01 Apuntes Mecánica de Suelos.pdf

MECANICA DE SUELOS Jorge V. Zegarra Pellanne*

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ORIGEN DE LOS SUELOS ESTRUCTURA DE LOS SUELOS EXPLORACION DE SUELOS ENSAYOS DE LABORATORIO HIDRAULICA DE LOS SUELOS ESFUERZOS EN EL SUELO RESISTENCIA AL CORTE DE LOS SUELOS COMPRESIBILIDAD YASENTAMIENTOS

Lima, 1999

*Profesor Principal y Jefe del Laboratorio de Mecánica de Suelos del Departamento de Ingeniería de la Pontificia Universidad Católica del Perú

MECANICA DE SUELOS

ORIGEN DE LOS SUELOS Suelos Residuales Suelos Transportados Suelos Orgánicos Suelos de Origen Geológico Secundario ESTRUCTURA DE LOS SUELOS Propiedades Indice e Ingenieriles de los Suelos Tamaño de las Partículas Suelos Granulares y Cohesivos Relaciones entre Pesos y Volúmenes Densidad Relativa Consistencia Plasticidad Sistemas de Clasificación de Suelos Descripción de Suelos EXPLORACION DE SUELOS Calicatas Sondeos Mecánicos Ensayos “in situ” Ensayo de Penetración Estándar, SPT Auscultación Dinámica con Cono Tipo Peck Ensayos de Permeabilidad en Sondeos y Calicatas Toma de Muestras ENSAYOS DE LABORATORIO Ensayos de Identificación de Suelos Permeabilidad Ensayos de Consolidación Ensayos de Compresión No Confinada Corte Directo Ensayos Triaxiales Ensayos de Compactación y CBR Otros Ensayos de Laboratorio HIDRAULICA DE LOS SUELO ESFUERZOS EN EL SUELO RESISTENCIA AL CORTE DE LOS SUELOS Resistencia Drenada y No Drenada Resistencia Drenada Resistencia No Drenada Condiciones de Drenaje en el Diseño

COMPRESIBILIDAD Y ASENTAMIENTOS Componentes del Asentamiento Asentamiento por Consolidación Suelos Normalmente Consolidados y Preconsolidados Cálculo de la Compresibilidad de una Capa de Suelo

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MECANICA DE SUELOS Jorge V. Zegarra Pellanne

ORIGEN DE LOS SUELOS Los suelos son consecuencia de la descomposición física y química de las rocas. Los suelos se generan por la meteorización de las rocas y son removidos por la erosión. La meteorización puede ser mecánica (efectos climáticos, exfoliación, erosión por viento y lluvia, abrasión, actividad orgánica, etc.) y química (oxidación, solución, lixiviación, hidrólisis, etc.). Según cual sea el origen de sus elementos, los suelos se dividen en dos grandes grupos: suelos cuyo origen se debe, esencialmente al resultado de la descomposición física y química de las rocas, y suelos cuyo origen es esencialmente orgánico. Si los productos de la descomposición de las rocas se encuentran aún en el mismo lugar de origen, constituyen un suelo residual; en caso contrario, forman un suelo transportado, cualquiera sea el agente de transporte. Adicionalmente se considera a los suelos de origen geológico secundario. En el Cuadro 1, se presenta la clasificación y algunas características de los suelos según su origen. Suelos Residuales Son suelos formados en su ubicación actual a través de la meteorización de la roca madre (o basal). Generalmente estos suelos son verdaderos residuos de la roca original; todos los materiales solubles han sido lixiviados por la continua infiltración de agua. Naturalmente, la desintegración química disminuye al aumentar la profundidad; la alteración de la roca original se vuelve gradualmente menor hasta que finalmente alcanza la roca inalterada. Algunos suelos residuales son arenosos, pero las arcillas residuales son más comunes que las arenas. Los suelos residuales tienen a caracterizarse por:   

presencia de minerales que han meteorizado de la roca madre, partículas que tienden a ser angulares o sub-angulares, grandes fragmentos de roca angulares, que tienden a encontrarse dispersos a través de la masa del suelo.

Proyecto Minería y Medio Ambiente

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Cuadro 1.- CLASIFICACION DE LOS SUELOS DE ACUERDO A SU ORIGEN (U.S. Navy, 1986) CLASIFICACION

PROCESO DE FORMACION

DEPOSITOS NATURALES

Aluvial

Varían de arcillas finas a gravas muy gruesas y Transportados y deposi- bloques. Los suelos usualmente muestran una pronuntados por acción del agua. ciada estratificación. Las gravas de los ríos son generalmente redondeadas.

Coluvial

Incluye depósitos de pie de monte. Variedades desde Transportados por la gra- arcilla a bloques. Materiales usualmente heterogéneos vedad. con un amplio rango de tamaños de partículas. Las partículas de grava son generalmente angulares.

Glacial

Las morrenas glaciales y los depósitos de morrenas usualmente tienen un amplio rango de gradación, desde arcillas a bloques. El tamaño de las partículas Transportados y deposien los materiales no lavados disminuye con la tados por los glaciares o distancia desde el origen del deshielo. La estratifiagua procedente de los cación en las morrenas y tills, es usualmente glaciares. heterogénea, pero los depósitos no lavados originan suelos estratificados con limos y arcillas en lagunas glaciares. Las partículas son típicamente angulares.

Eólico

La gradación es altamente uniforme, indistintamente de sí es estratificado o no. Típicamente, limo o arena Transportados y deposi- fina pero algunas veces la superficie está cubierta por tados por el viento una capa simple de grava fina. Los loess tienen típicamente una estructura secundaria de fisuras verticales, grietas y agujeros.

TRANSPORTADOS

RESIDUALES

Un producto del intemperismo completo es una arcilla cuyo tipo depende principalmente de dicho Intemperismo de la roca proceso. Las partículas de grava son el resultado del basal sin movimiento de intemperismo parcial y dependen más del tipo de partículas. roca. Al aumentar la profundidad, suelen ser más compactos, más resistentes y menos intemperizados

DE ORIGEN GEOLOGICO SECUNDARIO

ORGANICOS

Formados “in situ” por el La turba es oscura, fibrosa o amorfa y altamente crecimiento y descompo- compresible. Mezclas de sedimentos finos y materia sición de las plantas. orgánica producen limos y arcillas orgánicos.

Volcánico

Partículas de sedimentos con gran cantidad de residuos volcánicos. Las partículas son muy angulares Depósitos de ceniza y y alargadas. El intemperismo produce algunas veces púmice debidos a arcillas expansivas y altamente plásticas. Los erupciones volcánicas. depósitos intemperizados y consolidados a veces forman una capa de roca delgada y fácilmente trabajable.

Evaporitas

Suelos cementados o rocas ligeramente sedimentarias. Compuesto de oolitas por la precipitación del calcio Materiales precipitados o del agua de mar y sulfato de calcio de las playas de evaporados de soluciones los lagos con alto contenido de sulfatos en los con alto contenido de desiertos. La evaporita puede formarse como una sales corteza dura debajo de la superficie en regiones áridas.


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Suelos Transportados Son suelos formados por la meteorización de la roca en un lugar y que se encuentran ahora en otro lugar por efecto de diferentes agentes. Estos agentes son los que dan los diversos nombres a los suelos transportados, así tenemos: 

Aluvial: son los suelos transportados y redepositados por acción del agua. Estos suelos presentan por lo general una estratigrafía muy pronunciada, ya que el agua transporta al suelo seleccionando por la velocidad: a mayor velocidad mayor tamaño de partículas y viceversa. En las zonas en que los ríos son muy estrechos se aprecia que se depositan partículas muy grandes, mientras que en las zonas en donde los ríos se ensanchan, se depositan partículas muy finas. Los depósitos de lagos son llamados lacustres. Un depósito marino se forma cuando los sedimentos precipitan en agua salada. Los deltas son sedimentos precipitados en las desembocaduras de corrientes en bahías, océanos y lagos. Los abanicos o conos de deyección son similares a los deltas, pero se encuentran en zonas áridas. Los depósitos lacustres, marinos y deltaicos tienden a ser relativamente finos, con tamaños predominantes del limo y de la arcilla. A veces se encuentra material orgánico y vetas de arena.



Coluvial: son los suelos transportados por acción de la gravedad. Forman los depósitos de pie de monte: los materiales han ido rodando por gravedad desde la ubicación donde se encontraba la roca madre hasta la parte inferior de la ladera del cerro en el cual se encontraba ésta. Estos depósitos por lo general están sueltos y contienen vacíos.



Glacial: son los suelos transportados y redepositados por hielo glacial o agua de glaciares. En el Perú suelen ubicarse sobre los 3800 m.s.n.m. Las morrenas son depósitos glaciares no estratificados de arcilla, limo, arena y grava que cubren aquellas partes de la superficie rocosa que estuvieron bajo los hielos en los periodos de avance de los glaciares; son depósitos de suelos empujados, que forman cordones o cercos alrededor de la periferia del glacial. El material transportado por los glaciares varía desde bolones hasta arcilla, incluyendo todos los tamaños intermedios. Los suelos de origen glacial son generalmente densos y resistentes debido al peso del hielo que actuó sobre ellos. Gran porcentaje de los fragmentos de roca son de forma angular, más que redondeada. El till, de tamaño más fino que la morrena, es típico de la zona del lago Titicaca.



Eólicos: Son los suelos transportados por el viento. Muchas veces no existe una estratificación horizontal y rara vez se distingue. Frecuentemente tienen estructura secundaria de grietas verticales, juntas y agujeros de raíces. Los depósitos eólicos son primariamente loess y arenas de dunas. Los loess son sedimentos eólicos uniformes y cohesivos; el tamaño de la mayoría de sus partículas oscila entre 0.01 y 0.05 mm y su cohesión es debida a la presencia de un cementante que puede ser de naturaleza predominantemente calcárea o arcillosa.

Suelos Orgánicos Los suelos de origen orgánico se han formado casi siempre “in situ”, ya sea como consecuencia de la descomposición de vegetales (como en el caso de las turbas), ya


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sea por la acumulación de fragmentos de esqueletos inorgánicos o de conchas de ciertos organismos. De allí que los suelos de origen orgánico puedan ser tanto orgánicos como inorgánicos. No obstante, la expresión suelo orgánico se aplica generalmente a suelos transportados, producto de la descomposición de las rocas, que contienen cierta cantidad de materia orgánica vegetal descompuesta. Suelen ser de color oscuro y olor típico de la materia en descomposición (olor a podrido). Pueden variar desde suelos compactos, cuando son suelos orgánicos secos, hasta suelos blandos. Las turbas son agregados fibrosos de fragmentos macro y microscópicos de materia orgánica descompuesta. Son muy compresibles. En las turbas no se define estratificación. Suelos de Origen Geológico Secundario En este grupo se distinguen los originados por las erupciones volcánicas y aquellos con alto contenido de sales: 

Las cenizas y púmices son depositadas por acción volcánica, frecuentemente asociadas con flujos de lava y lodo o quizá mezcladas con sedimentos no volcánicos. La intemperización y redepositación producen arcillas altamente plásticas.

Las evaporitas son materiales precipitados o evaporados de soluciones con alto contenido salino. Incluye algunas variedades como la oolita precipitada de calcio en agua marina o evaporitas formadas en lagos de playa bajo condiciones áridas.


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ESTRUCTURA DE LOS SUELOS El suelo es un material particular con respecto a otros materiales de ingeniería. El suelo es el ensamblaje de partículas individuales, no es un continuo. Las propiedades ingenieriles de los suelos, como resistencia y compresibilidad, están determinadas por el arreglo de estas partículas y la interacción entre ellas antes que por sus propiedades internas. Otra importante característica que diferencia a los suelos de otros materiales es que contienen las tres fases de la materia: sólido, líquido y gas simultáneamente. La porción sólida (las partículas) incluyen uno o más de los siguientes materiales: fragmentos y minerales de roca, minerales arcillosos, materia orgánica, materiales cementantes, etc. Los líquidos y gases llenan los vacíos entre las partículas sólidas. El componente líquido usual es el agua, que algunas veces contiene compuestos en solución, provenientes de fuentes naturales o artificiales. Similarmente, el componente gaseoso usualmente es el aire, pero puede contener otros compuestos como el metano. Por simplicidad nos referiremos a estos compuestos como “agua” y “aire”. Propiedades Indice e Ingenieriles de los Suelos Las propiedades de los suelos se dividen en dos grandes grupos: propiedades índice y propiedades ingenieriles. Las propiedades índice permiten dar nombre a los suelos, con el fin de uniformizar el nombre y descripción que distintas personas dan a un suelo determinado. Sirven también para adherirlas a alguna teoría inherente a las propiedades ingenieriles. Por lo tanto, sirven para poner nombre al suelo, decidir cuales son las propiedades ingenieriles relevantes y establecer correlaciones de tendencia de las propiedades ingenieriles. Las propiedades índice se subdividen en físicas y químicas. En el Cuadro 11 se presentan una relación de las propiedades índice de los suelos, así como los métodos de ensayo de laboratorio y aplicaciones más importantes. Las propiedades ingenieriles se refieren al comportamiento de los suelos frente a solicitaciones externas y definen las características de los suelos de interés en ingeniería civil, como material de cimentación o de construcción. A su vez se subdividen en hidráulicas, mecánicas y de compactación. El Cuadro 12, es análogo al Cuadro 11, pero se refiere a las propiedades ingenieriles. Tamaño de las Partículas Dadas las características particulares de los suelos, es importante considerar el tamaño de las partículas y su efecto en el comportamiento de los suelos. Existen diversos criterios de clasificación de los suelos por su tamaño, siendo uno de los más usados el publicado por la ASTM (American Society for Testing and Materials), que se muestra en el Cuadro 2. Los símbolos y fracciones empleados en dicho cuadro están de acuerdo con el Sistema Unificado de Clasificación que se desarrolla posteriormente.


