COMPORTAMIENTO DE SUELOS GRANULARES
TAMAÑO DE LAS PARTÍCULAS DE SUELO Independientemente del origen del suelo, los tamaños de las partículas, en general, que conforman un suelo, varían en un amplio rango. Los suelos en general son llamados grava, arena, limo o arcilla, dependiendo
del
tamaño
predominante
de
las
partículas,
ocasionalmente puede tener materia orgánica. La textura y propiedades físicas del suelo dependerán del tamaño de ellas. Mayores tamaños de partículas significará mayor espacio entre ellas, resultando un suelo más poroso; menor tamaño de partículas tendrán menor espacio entre ellas dificultando el paso del aire y el agua, por lo tanto tanto este suelo será menos poroso. Los tamaños de grano se han clasificado con base en las dimensiones dada en determinados estándares
Cuando se realiza un análisis físico de una muestra de suelo se definen dentro de ella variados tamaños de grano que se enmarcan dentro de rangos específicos definidos por diversas entidades o agrupaciones. Para clasificar a los constituyentes del suelo según su tamaño de partícula se han establecido muchas clasificaciones granulométricas. Básicamente todas aceptan los términos de grava, arena, limo y arcilla, pero difieren en los valores de los límites establecidos para definir cada clase.
Nombre de la Organización
Tamaño de grano (mm) Grava
Arena
Limo
Arcillla
Instituto tecnológico de Massachusset (MIT)
>2
2 a 0.006
0.006 a 0.002
< 0.002
Departamento de agricultura de E.U (USDA)
>2
2 a 0.05
0.05 a 0.002
< 0.002
2 a 0.075
0.075 a 0.002
<0.002
76.2 a 2 Asociación americana de funcionarios del Transporte y carreteras estatales (AASHTO) Sistema unificado de clasificación de suelos (SUCS), Army corps of Engineers , Bureau of reclamation y American Society for Testing and Materials (ASTM)
76.2 a 4.75 4.75 a 0.075 Finos (Es decir limos y arcillas) < 0.0075
Grava son fragmentos grandes de roca, fácilmente identificables a simple vista.
Arena Arenas son aquellos fragmentos los cuales en muchas ocasiones son apreciables sin necesidad de ayuda de equipos adicionales (lupa, microscopio).
Están compuestas por partículas de un tamaño
considerable, tienen un mayor espacio entre partículas, el agua drena muy rápidamente a través de ella.
Suelo arenoso
Limo Compuesto por partículas intermedias entre la arcilla y la arena, en estado húmedo es difícil de trabajar, a diferencia de la arcilla que cuando está seca es elástica y granulosa. Los limos son fracciones microscópicas del suelo que constituyen granos muy finos de cuarzo y algunas partículas en forma de escamas que son fragmentos de minerales micáceos.
Arcilla Las arcillas son principalmente partículas submicroscópicas en forma de escamas. Es un suelo compuesto por partículas muy pequeñas y con muy poco espacio entre ellas. La arcilla tiene la habilidad de retener el agua, pero el aire no puede penetrar en estos espacios, especialmente cuando ellos están saturados con agua. Se caracteriza por un pobre drenaje y aireación. La arcilla húmeda es difícil de trabajar, mientras que cuando está seca es muy dura. Las partículas se clasifican como arcilla con base en su tamaño de grano y no contiene necesariamente minerales arcillosos, las arcillas se definen como aquellas partículas que desarrollan propiedades de plasticidad cuando se mezclan con una cantidad limitada de agua.
Suelo arcilloso
Determinación del tamaño de las partículas Las partículas no están sueltas sino que forman agregados, siendo por lo tanto necesario destruir la agregación para separar las partículas individuales.
Por ello antes de proceder a la separación de las
diferentes fracciones hay una fase previa de preparación de la muestra.
Después de preparar la muestra, el tamaño de partículas se determina por tamizado o por sedimentación • Por tamizado:
El tamizado es una antigua y efectiva forma de determinar el tamaño de la partícula, en el laboratorio El tamaño de
partícula es separado haciendo pasar a
través de cada una de las mallas (tamices) el material estudiado, cada malla tiene una abertura especificada que determina el tamaño de las partículas. El rango de la abertura de la malla puede ser desde grueso (varias pulgadas) hasta muy
extremadamente fino (mm) y la
separación puede ser en condición húmeda o seca, sin embargo para hacer más eficiente el proceso en los tamices más finos se recomienda hacer el tamizado vía húmeda.
Cada tamiz está identificado con un número, por ejemplo, malla #20, malla #80, malla #200, este número indica el número de aperturas en una pulgada, sin embargo, debido a que el espesor del alambre de la malla puede variar, se ha optado por dar el tamaño de los orificios en micrómetros Un tamiz (malla) es un instrumento de medida y como tal no debe ser maltratado. Las mallas deben ser usadas con cuidado, limpiarse regularmente y mantenerse en un lugar libre de húmeda. Nunca se deben forzar las partículas a que pasen por la malla. Las mallas que se encuentran en uso continuo deben ser inspeccionadas regularmente para asegurarse que no presenten defectos en el tejido. Algunas de las partículas que tienen un tamaño muy cercano al de la malla pueden quedar atascadas entre los alambres, la remoción de estas partículas se puede hacer volteando la malla y dándole un pequeño golpe.
Por hidrómetro El ensayo de hidrómetro permite determinar el tamaño de las partículas utilizando la velocidad de sedimentación de una masa de suelo en suspensión, el dispositivo utilizado para efectuar dicha medida se conoce como hidrómetro o densímetro, el cual permite leer el cambio de la densidad de la solución.
Antes de usar el hidrómetro se debe verificar que el hidrómetro y la jarra hidrométrica estén completamente limpios.
Si la suspensión a
ensayar no se encuentra a la temperatura ambiente, se debe dejar en reposo hasta que ésta se equilibre con la temperatura ambiente.
Siempre que se realice una medida, el hidrómetro debe ser introducido de manera cuidadosa dentro de la suspensión sujetándolo de la parte superior del vástago y se suelta cuando esté aproximadamente en la posición de equilibrio. No introduzca bruscamente el hidrómetro, ni lo deje caer desde muy arriba, esto genera oscilaciones antes de alcanzar el equilibrio y hacen que el líquido se perturbe y altere el ensayo.
Si durante la lectura no hay una adecuada formación del menisco en el vástago del hidrómetro, indica que las superficies no están limpias y se debe proceder a limpiarlas. La lectura del hidrómetro debe hacerse de frente, es decir, mirando perpendicularmente perpendicularmente el vástago vást ago desde el plano de la superficie del líquido. Para retirar el hidrómetro, este se debe encuentre en posición vertical.
sujetar del vástago cuando se
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 a 0.074 mm (malla #200). La densidad relativa es una manera de indicar el grado de compacidad (compactación) de un suelo y se puede emplear tanto para suelos en estado natural como para rellenos compactados artificialmente. El uso de la densidad relativa es importante en mecánica de suelos debido a la correlación directa que ella tiene con otros parámetros como por ejemplo: el ensayo Proctor, el ensayo C.B.R. y oros relacionados con la capacidad de soporte de un suelo.
