ENSAYO DE EXPANSION DE LOS SUELOS. EVALUACIÓN Y DETERMINACIÓN DE SUELOS EXPANSIVOS (ASTM D4546 AASHTO T258)
Obje!"#$ %e& e'$#. Los objetivos de este ensayo son determinar si un suelo es potencialmente expansivo, así como los principales ensayos e nsayos y métodos empleados en la determinación del índice de expansión, y predecir la magnitud del hinchamiento que se pueda producir. producir.
C#'*e+#$ b,$!*#$. S-e e+'$!"#. Los suelos expansivos, son suelos arcillosos inestables en e n presencia de humedad, ya que su característica principal es experimentar cambios de volumen cuando varía su contenido en líquido, esto signifca que cuando un suelo está compuesto de materiales muy susceptibles a desmoronarse con la presencia de algn liquido !generalmente agua" y en caso de que hubiera una edifcación sobre esta #ona con este tipo de suelos produciría que esta #ona tendiera a $racturarse produciendo grietas en las paredes o bien que la cimentación cediera y que toda la edifcación colapsara. %e conocen como suelos expansivos aquellos que presentan expansiones o contracciones, o sea cambios de volumen vol umen cuando varía su humedad o contenido de agua. &na & na de las causas por las que se presentan los suelos expansivos son las condiciones climáticas, que in'uyen de manera directa al comportamiento de estos suelos. &na expansión se genera debido al agua, por lo que es más propenso a encontrar suelos expansivos en áreas donde las lluvias sean moderadas y $recuentes. (tro $actor importante es la presencia de aguas subterráneas que se fltran de la superfcie. Los principales investigadores los suelos expansivos $ueron Lambe )hitman !*++", -u . /hen !*+0" y 1rac2ley !*+0".
C#/# !%e'!0*1 -' $-e +#e'*!&/e'e e+'$!"# Las $ormas principales de identifcación de un suelo potencialmente expansivo son3
I%e'!0**!3' I%e'!0**!3 ' M!'e1&3!*. Los tres grupos más importantes en que se clasifcan los minerales mine rales arcillosos son3 illita, caolinita y montmorillonita, compuestos por hidroaluminosilicatos. Los ensayos mineralógicos tienden a detectar la
presencia de montmorillonita, que es el mineral preponderantemente expansivo. 4lgunos de los ensayos mineralógicos son3
5i$racción por rayos 6 4nálisis 7érmico 5i$erencial 4nálisis de absorción de colorantes 4nálisis químicos 4nálisis por microscopio electrónico
Dee1/!'*!3' Dee1/!'*!3' %e *!e1$ +1#+!e%%e$ b,$!*$ %e $ $-e$. Las propiedades a determinar son3
Límite líquido y Límite 8lástico Límite de contracción. /ontenido de coloides. 9xpansión libre del suelo.
M#%#$ !'%!1e*#$ %e %ee1/!'*!3' %ee1/!'*!3' %e& +#e'*!& e+'$!"# %e& $-e. 9stos métodos consisten en predecir el potencial expansivo del suelo de una $orma cualitativa, en base a medidas directas de la expansión de suelo sobre muestras remoldeadas compactadas en condiciones prefjadas de humedad y densidad. Los métodos más utili#ados son el :Ladd y Lambe; y el método de 8 o método de la medida del cambio volumétrico.
Me%!%$ %!1e*$ %e & e+'$!3' %e& $-e. 9stos métodos consisten en medir la expansión del suelo al saturarlo bajo di$erentes condiciones de carga, grafcándose las variaciones de hinchamiento para di$erentes presiones aplicadas.
*#1e$ 7-e !'e1"!e'e' e' e& e'3/e'# %e & e+'$!3'. 9l potencial expansivo de un suelo !presión de hinchamiento y elevación" dependen, como mínimo, de las siguientes variables3
N-1&e9 !+# %e 1*!&&. Los tres grupos más importantes en que se clasifcan los minerales mine rales arcillosos son3 illita, caolinita y montmorillonita, compuestos por hidroaluminosilicatos. La composición mineralógica de la l a arcilla !porcentajes de illita, caolinita y montmorillonita" resultan $undamentales en cuanto al potencial expansivo del suelo. Los suelos expansivos por excelencia son aquellos que tienen altos porcentajes de montmorillonita.
