ANÁLISIS DE SUCCIÓN SUCCIÓN EN LABORAT LABORATORIO ORIO PARA PARA MATERIALES MATERIALES GRANULARES GRANULARES Andres Felipe Colmenares Bohorquez; Walter Walter Jose Plata Pinilla; Claudia Estefania Murcia Falla; Joan Nicolas Hernandez Morales; Andres Camilo Carreo Caceres; !odri"o Adolfo #utierrez #arcia; Jose Joaquin $ozano !ada; Carlos Eduardo %rtiz %larte
RESUMEN: The resistance of the soi to the oa!s Its are s"#$ecte! !e%en!s on the #eha&ior of 'ater 'ithin i ts %ores( f") sat"rate! sois ha&e a !ecrease in stren*th 'hie sois %artia) sat"rate! +a) increase !"e to the *eneration of a %ore %ress"re ne*ati&e ,no'n as s"ction( in this %a%er a theoretica fra+e'or, is %resente! to e-%ain this %heno+enon( the factors that inf"ence an! ho' to a#orator) +eas"re+ent( a!!itiona) a case of co+%arati&e ana)sis of three sois 'ith !ifferent characteristics sho'n those +eas"re! s"ction their %ro%ert) an! the res"ts !escri#e! in 'hat are the !ifferences of the &a"es fo"n!
1
INTRODUCCIÓN
La +ec.ni +ec.nica ca !e s"eos s"eos tra!ic tra!icion iona a #asa #asa s" an.isis so#re a s"%osici/n 0"e os +ateriaes est.n en "na con!ici/n !e sat"raci/n co+%eta( no o#stante( esto no sie+%re oc"rre ) e-is e-iste ten n +ate +ateri ria aes es 0"e 0"e se enc" enc"en entr tran an %arcia+ente sat"ra!os ) %or en!e e an.isis !e s" co+%orta+iento !ifiere !e o con&enciona1 C"an C"an!o !o "n s"e s"eo o est. est. co+% co+%e eta ta+e +ent nte e sat"ra!o( e a*"a e$erce "na %resi/n !e %oros %ositi&a 0"e re!"ce s" resistencia ori*inan!o 0"e e esf"er2o efecti&o sea +enor 0"e e esf"er2o tota( sin e+#ar*o( c"an!o e s"eo est. %arcia+ente sat"ra!o s"ce!e o contrario ) se *enera "na %resi/n !e %oros ne*ati&a( 0"e 0"e a"+ent a"+enta a a resist resisten encia cia !e !e s"eo s"eo #a$o #a$o ciertas ciertas con!icio con!iciones nes 0"e est.n est.n reacion reaciona!as a!as con a h"+e!a!( e *ra!o !e confina+iento ) a %orci/n !e finos( entre otros1 En otras %aa#ras( en os s"eos no sat"ra!os e a*"a se enc"entra #a$o f"er2as ca%iares ) !e a!sorci/n 0"e hace 0"e sea reteni!a %or e s"eo s"eo ) %or en!e s" ener* ener*3a 3a %otenc %otencia ia sea ne*at ne*ati&a i&a(( a esta esta %ro%ie %ro%ie!a! !a! %ara %ara reten retener er e a*"a se conoce con e t4r+ino !e s"cci/n1 Los s"eos en re*iones .ri!as( os %a&i+entos( os terra%enes ) as %resas son e$e+%os !e +ateriaes 0"e est.n %arcia+ente sat"ra!os( %or o c"a( c"a( en a %r.ctica %r.ctica !e a in*enier3a es i+%ortante conocer a con!ici/n rea en a c"a &an &an a tra# tra#a a$ar os os +ate +ateri ria aes ) si !ich icha con!ici/n se &e inf"encia!a %or %resiones !e %oros ne*ati&as es necesario e&a"ar c".es son son as %ro%i ro%ie e!a!e a!es !e s"cc s"ccii/n !e os +ate +ateri ria aes es haci hacien en!o !o "so "so !e as as !isti !istint ntas as t4cnicas !e +e!ici/n !is%oni#es1 E %ro%/sito !e este !oc"+ento es %resentar
+ate +ateri ria a *ran *ran" "ar ar +e!i +e!ian ante te %r"e %r"e#a #ass !e a#oratorio in!irectas ) !irectas( a estr"ct"ra !e !oc"+ento es a si*"iente: "na !escri%ci/n !e +ateria( "n +arco te/rico !e a s"cci/n( os os res" res"tta! a!os os o#te o#teni ni!o !oss en as as %r"e %r"e#a #ass reai reai2a! 2a!as as ) e %oster %osterio iorr an.is an.isis is !e !icho !ichoss res"ta!os1 2
DESC DESCRI RIPC PCIIÓN DEL DEL MA MATERIA ERIAL L
