viernes, 1 de marzo de 2013

¡Cuidado con dejarte guiar solo por la clasificación del suelo!

El año pasado atendimos acá en SOLESTUDIOS, la compañía consultora para la que trabajo, el caso de un cliente que solicitó un estudio de materiales de préstamo, o bancos de suelo, cercanos al sitio de su construcción  para usar en rellenos estructurales al sur del estado venezolano de Anzoátegui. Este tipo de estudio lo estamos haciendo ya con regularidad y el número de solicitantes va aumentando consistentemente.




El estudio consiste en tomar muestras alteradas de suelo a través de calicatas en los lugares de los préstamos seleccionados. Luego, llevamos las muestras al laboratorio para hacer pruebas de clasificación (granulometría y límites de consistencia) y densificación (Proctor y gravedad específica). Además, para el diseño del suelo en el rango de hidratación de la zona climática correspondiente se realiza un experimento factorial de 15 puntos con CBR a humedad de compactación, y además un ensayo de CBR de 3 puntos a 4 días de inmersión en agua (sin escurrimiento), para simular 100% de saturación. El diseño se consigue tras analizar estos resultados con el software SoilDesigner de RAMCODES.

En uno de los préstamos encontramos este material, estimado lector, fíjate bien: grava limosa con clasificación (GM)s y A-1-b(0). La composición granulométrica resultó grava=68.6%, arena=18%, y finos=13.5%, y la plasticidad es LL=NL y LP=NP. Además, los resultados del ensayo de desgaste por abrasión en máquina de Los Ángeles arrojaron valores de apenas 35%.

¿Una belleza de material, no?

Pero esperen a ver el espectro de curvas de diseño que encontramos...

Figura 1. Espectro de curvas de diseño para grava limosa en el Sur de Anzoátegui.

No es tarea difícil leer sus mentes desde aquí. Sí, es un resultado muy decepcionante para la expectativa dada por los ensayos de clasificación y resistencia a la abrasión; los valores de CBR para el rango de grados de hidratación entre 50 y 90% son realmente muy bajos.

El proyecto civil que estudiamos se encuentra en la zona climática número 3 de Venezuela que, según la actualización que hizo el Prof. José Vicente Heredia en su estudio de 2010, tiene la siguiente distribución de meses en el año de diseño:

Seco: 6 meses; Húmedo: 2 meses; Saturado: 4 meses

Con esta información, el software SoilDesigner arrojó los siguientes resultados de CBR de diseño para grados de compactación entre 94 y 98%.

Tabla 1. Resumen de resultados de diseño de suelos. Grava limosa al sur de Anzoátegui.
CBR-Condición
(%)
Grado de compactación de referencia
@94%
@95%
@98%
Seco (Sr=50%)
17
15
15
Húmedo (Sr=65%)
9
9
10
Saturado (Sr=65%)
2
3
6
Diseño AASHTO
11
10
11
DMS Proctor Modificado 2070 kg/m3. Gs=2.64

De modo que el CBR de diseño, para el rango de grados de compactación 94-98% ronda entre 10 y 11%; lo que haría de esto un suelo natural completamente descartable para uso en rellenos estructurales.

Este resultado me sorprendió mucho y lo comparé con el de otra grava limosa que había analizado un par de años atrás en el norte del estado venezolano de Anzoátegui.

Grava limosa. GM, A-1-b(0). Composición: grava=62%, arena=25.2%, finos=12.8%. Plasticidad: LL=NL, LP=NP. Desgaste en máquina de Los Ángeles: 35-50%.

La siguiente figura muestra el espectro de curvas de diseño resultante.

Figura 2. Espectro de curvas de diseño para grava limosa al norte de Anzoátegui.


¿Este sí se parece a lo que esperamos de una grava, no?

La tabla siguiente resume lo que sería el CBR de diseño de este suelo en la misma zona climática y en el mismo rango de grados de compactación.

Tabla 2. Resumen de resultados de diseño de suelos. Grava limosa al norte de Anzoátegui.
CBR-Condición
(%)
Grado de compactación de referencia
@94%
@95%
@98%
Seco (Sr=50%)
150
161
201
Húmedo (Sr=70%)
47
79
141
Saturado (Sr=4D inmersión)
6
6
8
Diseño AASHTO
84
96
127

DMS Proctor Modificado 1881 kg/m3. Gs=2.58

El CBR de diseño, para las mismas condiciones que la grava limosa del sur de Anzoátegui, es abrumadoramente más grande; está en el rango 80 a 127%.

Ahora viene la gran pregunta, ¿A qué se debe esta diferencia? No es la composición granulométrica. No es la plasticidad. No es la dureza de los agregados gruesos. Solo quedan la forma de la granulometría, la región geológica y la físico-química del suelo.

Las regiones geológicas son diferentes. La del sur de Anzoátegui tiene sedimentos arenosos de origen pluvial (transportados), usualmente muy redondeados. Los sedimentos del norte del estado, en cambio, provienen de la meteorización de un esquisto (residuales). Este hecho propiciaría dos cosas, a formas de agregado diferentes y a físico-químicas diferentes, por tanto, respuestas mecánicas diferentes. Este estudio no incluyó medición de formas de agregado (v.g. caras producidas por fractura, angularidad de los finos), ni estudios físico-químicos (v.g., pH, concentración de iones de sodio, calcio).

Nota: en una clase con el profesor venezolano J.V. Heredia, ingeniero geólogo y notable geotecnista, le consulté sobre las diferencias geológicas entre las regiones a las que pertenecen estos suelos y sus consecuencias físico-químicas y me explica que, además de la diferencia granulométrica que apunté en mi explicación, los minerales de limo de los suelos en la Mesa de Guanipa (sur de Anzoátegui) son muy inestables ante el agua, lo que provoca colapsos en la estructura del suelo compactado no tratado.

La forma de la curva granulométrica también es diferentes, como lo demuestra la Figura 3. A la grava del sur del estado le faltan tamaños intermedios (arena), cosa que hace la gradación más uniforme, comparada con la grava del norte del estado.

Figura 3. Comparación de curvas granulométricas de los dos materiales.


Este ejemplo nos recuerda, amigos, que debemos estar alerta y no dejarnos llevar solamente por la clasificación del suelo. Como bien lo dice la Pirámide de Diseño, es una condición muy vulnerable diseñar desde ahí. No habríamos podido encontrar estas impensadas diferencias entre estos dos materiales, aparentemente similares, sin un espectro de curvas de diseño, sin diseñar desde el tope de la pirámide.

Nota: en una clase con el profesor venezolano J.V. Heredia, ingeniero geólogo y notable geotecnista, le consulté sobre las diferencias geológicas entre las regiones a las que pertenecen estos suelos y sus consecuencias físico-químicas y me explica que, además de la diferencia granulométrica que apunté en mi explicación, los minerales de limo de los suelos en la Mesa de Guanipa (sur de Anzoátegui) son muy inestables ante el agua, lo que provoca colapsos en la estructura del suelo compactado no tratado.

Saludos y nos leemos,


Freddy J. Sánchez-Leal.



3 comentarios:

  1. Muy interesante! Saludos desde Argentina

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    1. Muchas gracias, Joaquin. Recomiéndanos con tus colegas. Un gran saludo.

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  2. freddy. Definitivamente tiene mucho que ver la angularidad para garantizar la estabilidad, pero desconocía la relación del CBR, por favor podrías publicar un articulo de como se interpreta el CBR y Proctor, para no cometer estos errores?.
    Gracias
    Atte.
    Alexander Benavides

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