H-/e%% !'!*!&.
9l elemento :catali#ador; del $enómeno de la expansión, es precisamente, la variación en el contenido de humedad del suelo. 8or más montmorillonita que esté compuesta una arcilla, si no hay variación en el contenido de humedad del suelo, no habrá cambios volumétricos. =o es necesario que el suelo se sature completamente para que produ#ca expansión del mismo. 8or el contrario, en determinados casos, es sufciente variaciones en el contenido de humedad del suelo de sólo * o > puntos porcentuales, para causar hinchamientos y producir da?os estructurales. 4rcilla :secas;, con contenido de humedad por debajo del * @ indican un riesgo de expansión alto, pues $ácilmente pueden llegar absorber contenidos de humedad de A @ con los consecuentes da?os estructurales. 8or el contrario, arcillas cuyo contenido de humedad está por encima del AB @ indica que la mayoría de la expansión ya ha tenido lugar y sólo es esperable algn leve hinchamiento remanente.
Pe$# e$+e*:0*# $e*# %e& $-e. Cuy relacionada con la humedad inicial, el peso específco seco del suelo es otra variable $undamental en el proceso expansivo del suelo. La densidad seca de una arcilla se ve re'ejada en valores altos en los resultados en el ensayo de penetración estándar.
C1*e1:$!*$ +&,$!*$ %e& $-e. Las propiedades plásticas del suelo juegan un importante papel en el $enómeno expansivo.
P#e'*! %e& e$1# *!"#. 4 través de ensayos de laboratorio sobre muestras de un mismo suelo, compactadas al mismo grado densidad y humedad inicial, se ha estudiado el e$ecto del espesor del estrato en la magnitud total del hinchamiento.
Los resultados mostraron que la magnitud del cambio volumétrico experimentado es proporcional al espesor del estrato, mientras que la presión de expansión se mantiene constante. 9sto nos estaría indicando que si una estructura es capa# de trasmitir una presión uni$orme y constante a pro$undidades importantes debajo de la $undación se podría contrarrestar el $enómeno de cambio volumétrico. 8ero como sabemos esto no es posible, ya que, a medida que aumentamos la pro$undidad, la presión trasmitida por la #apata de $undación disminuye y por lo tanto no constituye un método e$ectivo para el control de la expansión.
! %e & e+'$!3'. 9n muestras sometidas en laboratorio a ciclos de saturación y disecado mostraron se?ales de $atiga después de varios ciclos. 9ste $enómeno no ha sido todavía sufcientemente investigado. %e ha notado en pavimentos sometidos a variaciones estacionales en el contenido de humedad del mismo que tienden a un cierto punto de estabili#ación luego de un cierto nmero de a?os. 9n el gráfco adjunto se puede ver una curva de $atiga típica de las obtenidas en ensayos de laboratorio.
Dee1/!'*!3' %e $-e$ e+'$!"#$ (/#%#$).
M#%#$ %e $ :'%!*e$.
Los ensayos de propiedades índices del suelo pueden ser usados para la evaluación del potencial de expansión de los suelos expansivos.
9mpleando los Cétodos normales se determinan el Límite Líquido !LL" Endice de 8lasticidad !F8" y la succión del %uelo !nat." segn la AASHTO T-273. &sando estas propiedades índice y con la ayuda de la 7abla !*" se puede determinar cualitativamente el potencial expansivo del suelo.
M#%#$ !'%!1e*#$ %e %ee1/!'*!3' %e& +#e'*!& e+'$!"# %e& $-e.
9stos métodos consisten en medir el potencial expansivo del suelo de una $orma cualitativa, en base a medidas directas de la expansión del suelo muestras remoldeadas compactadas en condiciones prefjadas de humedad y densidad. Los métodos más utili#ados son3
E'$# %e L/be PCV.
