En la mayoría de los suelos parcialmente saturados, la succión juega un papel importante a la hora de determinar la resistencia del terreno. Tal y como se señaló en el post de suelos parcialmente saturados, la succión es capaz de aumentar la resistencia del terreno. Parámetro que puede variar al cambiar la humedad, presión osmótica o atmosférica.
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| La succión es muy importante en la estabilidad de taludes |
La importancia de la succión radica en que para suelo parcialmente saturado, el aumento o disminución de esta determina la resistencia del mismo. Siendo pues, un valor que es necesario conocer en detalle; especialmente si la estabilidad de un talud, estructura de tierras o cimentación dependen de la succión para funcionar.
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| Laboratorio para estudiar las propiedades geomecánicas de los suelos |
La succión* se puede medir en el laboratorio siguiendo el procedimiento sencillo que se indica a continuación.
El procedimiento que se muestra en este post, se denomina Método del Papel de Filtro para la medición de la succión, derivado del BRE Information Paper IP 4/93 (Chandler & Crilly (1993)). Se trata de un ensayo empírico empleado para determinar el estado de “desecación” de las arcillas. El método se basa en la relación establecida entre el contenido de agua en equilibrio del papel de filtro Whatman Nº 42, después de estar en contacto con una muestra de arcilla, y la succión en los poros de la arcilla (Chandler & Guitierrez (1986)). Un ensayo similar se describe el la norma ASTM D 5298-10, si bien el estudio publicado Factors Affecting the sin embargo el paper Filter Paper Method for Total and Matric Suction Measurements muestra las limitaciones y fuentes posibles de error al hacer este ensayo.
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| Curva de calibración de papel de filtro |
Para obtener resultados óptimos, hacen falta muestras inalteradas de gran calidad. Es importante hacer notar que el estado de desecación en el terreno no se puede determinar a partir de muestras alteradas o remoldeadas. Sin embargo, existen buenas experiencias, en la ejecución de ensayos sobre muestras remoldeadas, adecuadamente recompactadas, que nos pueden proporcionar una idea de la magnitud succión del terreno, como por ejemplo en el caso de rellenos controlados. Para ello es esencial que el proceso de compactación en el laboratorio se controle para reproducir las condiciones “in-situ”, ya sea logrando una densidad determinada a la humedad relevante, o mediante la aplicación de un grado de compactación conocido. Esto es posible, para pequeñas muestras, empleando, por ejemplo, el Aparato de Compactación de Harvard.
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| Preparación de las muestras y contacto con el papel de filtro |
De la misma forma para obtener buenos resultados, hace falta un pesaje de alta precisión y un manejo muy cuidadoso. Las masas que se miden son generalmente menores que un (1) gramo y las diferencias de masa (críticas para el ensayo) son sólo pequeñas fracciones de gramo. En este punto vale la pena repetir que es esencial, para hacer el ensayo correctamente, que se sigan los procedimientos con el grado de precisión adecuado.
Equipos
1) Equipos para medir el contenido de humedad (espátula, tinas, balanza, horno, hojas de cálculo, etc.)
2) Balanza analítica con lecturas de hasta 0,0001 g, capacidad mínima 10 g
3) Termómetro 0-40º C, con una precisión de 0,1º
4) Papeles de filtro Whatman Nº 42 de 70mm de diámetro
5) Plástico para envolver bocadillos
6) Cera microcristalina en baño controlado térmicamente, pincel para la cera
7) Recipiente sellado, impermeable, para guardar las muestras
8) Bolsa pequeñas de polietileno con cierre hermético
9) Pinzas
10) Cepillo
11) Lápiz de grafito, marcador indeleble
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| Balanza Analitica de 0,0001 g |
Pasos a seguir
1) Marcar y pesar las bolsas de polietileno
2) Seleccionar y preparar las muestras a ser ensayadas
2) Seleccionar y preparar las muestras a ser ensayadas
3) Colocar los filtros de papel
4) Sellado de la muestra
5) Guardar la muestra entre 5 y 10 días
6) Remover los filtros de las muestras y colocar en las bolsas de polietileno
7) Pesar los filtros de papel en las bolsas
8) Sacar los filtros y secar al horno
9) Pesar los filtros de papel en las mismas bolsas
10) Determinar el contenido de humedad de la arcilla
11) Calcular el contenido de humedad y la succión de la arcilla
12) Reporte de los resultados del ensayo
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| Colocación del papel de filtro |
Procedimiento
1) Preparación de las bolsas de polietileno: Las bolsas de polietileno deben tener un sello, y no ser mayores de lo necesario para albergar los filtros de papel de forma confortable. Hay que marcar cada bolsa para su identificación futura empleando un marcado indeleble. Pesar cada bolsa con una precisión de 0,0001 g, empleando la balanza analítica, tomar nota de la masa (mB).