Conceptualmente la densidad relativa indica el estado de compacidad de cualquier tipo de suelo. La densidad relativa se obtiene determinando otros parámetros como lo son: Densidad Mínima, Densidad Máxima y la Densidad en Sitio, de estos, los dos primeros se realizan en laboratorio y el ultimo se debe realizar en terreno. El ensayo es aplicable a suelos que contengan hasta un 12% de partículas finas y un tamaño máximo nominal de 80 mm
Determinación de la densidad relativa Evaluar la densidad relativa mediante la ecuación DR
=
max * ( d – min) * 100 (
max: Densidad máxima min: Densidad mínima d : densidad in situ, densidad natural
max –
min)
* d
Densidad mínima Colocar el material en el molde tan suelto como sea posible, vaciándolo a flujo constante y ajustando la altura de la descarga. Enrasar el material excedente mediante una pasada continua con una regla de acero, procurando no compactar el material. Determinar el peso de la muestra con el molde y el peso y volumen del molde min
= Wm Vm
Densidad máxima Para la realización de este ensayo existen dos métodos, el método seco y el húmedo. - Método seco: Se ajusta al molde el collar superior, y el conjunto a la mesa vibradora. Se coloca la sobrecarga en la superficie del suelo, se hace vibrar la mesa a la amplitud máxima durante 8 minutos. Luego se retira la sobrecarga y el collar y se pesa el suelo mas el molde y se anota el peso.
- Método húmedo: Se efectúa sobre el material de la muestra acondicionada al cual se agrega suficiente agua, o si se prefiere, sobre el suelo húmedo del terreno. Si se agrega agua al suelo seco, dejar transcurrir un periodo mínimo de remojo de ½ hora. Durante y después del llenado del molde, vibrar el suelo por un periodo total de 6 minutos, colocar la sobrecarga en la superficie del suelo y se realiza la vibración durante un periodo de 8 minutos. Retirar cuidadosamente el total de la muestra de suelo que llena el molde y secar hasta masa constante. Pesar y registrar la masa seca del suelo que llena el molde max = Wm Vm
Densidad in situ Se realiza con el método de reemplazo de arena utilizando el equipo de densidad de campo
FORMA DE LAS PARTÍCULAS DEL SUELO La forma de las partículas tiene tanta importancia como su tamaño, en lo que respecta al comportamiento del suelo, sin embargo no se considera, pues es difícil medirla y describirla cuantitativamente. La forma de los granos puede ser de tres clases: redondeados, laminares o escamosos y aciculares
Forma redondeada Cuando el largo, el ancho y el espesor de una partícula son del mismo orden de magnitud, se forman por la desintegración mecánica de las rocas, rara vez son más finos que 0.001 mm de diámetro Las características significativas de estos granos son: la esfericidad y la angulosidad
• La esfericidad
Describe las diferencias entre el largo, ancho y espesor • La angulosidad
Se describe cualitativamente - angulares: partículas redondeadas que se forman por la trituración de la roca - Subangulares: las aristas afiladas se han suavizado - Subredondeadas: Cuando las áreas entre las aristas están algo suavizadas y los vértices comienzan a desgastarse. - Redondeadas: Cuando las irregularidades están prácticamente suavizadas, pero se debe apreciar la forma original. - Redondeadas: cuando ha desaparecido todo rastro de la forma original.
Las partículas pequeñas de arena cuando están cerca de su lugar de origen tienden a ser muy angulosas, mientras que las gravas del mismo lugar son entre sub redondeas y redondeadas Las arenas del mar son entre subangulares y redondeadas. Las arenas que son transportas por el viento y se depositan en médanos son muy redondeadas
Forma laminar o escamosa Son finas pero no necesariamente alargadas, parecen hoja de papel en cuanto a sus dimensiones relativas. Pueden resistir los desplazamientos.
Forma acicular Son partículas demasiado alargadas, son elásticas y se s e rompen con facilidad bajo los efectos de la carga
Efecto de la forma de las partículas Los suelos compuestos de granos redondeados soportan cargas estáticas pesadas con pequeña deformación, especialmente si los granos son angulosos, angulosos, sin embargo por efecto de de los los choques choques
o
vibraciones se desplazan fácilmente. Los suelos compuestos por granos laminares se comprimen y deforman fácilmente bajo el efecto de cargas estáticas, en cambio son relativamente estables a los efectos de los choques y vibraciones. Un pequeño porcentaje de partículas laminares es suficiente para para cambiar el comportamiento de un suelo y hacer que se comporte como material laminar
LA ESTRUCTURA DEL SUELO. Es la forma de agregación natural de las partículas del suelo, para formar unidades de mayor tamaño con carácter más persistente. Estas unidades se denominan agregados. Su formación se debe a la presencia de cargas eléctricas en la superficie de las arcillas, lo que da como resultado interacciones físico-químicas con los demás componentes c omponentes del suelo. Condiciona diversas propiedades del suelo como por ejemplo: porosidad, permeabilidad, permeabilidad, etc La estructura se encuentra siempre cambiante, bajo la influencia de las fuerzas mecánicas mecánicas y del movimiento del del agua agua originada por la lluvia, lluvia, la evaporación, la congelación, la descongelación.
Se habla de estructura como una propiedad y es más bien un estado, ya que cuando el suelo está seco, se agrieta y se manifiesta la estructura, pero si está húmedo, el suelo se vuelve masivo, sin grietas y la estructura no se manifiesta. Si las arcillas están dispersas, el suelo carece de estructura, si están floculadas, forman estructura.
Estructura primaria y secundaria La estructura primaria, microestructura o textura es la disposición y estado de agregación de las partículas del suelo en su estado natural, depende del ambiente de meteorización en los suelos residuales, o del ambiente de deposición en los suelos transportados. Esta es la fábrica textural que hereda el suelo. La estructura primaria puede ser:
Granos aislados
Heterogéneo y
Estructura dispersa
Heterogéneo y matriz soportado
Estructura floculada
Homogéneo y suelto
Homogéneo y compacto
Macroestructura o estructura secundaria La estructura continua es frecuentemente alterada por condiciones locales para producir la macroestructrura que que lo constituyen aspectos aspectos estructurales a mayor escala, - Laminar . Los agregados tienen forma aplanada, con predominio de la dimensión horizontal. El aire ingresa con dificultad. - En bloques Angulares o subangulares. Los agregados tienen forma de bloque, sin predominio de ninguna dimensión. - Prismática. Los agregados tienen forma de prisma, de mayor altura que anchura. Es típico de suelos con c on mucha arcilla.
- Columnar. Semejante a la estructura prismática, pero con la base redondeada. redondeada. - Granular. Los agregados son esferas imperfectas, con tamaño de 1 a 10 mm de grosor. Esta estructura permite la circulación de agua y aire.
Relación partículas finas y agregados
Suelos granulares sin finos • Contacto grano a grano • Peso volumétrico variable. • Permeable. • No susceptible a las heladas. • Alta estabilidad en estado confinado. • Baja estabilidad en estado inconfinado. • No afectable por condiciones
hidráulicas adversas.
Suelos granulares con finos suficientes para obtener una alta densidad. • Contacto grano a grano con incremento en la
resistencia. • Resistencia a la deformación. • Mayor peso volumétrico. • Permeabilidad más baja. • Relativa alta estabilidad (confinado o no
confinado). • No muy afectable por condiciones hidráulicas
adversas.
Suelos granulares con gran cantidad de finos.