En este ca%3t"o se har. a caracteri2aci/n !e +ateri teria a "sa! sa!o en esta sta in& in&esti sti*aci/ ci/n( !estacan!o s" casificaci/n #a$o os siste+as inte intern rnac acio iona nae es( s( %ro% %ro%ie ie!a !a!e !ess 3n!i 3n!ice cess ) co+%actaci/n1 2. 1
Clasificación
Se reai2 reai2/ / "n ensa)o ensa)o !e *ran" *ran"o o+et +etr3a r3a %or ta+ ta+i2a! 2a!o( %ara con conocer cer a !istri stri# #"ci/ ci/n *ran" *ran"o+4 o+4tri trica ca !e os +ateri +ateria aes( es( co+o co+o se %resenta %resenta en a 5i*"ra 61 61 Co+o se o#ser&a( se tiene +a)or %orcenta$e !e +ateria fino( con "n 7891 A!iciona+ente( se !enota a %resencia !e "n %e0"eo %orcenta$e !e *ra&as( ) "n i+%ortante conteni!o !e arena1
ANÁLISIS DE SUCCIÓN EN LABORATORIO PARA MATERIALES DE BASE Y SUBASE GRANULAR
Contin"an!o con a caracteri2aci/n !e a %arte fina( se reai2/ "n ensa)o !e L3+ites !e Atter#er*( e c"a( se %resenta en a 5i*"ra ; con a carta !e %astici!a!1 Co+o se o#ser&a( se encontr/ "n &aor !e %astici!a! !e < ) "n L3+ite L30"i!o !e ;7( %or en!e( se trata !e "n Li+o !e #a$a Pastici!a! =>er 5i*"ra ;( %"nto ro$o?1
+ateriaes( !on!e se reco%ia a infor+aci/n +ostra!a en este s"#ca%3t"o1
Figura 4 Distriución Granulométrica de los materiales
Figura 2 Carta de Plasticidad
A!iciona+ente( se reai2/ "na *ran"o+etr3a %or @i!r/+etro ) se +"estra en a 5i*"ra Se !enota a %resencia !e +ateriaes ti%o Li+o =e c"a( tiene "n ta+ao entre 66 ) 6;7 !e ++?1
Con #ase en o anterior( se !ice 0"e se tiene "n Li+o !e #a$a %astici!a! con %resencia !e arena( tenien!o "na casificaci/n ML !e ac"er!o a e SUCS( ) !e ac"er!o a a +eto!oo*3a AAS@TO A81 Los res"ta!os e-%"estos( se +"estran en a Ta#a 61 2.21 Ensa)os !e i+%ie2a
Para anai2ar a %resencia !e +ateriaes !ainos =Arcias E-%ansi&as co+o a Mont+orionita o Materia or*.nica?( se reai2/ "n an.isis !e a2" !e +etieno( as3 co+o !e E0"i&aente !e Arena1 E ensa)o !e E0"i&aente !e Arena %er+ite !eter+inar a %ro%orci/n !e arena ) arcias 0"e se enc"entran %resentes en e a*re*a!o1 Para este caso %artic"ar( se tiene "n %ro+e!io !e e0"i&aente !e arena EAFH( o c"a( in!ica 0"e ha) "na %resencia i+%ortante !e arcias en e a*re*a!o( %or o c"a( ha#r3a 0"e anai2ar e efecto 0"e este +ateria %o!r3a tener en e a*re*a!o est"!ia!o1
Figura 3 Curva Granulométrica por Hidrómetro
Tenien!o en c"enta o anterior( en a 5i*"ra 8 se +"estra a !istri#"ci/n tota !e os
Para e ensa)o !e a2" !e +etieno( se o#t"&o "n &aor !e 26.7 mg/g ( 0"e !e ac"er!o con a nor+a IN> E ;76( e +ateria se consi!era fai!o ) tiene %resencia !e +ateriaes !ainos( co+o son os +enciona!os en esta secci/n1
ANÁLISIS DE SUCCIÓN EN LABORATORIO PARA MATERIALES DE BASE Y SUBASE GRANULAR
2.2
5ina+ente( en a 5i*"ra 7( se res"+en to!os os res"ta!os e-%"estos en este ca%3t"o( !escri#ien!o e s"eo co+o *ran"ar con a %resencia !e +ateriaes finos( !e s"%erficie es%ec3fica +") ata1
Ensayo Próctor Estn!ar
E +ateria est"!ia!o se e reai2/ "na %r"e#a !e %r/ctor est.n!ar( con e fin !e o#tener s" %eso seco +.-i+o( ) os res"ta!os se %resentan en a 5i*"ra 71 Co+o se o#ser&a( e %eso +.-i+o seco se acan2a a "na h"+e!a! !e 679( acan2an!o "n &aor !e 61< Ton+1
Figura ! "esultados Próctor
Descripción
G & F ' #$% #$% #$% #
%$&rena de grano medio con presencia 4 de algo de limo
42
!4
1
Tala 1 Propiedades del suelo estudiado
( (
( P
*+G &&+H C T,
)P
)(
2 !
