Laboratorio virtual: peso específico de un suelo

Suelo

Se entiende por suelo al seudosólido formado por un conjunto de partículas sólidas que forman una estructura en cuyo seno existen huecos ocupados por agua y aire en proporciones variables. El “peso específico de un suelo“, como relación entre el peso y su volumen, es un valor dependiente de la humedad, de los huecos de aire y del peso específico de las partículas sólidas. Para evitar confusiones, las determinaciones de los ensayos de laboratorio facilitan por un lado el “peso específico seco” y por otro la humedad. Fijémonos que este término es diferente de la “densidad del suelo“, que establece una relación entre la masa y el volumen. También suele utilizarse un valor adimensional denominado, “peso especifico relativo”, definido como el cociente entre el peso específico del suelo y el peso específico del agua a una temperatura determinada. Los valores típicos de gravedades específicas para los sólidos del suelo son entre 2.65 y 2.72. En la figura que sigue se observan los componentes de un suelo, con las notaciones sobre sus pesos y volúmenes, lo cual permite definir parámetros que caracterizan el estado físico de dicho suelo.

Estos conceptos son básicos y muy conocidos para el alumno de un curso de geotecnia en un grado de ingeniería civil. Sin embargo, para facilitar el proceso de aprendizaje os facilito a continuación un enlace a un pequeño laboratorio virtual donde el alumno puede comprobar por sí mismo cómo varía el peso específico seco en función de la humedad y del peso específico de las partículas sólidas. Las instrucciones son muy sencillas: se debe seleccionar el rango máximo para la humedad y el contenido de huecos de aire, en tanto por cien, con valores comprendidos entre 0 y 100; además se seleccionará el peso específico de las partículas sólidas en kN/m3. No se admiten valores negativos.

El enlace a dicho laboratorio virtual es: https://laboratoriosvirtuales.upv.es/eslabon/DensidadSuelo/ 

Densidad

 

Referencias:

YEPES, V. (2014). Equipos de compactación superficial. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 187. Valencia, 113 pp.

 

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Los tramos de prueba en la compactación de suelos

La compactación de suelos suele ser uno de los procedimientos constructivos donde las patologías suelen aparecer debido a su mala ejecución. Debido a la multitud de factores que influyen en la compactación, para grandes volúmenes de obra, se aconseja la realización de tramos de prueba, donde se pueden establecer los criterios que, bajo la perspectiva económica, sean óptimos para llegar a la compactación especificada. Los tramos de prueba no suelen estar justificados en el caso de que los materiales sean suficientemente homogéneos y siempre resulta interesante cuando nos encontramos ante yacimientos importantes. En otro caso, no resulta económica su ejecución. Estos tramos de prueba están formados por una cuña, cuyo espesor llega hasta el máximo que se considere para el equipo empleado. A continuación os dejamos un Polimedia donde se recoge una somera explicación a la realización de estos tramos de prueba.

Referencias:

YEPES, V. (1997). Equipos de movimiento de tierras y compactación. Problemas resueltos. Colección Libro Docente nº 97.439. Ed. Universitat Politècnica de València. 253 pág. Depósito Legal: V-4598-1997. ISBN: 84-7721-551-0.

YEPES, V. (2014). Equipos de compactación superficial. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 187. Valencia, 113 pp.

Compactación dinámica rápida

La compactación dinámica rápida constituye una técnica de mejora del terreno que se logra mediante la densificación provocada por la aplicación repetida, en puntos convenientemente espaciados de la superficie del mismo, de impactos de gran energía.  Se trata de generar golpes mediante un elevador hidráulico con pesos de 7 a 16 toneladas que se dejan caer desde una pequeña altura de 1-2 metros. Estos impactos se realizan dejando caer una pesada maza, sobre una zapata en contacto con la superficie del terreno, especialmente diseñada para tal fin.  Se suelen dar entre 40 y 80 golpes por minuto. En condiciones adecuadas se podría compactar un espesor entre 4 y 7 metros de profundidad. Normalmente se dan entre 40 y 60 golpes por punto en mallas de 2 a 3 m de lado. Os dejo un vídeo explicativo de unos 3 minutos. Espero que os guste. Continue reading “Compactación dinámica rápida”

Compactador por impactos con rodillo de perfil lobular

Últimamente se han desarrollado algunos sistemas de compactación de intensidad mayor a la de los rodillos vibratorios, pero menor a la compactación dinámica. Se trata del sistema denominado HEIC (High Energy Impact Compaction), que es un sistema de compactación con rodillos por impactos de gran energía.

Se trata de unos rodillos de perfil irregular y de pesos del orden de 12 a las 25 t que se arrastran por un tractor a una velocidad entre 10 y 15 km/h. Ello implica de 90 a 130 impactos por minuto.