• No existe contacto grano a grano • Los granos están dentro de una matriz de finos • Este estado disminuye el peso volumétrico. • Baja permeabilidad. • Baja estabilidad (confinado o no). • Afectable por condiciones hidráulicas adversas
Principales propiedades demandadas por el ingeniero. 1. Estabilidad volumétrica Los cambios de humedad son la principal fuente para la inestabilidad, se levantan los pavimentos, se inclinan los postes y se rompen tubos y muros.
2. Resistencia mecánica La humedad la reduce, la compactación o el secado la eleva.
3. Permeabilidad La presión de poros elevada provoca deslizamientos y el flujo de agua, a través del suelo, puede originar tubificación y arrastre de partículas sólidas.
4. Durabilidad El intemperismo, la erosión y la abrasión amenazan la vida útil de un suelo, como elemento estructural o funcional.
5. Compresibilidad Afecta la permeabilidad, modifica la resistencia del suelo al esfuerzo cortante y provoca desplazamientos. Las propiedades anteriores se pueden modificar o alterar de muchas formas: por medios mecánicos, drenaje, medios eléctrico, cambios de temperatura o adición de estabilizantes (cal, cemento, asfalto, sales, etc.).
Distribución de tamaño de partículas Ganulometría Se refiere a las proporciones relativas en que se encuentran las diferentes partículas minerales del suelo (grava, arena, limo y arcilla) expresada con base al peso seco del suelo (en porcentaje) después de la destrucción de los agregados La granulometría estudia la distribución de las partículas que conforman un suelo según su tamaño, lo cual ofrece un criterio obvio para una clasificación descriptiva. La variedad del tamaño de las partículas casi es ilimitada. La distribución granulométrica se representa en una gráfica, si la curva es muy tendida indica que el suelo está constituido por una gran variedad de tamaños de las partículas, en cambio si la curva es casi vertical indica que el suelo tiene partículas de poca variedad de tamaños.
Descripción de la gradación. La forma de la curva de distribución de tamaños de partículas, indica si los tamaños varían en un rango amplio (curva C) o estrecho (curva B); si el rango tiende a los tamaños mayores del suelo grueso (A) o a los menores del suelo fino (C). Si todos los tamaños tienen proporciones en peso relativamente iguales, el rango es amplio y la curva suave, el suelo así será bien gradado (A y C). La mala gradación puede ser por falta de extensión (B) o por discontinuidad.
CURVA GRANULOMÉTRICA )100 % ( A 80 S A P E 60 U Q E 40 J A T N E 20 C R O 0 P
0,01
CURVA GRANULOMÉTRICA
0,10 1,00 10,00 DIÁMETRO DE PARTÍCULAS (mm)
100,00
) 100 % ( A 80 S A P 60 E U Q E 40 J A T N 20 E C R 0 O P 0,01
0,10 1,00 10,00 DIÁMETRO DE PARTÍCULAS (mm)
100,00
Como una medida simple de la uniformidad en suelos granulares se tiene el coeficiente de uniformidad y el coeficiente de curvatura Cu = D60 D10 Cc =
(D30)2 D60 * D10
Para gravas Si Cu > 4 y 1< Cc < 3, el suelo es bien gradado Para arenas Si Cu > 6, y 1< Cc < 3, el suelo es bien graduado
D60: tamaño de las partículas correspondientes al 60 % de material menor o igual a dicho tamaño D30: tamaño de las partículas correspondientes al 30 % de material menor o igual a dicho tamaño. D10: tamaño de las partículas correspondientes al 10 % de material menor o igual a dicho tamaño. CURVA GRANULOMÉTRICA ) % ( A S A P E U Q E J A T N E C R O P
100 80 60 40 20 0 0,01
0,10
1,00
D30
DIÁMETRO DE PARTÍCULAS (mm)
10,00
100,00
Análisis granulométrico. Proceso para determinar la proporción en que participan los granos del suelo, en función de sus tamaños (grava, arena, limo, arcilla). Esa proporción se llama gradación del suelo.
Métodos de análisis granulométrico. Comprende dos clases de ensayos: El de tamizado para las partículas granulares (gravas, arenas) y el de sedimentación para la fracción fina del suelo (limos, arcillas), pues no son discriminables por tamizado.
Curva granulométrica. Los resultados de los ensayos de tamizado y sedimentación se llevan a un gráfico llamado curva granulométrica. Las fracciones tendrán denominaciones, según el sistema:
BRITÁNICO Φ
(mm)
AASHTO Φ
(mm)
ASTM Φ
(mm)
SUCS Φ
(mm)
Grava
60 – 2
75 – 2
>2
75 – 4,75
Arena
2 – 0,06
2 – 0,05
2 – 0,075
4,75 – 0,075
Limo Arcilla
0,06 – 0,002 0,05 – 0,002 0,075 – 0,005 < 0,075 finos < 0,002
< 0,002
< 0,005
AASHTO: American Association of State Highway and Transportation Official ASTM : American Society for Testing and Materials SUCS: Sistema Unificado de Clasificación de Suelos
CURVA GRANULOMÉTRICA
CURVA GRANULOMÉTRICA 100
) 100 % ( S 80 A P E U 60 Q E J A 40 T N E C 20 R O P
0 0,01
0,10 1,00 10,00 DIÁMETRO DE PARTÍCULAS
100,00
) % ( 80 A S A P 60 E U Q E 40 J A T N20 E C R O 0 P
0,01
0,10
1,00
10,00
DIÁMETRO DE PARTÍCULAS (mm)
100,00
Análisis mecánico Consiste en la separación de un suelo en diferentes fracciones, según sus tamaños. Existen. dos métodos el cribado por mallas y un análisis de una suspensión del suelo. El Cribado por mallas se usa para obtener las fracciones correspondientes a los tamaños mayores del suelo, generalmente se llega hasta el tamaño de 0.074 mm. (malla N° 200).
Dentro de este método existen dos
procedimientos: el tamizado en seco y el tamizado por lavado. En general sólo algunas mallas son suficientes para definir convenientemente una curva granulométrica. El análisis de una suspensión del suelo se basa en el hecho de que la velocidad de sedimentación de las partículas en un líquido es función de su tamaño. Dentro de este método existen dos procedimientos: análisis granulométrico por sifoneado y análisis granulométrico por sedimentación con el densímetro.
Método del tamizado. Después que el suelo está seco y se pulveriza, se hace pasar por una serie organizada de tamices, de orificios con tamaños decrecientes y conocidos, desde arriba hacia abajo. El primer tamiz, es el de mayor tamaño y es donde inicia el tamizado. Se tapa con el fin de evitar pérdidas de finos; el último tamiz está abajo y descansa sobre un recipiente (cazoleta) de forma igual a uno de los tamices, y recibe el material más fino no retenido por ningún tamiz. Con sacudidas horizontales y golpes verticales, mecánicos o manuales, se hace pasar el suelo por la serie de tamices, de arriba abajo, para luego pesar por separado el suelo retenido en cada
Métodos de sedimentación Método del hidrómetro. Se toma una probeta con agua, se agrega el suelo que pasa la malla N°200, se agita hasta que sea uniforme la suspensión; luego se deja en reposo para ir midiendo, con hidrómetro (para distintos tiempos transcurridos) la densidad de la suspensión, la que disminuye a medida que las partículas se asientan
Método de sifonaje Se toma una probeta con agua, se agrega el suelo que pasa la malla N °10, se agita hasta que sea uniforme la suspensión; luego se deja en reposo y posteriormente se extrae el agua con el material en suspensión.
