Tipos de sondeos de suelos
CONSOLIDACIÓN DE SUELOS
Proceso mecánico en el cual el suelo cambia de volumen gradualmente en respuesta a un cambio en la presión. De acuerdo con Karl von Terzaghi (1925), la consolidación es “cualquier proceso que involucra un decremento en el contenido de agua de un suelo saturado sin el reemplazamiento del agua por el aire”.
El agua se transporta fuera de las áreas de alta presión, La matriz toma gradualmente el cambio de presión reducíéndose en volumen y El agua absorbe el cambio de presión, creando un exceso de presión de agua en los poros.
La magnitud de consolidación puede ser predicha por varios métodos. En el método clásico (Terzaghi) las pruebas de suelos son realizadas con un edómetro, para determinar su índice de compresión. Esto se puede utilizar para calcular la cantidad de consolidación.
Proceso de consolidación
-Sistema idealizado – Resorte (Compresibilidad) y -Agua (Fluidos del suelo).
La consolidación se puede deber por uno o más de los siguientes factores:
1. Cargas estáticas externas de las estructuras
2. El peso propio del suelo, como los rellenos recientemente colocados
3. Descenso de la capa freática
4. Desecación
–El proceso opuesto a la consolidación se llama hinchazón, el cual involucra un incremento en el contenido de agua debido a un incremento en el volumen de los espacios de los poros
El ensayo edométrico
Es una serie de presiones conocidas son aplicadas a un disco delgado de muestra de suelo, y el cambio en el grosor de la muestra vs el tiempo es registrado.
-Se realiza aplicando distintas cargas, Se mantiene cada carga al menos 24h, Se mide la deformación por cada escalón de carga y Por cada escalón de carga se llama curva de consolidación.
Teoría de la consolidación
La deformación de dicho medio poroso depende de la rigidez del medio poroso, pero también del comportamiento del fluido en los poros. Sí la permeabilidad del material es poca, la deformación puede verse obstaculizada, o al menos retardada, por el fluido del poro.
(Terzaghi) Las deformaciones del medio poroso son posibles únicamente por el reordenamiento de las partículas, y los cambios de volumen van acompañados por la expulsión del agua en el poro.
Analogía mecánica de terzaghi
-Aplicación de una carga P en el pistón con el orificio cerrado, Se abre el orificio generando un gradiente P/A fluyendo el líquido al exterior, La velocidad a la cual se transfiere la carga depende del tamaño del orificio y la viscosidad del fluido, El equilibrio se da cuando la presión en el fluido iguala la presión exterior y el resorte ha tomado P.
Suelo normalmente consolidado y preconsolidado
Suelo consolidado
Po máxima a la cual el estrato ha estado sujeto en cualquier tiempo de su historia.
Suelo preconsolidado o sobreconsolidado
El estrato ha estado sujeto en cualquier tiempo de su historia a una presión de sobrecarga efectiva mayor, ????????.
La preconsolidación de un estrato de arcilla puede ser causado por uno de los siguientes factores:
1.Peso de una sobrecarga de suelo que se ha erosionado. 2.Peso de una capa de hielo continental que se ha derretido. Y 3. Desecación de las capas cercanas a la superficie.
Consolidación secundaria
Es la compresión que ocurre en el suelo después que sucede la consolidación primaria. La cantidad se asentamiento que puede ser contribuida por la consolidación secundaria puede variar de menos del 10% a casi todo el asentamiento total y es más frecuente en suelos con gran cantidad de materia orgánica.
Formula:
La consolidación de suelos es importante en los estudios geotécnicos y el ensayo edométrico es considerado por muchos como uno de los ensayos estrella dentro de la mecánica de suelos, en gran parte por su fácil manejo y operabilidad.
COMPACTACIÓN DE SUELOS
Compactación del suelo corresponde a la pérdida de volumen que experimenta una determinada masa de suelo, debido a fuerzas externas que actúan sobre él. La compactación del suelo produce un aumento en su densidad (densidad aparente), aumenta su resistencia mecánica.
