74638607-Geotecnia-Vial.pdf

GEOTECNIA VIAL

ESPECIALIZACION EN DISEÑO Y CONSTRUCCION DE VIAS Y AEROPISTAS

GEOTECNIA APLICADA A VIAS

“GEOTECNIA VIAL”

Ing. JAIME FONSECA CORTES

ESCUELA DE INGENIEROS MILITARES 2009

PREPARÓ JAIME FONSECA C.

GEOTECNIA VIAL

GEOTECNIA APLICADA A VIAS GEOTECNIA VIAL

I.

OBJETIVO

Aportar al Ingeniero Civil y al de Vías y Transporte los conocimientos fundamentales de los suelos y las rocas, los cuales son utilizados como material de fundación o como material de construcción en pavimentos para carreteras y aeropistas. Se pretende motivar a los ingenieros participantes en la comprensión y aprecio de est estos elem elemen ento toss natu natura rale less de tan dive divers rsas as cara caract cter erís ístticas icas y hacia acia su aprovechamiento tcnico, económico y am!iental, condiciones prioritarias en la situación actual de estos recursos. Al finalizar el e"ercicio, el profesional estar# en capacidad de definir el par#metro geot geotcn cnic ico o $ue $ue garan garantitice ce un dise dise%o %o estr estruct uctura urall acord acorde e con con las las condic condicio iones nes prevalecientes en un proyecto de ingeniería de pavimentos.

II.

CONTENIDO

1. Cn! Cn!"# "#$ $% % G"n G"n"& "&'( '("% "% &efiniciones de geotecnia, suelo y roca 2. O&)g"n O&)g"n * +&, +&,'!) '!)-n -n " " %/"( %/"(% % Suelos transportados, suelos sedimentarios y suelos de relleno . M)n"&' M)n"&'(g (g' ' " " ('% ('% '&!) '&!)((' (('% % 'inerales arcillosos. (ropiedades. . R"('!)n"% R"('!)n"% 3(/,4$& 3(/,4$&)!'% )!'% * g&'3),4$&) g&'3),4$&)!'% !'% " (% %/"(% %/"(% )ases del suelo. *elación de vacíos. (orosidad. +umedad. (esos unitarios. ravedad -specífica. 5. P&#)" P&#)"' '"% "% n)! n)!" " " (% (% %/"( %/"(% % &ens &ensid idad ad rela relatitiva va.. )orm )orma. a. Tama Tama%o. %o. (lasticidad. i$uidez. Actividad.

ranu ranulo lome metr tría ía..

6. S)%$", S)%$",'% '% " C('%) C('%)+)! +)!'!) '!)-n -n " S/"( S/"(% % Sistema /nificado. Sistema AAS+T0. 'todos de campo. 7. C'#)( C'#)('&) '&)' ' "n (% %/"(% %/"(%


Cons Consis iste tenc ncia ia y

GEOTECNIA VIAL

Tensió Tensión n superfi superficia cial.l. Angulo Angulo de contac contacto to del del menisco. menisco. Ascensi Ascensión ón capila capilar. r. -sfuerzos por tensión superficial. 8. E%+/"& E%+/"&% % "n /n' /n' ,'%' ,'%' " %/"( %/"( -sfuerzos geost#ticos. geost#ticos. &istri!ución de esfuerzos. 9. :)& :)&;/ ;/() ()!' !' " " %/"( %/"(% % radiente +idr#ulico. )lu"o de agua en el suelo. *ed de flu"o. 10. Cn%()'!)-n " %/"(% Concepto de la consolidación. Asentamientos por consolidación. 11. R"%)%$"n!)' (' (' "%+/"& !&$'n$" " " (% %/"(% Concepto de falla. Suelos friccionantes. Suelos cohesivos. -valuación de la resistencia. 12.E<#(&'!)-n " (% %/"(% 'todos -1ploratorios. (reliminares. &efinitivos. eofísicos.

