La Fig. 3.2 muestra dos de las muchas formas en que puede disponerse un sistema de esferas iguales (estibaciones o agrupaciones).
Las agrupaciones compactas representan el estado más cerrado posible del sistema. Pueden obtenerse sistemas aún menos compactos que la simple agrupación cúbica formando con cuidado cavidades dentro de la estructura, pero la agrupación cúbica simple es la menos compacta de todas las agrupaciones estables. La relación de vacíos y la porosidad de estas agrupaciones simples pueden calcularse a partir de la geometría de las mismas, dándose algunos resultados en la tabla 3.2.
Fig. 3.2. Agrupaciones de esferas iguales. a) Planta y alzado de una agrupación, cúbica. b) Planta de una agrupación compacta. Primera capa: círculos de línea continua; segunda capa: círculos de trazos; o señala la posición de los centros de las esferas de la tercera capa en una disposición cúbica de caras centradas y x, en una disposición hexagonal compacta. (Según Deresiewicz, 1958).
La tabla da también las compacidades de algunos suelos granulares típicos en estado “compacto” y “suelto”.
Se han propuesto diversas pruebas para medir las relaciones de vacíos máxima y mínima (Kolbuszewski 1948). La prueba para la determinación de la compacidad máxima supone generalmente cierta forma de vibración. Las pruebas para obtener la compacidad mínima suelen hacerse por vertido en un recipiente de una muestra de suelo secado en estufa. Desgraciadamente los detalles de estas pruebas no se han normalizado completamente y los valores de las compaci4ades máxima y mínima de un determinado suelo granular dependen del método utilizado para obtenerlas. Mediante métodos especiales pueden obtenerse compacidades superiores a la denominada compacidad máxima. Compacidades considerablemente inferiores a la mínima pueden también obtenerse, en especial en arenas muy finas y limos, sedimentando lentamente el suelo en agua o esponjando el suelo en presencia de una ligera humedad.
Tabla 3.2 Compacidades máxima y mínima de suelos granulares
Cuanto menor es la gama de tamaños de las partículas presentes (es decir, cuanto más uniforme es e suelo) y cuanto más pequeñas y angulosas son las partículas, menor es la compacidad mínima (es decir, mayor es la oportunidad de formar una agrupación floja de partículas). Cuanto mayor es la gama de tamaños presente, mayor será la compacidad máxima (es decir, los huecos entre las partículas más gruesas pueden rellenarse con las más pequeñas).
Una magnitud muy empleada para caracterizar la compacidad de un suelo granular natural es la compacidad relativa* Dr. definida por
En la Tabla 3.3 se indican las denominaciones de los suelos granulares a partir de la compacidad relativa.
Tabla 3.3 Denominación según la compacidad
La humedad de los suelos granulares naturales varía desde menos del 0.1 % para arenas secadas al aire hasta más del 40 % para arena suelta saturada.
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