ENSA YO DE EXPA NSIÓN NSIÓN 1. Introdu cc ión:
La inestabilidad de los suelos activos (expansivos), se atribuye a los cambios de la humedad del suelo ocasionados por distintos factores, es por ello que se dan investigaciones en las áreas que contienen suelos potencialmente expansivos ya que presentan muchas dificultades en distintas áreas de trabajo y no son muy recomendables trabajar en ellos. Para esto realizamos un ensayo de expansión con con la finalidad de determinar la magnitud de de deformación que que sufre esta y que perjuicios puede ocasionar en el terreno, para así poder dar solución y que sea más trabajable en obra. 2. Objetivos :
-Observar y analizar la expansión de la muestra de suelo seleccionada para realizar el ensayo de expansión -Interpretar el correcto funcionamiento del dial en el equipo de expansión -Verificar la expansión del suelo con los límites de consistencia -Realiza el diagrama de expansión
3. Marco Marco teórico teórico :
Se conocen como como suelos expansivos aquellos que presentan expansiones expansiones o contracciones, ósea cambios de volumen cuando varía su humedad o contenido de agua. Los materiales de arcilla, tienen la capacidad de absorber una gran cantidad de agua y retenerla debido a su estructura, el agua produce el incremento del volumen en el material mencionado anteriormente y también una drástica reducción del volumen cuando el agua que retenía se seca. Holtz (1959) desarrolló una tabla que se basaba en los patrones de comportamiento obtenidos en esa gráfica (tabla 5.1), aunque debe destacarse que los datos acumulados no pueden considerarse suficientes como para formular correlaciones empíricas aproximadas.
Existen varias maneras de identificar los suelos expansivos en te ellos está el de limite liquido
Según DAKSHANAMURTHY y RAMAN (1973): LIMITE LIQUIDO% 0-20 20-35 35-50 50-70 70-90 Mayor que 90
GRADO DE EXPANSION
No hay hinchamiento Bajo hinchamiento Hinchamiento medio Alto hinchamiento Hinchamiento muy alto Hinchamiento extra alto
Los suelos expansivos resultan ser un gran problema para la construcción, porque los incrementos del volumen no se presentan de una manera uniforme, sino todo lo contrario al producirse incrementos en distintas zonas y al momento de contraerse generan asentamientos, que pueden dañar severamente las estructuras.
Desde hace mucho tiempo se han investigado estos suelos, pero fue hace casi 94 años que se puso más énfasis en el estudio de estos. Como principales investigadores tenemos a: -
Lambe Whitman (1959) Fu H. Chen (1975) Brackley (1975)
Para medir la expansividad de un suelo parcialmente saturado, se recurre a ensayos realizados en el edómetro. Los más comunes son el ensayo de hinchamiento libre, que permite el hinchamiento de la muestra al ser inundada, el ensayo de presión de hinchamiento, donde se mide la presión que ejerce el suelo al expandirse y a dos ensayos de identificación como son el ensayo Lambe y el de volumen de sedimentación que serán descritos brevemente. -
Ensayo de hinchamiento libre
Se toma una muestra inalterada de suelo y se monta en el edómetro, se pone en cero el lector de deformación y a continuación se inunda la muestra, hasta un nivel en que el agua solamente penetre en la pastilla de suelo por la piedra porosa inferior (con esto se evita que quede aire atrapado en el interior de la muestra). Se mide el hinchamiento final el cual se expresa en porcentaje del espesor inicial de la muestra y se designa con el nombre de hinchamiento libre. -
Ensayo de presión de hinchamiento
Este tipo de ensayo se realiza prácticamente en la misma forma que en el caso anterior, pero en lugar de medir el hinchamiento de la muestra, se añaden cargas para no permitirlo. La presión máxima que hay que aplicar para que no se produzca hinchamiento se conoce con el nombre de presión de hinchamiento. Aplicada la presión máxima, se van quitando cargas y se miden los hinchamientos que se producen. El hinchamiento bajo carga nula en este ensayo es siempre inferior al hinchamiento libre (o bajo la carga de 0,1 kgs/cm 2 ). -
Ensayo Lambe
Ensayo rápido cuyo objetivo es, descubrir o evaluar la susceptibilidad de un suelo al hinchamiento o la retracción. Es un ensayo de identificación, por ello no sustituye a ensayos realizados con muestras inalteradas o compactadas en
las mismas condiciones que en obra. Por ello ha recibido numerosas críticas principalmente por trabajar con muestras remoldeadas donde es difícil reproducir las condiciones in situ. ) 2 m c / g K ( d a d i v i s n a p x e e d e c i d n I
4
3
2 o ó
1 L
0 0
1
no cr ítico
2
3
m a rg in a l
4
5
6
críti co
7
8 9 10 C a mb io p oten cia l d e v olu m en
m u y críti co
Relación índice hinchamiento y cambio potencial de volumen (Jiménez Sala s J. y De Justo Alpañes J . ,1 975)
-
Ensayo de volumen de sedimentación.