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Cuadro 2.- COMPONENTES Y FRACCIONES DEL SUELO (Lambe y Whitman, 1972) FRACCION DEL SUELO Bloques

Grava (G)

Gruesa Fina

Arena (S)

FRACCIONES GRUESAS

Bolones

Gruesa Media Fina

FRACCIONES FINAS

Limo (M)

Arcilla (C)

MATERIA ORGÁNICA (O)

GRANULOMETRIA Y DESCRIPCION

DEFINICION DE LAS PROPIEDADES

Redondeados a angulares, formados por rocas Los bloques y bolones son elementos muy estables duras de gran tamaño y diámetro medio utilizados para terraplenes, balastos y para estabilizar superior a 300 mm. taludes (enrocamientos). Debido a su tamaño y peso su Redondeados a angulares, procedentes de presencia en los depósitos naturales de suelo tiende a rocas duras; diámetro medio inferior a 300 mejorar la estabilidad de las cimentaciones. La angularidad de las partículas aumenta la estabilidad. mm pero superior a 75 mm. Redondeada a angular, procedente de rocas La grava y la arena tienen esencialmente las mismas duras; pasa por el tamiz de 3" (75 mm) es propiedades ingenieriles aunque en grados diferentes. El tamiz N° 4 (4.75 mm) es una división arbitraria y no retenida por el tamiz N° 4 (4.75 mm) corresponde a un cambio apreciable de propiedades. Entre los tamices 3" a 3/4" (75 a 19 mm) Son fáciles de compactar, resultan poco afectadas por la Entre los tamices 3/4" a N° 4 (19 a 4.75 mm) humedad y no están sujetas a la acción de la helada. Las Redondeada a angular, procedente de rocas gravas suelen ser más estables frente al flujo de agua y duras; pasa por el tamiz N° 4 (4.75 mm) y es más resistentes a la erosión y a la tubificación que las arenas. Las arenas y gravas bien graduadas son retenida por el tamiz N° 200 (75 m) generalmente menos permeables y más estables que Entre los tamices N° 4 a 10 (4.75 a 2 mm) aquellas deficientemente graduadas (granulometría Entre los tamices N° 10 a 40 (2 mm a 425 uniforme). La irregularidad de las partículas hace m) aumentar ligeramente la estabilidad. La arena fina uniforme tiene características próximas a un limo: es Entre los tamices N° 40 a 200 (425 a 75 m) decir, disminuye su permeabilidad y reduce su estabilidad al aumentar la humedad.

Partículas que pasan por el tamiz N° 200 (75 m). Identificables por su comportamiento: es decir, ligeramente plásticas o sin plasticidad cualquiera que sea la humedad y con escasa o nula resistencia al secarse al aire.

El limo es inestable por su propia naturaleza, particularmente cuando aumenta la humedad, con tendencia a fluir cuando está saturado. Es relativamente impermeable, difícil de compactar, muy susceptible a la acción de la helada, fácilmente erosionable, y sujeto a la tubificación y ebullición. Los granos de forma cúbica reducen la compresibilidad; los granos lajosos, como la mica, diatomeas, etc., aumentan la compresibilidad, dan lugar a un limo "elástico".

Partículas que pasan por el tamiz N° 200 (75 m). Identificables por su comportamiento: es decir, puede conseguirse que presenten propiedades de plasticidad dentro de una amplia gama de humedades y posean considerable resistencia al secarse al aire.

La característica que diferencia a la arcilla, es la cohesión o resistencia cohesiva, que aumenta al disminuir la humedad. La permeabilidad de la arcilla es muy baja, es difícil de compactar en estado húmedo e imposible de drenar por métodos ordinarios; compactada es resistente a la erosión y tubificación, no es susceptible a hinchamientos por efecto de la helada. Está sometida a expansión y retracción con las variaciones de la humedad. Las propiedades dependen no sólo del tamaño y forma (partículas laminadas, lajosas), sino también por su composición mineral, es decir, el tipo de material arcilloso y el medio químico o la capacidad de intercambio iónico. En general, el mineral arcilloso montmorillonita tiene el mayor efecto sobre las propiedades, siendo este efecto mínimo en el caso de la ilita y la caolinita.

La presencia de materia orgánica, incluso en cantidades moderadas, hace aumentar la compresibilidad y reduce la estabilidad de las fracciones finas del suelo. Puede Materia orgánica de diversos tamaños y en didescomponerse creando vacíos y haciendo variar las versas fases de descomposición. propiedades de un suelo por alteración química, por lo cual los suelos orgánicos no son adecuados para usos ingenieriles.


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Los principales nombres usados para clasificar suelos son: grava, arena, limo y arcilla. La mayoría de los suelos naturales contienen una gran variedad de tamaños de partículas y no caen exactamente dentro de las categorías indicadas en el Cuadro 2. En estos casos se utiliza como nombre principal el de la fracción predominante y como adjetivos los nombres de las demás fracciones presentes. Por ejemplo, si el mayor porcentaje es de grava y el suelo también contiene arena y arcilla, se le denomina grava arenosa arcillosa. La distribución de los tamaños de las partículas en un suelo particular es más fácilmente expresada en la forma de una curva de distribución de tamaños de partículas o curva granulométrica, como la mostrada en la Figura 1. Este es un gráfico del porcentaje en peso de los sólidos que es menor que cierto tamaño de partícula versus el diámetro de partícula.

Figura 1.- Curva Granulométrica

El procedimiento para determinar la curva granulométrica de un suelo es el análisis granulométrico, el cual se encuentra especificado por la Norma ASTM D-422. Para las fracciones comprendidas entre 75 mm y 75 m se hace por tamizado y, para las inferiores, por sedimentación empleando la ley de Stokes. En una curva granulométrica se define el diámetro eficaz, D10, como el tamaño de partículas tal que el 10% de las partículas son más finas que D10 y el 90% más gruesas. Análogamente se definen D30 y D60. A partir de estos diámetros se definen los coeficientes de uniformidad (Cu) y curvatura (Cc) que sirven para determinar si un suelo es bien o mal graduado:


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Cu 

D60 D10

D302 Cc  D60 D10

(1)

(2)

Suelos Granulares y Cohesivos Por sus propiedades, los suelos suelen dividirse en dos grandes grupos: granulares y cohesivos. Los suelos granulares tienen partículas mayores que los cohesivos. En los suelos granulares dominan las fuerzas de gravedad, y en los cohesivos las fuerzas eléctricas de atracción superficial entre partículas. Las partículas granulares son mas o menos equidimensionales. En los cohesivos son achatadas y alargadas. Estas características tienen un efecto significativo en el comportamiento del suelo. Los suelos granulares son aquellos que tienen las partículas separadas unas de otras. Se distinguen las gravas, de 4.75 (tamiz ASTM #4) a 75 mm; arenas, de 75 m (tamiz ASTM #200) a 4.75 mm, limos no plásticos (menos de 75 m) y combinaciones de estos materiales. La única fuente de resistencia al corte de estos materiales es la fricción y el agarre mecánico entre las partículas, que se incrementa al aumentar la presión de confinamiento. Las gravas y arenas, y en menor grado los limos no plásticos, tienen un alto coeficiente de permeabilidad. Si se saturan y se producen cambios de volumen, el agua puede ser rápidamente expulsada de los vacíos. Esta característica tiene un efecto significativo en su comportamiento. Los suelos cohesivos tienen sus partículas unidas entre sí e incluyen a las arcillas, limos plásticos y otros tipos de suelos con un contenido significativo de arcilla. Estos suelos tienen resistencia al corte independientemente de la presión aplicada, e incluso sin confinamiento. Los suelos cohesivos tienen un bajo coeficiente de permeabilidad. Muchas arcillas preconsolidadas contienen fisuras, que tienen un efecto significativo en las propiedades ingenieriles. La resistencia al corte a lo largo de las fisuras es menor que la del suelo intacto, por lo que su posición, orientación y espaciamiento influye en el comportamiento de la masa de suelo. Relaciones entre Pesos y Volúmenes Dado que los suelos tienen tres fases, es necesario desarrollar algunas metodologías para relacionarlas, definir algunas relaciones entre ellas y procedimientos de ensayo para cuantificarlas. En la Figura 2, se presenta un diagrama que describe las proporciones relativas de sólidos, agua y aire, denominado Diagrama de Fases. Cada una de las fases tiene un peso (W), un volumen (V) y un peso específico () que relaciona estas dos magnitudes. Se usan los subíndices S para los sólidos, W para el agua y A para el aire. Al conjunto de agua y aire se le denomina vacíos (V). Se conocen: A  0 y W  1 gr/cm³. En el Cuadro 3 se definen las relaciones entre pesos y volúmenes más empleadas en Mecánica de Suelos. Las relaciones entre volúmenes así como las relaciones entre


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pesos son adimensionales, y por ende independientes del sistema de unidades empleado.

VOLÚMENES

PESOS VA

Aire

A  0

WA  0

VW

AGUA

W

WW

SOLIDOS

S

WS

VV

VT VS

WT

Figura 2.- Diagrama de Fases

Cuadro 3.- RELACIONES VOLUMETRICAS - GRAVIMETRICAS

Parámetro

Definición

Rango Típico

n

n

Vv Vt

(3)

0.09 a 0.6

e

e

Vv Vs

(4)

0.1 a 1.5

S

S

Vw (%) Vv

(5)

0 a 100%





(6)

0 a 70%

s

s 

Ws Vs

(7)

2.6 a 2.8 gr/cm³

GS

Gs 

s w

(8)

2.6 a 2.8



 

(9)

1.4 a 2.3 gr/cm³

Peso Específico del Suelo Seco

d

d 

( 10 )

0.9 a 2.2 gr/cm³

Peso Específico del Suelo Saturado

sat

Peso Específico del Suelo Sumergido

’

Porosidad Relaciones entre Relación de Volúmenes Vacíos Grado de Saturación

Relaciones entre Contenido de Pesos Humedad Peso Específico de Sólidos Relaciones entre Peso Específico Pesos y Relativo de Sólidos Volúmenes Peso Específico del Suelo

Estados Límite

Símbolo


 sat 

Ww (%) Ws

Wt Vt Ws Vt

Ws  Vv  w Vt

 '   sat   w

( 11 )

( 12 )

1.4 a 2.4 gr/cm³ 0.4 a 1.4 gr/cm³

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El peso específico relativo de los sólidos, Gs (specific gravity en inglés) es adimensional e independiente del sistema de unidades; en aquellos sistemas de unidades en que W = 1, Gs coincide numéricamente con S; en el sistema británico, por ejemplo, W = 62.4 lb/pie³. En la bibliografía se pueden encontrar innumerables ecuaciones que relacionan estas propiedades índice, sin embargo siempre es posible definir todas las relaciones a partir de tres independientes (o dos en el caso de suelos secos o saturados). Se puede demostrar que conociendo tres de las relaciones anteriores, es posible calcular todas las demás. En el laboratorio típicamente se determinan los valores de , Gs y . La información usual es el valor de Gs, así como los pesos inicial y seco de un espécimen de volumen conocido (WT, WS, VT). Este procedimiento es posible sólo si se puede determinar el volumen de una muestra inalterada del suelo (VT); esto es muy difícil o imposible de determinar en el caso de arenas y gravas limpias. Una referencia importante, para suelos saturados es la información mostrada en el Cuadro 4, calculada asumiendo Gs = 2.65 para suelos arenosos y Gs = 2.70 para las arcillas. Cuadro 4.- PROPIEDADES INDICE DE SUELOS TIPICOS (Terzaghi, Peck y Mesri, 1996)

Descripción del suelo

n

e



d

sat

Arena mal graduada, suelta Arena mal graduada, densa Arena bien graduada, suelta Arena bien graduada, densa Morrena glaciar con partículas de todo tamaño Arcilla glacial blanda Arcilla glacial resistente Arcilla blanda ligeramente orgánica Arcilla blanda muy orgánica Bentonita blanda

46 34 40 30

0.85 0.51 0.67 0.43

32 19 25 16

1.43 1.75 1.59 1.86

1.89 2.09 1.99 2.16

20 55 37 66 75 84

0.25 1.20 0.60 1.90 3.00 5.20

9 45 22 70 110 194

2.12 ----------------

2.32 1.77 2.07 1.58 1.43 1.27

Densidad Relativa

La densidad relativa es un parámetro adimensional que relaciona el peso específico del suelo “in situ” con los pesos específicos en los estados más suelto y más denso en que dicho suelo puede existir. Es el parámetro más importante que se correlaciona con la resistencia al corte y la compresibilidad de los suelos granulares. Se basa en la relación de vacíos del suelo en tres estados: natural (e), más denso posible (emin) y más suelto posible (emax):

1

Contenido de humedad (en porcentaje) cuando el suelo está saturado.