9s un ensayo rápido cuyo objetivo es, descubrir o evaluar la susceptibilidad de un suelo al hinchamiento o la retracción. 9s un ensayo de identifcación, por ello no sustituye a ensayos reali#ados con muestras inalteradas o compactadas en las mismas condiciones que en obra. 8or ello ha recibido numerosas críticas principalmente por trabajar con muestras remoldeadas donde es di$ícil reproducir las condiciones in situ. %e toma una muestra de suelo que pase por el tami# = G *B 4%7C !*BCm." que deberá cumplir con uno de los siguientes estados3 seco, hmedo o en el límite plástico. La muestra se compacta mediante el pisón de ensayos 8roctor !segn el estado en que se encuentre el suelo, será la energía de compactación utili#ada segn lo indicado en la tabla de la fgura 1) dentro de la célula interior del aparato Lambe. Heali#ada la compactación, se aplica una presión a la muestra de B,* 2gIcm >, mediante un vástago ajustable.
Figura 1. 9nergía de compactación segn estado de la muestra de
suelo !Jiméne# %alas J. y 5e Justo 4lpa?es J.,
Figura 2. 4parato para medir la presión de expansión !segn Lambe".
4demás, es posible grafcar el índice de expansividad contra el cambio potencial de volumen !8/<", el cual nos indica lo peligroso que es el suelo, como se observa en el gráfco de la fgura 3.
Figura 3. /urva para determinar @8 de expansión !segn Lambe".
9l 8 también se puede defnir a partir del Endice de 8lasticidad y del Límite de /ontracción de acuerdo con los valores de la fgura 4 segn olt# y Kibs !*+".
Figura 4. Límite de consistencia y potencial de cambio volumétrico
!8/<".
E'$# %e "#&-/e' %e $e%!/e'*!3'.
9xiste un criterio dado por olt# y Kibbs para averiguar el potencial de hinchamiento de un suelo, basado en el ensayo llamado volumen de sedimentación. 9l ensayo consiste en depositar *B cm A de suelo seco que pase por el tami# =G MB 4%7C !B, mm.", en un cilindro graduado con *BB cm A de agua
y se observa el aumento de volumen de la muestra una ve# sedimentada debido al hinchamiento. 9l resultado se expresa en porcentaje de aumento de volumen respecto al volumen inicial de suelo !*B cm A". %egn éstos autores, los suelos quedan un aumento de volumen superior al *BB@ pueden presentar un cambio de volumen importante cuando se humedecen bajo presiones ligeras. 9n caso de que el cambio de volumen sea in$erior a B@, es muy raro que el suelo presente cambios de volumen importantes.
M#%#$ %!1e*#$ %e & e+'$!3' %e $ $-e$. 9stos métodos consisten en medir la expansión del suelo al saturarlo bajo di$erentes condiciones de carga, grafcándose las variaciones de hinchamiento para di$erentes presiones aplicadas. &niversalmente es aceptado que los dos parámetros que defnen el potencial de expansión son3
E'$# %e e+'$!3' &!b1e. 5efnido como el porcentaje de la elevación máxima para presión nula en relación a la longitud inicial de la probeta. Las medidas de estos parámetros se reali#an $undamentalmente mediante pruebas edométricas o en técnicas basadas en la succión, tendiendo a simular los $actores relevantes que sigue el $enómeno cuando se desarrolla in situ.
P1#*e%!/!e'#.