Para los suelos granulares, el diámetro equivalente está referido al orificio cuadrado de la malla. Para los finos, al diámetro de una esfera. Esta clasificación es necesaria en geotecnia, pero no suficiente. Se complementa siempre la granulometría con el ensayo de Límites de Atterberg, que caracterizan la plasticidad y consistencia de los finos en función del contenido de humedad.
Ensayo: análisis granulométrico mediante tamizado por lavado Se utiliza cuando el material es fino (arcillo arenoso, limo arenoso) o cuando un material granular contiene finos.
Material Muestra seca aproximadamente 200 gr. si es material arcillo arenoso o limo arenoso y 500 gr. si es material granular que contiene finos.
Equipo Juego de mallas Balanza con aproximación de 0.1 gr.| Estufa Taras
Procedimiento - Secar la muestra al aire - Pesar la muestra seca Wms - Colocar la muestra en un recipiente, cubrir con agua y dejar durante algunas horas dependiendo del tipo de material - Colocar la muestra en la malla N° 200 y tamizar mediante chorro de agua - La muestra retenida en la malla N° 200 se retira en un recipiente y se deja secar al aire - Pasar la muestra seca por el juego de tamices, agitando en forma manual o mediante equipo vibrador. - Determinar los porcentajes de los pesos retenidos en cada tamiz (% R.P.) mediante la siguiente expresión % R.P. = P.R.P. * 100 Wms
- Determinar los porcentajes retenidos acumulados en cada tamiz P.RA, para lo cual se sumarán en forma progresiva los P.R.P., es decir % R.A.1 = % R. P.1 % R.A.2 = % R. P.1 + % R.P.2 % R.A.3 = % R. P.1 + % R.P.2 + % R.P.3, etc. - Determinar los porcentajes acumulados que pasan en cada tamiz % que pasa = 100 % - % R. A. - Dibujar la curva granulométrica en papel semilogarítmico, en le eje de abscisas se registrará la abertura de las mallas en milímetros en escala logarítmica, y en el eje de ordenadas se registrará los porcentajes acumulados que pasan en las mallas que se utilizan en escala natural.
MUESTRA : TAMIZ N° ABER.(mm) 3" 75.00 2 1/2" 63.00 2" 50.00 1 1/2" 38.10 1" 25.00 3/4" 19.00 1/2 12.50 3/8" 9.50 N°4 4.75 N 10 2.00 N 20 0.85 N 40 0.43 N 60 0.25 N 100 0.15 N 200 0.075 CAZOLETA -.-
7737.00 PRP (gr)
340.0 222.0 1057.0 560.0 926.0 495.0 1044.0 783.8 447.2 360.7 433.6 92.2 125.6 849.9
gr. %RP
%RA
% QUE PASA
CURVA GRANULOMÉTRICA ) % ( A S A P E U Q E J A T N E C R O P
100
80
60
40
20
0 0,01
0,10
1,00 10,00 DIÁMETRO DE PARTÍCULAS (mm)
100,00
D10
D30
D60
Cu
Cc
0.07
2.00
13.00
185.71
4.40
MUESTRA : TAMIZ N° ABER.(mm) 3" 75.00 2 1/2" 63.00 2" 50.00 1 1/2" 38.10 1" 25.00 3/4" 19.00 1/2 12.50 3/8" 9.50 N°4 4.75 N 10 2.00 N 20 0.85 N 40 0.43 N 60 0.25 N 100 0.15 N 200 0.08 CAZOLETA -.TOTAL
2961.00 PRP (gr)
164.10 117.90 156.00 82.20 154.20 359.70 425.40 412.50 330.00 43.20 108.90 606.90 2961.00
gr. %RP
%RA
% QUE PASA
CURVA GRANULOMÉTRICA 100
80 ) % ( A S A P 60 E U Q E J A T 40 N E C R O P
20
0 0,01
0,10
1,00 10,00 DIÁMETRO DE PARTÍCULAS (mm)
100,00
MUESTRA : TAMIZ N° ABER.(mm) 3" 75.00 2 1/2" 63.00 2" 50.00 1 1/2" 38.10 1" 25.00 3/4" 19.00 1/2 12.50 3/8" 9.50 N°4 4.75 N 10 2.00 N 20 0.85 N 40 0.43 N 60 0.25 N 100 0.15 N 200 0.075 CAZOLETA -.TOTAL
1201.60 PRP (gr)
20.00 4.40 6.60 18.20 58.40 76.20 87.40 12.20 42.60 875.60 1201.60
gr. %RP
%RA
% QUE PASA
CURVA GRANULOMÉTRICA
100
80 ) % ( S A P 60 E U Q E J A T N 40 E C R O P
20
0 0,01
0,10
1,00 DIÁMETRO DE PARTÍCULAS
10,00
100,00
Ensayo: análisis granulométrico por sifonaje Se utiliza cuando el material es fino (arcillo limoso)
Material Muestra seca aproximadamente 50 gr a 100 gr.
Equipo - Dispersor eléctrico - Probeta de 5 ml. - Probeta de 100 ml - Disco metálico o de madera - Manguera para sifonear - Estufa - Tamices N° 10, N° 40, N° 200 - Cápsula de porcelana
Procedimiento
- Secar la muestra - Pesar la muestra seca (Ws) - Separar el material mediante la malla N ° 10, el material retenido es grava, el material que pasa es arena, limo y arcilla. - Pesar el material retenido en la malla N° 10 (Wg) - Pesar el material que pasa la malla N° 10 (Wi), colocar en el dispersador eléctrico agregar agua y 5 ml. de silicato de sodio, luego mezclar durante 15 minutos. - Vaciar la mezcla del dispersador a una probeta de 1000 ml. luego agregar agua hasta una altura de 20 cm., agitar durante 1 minuto. - Dejar reposar la probeta con la muestra durante 30 minutos si se considera que el tamaño de las partículas del limo están comprendidas entre 0.075 mm y 0.002 mm. (AASHTO)
- Colocar el disco metálico en la probeta hasta donde se encuentra el material sedimentado, luego sifonear con la manguera el agua con el material que ha quedado en suspensión. - Sacar la muestra sedimentada, secar en la estufa durante 24 horas a 105° C - Pesar la muestra seca (Wf) - Determinar la cantidad de arcilla por diferencia de pesos Warcilla = Wi – Wf - La muestra sedimentada seca se tamiza en las mallas N° 40 y N° 200. - El material retenido en la malla N ° 40 es arena gruesa - El material que pasa la malla N ° 40 y se retiene en la malla N ° 200 es arena fina - El material que pasa la malla N ° 200 es limo.
Ws:
Malla
Malla(mm)
N 10
2.000
0.40
N 40
0.420
1.10
N 200
0.074
35.00
Limo
0.002
22.60
Arcilla
0.0002
40.90
°
°
°
P.R.P
100 Gr
% R.P.