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Dr 

emax  e (%) emax  emin

( 13 )

Los valores de emin y emax son determinados a partir de ensayos estándar de laboratorio. Dado que en estos ensayos se suele medir directamente el peso específico del suelo seco, es más conveniente reemplazar la relación de vacíos en función del peso específico del suelo seco, obteniéndose:    d min  d max Dr  d (%)  d max   d min  d

Sin embargo, para determinar el valor de e ó d se tienen los problemas mencionados para el caso de arenas y gravas limpias, en las que generalmente no se dispone de muestras inalteradas que permitan determinar el volumen. Por lo tanto, los valores de Dr se obtienen a partir de correlaciones con ensayos de campo, como el Ensayo Estándar de Penetración (SPT por sus siglas en inglés); así se tiene que para una profundidad de 7.5 m, la relación es la mostrada en el Cuadro 5.

Cuadro 5.- DENSIDAD RELATIVA DE SUELOS GRANULARES

Densidad Relativa Muy suelto Suelto Medianamente denso Denso Muy denso

Dr <15 15-35 35-65 65-85 > 85

N (SPT) 0-4 4-10 10-30 30-50 > 50

Teóricamente Dr debe variar entre 0 y 100%, correspondiendo a los estados más suelto y más denso posibles, respectivamente; sin embargo, si bien es poco usual, es posible encontrar valores de Dr fuera de este rango, ya que las definiciones de los estados más suelto y más denso posibles corresponden a ensayos de laboratorio arbitrarios. La densidad relativa se aplica sólo a suelos granulares, con menos de 15% de finos. Suele ser un excelente indicador de las propiedades de este tipo de suelos y es usualmente empleada en la mayoría de los métodos de análisis. Sin embargo, otras consideraciones como historia de esfuerzos, composición mineralógica, distribución granulométrica, angularidad y fábrica (la configuración de las partículas) también afectan las propiedades ingenieriles. Consistencia

La consistencia es una medida de la resistencia de un suelo cohesivo. Se mide por la fuerza necesaria para deformar al suelo en estado inalterado y con su humedad natural. Para cada estado de consistencia, existe un rango de valores de la resistencia a la compresión no confinada y del valor N del SPT. Los diferentes términos que se


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utilizan para describir la consistencia de un suelo, los correspondientes valores de resistencia a la compresión no confinada y número de golpes N del SPT, se muestran en el Cuadro 6.

Cuadro 6.- CONSISTENCIA DE SUELOS COHESIVOS Consistencia

Muy blando Blando Medianamente Compacto Compacto Muy Compacto Duro

qu (kg/cm2)

N (SPT)

0.00-0.25 0.25-0.50 0.50-1.00 1.00-2.00 2.00-4.00 >4.00

0-2 2-4 4-8 8-15 15-30 >30

Plasticidad

El contenido de humedad, , es un importante indicador de las propiedades de los suelos, especialmente los cohesivos. Por ejemplo, las arcillas con una baja humedad son más resistentes y menos compresibles que aquellas con un alto contenido de humedad. Los suelos cohesivos al ser amasados dentro de un cierto rango de contenido de humedad, adoptan una consistencia característica, que desde épocas antiguas se ha denominado plástica. Estos suelos han sido llamados arcillas, originalmente, por los hombres dedicados a la cerámica; la palabra pasó a la Mecánica de Suelos, en épocas más recientes, con idéntico significado. Posteriormente se encontró que existía una relación específica entre la plasticidad y las propiedades físico-químicas determinantes de los suelos cohesivos. Al tratar de definir en términos simples la plasticidad de un suelo, no resulta suficiente decir que un suelo plástico puede deformarse y remoldearse sin agrietamiento, pues una arena fina y húmeda tiene esas características cuando la deformación se produce lentamente y, sin embargo, no es plástica en un sentido ingenieril de la palabra; hay entre el comportamiento de la arcilla y la arena en cuestión una importante diferencia: el volumen de la arcilla permanece constante durante la deformación en estado saturado, mientras que el de la arena varía, además, la arena se desmorona en deformación rápida. Podemos definir la plasticidad como la propiedad de un material para soportar deformaciones rápidas, sin rebote elástico, sin variación volumétrica apreciable y sin desmoronarse ni agrietarse. Para medir la plasticidad de las arcillas se han desarrollado diferentes criterios, siendo el de A. Atterberg el universalmente aceptado. Atterberg notó que la plasticidad no es una propiedad permanente de las arcillas, sino circunstancial y dependiente de su contenido de humedad; y que para ser expresada adecuadamente, se deben indicar los


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contenidos de humedad máximo y mínimo que definen este estado. Según su contenido de humedad, en orden decreciente, un suelo susceptible de ser plástico puede estar en cualquiera de los siguientes estados de consistencia, definidos por Atterberg:     

Estado líquido: con las propiedades y apariencia de una suspensión. Estado semi-líquido: con las propiedades de un fluido viscoso. No puede ser amasado porque fluye. Estado plástico: en el que el suelo se comporta plásticamente. Puede ser amasado sin fluir ni agrietarse. Estado semi-sólido: en el que el suelo tiene la apariencia de un sólido, pero se deforma con facilidad. Se agrieta al amasarlo. Estado sólido: En el que el suelo es un sólido difícil de deformar. En los cuatro estados anteriores el suelo se encuentra saturado y disminuye de volumen al perder agua. En el estado sólido el suelo ya no se encuentra saturado y su volumen no varía con el secado.

Estos estados de consistencia son fases generales por las que pasa el suelo al irse secando, y no existen criterios estrictos para distinguir sus fronteras. El establecimiento de éstas ha de hacerse en forma puramente convencional. Atterberg estableció las primeras convenciones para ello, bajo el nombre de límites de consistencia. Los límites propuestos por Atterberg son2: 





Límite líquido (LL): es el contenido de humedad por debajo del cual el suelo se comporta como un material plástico. Es el límite entre los estados semi-líquido y plástico. Límite plástico (LP): es el contenido de humedad por debajo del cual se puede considerar al suelo como material semi-sólido (se agrieta al amasarlo). Es el límite entre los estados plástico y semi-sólido. Límite de contracción (LC): es el contenido de humedad por debajo del cual no se produce reducción adicional de volumen o contracción en el suelo al perder humedad. Es el límite entre los estados semi-sólido y sólido.

En conjunto son conocidos como los límites de Atterberg. La Figura 3 muestra las descripciones cualitativas de los cambios en consistencia de un suelo cohesivo al cambiar su contenido de humedad. Los suelos cohesivos secos son duros, mientras que los húmedos son suaves y flexibles. Dado que los cambios en la consistencia son graduales, los límites de Atterberg definen las fronteras entre los diversos estados de un modo si bien arbitrario, estandarizado. Los resultados de los ensayos son expresados en términos del contenido de humedad omitiendo el signo de porcentaje. Comparando los límites de Atterberg con el contenido de humedad de un suelo, el ingeniero puede tener una idea cualitativa de su consistencia.

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Atterberg también propuso los límites de cohesión y de pegajosidad, sin aplicación en la ingeniería civil.


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Los límites líquido y plástico son ensayos fundamentales para la adecuada clasificación de los suelos. Otro parámetro basado en los límites de Atterberg es el índice de plasticidad (IP) IP  LL  LP

( 14 )

Figura 3.- Límites de Atterberg

El índice de plasticidad indica el rango de humedad en el que el suelo se encuentra en estado plástico. Los suelos limosos tienen IP bajo, lo que significa que añadiendo una pequeña cantidad de agua, el suelo pasa del estado semisólido al líquido. Las arcillas tienen un mayor IP, por lo que requieren que se les añada más agua para obtener el mismo cambio en consistencia. El índice de plasticidad mide indirectamente la intensidad de las fuerzas de atracción entre las partículas del suelo; cuanto más intensas son estas fuerzas, mayor es la cantidad de agua (aumento de volumen) necesaria para que estas fuerzas se hagan nulas y el suelo pase a ser un fluido viscoso (semi-líquido). Con los datos del límite líquido e índice de plasticidad de un suelo, se clasifica el tipo de suelo que constituye su fracción fina. Para ello uno de los procedimientos más sencillos es el gráfico de plasticidad de Casagrande, representado en la Figura 4. En este gráfico, las abscisas representan el límite líquido y las ordenadas el índice de plasticidad. El gráfico está dividido en cuatro partes por una recta vertical correspondiente a un límite líquido de 50 y por una recta inclinada, llamada la línea A de Casagrande, salvo en la parte inferior, donde esta línea se convierte en una banda horizontal que se extiende entre los índices de plasticidad 4 y 7. La línea A es un límite que separa las arcillas inorgánicas que quedan en su parte superior de los limos inorgánicos y los suelos con materia orgánica que generalmente quedan por debajo de la línea A. En la banda con IP entre 4 y 7, se superponen los suelos arcillosos y limosos.

Sistemas de Clasificación de Suelos

Dada la gran variedad de suelos, es muy importante tener métodos estandarizados de clasificación, que suelen basarse en la granulometría del suelo y los límites de Atterberg. De todos estos, el más importante y universalmente aceptado es el Sistema


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Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS). En el Cuadro 7 se presenta este sistema de clasificación.

Figura 4.- Carta de Plasticidad de Casagrande (ASTM, 1998)

Los procedimientos de clasificación contemplan el caso de suelos de doble símbolo. Los símbolos de los suelos se basan en la siguiente nomenclatura:          

G (gravel): Grava S (sand): Arena M (mo o mjäla): Limo C (clay): Arcilla O (organic): Orgánico Pt (peat): Turba W (well graded): Bien graduado (para suelos granulares) P (poorly graded): Mal graduado (para suelos granulares) L (low compresibility): Baja compresibilidad (para suelos finos) H (high compresibility): Alta compresibilidad (para suelos finos)

En los Cuadros 8 y 9, se presentan algunas propiedades mecánicas de los suelos compactados de acuerdo a su clasificación.


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Cuadro 7.- SISTEMA UNIFICADO DE CLASIFICACIÓN DE SUELOS (ASTM, 1998


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Descripción de Suelos

En el Anexo, se presenta un procedimiento para la descripción de suelos en el campo, elaborado por la empresa Woodward-Clyde. Se recomienda describir y clasificar los suelos de acuerdo a las características siguientes y el orden indicado:  

    

Nombre por fracciones constituyentes Características del suelo - Suelos granulares (gravas y arenas) Tamaño de partículas Angularidad (sólo para gravas) Gradación Contenido de finos Densidad relativa - Suelos finos (limos y arcillas) Plasticidad Consistencia Grado de saturación Color Olor Otras características importantes Símbolo de Sistema Unificado

Existen procedimientos típicos de identificación para suelos finos o fracciones finas de suelos en el campo, que se hacen con la fracción que pasa la malla #40. Estos procedimientos son la dilatancia, la resistencia en estado seco y la tenacidad: 

Dilatancia (reacción al agitado): después de quitar las partículas mayores que el tamiz # 40, se prepara una pastilla de suelo húmedo, de 10 cm3 aproximadamente; si es necesario, se añade agua, a fin de dejar el suelo suave pero no pegajoso. Se coloca la pastilla en la palma de la mano, y se agita horizontalmente, golpeando vigorosamente contra la otra mano varias veces. Una reacción positiva consiste en la aparición de agua en la superficie de la pastilla, la cual cambia adquiriendo una consistencia de hígado y se vuelve lustrosa. Cuando la pastilla se aprieta entre los dedos, el agua y el lustre desaparecen de la superficie, la pastilla se vuelve tiesa y finalmente se agrieta o se desmorona. La rapidez de la aparición del agua durante el agitado y su desaparición durante el apretado sirve para identificar el carácter de los finos en un suelo. Las arenas limpias muy finas dan la reacción más rápida y distintiva, mientras que las arcillas plásticas no tienen reacción. Los limos inorgánicos dan una reacción rápida moderada.