1
+P 156
&24
' ,ptó #
%$1!
γ d
Prócto r #Tonm3%
&zul .etile no #mg-g%
/0uivale nte &rena
2
2
354
ANÁLISIS DE SUCCIÓN EN LABORATORIO PARA MATERIALES DE BASE Y SUBASE GRANULAR
MARCO TEÓRICO
"
Don!e(
D"rante e an.isis ) casificaci/n !e "n s"eo( es +enester reai2ar "na caracteri2aci/n !e esta!o o ca%aci!a! !e s"cci/n !e s"eo( %"es( co+o se +encion/ anterior+ente en este !oc"+ento e s"eo( en "n esta!o %arcia+ente sat"ra!o( %resenta "na %resi/n !e %oros ne*ati&a( 0"e( en t4r+inos !e resistencia !e s"eo( se &e refe$a!a en e a"+ento !e 4sta1 ".1
La s"cci/n( !entro !e s"eo est. !efini!a( se*n a Socie!a! Internaciona !e a Ciencia !e S"eo =Internationa Soi Science Societ)?( co+o JLa canti!a! !e tra#a$o 0"e !e#e reai2arse %or canti!a! "nitaria !e a*"a %ara( a fin !e tras%ortar re&ersi#e+ente e isot4r+ica+ente "na canti!a! infinitesi+a !e a*"a !es!e "n !e%/sito !e a*"a %"ra( a "na ee&aci/n es%ec3fica( #a$o %resi/n at+osf4ricaK =Garri!o( ;HH8?1 En otras %aa#ras( a s"cci/n en e s"eo es a canti!a! !e ener*3a 0"e e&aa e s"eo %ara retener a*"a( ) %ara 0"e se %ier!a e a*"a a!sor#i!a !entro !e a f.#rica !e s"eo( es necesaria a a%icaci/n !e "na ener*3a e-terna 0"e contrarreste a ener*3a !e retenci/n1 Sin e+#ar*o a s"cci/n en e s"eo( !e%en!e !e !iferentes factores1 $l
En os s"eos %arcia+ente sat"ra!os( e &aor !e a %resi/n !e %oros( 0"e es ne*ati&a( !e%en!e !e a canti!a! !e a*"a 0"e est. inc"i!a en a estr"ct"ra !e s"eo( o 0"e est. f"erte+ente i*a!o a ta+ao !e os %oros( es !ecir( a a *ran"o+etr3a !e s"eo en os s"eos *r"esos os %oros son +.s "nifor+es( en c"anto a s" ta+ao( 0"e en os finos1 A a"+entar a s"cci/n( a canti!a! !e a*"a 0"e %"e!en retener os %oros reati&a+ente *ran!es( ser. +enor( oc"rrien!o !e for+a creciente a os %oros +.s %e0"eos1 Con esto( se e&i!encia 0"e e &aor !e a s"cci/n es in&ersa+ente %ro%orciona a ta+ao !e os %oros1 A!e+.s( e a"+ento !e a s"cci/n est. i*a!o a a canti!a! !e a*"a a!sor#i!a =%e3c"a !e a*"a 0"e ro!ea a s"%erficie !e os !etritos?( sien!o entonces( a s"cci/n( in&ersa+ente %ro%orciona a a h"+e!a! !e s"eo1 Esto se %"e!e a%reciar en a 5i*"ra cuando el papel ?ltro est7 suspendido sore el suelo> sin mantener contacto> ocurre un @uAo de vapor de agua desde el suelo> ;acia el papel ?ltro> 0ue inicialmente est7 seco> ;asta llegar al e0uilirio5 /l contenido de agua del papel ?ltro> corresponde a la succión del suelo5 (a Figura 1 muestra el es0uema de medición de la succión total por el método del papel ?ltro en no contacto5
5i*"ra 6H1 Es0"e+a !e ensa)o !e %a%e fitro en no contacto1 5"ente: htt%:'''1re&istas1"na1e!"1coin!e-1%h%r#ct artice&ie'6;768; Papel ?ltro en contacto: /n este método> la trans8erencia de ;umedad desde el suelo ;acia el papel ?ltro est7 controlada por la capilaridad B las 8uerzas de adsorción> por lo 0ue la succión medida corresponde a la succión m7trica5 (a medición de la succión en el papel ?ltro en contacto> se realiza midiendo el valor de ;umedad del papel> el cual> mediante correlaciones> se puede asociar a un valor de succión5 (a Figura 11 muestra el es0uema 7sico de la determinación de la succión mediante papel ?ltro en contacto5
