura 1.28 muestra las diferentes consistencias del suelo en función al incremento del contenido de humedad.
Los límites de Atterberg son contenidos de humedad específicos en los cuales el suelo se encuentra en etapa de transición, de un estado de una consistencia a otro.

lunes, 4 de enero de 2010

Consistencia del suelo.


La consistencia se define como la firmeza o solidez que presenta la masa de suelo, esta característica particular del suelo está estrechamente relacionada a las estructuras que las partículas del suelo forman entre si. Para el caso de suelos de grano grueso la textura y la forma de ubicación de las partículas dentro la masa de suelo determina la consistencia, mientras que en los suelos finos el contenido de humedad define la consistencia ya que el agua contribuye a la cohesión, debido a las propiedades eléctricas de los minerales de arcilla.

Densidad relativa (Dr).

Debido a la variedad de formas que tienen las partículas de textura granular en suelos de grano grueso, estas pueden acomodarse de diversas maneras en la masa de suelo, donde para cada caso variará el índice de vacíos. La Figura 1.25 muestra una porción de suelo con diferentes formas de empaquetamiento de sus partículas.
 
Figura 1.25. Formas de empaquetamiento de las partículas del suelo (Das, 1998).
(a) Densa. (b) Suelta.

En la Figura 1.25a las partículas están acomodadas de tal manera que la cantidad de vacíos es mínima, a diferencia de la forma de empaquetamiento en la Figura 1.25b que tiene una mayor cantidad de vacíos. Se llama compacidad a la forma de empaquetamiento que tienen las partículas del suelo dentro su masa lo cual determinará el índice de vacíos del suelo, este concepto de compacidad solo será aplicable a suelos con partículas de textura granular.

Cada suelo tiene una compacidad de tal manera que el índice de vacíos sea el mínimo, logrando un suelo denso (Figura 1.25a) o caso contrario un suelo suelto que tendrá un índice de vacíos máximo (Figura 1.25b). La compacidad de un suelo es medida con la densidad relativa, que evalúa el grado de empaquetamiento de las partículas del suelo en situ de acuerdo al índice de vacíos máximo y mínimo que permita el suelo, está será:


                                  [1.47]
Donde:
Dr = Densidad relativa del suelo.
emax = Índice de vacíos máximo permitido por el suelo.
emin = Índice de vacíos mínimo permitido por el suelo.
e = Índice de vacíos actual del suelo.

Este valor generalmente es expresado en porcentaje y varía de 0% para muy suelto a un máximo de 100% para muy denso, sin embargo en situ la densidad relativa comúnmente varía de 20 a 85%. La Tabla 1.12 muestra valores característicos de la densidad relativa para evaluar el grado de empaquetamiento de las partículas del suelo.

Tabla 1.12. Descripción del suelo según la densidad relativa (Lambe & Whitman, 1969).
 
En base a la ecuación [1.6], la densidad relativa es expresada en función a la porosidad, que será:

                                              [1.48]
Donde:
Dr = Densidad relativa del suelo.
nmax = Porosidad máxima permitida por el suelo.
nmin = Porosidad mínima permitida por el suelo.
n = Porosidad actual del suelo.

La norma ASTM D2049 sugiere un procedimiento para determinar la densidad relativa de un suelo de grano grueso en campo utilizando un molde, mediante la ecuación [1.49] que está en función al peso unitario seco máximo, mínimo y el actual del suelo, que será:

                                            [1.49]

Para la determinación del peso unitario mínimo, el suelo suelto luego de ser secado en horno es vaciado con un embudo al molde cuidadosamente hasta el tope, teniendo el volumen que ocupa este se determina la masa del suelo. Para determinar el peso unitario máximo se aplica una carga al suelo en la parte superior del molde lleno de suelo y se somete todo el conjunto a vibración por un tiempo, con la masa del suelo y el volumen que ocupa este en el molde se determina el peso unitario máximo. Para obtener más detalles acerca de este ensayo puede consultarse a un manual de laboratorio especializado.
 