Resistencia en estado seco (características al rompimiento): después de eliminar las partículas mayores que el tamiz #40, se moldea una pastilla de suelo hasta alcanzar una consistencia de masilla añadiendo agua si es necesario. Se deja secar la pastilla completamente en un horno, al sol o al aire y se prueba su resistencia rompiéndola y desmoronándola entre los dedos. Esta resistencia es una medida del carácter y cantidad de la fracción coloidal que contiene el suelo. La resistencia en estado seco aumenta con la plasticidad. Una alta resistencia en seco es


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característica de las arcillas del grupo CH. Un limo inorgánico típico posee solamente muy ligera resistencia, pero puede distinguirse por el tacto al pulverizar el espécimen seco. La arena fina se siente granular, mientras que el limo típico da la sensación suave de la harina. 

Tenacidad (consistencia cerca del límite plástico): después de eliminar las partículas mayores que el tamiz #40, se moldea un espécimen de 10 cm3, hasta alcanzar la consistencia de masilla. Si el suelo está muy seco debe agregarse agua, pero si está pegajoso debe extenderse el espécimen formando una capa delgada que permita algo de pérdida de humedad por evaporación. Posteriormente el espécimen se rola a mano sobre una superficie lisa o entre las palmas, hasta hacer un rollito de 3 mm de diámetro aproximadamente, se amasa y se vuelve a rolar varias veces. Durante estas operaciones el contenido de humedad se reduce gradualmente por evaporación y el espécimen llega a ponerse tieso, pierde finalmente su plasticidad y se desmorona cuando se alcanza el límite plástico. Después de que el rollo se ha desmoronado, los pedazos deben juntarse, continuando el amasado ligeramente entre los dedos hasta que la masa se desmorona nuevamente. La potencialidad de la fracción coloidal arcillosa de un suelo se identifica por la mayor o menor tenacidad del rollito al acercarse al límite plástico y por la rigidez de la muestra al romperse finalmente entre los dedos. La debilidad del rollito en el límite plástico y la pérdida rápida de la cohesión de la muestra al rebasar este límite, indican la presencia de arcilla inorgánica de baja plasticidad y arcillas orgánicas que caen debajo de la línea A. Las arcillas altamente orgánicas se sienten muy débiles y esponjosas al tacto en el límite plástico.


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EXPLORACION DE SUELOS

En cualquier Estudio de Mecánica de Suelos es fundamental la etapa de exploración. Luego de recolectar información topográfica, geológica, geomorfológica, geofísica, etc., se procede a efectuar una primera estimación de las características del suelo que se espera encontrar y de la cimentación que deberá utilizarse. En muchos casos el éxito del programa de exploración depende de esta previsión inicial, ya que sólo en función de ella se pueden elegir acertadamente el número y profundidad de sondajes, el equipo a utilizar, etc. A partir de lo anterior, y de la estimación de las características del suelo y del tipo de cimentación, debe elaborarse un programa de investigación adecuado para el problema específico en estudio, el cual deberá incluir:     

Número, ubicación y profundidad de los sondajes Equipo y personal a utilizar Tipo de sondajes Tipo y secuencia de muestras a obtener Tipo y número de ensayos “in situ” y de laboratorio a ejecutar

La ejecución del trabajo de campo consiste en la ejecución de los sondajes, obtención de muestras, realización de ensayos “in situ” y registro de los perfiles estratigráficos encontrados en base a la clasificación visual de las muestras. Esta etapa se considera la más importante de un estudio de suelos, ya que los errores u omisiones que ocurran pueden ser indetectables o imposibles de subsanar. Al iniciar la exploración de campo, es necesario verificar si la evaluación previa del suelo fue correcta, ya que en caso contrario el programa de investigación podría ser inadecuado y requerir modificación. Antes de concluir la exploración de campo, es indispensable decidir el tipo de cimentación que se utilizará, ya que ello condiciona la profundidad definitiva de los sondajes, el tipo de muestras, etc. Esta decisión implica la necesidad de evaluar las propiedades mecánicas de los suelos dentro de rangos no muy amplios, en base a la clasificación visual de las muestras y ensayos “in situ”. El dilema aparente, originado por ser la profundidad de exploración y el tipo de muestras función del tipo de cimentación que se adoptará, y a su vez el tipo de cimentación función de las propiedades mecánicas de las muestras obtenidas, se resuelve simplemente mediante una buena clasificación visual. Gran parte de la información obtenida durante la exploración de campo es absolutamente definitiva, por ejemplo la profundidad de la napa freática, la secuencia y espesor de los estratos. Cualquier error u omisión que se cometa ya sea por falta de experiencia o por el uso de equipos o técnicas inadecuadas, es imposible de corregir posteriormente. Es importante señalar que todos los trabajos de exploración de campo deben ser referenciados topográficamente, tanto en planta como en cota, ya que en los proyectos de ingeniería se utilizan cotas para la construcción.


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A continuación se describen brevemente los principales métodos de exploración y ensayos “in situ” utilizados en Mecánica de Suelos. Calicatas

La forma más rápida, directa y económica de reconocer la zona más superficial del terreno es la excavación a cielo abierto de zanjas o calicatas. Es posible tomar muestras inalteradas en el fondo y paredes de estas excavaciones. Hay que tener presente que los accidentes en este tipo de prospecciones son frecuentes y peligrosos. Para documentar la ejecución de estas excavaciones se recomienda dibujar un croquis en planta reflejando su situación e indicando sus coordenadas, hacer una descripción de los materiales excavados y de los que aparecen en las paredes y el fondo de la excavación con la ayuda de dibujos y fotografías adecuados, señalar la situación del nivel freático y anotar la relación de muestras tomadas y otras determinaciones que se hayan podido realizar. Sondeos Mecánicos

El reconocimiento de suelos mediante sondeos es, en términos generales, el método más directo para conocer el terreno en profundidad ya que permite la recuperación de testigos, la toma de muestras para ensayos de laboratorio, la realización de ensayos “in situ” y la instalación de equipos de observación tales como piezómetros, inclinómetros, etc. Los sondeos deben realizarse en puntos seleccionados donde tenga mayor interés la información que se pueda obtener y, además, aprovechar su ejecución para obtener de ellos la máxima información. La herramienta más sencilla para hacer un sondeo en el terreno es el barreno. En la Figura 5, se ilustran dos variedades de barrenos manuales. La profundidad recomendable es hasta 10 metros. Además, hay barrenos portátiles impulsados mecánicamente, en diámetros que varían de 7.5 a 30.5 cm o más. Estos se usan con frecuencia para hacer agujeros más profundos en suelos que tengan suficiente cohesión que evite que se derrumben las paredes al extraer el material.

Figura 5.- Barrenos Manuales (Peck, Hanson y Thornburn, 1987)


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Un procedimiento sencillo para hacer sondeos relativamente profundos en los depósitos de suelo es el de lavado. En la Figura 6 se muestra el equipo mínimo requerido. A medida que progresa la perforación, se observan el color y la apariencia general del agua que sale de la misma; cuando se nota un cambio, se para la inyección y se toma una muestra utilizando un muestreador de tubo (ensayo SPT o muestra inalterada). Se recomiendan para diámetros menores a 100 mm. No se recomienda la ejecución de perforaciones por lavado cuando sea preciso determinar el contenido de finos de muestras de estratos de suelos no cohesivos, o en suelos cuyas propiedades pueden variar sustancialmente al entrar en contacto con agua.

Figura 6.- Equipo para hacer Sondeos por Lavado (Peck, Hanson y Thornburn, 1987)

La perforación rotativa consiste de una “sarta” de perforación ubicada al final de las barras, constituida por una broca cortante anular, una corona de desgaste para aumentar ligeramente el diámetro y evitar que se traben las barras (reaming shell) y un tubo porta testigo (core barrel). Esta “sarta” penetra en el fondo de la perforación por rotación y presión, mientras se inyecta un fluido para lubricar y enfriar la broca. El testigo del material perforado se aloja en el tubo porta testigo. En estas perforaciones el fluido circulante puede ser agua o lodo de perforación, usualmente bentonita. Si se van a efectuar ensayos de permeabilidad, no debe usarse lodo como fluido de perforación. Los más empleados son las de broca de diamante, habiendo brocas de carburo de tungsteno y sondeos con zapata aserrada. Ensayos “in situ”

La determinación de las características del terreno mediante ensayos “in situ” ofrece una ventaja clara sobre la determinación de características en laboratorio. El terreno es ensayado, en el primer caso, sin extraer muestras que sufren alteración. Esto no es siempre cierto ya que existen situaciones (ensayos de rellenos, por ejemplo) en los que la conservación de las condiciones naturales no es de interés. También pueden existir situaciones singulares en las que los ensayos "in situ” se han de realizar en


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condiciones más lejanas de aquéllas de interés que las que se pueden simular en laboratorio, o casos en que interesa modificar en el laboratorio el contenido de humedad de las muestras a ensayar. En términos generales se recomienda, siempre que sea aplicable, determinar el mayor número de parámetros geotécnicos mediante ensayos “in situ”, especialmente los relativos a la resistencia al corte, la compresibilidad y la permeabilidad. Los ensayos de laboratorio permitirán después ampliar esas características a rangos de presiones y ambientes diferentes a los de los ensayos “in situ” y que pudieran ser de interés dentro de los objetivos del estudio. Ensayo de Penetración Estándar, SPT

El ensayo de penetración estándar, SPT, es el más común dentro de los ensayos “in situ”; en la geotecnia actual, es el ensayo más empleado para investigar la densidad relativa de depósitos de arena en profundidad. El ensayo se realiza dentro de un sondeo cuyas paredes o son estables o están soportadas por el revestimiento adecuado. Una vez alcanzada la profundidad donde ha de realizarse el ensayo y estando el fondo limpio, se procede a hincar, en el fondo, un muestreador de tubo con la punta biselada (cuchara SPT) de diámetro exterior igual a 51 mm (2 pulgadas) y de diámetro interior igual a 38.1 mm (1.5 pulgadas). La hincha se realiza mediante golpes con un martillo en la cabeza de las barras. El martillo es de 63.5 kg (140 lb) y se deja caer libremente desde 76 cm (30 pulgadas) de altura sobre la cabeza de las barras. Las Figuras 7 y 8 muestran diversos detalles del ensayo SPT y el muestreador.

Figura 7.- Muestreador SPT (Coduto, 1994)

Para depósitos de gravas, y para evitar la rotura de la cuchara, se utilizan puntas cónicas ciegas de igual diámetro exterior. Durante la hinca se cuentan los números de golpes necesarios para avanzar tres tramos de 15 cm (6 pulgadas). La hincha se detiene cuando el avance total es de 45 cm. El número de golpes necesario para avanzar la hinca los dos últimos tramos de 15 cm es el valor N del SPT.


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Al extraer la cuchara, una vez realizado el ensayo, se puede obtener una muestra, alterada por la hinca, del terreno atravesado.

Figura 8.- Ejecución de Ensayo SPT (Coduto, 1994)

El ensayo está normalizado (Norma ASTM D-1586) y su ejecución debe ser cuidadosa, de manera que el resultado pueda ser interpretado en el contexto de la gran experiencia existente. En particular, se advierte que pueden ser motivo de error importante, entre otros, los siguientes hechos:           

sifonamiento del fondo del sondeo por desequilibrio entre el nivel de agua externo y el nivel de agua en el sondeo; mala limpieza del fondo antes de iniciar el ensayo; peso del martillo diferente de 63.5 kg; defecto en la medida de la altura de caída del martillo; rozamiento en la caída del martillo (caída no libre); golpeo excéntrico sobre las barras; mal estado de la cuchara (biseles romos o dañados); uniones flojas entre las barras; sondeo de diámetro excesivo; revestimiento muy por encima o muy por debajo del nivel de ensayo; barras más pesadas que el estándar.

En los Cuadros 5 y 6 se presentaron importantes relaciones entre el valor N del SPT y la densidad relativa de suelos granulares y la resistencia a la compresión no confinada de suelos cohesivos, respectivamente.


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Auscultación Dinámica con Cono Tipo Peck

El ensayo de auscultación con cono dinámico consiste en la introducción en forma continua de una punta cónica tipo Peck. El equipo que se emplea para introducir la punta cónica en el suelo es el mismo que el empleado en el Ensayo de Penetración Estándar (SPT), en el que se reemplaza la cuchara estándar por un cono de 6.35 cm (2.5 pulgadas) de diámetro y 60 de ángulo en la punta (Figura 9). Este cono se hinca en forma continua en el terreno. El registro de la auscultación se efectúa contando el número de golpes para introducir la punta cónica cada 15 cm. El resultado se presenta en forma gráfica indicando el número de golpes por cada 30 cm de penetración.