%e toma una muestra inalterada de suelo y se monta en el edómetro, se pone en cero el lector de de$ormación y a continuación se inunda la muestra, hasta un nivel en que el agua solamente penetre en la pastilla de suelo por la piedra poros a in$erior !con esto se evita que quede aire atrapado en el interior de la muestra". %e mide el hinchamiento fnal el cual se expresa en porcentaje del espesor inicial de la muestra y se designa con el nombre de hinchamiento libre. /omo no hay que aplicar presiones sobre la muestra, se puede colocar el lector de de$ormación, directamente sobre el pistón de carga, con lo cual habrá menos errores en la medida de de$ormaciones. 9xisten casos en que este ensayo se reali#a bajo una carga peque?a, aplicando una presión inicial de B,B0 a B,* 2gsIcm>. &na ve# inundada la muestra y transcurrido el tiempo necesario para que se produ#ca la expansión, se varía la carga, obteniendo el comportamiento cargaNde$ormación en condiciones de inundación. 9ste ensayo consiste en colocar en una probeta normalmente cilíndrica un volumen conocido de suelo :seco; y sumergirlo en agua sin aplicación de sobrecarga alguna, mientras se mide la expansión. La
di$erencia entre el volumen fnal e inicial, expresado como un porcentaje del volumen inicial es la expansión libre. 9sta medida de la expansión se reali#a en condiciones muy des$avorables, ya que se hace en condiciones de ninguna sobrecarga y hoy en día se utili#an métodos más adecuados a tales e$ectos. 9xperimentos reali#ados por olt# indican que una arcilla como la bentonita comercial puede tener en este ensayo expansión del orden de *>BB a >BBB @. olt# sugiere que las expansiones medidas en este ensayo por encima del *BB@ pueden causar da?os signifcativos a la estructura, mientras que suelos que alcan#an una expansión por debajo del B @, rara ve# experimentan cambios de volmenes apreciables bajo la aplicación de cargas estructurales, aun cuando estas sean provenientes de estructuras livianas. 9xisten varios métodos que reali#ando diversas combinaciones de los resultados de las medidas de las propiedades antes mencionadas clasifcan en categorías los potenciales expansivos del suelo.
M#%# %e$11#&&%# +#1 H#&9 ;!bb$ 9n el gráfco siguiente se muestra una relación típica entre el contenido de coloides, el Endice 8lástico y el límite de contracción.
1asado en las curvas presentadas olt# propone el siguiente criterio para la identifcación de suelos expansivos3
M#%# %e& <='%!*e %e & *!"!%% %e & 1*!&&> +1#+-e$# +#1 See%? @##%1% L-'%1e'. 9stá basado en muestras remoldeadas de suelo compuestos por me#cla de arcillas, bentonita, illita, caolinita y arena fna. La expansión se midió como un @ del hinchamiento que experimentan probetas compactadas al *BB @ del 8.&.%.C. del 8roctor 9stándar y con el contenido de humedad óptimo y sometidas a una sobrecarga de * 8si. La actividad de la arcilla se defne como3
A B PI (CF) F83 Endice 8lástico. /O @ P B.BB> mm.
Me1!&e$. 4nillo inde$ormable, muestra de suelo arcilloso y consolidómetro. *. %e moldea el suelo con las dimensiones del anillo. >. %e extraen tres muestras del suelo con sus respectivos pesos y se envía al horno durante >M horas para obtener la humedad inicial del suelo. A. %e monta el anillo con la muestra correspondiente en el consolidómetro y se coloca agua en el mismo para que comience la expansión. M. 9n este ensayo se procede a dejar que la muestra se expanda sin proporcionarle ninguna carga. . %e reali#an lecturas de de$ormímetro cada cierto tiempo. . /uando el de$ormimetro permane#ca invariable aproximadamente a las >M horas de iniciado el ensayo se procede a leer el mismo, desmontarlo y sacar tres muestras para obtener la humedad fnal.
E'$# %e +1e$!3' %e e+'$!3'.
5efnida como la presión aplicada en laboratorio sobre una muestra de suelo expansivo para que, una ve# en contacto con agua, la probeta mantenga constante su volumen inicial, es decir que la variación de volumen sea nula.
P1#*e%!/!e'#.
9ste tipo de ensayo se reali#a prácticamente en la misma $orma que en el caso anterior, pero en lugar de medir el hinchamiento de la muestra, se a?aden cargas para no permitirlo. La presión máxima que hay que aplicar para que no se produ#ca hinchamiento se conoce con el nombre de presión de hinchamiento. 4plicada la presión máxima, se van quitando cargas y se miden los hinchamientos que se producen. 9l hinchamiento bajo carga nula en este ensayo es siempre in$erior al hinchamiento libre !o bajo la carga de B,* 2gsIcm>".
