IMPORTANCIA DE LA GRANULOMETRÌA EN CIMENTACIONES SUPERFICIALES
INTRODUCCIÓN
La cimentación puede definirse en general como el conjunto de elementos de cualquier edificación cuya misión es transmitir al terreno que la soportan las acciones procedentes de la estructura. Su diseño dependerá por tanto no solo de las características del edificio sino también de la naturaleza del terreno. La importancia del conocimiento de los caracteres propios del suelo se pone de manifiesto desde el momento de la propia ejecución de la obra por su influencia sobre la seguridad de los trabajadores en la realización de excavaciones y movimientos de tierras así como en la de los elementos auxiliares de la construcción: cimbras, encofrados, pozos y zanjas de cimentación líneas enterradas, etc. Una cimentación inadecuada para el tipo de terreno, mal diseñada o calculada
se
traduce
en
la
posibilidad de que tanto el propio edificio
como
colindantes
las
edificaciones
sufran
asientos
diferenciales con el consiguiente deterioro de los mismos pudiendo llegar incluso al colapso. Grietas producidas en fachadas de edificios por asientos diferenciales
PROPIEDADES PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS SUELOS O TERRENOS
Los geólogos definen los suelos o terrenos como rocas alteradas, mientras que los ingenieros prefieren definirlos como el material que sostiene o carga el edificio por su base.
Los materiales que están presentes en los suelos naturales se clasifican en cuatro tipos: - arenas y grava, - limos, - arcillas - materia orgánica. Las arenas y grava son materiales granulares no plásticos. Las arcillas, se componen de partículas mucho más pequeñas, exhiben propiedades de plasticidad y son muy cohesivas. Los limos son materiales intermedios en el tamaño de sus partículas y se comportan, de modo típico, como materiales granulares, aunque pueden ser algo plásticos. La materia orgánica consta principalmente de desechos vegetales. El origen de las capas de suelo o terreno (edafológicas) y la forma como se depositan, arroja mucha luz sobre su naturaleza y variabilidad en el campo. Para la completa identificación de un suelo o terreno el ingeniero necesita saber lo siguiente: - tamaño - granulometría - forma - orientación - composición química de las partículas - las fracciones coloidales y sedimentables que contiene.
GRANULOMETRÌA
La granulometría es la distribución de las partículas de materiales pétreos granulares de varios tamaños. La granulometría y el tamaño máximo de los agregados son importantes debido a su efecto en la dosificación, trabajabilidad, economía, porosidad y contracción del concreto.
ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO
Objetivo: Separar por tamaños las partículas de suelos gruesos y finos que componen la muestra de suelo en estudio y en función de lo anterior clasificar el suelo de acuerdo a su graduación; ejemplo: Grava bien graduada (GW) Arena mal graduada (SP) etc.
CURVA GRANULOMÉTRICA
En un suelo cualquiera, habrá en general partículas de todos los tamaños (grava, arena, limo y arcilla,). La granulometría indica la proporción relativa de cada una de
estas fracciones. Se representa por la curva granulométrica, que indica, para cada diámetro de partícula D, el porcentaje en peso de partículas menores que D. Se representa en escala logarítmica de tamaños.
La Figura
muestra varias curvas granulométricas típicas. Una curva muy tendida
indica una graduación continua de tamaños de partículas, mientras que una caída vertical brusca para un cierto diámetro quiere decir que existe una gran cantidad de partículas de dicho diámetro.
IMPORTANCIA Y UTILIDAD DEL ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO
En los suelos granulares nos da una idea de su permeabilidad y en general de su comportamiento ingenieril, no así en suelos cohesivos donde este comportamiento depende más de la historia geológica del suelo. El análisis granulométrico nos permite estudiar el tamaño de las partículas y medir la importancia que tendrán según la fracción de suelo que representen. Este tipo de análisis se realiza por tamizado, o por sedimentación cuando el tamaño de las partículas es muy pequeño, se puede encontrar gravas, arenas, limos y arcillas. Si bien un análisis granulométrico es suficiente para gravas y arenas, cuando se trata de arcillas y limos, turbas y margas se debe completar el estudio con ensayos que definan la plasticidad del material. La información obtenida del análisis granulométrico puede en ocasiones utilizarse para predecir movimientos del agua a través del suelo, aun cuando los ensayos de permeabilidad se utilizan más comúnmente. La susceptibilidad de sufrir la acción de las heladas en suelo, una consideración de gran importancia de climas muy fríos, puede predecirse a través del análisis granulométrico del suelo. APLICACIONES DE LA GRANULOMETRIA:
Al realizar un análisis granulométrico en suelos gruesos, tiene las siguientes aplicaciones: a) Poder clasificar los suelos de acuerdo a su graduación. b) Analizar el material más factible para la construcción de pavimentos. c) Calcular el coeficiente de permeabilidad en una forma aproximada. Y en suelos finos (partículas que pasan la malla No. 200): d) Es conveniente obtener el porcentaje de partículas menores de 0.002 mm., para definir los porcentajes de limo y arcilla que contiene un suelo; en función de lo anterior podremos definir u obtener la actividad de ese suelo.
