Ascensión Capilar del Agua en Suelos: Ensayo en Arena Seca

Los poros del suelo son irregulares. El agua ascenderá mejor por unos que por otros. Si la red de poros se comunica abajo con agua, se satura su parte inferior y la parte superior la ocupan los huecos más pequeños (los grandes llenos de aire).

Ensayo de Ascensión Capilar en Arena Seca:

1. Se vierte arena en un tubo vertical con una malla perforada en el fondo.
2. Fondo en contacto con agua.
3. Por ascensión capilar, la arena se satura (color oscuro).
4. Hasta la altura hcc (tamaño máximo de poro): arena saturada; hasta la altura hcc y hc (tamaño mínimo de poro): parcialmente saturada y saturación decreciente.
5. Altura de ascensión capilar del suelo: Hc=c/(e·D10); donde c (0.1-0.5), e (índice de poros) y D10 (diámetro). Menor diámetro implica menor tamaño de poros y mayor Hc.

Succión: pf=log10(Vv-Vw), valor mínimo pf:7, arcilla deseada a 110ºC.

Método del Densímetro: Análisis Granulométrico por Sedimentación

Este ensayo sirve para determinar el porcentaje de partículas inferiores a un tamaño determinado. Se basa en la variación de la densidad con la profundidad, debido a la decantación de las partículas, destruyéndose la homogeneidad de la suspensión inicial.

Procedimiento:

1. Utilizamos un densímetro para medir una densidad media.
2. El líquido es una solución de agua destilada o agua desmineralizada.
3. En la disolución se vierte una muestra de material que haya pasado por el tamiz nº200 de la serie ASTM (74 micras).
4. Se agita la disolución, se sumerge el densímetro y se realizan las lecturas a intervalos de tiempo prefijados y normalizados.

v=(peso específico sólido – peso específico húmedo)·D²/18·n (coeficiente de viscosidad) – LEY DE STOKES

Determinación de la Humedad del Suelo

Se toma una muestra inalterada que se pesa antes y después del secado (estufa a 105º durante 5 horas). En el secado se evapora: agua intersticial, absorbida y de constitución.

w=((P2-P3)/(P3-P1))X100=(Pw/Ps)x100

Donde:

• P1: peso del portamuestras
• P2: peso del suelo húmedo + P1
• P3: peso del suelo seco + P1
• P2-P3: Peso del agua
• P3-P1: peso del suelo seco

Determinación de la Plasticidad: Límites de Atterberg

Los Límites de Atterberg determinan la humedad a la que un suelo pasa de estado líquido a plástico (límite líquido), y del estado plástico al sólido (límite sólido). Depende del tipo y cantidad de arcilla (la cohesión depende del grado de humedad).

Grados de Humedad:

• Muy grande: suelo líquido, no resiste esfuerzos cortantes.
• Escasa: suelo no moldeable, se rompe.
• Muy seco: suelo sólido duro.

Índices de Atterberg

• Índice Plástico (IP=LL-LP): Depende de la cantidad de arcilla; margen de w para el cual el suelo está en estado plástico.
• Índice de Consistencia (IC=(LL-w)/IP): Nos da una idea de la estructura de una arcilla, medida de la consistencia del suelo.
• Índice de Fluidez (If=(w-LP)/IP): Define las condiciones de w en respuesta al IP. Varía de 0-100, a mayor If, el suelo es más líquido.

Determinación del Límite Líquido (LL): Ensayo de la Cuchara de Casagrande

1. Muestra de la fracción que pasa el tamiz nº40 (Diámetro=0.42mm).
2. La muestra, que son 190 g de suelo amasado con H2O, se pone sobre la cuchara y se enrasa.
3. Se obtiene una torta (15-20 mm de espesor).
4. Se abre un surco con el acanalador (torta en dos partes).
5. Se dan vueltas a la manivela: número de golpes necesarios para que se pongan en contacto las partes de la torta en una longitud de 10-12 mm.
6. Se toma muestra de las proximidades y se determina el porcentaje de humedad (w).
7. Se repite el ensayo 4-5 veces, con 15-30 golpes escalonados en cada ensayo.