Figura 9.- Cono Tipo Peck (Sencico, 1997)

El cono tipo Peck debe calibrarse previamente con respecto al Ensayo de Penetración Estándar con la finalidad de obtener el parámetro  a usar para obtener N: N   Cn donde, N : Cn :  :

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número de golpes por 30 cm de penetración en el SPT, número de golpes por 30 cm de penetración con el cono tipo Peck, coeficiente de correlación.

Las auscultaciones dinámicas son ensayos que requieren investigación adicional de suelos para su interpretación y no sustituyen al SPT. El uso del cono de Peck se recomienda hasta 8 metros de profundidad. En ningún caso se debe superar los 10 metros. El ensayo se encuentra normalizado en el Perú (NTE E 050). Ensayos de Permeabilidad en Sondeos y Calicatas

El control de las pérdidas de agua en calicatas cuyo interior se haya saturado previamente o en sondeos llenos de agua hasta niveles superiores al nivel freático del entorno (ensayo Lefranc) o en sondeos obturados con presión forzada (ensayo Lugeon), permiten una estimación aproximada de la permeabilidad del terreno.


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La permeabilidad obtenida de estos ensayos puede utilizarse en el análisis cualitativo de las condiciones de drenaje de un determinado problema o para cálculo de filtraciones. Si la permeabilidad resultase ser un parámetro crítico de proyecto, entonces puede también determinarse mediante ensayos de bombeo específicamente pensados para el análisis del problema concreto. Toma de Muestras

La toma de muestras es una de las actividades más importantes de un estudio de mecánica de suelos. Por ese motivo debe estar planificada antes de comenzar los trabajos de campo. Las muestras pueden tomarse de sondeos, de calicatas o de lugares especificados donde no se haya hecho una perforación o excavación previa. Las muestras pueden ser alteradas, esto es, que hayan sido deformadas o que después de tomadas tengan otra densidad o humedad distintas de las originales, o inalteradas, esto es, en las que las dimensiones, humedad y densidad (y por lo tanto la resistencia, la deformabilidad y la permeabilidad) sean lo más próximas posibles a las originales. En cualquier caso, las muestras han de ser representativas del suelo que se quiere ensayar. En ese sentido deben evitarse siempre los lavados o segregaciones de las muestras salvo que ese aspecto, por alguna razón singular, no tenga importancia en el problema en estudio. Las muestras alteradas pueden tomarse manualmente, con pico y pala, con excavadoras mecánicas o proceder de testigos de sondeos. Pueden transportarse en sacos o bolsas. Las muestras inalteradas pueden tomarse con tomamuestras específicos (hincando tubos de pared delgada), de paredes o del fondo de calicatas (en bloque). Deben empaquetarse, transportarse y conservarse en el laboratorio hasta su ensayo de manera que no sufran alteración. La toma de muestras más usual de los reconocimientos geotécnicos se realiza en sondeos mediante tomamuestras específicos adaptados al tipo de terreno. En el Cuadro 10 se resume información relativa a los tomamuestras más usuales. La toma de muestras inalteradas o poco alteradas de suelos granulares limpios no es posible por procedimientos convencionales. La toma de muestras debe quedar documentada indicando, para cada muestra o grupo de muestras, su procedencia (sondeo, calicata u otro punto de coordenadas conocidas), su profundidad, la posición del nivel freático en el lugar donde se tomó la muestra, así como cualquier observación que se considere oportuna. Ya que las muestras se toman para hacer ensayos de laboratorio, su número y ubicación sólo deben definirse tras considerar los ensayos que resulten necesarios para analizar los problemas objeto del estudio.


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Cuadro 10.- PROCEDIMIENTOS HABITUALES DE TOMA DE MUESTRAS EN PROFUNDIDAD Procedimiento

Tipo de Terreno

TUBOS TOMAMUESTRAS HINCADOS En el fondo de los sondeos se pueden introducir tubos de pared delgada (Shelby) que alteran poco el terreno que queda alojado en su interior. Existen distintos procedimientos según los suelos sean blandos (tomamuestras hincados a presión o por vibración, “vibracore”, y con distintos sistemas de retención del testigo) o a percusión cuando el terreno es de compacidad media e incluso alta

Suelos cohesivos de consistencia muy blanda a medianamente compacta y algunos suelos granulares con suficientes finos y no muy densos

Poco alterada

TUBOS PORTAMUESTRAS En los sondeos mecánicos realizados a rotación se aloja un tubo en el interior del elemento inferior de la perforación que protege parcialmente la muestra a tomar de los efectos de rotación

Suelos cohesivos de consistencia dura a muy dura y rocas.

Algo Alterada

TESTIGOS DE PERFORACION En los sondeos perforados con corona hueca se puede obtener en suelos duros el núcleo de terreno no destruido durante el avance.

Suelos cohesivos de consistencia dura o muy dura y rocas

Algo alterada alterada

CUCHARA SPT La hinca del tubo que conforma la cuchara SPT permite en buen número de suelos obtener una muestra del terreno atravesado durante su hinca

Suelos cohesivos no muy compactos y suelos granulares sin gravas no muy densos y con algunos finos

Muy alterada


Calidad de la Muestra

a

muy

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ENSAYOS DE LABORATORIO

Los ensayos de laboratorio constituyen una herramienta fundamental para el estudio de las propiedades índice e ingenieriles de los suelos. Siempre que se haga un ensayo de laboratorio debe quedar constancia clara del origen de la muestra sobre la que se ha hecho, la fecha en que fue obtenida, debe constatarse si la muestra está total o parcialmente alterada o si se considera inalterada. Debe dejarse constancia de la forma en que fue embalada, transportada y conservada en el laboratorio hasta su ensayo, así como los procedimientos con los que se hicieron los ensayos de laboratorio. Ensayos de Identificación de Suelos

Dentro de este grupo de ensayos de laboratorio se consideran incluidos:       

Ensayo granulométrico por tamizado y por sedimentación. Ensayos de límites de Atterberg Determinación del peso específico relativo de los sólidos Análisis químico del suelo: contenido de sulfatos, carbonatos, sales solubles totales y materia orgánica Análisis químico del agua intersticial. Peso específico del suelo Contenido de humedad natural

Los cinco primeros ensayos se pueden realizar con muestras alteradas o inalteradas. En cualquier caso, exigen desmenuzar previamente la muestra. Los dos primeros ensayos (granulometría y límites de Atterberg) permiten clasificar los suelos. Los ensayos de peso específico y contenido de humedad natural permiten conocer las dos variables más importantes del suelo en su estado natural. Su determinación debe hacerse, sin embargo, en muestras inalteradas o poco alteradas. En el Cuadro 11, se presenta una relación de estos ensayos. Permeabilidad

La determinación del coeficiente de permeabilidad se puede hacer en laboratorio mediante permeámetros de carga constante o de carga variable. Frecuentemente, los ensayos en los suelos más permeables se ejecutan a carga variable en moldes rígidos y en los menos permeables se realizan a carga constante (alta presión) en celdas triaxiales. Las condiciones de ensayo tales como tamaño de las muestras, forma de preparación, gradientes hidráulicos, etc., deben especificarse debidamente ya que no existe una normativa claramente establecida para este tipo de ensayos. La permeabilidad de los suelos cohesivos también puede calcularse de los ensayos de consolidación. En el Cuadro 12 se muestra información sobre este ensayo y otros para la determinación de las propiedades ingenieriles de los suelos.


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Cuadro 11- ENSAYOS DE LABORATORIO- PROPIEDADES INDICE ENSAYO

Clasificación Visual

Contenido de Humedad

Peso Específico de los Sólidos

Tamizado

Granulometría

FISICAS

Sedimentación

APLICACION Primer paso antes de la programación de los ensayos de laboratorio.

Se usa en muchos ensayos

Usado en la determinación de las características de un suelo.

Clasificación de suelos. Estimación de la susceptibilidad de un suelo a la acción de la helada.

Se emplea para la selección de materiales para la estabilización de carreteras, diseño de represas, etc.

Límite Líquido

Contenido de humedad de una muestra de suelo (expresada como porcentaje de suelo seco) a una consistencia tal que las dos porciones de suelo separados en la cuchara de la máquina de límite líquido, se toquen 12.7 mm luego de 25 golpes.

Límite Plástico

Contenido de humedad de un suelo cuando al rolar un cilindro se rompe a 3.2 mm de diámetro.

Límite de Contracción

Contenido de humedad al cual un suelo saturado deja de contraerse cuando se está secando. El peso, volumen y humedad corresponden a una pastilla de suelo. El volumen se obtiene por desplazamiento de un líquido como el mercurio

Estimación de los efectos sobre la cimentación de una estructura cuando el contenido de humedad puede variar luego de la construcción.

Densidad Máxima y Mínima

La densidad máxima se obtiene por compactación del suelo en un depósito de volumen conocido. La mínima se obtiene colocando el suelo en la forma más suelta posible en el mismo volumen

Determinación de la densidad relativa de suelos granulares, para comparar resultados de ensayos con los estados naturales del suelo.

Materia Orgánica

Destrucción de la materia orgánica Clasificación de suelos orgánicos. por agentes oxidantes y medida de Preparación de los suelos la pérdida en peso. orgánicos para la sedimentación.

Sulfatos

Precipitación de los sulfatos Grado de ataque del suelo o del mediante sulfato de bario y medida agua al concreto por agresividad de del precipitado en peso. los sulfatos.

Plasticidad

QUIMICAS

METODO Descripción visual de las características del suelo, tales como: tamaño de las partículas, gradación, consistencia, plasticidad, textura, color, grado de saturación, etc. Determinación de la pérdida de peso de una muestra de suelo luego de secada en un horno por 24 horas a 110°C. Determinación del peso específico de los sólidos de un suelo empleando un picnómetro, tomando especiales precauciones tales como la eliminación de las burbujas de aire. Separación de los tamaños de un suelo por medio de mallas estándar. Los resultados se expresan como porcentaje acumulado de material que pasa cada malla El suelo es mezclado con agua destilada y defloculante. Se determina el cambio de densidad de la suspensión con el tiempo y se calcula el diámetro equivalente empleando la Ley de Stokes.


Clasificación de suelos. Estos ensayos proporcionan una rápida estimación de algunas propiedades de los suelos arcillosos.

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Ensayos de Consolidación

Los ensayos de consolidación están especialmente indicados para estudiar los asentamientos de suelos arcillosos saturados. Estos ensayos suelen realizarse incrementando la carga vertical en escalones, de manera que cada nueva carga duplica la compresión vertical existente en el escalón anterior. El ensayo suele alcanzar cargas verticales máximas de 10 kg/cm², aunque es posible especificar cargas mayores si el problema que se requiere analizar lo requiere. El ensayo incluye también el control de deformaciones durante la descarga. Se recomienda mantener cada carga por un mínimo de 24 horas. Los ensayos de consolidación suelen realizarse con probetas saturadas aunque es posible, en casos especiales, hacerlos con humedad menor o saturarlos después de haber colocado cierta sobrecarga. El mismo equipo de consolidación se usa también para medir la presión de hinchamiento de arcillas no saturadas. Ensayos de Compresión No Confinada

Están indicados para ensayar muestras de suelos cohesivos inalterados, así como suelos cohesivos recompactados. De su resultado se obtiene una idea precisa de la resistencia al corte del suelo en condiciones de saturación similares a las del ensayo. El resultado puede ser poco preciso en arcillas fisuradas. Siempre que se haga este ensayo se debe determinar para cada probeta, la humedad y la densidad antes del ensayo. Corte Directo

Se utiliza para estimar la resistencia al corte de suelos cohesivos y granulares. En suelos cohesivos puede realizarse en muestras inalteradas o recompactadas. En arenas sólo puede efectuarse en muestras recompactadas. El ensayo de corte directo puede realizarse con las probetas semisaturadas, tal como esté la muestra de las que proceda, o con una saturación adicional provocada en el equipo de ensayo. Del ensayo se puede obtener una estimación aproximada de la resistencia al corte y de la deformabilidad del suelo. Las condiciones de deformación son tan poco homogéneas en la caja de corte que no se debe esperar precisión en los parámetros resistentes. Por ese motivo su utilización sólo es aconsejable cuando no existe la posibilidad de hacer ensayos triaxiales o cuando la precisión requerida es mínima. Ensayos Triaxiales

Este ensayo está especialmente indicado para conocer la resistencia y la deformabilidad del suelo ante distintos niveles de confinamiento. Se puede realizar con muestras de cualquier tipo de suelo, ya sean alteradas, inalteradas o recompactadas. Es difícil, sin embargo, preparar probetas de suelos granulares.


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El ensayo se puede hacer con probetas de distinto tamaño. Usualmente se ensayan probetas cilíndricas de altura aproximadamente igual al doble del diámetro. El diámetro usual mínimo es 35 mm y es posible ensayar en el Perú probetas de hasta 150 mm de diámetro. Evidentemente la elección del tamaño de la probeta depende de la granulometría (tamaño máximo) del suelo.