9n este ensayo, el hinchamiento es igual y contrario al movimiento de compresión que experimenta el equipo, inducido por la carga aplicada.
L#$ /!$/#$ /e1!&e$ 7-e e' & %e e+'$!3' &!b1e. *. %e moldea el suelo con las dimensiones del anillo. >. %e extraen tres muestras del suelo con sus respectivos pesos y se envía al horno durante >M horas para obtener la humedad inicial del suelo. A. %e monta el anillo con la muestra correspondiente en el consolidómetro y se coloca agua en el mismo para que comience la expansión. M. /on el objetivo de evitar que la muestra de suelo se expanda se deben colocar pesas en el consolidometro pero se debe considerar que el de$ormimetro permane#ca en cero. . %e debe controlar y mantener el de$ormimetro en cero hasta que este permane#ca invariable por un lapso de tiempo considerable. . 7ranscurridas >M horas de iniciado el ensayo se toman las respectivas lecturas y se sacan muestras para obtener la humedad fnal del suelo.
Dee1/!'*!3' %e& :'%!*e %e e+'$!3'. 9l índice de expansión de los suelos se defne como la relación entre la di$erencia entre la altura fnal e inicial del espécimen dividida por la altura inicial. 9FO
H f − H
o
H o
Q *BB
5ónde3 9FO índice de expansión. $O altura fnal.
oO altura inicial. %i la altura de la muestra inicial es más grande que la muestra fnal, el índice de expansión es cero. 8ara obtener el índice de expansión, la muestra se introduce en un anillo metálico y se satura hasta alcan#ar un grado de saturación entre MB@ y B@ una ve# montada en un consolidometro y sometida a una presión vertical de ,+ 28a, la muestra se inunda con agua destilada y la de$ormación vertical se registra durante >M horas o hasta que la velocidad de de$ormación sea menor que B,BBB cm h N*, o lo que ocurra primero. La prueba debe durar por lo menos A horas. 9l potencial expansivo de los suelos arcillosos se ubica de acuerdo a la clasifcación dada en la siguiente tabla3
Dee1/!'*!3' %e & /'!-% %e e+'$!3'. La magnitud de la expansión que puede esperarse en una capa de suelo, se determina mediante uno de los métodos que se describen enseguida. /uando se requiera una determinación más exacta, deberá e$ectuarse un ensayo de 9xpansión con %obrecarga. 5ebido a lo prolongado del tiempo y a los costos requeridos para e$ectuarlo, podrá emplearse también un procedimiento empírico llamado el Cétodo del potencial de levantamiento vertical.
E'$# %e e+'$!3' *#' $#b1e*1. P1#*e%!/!e'# %e +1e%!**!3'. M#%# I. *. 8repárese una muestra inalterada para el ensayo de consolidación de acuerdo con el método de consolidación unidimensional de los !4%7C 5>MA 44%7( 7>*", teniendo cuidado de evitar la pérdida de humedad durante su preparación. 5e los recortes de la muestra, determínese la humedad en el terreno y el peso específco del suelo.
>. La humedad natural se determina como un porcentaje del peso del suelo secado al horno3
A. 5espués de colocada la muestra en el consolidómetro, se le aplica una carga igual a la sobrecarga existente en el terreno, la cual deberá mantenerse hasta cuando el dial del extensómetro indique que ha cesado cualquier ajuste, por la carga aplicada. M. 5urante la aplicación de esta carga y durante el período de ajuste, debe tenerse cuidado de evitar el secamiento. 9s extremadamente importante que no se pierda humedad en la muestra, lo cual puede lograrse cubriendo el consolidómetro con algodón hmedo. 9ste procedimiento de carga hace retornar la muestra, en cuanto es posible, a la relación de vacíos de campo, real y a la condición en el terreno, ya que la extrusión permite que las muestres inalteradas reboten inmediatamente en $orma elástica. . Las condiciones reales en el terreno están defnidas por el punto !*" de la Figura 1. 9n seguida, se inunda la muestra y se le deja alcan#ar equilibrio como se indicó anteriormente. 9sta condición se defne, entonces, con el punto !>" en la misma -igura. La muestra se descarga luego mediante las disminuciones de carga normalmente empleadas en el laboratorio, hasta la presión deseada, obteniéndose en esta $orma una curva de expansión desde el punto !>" hasta el !A". 4 partir de este ltimo punto, se prosigue con un ensayo normal de consolidación.
