PRACTICO #4MECNICA DE SUELOS 1 (CIV -219)

CONSISTENCIA DEL SUELO

La consistencia se define como la firmeza o solidez que presenta la masa de suelo, esta caracterstica particular del suelo est estrechamente relacionada a las estructuras que las partculas del suelo forman entre s. Para el caso de suelos de grano grueso la textura y la forma de ubicacin de las partculas 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 cohesin, debido a las propiedades elctricas de los minerales de arcilla.

Densidad relativa (Dr)

Ladensidad relativaes una forma de determinar el grado de compacidad (compactacin) de un suelo y se puede emplear tanto para suelos en estado natural como pararellenos compactados artificialmente.El uso de la densidad relativa es importante para la obtencin de otros parmetros como por ejemplo: elensayo Proctor, elensayo CBRy otros relacionados con lacapacidad portantede un suelo.La densidad relativa se obtiene por medio de la determinacin de otros parmetros tales como: Densidad Mnima, Densidad Mxima y la Densidad en Sitio, de estos, los dos primeros se realizan en laboratorio y el ltimo se efecta In Situ.

El ensayo se realiza en suelos con un contenido de hasta 12% de partculas finas y un tamao mximo nominal de 80 mm.Debido a la variedad de formas que tienen las partculas de textura granular en suelos de grano grueso, estas pueden acomodarse de diversas maneras en la masa de suelo, donde para cada caso variar el ndice de vacos. La Figura, muestra una porcin de suelo con diferentes formas de empaquetamiento de sus partculas.

Figura. Formas de empaquetamiento de las partculas del suelo.(a) Densa. (b) Suelta.

En la Figura (a) las partculas estn acomodadas de tal manera que la cantidad de vacos es mnima, a diferencia de la forma de empaquetamiento en la Figura (b) que tiene una mayor cantidad de vacos. Se llama compacidad a la forma de empaquetamiento que tienen las partculas del suelo dentro su masa lo cual determinar el ndice de vacos del suelo, este concepto de compacidad solo ser aplicable a suelos con partculas de textura granular.Cada suelo tiene una compacidad de tal manera que el ndice de vacos sea el mnimo, logrando un suelo denso (Figura a) o caso contrario un suelo suelto que tendr un ndice de vacos mximo (Figura b). La compacidad de un suelo es medida con la densidad relativa, que evala el grado de empaquetamiento de las partculas del suelo en situ de acuerdo al ndice de vacos mximo y mnimo que permita el suelo, est ser:

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

En base a la ecuacin [1.6], la densidad relativa es expresada en funcin a la porosidad, que ser:

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 ecuacin que est en funcin al peso unitario seco mximo, mnimo y el actual del suelo, que ser:

Para la determinacin del peso unitario mnimo, 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 mximo se aplica una carga al suelo en la parte superior del molde lleno de suelo y se somete todo el conjunto a vibracin por un tiempo, con la masa del suelo y el volumen que ocupa este en el molde se determina el peso unitario mximo. Para obtener ms detalles acerca de este ensayo puede consultarse a un manual de laboratorio especializado.

Figura.Variacin deemaxyeminrespecto a la angularidad yCU(Youd, 1973).Youdelabor un baco que se muestra en la Figura, para determinar los valores de:emaxyemindel suelo, en base a la angularidad de las partculas y el coeficiente de uniformidad del suelo.

La Figura 1. muestra una relacin aproximada entre la densidad relativa, el ndice de vacos actual y el peso unitario seco del suelo.

Figura 1.Relacin aproximada degd,eyDrpara suelos de grano grueso (Das, 1998).

COMPACTACIN DEL SUELO.La compactacin es el proceso mecnico mediante el cual se reduce el volumen de los materiales en un tiempo relativamente corto con el fin de que resistan las cargas y tengan una relacin esfuerzo deformacin conveniente durante la vida til de la obra.En la compactacin el volumen de suelo se reduce utilizando maquinaria especializada. Este cambio s e produce principalmente por la reduccin de volumen de aire que contiene el material al darle cierto nmero de pasadas con el equipo adecuado el tiempo por lo general se mide en horas.

CORRECCIONES A LA MEDICIN DE CAMPO AL SPT

N es el nmero medido en el campo (golpes necesarios para que el sacamuetras entre los ltimos Ensayo S 30 cm de un total de 45 cm)

El resultado se corrige por:

Energa aplicada Profundidad Otras causas menores: napa de agua, dimetro de perforacin, peso de barras, etc.