2) Preparación de la muestra a ensayar: Generalmente se emplean muestras inalteradas de 100mm. Extrúllase entre 100 a 150mm de suelo y seleccionar la porción a ser ensayada. Córtese la muestra en 4 cilindros de unos 10mm de espesor. Esta operación debe ser realizada lo más rápido posible, en un área en la que la temperatura se mantenga constante entre 20±2º C.
3) Colocación de los filtros de papel: Hacen falta tres (3) filtros de papel Whatman Nº 42 de 70mm de diámetro. Cada disco debe ser identificado con una marca hecha con lápiz, debiendo ser utilizado directamente desde el empaque. Colocar los filtros entre dos muestras del terreno a modo de relleno “tipo sandwich”, en contacto directo con la arcilla, ensamblando la muestra en el proceso. Asegúrese de que los discos se ajustan unos con otros de forma que parezca una “reconstrucción” de la muestra.
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| Colocación del papel de filtro entre muestras del terreno |
4) Sellado de la muestra: Envuelva la muestra doblemente con el “cling film” y selle el cierre con cera y una borcha. Asegurese que la muestra está completamente sellada. La cera debe ser fundida en un baño con control para asegurarse que no pasa de los 100º C.
5) Guardar la muestra: Guarde la muestra acostada (lateralmente), para minimizar la compresión de los filtros de papel, por al menos cinco (5) días, pero no más de diez (10) días. Es aconsejable establecer un período de tiempo de almacenamiento estándar. La muestra se puede almacenar en un recipiente impermeable o en una incubadora. Las muestras se pueden guardar en el laboratorio o en un lugar con la misma temperatura que el laboratorio.
6) Remover los filtros de papel: Al final del período de almacenaje, rompa el sello de las muestras y separe los discos de la arcilla. Remueva con rapidez los filtros con la pinza en el momento en que son expuestos, eliminado con un cepillo o pincel el terreno que se pueda haber adherido y que pueda desprenderse en el ensayo, colocando cada filtro en la bolsa de polietileno previamente pesada, sellándola de inmediato. Se debe eliminar, mediante un corte con tijeras, la parte del papel de filtro que pueda estar seriamente contaminada y pueda impedir el secado del papel. Este hecho se debe de anotar en el registro de la prueba.
7) Pesado de los papeles de filtro: Pese cada filtro de papel, dentro de la bolsa de polietileno inmediatamente con una precisión de 0,0001 g, empleando la balanza analítica (mBW) g.
8) Extraer y secar: Remueva los papeles de filtro de sus bolsas y colóquelos en el horno de secar a una temperatura de 105-110º C por una hora. Durante este período deje abiertas las bolsas de polietileno para que la humedad interior se evapore al medioambiente,
9) Pesar los filtros secos: Regrese el papel de filtro a cada una de sus bolsas, séllelas y péselas de nuevo con una precisión de 0,0001 g, (mBD) g
10) Determinar el contenido de humedad del terreno: Tome una muestra de cada muestra de arcilla y determine el contenido de humedad por procedimientos estándar.
11) Cálculos: Determine el contenido de humedad de cada filtro de papel (wp %) empleando la siguiente ecuación, equivalente a la que se usa para determinar el contenido de humedad de un suelo empleando la siguiente fórmula:
WP = ( mBW- mBD)/( mBD - mB) x 100
Si este valor excede el 47%, se calcula la succión empleando la siguiente expresión:
pK = 10(6,05-2,48log(Wp) kPa
Si el valor de WP es menor o igual a 47%, se calcula la succión empleando la fórmula siguiente:
pK = 10(4,84-0,0622og(Wp) kPa
De esta forma se calcula el promedio de la humedad de los tres papeles de filtro y su correspondiente succión.
Presentación y análisis de los resultados
La succión calculada (kPa) correspondiente a cada filtro y el promedio del contenido de humedad de los filtros se reporta con tres cifras significativas.
Igualmente se reportan los siguientes datos:
Nombre de la muestra
La succión calculada (kPa) correspondiente a cada filtro y el promedio del contenido de humedad de los filtros se reporta con tres cifras significativas.
Igualmente se reportan los siguientes datos:
Nombre de la muestra
Posición de cada filtro en la muestra
Masa seca de cada papel filtro, con precisión de 0,0001 g
Contenido de humedad de cada papel de filtro, con cuatro cifras significativas
El período de tiempo en el que los filtros de papel se mantuvieron en contacto con el suelo
Finalmente, se debe de hacer un análisis e interpretación de los resultados comparando los resultados de la humedad del suelo con los del papel filtro; observando la variación de los resultados obtenidos para hacer las observaciones pertinentes.
Referencias
ASTM D5298 - 10 Standard Test Method for Measurement of Soil Potential (Suction) Using Filter Paper
Direct and Indirect Measurement of Soil Suction in the Laboratory
Direct and Indirect Measurement of Soil Suction in the Laboratory
*Succión: Presión de poros negativa, llamada "matric suction" si se pone el papel de filtro en contacto con el suelo; y se suspende por encima del suelo "total suction", medido una vez que se alcanza el equilibrio en contacto con el agua del terreno o la presión de vapor respectivamente.