% R.A
% PASA
Ensayo: análisis granulométrico utilizando densímetro Se utiliza en material fino (arcillo limoso). Este ensayo se realiza por sedimentación, consta de tres partes: calibración del densímetro, corrección de las lecturas del densímetro por menisco y defloculante y ejecución del ensayo. m etro Calib rac ión del den sí Equipo
- Densímetro - Probeta de vidrio de 1000 ml. Procedimiento
• Determinar el área de la probeta de 1000 ml. (Ap)
- Medir el volumen entre 2 graduaciones (Vp) - Medir la distancia comprendida entre las 2 graduaciones (L) - Determinar el área Ap = Vp L
• Determinar el volumen del
bulbo del densímetro (Vb) - Colocar un volumen determinado de agua en la probeta (Vi) - Sumergir el densímetro en la probeta y determinar el nuevo volumen (Vf) - Determinar el volumen del bulbo Vb = Vf – Vi
- Medir la longitud del bulbo (h) - Medir la distancia entre el extremo superior del bulbo y las distintas graduaciones del vástago, las cuales pertenecen a las diferentes lecturas del peso especifico relativo (H1)
- Calcular las alturas H que corresponden a las alturas del peso específico relativo de la suspensión. H = H1 + 1 / 2 * ( h – Vb/Ap) - Estos valores H se anotan en el lado derecho del monograma lo cual viene hacer la escala para el densímetro en uso (por lo que se precisa un monograma para cada densímetro)
Corrección de las lecturas del densímetro por defloculante y menisco
• Corrección de las lecturas del densímetro por defloculante Material
- 5 ml. de defloculante (silicato de sodio) - Agua Equipo
- Probeta de 1000 ml. (debe ser la misma que se utilizó para calibrar el densímetro.
Procedimiento - Colocar agua en la probeta de 1000 ml, añadir 5 ml de defloculante, agregar agua hasta la marca de 1000 ml. y determinar la densidad de la suspensión con el densímetro (c’d) - Determinar la corrección por defloculante. Cd = (C’d – 1)*1000
• Corrección de las lecturas del densímetro por menisco Equipo
- Probeta de 1000 ml. - Densímetro Procedimiento
- Colocar agua en la probeta hasta la marca de 1000 ml. luego colocar el densímetro - Realizar una lectura en la parte superior del menisco (Ls) - Realizar una lectura en la parte inferior del menisco (Li) - Determinar la corrección por menisco mediante la siguiente expresión Cm = ( Ls – Li) *1000
Ensayo de sedimentación
Material
- 5 ml. de defloculante (silicato de sodio) - muestra seca cuyas partículas sean menores de 0.20 mm. (malla N° 80), generalmente se trabaja con material que pasa la malla N ° 200 (0.074 mm.) Equipo
- Probeta de 1000 ml. (debe ser la misma que se utilizó para calibrar el densímetro) - Densímetro - Dispersador eléctrico - Estufa con control de temperatura - Cápsula de porcelana
Procedimiento - Secar la muestra en la estufa a 50 ° C. - Pesar la muestra seca (Ws) aproximadamente 40 a 60 gr. - Colocar en la probeta aproximadamente 300 ml. de agua, agregar 5 ml de defloculante - En el dispersador eléctrico colocar la muestra con una parte de la suspensión, y mezclar durante 15 minutos.
- Vaciar la mezcla del dispersador a la probeta, agregar agua hasta la marca de 1000 ml, luego agitar durante 1 minuto. - Colocar la probeta en reposo y empezar a tomar las lecturas con el densímetro (g), de acuerdo a los siguientes tiempos (t) 15”, 30”, 1’, 2’, 4’, 8’, 15’, 30’, 1h, 2h, 4h, 8h,16h, 24h, 48h, etc. así mismo se registra la temperatura (T) en cada lectura realizada con el densímetro. NOTA: Después de cada lectura se sacará el densímetro para lavarlo y secarlo, excepto hasta lecturas de los 2 primeros minutos
- Determinar el coeficiente de corrección por temperatura (Ct) según ábacos o tablas (existen ábacos o tablas para densímetros calibrados a 15° C y a 20° C.) Temperatura ( C) °
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26
Densímetro calibrado a 15 C 20 C - 0.5 - 1.25 - 0.4 - 1.18 - 0.3 - 1.10 - 0.2 - 1.0 - 0.1 - 0.88 0.0 - 0.77 + 0.1 - 0.64 + 0.2 - 0.5 + 0.4 - 0.39 + 0.5 - 0.19 + 0.7 0.0 + 0.9 + 0.19 + 1.1 + 0.37 + 1.3 + 0.58 + 1.5 + 0.80 + 1.8 + 1.02 + 2.0 + 1.28 °
°
- Determinar el diámetro de las partículas según ábaco. - Determinar los porcentajes correspondientes a cada diámetro de las partículas: % =
100 * s
* (R + Ct – Cd – Cm)
Ws (s – 1 ) R = (g- 1)*1000 Ws: peso de la muestra seca s : peso específico de la muestra (se determina mediante la fiola)
Cd : corrección de la lectura del densímetro por defloculante Ct : coeficiente de corrección por temperatura Cm: corrección de la lectura del densímetro por menisco
- Si es un análisis granulométrico combinado (método de cribado y método de suspensión) se debe determinar el porcentaje del total de la muestra, mediante la siguiente expresión: % del total = X * Y 100 X: % material pasa malla N° 200 Y: % averiguado en el ensayo de sedimentación.
A . Calibración del densímetro a.1 Area d e la pro beta
Vp (cm3) L (cm) Ap (cm2)
300 10.7 28.04
a.2 Volumen del bulbo del densímetro Vi (cm3) Vf (cm3) Vb (cm3)
800.00 828.00 28.00
a.3 Longitud del bulbo del densímetro h (cm)
12.00
a.4 Valores de H1 y H Graduaciones Densímetro 1.00 1.01 1.02 1.03 1.04 1.05 1.06 1.07 1.08 1.09 1.10
H1 13.00 11.80 10.60 9.40 8.20 7.00 5.80 4.60 3.40 2.20 1.00
H
B. Corrección de las lecturas del densímetro por defloculante y menisco b.1 Corrección de las lecturas por defloculante C'd Cd
1.0030 3.0
b2. Corrección de las lecturas del densímetro por menisco Ls Li Cm
0.999 0.998 1.000
C. Ensayo de sedimentación Ws = 50
% pasa N 200 = 39.62 °
Cd = 3 Tiempo Densidad Temp. ( (t) (g) C) 15 " 1.0345 16.0 30 " 1.03 16.0 01 ' 1.026 16.0 02 ' 1.023 16.0 05 ' 1.018 16.0 15 ' 1.0165 16.0 30 ' 1.015 16.0 01 h 1.0145 16.0 02 h 1.0135 17.0 04 h 1.0115 17.0 08 h 1.0105 17.0 16 h 1.010 17.0 24 h 1.009 16.0 48 h 1.008 16.0 °
% =
100 * s
Cm = 1.0 Ct
R
* (R + Ct – Cd – Cm)
s = 2.53
R + Ct -Cd Díametro -Cm
%
% del total
ANÁLISIS GRANULOM ÉTRICO CON DENSIMETRO Arena Arcilla y limo Fina N° 200
Media N° 40
Grue N° 10
Fina
N° 4
Gruesa 3/4 "
3"
100
) % ( a s a p e u q e j a t n e c r o P
80 60 40 20 0 0.001
0.010
0.100
1.000
Diámetro de partículas (mm)
10.000
100.000
ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO COMBINADO Grava
Arena Limo y arcilla
Gruesa
) 100 % ( a 80 s a p e 60 u q e j a 40 t n e c r 20 o P
0 0.001
0.010
0.100
1.000
10.000
Diámetro de partículas (mm) por lavado
por sedimentación
100.000
Aplicaciones del análisis granulométrico El análisis granulométrico se utiliza en los siguientes casos: - Para clasificar un suelo. -Para realizar estabilización mecánica. - Para determinar el método por el que se debe compactar un suelo. - Para determinar material de filtro. - Para huso granulométrico. - Para determinar material de subdrenaje.