Figura 1. Helación de vacíos vs. Log. de la carga
. Las curvas de cargaNexpansión $orman aproximadamente líneas rectas en un gráfco semilogarítmicoR la presión que no implica cambio de volumen, se determina entonces extrapolando las curvas de expansión entre los puntos !> y A", hasta intersectar la relación de vacíos en el terreno, representada por el punto !M". 9sta se determina en la siguiente $orma3
M#%# II.
%e presenta este método porque puede ser necesario abreviar el trabajoR y la sobrecarga existente puede ser tan peque?a, que no tenga signifcado alguno obtener directamente curvas de expansión. 9ste método puede emplearse nicamente después de ejecutados varios ensayos mediante el Cétodo F y de verifcar que la pendiente de la curva de rebote, sea secuencialmente la misma que la de expansión. 9l método FF es igual al Cétodo F hasta el punto en el cual se inunda la muestra y se registra la expansión total. 9n este punto, se prosigue con una
secuencia de carga de consolidación normal con rebote, hasta obtener las curvas deseadas. 8uesto que las pendientes de las curvas de expansión y rebote son esencialmente las mismas, puede obtenerse la curva de expansión haciendo pasar una curva a través del punto !>" de la Figura 1, que sea paralela a la de rebote. La intersección de esta ltima con la relación de vacíos en el terreno, corresponde al punto para el cual no hay cambio de volumen, o de potencial máximo de presión de expansión.
C,&*-$.
La magnitud de la expansión que puede esperarse en un estrato, se calcula de la siguiente manera3
5ónde3
SO expansión en cm !pulg.". GeO di$erencia de la relación de vacíos, a la presión de la sobrecarga !sin cambio de volumen" y la presión para la sobrecarga deseada. HO espesor de la capa en cm !pulg.".
e O relación de vacíos en las condiciones de los es$uer#os existentes en el terreno.
P1e%!**!3' %e& +#e'*!& "e1!*& %e &e"'/!e'# (PVL) *. 8ara este procedimiento es necesario conocer la humedad de cada muestra. 8re$eriblemente, esas muestras deben tomarse en el momento del muestreo o de ncleos que hayan sido sellados.
>. /uando se hayan tomado ncleos, el peso unitario hmedo se determina $ormando cilindros en los cuales se mide su altura y diámetro, con aproximación a B,> mm !B.B*D", se pesan con aproximación a B, g !B.BB*lb", verifcando luego los cálculos necesarios. /uando hayan sido tomados nicamente recortes durante el muestreo, se usa una masa unitaria hmeda de >BB> 2gImA, el cual es un valor medio ra#onable. A. 4 partir de porciones representativas de recortes o de ncleos, determínese el Límite Líquido, el Endice 8lástico y el porcentaje de suelo ligante !pasa tami# =G MB" en las capas de suelo. %e anotan dichos resultados en la Tabla 2, en la capa respectiva.
Tabla 2.