III. BIBLIOGRAFIA eotecnia y Cimientos. Cimientos. Tomo I y II. 2. A. 2imnez Salas. -ditorial -ditorial *ueda • eotecnia 'adrid. • 'ec#nica de Suelos. Volumen I y II. 2u#rez 3adillo y A. *ico. -ditorial imusa. '1ico. Ingeniería de Suelos Suelos en la Vías Terrestres. Terrestres. Volumen Volumen 4 y 5. A. *ico y +. &el • Ingeniería Castillo. -ditorial imusa. '1ico. 6hitman. -ditorial imusa. '1ico. • 'ec#nica de Suelos. am!e y 6hitman. • Introd Introducci ucción ón a la 'ec#ni 'ec#nica ca de Suelos Suelos y Ciment Cimentaci aciones ones.. So7ers So7ers y So7ers. So7ers. -ditorial imusa. '1ico. -ngineering +and!oo8. +ans ). 6inter8orn9 +sai +sai : ;ang )ang. • )oundation -ngineering • 'ec#nica de Suelos. (eter 3erry : &avid *eid, -ditorial 'c ra7 : +ill. • Ingeniería de (avimento para Carreteras. Alfonso 'onte"o )onseca. • (avimentos VIAS. 4??@. • >ormas de -nsayo de • (rincipios de Ingeniería de Cimentaciones. 3ra"a '. &as. -ditorial Thomson. 4???. )undament entos os de Ingeni Ingenierí ería a eotc eotcnic nica. a. 3ra"a 3ra"a '. &as. -ditor -ditorial ial Thomson. Thomson. • )undam 4???.


GEOTECNIA VIAL

IV. EVALUACION (arcial -scrito e Individual......................................5B (arcial -scrito e Individual......................................5B -"ercicios y Tra!a"os 0TA &- C/*S0................................................4B


GEOTECNIA VIAL

I.

CONCEPTOS GENERALES

• Geotecnia -s la parte rte del conoc nocimiento $ue tiene por por o!"et !"eto o estu studiar diar el comportamient comportamiento o de los suelos, de las rocas y de la com!inación com!inación de ellos ellos con el fin de dise%ar o!ras de ingeniería ingeniería en $ue ellos intervengan intervengan en forma segura y económica.

• Geología -s la ciencia $ue se encarga del estudio de la tierra o sea $ue trata el origen, historia y las estructuras de la tierra, de acuerdo con su registro en las rocas. os conocimientos conocimientos teóricos de la geología, geología, com!inados con la pr#ctica pr#ctica y la e1periencia, e1periencia, tienen una importante importante aplicación aplicación para resolver pro!lemas $ue se presentan en las grandes o!ras de ingeniería.

• Mecnica !e "#elo" -s la ciencia dedicada al estudio y comportamiento del suelo en relación con su aplicación en la Ingeniería Civil. -s la aplicación de las leyes de la física al comportamiento mec#nico de los suelos.

• Mecnica !e $oca" Ciencia Ciencia $ue se ocupa de estudiar estudiar el comportamiento comportamiento de las masas de roca !a"o la acción de las fuerzas producidas, producidas, ya sean por fenómenos naturales naturales o como resultado de e1cavaciones o construcciones hechas por el hom!re. (ara lograr este fin se re$uiere determinar las propiedades mec#nicas del maci macizo zo rocos rocoso, o, medi median ante te ensay ensayos os de campo campo o de la!or la!orat ator orio io,, cuyo cuyoss resul resulta tados dos cuan cuantitita tatitivos vos son son util utiliz izad ados os en fórm fórmul ulas as mate matem# m#titica cas, s, en modelos mec#nicos a escala o en correlaciones empíricas $ue permitan evaluar las condiciones pertinentes en un pro!lema específico.


1

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• S#elo -s el producto de la alteración de las rocas $ue es influido por las o!ras de ingeniería y $ue es f#cilmente desmorona!le o disgrega!le por las manos del hom!re.

• Roca A$uello $ue no es suelo.

• Cla"e" !e alte$aci%n !e la $oca& &escomposición – – &esintegración • De"co'(o"ici%n A$uella alteración de las rocas $ue las transforma en productos de características físicas y $uímicas diferentes a la roca original. -"emploD arcillas, limos.

• De"integ$aci%n A$uella alteración de las rocas $ue las convierte en productos $ue conserv conservan an las mismas mismas caracte caracterís rístic ticas as física físicass y $uímic $uímicas as de la roca roca original. -"emploD arenas, gravas.