Estabilización mecánica Cuando la distribución granulométrica del suelo utilizado como material de construcción no cumple con los requisitos de granulometría debe realizarse la corrección granulométrica llamada estabilización mecánica.
Procedimiento 1. Se realiza el análisis granulométrico de ambos materiales y se determina sus respectivas curvas granulométricas para verificar el huso granulométrico de cada una de ellas. Si no cumplen se procede con la corrección granulométrica.
Huso granulométrico 100 ) % ( A S A P E U Q E J A T N E C R O P
80
60
40
20
0 0,01
0,10
1,00
10,00
DIÁMETRO DE PARTÍCULAS (mm) Curva granulométrica
Límite inferior
Límite superior
100,00
2. Se determina los valores X e Y con las siguientes expresiones % pasa mat. I * X 100
+ % pasa mat. II * Y = % pasa mat. Requerido …(1) 100 X + Y = 100
………………………. (2)
% pasa Mat. I y % pasa Mat. II deben pertenecer a la misma malla.
3. Se multiplica todos los porcentajes que pasa en cada malla del material I por el valor de X 4. Se multiplica todos los porcentajes que pasa en cada malla del material II por el valore de Y 5. Sumar los % que pasan de ambos materiales 6. Dibujar la curva granulométrica
Realizar la estabilización granulométrica de los siguientes materiales de tal manera que por la malla N ° 4 pase el 50 % de material estabilizado TAMIZ ABER.( N° mm)
%RP
2"
50.00
0.00
3/4 "
19.00
3/8"
%RA
% QUE
%RA
PASA
TAMIZ %RP ABER.(m N° m)
% QUE
0.00
100.00
2"
50.00
40.00
40.00
60.00
0.00
0.00
100.00
3/4"
19.00
30.00
70.00
30.00
9.50
0.00
0.00
100.00
3/8"
9.50
20.00
90.00
10.00
N°4
4.75
2.00
2.00
98.00
N°4
4.75
5.00
95.00
5.00
N 10
2.00
2.00
4.00
96.00
N 10
2.00
2.00
97.00
3.00
N 20
0.85
6.00
10.00
90.00
N 20
0.85
3.00
100.00
0.00
N 40
0.43
40.00
50.00
50.00
N 40
0.43
0.00
100.00
0.00
N 60
0.25
34.00
84.00
16.00
N 60
0.25
0.00
100.00
0.00
N 100
0.15
10.00
94.00
6.00
N 100
0.15
0.00
100.00
0.00
N 200
0.075
6.00
100.00
0.00
N 200
0.075
0.00
100.00
0.00
PASA
98 * X + 5 * Y = 50 100 100 X + Y Y = 52 % X = 48 %
= 100
TAMIZ N°
ABER.(mm)
2" 3/4" 3/8" N°4 N 10 N 20 N 40 N 60 N 100 N 200
50.00 19.00 9.50 4.75 2.00 0.85 0.43 0.25 0.15 0.075
%pasa Mat. I
%pasa Mat . I * 0.48 (a)
%pasa Mat. II
100.00 100.00 100.00 98.00 96.00 90.00 50.00 16.00 6.00 0.00
%pasa Mat . II * 0.52 (b)
60.00 30.00 10.00 5.00 3.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
CURVA GRANULOMÉTRICA ) 100 % ( A 80 S A P 60 E U Q 40 E J A 20 T N E C 0 R O 0,01 P
0,10 1,00 10,00 DIÁMETRO DE PARTÍCULAS (mm)
100,00
% pasa (a) + (b)
Diseño de filtros para sistemas de subdrenaje El sub drenaje es una metodología muy eficiente de remediación o prevención
de deslizamientos, su utilización es muy frecuente y
existen métodos de análisis y diseño que se basan en el flujo de agua subterránea. Los métodos de estabilización de deslizamientos que contemplan el control del agua subterránea, son muy efectivos y son generalmente más económicos que la construcción de grandes obras de contención, en cuanto tienden a desactivar la presión de poros, considerada como el principal elemento desestabilizante de los taludes. El sub drenaje reduce el peso de la masa y al mismo tiempo, aumenta la resistencia del talud, al disminuir la presión de poros.
Subdrenaje Las técnicas de drenaje subterráneo o subdrenaje son uno de los métodos más efectivos para la estabilización de los deslizamientos. El drenaje subterráneo tiene por objeto disminuir las presiones de poros o impedir que éstas aumenten. A menor presión de poros la resistencia del suelo es mayor y se eliminan las fuerzas hidrostáticas desestabilizantes y se mejora el factor de seguridad de las superficies de falla por debajo del nivel de agua. El diseño de los sistemas de subdrenaje es complejo debido a que la mayoría de los taludes no son homogéneos desde el punto de vista del drenaje subterráneo y es muy difícil aplicar principios sencillos en el diseño de obras de subdrenaje. El movimiento de las aguas en los taludes por lo general, es irregular y complejo
Materiales de filtro o filtros Son los materiales encargados de la doble misión de permitir el paso franco del agua hacia el exterior y de impedir el arrastre de las partículas del suelo protegido. Muchos son los materiales que se utilizan , pero por razones de economía
sobre todo en las vías terrestres
es predominante la
utilización de agregados naturales del tamaño de la arena y de la grava. Su utilización suele estar combinada con tubos manufacturados perforados o no los que normalmente proporcionan la canalización y eliminación de las aguas. Muchos de los requerimientos que se imponen a los materiales de filtro son de naturaleza granulométrica y se refieren a su gradación
Los filtros deben cumplir dos requerimientos contradictorios: 1. Los espacios entre las partículas del filtro en contacto con el suelo por proteger deben ser suficientemente pequeños como para que los finos de aquel no ingresen en él. 2. Los espacios entre las partículas del filtro deben ser lo suficientemente grandes como para que el conjunto tenga la permeabilidad necesaria para que el agua puede moverse libremente y fluir rápidamente hacia el exterior, sin generar presiones de poro indeseables. La confrontación de estos dos criterios conducen a que el filtro conste de más de una capa, y que cada una va teniendo mayor permeabilidad, según va quedando más lejos del suelo por proteger. Estos son los filtros compuestos o gradados que pueden llegar a exigir tres a cuatro capas.