a" %e asumen >BB> 2gImS de densidad hmeda para todas las capas. /uando se desee mayor precisión se emplea3
como $actor de corrección. b" /omo la capa de A. m, entre .B y +. es uni$orme, el 8L< puede determinarse en una lectura empleando :la parte superior de la capa; como *A* 28a !como en capas de B. m" y la lectura en la parte in$erior de la capa a una carga de >*M 28a como en la capa de +.B a
+. m. Lecturas de *>A.+ mm y *A. mm, respectivamente, o una di$erencia de **.0 mm, será obt enida como una suma de incrementos o di$erencias como se muestra por encima del $ondo de A. m. /uando haya capas de arcilla expansiva de menos de B. m !ejemplo *.> N *.M m", es pre$erible entrar a la abscisa sobre la curva de expansión apropiada a *.> y *.M m, respectivamente, y emplear la di$erencia en la lectura de la ordenada respectiva, como la expansión sin modifcar, en la capa de B.> m de espesor. M. /omen#ando con la capa superior en la superfcie del terreno y a partir del registro de per$oración Tabla 1 se prepara la Tabla 2, y se determina si las capas se hallan en condición DhmedaD, DsecaD o en un :estado intermedio;. Nota 1.- %e ha encontrado que B.> LL T + es la condición seca a partir de la cual se produce poca contracción, pero a la cual el potencial de expansión volumétrica es mayor. 9sta es la mínima humedad, hasta la cual generalmente se secan las arcillas expansivas. La condición DhmedaD, B.M0LLT>, corresponde a la absorción capilar máxima obtenida mediante ensayos de laboratorio sobre especímenes moldeados a la humedad óptima, y con sobrecarga de 0 28a !* lbIpulgU". 9sta humedad, análoga a la hallada bajo pavimentos viejos y otras estructuras livianas, es la condición óptima.
Tabla 1. Hegistro de per$oración.
. 9mpleando la Figura 1 y considerando la condición hmeda, seca, o intermedia, se entra con el F8 de la primera capa en la abscisa, se sigue verticalmente hasta la curva de expansión que corresponda y se lee el porcentaje del cambio volumétrico en la ordenada. 9ste $ue determinado para una sobrecarga de 0 28a !* lbIpulgU".
Figura 1. Helación entre el Fp y el cambio volumétrico.
Las curvas del potencial de levantamiento vertical !8L<" vs. /arga de las Figuras 2 y 3 son para arcillas que se expanden libremente, sin cargaR y se basan en la masa unitaria hmeda del suelo de >BB> 2gImA. 8ara emplear estas curvas, se ha encontrado que bajo las condiciones dadas de expansión libre y del cambio volumétrico, bajo una sobrecarga de 0 28a !* lbIpulgU" con base en la Figura 1, existe la siguiente relación3 Porcentaje de cambio volumétrico sin carga O !8orcentaje de cambio volumétrico a 0 28a !* lbIpulgU"" Q !*.B0" T >.. Nota 2.-
Figura 2. 8otencial de Levantamiento
Figura 3. 8otencial de Levantamiento
. 8ara cálculos del 8otencial de Levantamiento " en el supuesto de que las humedades y el registro de la per$oración lo permitan. 9l empleo de
capas de B cm y el supuesto de que el peso unitario hmedo es de >BB> 2gImA, el cual es generalmente un peso unitario ra#onable, hace más simple la tabulación. La modifcación causada empleando la masa unitaria anterior en lugar de >AB0 2gIm A para 0 28a !* lbIpulgU", por metro, ha sido incorporada a las curvas de las Figuras 2 y 3. %i varían las masas unitarias a partir de >BB> 2gIm A y se desea una precisión mayor, se deberá aplicar un $actor de corrección a la capa, equivalente a >BB> 2gImA dividido por la masa unitaria hmeda real. Nota 3.- 9n la capa superfcial de B cm, la carga promedia es 0 28a !* lbIpulgU"R igualmente en la capa de B cm a *.> m, la carga es de *M 28a !> lbIpulgU" para los B cm superiores más la mitad de la capa de B cm a *.> mR o de >* 28a !A lbIpulgU" en total. 8or lo tanto, la carga promedio en cualquier capa de B cm !>V", es la pro$undidad media de la capa. 0. 9mpleando la columna para el material que pasa tami# =o. MB, el 8L< posteriormente determinado, se deberá modifcar así3 %e usa la expansión de cero cuando el porcentaje que pasa tami# =o. MB, sea menor del >@. %e multiplica la expansión obtenida para la capa, por el porcentaje que pasa el tami# =o. MB, cuando el porcentaje exceda del >@. W. 9mpleando la Figura 1, se determina el porcentaje de expansión volumétrica en la primera capa, de B X B.B m. 8uesto que esta expansión es determinada empleando una sobrecarga de 0 28a !