INTRODUCCIÓN

RELACIONES GRANULOMÉTRICAS Y DE VOLUMEN EN UN SUELO

En un suelo se distinguen tres fases constituyentes: la sólida, la líquida y la gaseosa. La fase sólida está formada por las partículas minerales del suelo (incluyendo la capa sólida adsorbida); la líquida por el agua (libre, específicamente), aunque en el suelo pueden existir otros líquidos de menor significación; la fase gaseosa comprende sobre todo el aire, pero pueden estar presentes otros gases (vapores sulfurosos, anhídrido carbónico, etc).

Análisis granulométricos

Se realizan en el laboratorio mediante una segregación de las partículas agrupadas en las distintas fracciones. Para que los granos estén separados se requiere la destrucción de los materiales que los mantienen unidos en forma de agregados.

La importancia de las distintas fracciones se debe principalmente al tamaño, el número y la superficie específica de las partículas, la cual es muy importante para determinar la reactividad de un suelo. La superficie específica de una partícula varía de forma inversamente proporcional a su tamaño.

La acción de las distintas fracciones tiene una determinada significación según el predominio de una u otra:

Elementos gruesos: disminuye la cohesión de los horizontes con arcilla, lo que favorecerá la penetración de las raíces. Si se encuentran en una proporción suficientemente elevada, la permeabilidad del suelo aumenta. Si se encuentran en la superficie frenan la erosión y las pérdidas de agua. Si son abundantes se dificulta la movilidad de los organismos y disminuye la capacidad de almacenamiento de agua y nutrientes. Ejercen además un efecto abrasivo sobre la maquinaria y la deformación de las raíces.

Arena gruesa: presentan una importante cantidad de macroporosidad, por lo que la permeabilidad suele ser alta. Los suelos suelen ser poco compactos y fáciles de labrar, con un almacenamiento bajo de nutrientes debido a su baja CIC. La capacidad de retención de agua también es baja.

Arena fina: propiedades intermedias entre arena gruesa y tamaño limo.

Limo: los suelos con limo pueden presentar costras superficiales y en ellos la infiltración de agua es lenta y su estructura poco estable. La permeabilidad será media o baja y su compacidad media. La erosión es bastante alta, teniendo una capacidad media para el almacenamiento de agua y nutrientes.

Arcilla: los suelos serán químicamente fértiles debido a su elevada CIC. La capacidad de retención de agua es elevada y la permeabilidad baja, ya que aunque muestran una elevada porosidad los poros no se encuentran comunicados. La compacidad es alta, por lo que no serán fáciles de labrar y las raíces de las plantas no penetran con facilidad.

La compacidad

Según el Diccionario de la Lengua Catalana, la compacidad es aquello que manifiesta la calidad de compacto. El adjetivo compacto representa una masa muy unida; un agregado cuyos elementos constituyentes están muy poco o nada separados los unos de los otros.

Calidad de compacto de un material. Un material es más compacto cuanto menor porosidad existe en su interior.

La compacidad en el ámbito urbano expresa la idea de proximidad de los componentes que conforman la ciudad, es decir, la reunión en un espacio más o menos limitado de los usos y las funciones urbanas.

La compacidad, por tanto, facilita el contacto, el intercambio y la comunicación, que son, como se sabe, la esencia de la ciudad. Potencia la probabilidad de contactos y con ellos potencia la relación entre los elementos del sistema urbano.

Relación de vacíos (e).

Es la relación entre el volumen de vacíos y el de los sólidos.

Su valor puede ser e > 1 y alcanzar valores muy altos.

En teoría 0 < e –> ∞

El término compacidad se refiere al grado de acomodo alcanzado por las partículas del suelo, dejando más o menos vacíos entre ellas. En suelos compactos, las partículas sólidas que lo constituyen tienen un alto grado de acomodo y la capacidad de deformación bajo cargas será pequeña. En suelos poco compactos el volumen de vacíos y la capacidad de deformación serán mayores. Una base de comparación para tener la idea de la compacidad alcanzada por una estructura simple se tiene estudiando la disposición de un conjunto de esferas iguales. En la figura 2.3 se presentan una sección de los estados más suelto y más compacto posible de tal conjunto. Pero estos arreglos son teóricos y los cálculos matemáticos.

Los parámetros adicionales h y e (siempre h < e), se relacionan así: como VvVs

es la relación de vacíos, entonces:

Medida de la compacidad del suelo

Se califica la compacidad por la comparación cuantitativa de las densidades secas o pesos unitarios secos, ϒd , que el suelo va adquiriendo gradualmente, al variar la humedad, la energía o el método de compactación.

MÉTODO PROCTOR.

Consiste en compactar el material dentro de un molde metálico y cilíndrico, en varias capas y por la caída de un pistón. Existen dos variaciones del MÉTODO PROCTOR.

a) Proctor estandar o normal, con pistón de 5 ½ lbs, h = 12’’, N = 25 golpes y 3 capas a compactar. El molde de φ = 4’’ y volumen 1/30 ft3.

b) Proctor modificado, con pistón de 10 lbs, h = 18’’, N = 25 golpes, y compactando en 5 capas, con el mismo molde.

Ensayo de Penetración Estándar (SPT)El ensayo de penetración estándar o SPT (del inglés standard penetration test), es un tipo de prueba de penetración dinámica, empleada para ensayar terrenos en los que queremos realizar un reconocimiento geotécnico.

DescripciónEl Ensayo de Penetración Estándar o SPT, es un tipo de prueba de penetración dinámica, empleada para ensayar terrenos en los que queremos realizar un estudio geotécnico.Constituye el ensayo o prueba más utilizada en la realización de sondeos, y se realiza en el fondo de la perforación.