5i*"ra 661 Es0"e+a !e ensa)o !e %a%e fitro en contacto1 5"ente: htt%:'''1re&istas1"na1e!"1coin!e-1%h%r#ct artice&ie'6;768; ".2.2 S#cción I'$sta Placa de succión: Con este método> mediante una oma de vac9o> 0ue genera una presión negativa o succión> 0ue corresponde a la suma de la altura de la columna de mercurio B del agua> se puede determinar la succión a la cual el suelo alcanza el e0uilirio5 Correspondiendo al valor de succión del suelo para la ;umedad analizada5 Cae aclarar 0ue el agua 0ue genera la succión no est7 en contacto directo con el suelo> pues alterar9a el valor de ;umedad de éste5 &dem7s> el ensaBo permite succiones m7=imas de 3.Pa> pues al aplicar una succión m7=ima> el agua entra en cavitación5 (a Figura 12 muestra el es0uema 7sico de determinación de la succión por medio de la placa5
Figura 125 /s0uema 7sico placa de succión5 Fuente: #Garrido> 24%
Tensi/+etro: Utii2a!o %ara +e!ir a s"cci/n +.trica !e s"eo( constan !e "na ca%a %orosa !e cer.+ica( 0"e est. conecta!a( a tra&4s !e "n t"#o( a "n +an/+etro1 La co%a %orosa !e#e ser intro!"ci!a en e s"eo hasta e ni&e !esea!o %ara 0"e( e a*"a !e interior( 0"e inicia+ente est. a %resi/n at+osf4rica( entre en contacto con e a*"a !e s"eo a s"cci/n 0"e e$erce e s"eo hace 0"e a %resi/n !entro !e a co%a !is+in")a( hasta 0"e e*"en a e0"ii#rio1 La !is+in"ci/n !e a %resi/n !entro !e a co%a( corres%on!e a &aor !e a s"cci/n
ANÁLISIS DE SUCCIÓN EN LABORATORIO PARA MATERIALES DE BASE Y SUBASE GRANULAR
Figura 135 /s0uema 7sico de medición de la succión por medio del tensiómetro5 Fuente: #Garrido> 24%
*
RESULTADOS O-TENIDOS
Para a e&a"aci/n !e %otencia !e s"cci/n se "tii2/ a +eto!oo*3a !e %a%e fitro a c"a es "na t4cnica 0"e %er+ite +e!ir tanto a s"cci/n tota co+o a s"cci/n +atricia !e%en!ien!o !e !on!e se "#i0"en os %a%ees !"rante e ensa)o1
%a%e fitro ) a %resi/n %arcia !e &a%or !e a*"a en e aire1 A!iciona a os &aores cac"a!os +e!iante a t4cnica !e %a%e fitro se %re%ar/ "na +"estra %ara o#tener e &aor !e s"cci/n a tra&4s !e a h"+e!a! reati&a !e +e!io( %ara eo se %re%ar/ "na so"ci/n !e NaC con "na so"#ii!a! !e *r6HH *r !e a*"a( #a$o estas con!iciones es conoci!o 0"e a "na te+%erat"ra are!e!or !e ;7 se acan2a "na h"+e!a! reati&a !e or!en !e E676 %ara o c"a se %re%araron +"estras a !istintas h"+e!a!es ) %osterior+ente se !e$aron !"rante siete !3as en contacto con e %a%e fitro cooca!o en a caras s"%erior e inferior %er+itien!o 0"e se *enerara "n e0"ii#rio entre a %resi/n !e &a%or !e a*"a !e os %oros !e s"eo( a %resi/n !e &a%or !e a*"a !e os %oros !e
Con #ase en os !atos anterior+ente +ostra!os se %roce!e a cac"ar e &aor !e a s"cci/n tenien!o en c"enta a c"r&a !e cai#raci/n e-istente %ara e %a%e fitro "tii2a!o a c"a se enc"entra f.ci+ente
!is%oni#e en a iterat"ra1 En a Ta#a ; se +"estran os &aores !e s"cci/n cac"a!os a %artir !e as h"+e!a!es !e os %a%ees fitros o#teni!as a fina !e ensa)o
ANÁLISIS DE SUCCIÓN EN LABORATORIO PARA MATERIALES DE BASE Y SUBASE GRANULAR
o muestra
Humedad ?nal #
%$Humedad papel #
%$+ucción Pa%
1
1511
245344
35431
2
653
1356EE
4526
3
!513
E56E
45621
4
5E
1543
35E21
!