2

GEOTECNIA VIAL

ORIGEN ) FORMACI*N DE LOS SUELOS Cla"i+icaci%n !e ac#e$!o a "# +o$'aci%n& 1. S/"(% S/"(% S"), S"),"n$ "n$'&) '&)% %  $&'n%# $&'n%#&$' &$'% %

as partículas $ue lo componen han sido transportados por agentes físi físico coss y fina finalm lment ente e depos deposititad ados os en el siti sitio o dond donde e actu actual alme ment nte e se encuentran. 1.1 F&,'!)-n F&,'!)-n " #'&$!/(' #'&$!/('% % 4.4. 4.4.4 4 Agen Agente tess físi físico coss • Temperatura • AguaD fluvial, lacustre, marina, glaciar • VientosD loes, dunas 4.4. 4.4.5 5 Agen Agente tess $uími $uímico coss • 01idación • +idratación • Car!onatación 4.4. 4.4.E E Agent Agentes es !iol !iológ ógic icos os • 'icroorganismos

1.. 1..

1.2 T&'n%#&$" T&'n%#&$" " #'&$!/('% #'&$!/('% 4.5 4.5.4 Agentes ntes • Agua • Aire • +ielo • 'icroorganismos • ravedad 4.5. 4.5.5 5 Afec Afecta taci cion ones es • Cam!io de forma, tama%o y te1tura de!ido a la a!rasión, impacto, molienda y solución. S") S")," ,"n$ n$'! '!))-n n " P'&$ P'&$! !/( /('% '%

os suelos sedimentarios ofrecen al Ingeniero fuentes de materiales para construcciónD • &epósitos fluviales o aluvialesD arena, grava, cantos rodados. &epósitos lacustresD arcillas, limos, arenas finas • &epósitos marinosD arenas, coralinas • &epósitos eólicosD arenas tales como dunas y loes • &epósitos glaciaresD morrenas o polvo de roca •


3

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&epósitos de coluviónD conglomerados formados por acción de • gravedad yFo alta temperatura.

2. S/"(% R"%)/'("%

as partículas $ue lo componen se encuentran en el mismo sitio donde se originaron o han sufrido un mínimo transporte. 5.4 )actores $ue afectan la alteración de las rocas Clima
Sus partículas constituyen depósitos de suelos hechos por el hom!re.


4

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MINERALOG,A DE LAS ARCILLAS

• A$cilla& (artículas de tama%o muy pe$ue%o, menores a H micras
!orde

• S#(e$+icie E"(ecí+ica -SE *elación entre el #rea superficial y su volumen o masa SE =

AreaSuperf icial Volumen

Valores de S- considerando partículas esfricasD

Di'et$o -c' rava Arena imo Arcilla

4 .4 <4K4= .4 <4KE= .4 <4K=

S.M M
Valores de S- en función de la masa S.Caolinita 4 m5Fgr Ilita 4 m5Fgr Mn$,&)((n)$' 4. m5Fgr


5

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• F#e$/a" el0ct$ica" en la" a$cilla" – – –

-nlace de valencia primaria -nlace de valencia secundaria o de Van &er 6alls -nlace fuerzas de Coulom!

• Uni!a!e" 1"ica" !e la" a$cilla" – – –

Tetraedro de sílice 0ctaedro de aluminio 0ctaedro de magnesio

T"$&'"& " S()!" =S)>

O

O

Oxígeno Apical

Si<N= 4O'()*

Si


Si O

O

O O

O O

Oxígenos basales

*epresentación es$uem#tica

&e!ido a la deficiencia de cargas positivas , este tetraedro de sílice no se encuentra solo en la naturaleza , sino $ue se une con otros varios, formando cadenas, encontr#ndose con sus o1ígenos apicales hidratados. OH

OH

OH

OH SH

Si

Si

O

Si Esquema de Sílice hida!ada

Sílice hida!ada" #ni$n de %aias unidades de !e!aedo de Si&


6

GEOTECNIA VIAL

O!$'"& " A(/,)n) OH

OH OH

OH

OH

OH

OH

OH

OH

OAl <0+=MPMPE
OH

OH ,

Al Al

OH

OH OH Al Al OH OH OH OH OH ,uibsi!a " #ni$n de %aias unidades de oc!aedo de Al& OH OH

OH Esquema de ,uibsi!a

O!$'"& " M'gn"%) OH

OH

OH

O'g <0+=MPN5 MP 
-g OH

OH OH

OH

OH OH

-g

-g

.