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Debido a la forma de los rodillos, durante la elevación del eje del rodillo la carga unitaria sobre el suelo va aumentando por la disminución de la zona de contacto con el suelo. Al bajar bruscamente se produce un impacto, lo que facilita el movimiento y evacuación del aire y agua contenidos en el suelo. Las presiones de contacto pueden alcanzar los 300 kPa a 1,2 MPa. Los efectos pueden alcanzar hasta los 4-5 m, en función del suelo tratado y del tamaño del compactador.

La máxima resistencia del suelo se alcanza por debajo de la superficie, puesto que la zona superficial se descompacta por efecto de los impactos. La curva de compactación conseguida se sitúa por encima de la del Proctor modificado, por lo que la humedad óptima es menor que la correspondiente a dicho Proctor.

http://www.landpac.co.za/

Os paso un par de vídeos de un compactador remolcado caracterizado por generar golpes mediante la circulación de un rodillo con perfil triangular. Cada vez que gira, se produce un impacto sobre el terreno. Espero que os gusten.

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Ensayo de placa de carga

Ensayo de placa de carga. Vía: Enrique Montalar

El ensayo de placa de carga es uno de los ensayos “in situ” llevados a cabo para realizar un reconocimiento geotécnico. La ejecución de la prueba resulta imprescindible para la comprobación de la capacidad portante de un suelo, en función de su estado natural o como consecuencia de una determinada compactación.

Consiste en aplicar una carga sobre una placa (generalmente rígida), colocada sobre la superficie del terreno, y medir los asientos producidos. Se utilizan con gran profusión para comprobar el módulo de deformación de capas de terraplenes y de firmes.

El método habitualmente utilizado es el estático, con carga aplicada sobre una placa circular mediante un gato hidráulico, utilizando un camión cargado o una máquina pesada como reacción para el gato. La norma NLT-357/98 describe la realización de este ensayo. El Pliego de Prescripciones Técnicas Generales para Obras de Carreteras, especifica valores mínimos de l módulo E2 para diferentes materiales y situaciones (link).

Os dejo varios vídeos sobre cómo se realiza el ensayo. Espero que os gusten:

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Compactación dinámica y su control con ensayos de penetración dinámica

Compatación dinámica (fotografía de Menard)

La compactación dinámica es una técnica que mejora la capacidad portante de los suelos, especialmente de aquellos con escasas características geotécnicas, mediante la aplicación de esfuerzos dinámicos en superficie. Se trata de aplicar un elevado esfuerzo dinámico al dejar caer una masa elevada desde cierta altura. Actualmente, es habitual el uso de pesos de maza que oscilan normalmente entre 1 y 100 toneladas, con alturas de caída de hasta 40 m. Este tipo de tratamiento es altamente dependiente de las características del suelo y de la energía empleada. En principio, se puede utilizar en suelos granulares, saturados o no, y ofrece buenos resultados en rellenos artificiales heterogéneos, que difícilmente se pueden mejorar con otros procedimientos. Además, la mejora es significativa incluso a profundidades altas, siendo una solución económica cuando se compara con otras soluciones alternativas como la excavación y sustitución del suelo, la precarga, las inyecciones y otras técnicas de mejora de suelos. Continue reading “Compactación dinámica y su control con ensayos de penetración dinámica”

Problemas resueltos de movimiento de tierras y compactación

En el año 1997 se editó un libro de problemas que se llamó “Equipos de movimiento de tierras y compactación. Problemas resueltos“. Aunque ya han pasado años, me apetecía empezar la semana haciendo algunos comentarios sobre esta publicación.

Uno de los peores defectos que puede tener una escuela de ingeniería es desligarse de la realidad. Si bien es cierto que la investigación debe ocupar una parte de las tareas a las que se debe encomendar la universidad, también es cierto que una escuela de ingenieros debe formar profesionales capaces de abordar problemas reales cotidianos. El movimiento de tierras y las labores de compactación son, probablemente, una de las tareas más habituales de cualquier obra de ingeniería civil. Sin embargo, es habitual que en numerosas escuelas esta faceta se presente con una profundidad más bien teórica, siendo lo práctico secundario.

Este tipo de reflexión me hizo coleccionar datos, casos resueltos y problemas reales que tuve que afrontar en mis primeros años de práctica profesional. Al principio era una colección dispersa cuyo único objetivo era sistematizar mi trabajo habitual en obras lineales, casi todas ellas autovías y carreteras. Sin embargo, cuando empecé mi labor universitaria, me di cuenta que este material podía ser de extraordinaria importancia para nuestros alumnos.