125
4E5!4
1543
6
135E!2
16451
51E
1353E
E!5E43
1511
1!526
115!4
5
;
#(og
Tala 25 alores de succión calculados
KPa
Humedad relativa $
56$
Temperatura IC
25
Humedad muestra $
4$
Tala 35 Datos ?nales del ensaBo de succión a partir de ;umedad relativa
A %artir !e estos !atos se cac"a "n n"e&o %"nto %ara constr"ir a *r.fica %artien!o !e a ec"aci/n *enera !e s"cci/n ψ
=
RT ln H gM
−
(
135022 ln H KPa
=−
)
log ¿ ψ =−135022ln 0.776=34241.95 KPa →ψ =4.534 ¿
Con #ase en e &aor cac"a!o anterior+ente ) os !atos !e a Ta#a ; se ea#ora "na *r.fica 0"e reaciona a h"+e!a! fina !e a +"estra c"an!o se ha acan2a!o e e0"ii#rio = e$e !e a#scisas? con e &aor !e s"cci/n o#teni!o =e$e !e as or!ena!as?( !icha *rafica se %"e!e &is"ai2ar en a 5i*"ra 681 C"r&a !e h"+e!a! &s s"cci/n
Figura 145 succión
+
Curva
de
;umedad
Figura 1! Comparación Granulométricas
vs
de
Curvas
Por otra %arte( se reai2/ ensa)os !e a2" !e +etieno %ara co+%arar a i+%ie2a 0"e %resentan os s"eos1 E S"eo A %resenta "n &aor !e 661;7 +**( 0"e !e ac"er!o a os inea+ientos !e a nor+a IN> E ;7( se trata !e "n +ateria ace%ta#e %or otra %arte( e S"eo B %resenta "n &aor !e ;7( 0"e !e ac"er!o a esta nor+a( se trata !e "n +ateria faa!o1 Para conc"ir( se %"e!e inferir( 0"e e S"eo A %resenta +enor canti!a! !e +ateria !aino 0"e e S"eo B ) e !e Referencia( o c"a in!ica( 0"e este no %resenta %ro#e+as !e e-%ansi/n1
COMPARACIÓN DE RESULTADOS
En este ca%3t"o( se est"!i/ e co+%orta+iento !e !os s"eos !e !iferentes *ran"o+etr3as( con e fin !e co+%arar a s"cci/n 0"e ca!a "no %resenta1 E S"eo 0"e sir&i/ co+o #ase %ara este est"!io se e a+/ JS"eo ReferenciaK( +ientras 0"e os otros !os se a+aron JS"eo AK ) JS"eo BK1 E s"eo A es "na Arena arciosa !e #a$a %astici!a! =SPCL se*n a casificaci/n SUCS?( con "n conteni!o !e finos !e 9 %or otra %arte( e s"eo B es "n +ateria +.s hetero+4trico co+%"esto %or "na Arena con +ateria fino !e #a$a %astici!a! =SCML se*n e SUCS?1
5ina+ente( se co+%ar/ os res"ta!os !e ensa)o Pr/ctor est.n!ar en os tres s"eos =>er 5i*"ra 6?1 Co+o se o#ser&a( e s"eo A %osee a +enor !ensi!a! seca !e os tres s"eos e*an!o a 6
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