Figura 1.26. Variación de emax y emin respecto a la angularidad y CU (Youd, 1973).
Youd (1973) elaboró un ábaco que se muestra en la Figura 1.26 para determinar los valores de: emax y emin del suelo, en base a la angularidad de las partículas y el coeficiente de uniformidad del suelo. La Figura 1.27 muestra una relación aproximada entre la densidad relativa, el índice de vacíos actual y el peso unitario seco del suelo.
 
Figura 1.27. Relación aproximada de gd, e y Dr para suelos de grano grueso (Das, 1998).

Suelos finos.

Los suelos finos están constituidos de partículas compuestas de fragmentos diminutos de roca, minerales y minerales de arcilla, con textura granular y en hojuelas. De acuerdo al sistema de clasificación unificado estas partículas tienen un tamaño inferior a 0.075 mm, que corresponden a la categoría del limo y la arcilla, por lo que toda fracción de suelo que pasa el tamiz Nro. 200 es considerado como suelo fino.

1. Análisis mecánico por hidrómetro.

Aunque existen tamices con aberturas de malla menores a 0.075 mm, no es apropiado su uso para determinar la distribución del tamaño de partículas de la fracción de suelo fino, debido a que las partículas del suelo fino no siempre tienen textura granular sino en hojuelas y estas últimas poseen propiedades eléctricas importantes que dificultarían el tamizado.

Stokes (1850) desarrolló una ecuación que relaciona la velocidad de descenso de una partícula esférica en un fluido con respecto al tamaño de esta, que es:

Donde:
v = Velocidad de descenso de la partícula.
gs = Peso unitario de los sólidos del suelo
gw = Peso unitario del agua.
h = Viscosidad dinámica del fluido.
D = Diámetro de la partícula con forma esférica.

Con el concepto que encierra la ecuación [1.43] conocida también como la ley de Stokes, puede determinarse el tamaño del más del 90% de las partículas del suelo fino. El hidrómetro del tipo ASTM 152H que se muestra en la Figura 1.23a, es un instrumento de laboratorio para medir la gravedad específica de un líquido (Figura 1.23b).
El análisis mecánico por hidrómetro está basado en el principio de sedimentación de las partículas del suelo fino en suspensión. Cuando un suelo fino es dispersado en agua, las partículas sedimentarán a diferentes velocidades, dependiendo de su textura, tamaño y masa, además de la viscosidad del agua. Para simplificar el análisis, se asume que las partículas tienen forma esférica de tal manera que puede utilizarse la ley de Stokes para describir su comportamiento. El diámetro de la partícula según la ecuación [1.43] será:


La velocidad v de está ecuación puede escribirse como:


Donde:
L = Es la distancia que recorre la partícula al sedimentarse.
t = Es el tiempo que tarda en recorrer esa distancia.
Reemplazando:  


 en esta ecuación y factorizando se tendrá que:



Donde: Gs = Gravedad específica del suelo fino.
 
Figura 1.23. Hidrómetro (Das, 1998).
(a) Hidrómetro tipo ASTM 152H. (b) Determinación de la gravedad específica.

Debe tenerse cuidado al manejar las unidades de los diferentes valores que incluye esta ecuación. El diámetro de la partícula por ser un valor pequeño conviene manejarlo en mm, la viscosidad del agua se mide en g·s/cm2, el peso unitario del agua en g/cm3, la distancia L que recorre la partícula conviene medirla en cm y el tiempo de la sedimentación es muy lento por lo que debe medirse en minutos. Compatibilizando unidades se tendrá que:


Por lo que se tendrá que:

                                            [1.43]

Sin embargo, para determinar fácilmente del diámetro de la partícula, la ecuación [1.43] puede escribirse:

                                            [1.44]

Donde:  