-g

OH

Esquema de la .uci!a OH

OH

.uci!a " #ni$n de %aias unidades de oc!aedo de -g&

• Mine$ale" !e !o" ca(a" -ca(a !o1le – Caolinita – +aloisita –

C'()n)$' , 0agas nega!i%as

SH / / C. PREPARÓ JAIME FONSECA

, SH

/

4.Ao + 0agas posi!i%as

GEOTECNIA VIAL

5Ao

Atomos de Q
J 4MB Area 3ordes Area Superficie Total as cargas negativas presentes corresponden al @B del total
:'()%)$' , SH H2O

4Ao

H2O

, SH

Características 'ineral muy inesta!le de!ido a la unión d!il $ue e1iste entre unidades !#sicas !icapales. Tienen capacidad de a!sor!er gran cantidad de agua. Cuando se humedecen aumenta su volumen en gran proporción y se contraen grandemente cuando se secan , producindose fisuras y grietas en la superficie del suelo.


(

GEOTECNIA VIAL

• Mine$ale" !e t$e" ca(a" – Ilita – 'ontmorillonita –

I()$' SH , o .

0agas nega!i%as

SH /

/

SH

/

Cationes >o Intercam!ia!les de Q

4.Ao 0agas posi!i%as E. A

,o.

o

S-J 4 m5Fgr

SH

Area 3ordes J MB Area Total as cargas negativas presentes corresponden al ?B del total. Características Tiene comportamiento coloidal Son arcillas relativamente esta!les Son poco e1pansivas




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–

Mn$,&)((n)$' SH , o .

0agas nega!i%as

SH 



SH



Cationes f#cilmente Intercam!ia!les

4.Ao

4. A o ,o.

S-J 4. m5Fgr

SH

Area 3ordes J 5B Area Total as cargas negativas presentes corresponden al ?@B del total
• A!"o$ci%n Capacidad de una partícula arcillosa de atraer cationes intercam!ia!les y molculas de agua. &epende de la carga neta negativa y de la capacidad de intercam!io iónico. • S#"tit#ci%n i"o'o$+a Algunos #tomos de la estructura original pueden ser sustituidos por otros de menor valencia, dando origen a un cam!io en la estructura cristalina original


1

GEOTECNIA VIAL

• Ca(a !o1le !i+#"a os cationes y las molculas de agua al unirse a la partícula arcillosa pasan a formar parte de ella, constituyndose como capas, llamada capa do!le difusa. Gona 4 : ran concentración de cationes de!ido al gran potencial elctrico.

P$"n!)'( E(4!$&)!

Gona 5 K (otencial elctrico medio. Gona E : 3a"o potencial elctrico. 4

5

E

D)%$'n!)' ' (' #'&$!/('

Capa do!le &ifusa

 Ao 4. A

E A 4 A° E

 Ao

A

Caolinita

'ontmorillonita

• E"t$#ct#$a !el "#elo -s la orientación, organización, o distri!ución de las partículas componentes del suelo, así como las fuerzas de interacción, de naturaleza eminentemente elctrica entre dichas partículas.

• E%$&/!$/&' +(!/("n$'  +(!/('' as partículas est#n unidas cara : !orde, atrayndose mutuamente. Se presenta en suelos marinos.


11

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• E%$&/!$/&' )%#"&%' as partículas del suelo est#n orientadas en forma paralela, por lo tanto e1isten grandes fuerzas de repulsión entre ellas. Se presenta en suelos de agua dulce.


12

GEOTECNIA VIAL

RELACIONES VOLUM2TRICAS ) GRAVIM2TRICAS DE LOS SUELOS

• Fa"e" !el "#elo -l suelo presenta tres condicionesD S/-0 S-C0 T- SAT/*A&0
>) S/-0 SAT/*A&0
Sólidos

S/-0

)ase sólida Agua

)ase í$uida

Aire

)ase aseosa

Vacios

!e +a"e" • Diag$a'a olumen

8eso

a

% 

Aie

a7  

 Agua

s S$lidos



s

VJ Volumen Total Vv J Volumen de vacíos Va J Volumen de aire V7 J Volumen de agua Vs J Volumen de sólidos 6 J (eso total 6a J (eso del aire