Requerimientos para los filtros a) Prevención de la erosión interna y de la tubicación Investigaciones dirigidas por Terzaghi y Casagrande han establecido la siguiente regla para relacionar al material de filtro con el material por proteger: D15 del filtro D85 del suelo
< 4 ó 5 < D15 del filtro D15 del suelo
Con la primera desigualdad se evita la migración de las partículas finas del material por proteger hacia los poros del material filtrante. La segunda desigualdad garantiza la suficiente permeabilidad del filtro como para que no se desarrollen en él fuerzas de filtración de importante o presiones de poro indeseables
El U.S Army corps of Engineers estableció además la siguiente norma adicional: D50 del filtro
≤ 25
D50 del suelo
b) Prevención de la obstrucción de perforaciones en tuberías o de fugas de partículas finas del filtro a través de ellas. En los sistemas de subdrenaje es muy frecuente que en el interior de los filtros haya tubería perforada con huecos circulares o ranurada con el objeto de recolectar o eliminar rápidamente el agua. Se plantea la necesidad de que el material de filtro sea lo suficientemente grueso como para que no ingrese a través de las perforaciones y para que no las obstruya.
Según el U.S. Corps of Engineers:
Para ranuras. D85 del filtro
> 1.2
Ancho de la ranura
Para perforaciones circulares D85 del filtro
> 1.0
Diámetro del agujero El U.S. Bureau of Reclamation proporciona la siguiente regla: D85 del filtro (en la vecindad del tubo ≥ 2.0 Máxima perforación del tubo
c) Requerimientos de permeabilidad en el material del filtro El material debe garantizar suficiente capacidad de descarga como para eliminar rápida y eficazmente las aguas que se colecten sin que generen fuerzas de filtración o presiones perjudiciales D15 del filtro
> 4ó 5
D15 del suelo En general deben buscarse que los filtros sean por lo menos 20 a 25 veces más permeables que el suelo por proteger.
d) Requerimientos de segregación Para evitar este peligro se requiere D60 del filtro
≤ 20
D10 del filtro Adicionalmente se exige que la curva granulométrica del material filtrante sea suave, sin discontinuidades.
e) Disposiciones de las perforaciones en tubería No se debe perforar la parte superior del tubo pues ello favorecería el ingreso de partículas finas del material de filtro, tampoco conviene colocar perforaciones en la parte más baja del tubo pues se propicia la salida del agua captada cuando s velocidad disminuya o cuando su gasto baje. La mayor parte de las instalaciones de subdrenaje utiliza tubería de 10 a 20 cm, de diámetro. Las perforaciones suelen tener diámetros de 5 a 10 mm.
f) Materiales de filtro estándar En ocasiones, es difícil encontrar un material natural que cumpla las condiciones del material de filtro para un determinado suelo y se requiere fabricarlo mediante tamizado y/o mezcla de materiales. La antigua Secretaría de Obras Públicas de México (SOP), recomendaba un filtro general básico en todo tipo de suelos para subdrenes de carreteras, que cumpla con la siguiente granulometría.
Granulometría de material para filtro Malla (ASTM)
% que pasa
1 ½”
100
1”
80 - 100
3/4”
85 - 100
3/8”
40 - 80
No. 4
20 - 55
No. 10
0 - 35
No. 20
0 - 20
No. 40
0 - 12
No. 100
0-7
No. 200
0-5
Además se tiene la siguiente granulometría Malla
% que pasa
1”
100
3/4”
90 - 100
3/8”
40 - 100
N° 4
25 - 40
N° 8
18 - 33
N° 30
5 -15
N° 50
0-7
N°200
0-3
Filtros de geotextil Los geotextiles son telas permeables, filtrantes, construidas con fibras sintéticas, especialmente polipropileno, poliester, nylon y polietileno.
Agregados para subdrenes con geotextil Generalmente, los subdrenes de zanja con geotextil emplean agregados gruesos y uniformes. Los tamaños que se utilizan comúnmente son los siguientes: • Bloques de roca de 2” a 4” de diámetro. • Gravas de 1” a 2” de diámetro. • Gravas de 3 /4” a 1 ½ “ de diámetro.
Algunas entidades aducen que existe un riesgo de que al aumentar el tamaño del material, aumente la posibilidad de rotura del geotextil durante su colocación. De acuerdo con nuestro criterio, este riesgo es muy pequeño y son muy pocos los casos en que el geotextil se rompe por utilizar bloques de 2” a 4”. Entre más grueso sea el material, el comportamiento del subdrén generalmente es más eficiente. El porcentaje de finos debe limitarse a menos del 3% en peso de pasantes del tamiz número ASTM 200 y los finos no deben ser plásticos. Los subdrenes construidos con material que contenga más del 5% de finos generalmente son ineficientes.
• Diseño del material de filtro
Adicionalmente a los criterios anteriores, se deben tener en cuenta los siguientes: - Los suelos residuales son muy variables granulométricamente y debe realizarse un buen número de ensayos de granulometría, previamente al diseño del filtro. Debe tenerse en cuenta que las partículas de mayor tamaño tienen muy poco efecto en el proceso de filtración (Geotechnical Engineering Office, 1993). - El parámetro D85 empleado en el criterio de retención, debe tomarse en forma conservadora teniendo en cuenta la variabilidad del suelo.
- El chequeo de las condiciones de filtración debe realizarse en relación con el material que conduce el flujo y no necesariamente, con todos los materiales en contacto con el dren - Los ensayos de permeabilidad deben ser realizados en el campo, teniendo en cuenta que la permeabilidad obtenida en el laboratorio es muy afectada por el manejo de la muestra.
- En los sitios donde existe flujo concentrado de agua, puede que el uso de geotextiles no sea adecuado y se puede necesitar un sistema mucho más resistente al flujo del agua y que tenga gran permeabilidad. - Las raíces de las plantas afectan gravemente los filtros; por lo tanto, se debe evitar sembrar árboles cerca de los subdrenes. - Debe tenerse especial cuidado de no romper el geotextil al colocar los materiales granulares y evitar la exposición al sol, de la tela geotextil, por largos períodos de tiempo.
• Diseño de subdrenes de zanja
El diseño de subdrenes de zanja tiene por objeto determinar los siguientes elementos: - Profundidad y ancho de la zanja - Espaciamiento entre zanjas - Localización en planta de los subdrenes - Material filtrante y especificaciones - Caudales recolectados - Sistemas de recolección y entrega
o
Selección de los Materiales para los Subdrenes Los subdrenes de zanja pueden ser construidos con los siguientes materiales - Material de filtro y tubo colector - Material grueso permeable sin tubo (subdrén francés) - Geotextil como filtro, material grueso y tubo colector - Geotextil, material grueso y sin tubo - Tubo colector con capa gruesa de geotextil alrededor - Subdrén 100% sintético con geomalla, geotextil y tubo colector
o
Profundidad y Ancho de los Subdrenes Un dren de zanja típico es de 1 metro de ancho y de 1 a 3 metros de profundidad. El sistema más utilizado actualmente, es el de material grueso envuelto en geotextil no tejido, el cual actúa como elemento filtrante. En el procedimiento de construcción se excava la zanja, se coloca el geotextil, se introduce una manguera o tubo de filtro con perforaciones (dentro de la zanja) y se rellena la zanja con material granular grueso. Finalmente, se cierra el conjunto doblando y traslapando el geotextil. Se recomienda la utilización de material uniforme y lo más grueso posible para garantizar una buena conductividad.
o
Número de Subdrenes El número de subdrenes requerido depende de las características de hidrogeología y geomorfología del sitio. Si el talud es una depresión natural de poca extensión de área, es posible que un solo subdrén en el centro de la zona inestable, pueda ser suficiente.