SUELOS FINOS
Los suelos finos están también constituidos por materiales detríticos pero en ellos el porcentaje de elementos finos es superior al 35% en peso. Las tensiones admisibles en estos suelos que se muestran en la tabla siguiente son orientativas y cuando sean suelos finos normalmente consolidados y ligeramente sobre consolidados en los que sean de esperar asientos de consolidación así como en los suelos arcillosos potencialmente expansivos deberán ser objeto de un estudio especial.
PROPIEDADES ÍNDICE DE SUELOS COHESIVOS
Los suelos cohesivos tienen propiedades índices que son en naturaleza similares a aquellas utilizadas para suelos granulares. Por ejemplo, la curva de distribución granulométrica puede determinarse para suelos cohesivos y las propiedades índice para arenas también pueden ser usadas para arcillas. Ya que las partículas en suelos cohesivos tienden a ser muy finas para el análisis granulométrico de rutina, la curva granulométrica en estos casos se determina por medio del análisis por hidrómetro. Los detalles de dicho ensayo se encuentran en las normas ASTM D422. Este método se aplica para tamaños de partículas de diámetro de 0.03 mm (limo grueso) a 0.001 mm. Desafortunadamente no ha sido posible relacionar la curva granulométrica de materiales finos con propiedades útiles de ingeniería. El “polvo de roca”, con partículas más finas que 0.002 mm, se comporta como una
arena fina, mientras que otros suelos con menos del 50% de partículas menores que
0.002 mm tienen propiedades semejantes a la arcilla. Por lo tanto, en el diseño de cimentaciones es muy raro realizar análisis granulométricos para suelos cohesivos; cuando éstos se realizan es para determinar el porcentaje más fino que 0.002 mm (fracción arcillosa). Las propiedades ingenieriles de los suelos cohesivos varían considerablemente con la densidad; la variación es mucho mayor que la encontrada para suelos granulares. La razón parece ser que las partículas en un suelo granular tienden a ser equidimensionales y por lo tanto no pueden empacarse muy sueltas. En los suelos cohesivos muchas de las partículas tienen forma de placa, por lo que pueden empacarse densamente cuando las placas están paralelas o muy sueltas si las placas están de modo mutuamente perpendicular con muchos vacíos incorporados. En suelos granulares se indicó que la densidad sola no era una buena propiedad índice, por lo que se usa la densidad relativa que se define en función de las relaciones de vacíos. En suelos cohesivos se utiliza el contenido de humedad en vez de densidad y se establecen límites en el contenido de humedad, como se utilizaron los valores de e max y emin en suelos granulares. Los límites en los contenidos de humedad de suelos cohesivos son los límites de Atterberg, que son contenidos de humedad definidos para varias consistencias del suelo. Las consistencias son:
Los detalles de los ensayos para determinar los límites de consistencia se encuentran en ASTM D423 y D424. El límite líquido es una buena propiedad índice; cuando se usa con el índice de plasticidad (IP = LL-LP) es una excelente medida de la arcillosidad del suelo. El parámetro de los suelos cohesivos equivalente a la densidad
relativa de los suelos granulares, es el índice de liquidez, IL = (W-LP)/(LL-LP). Si el índice de liquidez es igual a cero, el suelo está en el límite plástico; si es negativo está en el rango sólido; si el índice está entre cero y uno, el suelo está en el rango plástico, etc. El índice de liquidez es una medida excelente de la consistencia de un suelo cohesivo. Las propiedades índice consideradas hasta el momento están basadas en suelo disturbado, por lo que proporcionan información limitada de las condiciones reales del suelo in-situ. Por ejemplo, un suelo puede tener un contenido de humedad en el campo igual al límite líquido y tener una consistencia semi-líquida en la condición remoldeada; sin embargo, en el campo puede ser bastante rígido debido a la presencia de algún cementante. Se deduce que es necesario realizar una medida de las propiedades en el suelo inalterado. Debido a que la resistencia a la penetración estándar se utiliza en las arenas, también se usa con las arcillas, ya que ambas se presentan alternadas en una perforación. Existen algunas correlaciones entre la penetración estándar y la consistencia relativa de la arcilla:
La resistencia a la penetración estándar es un índice útil para medir la consistencia de los suelos cohesivos; sin embargo, algunas veces es más simple medir la consistencia directamente, por ejemplo mediante el ensayo de compresión no confinada. El ensayo de compresión no confinada es simplemente un ensayo de compresión axial en un especímen cilíndrico y sólido de arcilla, ejecutado de la misma manera que un ensayo de compresión en un cilindro de concreto. En arcillas saturadas, la resistencia
cortante es aproximadamente la mitad de la resistencia a la compresión no confinada. La relación entre la consistencia de la arcilla y su resistencia a la compresión no confinada se indica:
AGREGADO FINO:
Consisten en arenas naturales o manufacturadas con tamaños de partícula que van desde 5 mm hasta mayores de 60 μm. La granulometría más deseable para el agregado fino depende del tipo de obra, si la mezcla es rica y del tamaño máximo del agregado grueso. En mezclas más pobres, o cuando se usan agregados gruesos de pequeñas dimensiones, es conveniente, para que se logre una buena trabajabilidad, que la granulometría se aproxime al porcentaje máximo recomendado que pasa por cada tamiz. Si la relación agua – cemento se mantiene constante y la relación de agregado fino a grueso se elige correctamente, se puede hacer uso de un amplio rango de granulometría sin tener un efecto apreciable en la resistencia.
