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INFORME TECNICO Coeficiente de esponjamiento en movimiento de tierras

Uno de los problemas habituales, pero fáciles de resolver en el cálculo de costes y producciones de los movimientos de tierras es no tener en cuenta los cambios de volumen que experimenta el terreno cuando se excava, transporta y compacta. A continuación os voy a contar algunos de estos conceptos. El “peso específico de un suelo“, como relación entre el peso y su volumen, es un valor dependiente de la humedad, de los huecos de aire y del peso específico de las partículas sólidas. Para evitar confusiones, las determinaciones de los ensayos de laboratorio facilitan por un lado el “peso específico seco” y por otro la humedad. Fijémonos que este término es diferente de la “densidad del suelo“, que establece una relación entre la masa y el volumen. Por tanto, en las siguientes definiciones, aunque hablemos de densidad, en propiedad deberíamos hablar de peso específico. Sin embargo, a efectos prácticos no hay problemas en los cálculos (uso de kilogramos-masa frente a kilogramos-fuerza o Newtons en el Sistema Internacional). La densidad de un terreno, esto es, la masa por unidad de volumen, es una característica dependiente del estado del suelo o de las rocas. Los componentes sólidos del terreno, su ordenación, humedad, grado de compactación, índice de huecos, granulometría, son rasgos que alteran la densidad de un terreno, siendo por tanto necesario, referir en cada momento, qué tipo de densidad estamos tratando. Se denomina densidad aparente a la masa de una porción de terreno por unidad de volumen. Dicha masa estaría constituida por las partículas sólidas más el agua. Se define densidad en banco o “in situ” dB a la densidad aparente del terreno en su estado natural, antes de su extracción. El movimiento de tierras va a provocar, mediante acciones mecánicas sobre los terrenos, una reordenación de sus elementos integrantes, y por tanto, una variación de dicha densidad aparente, bien sea aumentando el volumen de los mismos (excavación), o bien disminuyéndolos (compactación). Si no existieran incrementos o disminuciones de humedad durante la manipulación del terreno, se mantendría constante el producto del volumen por la densidad aparente, es decir, la masa de la porción del terreno considerado.

Figura 2. Esponjamiento y factores de conversión La excavación de un material va a provocar un aumento de volumen, y por tanto una disminución de su densidad aparente, que llamaremos densidad del material suelto dL. Esta circunstancia debe ser considerada en los cálculos de producción tanto de excavación como de transporte. Se denomina factor de esponjamiento FW -también llamado “Factor Volumétrico de Conversión FVC”, al cociente entre los volúmenes aparentes en banco y del material suelto. Dicho factor, es evidentemente, menor a la unidad. También se denomina en la bibliografía Factor de Conversión de Esponjamiento (F.C.E.).

donde,

FW = Factor de esponjamiento. VB = Volumen que ocupa el material en banco. VL = Volumen que ocupa el material suelto. Si os interesa, podéis consultar una entrada previa donde os dejé un Laboratorio virtual para el cálculo del peso específico de un suelo. Otra relación sería el porcentaje de esponjamiento SW, que expresaría el tanto por ciento entre el incremento de volumen y el del material en banco. Ambos conceptos se podrían referir a las densidades aparentes en banco y suelta, siempre que no hubiese variación de humedad en la manipulación, al no variar la masa total.

donde, SW = Porcentaje de esponjamiento. VB = Volumen que ocupa el material en banco. VL = Volumen que ocupa el material suelto.

De la Tabla 1 pueden tomarse valores característicos de peso específico en banco y factor volumétrico de conversión, aconsejándose la determinación real para casos donde precisemos afinar mediciones o productividades. MATERIAL

gB (t/m3)

FW

CALIZA

2,61

0,59

estado natural

2,02

0,83

seca

1,84

0,81

húmeda

2,08

0,80

seca

1,66

0,86

húmeda

1,84

0,84

75% Roca-25% Tierra

2,79

0,70

50% Roca-50% Tierra

2,28

0,75

25% Roca-75% Tierra

1,06

0,80

seca

1,90

0,80

húmeda

2,02

0,79

barro

1,54

0,81

2,73

0,61

natural

2,17

0,89

seca de 6 a 50 mm.

1,90

0,89

ARCILLA

ARCILLA Y GRAVA

ROCA ALTERADA

TIERRA

GRANITO FRAGMENTADO GRAVA

húmeda de 6 a 50 mm.

2,26

0,89

ARENA Y ARCILLA

2,02

0,79

YESO FRAGMENTADO

3,17

0,57

ARENISCA

2,52

0,60

seca

1,60

0,89

húmeda

1,90

0,89

empapada

2,08

0,89

seca

1,93

0,89

húmeda

2,23

0,91

1,37

0,69

ARENA

TIERRA Y GRAVA

TIERRA VEGETAL

Tabla 1.- Peso específico en banco y factor de esponjamiento para distintos materiales. La compactación consiste en someter al terreno a esfuerzos de compresión que produzcan movimientos de sus partículas, de modo que le lleven a posiciones de mayor compacidad. Ello, evidentemente, comporta una disminución del volumen aparente del material. Se denominará factor de compresibilidad FC a la relación entre el volumen del material compactado y en banco.

donde, FC = Factor de compresibilidad. VC = Volumen que ocupa el material compactado. VB = Volumen que ocupa el material en banco. Otro tipo de definiciones usadas para expresar la relación entre los componentes de un terreno, serían las siguientes: • • •

Contenido de humedad, : relación entre la masa del agua y de los sólidos. Grado de saturación, Sr: relación entre el volumen de agua y el volumen de huecos. Índice de poros, e: relación entre el volumen de huecos y el volumen de sólidos.