13

GEOTECNIA VIAL

• Relacione" 3ol#'0t$ica" –

G&' " %'$/&'!)-n =S  G?> Vw

S =

V v

×1

Si V7 J  → S J B, ⇒ Suelo seco Si V7 J Vv → S J 4B, ⇒ Suelo saturado Si  R V7 R Vv →  R S R 4B, ⇒ Suelo parcialmente saturado – n

P&%)' =n>

=

Vv V

×1

Si Vv J  → n J B
• Relacione" g$a3i'0t$ica" – w=

:/,"'  !n$"n) " @/,"' =?> Ww Ws

×1

Si 67 J  → 7 J B ⇒ Suelo seco Si 67 J 6s → 7 J 4B Si 67  6s → 7  4B a ? go!ierna el comportamiento de los suelos arcillosos


14

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A mayor 7 → menor consistencia → menor resistencia al corte A menor 7 → mayor consistencia → mayor resistencia al corte. Se han encontrado valores de 7 en suelos arcillosos , → en 3ogot# 7 4B → en '1ico 7 ≈ MB → en 2apón 7 ≈ 4.5B – P"% /n)$'&) $$'( =

>  "n%)' @,"'

γ J 6FV – P"% /n)$'&) %'$/&' =

γ sat J

>

%'$

6s N 67 V

– P"% /n)$'&) %"! =

γ d J 6s V



>

Concepto utilizado en la compactación de los suelos

– P"% /n)$'&) "( 'g/' =

γ 7 J 67 V7

?

-

>



γ 7 J 4 grFcmE J 4 TonFm E a ° C

– P"% /n)$'&) "( %/,"&g) =

%/,

-

B>

γ sum Jγ sat K γ 7 – P"% /n)$'&) " (% %-()%  g&'3"' "%#"!+)!' " (% %-()% =G%> (ara suelos inorg#nicos

15

GEOTECNIA VIAL

E4e$cicio" !e a(licaci%n& 1.

-n una muestra de arcilla saturada pesa 4E gramos en su estado natural y 4 gramos luego de ser secada en el horno. Se sa!e $ue la gravedad específica <s= es de 5.. &eterminar la relación de vacíos
SoluciónD a= +acer un es$uema $ue corresponda a las fases del suelo, colocando en l los valores de pesos y volLmenes conocidos. Como el suelo es saturado tendr# dos fasesD







!

! s

s

S

&atos conocidosD 6J4E grs, 6sJ4 grs, Suelo saturadoD Vv ×1 ⇒ Vv = Vw S = V

!= lenar el resto correspondientesD

del

es$uema

Ww

= W − Ws = 13 gr −1 gr = 3 gr

Vw

=

Vs

=

Ww γ w

Ws γ s

=

=

3 gr gr 1 cm3 Ws

Gs γ w

V = Vs + Vw

=

empleando

las

fórmulas

= 3 cm3

1 gr gr 2&5 ×1 3 cm

= 4 cm3

= 4 cm3 + 3 cm3 = + cm3


16

GEOTECNIA VIAL

c= C#lculo de incógnitas *elación de vacíos
=

Vv Vs

=

3 cm 3 4 cm 3

= &+5

(eso unitario Total < γ =

γ J 6FV J 4E gr F H cm E J 4.@M grFcm E 2&

/na su!!ase compactada tiene un peso unitario total < γ = de 5.4 tonFm E y una humedad <7= del B, la gravedad específica <s= es de 5.. Calcular el grado de saturación
Solución a. -s$uema a

% 

A



a 7 



s S



s

!. Cuando no se conoce ningLn peso o volumen, de!e asumirse alguno, procurando $ue dicho valor haga parte del denominador de alguna de las relaciones volumtricas y gravimtricas. Como γ J 6FV, se puede asumir V J 4. mE W = γ ×V = 2&1 t 3 ×1& m3 = 2&1 ton Ww