Cuadro 12- ENSAYOS DE LABORATORIO- PROPIEDADES INGENIERILES

HIDRAULICAS

ENSAYO

METODO APLICACION Determinación del flujo y de la pérdida de carga cuando el agua Cálculo del flujo de agua a través pasa a través del suelo. Se del suelo emplean dos sistemas: carga constante y carga variable.

Permeabilidad

Consolidación Unidimensional Compresibilidad

MECANICAS

Consolidación Triaxial

Compresión No Confinada

Compresión Triaxial

COMPACTACION

Resistencia al Corte

Observación del cambio de volumen en una muestra de suelo sujeta a incrementos de presión vertical. La muestra de suelo tiene Permite evaluar los asentamientos alrededor de 6 cm de diámetro y 2 que se producirán al aplicar una cm de altura. carga al suelo. de la Determinación del cambio del Determinación volumen por medio de la cantidad permeabilidad. de agua expulsada por una muestra de suelo colocada en una celda triaxial. Compresión de una muestra de suelo a contenido natural de humedad, con una velocidad de deformación de 0.5% a 2% por Determinación de los parámetros de resistencia al corte del suelo, de minuto. presiones admisibles de cimentaCompresión de una muestra de ciones, diseño de taludes, cálculo suelo dentro de una celda que de presiones de suelo, etc. permite aplicar presiones de confinamiento. La velocidad depende del tipo de ensayo.

Corte Directo

Corte de una muestra de suelo confinada dentro de una caja que puede ser redonda o cuadrada.

Veleta

Determinación de la resistencia al Determinación rápida de la corte mediante la medida de la resistencia al corte de un suelo. resistencia que opone el suelo al giro de una veleta introducida en él.

Proctor (Estándar y Modificado)

El suelo es compactado en cilindros mediante golpes de un Estimación y control de martillo de un peso determinado compactación de suelos para que cae de una altura estándar. El diques, carreteras, aeropuertos, etc. suelo se compacta a varios contenidos de humedad.

Relación de Soporte California (CBR)

Determinación de la carga requerida para que un pistón circular penetre 1/2" en una Diseño de pavimentos muestra de suelo a velocidad carreteras y aeropuertos. constante. La carga es expresada como un porcentaje de la carga estándar.


para

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El ensayo suele hacerse con o sin consolidación previa y rompiendo la muestra con el drenaje abierto o cerrado. Son típicos los ensayos:   

UU (unconsolidated, undrained): sin consolidación previa y rotura sin drenaje CU (consolidated, undrained): con consolidación previa y rotura sin drenaje CD (consolidated, drained): con consolidación previa y rotura con drenaje

El ensayo tipo CU, se puede hacer con o sin medida de las presiones intersticiales de la probeta (presión de poros). Los ensayos se suelen realizar con probetas saturadas previamente con una contrapresión, aunque el ensayo UU puede hacerse con probetas no saturadas. En cada ensayo triaxial se suelen romper tres probetas, cada una de ellas sometida a una presión de celda o confinamiento (3) superior en 0.5, 1 y 2 (ó 1, 2 y 4, por ejemplo) kg/cm² a la contrapresión de saturación. Es posible y aconsejable indicar otras presiones de ensayo que puedan ser más adecuadas al problema que se investiga. La primera etapa del ensayo consiste en aplicar la presión de confinamiento. Durante la segunda etapa, de aplicación de la carga vertical () o de rotura, se toman datos de esfuerzo-deformación. El conocimiento de esos datos de deformación es esencial para deducir la deformabilidad del suelo. De la interpretación de ensayos triaxiales se obtienen los parámetros de resistencia al corte y deformación del suelo en condiciones no drenadas (ensayos UU) o drenadas (ensayos CU con medida de presión de poros o ensayos CD). En el Cuadro 13, se resumen las características de los tres tipos de ensayos triaxiales. Se adjunta un Anexo del Laboratorio de Mecánica de Suelos de la Pontificia Universidad Católica del Perú, con información adicional sobre ensayos triaxiales.

Cuadro 13.- ENSAYOS TRIAXIALES TIPO DE ENSAYO

PRIMERA ETAPA

SEGUNDA ETAPA

Consolidado Drenado (CD)

Aplicar 3 Permitir drenaje completo (ua = 0)

Aplicar  lentamente Permitir drenaje completo (ud = 0) En la falla, uf = 0

Consolidado No Drenado (CU)

Aplicar 3 Permitir drenaje completo (ua = 0)

Aplicar  No permitir drenaje (ud  0) En la falla, uf = ud (f)

No Consolidado No Drenado (UU)

Aplicar 3 No permitir drenaje (ua  0)

Aplicar  No permitir drenaje (ud  0) En la falla, uf = ua + ud (f)


34

Ensayos de Compactación y CBR

Los ensayos de compactación están indicados para el estudio del efecto de la humedad en la densidad máxima que puede alcanzarse al compactar un suelo. Los ensayos de compactación se realizan con muestras de cualquier tipo de suelo hasta gravas que puedan tener 25 mm (1”) de tamaño máximo. Los ensayos más tradicionales son el Proctor Estándar y el Proctor Modificado. El segundo se realiza compactando con energías mayores y por eso suele alcanzar densidades más altas (5 a 15% mayores que las correspondientes al Proctor Estándar). El resultado de estos ensayos es especialmente aplicable al control de calidad de compactación de rellenos. El ensayo de Relación Soporte de California (CBR por sus iniciales en inglés), permite determinar la capacidad portante de suelos, para su uso en el diseño de pavimentos. Otros Ensayos de Laboratorio

Los ensayos mencionados en los apartados anteriores están muy lejos de ser una relación completa de los ensayos posibles. Existe una gran variedad de ensayos, menos comunes, que pueden ser de gran interés en el estudio de determinados problemas específicos. Entre otros ensayos de suelos, cabe citar:   

  

Determinación de la relación succión-humedad en procesos de humectación y secado de suelos. Determinación de la presión de hinchamiento y de la expansión libre de suelos expansivos. Ensayos de dispersabilidad (o dipersividad) mediante análisis químico de los cationes del agua de adsorción de arcillas. Ensayos de dispersabilidad “pin-hole”. Ensayo de dispersión mediante doble densímetro. Ensayos de compresión brasileños (medida indirecta de la resistencia a tracción) Ensayos de veleta (vane test) de laboratorio. Ensayos de compresión en la célula Rowe (consolidómetro de 25 cm de diámetro).

Cada vez con mayor frecuencia se realizan ensayos de laboratorio especiales (muestras de gran tamaño, prototipos ensayados en máquinas centrífugas, modelos reducidos, etc.) que son de gran interés pero que se escapan del ámbito de estas notas.


35

HIDRAULICA DE LOS SUELOS

Los vacíos presentes entre las partículas del suelo, permiten el flujo de agua a través de ellos. Es importante conocer cuanta agua puede fluir a través de un suelo por unidad de tiempo. Este conocimiento es requerido para el diseño de presas de tierra, para determinar la filtración bajo estructuras hidráulicas y durante la construcción de cimentaciones. En 1856, Darcy propuso la siguiente ecuación (ver Figura 10) para calcular la velocidad de flujo de agua a través de un suelo: vk i

( 16 )

donde, v : k : i :

velocidad, coeficiente de permeabilidad del suelo, gradiente hidráulico.

Figura 10.- Definición de la Ley de Darcy (Das, 1984)

El gradiente hidráulico i se define como:

i

h L

( 17 )

donde, h : diferencia de carga piezométrica entre las secciones A y B, L : distancia entre las secciones A y B (perpendiculares a la dirección del flujo). El valor del coeficiente de permeabilidad de los suelos varía mucho. En el laboratorio puede determinarse por los ensayos de carga constante o variable. En el Cuadro 14 se presentan los coeficientes de permeabilidad y las condiciones de drenaje para diversos tipos de suelos. En suelos granulares, el valor depende de la relación de vacíos. Hazen plantea la siguiente relación para arenas uniformes sueltas: k  C1 D102

( 18 )

donde, C1 es una constante que varía entre 100 y 150 (1/cm seg). Proyecto Minería y Medio Ambiente

36


37

ESFUERZOS EN EL SUELO

Los esfuerzos en los suelos son el resultado de las fuerzas de gravedad que actúan sobre la masa de suelo y la acción de las cargas externas. Es usual que en un suelo se presenten esfuerzos normales y cortantes, que se representan por  y  respectivamente. Dado que la resistencia a la tracción de los suelos es muy pequeña, los esfuerzos normales son usualmente de compresión, y a estos se les considera como positivos en Mecánica de Suelos. Los esfuerzos de compresión vertical desarrollados en un suelo son el resultado de su propio peso, similar a las presiones que se desarrollan en el agua, más el efecto de cargas externas. El esfuerzo debido al peso propio es cero en la superficie y se incrementa con la profundidad a una tasa igual al peso específico del material. A estos esfuerzos se les conoce como geoestáticos. Es importante señalar que en suelos los esfuerzos se definen como un promedio con relación al área total (sólidos y vacíos). El esfuerzo vertical en un suelo puede ser expresado en términos de esfuerzo total o efectivo. Si sólo se consideran los esfuerzos geoestáticos, el esfuerzo vertical total (v) en un punto se define como el peso total de una columna de suelo, incluida el agua en sus poros, dividida entre el área total de dicha columna:

v 

WT h A h

v 

WT h VT

 v  h

( 19 )

Si hay varios estratos de suelo, es necesario expresarlo como una sumatoria:

Figura 11.- Esfuerzo Total en un Suelo


38

 v    i hi donde, v : i : hi :

( 20 )

esfuerzo vertical total en un punto del suelo, peso específico del estrato de suelo “i”, espesor del estrato de suelo “i”.

Esa expresión es análoga al procedimiento para calcular la presión hidrostática, excepto por el hecho que el peso específico del suelo puede variar con la profundidad. El esfuerzo vertical efectivo (´v) se define como el peso neto de la columna de suelo bajo agua dividida por el área total. El peso neto del suelo es igual al peso de las partículas sólidas menos la pérdida de peso de dichas partículas debido a la inmersión bajo el agua (principio de Arquímedes):

v' v' v' v'

WS  VS  W A

(WS  WW )  (VS  W  WW ) A WT  (VS  W  VW  W ) A WT  (VS  VW )  W A

v'

WT h VT  W A h A

v'

WT V h  T W VT A

 v '  h W h

 v '  ( W ) h  v '  v  u

( 21 )

donde, v se puede calcular con la ecuación 19 ó 20 y la presión de poros, u: u   W zW donde, u :

w : zw :

( 22 )

presión neutra o de poros en el agua, peso unitario volumétrico del agua, profundidad del punto bajo la napa freática.

Igual que para el esfuerzo total, si hay varios estratos de suelo, es necesario efectuar Proyecto Minería y Medio Ambiente

39

una sumatoria. Los esfuerzos efectivos son importantes, pues son los que controlan el comportamiento del suelo. Por ejemplo, la componente friccionante de la resistencia al corte de un suelo, depende de las fuerzas normales que actúan entre las partículas, que es función de los esfuerzos efectivos, no de los totales. Una forma alternativa de calcular los esfuerzos efectivos, es usar la ecuación 20 con el peso unitario volumétrico del suelo sumergido, ’:

 v   'i hi

( 23 )


40

RESISTENCIA AL CORTE DE LOS SUELOS

En Mecánica de Suelos, la resistencia crítica de un suelo es su resistencia al corte. Esto se debe a que la resistencia a la tracción es muy pequeña (y casi universalmente aceptada como cero) y porque la aplicación de cargas de compresión suelen causar una falla en corte, no en compresión. Se consideran dos fuentes de resistencia al corte: 

Resistencia por fricción: similar a los problemas clásicos de fricción de deslizamiento de Física. La fuerza que resiste el deslizamiento es igual a la fuerza normal multiplicada por el coeficiente de fricción, . La resistencia al corte es directamente proporcional a la fuerza normal aplicada que actúa entre las partículas; es decir, esta componente de la resistencia al corte es directamente proporcional al esfuerzo efectivo, ’.



Resistencia por cohesión: en las arcillas las partículas individuales se adhieren entre sí. Esta es otra fuente de resistencia al corte, que es independiente de la fuerza normal.

En numerosos cuerpos sólidos, la relación entre los esfuerzos tangencial (cortante) y normal que producen la rotura siguen una curva del tipo indicado en la Figura 12, llamada “envolvente de Mohr”. Los círculos mostrados, corresponden a ensayos triaxiales en los que los esfuerzos principales menor (3) e intermedio (2) son iguales, y en el que se ha producido la falla al alcanzar el esfuerzo principal mayor (1). Para obtener la envolvente de falla, se repite el ensayo anterior con diferentes valores de 3, encontrando los correspondientes valores de 1. La falla se produce cuando alguna combinación de esfuerzos se ubica en la envolvente de Mohr. Este planteamiento puede hacerse con esfuerzos totales o efectivos.