En este libro, que seguro necesita alguna revisión, se abordan aspectos económicos, de producción, mantenimiento, reparación, etc. Además aparecen casos resueltos relacionados con el control de calidad, tramos de prueba, propiedades de los suelos y otros que creo son de interés. Además, aparecen en forma de cuestionario tipo test preguntas que aparecieron en los primeros años de docencia de la asignatura de Procedimientos de Construcción que pueden servir para aclarar algunas ideas y conceptos. Por último, se han incorporado aspectos de otras disciplinas que son de aplicación directa al problema de los equipos de producción de este tipo de unidad de obra: ensayos de fiabilidad, el problema del transporte, el problema de la asignación, caminos mínimos entre nodos, etc. Son un total de 100 problemas resueltos, 166 preguntas tipo test y un apéndice de tablas aplicables a este tipo de problemas. Creo que, en este momento, no existe una publicación similar en español.

Os dejo a continuación algunas direcciones desde donde se puede acceder a esta publicación. Espero que no se haya agotado.

http://books.google.es/books/about/Equipos_de_movimiento_de_tierras_y_compa.html?id=BCDpMloopMcC

http://www.amazon.es/Equipos-Movimiento-Compactaci%C3%B3n-Problemas-Resueltos/dp/8477215510

http://www.casadellibro.com/opiniones-libro/equipos-de-movimiento-de-tierras-y-compactacion-problemas-resuel-tos/9788477215516/946443

Referencia:

YEPES, V. (1997). Equipos de movimiento de tierras y compactación. Problemas resueltos. Colección Libro Docente nº 97.439. Ed. Universitat Politècnica de València. 253 pág. Depósito Legal: V-4598-1997. ISBN: 84-7721-551-0.

¿Qué es la curva de compactación de un suelo?

Seguimos con este post la divulgación de conceptos básicos relacionados con una de las unidades de obra que más patologías conlleva a largo plazo: la compactación. En otros posts anteriores ya hablamos de los tramos de prueba y de la compactación dinámica. La compactación constituye una unidad de obra donde la interacción entre la naturaleza del suelo, sus condiciones, la maquinaria y el buen hacer de las personas que intervienen en ella son cruciales. Desgraciadamente, en numerosas ocasiones se trata a la compactación como una unidad de obra complementaria o auxiliar. Vamos, por tanto, en 8 minutos, a dar dos pinceladas sobre el concepto de curva de compactación. Espero que os guste.

Referencias:

YEPES, V. (1997). Equipos de movimiento de tierras y compactación. Problemas resueltos. Colección Libro Docente nº 97.439. Ed. Universitat Politècnica de València. 253 pág. ISBN: 84-7721-551-0.

YEPES, V. (2014). Equipos de compactación superficial. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 187. Valencia, 113 pp.

YEPES, V. (2015). Coste, producción y mantenimiento de maquinaria para construcción. Editorial Universitat Politècnica de València, 155 pp. ISBN: 978-84-9048-301-5. Ref. 402.

El compactador estático de patas apisonadoras

Compactador autopropulsado de patas apisonadoras. Fotografía de Víctor Yepes

También llamados rodillos autopropulsados de impactos o de zapatas, son la réplica moderna a las de pata de cabra. En posts anteriores ya comentamos aspectos relacionados con la curva de compactación, los tramos de prueba,  o las recomendaciones de trabajo en la compactación. En este nos centraremos en los compactadores estáticos de patas apisonadoras.

Están formados por cuatro rodillos con patas de forma truncada y acabada en doble bisel, lo que permite no sacar el material al salir de la penetración en el terreno. La longitud no supera los 20 cm y su número varía entre 50 a 65 patas por rodillo. Se les suele acoplar una hoja empujadora para facilitar el extendido del material. La potencia oscila entre 50 y 300 kW. Continue reading “El compactador estático de patas apisonadoras”

Ensayo de placa dinámica de 300 mm

Fuente: http://fernandeztadeo.com/WordPress/

En no pocas ocasiones interesa un método rápido, sencillo, fiable y seguro que nos aporte información sobre el grado de compactación de un terraplén o de una capa granular. En este sentido, la aprobación de la norma española UNE 103807-2:2008 ha supuesto un gran avance al normalizar la placa de carga dinámica de 300 mm de diámetro.

También es reciente la norma americana ASTM E2835 – 11 “Standard Test Method for Measuring Deflections using a Portable Impulse Plate Load Test Device”, donde se normalizan diferentes equipos portátiles para medir las deflexiones que se producen  mediante una placa de carga sometida a un impacto.

A continuación os paso un vídeo explicativo de gran interés del uso de la placa de carga dinámica HMP-LFG. Espero que os guste.

Referencias:

Fernández Tadeo, C. (2006). Ensayo de placa de carga dinámica de 300 mm de diámetro. Boletín de la Asociación de Laboratorios Acreditados de la Comunidad de Madrid. (link)

Fortes, J.L. Nuevas alternativas al control de compactación en rellenos y explanadas (link)

Thomas, R.A.; Fernández Tadeo, C. (2009) Equipo ligero de impacto para el ensayo de placa de carga dinámica de 300 mm de diámetro. Jornadas Hispano-Portugesas sobre Geotecnia en las Infraestructuras Ferroviarias. (link)