×1 = ×1 Ws Ws wWs = W − Ws ⇒ wWs + Ws = W w9

=

m W − Ws

Ws ' w + 1*


= W

1+

GEOTECNIA VIAL

=

W

2&1 ton

= 2& ton 1 + w 1 + &5 Ww = W − Ws = 2&1 ton − 2& ton Ws

Vw =

Vs Vv

=

=

Ww

=

γ w

Ws γ s

&1 ton = &1 m3 1& ton 3 m Ws 2& ton = Gs γ w 2&5 ×1ton 3 m

= &1 ton

=

= &( m3

= V − Vs = 1& m3 − &( m3 = &2 m3

c. C#lculo de incógnitas rado de Saturación
Vw Vv

×1 =

&1 m 3 &2 m 3

×1 = 5 9

(orosidad
=

Vv V

×1 =

&2 m 3 1& m 3

×1 = 2 9

(eso /nitario Seco < γ = γ d

=

Ws V

=

2& ton 1& m 3


= 2& ton

m3

1(

GEOTECNIA VIAL

PROPIEDADES ,NDICE DE LOS SUELOS

• De+inici%n Son propiedades $ue poseen los suelos y $ue permiten ser correlacionadas con su comportamiento yFo permiten clasificar los suelos. • (ara su estudio los suelos se dividen en gruesos y finos. • S#elo" g$#e"o" Sus partículas pueden ser o!servadas a simple vista o con ayuda de un microscopio regular. Su tama%o es mayor a .H mm
)orma Tama%o ranulometría &ensidad relativa Contenido de finos

• P$o(ie!a!e" ín!ice !e lo" "#elo" +ino" – – – –

Consistencia y plasticidad Contenido de humedad Actividad Sensi!ilidad : Ti1otropía – F&,'

a forma de las partículas gruesas depende del grado de alteración física $ue haya sufrido durante el transporte, de!ido a la a!rasión, impacto, molienda y solución.


1

GEOTECNIA VIAL

P&)n!)#'("% +&,'% Angular Su!angular Su!redondeada *edondeada 3ien redondeada

as partículas e$uidimensionales son utilizadas en concretos, !ases, y su!!ases para pavimentos. as partículas angulosas ofrecen un me"or comportamiento de resistencia $ue las redondeadas. – T','

-l tama%o de las partículas se mide por comparación con la a!ertura de una malla de alam!re llamado tamiz. os tama%os de los diferentes tamices utilizados para Umedir las partículas granulares presentan una cierta numeración, la cual est# relacionada con el tama%o de la a!ertura de la malla. Tamices m#s comunes
N5'e$o K K K K K K K  M @ 4 5 E  M 4 5


D);,"$& Pulgaas Milí!etr"s E HM.5 5 5 .@ 4 4 W 4?.  45.H .HM E.EM 5.E@ 5. .@ .? .5 .5 .4? .H

2

GEOTECNIA VIAL

-l nLmero de cada tamíz a partir del >o.
Cantos rodadosD partículas de tama%o mayor a X ui"arrosD partículas de EX a X ravasD partículas de EXa .HM mm
A mayor tama%o de las partículas el suelo ofrece el siguiente comportamientoD 'ayor resistencia al esfuerzo cortante 'ayor permea!ilidad – G&'n/(,"$&'

-s la distri!ución por tama%os de las partículas granulares. Su o!"etivo es conocer los diferentes porcenta"es en tama%os de las partículas, en una muestra de suelo. S/"(

X

(eso Total 'uestra J 6

EF X T

(eso *etenido Tamiz i J 6i

T T5 )ondo

B 6i J 6i F 6 Y 4 B (asa J 4 K B 6i

-l B (asa corresponde a tama%os menores $ue ese tamiz.

• S/"( )"n G&'' Cuando contiene todos los tama%os posi!les, es decir $ue las partículas pe$ue%as van a ocupar los vacíos $ue de"an las grandes.

• S/"( M'( G&'' Cuando las partículas tienden a ser de un mismo tama%o.


21

GEOTECNIA VIAL

• os suelos !ien gradados tienenD ) ) )

'ayor resistencia al esfuerzo cortante. 'enor permea!ilidad. 'enor compresi!ilidad.

• C#$3a G$an#lo'0t$ica.  /" #'%' M 

A

A J /niformidad de tama%os


D  J Variedad de tama%os


C C J Infinita variedad de tama%os
E

D J A!surda

5 4 

4

5

E





M

T',' = ,, >

C/'n$)+)!'!)-n " (' g&'n/(,"$&' =:'(("n :'"n> EH"&!)!) " A#()!'!)-n

*epresentar graficamente los siguientes dos <5= suelos. Considerar las a!scisas en escala aritmtica y en escala logarítmica. Suelo AD

?B del suelo constituido por partículas menores a 4 mm B del suelo constituido por partículas menores a 4. mm 4B del suelo constituido por partículas menores a .4 mm

Suelo 3D

?B del suelo constituido por partículas menores a 4. mm B del suelo constituido por partículas menores a .4 mm 4B del suelo constituido por partículas menores a .4 mm


22

GEOTECNIA VIAL

 /" #'%'

Suelo A

4

Suelo .