Figura 12.- Círculo de Mohr y Envolvente de Mohr

El criterio anterior se simplifica si se considera una envolvente recta, obteniéndose la ecuación de Mohr-Coulomb:


41

s  c   tan

( 24 )

La resistencia al corte de un suelo y la envolvente de Mohr pueden expresarse en términos de tensiones totales o efectivas, dependiendo de las condiciones de drenaje del problema analizado, como se muestra en la Figura 13. La cohesión c (intersección de la envolvente de falla con el eje vertical) es el valor de la resistencia al corte para V = 0. La resistencia friccionante es la pendiente de la línea y es expresada como el ángulo de fricción interna , tan  reemplaza al coeficiente de rozamiento, . Cuando se usan tensiones totales, a estos parámetros se les denomina c y ; si se usan tensiones efectivas se les denomina c´ y ´.

Figura 13.- Ecuación de Mohr-Coulomb

Los valores de c y  dependen de muchos factores. La ecuación de Mohr-Coulomb implícitamente considera la mayoría de éstos cuando se emplean muestras inalteradas y se simulan las condiciones de drenaje del terreno en el laboratorio. Resistencia Drenada y No Drenada

Un aspecto fundamental de la resistencia al corte de los suelos, es la condición de drenaje. Para explicar esta importante condición, consideremos una zapata cimentada sobre diferentes tipos de suelo. Consideremos que la zapata está cimentada sobre una arena saturada. Inicialmente la carga P es cero y las magnitudes de v, u, v’ y s en un punto bajo la zapata, tienen el comportamiento mostrado en la Figura 14. Cuando se aplica la carga, el esfuerzo total en el suelo se incrementa en v. Esto hace que el conjunto suelo-agua se comprima y parte del agua sea expulsada. Como las arenas tienen un elevado coeficiente de permeabilidad, el agua se mueve rápida y fácilmente. Consecuentemente, v’ aumenta con P y v. Esta es una condición drenada, y es importante porque la resistencia al corte s aumenta al aumentar P, y esta mayor resistencia permitirá resistir los esfuerzos generados por P, y por ende es menos probable que se produzca una falla por corte.


42

Consideremos la misma zapata, pero sobre una arcilla saturada. Como en el caso anterior, al aplicar P se produce un incremento en los esfuerzos totales v. Sin embargo las arcillas tienen un coeficiente de permeabilidad muy inferior, y el drenaje no se produce rápidamente. El agua es esencialmente incompresible en comparación con el esqueleto sólido, entonces v es inicialmente soportado por el agua (es decir, u = v). Este incremento en la presión de agua u, es conocido como el exceso de presión de poros o sobre presión de poros, ue. Consecuentemente, la presión de poros u se incrementa en ue = v, y v’ no cambia: Condición Drenada

Condición No Drenada

Figura 14.- Variación de los Esfuerzos y Resistencia al Corte


43

Antes de aplicar la carga:

 v '  v  u inmediatamente después de la aplicación de la carga:

 v '  ( v   v )  (u  ue )  v '  ( v   v )  (u   v )  v '  v  u El exceso de presión de poros induce un gradiente hidráulico en el suelo y parte del agua es eventualmente expulsada. Esto lleva a que el suelo consolide y gradualmente v se transfiera a los sólidos. Consecuentemente, el exceso de presión de poros se disipa lentamente y eventualmente el esfuerzo efectivo v’ se incrementa en v, como se muestra en la Figura 14. Se puede observar que la resistencia al corte se incrementa mucho más lentamente que en condiciones drenadas; hay un período donde P ya alcanzó su máximo valor, pero s no ha aumentado significativamente. Resistencia Drenada

En condiciones drenadas, un incremento en  genera rápidamente un incremento en ’ y en la resistencia al corte s. Para la mayoría de los suelos granulares, es mejor despreciar cualquier resistencia por cohesión que pueda aparecer de los ensayos de campo o laboratorio y evaluar sólo la resistencia por fricción. La Figura 15 muestra valores típicos de  para diferentes clasificaciones de suelos y densidad relativa. Se puede emplear la siguiente ecuación para estimar la densidad relativa, Dr.: Dr 

4

92  ´v

N (%) 32  28.24  ´v

( 25 )

en la que ’v representa la presión efectiva vertical, y N es el resultado del SPT. A pesar que la mayoría de análisis en suelos cohesivos usan la resistencia no drenada, en algunos casos se usa la resistencia drenada. Si el suelo está saturado y es normalmente consolidado, la cohesión c, drenada, es cero. El valor de  drenado está relacionado con el índice de plasticidad:

  arcsen (0.8  0.094 ln IP )


( 26 )

44

Figura 15.- Valores Típicos de  para Suelos Granulares (U.S. Navy, 1986)

Resistencia No Drenada

En condiciones no drenadas, los esfuerzos efectivos no se incrementan de inmediato, siguiendo la aplicación de la carga. Adicionalmente, si se presentan esfuerzos cortantes excesivos, se pueden presentar excesos en la presión de poros. Sin embargo, es más conveniente expresar la resistencia en términos de su (el subíndice u, se refiere a la condición de no drenado) en vez de c y . Los valores de su medidos en el laboratorio o en el campo, pueden implícitamente considerar cualquier exceso de presión de poros. Para análisis que requieren c y , se considera c = su y  = 0. A pesar que su es un parámetro muy empleado, no es realmente una propiedad del material, y su magnitud depende de la velocidad de deformación, estado de esfuerzos, y otros factores. Condiciones de Drenaje en el Diseño

Las condiciones drenadas y no drenadas se presentan igualmente en casos reales. Estas condiciones varían con el tipo de suelo y proyecto; citaremos el caso de cimentaciones: 

Gravas y arenas limpias: la permeabilidad de estos suelos permite drenaje más rápido que la tasa a la cual el suelo es cargado. Por tanto, las condiciones drenadas prevalecen.


45





Arcillas saturadas: la permeabilidad de estos suelos es muy pequeña y muy poco de la presión de poros puede disiparse durante la carga. Por lo tanto, las condiciones no drenadas prevalecen inmediatamente después de la aplicación de las cargas, mientras que las condiciones drenadas se presentan mucho tiempo después. Suelos intermedios (mezclas de arena, arcilla y limo): estos suelos tienen una permeabilidad intermedia y lo más probable es que drenen parcialmente durante la aplicación de las cargas. Dado que las condiciones de esfuerzos bajo la cimentación son tales que el suelo se comprime y se desarrolla un exceso de presión de poros, es conservador asumir que prevalecen las condiciones no drenadas inmediatamente después de la aplicación de las cargas. Sin embargo, esta es un área en que se requiere el adecuado juicio del ingeniero.


46

COMPRESIBILIDAD Y ASENTAMIENTOS

Una de las más importantes propiedades mecánicas de los suelos es su compresibilidad, esto es, el cambio de volumen del suelo debido a cambios en los esfuerzos normales. Por ejemplo, si una zapata es construida y luego cargada, los esfuerzos normales en el suelo bajo la cimentación se incrementarán, se producirán deformaciones normales. Esta deformación produce un asentamiento. Dadas las características particulares de los suelos, sus relaciones esfuerzodeformación son mucho más complejas que en otros materiales. Estas propiedades dependen del arreglo de sus partículas, la interacción entre ellas, sus propiedades físicas y químicas, y muchos otros factores. Componentes del Asentamiento

En los suelos suelen distinguirse los siguientes tipos de asentamientos: 





Asentamiento inmediato o instantáneo: es el producido casi simultáneamente con la aplicación de la carga. En arcillas saturadas corresponde a deformaciones de corte sin drenaje y, por tanto a volumen constante. En rocas y suelos arenosos la mayor parte de los asentamientos son de este tipo. Asentamiento por consolidación: es consecuencia de las deformaciones volumétricas producidas a lo largo del tiempo, según se van disipando por drenaje las presiones transmitidas al agua intersticial por la carga y se reducen los poros del suelo. Es el comportamiento típico de las arcillas saturadas. Asentamiento secundario, por consolidación secundaria o de fluencia lenta: se produce en algunos suelos después del anterior, sin variación de las presiones efectivas, y se debe al comportamiento viscoso del sistema arcilla-agua. Este asentamiento aumenta con el tiempo. Si bien se presenta en algunas arcillas, en los suelos orgánicos esta componente del asentamiento es especialmente importante.

El asentamiento total se calcula como la suma de los tres:

 t  i   c  s donde, t : i : c : s :

( 27 )

asentamiento total asentamiento inmediato asentamiento por consolidación asentamiento secundario

Si bien los tres componentes se pueden presentar en todo suelo, el primero es típico de suelos granulares, y los dos últimos de suelos cohesivos saturados (k bajo). Asentamiento por Consolidación

Para muchos suelos, la velocidad y magnitud de los asentamientos están inicialmente gobernadas por la habilidad de las partículas del suelo de reacomodarse como consecuencia de los esfuerzos normales aplicados. Karl Terzaghi fue el primero que percibió este proceso llamado de consolidación. El desarrolló la teoría de consolidación en los años 20.


47

Terzaghi asumió que ambos, las partículas sólidas y el agua son incompresibles. Por tanto, la magnitud del asentamiento está relacionada con el cambio de volumen de los vacíos, y la velocidad de asentamiento de un suelo saturado está gobernada por la velocidad con la que el agua sale de los vacíos. Cuando se aplica una carga externa vertical, los esfuerzos verticales totales inmediatamente aumentan en v. Sin embargo, si el suelo está saturado, su volumen inicialmente permanece constante porque tanto las partículas sólidas y el agua son incompresibles, y la presión hidrostática aumenta en v (es decir, u = ue = v). El proceso de consolidación está íntimamente relacionado con el aumento y disipación de la sobre presión de poros y los correspondientes cambios en los esfuerzos efectivos, como se muestra en la Figura 16.

Figura 16.- Cambios en un Suelo Durante el Proceso de Consolidación

Este incremento de presión de poros genera un gradiente hidráulico y parte del agua es gradualmente expulsada de los vacíos. Conforme el agua es expulsada, se produce la consolidación, el volumen del suelo disminuye. Simultáneamente el exceso de presión de poros se disipa y los esfuerzos efectivos se incrementan hasta que ue se hace igual a cero y la presión efectiva se incrementa en v (’v = v).


48

En arcillas, este proceso ocurre muy lentamente porque su bajo coeficiente de permeabilidad impide el flujo de agua. Sin embargo, en arenas, el coeficiente de permeabilidad es mucho mayor, el agua fluye más fácil y la consolidación es prácticamente instantánea. La forma tradicional de describir la consolidación es usando la relación entre la relación de vacíos, e, y el esfuerzo efectivo, ’v, como se muestra en el gráfico semilogarítmico de la Figura 17. A partir de este gráfico se puede determinar el cambio en la relación de vacíos, e, que ocurre como resultado de un cambio en los esfuerzos efectivos, ’v. Esta información permite estimar el asentamiento que ocurrirá en el campo.