Experimentalmente: gráfica %w-golpes (si nº golpes 15-30). Límite líquido: %w para el cual se necesitan 25 golpes en la recta de puntos tomados en los ensayos.

Coeficiente de Curvatura

Se define por el cociente entre el cuadrado del diámetro D50 y el producto de los diámetros D10 y D60.

Cc=D²50/(D10·D60)

Diámetro de Hazen: Abscisa correspondiente a la ordenada 60 en la curva acumulativa, esto es, el diámetro tal que el 60% de las partículas tienen un diámetro inferior. Se le designa por D60 y también se le llama diámetro eficaz.

Curva granulométrica: Curva acumulada de los porcentajes retenidos por cada tamiz. Esta curva, que en el eje de ordenadas representa los porcentajes acumulados, nos da para cada diámetro D los pesos de las partículas de este tamaño y de tamaño inferior.

Permeámetro: Medición de la Permeabilidad del Suelo

Mide la permeabilidad de un suelo en el laboratorio.

Permeámetro de Carga Constante:

Es preciso que el material sea bastante permeable para que en un tiempo razonable se pueda coger una cantidad de H2O suficiente para asegurar una medida de caudal correcta. K>10^-3 cm/s

Permeámetro de Carga Variable:

Se emplea para suelos poco permeables. Se calcula el coeficiente de permeabilidad por la velocidad de descenso del nivel de H2O.

Grado de Saturación

Indica la cantidad de H2O que contiene el suelo. Se define como el porcentaje de vacíos de un suelo ocupado por H2O. Relación entre el volumen de H2O frente al volumen de vacíos.

Sr=(Vw/Vv)·100

Índice de Poros

Relación entre el volumen de vacíos o poros de un suelo y el volumen total.

n=Vv/Vt=Vv/(Vs+Vw+Va)

Peso Específico Sumergido

Cuando el suelo está situado por debajo de la capa freática se encuentra en condiciones de suelo sumergido. Los cuerpos sumergidos en H2O pesan menos que en el aire. El peso específico del suelo en estas condiciones se conoce como peso específico sumergido.

Terzaghi: Principio de Tensiones Efectivas

Idea fundamental: postular la existencia de una tensión efectiva que rige el comportamiento del esqueleto granular y del suelo. Para él se trata de un resultado deducido de sus componentes experimentales y no de consideraciones teóricas, lo que se llama «principio de tensiones efectivas».

Forchheimer: Flujo Bidimensional en Suelos

Aplicable a cualquier problema de flujo bidimensional. Considerando que el espacio entre dos líneas es un caudal de flujo, se puede seleccionar un número de caudales de flujo de tal forma que para cada uno de estos pase un caudal q.

Caudal total: Q=Nf·q (Nf: número de caudales de flujo).

Δh=Nf·Δh’ (Δh: caída total de potencias de la red de flujo; Δh’: número de caídas equipotenciales iguales)

Gradiente: i=Δh’/b=Δh/(b·Nd) (Nd: número total de caídas equipotenciales; b: ancho de la red de flujo)

Caudal: q=k·(Δh/(b·Nd))·Area=k·(Δh/(b·Nd))·a·1 (a: distancia entre equipotenciales)

Por la red total: Q=Nf·q=Nf·k·(Δh/Nd)·(a/b)·1

Si a=b: tenemos red cuadrada: Q=k·Δh·(Nf/Nd)

Determinación de la Plasticidad: Límites de Atterberg (Repetición)

Grados de humedad: Límites de Atterberg: Determina la humedad a la que un suelo pasa de estado líquido a plástico (límite líquido), y del estado plástico al sólido (límite sólido). Depende de: tipo y cantidad de arcilla (la cohesión depende del grado de humedad). Grado de humedad: Muy grande (suelo líquido, no resiste esfuerzos cortantes); Escasa (suelo no moldeable, se rompe); Muy seco (suelo sólido.