Aunque se denomina "estndar", el ensayo tiene muchas variantes y fuentes de diferencia, en especial la energa que llega al tomamuestras, entre las cuales sobresalen (Bowles, 1988):1. Equipos producidos por diferentes fabricantes2. Diferentes configuraciones del martillo de hinca, de las cuales tres son las ms comunesa) El antiguo de pesa con varilla de gua internab) El martillo anular ("donut") c) El de seguridad3. La forma de control de la altura de cada: a) Si es manual, cmo se controla la cadab) Si es con la manila en la polea del equipo depende de: el dimetro y condicin de la manila, el dimetro y condicin de la polea, del nmero de vueltas de la manila en la polea y de la alturac) Si hay o no revestimiento interno en el tomamuestras, el cual normalmente no se usa.4. La cercana del revestimiento externo al sitio de ensayo, el cual debe estar alejado.5. La longitud de la varilla desde el sitio de golpe y el tomamuestras.6. El dimetro de la perforacin7. La presin de confinamiento efectiva al tomamuestras, la cual depende del esfuerzo vertical efectivo en el sitio del ensayo.

Para casi todas estas variantes hay factores de correccin a la energa terica de referencia Er y el valor de N de campo debe corregirse de la siguiente forma (Bowles,1988):

En la cual:Ncrr = valor de N corregidoN = valor de N de campoCn = factor de correccin por confinamiento efectivoh1 = factor por energa del martillo (0.45 h1 1)h2 = factor por longitud de la varilla (0.75 h2 1)h3 = factor por revestimiento interno de tomamuestras (0.8 h3 1)h4 = factor por dimetro de la perforacin ( > 1 para D> 5'", = 1.15 para D=8")Para efectos de este artculo se considerar que h2 = h3 = h4 = 1 y solamente se tendrn en cuenta los factores h1 y Cn.CORRECCIN POR ENERGA (H1)Se considera que el valor de N es inversamente proporcional a la energa efectiva aplicada al martillo y entonces, para obtener un valor de Ne1 a una energa dada "e1", sabiendo su valor Ne2 a otra energia "e2" se aplica sencillamente la relacin:Ne1 = Ne2 x (e2/e1)Correccin por Confinamiento (Cn)Este factor ha sido identificado desde hace tiempo (Gibbs y Holtz, 1957) y se hace por medio del factor Cn de forma tal que:

Existen numerosas propuestas, entre las que se destacan las siguientes:Peck Seed Meyerhof-Ishihara Liao-Whitman SkemptonGonzlez (Logaritmo) Schmertmann

Est la ms antigua que relaciona los resultados del SPT y la resistencia a la comprensin simple dada en la tabla siguiente:NCONSISTENCIAIDENTIFICACION EN EL CAMPOPsat( Kn/m3)qu( KPA)

2Muy blandaPenetrable fcilmente varios centmetros con el puo 16-1925

2-4BlandaPenetra fcilmente el pulgar varios cm16-1925-50

4-8MediaSe requiere un esfuerzo moderado para penetrar varios cm con el pulgar

17-2050-100

8-16RigidoSe identifica fcilmente con el pulgar 19-22100-200

16-32Muy RigidoSe identifica con la ua del pulgar 19-22200-400

32DuroDifcil de rayar con la ua del pulgar 19-22400

RELACION EMPIRICA ENTRE EL SPT Y VARIAS PROPIEDADES DEL SUELO

La profundidad a la que se hace la prueba SPT, influye en el resultado, debido al confinamiento a que se encuentra el suelo, seed(1979), propone corregir el valor de N, mediante la siguiente expresin.

Donde:N1= Numero de golpes corregidoN = Numero de golpes registrado en el campoCN= Factor decorreccin o = presin vertical efectiva a la profundidad de la pruebaEsta ecuacin es vlida para `o > 2.5 T/m2

Para obtener la compacidad relativa y elAngulo de friccin interna se pueden utilizar las siguientes tablas

COMPACIDADDENSIDAD RELATIVA (Dr)N (SPT)

Muy suelto< 0.15< 4

Suelto0.15 0.354 10

Medianamente duro0.35 0.6510 30

Denso (compacto)0.65 0.8530 50

Muy denso0.85 1.00> 50

Tabla. Correlacion para suelos no cohesivos entre Dr, compacidad y N (Hunt, 1984)

materialcompacidadDr (%)N(1)Densidad secaIndice de poros (e)Angulo friccin interna

GWDensaMedianamente densasuelta7550259055< 282.212.081.970.220.280.36403632

GPDensaMedianamente densasuelta7550257050< 202.041.921.830.330.390.47383532

SWDensaMedianamente densasuelta7550256535< 151.891.791.700.430.490.57373430

SPDensaMedianamente densasuelta7550255030< 101.761.671.590.520.600.65363329

SMDensaMedianamente densasuelta7550254525< 81.651.551.490.620.740.80353229

MLDensaMedianamente densasuelta7550253520< 41.491.411.350.800.901.00333127

Tabla. Propiedades comunes de los suelos No cohesivos (Hunt, 1984)