Subdrenes para Pavimentos Generalmente tienen la función de drenar y evacuar el agua que afecta a las capas de base y subbase drenantes de pavimentos así diseñados, por lo que se ubican inmediatamente por debajo de la capa drenante más baja de la estructura del pavimento en contacto con la subrasante. Este tipo de dren no es adecuado para drenar flujos de corrientes de agua subterránea que se puedan hallar por debajo del nivel en que son colocados. Este subdren debe llevar tubería perforada de 100 milímetros (100 mm) de diámetro, filtro granular y/o geotextil de acuerdo al diseño.
Subdrenes profundos Tienen la finalidad de drenar y evacuar el agua proveniente de flujos subterráneos. Este subdren puede o no llevar tubería, en cuyo caso el proyecto debe indicar el dimensionamiento de los elementos que componen el subdren.
Los materiales para los subdrenes consistirán de lo siguiente: • Material filtrante
Podrá ser natural, provenir de la trituración de piedra o roca, o ser una mezcla de ambos y estará constituido por fragmentos duros y resistentes. Deberá, además, cumplir los siguientes requisitos: o
Granulometría Para casos en que no se utilice geotextil en el recubrimiento del subdren el material filtrante deberá estar constituido por partículas con tamaños comprendidos entre el tamiz de 100 mm (4") y el de 0.149 mm (N ° 100). Se requiere en éste caso una gradación especial, para impedir el movimiento del suelo hacia el material filtrante debiendo cumplirse las siguientes condiciones:
En caso que el terreno natural tenga granulometría uniforme se sustituirá la primera relación por:
Y para asegurar la capacidad del filtro:
Si el subdren va cubierto por un geotextil se permitirá granulometría con fragmentos de un solo tamaño. En caso que el subdren lleve tubería con perforaciones circulares se deberá cumplir:
SUBDRENES CON GEOTEXTIL Y MATERIAL GRANULAR Material Drenante Podrá provenir de la trituración de piedra o roca, o ser una mezcla de ambos y estará constituido por fragmentos duros y resistentes a la acción de los agentes de intemperismo por lo que deberán tener una alta composición de materiales silíceos. Deberá, además, cumplir los siguientes requisitos:
Granulometría El material drenante deberá estar constituido por partículas que contemplen el huso granulométrico de la Tabla. Las partículas pueden ser angulares o redondeadas. El material deberá estar limpio, sin material fino, sin material orgánico y deberá ser durable. La densificación del material se debe realizar por medio de equipos mecánicos apropiados, buscando el acomodamiento de las partículas.
Granulometría del material drenante TAMAÑO TAMIZ
PORCENTAJE PASA
3”
100 70 – 100 60 – 100 50 – 100 35 – 80 30 – 65 25 – 50 20 – 45 15 – 35 12 – 30 6 – 20 0 – 10 0 – 2
2 ½”
2 1 ½” 1” ¾” ½” 3/8” ¼”
No 4 No 8 No 16 No 30
Es el material graduado que se coloca en un subdrén y se utiliza para captar el agua y permitir su paso franco a través de él, impidiendo al mismo tiempo el arrastre de las partículas finas del suelo por proteger, previniendo su erosión, que puede provocar inestabilidad estructural.
REQUISITOS DE CALIDAD DEL MATERIAL PARA FILTROS Los materiales que se empleen como filtro en los sistemas de subdrenaje cumplirán con los requisitos de calidad que se indican a continuación:
El material tendrá las características granulométricas que se establecen en la Tabla, Se recomienda evitar el uso de roca caliza, debido a la alta solubilidad que presenta.
Requisitos de granulometría de los materiales para filtros Malla
Abertura
% que pasa
1½
37,5
100
1
25
80 - 100
¾.
19
65 - 100
⅜.
9,5
40 - 80
N°4
4,75
20 - 55
N°10
2
0 - 35
N°20
0,85
0 - 20
N°40
0,425
0 - 12
N°60
0,25
0-9
N°100
0,15
0-7
N°200
0,075
0-5
Es recomendable que las curvas granulométricas del suelo por proteger y las del material para filtro seleccionado sean sensiblemente paralelas. El material de filtro no contendrá más del cinco (5) por ciento de partículas finas en masa y que el tamaño máximo de las partículas no será mayor de treinta y ocho coma un (38,1) milímetros (1½.) de diámetro.
Si la granulometría del material obtenido en un banco no cumple con los requisitos establecidos, se podrá mezclar con materiales de otros bancos, en la proporción adecuada para que cumpla con dichos requisitos.
El material para filtro será permeable, facilitará el drenaje del agua subterránea e impedirá que las partículas del suelo por proteger sean arrastradas por el agua hacia el interior del material para filtro, por lo que cumplirá con las siguientes condiciones:
- Permeabilidad Para que el material permita el flujo de agua, cumplirá la siguiente relación: Df15 ≥ 5 Ds15
Donde: D f15 =Tamaño de las partículas del material de filtro, para el cual el
quince (15) por ciento en masa del material es menor que ese tamaño, determinado gráficamente de la curva granulométrica, (mm) Ds15 =Tamaño de las partículas del material de suelo que circunda al
subdrén, para el cual el quince (15) por ciento en masa del material es menor que ese tamaño, determinado gráficamente de la curva granulométrica, (mm)
Migración de partículas finas Para evitar la migración de partículas finas del suelo circundante, hacia el interior del material de filtro, se cumplirán las desigualdades siguientes: Df15 ≤ 5
Df 50 ≤ 25
Ds85
Ds 50
Donde: D f15 , Df50 =Tamaños de las partículas del material de filtro, para los
cuales el quince (15) y el cincuenta (50) por ciento en masa del material, respectivamente, son menores que esos tamaños, determinados gráficamente de la curva granulométrica, (mm)
Uniformidad Para evitar la segregación del material para filtro al momento de colocarlo en la zanja, el coeficiente de uniformidad será: Df60 ≤ 20 Df10
Donde: Df60 = Tamaño de las partículas del material de filtro, para el cual el sesenta
(60) por ciento en masa del material es menor que ese tamaño, determinado gráficamente de la curva granulométrica, (mm) Df10 = Tamaño de las partículas de material del filtro que corresponde al diez
(10) por ciento en masa del material es menor que ese tamaño, determinado gráficamente de la curva granulométrica, (mm)
Ds85 , Ds50 =Tamaños de las partículas del material de suelo que
circunda al subdrén, para los cuales el quince (15) y el cincuenta (50) por ciento en masa del material, respectivamente, son menores que esos tamaños, determinados gráficamente de la curva granulométrica, (mm) Obstrucción
Para evitar la obstrucción de las perforaciones del tubo colector o la fuga de finos del material para filtro se cumplirá con la siguiente relación: Para perforaciones circulares: Df85 ≥ 1.5 f
Donde: Df85 =Tamaño de las partículas del material para filtro, para el cual el
ochenta y cinco (85) por ciento en masa del material es menor que ese tamaño, determinado gráficamente de la curva granulométrica, (mm) d =Diámetro de las perforaciones del tubo, (mm)
Para ranuras: Df85 > 1.2 a Donde: Df85 =Tamaño de las partículas del material para filtro, para el cual el
ochenta y cinco (85) por ciento en masa del material es menor que ese tamaño, determinado gráficamente de la curva granulométrica, (mm) a =Ancho de la ranura, (mm)