Compactación de suelos Cohesivos:
Son suelos arcillosos y limosos o sea material de grano muy fino, y la compactación se produce por la reorientación y por la distorsión de los granos y sus capas absorbidas.
Compactación de Suelos No Cohesivos:
Son suelos compuestos de rocas, piedras, Gravas y arenas, o sea suelos de granos gruesos. En el caso de suelos granulares el proceso de compactación más adecuado resulta el de la vibración.
Métodos empleados en compactación
Dinámica: consiste en aplicar al material que se quiere compactar una energía cinética originada por un determinado peso cayendo desde cierta altura.
Se pueden distinguir dos tipos
:
Baja energía (antiguos pisones y modernos pisones a motor) y Alta energía (grandes pesos dejados caer por grúas).
Estática: consiste en ejercer sobre la superficie del material una fuerza aplicada de forma continua que origina una compresión sobre el mismo en función del área de contacto y como consecuencia de la presión resultante.
Vibratorio: es el método ejercido por una repetición de la fuerza, aplicada de forma variable, y con una frecuencia tal que es capaz de transmitir al terreno las vibraciones producidas.
Amasado: es el efecto que originan las tensiones tangenciales que se producen y que también ayudan a la recolocación de las partículas del material.
Ensayos proctor y densidad relativa
Densidad Relativa: es una propiedad índice de los suelos y se emplea normalmente en gravas y arenas, es decir, en suelos que contienen casi exclusivamente partículas mayores que 0.074 mm. Es una manera de indicar el grado de compactación de un suelo y se puede emplear tanto para suelos granulares naturales como para rellenos compactados de estos suelos.
Ensayo proctor estándar
Este persigue determinar la densidad seca máxima de un suelo y la humedad optima necesaria para alcanzar esta densidad. Para ello se utiliza un molde cilíndrico de 1 litro de capacidad que se rellena con 3 capas de material debidamente compactadas mediante una maza estandarizada de 2,5 kg que se deja caer libremente una altura de 305 mm.
Ensayo proctor moderno
Es similar a la estándar, pero modificando tanto la capacidad del molde como la energía de compactación. En este caso se emplea un molde cilíndrico de 2.320 cm3 de capacidad y una maza de 4,535 kg que se deja caer desde una altura de 457 mm. (Utiliza 5 capas).
Aplicaciones:
Son aplicables únicamente a suelos finos plásticos o que, por lo menos, tengan una apreciable proporción de éstos.
Ensayo cbr (ensayo de relación de soporte california)
Mide la resistencia al esfuerzo cortante de un suelo y para poder evaluar la calidad del terreno para subrasante, sub base y base de pavimentos. Se efectúa bajo condiciones controladas de humedad y densidad.
Diferenciamos distintos tipos de CBR en función de la calidad de suelos, a saber:
● CBR suelos inalterados.
● CBR suelos remodelados.
● CBR suelos gravosos y arenosos.
● CBR suelos cohesivos poco o nada plásticos.
● CBR suelos cohesivos plásticos.
Aspectos prácticos de la compactación del terreno
Compactación de suelo (densificación):
Densificación del suelo por medios mecánicos.
Estabilización de suelos:
a) Cemento, b) Material bituminoso (asfalto, por ejemplo) c) Productos químicos (óxidos e hidróxidos de Ca, cloruro de Ca y Na, cloruro férrico, silicato Na y recinas).
Beneficios de la compactación
Aumenta la capacidad para soportar cargas, Impide el hundimiento del suelo, Reduce el escurrimiento del agua, Reduce el esponjamiento y la contracción del suelo e Impide los daños de las heladas.
RESISTENCIA AL CORTE Y COMPORTAMIENTO
Resistencia al corte y comportamiento.
Los suelos pueden soportar esfuerzos y conservar su estabilidad, esto depende de su resistencia al corte. La resistencia al corte del suelo depende de factores como: naturaleza, estructura, enlaces, nivel de deformación, etc., así como, muy especialmente, de su estado tensional y de la presión del fluido que rellena sus poros (agua o agua y aire).