Descripción del EnsayoConsiste en medir el número de golpes necesario para que se introduzca una determinada profundidad una cuchara (cilíndrica y hueca) muy robusta (diámetro exterior de 51 milímetros e interior de 35 milímetros, lo que supone una relación de áreas superior a 100), que permite tomar una muestra, naturalmente alterada, en su interior. El peso de la masa está normalizado, así como la altura de caída libre, siendo de 63'5 kilopondios y 76 centímetros respectivamente.

Una vez que en la perforación del sondeo se ha alcanzado la profundidad a la que se ha de realizar la prueba, sin avanzar la entubación y limpio el fondo del sondeo, se desciende el tomamuestras SPT unido al varillaje hasta apoyar suavemente en el fondo.

Realizada esta operación, se eleva repetidamente la masa con una frecuencia constante, dejándola caer libremente sobre una sufridera que se coloca en la zona superior del varillaje.

Se contabiliza y se anota el número de golpes necesarios para hincar la cuchara los primeros 15 centímetros (N0 − 15).

Posteriormente se realiza la prueba en sí, introduciendo otros 30 centímetros, anotando el número de golpes requerido para la hinca en cada intervalo de 15 centímetros de penetración (N15 − 30 y N30 −

45).

El resultado del ensayo es el golpeo SPT o resistencia a la penetración estándar:

NSPT = N15 − 30 + N30 − 45

Si el número de golpes necesario para profundizar en cualquiera de estos intervalos de 15 centímetros, es superior a 50, el resultado del ensayo deja de ser la suma anteriormente indicada, para convertirse en rechazo (R), debiéndose anotar también la longitud hincada en el tramo en el que se han alcanzado los 50 golpes. El ensayo SPT en este punto se considera finalizado cuando se alcanza este valor. (Por ejemplo, si se ha llegado a 50 golpes en 120 mm en el intervalo entre 15 y 30 centímetros, el resultado debe indicarse como N0 − 15 / 50 en 120 mm, R).

Como la cuchara SPT suele tener una longitud interior de 60 centímetros, es frecuente hincar mediante golpeo hasta llegar a esta longitud, con lo que se tiene un resultado adicional que es el número de golpes N45 − 60. Proporcionar este valor no está normalizado, y no constituye un resultado del ensayo, teniendo una función meramente indicativa.

Ventajas del SPT

Una ventaja adicional es que al ser la cuchara SPT un tomamuestras, permite visualizar el terreno donde se ha realizado la prueba y realizar ensayos de identificacion, y en el caso de terreno arcilloso, de obtención de la humedad natural.

Aplicaciones y correlaciones

El ensayo SPT tiene su principal utilidad en la caracterización de suelos granulares (arenas o gravas arenosas), en las que es muy difícil obtener muestras inalteradas para ensayos de laboratorio.

Al estar su uso muy extendido y dispone de una gran experiencia geotécnica en estas pruebas, se han planteado correlaciones entre el golpeo SPT y las

características de los suelos arenosos, así como con diversos aspectos de cálculo y diseño geotécnico.

También existen correlaciones en el caso de que el terreno sea cohesivo, pero al ser un ensayo prácticamente instantáneo, no se produce la disipación de los incrementos de presiones intersticiales generados en estos suelos arcillosos por efecto del golpeo, lo que claramente debe influir en el resultado de la prueba.

Por ello, tradicionalmente se ha considerado que los resultados del ensayo SPT (y por extensión, los de todos los penetrómetros dinámicos) en ensayos cohesivos no resultan excesivamente fiables para la aplicación de correlaciones. En la actualidad, este criterio está cuestionado, siendo cada vez más aceptado que las pruebas penetrométricas pueden dar resultados igualmente válidos en todo tipo de suelo. En cualquier caso, al margen de la validez o existencia de correlaciones, el valor del golpeo obtenido en un ensayo de penetración simple es un dato indicativo de la consistencia de un terreno susceptible de su utilización para la caracterización o el diseño geotécnicos.

Cuando el terreno atravesado es grava, la cuchara normal no puede hincarse, pues su zapata se dobla. Con frecuencia se sustituye por una puntaza maciza de la misma sección (no normalizada). El ensayo SPT no proporciona entonces muestra.

El golpeo así obtenido debe corregirse dividiendo por un factor que se considera del orden de 1'5.

Correlación entre el golpeo SPT y la consistencia del suelo atravesado

Existen diversas correlaciones entre el resultado del ensayo SPT y las características del terreno (compacidad, resistencia y deformabilidad), e incluso con dimensiones de la cimentación requerida para un valor del asiento que se considera admisible.

Sin embargo, las principales correlaciones que ligan el golpeo SPT con las características del terreno, lo hacen respecto a los parámetros ángulo de rozamiento interno e índice de densidad en las arenas (siendo el índice de densidad ID = (emax − e) / (emax − emin)). En los terrenos cohesivos, aun cuando no son tan aceptadas, existen correlaciones respecto a la resistencia al corte sin drenaje cu.

En algunas ocasiones, el valor del golpeo SPT debe ser afectado por unos factores correctores para tener en cuenta la profundidad a la que se realiza el ensayo, y la influencia de la ubicación de dicho ensayo sobre la capa freática.

Hay que tener cuidado, ya que en terrenos por ejemplo con gravas o bolos o en arcillosos duros, podemos tener mayorado nuestro SPT, no siendo éste ensayo entonces representativo de las características del terreno.

Influencia de la profundidad

La penetración en las arenas depende de la resistencia del terreno, que a su vez es función del ángulo de rozamiento, o del índice de densidad, y del estado tensional en el que se encuentre el terreno haciendo de antemano los anteriores ensayos.