* lbIpulgU", deberá ser modifcada por expansión libre, o sea sin sobrecarga, como se anotó anteriormente. 9mpleando las Figuras 2 y 3, y la curva de porcentaje de expansión libre, acabada de determinar, se comien#a a registrar la expansión en la capa3 9n la capa de B a B.B m, se lee la ordenada !8L<" para la carga de 028a !* lbIpulgU" de la curva de expansión, y se anota en la Tabla 2 como D$ondo de la capaD. 4 partir de la curva, se lee la carga de B en la parte superior de esta capa y se anota en la Tabla 2. La di$erencia entre estas dos lecturas, es el 8L< en la primera capa de B.B m, sujeta a la corrección por masa unitaria !sección >" y por suelo ligante !pasa tami# =o. MB", a que se refere la sección M. +. %e toma la capa de B.B m a *.> m y se determina el porcentaje de cambio volumétrico, modifcando el valor determinado en la Figura 1. %obre esta curva de porcentaje de expansión volumétrica, o sobre una curva interpolada a lápi#, si la línea no corresponde a las se?aladas en las Figuras 2 y 3, se lee el 8L< en la ordenada correspondiente a >* 28a !A lbIpulgU" !$ondo de la capa" y se anota en la Tabla 2. %e lee en la misma curva la ordenada correspondiente a 0 28a !* lbIpulgU" !parte superior de la capa" y se anota. La di$erencia entre las dos lecturas, es la expansión en la capa entre B.B m y *.> m, sometida a modifcaciones por masa unitaria o suelo ligante !pasa tami# =o. MB".
*B.%e continan las determinaciones del 8L< en cada capa de B cm, hasta que la expansión de cada capa se ha determinado como se muestra en las curvas de las Figuras 2 y 3. /ada curva se vuelve hori#ontal lo que signifca que no hay di$erencia cuando se lee el 8L< de estas curvas !realmente la expansión es despreciable o nula en cualquier punto más allá del extremo de cualquier curva dada, como se muestra en estas dos fguras". %e pueden emplear capas más gruesas para el cálculo, cuando consistan de suelo uni$orme con similares índices plásticos y contenidos de humedad. **.%e comprueba el $actor de corrección debido al suelo ligante y a la masa unitaria para cada capa. *>.%e suman los 8L< en la totalidad de todas las capas, para obtener el 8L< total para el sitio. Nota 4.- La Tabla 2 ha sido calculada sin considerar las cargas debidas a la estructura. /uando éstas se cono#can, simplemente se agregan en la columna de Dcarga promedioD, 28a !lbIpulgU" y se aumenta cada ci$ra en la columna, con el incremento de la carga unitaria de la estructura, pero nótese que la expansión se reducirá por causa del aumento de la carga. *A.8ara in$ormar los resultados del ensayo, se entrega una copia de la 7abla M con la identifcación de la obra y de su ubicación. Nota 5.- -recuentemente, durante el dise?o, es necesario estimar el 8L< sin conocer las humedades esperadas durante la construcción. 9n tales casos, el dise?o y planeamiento de una obra deberán in'uir en la escogencia de la línea de la -igura *, que se va a emplear. %i se trata de un clima entre árido y semiárido y los planos y especifcaciones no prevén control de la humedad Npeso unitario, ni preservación de la humedad, se sugiere emplear la línea para B.>LLT+. %i los planos y especifcaciones exigen control del peso unitario y de la humedad, y el mantenimiento de ésta, se podrá emplear la línea promedio. 9n las regiones de precipitación alta, se podrá utili#ar la línea promedio, cuando se contemple la preservación de la humedadR pero si además, se prevé control de la humedadNpeso unitario, se podrá emplear, la línea in$erior !B.M0 LL T >" de la Figura 1. La expresión Dpreservación de la humedadD, se refere al empleo de tramos recubiertos con bermas amplias de material granular, suelos estabili#ados, o membranas as$álticas aplicadas con este propósito.
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