Criterio de rotura
Coulomb:
relaciona tenciones efectivas normales y tensiones tangenciales actuando en cualquier plano del suelo.
Formula= ????=????´+????????−????????????????????´
Relación de las condiciones de rotura en un plano con círculos de Mohr
Se relacionan las condiciones de rotura en un plano con círculos de Mohr (Todos esfuerzos que actúan en un eje se pueden representar en una grafica de circunferencia).
-(a) El estado tensional no ha roto, (b) El estado tensional indica una situación de rotura y (c) El estado tensional es imposible.
Ensayo de laboratorio
Los ensayos de laboratorio sobre rocas frágiles proporcionan valores de resistencia superiores a los reales. Los ensayos de laboratorio se realizan sobre probetas cilíndricas de roca. Por lo general se utilizan testigos de sondeos, por lo que las dimensiones de las probetas suelen ser siempre pequeñas. Tienen la finalidad de establecer relaciones entre los esfuerzos y las deformaciones durante el proceso de carga y rotura y que existen 3 tipos de ensayos: De compresión uniaxial, de Compresión triaxial y de Tracción.
Ensayo uniaxial
Permite determinar en laboratorio la resistencia uniaxial no confinada de la roca, o resistencia a compresión simple, y sus constantes elásticas. Se utiliza probetas, Se aplica fuerza gradualmente y se puede controlar la fuerza, magnitud y velocidad, se miden mediante bandas extensométricas (las deformaciones) y al menos debemos realizar 5 ensayos.Ensayo de compresión triaxial
Determina la resistencia, representa condiciones de rocas in situ, se utilizan probetas introducidas en cilindros de acero, se le aplica presión hidráulica en paredes de probeta, tiene membrana para aislar líquidos.Tipos:
Consolidados drenados, consolidado no drenado y No consolidado drenado.- Ensayos de resistencia a tracción
Ensayo de tracción directa
Consiste en medir directamente la resistencia a tracción uniaxial de un cilindro de roca. Sujeta la probeta con resina, se aplica fuerza traccional continua, rango de 0.5 y 1.0 Mpa/s.Ensayo de tracción indirecta o brasileño
Consiste en medir la resistencia a tracción uniaxial de una probeta de roca indirectamente. Carga comprensiva y rango de 200 N/S.
Comportamiento de suelos granulares
Aquellos en los cuales las fuerzas intergranulares o atractivas tienen un efecto despreciable en el comportamiento mecánico observado. Un suelo sin cohesión tiende a formar una estructura de granos aislados.Las arenas, desarrollan un fenómeno llamado cohesión aparente.
Esta categoría engloba a rocas, gravas y arenas, además los suelos granulares se clasifican en materiales densos o sueltos.
Concepto de tensión efectiva
Los suelos trifásicos constituidos por: (1) el esqueleto de partículas sólidas rodeado de huecos iterconectados que puede estar ocupados por (2) aire y (3) agua.
- Suelo con los huecos completamente ocupados por agua:
Suelo saturado
- Suelo con huecos llenos de aire y nada de agua:
Suelo seco
Propiedades relevantes de los suelos granulares
Estudios geotécnicos: (1) estado natural del suelo (humedad, densidad), (2) resistencia mecánica y (3) deformabilidad.
Relaciones tensión-deformación de suelos granulares
Esta complejidad se debe a que tanto la deformabilidad como la resistencia de los suelos, se ven afectadas por factores muy diversos: estructura del suelo.
Estado crítico
Es una idealización del comportamiento observado de las arcillas saturadas remoldeadas en un ensayo triaxial de compresión, y es asumido que aplica a suelos no alterados. Establece que los suelos y otros materiales granulares, si son continuamente distorsionados (cortados) hasta que fluyan como un fluido friccional, entraran en un estado crítico bien definido.