 
Tanto la gravedad específica como la viscosidad del agua dependen de la temperatura, por lo cual la norma ASTM D422 ha tabulado valores para el coeficiente K en función a la temperatura y la gravedad específica, que se muestran en la Tabla 1.9.
En laboratorio el análisis mecánico por hidrómetro, se realiza en un cilindro (18” x 2.5”) con agua mantenida a temperatura constante donde es introducida una cantidad apropiada de suelo. Para dispersar las partículas en todo el fluido y acelerar la sedimentación, se introduce defloculador que por lo general es hexametafosfato de sodio. La solución debe ser mezclada enérgicamente para homogenizar el fluido, es recomendable que la cantidad total de fluido sea de 1000 ml, por lo que talvez deba añadirse agua destilada.
Cuando el hidrómetro es colocado en el cilindro (Figura 1.23b) este queda suspendido a cierta profundidad, a medida que las partículas en suspensión sedimenten el hidrómetro se hundirá consecuentemente, ya que la gravedad específica del fluido está en función al contenido de partículas por unidad de volumen en suspensión. La lectura del hidrómetro se realiza del punto que esta en el centro del bulbo del hidrómetro hasta la medida que marca el nivel superior de agua en la regla graduada, esta distancia es L en la Figura 1.23b. Este valor puede obtenerse de la siguiente expresión:
Donde:
L = Profundidad sumergida del bulbo del hidrómetro.
L1 = Medida de la profundidad sumergida de la parte superior del bulbo.
L2 = Longitud del bulbo (14 cm para hidrómetro ASTM 152H).
VB = Volumen del bulbo del hidrómetro (67 cm3 para hidrómetro ASTM 152H).
A = Área de la sección transversal del cilindro (27.8 cm2 si es de 18” x 2.5”).
 
Para un hidrómetro del tipo ASTM 152H y un cilindro de sedimentación de 18” x 2.5”, se tendrá que:
L = L1 + 5.8

Para obtener el valor de L1 no se toma en cuenta el menisco que se forma entre la superficie del agua y el hidrómetro, por lo que la lectura L1 corregida del menisco será: R. Midiendo el valor de R en la regla graduada se determina la longitud L, que es el valor de la longitud en la ecuación [1.43]. La norma ASTM D422 presenta valores tabulados para la variación de L respecto a R válidos para el equipo de laboratorio anteriormente descrito, que se muestran en la Tabla 1.10.
Se toman lecturas con el hidrómetro de la densidad del fluido para diferentes intervalos de tiempo, que por lo general son:

t1 =15 seg, t2 =30 seg, t3=1 min, t4 = 2 min, t5 = 4 min,... ,t14=24 horas y t15 = 48 horas.

Con los valores de L y t para los diferentes intervalos de tiempo en la ecuación [1.44], se obtienen los diversos tamaños de partículas del suelo fino.


Al igual que el análisis mecánico por tamices se puede trazar la curva de distribución del tamaño de partículas para el suelo fino. Con la ecuación [1.44] se determina el tamaño de las partículas del suelo, pero el porcentaje de estas que pasan un tamaño de aberturas de un tamiz imaginario se puede determinar con la ecuación:

                                                                     [1.45]

Donde el valor de a es una corrección para la gravedad específica, que será:

                                                                      [1.46]

Este valor de corrección también puede ser obtenido de la Tabla 1.11
 
Tabla 1.11. Valores de a (ASTM D422).
 
Es muy importante que la temperatura se mantenga constante durante todo el ensayo, para lograr esto en la práctica se sumerge el cilindro de sedimentación en un baño maría que mantiene el agua a temperatura constante. Sin embargo también deben aplicarse factores de corrección por temperatura y viscosidad del fluido al valor de R en la ecuación [1.45], donde la forma de aplicar todos estos se describe ampliamente en un manual especializado de laboratorio.
Todos los resultados son registrados ordenadamente en una tabla al igual que en el caso del suelo de grano grueso. Con los valores del tamaño de partículas en milímetros obtenidos de la ecuación [1.44], ubicados en orden inverso en el eje de las abscisas en escala logarítmica y el porcentaje de las partículas que pasan un tamiz imaginario obtenido de la ecuación [1.45], ubicada en el eje de las ordenadas, se traza la curva de distribución del tamaño de partículas como se observa en la Figura 1.24. Esta curva es la continuación de la curva de distribución del tamaño de partículas del suelo de grano grueso. En el sector donde se conectan estas dos curvas existe una ligera discontinuidad que por lo general se debe a las diferentes texturas de las partículas, esta debe corregirse manualmente para mantener la continuidad de las dos curvas, como se muestra en las curvas de la Figura 1.22b, d y e.

 1.24. Curva de distribución del tamaño de partículas.