•

Porosidad, n: volumen de huecos referida a la totalidad del volumen. Os dejo un vídeo donde se explican estos conceptos. Espero que os sea útil.

¿Qué es el esponjamiento? Básicamente es el aumento de volumen en un material, causado por la absorción de agua o vapor, por encima de su volumen normal cuando está seco. También llamado dilatación por humedad

La arena es un importante material de origen natural para la construccón. Mezclado con cemento y cal, millones de toneladas de arena se utilizan cada mes para la construcción como morteros, yesos y cemento. El término arena se utiliza para las partículas de roca que varían en tamaño de grano entre 2 mm y 1/16 mm. En su composición, son predominantemente óxido de sílice SiO2. Mineralogicamente, consiste sobre todo en granos quebrados del mineral de Cuarzo (SiO2) producidos como resultado de la descomposición de piedras areniscas y rocas similares. Clasificación de la arena. Las arenas se clasifican en base a su forma origen, composición y tamaño de grano. Clasificación de arenas según la forma de origen: Según la forma de origen, la arena son de tres tipo: Arenas de fosa, Arenas de la corriente Y Arenas marinas. Las arenas de fosa son generalmente afiladas y angulares en contorno. Los vientos suelen depositarlas y formar acumulaciones en suelos que pueden estar cubiertos por arcillas. Estas arenas, cuando se limpian y se lavan, hacen buenos Morteros. Las arenas del río surge como acumulaciones de gran extensión a lo largo de todos los ríos en llanuras y áreas semi-montañosas. La forma de los granos de en los ríos es casi redonda (debido al transporte considerable en aguas fluviales). Estas están generalmente libres de arcilla, incrustaciones de sal, e impurezas orgánicas. Por lo tanto, estas son las arenas más comúnmente utilizadas para fabricar Morteros, Revocos y hormigón. LaS Arenas marinas surgen en las playas y a lo largo de las costas. Al igual que las arenas del río, consisten en granos redondeados de cuarzo. Una dificultad común con estas arenas es que sus granos a menudo se cubren con recubrimientos de sales de agua de mar. Estas sales no son fácilmente separables. Por lo tanto, si se utiliza en morteros o concreto, las sales reaccionan con el materiales de construccón creando muchas dificultades. Además, las incrustaciones de sal son a menudo higroscópicas, es decir, absorben la humedad de la atmósfera.

Esto resulta en el ajuste atrasado, la humedad y la eflorescencia que pueden ocurrir en el mortero o concreto hecho con estas arenas. Por lo tanto, las arenas marinas son consideradas de inferior calidad y deben evitarse. Cuando estas son la única fuente disponible, las arenas marinas deben lavarse a fondo antes de s

Herramientas y materiales usados Herramientas: -

2 puruñas

-

1 plana 2 baldes 1 escoba 1 brocha 1 trozo de madera de 60 cms aprox. 2 probetas de 1000 ml. 1 probeta de 500ml.

Material: -

20 kg de arena 20 kg de gravilla 1500 ml de agua

Procedimiento

1- Se realizó el muestreo de diferentes puntos de acopio en cada balde para la arena y gravilla hasta conseguir 20 kg. de ambos. 2- El balde de arena se mezcló solo hasta que tuviera aspecto homogéneo y se le retiro la capa superficial. 3- Se colocó la muestra de arena en el suelo en forma cónica y se procedió a hacer el cuarteo, disminuyendo su tamaño con la plana y con la madera partiéndolo en cuatro partes. 4- Se tomaron 2/4 opuestos de la arena y se colocaron en el balde para pesarlo con lo que se obtuvieron 10 kg. Y el resto se desechó 5- Se repitió el proceso del cuarteo y el pesaje final dio 5 kg y el resto se desechó. 6- A la probeta de 1000 ml. se le agregaron 500 mg de arena y 750ml. de agua, con lo cual se procedió a eliminar las burbujas de aire y se dejó reposar. Todos estos procesos se realizaron también con la gravilla. 7- Con los resultados obtenidos se realizaron los cálculos correspondientes.

Arena (

500 − 485 ) ∗ 100 = 3% 485

Gravilla (

500−495 495

) ∗ 100 = 1%

Conclusión: Se puede concluir que el proceso debe ser efectuado al pie de la letra o sino el esponjamiento será inútil para su uso en obra, este dependerá mayormente del trabajo efectuado durante el uso de las probetas y los volúmenes, como también dependerá del material usado que debe ser óptimo para su uso en obra

Se puede concluir que que el esponjamiento se debe a la constectura