Figura 17.- Ensayo de Consolidación: Relación e – log ’v

Suelos Normalmente Consolidados y Preconsolidados

El cambio de pendiente en la curva de consolidación mostrado en la Figura 17, representa un concepto fundamental del proceso de consolidación. El esfuerzo en ese punto es conocido como esfuerzo o presión de preconsolidación, ’p, que representa la máxima presión efectiva vertical que el suelo ha experimentado en toda su historia. Si la presión efectiva actual en el suelo es menor que ’p, se dice que el suelo es preconsolidado (o sobreconsolidado). Sin embargo, si la presión efectiva actual del suelo es igual a ’p, se dice que el suelo es normalmente consolidado. Un suelo puede ser preconsolidado por una variedad de razones:  

erosión o excavación de los suelos superiores, deshielo de glaciares,


49

  

elevación del nivel freático, desecación del suelo, consolidación artificial debido a técnicas de mejoramiento del suelo,

y en general, cualquier acción que produzca cambios en los esfuerzos totales o neutros, que se manifiesten como una disminución de los efectivos. El grado de preconsolidación se suele expresar numéricamente por un coeficiente denominado relación de preconsolidación (OCR por sus siglas en inglés), que se define: ' OCR  p ( 28 )  'v por tanto, el OCR está definido en un punto específico. El OCR de un suelo normalmente consolidado es igual a 1; en suelos preconsolidados suele variar entre 1 y 3, y en suelos altamente preconsolidados, se encuentran valores superiores a 8. La forma de determinar la presión de preconsolidación es a partir de ensayos de laboratorio. Para un suelo normalmente consolidado, se conoce:

 'p 

c 0.11  0.0037 IP

( 29 )

Cálculo de la Compresibilidad de una Capa de Suelo

A partir de los resultados de laboratorio, se definen tres parámetros: ’p (y el OCR, ya que ’v es conocido), Cc y Cr, llamados índices de compresión y de recompresión respectivamente. Con estos tres parámetros, la curva e-log ’v se idealiza como se indica en la Figura 18. Consideremos una capa horizontal de suelo de espesor Hi. Al aplicarse una carga en el suelo, se produce un incremento de presión normal vertical, ’v., variable con la profundidad. A consecuencia de estos incrementos de presión normal vertical, se produce en el suelo un cambio en la relación de vacíos, e, y consecuentemente un asentamiento, c. Si se evalúan los esfuerzos en el punto medio de la rebanada, ’v, ’p y ’v, es posible cuantificar el asentamiento de la rebanada. Este asentamiento, varía dependiendo de sí la arcilla es normalmente o preconsolidada, distinguiéndose tres casos: A.-

c  B.-

c 

Arcilla Normalmente Consolidada   '   ' v Hi Cc log  v 1  e0  'v 

  

Arcilla Preconsolidada   '   ' v Hi C r log  v 1  e0  'v 

  


’ p =  ’ v

’v + ’v > ’p

( 30 )

’ v < ’ p ( 31 )

’v + ’v < ’p

50

C.-

c 

’ v < ’ p

Arcilla Preconsolidada Hi 1  e0

  'p C c log    'v 

  '   ' v    C r log  v   'p  

’v + ’v > ’p

   

( 32 )

Figura 18.- Cálculos de e

En caso de no contar con los resultados de un ensayo de consolidación, pueden usarse relaciones como la ecuación 29 o el gráfico de la Figura 19, para calcular ’p. La ventaja de estos métodos es que se usan ensayos más simples, como la resistencia a la compresión no confinada de muestras inalterada y amasada, la humedad natural y los límites de Atterberg. La sensitividad, St, se define: St 

qu INALTERADA qu INALTERADA

Similarmente, existen diversas ecuaciones que permiten estimar aproximadamente el valor de Cc, como por ejemplo: Cc  0.009 ( LL  10)

( 33 )


51

Figura 19.- Presión de Preconsolidación e Indice de Liquidez (U.S. Navy, 1986)

El valor de Cr, varía entre un 5 y 20% del de Cc. El uso de estas relaciones introducen errores de hasta 70%. Conocido el asentamiento de la capa, por sumatoria se puede encontrar el asentamiento de todo el estrato de arcilla. La precisión de estos cálculos se mejora al aumentar el número de rebanadas.


52

BIBLIOGRAFIA 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14.

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1

PROCEDIMIENTO PARA EL REGISTRO DE PERFORACIONES DE SUELOS

Los suelos deben ser descritos de acuerdo al Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS). En el Sistema Unificado los suelos se subdividen en tres grupos principales: suelos granulares, suelos finos y suelos altamente orgánicos. Cada uno de estos grupos, a su vez, se subdividen con mayor detalle de acuerdo a las características del suelo. La clasificación de campo se hará describiendo los suelos de acuerdo a las características siguientes y el orden indicado: 1.

Nombre por fracciones constituyentes

2.

Características del suelo a) Suelos granulares (gravas y arenas)  Tamaño de partículas  Angularidad (sólo para gravas)  Gradación  Contenido de finos  Densidad relativa b) Suelos finos (limos y arcillas)  Plasticidad  Consistencia

3)

Grado de saturación

4)

Color

5)

Olor

6)

Otras características importantes

7)

Símbolo de Sistema Unificado

1.

NOMBRE POR FRACCIONES CONSTITUYENTES

Indicar el tipo de suelo principal en mayúsculas (por ejemplo: GRAVA, ARENA, LIMO, ARCILLA), seguido por adjetivos indicando el o los tipos de suelos secundarios. Con respecto a los tipos secundarios de suelo, el nombre deberá ser modificado con la terminación "oso" o "osa" anteponiéndole además un término indicativo del porcentaje del suelo secundario con respecto al total. Estos términos indicativos son:

1

2

% del Suelo Secundario 0-5 5-12 12-30 30-50

Término Indicativo No mencionarlo Ligeramente ------Muy

Ejemplos: Arena con <5% de arcilla: ARENA Arena con 5-12% de arcilla: ARENA ligeramente arcillosa Arena con 12-30% de arcilla: ARENA arcillosa Arena con 30-50% de arcilla: ARENA muy arcillosa

   

Los tamaños y características de las distintas fracciones que constituyen los suelos son: 

Fragmentos de roca o bloques. Trozos de roca de tamaño mayor de 12"



Bolos, Bolones o Pedrones. Partículas entre 6" y 12"



Piedras. Partículas entre 3" y 6"



Grava. Partículas entre 3" y la malla N° 4 - Grava gruesa: 3" a 3/4" - Grava fina: 3/4" a malla N°4



Arena Partículas entre la malla N°4 y la malla N° 200 - Arena gruesa. Malla N° 4 a malla N° 10 - Arena media. Malla N° 10 a malla N° 40 - Arena fina. Malla N° 40 a malla N° 200



Limo y arcilla (finos). Partículas que pasan la malla N° 200; su distinción se hace en base a la plasticidad, utilizando los límites de Atterberg u observaciones de campo.

2.

CARACTERISTICAS DEL SUELO

a)

Suelos granulares (grava y arena)

Tamaño de partículas Deberá indicarse para cada fracción constituyente (grava y arena) si es gruesa, media o fina. Para los suelos gravosos se indicará además el tamaño máximo de partícula. Angularidad Para la fracción de grava debe indicarse la angularidad. Los términos descriptivos de la angularidad son los siguientes:

2

3

Angular Sub-angular Sub-redondeado Redondeado Bien redondeado

Todos los bordes son agudos y las superficies predominantemente planas Algunos bordes no son agudos; las superficies son predominantemente planas La mayoría de los bordes son redondeados Todos los bordes son redondeados No presenta bordes sino superficies redondeadas

Gradación La gradación (bien o mal graduada) deberá indicarse para el total del suelo (grava + arena), no para cada fracción. Contenido de finos Si el contenido de finos (limo y arcilla) es menor de 5%, no es necesario indicarlo Si el contenido de finos es entre 5% y 12%, se antepondrá el término "ligeramente" a las palabras limoso, arcilloso o limoso-arcilloso. Si el contenido de finos es entre 12% y 30%, se describirá como limoso, arcilloso o limoso-arcilloso. Si el contenido de finos es entre 30% y 50%, se antepondrá el término "muy" a las palabras limoso, arcilloso o limoso-arcilloso. Además, si el contenido de finos es lo suficientemente alto como para apreciar su plasticidad, deberá indicarse ésta. Densidad relativa En los suelos de partículas gruesas en que el contenido de finos sea bajo y las partículas de grava y arena no estén adheridas entre sí por finos, se estimará la densidad relativa. Los términos a utilizar son los siguientes:

Muy suelto

N (SPT) 0-4

Suelto

4-10

Medianamente denso Denso

0-30 30-50

Muy denso

> 50

Una barra de 1/2" penetra fácilmente con la mano Una barra de 1/2" penetra fácilmente hincada con comba de 5 libras Una barra de 1/2" penetra 30 cm hincada con comba de 5 libras Una barra de 1/2" penetra sólo unos centímetros hincada con comba de 5 libras

3

4

Cuando las partículas de grava y arena están adheridas entre sí por finos, es imposible apreciar la densidad relativa. Si esto sucede, es importante indicarlo en la descripción y puede ser necesario extraer muestras inalteradas para estudiar en el laboratorio la colapsibilidad del suelo al saturarse. b) Suelos finos (limo y arcilla) Plasticidad La plasticidad es una medida del rango de contenido de humedad dentro del cual el suelo puede ser amasado con facilidad. En el campo se mide por la sensación que produce amasarlo con una cantidad adecuada de agua. La sensación que produce la plastelina es un ejemplo de material plástico. La plasticidad de los suelos se describirá utilizando los términos siguientes:

No plástico Plasticidad baja Plasticidad media Plasticidad alta

Límite Líquido (LL) 0–4 4 – 30 30 –50 > 50

Consistencia La consistencia es una medida de la resistencia del suelo en su estado natural. En el campo se mide por la fuerza necesaria para deformarlo, estando en estado inalterado y con su contenido natural de humedad. Los términos que se utilizarán para describir la consistencia son los siguientes: Resistencia a la Compresión no Confinada qu (kg/cm2)

N (SPT)

Muy blando

0.00-0.25

0-2

El puño penetra 10 cm fácilmente

Blando

0.25-0.50

2-4

El pulgar penetra 5 cm fácilmente

Medianamente Compacto

0.50-1.00

4-8

El pulgar penetra 5 cm con esfuerzo moderado

Compacto

1.00-2.00

8-15

El pulgar deja marca fácilmente

Muy Compacto

2.00-4.00

15-30

>4.00

>30

Duro

La uña del pulgar raya fácilmente La uña del pulgar raya con dificultad

4

5

3.-

GRADO DE SATURACION

El grado de saturación del suelo se describirá utilizando alguno de los siguientes términos: Grado de Saturación Seco Ligeramente Húmedo Húmedo Muy Húmedo Mojado Saturado 4.-

0 1-25 26-50 51-75 76-99 100

COLOR

El color del suelo se indicará utilizando exclusivamente palabras en castellano y evitando la utilización de colores no definidos. Así por ejemplo, no se deben usar términos como: beige, gris, blanquizco, verdoso, etc. Los siguientes son ejemplos de colores bien indicados:     

5.-

Marrón Plomo claro Plomo blanquizco Marrón verdoso Plomo negruzco OLOR

En los suelos con contenido de materia orgánica, el olor es una característica fundamental para su clasificación. En estos suelos deberá anotarse esta propiedad. 6.-

OTRAS CARACTERISTICAS IMPORTANTES

Se incluirá cualquier otra característica importante del suelo que se observe y que no haya sido descrita en las secciones anteriores. Entre las características que pueden presentarse se encuentran las siguientes: Partículas friables Conchuelas Raíces Rajaduras Bolsones Lentes Variaciones con la profundidad Rellenos (indicando la naturaleza del relleno)

5

6

7. SIMBOLO DEL SISTEMA UNIFICADO Se indicará el símbolo correspondiente al suelo de acuerdo al Sistema Unificado. Los símbolos utilizados son los siguientes:

GW GP GM GC GM-GC GW-GM GW-GC GP-GM GP-GC

GRAVAS Grava bien graduada Grava mal graduada Grava limosa Grava arcillosa Grava limosa-arcillosa Grava ligeramente limosa, bien graduada Grava ligeramente arcillosa, bien graduada Grava ligeramente limosa, mal graduada Grava ligeramente arcillosa, mal graduada.

SW SP SM SC SM-SC SW-SM SW-SC SP-SM SP-SC

ARENAS Arena bien graduada Arena mal graduada Arena limosa Arena arcillosa Arena limosa arcillosa Arena ligeramente limosa, bien graduada Arena ligeramente arcillosa, bien graduada Arena ligeramente limosa, mal graduada. Arena ligeramente arcillosa, mal graduada

OL MH CH OH

SUELOS FINOS Limo inorgánico de plasticidad baja o media Arcilla inorgánica de plasticidad baja o media Arcilla limosa o limo arcilloso inorgánico de plasticidad baja o media. Suelo orgánico de plasticidad baja o media Limo inorgánico de plasticidad alta Arcilla inorgánica de plasticidad alta Suelo orgánico de plasticidad alta.

Pt

SUELOS ALTAMENTE ORGÁNICOS Turba. Suelo fibroso con alto contenido de materia orgánica

ML CL CL-ML

8.

EJEMPLOS TIPICOS



Arena fina a media, mal graduada, densa, humeda, plomo claro (SP)



Arcilla, plasticidad media, muy dura, seca, marrón claro (CL)



Grava arcillosa. Grava gruesa angular, de tamaño máximo 2". Arcilla de plasticidad baja, dura, húmeda, plomo claro (GC)

6

7



Grava arenosa ligeramente limosa. Grava gruesa, angular, de tamaño máximo 2". Arena media a fina. Bien graduada, medianamente densa, ligeramente húmeda, color plomo claro (GW-GM)



Arena fina mal graduada, suelta, muy húmeda, marrón claro (SP).



Arena gruesa arcillosa, densa, húmeda, marrón claro. Finos de plasticidad baja (SC)



Arcilla inorgánica, plasticidad media, medianamente compacta, saturada, marrón verdoso, con raíces en los primeros 50 cm (CL)



Limo inorgánico, plasticidad alta, blando, mojado, marrón oscuro (MH).



Arcilla orgánica, plasticidad alta, muy blanda, saturada, marrón negruzco (OH)



Arcilla ligeramente orgánica, plasticidad media, compacta, muy húmeda, plomo negruzco (CL).

7

01 Apuntes Mecánica de Suelos.pdf

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