Existe un criterio dado por Holtz y Gibbs para averiguar el potencial de hinchamiento de un suelo, basado en el ensayo llamado volumen de sedimentación. El ensayo consiste en depositar 10 cm 3 de suelo seco que pase por el tamiz Nº 40 ASTM (0,5mm.), en un cilindro graduado con 100 cm 3 de agua y se observa el aumento de volumen de la muestra una vez sedimentada debido al hinchamiento. El resultado se expresa en porcentaje de aumento de volumen respecto al volumen inicial de suelo (10 cm3). Según estos autores, los suelos que dan un aumento de volumen superior al 100% pueden presentar un cambio de volumen importante cuando se humedecen bajo presiones ligeras. En caso de que el cambio de volumen sea
inferior a 50%, es muy raro que el suelo presente cambios de volumen importantes. Existen diferentes formas para reducir o eliminar la expansión del suelo, una de ellas es inundar el suelo antes de realizar una construcción, dicha práctica es llamada “pre humectación del suelo”, en teoría al inundar el suelo y saturarlo permitiéndole que se expanda hasta su máximo potencial, manteniendo la humedad posteriormente, se deben evitar los cambios volumétricos, por lo que no se tendrían daños en la estructura después de construir. Se ha logrado determinar que la humedad de las áreas cubiertas por losa, pavimento, etc., rara vez decrece. Otra forma más efectiva es sustituir el material expansivo, esta alternativa consiste en reemplazar el material expansivo por otro que no lo sea. Los materiales que se pueden usar de relleno principalmente, no deben ser expansivos, deben tener una cierta permeabilidad para evitar que el agua llegue a los materiales arcillosos y expansivos subyacentes. Con la tecnología actual, la sustitución de suelos puede ser considerada como una de las mejores opciones para eliminar el problema de suelos expansivos. Las desventajas de esta alternativa son que para llevarlo a cabo se necesita maquinaria pesada para poder remover el material expansivo y del mismo modo para rellenar de material que no lo sea, lo cual podría resultar muy costoso.
4. Cálc u lo s :
4.1 Cálculos límite líquido LIMITE LIQUIDO # de recipiente (gr) peso de la tara (gr) tara + muestra (gr) tara + muestra seca (gr) # de golpes
muestra 1 tara 4 22.3 49.8 36.8 19
muestra 2 tara 10 24.3 56.3 41.2 23
muestra 3 tara 5 22.8 50.7 37.8 27
Muestra 1
W agua=49.8-36.8=13
W suelo seco=36.5-22.3=14.5
muestra 4 tara 7 22.5 46.9 36.3 34
Muestra 2
W agua=56.3-41.2=15.1
W suelo seco=41.2-24.3=16.9
Muestra 3
W agua=50.7-37.8=12.9
W suelo seco=37.8-22.8=15
Muestra 4
W agua=469-36.3=10.6
W suelo seco=36.3-22.5=13.8
RESULTADOS: W (1)=89.6551724 W(4)=76.8115942
W (2)=89.3491124 W(3)=86
: a c i f á r g n ú g e S
.
6 . 7 8 = L . L
Aplicando la ecuación de la fluidez Para N=23 y W%=89.35 89.35=-Fw*log (23)+C……….. (1) Para N=27 y W%=86 86=-Fw*log (27)+C……………. (2) Igualando 1 y 2 Fw=48.107 Para lograr el limite liquido (siendo Fw=48.107) Para N=25 y W%=L.L L.L=-48.107*log (25)+C…………. (3) Para N=23 y W%=89.35 89.35=-48.107*log (23)+C…….. (4) Igualando 3 y 4 L.L= 87.608
4.2 CALCULO DE LÍMITE PLASTICO LIMITE PLASTICO # de recipiente (gr) peso de la tara (gr) tara + muestra (gr) tara + muestra seca (gr) peso de agua peso seco w%
tara 2 25 51.6 42.9
tara 3 23.9 50.1 43.3
tara 8 32.1 56 49.9
8.7 6.8 6.1 17.9 19.4 17.8 48.603352 35.0515464 34.2696629
L.P= 39.30818771
I.P= L.L – L.P. =48.30
5. Conclusiones:
-En lo que respecta a los límites de consistencia se obtuvo: -
L.L. =87.60 L.P.=39.30 I.P. =48 .30
y de esta manera se verifico que es una arcilla expansiva.
-Se observó que la arcilla al momento de realizar el ensayo de expansión mostraba características jabonosas lo cual nos serviría para identificar de otra forma las arcillas expansivas. -Se pudo notar que el dial del equipo de expansión cuenta con tres relojes cada uno con un diferente periodo de control con el que marcan el nivel de expansión de la muestra de suelo. -Según el grafico obtenido se concluye que a arcilla usada en nuestro ensayo de expansión tenía un carácter muy expansivo el cual ocasionaría muchos problemas en la construcción si no se realiza un correcto control al momento de hacer uso de este suelo. 6. Recomendaciones:
- Realizar una correcta saturación de la muestra antes de realizar el ensayo de expansión. - Mantener el expansiometro en un lugar fijo para que al momento de tomar apuntes no haya variaciones en los datos obtenidos. -La muestra de suelos debe adecuarse correctamente al equipo de expansión.
7. An exos: Preparación de la muestra del suelo expansivo
Uso del equipo de expansion
Colocación del equipo en lugar fijo.
Lectura del Dial
BIBLIOGRAFIA 1.
Mecánica de Suelos. Tomo2- Juárez Badillo, Rico Rodríguez.
2.
Ingenieria de cimentaciones. Braja Das.
3.
W. LAMBE Y R. WITMAN, “MECANICA DE SUELOS”, editorial Limusa,
2da edición, Massachussets, 2001
