A finales de marzo de 2012 hicimos una propuesta para laboratorios de mecánica de suelos que estuvieran interesados en probar la versión beta del software SoilDesignerTM para diseñar profesionalmente suelos compactados (se puede ver el vídeo de la propuesta en http://www.youtube.com/watch?v=o3PlQzKRtfU) o bajar el PDF de la misma en http://blogramcodes.blogspot.com/p/archivos-para-bajar-download.html). Un total de 15 laboratorios de Venezuela y otros países de Latinoamérica accedieron, y desde entonces hemos comenzado a recibir consultas, resultados, consejos, requisitos e interesantes anécdotas. A continuación reportamos para Uds., estimados lectores, los primeros hallazgos de este trabajo que continúa.
El software SoilDesignerTM, original de RAMCODES, permite diseñar suelos en el tercer nivel de la Pirámide de Diseño a través de la elaboración y manejo de curvas de diseño obtenidas a partir de experimentos factoriales de laboratorio. Aunque el enfoque puede ser utilizado con cualquier parámetro de resistencia (módulos elásticos, parámetros triaxiales, deformaciones plásticas bajo carga cíclica, entre otros), en este estudio se utilizó el valor CBR pues es el que tienen todos los laboratorios involucrados.
De acuerdo con la propuesta original, con cada laboratorio el trabajo se hace en cuatro fases, a saber:
- Clasificación, Gravedad específica, Proctor
- Experimento factorial con CBR de 15 puntos
- Diseño profesional con SoilDesignerTM
- Estrategia y finanzas (para convencer al cliente)
Hemos llegado exitosamente a la fase 3 con cinco de los quince laboratorios que originalmente aceptaron nuestra propuesta, y además, tres de estos laboratorios nos han enviado más de un resultado. Por países tenemos tres laboratorios venezolanos, uno colombiano y uno mexicano.
Veamos los resultados más relevantes…
Gravas limosas
La Figura 1 muestra el resultado típico de curvas de diseño para una grava limosa con 65% de retenido en tamiz No. 4. La primera característica de este tipo de suelos es la de tener una resistencia muy elevada cuando está seco (Sr=50%), e ir perdiendo gradualmente resistencia a medida que el material se va saturando. Obsérvese que aún para grados de saturación importantes como 70 y 80%, el material conserva un CBR considerable, con grados de compactación por encima de 93% del Proctor. Es en estos materiales donde compactar a un grado de compactación prefijado resulta la mayor pérdida de tiempo y dinero pues el suelo regularmente exhibe, por encima del 95% del Proctor, resistencias mucho más altas que lo requerido.
Suelos puramente cohesivos
En suelos cohesivos el comportamiento de las curvas de diseño es radicalmente distinto. La Figura 2 muestra los resultados para un limo orgánico arenoso s(OL). Como es lógico esperarse, la resistencia del suelo compactado es bastante más baja que la de una grava. Sin embargo, es notable el fenómeno en el cual el suelo permanece con prácticamente la misma curva de diseño para grados de saturación de 50, 60, 65 y hasta 70%. Inclusive para grados de compactación en el rango de 88 a 92% la resistencia del suelo se mantiene en valores considerables. Todo esto demuestra lo importante que es la contribución de la succión en la resistencia de un suelo puramente cohesivo, muy por encima de la contribución de los contactos entre partículas y trabazón dados por la densificación y el arreglo estructural a nivel macro. La curva de diseño para 90% presenta un error para grados de compactación por debajo del 98% que está asociado a las típicas dificultades de la evaluación de la resistencia en altos grados de saturación por la consistencia demasiado pastosa del suelo en la elaboración de las probetas.
Suelos gruesos arcillosos
Es curioso pero en gravas arcillosas se puede observar también el fenómeno de curvas de diseño prácticamente constantes para grados de saturación de bajos a intermedios. En el caso de la Figura 3 se aprecia que la relación entre grado de compactación y resistencia se mantuvo igual en el rango de saturación de 60 a 70%. Al igual que en una arcilla, la resistencia en este rango es importante incluso para grados de compactación entre 88 y 92%. Nuevamente, aún para un grado de saturación tan alto como 80% la resistencia se sostiene a valores de calidad de sub-base de pavimento o terraza de soporte. Estos resultados demuestran la importante influencia de la fracción cohesiva (gobernada por la succión) en la relación grado de compactación versus resistencia en un suelo mixto arcilloso.
Suelos “peligrosos”
No vas a querer un suelo así debajo de la fundación de tu estructura o en la base de tu pavimento, te lo aseguramos. Antes tendrías que aplicarle algún tratamiento o modificación, o compactarlo a muy alto grado. El de la Figura 4 es arena limosa con clasificación A-1-b(0). Sí, lo sabemos, típicamente aceptarías a este material con los ojos cerrados para tu base de pavimento de nada más ver su clasificación HRB. Sin embargo, mira lo que sucede con la curva de diseño del 50% de grado de saturación cuando el humedecimiento pasa apenas al siguiente nivel. Por ejemplo, el CBR pasa de 80%, al 50% de saturación, a apenas 20% al 60% de saturación, y llega por debajo de 5% para grado de saturación de 65% (¡!). Literalmente, este suelo compactado “no podría ver agua” pues colapsaría. Apoyándonos en la Figura 4, este suelo se podría utilizar en forma natural compactándolo por encima del 98% del Proctor. Aunque cualquiera preferiría estabilizarlo o sustituirlo. Nos dice el laboratorio que aportó estos resultados que el comportamiento que demostró este estudio es igual al que por años se ha visto en campo con estos materiales.
Estos cuatro primeros ejemplos demuestran las interesantes aplicaciones del diseño con tecnología RAMCODES, facilitada por el uso del software SoilDesignerTM.
Resumimos para ti:
- El SoilDesignerTM es capaz de producir la relación entre el grado de compactación del suelo y la resistencia para grados de saturación inferiores al 100%.
- A través del estudio de las curvas de diseño es posible identificar comportamientos típicos de los suelos, por ejemplo: a) las gravas limosas exhiben altas resistencias para un amplio rango de grados de compactación; su resistencia se va perdiendo gradualmente a medida que se humedecen. b) Las arcillas y los suelos gruesos cohesivos tienen la particularidad de conservar sus curvas de diseño para grados de saturación entre 50 y 70%. c) Existen suelos que hemos llamado aquí “peligrosos”, que pueden perder abruptamente su resistencia con el más mínimo humedecimiento.
¿Cómo vas con tus experimentos? ¿Ah, apenas te enteras de esto? ¡Escríbenos!
En la próxima entrega revisaremos ejemplos de diseño clásico y AASHTO 1993 con estos y otros materiales. Además les mostraremos unas curvas de diseño con resultados de deformación plástica obtenidos en triaxial cíclico que están de ensueño; para demostrar que no solo el SoilDesignerTM sirve para CBR sino para cualquier otro ensayo de desempeño.
Freddy J. Sánchez-Leal.@ramcodesCEO