? @ H M   E 5 4 

4

5

E





M

H

@

?

4

T',' = ,, > E%!'(' A&)$,4$)!'

 /" #'%'

Suelo .

4 ?

Suelo A

@ H M   E 5 4 .4

.4

.4

4.

4

T',' = ,, > E%!'(' (g'&$,)!'

a granulometría de A es igual a la granulometría de 3 de!ido a su distri!ución.


23

GEOTECNIA VIAL

 /" #'%' S/"( A

M S/"( 

E S/"( C

4

 &4

&E

&M

T',' = Lg >

– C"+)!)"n$" " Un)+&,)'  C/.

Cu J &M /n suelo !ien gradado e1ige $ue el Cu  4. &4

&4 J Tama%o correspondiente al 4B $ue pasa. -l &4 se le conoce con el nom!re de tama%o efectivo &E J Tama%o correspondiente al EB $ue pasa. &M J Tama%o correspondiente al MB $ue pasa. -l Cu solo no dice nada por$ue se puede presentar el caso 3 y C, suelos mal gradados, por lo $ue se complementa con el Coeficiente de Curvatura Cc. – C"+)!)"n$" " C/&3'$/&' C!.

Cc J <&E=5 . &4Y &M Considerando el suelo 3 → &E J &4 → Cc J &4. J 4. &M Cu Considerando el suelo C → &E J &M → Cc J &M J Cu &4


24

GEOTECNIA VIAL

(or lo tanto → 4 R Cc R Cu. Cu

• A(licacione" ($ctica" !e la g$an#lo'et$ía. – -n filtros para su!drenes en carreteras. – )iltración en el tratamiento de aguas.

•Den"i!a! Relati3a o Co'(a"i!a! Relati3a - DR o C R . (ropiedad mec#nica de los suelos gruesos $ue indican el mayor o menor grado de densidad de un suelo. Se puede valorar a partir de la relación de vacíos D &* J ema1 : eo 1 4 ema1 : emin ema1 J *elación de vacíos m#1imo, corresponde a un suelo suelto. emín J *elación de vacíos mínimo, corresponde a un suelo compacto. eo J *elación de vacíos natural. *elación entre &* y las características de compacidad del suelo D Suelo

&* < B =

muy suelto suelto medio denso muy denso

 : 4 4 : E E : M M : @ @ : 4

•Conteni!o !e Fino" & -l contenido de finos dentro de un suelo grueso produce un desme"oramiento en el comportamiento del suelo, puesto $ue los finos en presencia de agua tienen tendencia a la e1pansión. -ste fenómeno hace $ue el suelo disminuya su resistencia al esfuerzo cortante y por lo tanto desme"ora su comportamiento.


25

GEOTECNIA VIAL

• Con"i"tencia 6 Pla"tici!a!. – Consistencia D -s un estado de dureza del suelo fino, la cual aumenta cuando se disminuye la humedad del suelo y disminuye cuando aumenta la humedad. – (lasticidad D (ropiedad $ue tienen los suelos arcillosos de de"arse moldear cuando tienen una cierta consistencia y humedad.

•Ca$acte$í"tica" !el E"ta!o Pl"tico. – a deformación es independiente del tiempo. – Al someterse a esfuerzos no hay cam!io de volumen aparente. – >o de!e agrietarse. – >o de!e desmoronarse. – >o de!e tener re!ote el#stico.

•E"ta!o" !e Con"i"tencia.

Sólido

(l#stico

í$uido :/,"' = ? >

SemiKsólido 0 LC

– – – – –

LP

Semilí$uido LL

Sólido D Su comportamiento es como el de un sólido. Semisólido D Su comportamiento es como el de un semisólido. (l#sticoD -l suelo ad$uiere un comportamiento pl#stico Semilí$uido D Su comportamiento es como aceite de alta viscosidad. í$uido D Su comportamiento es como aceite de !a"a viscosidad.


26

GEOTECNIA VIAL

•Lí'ite" !e Con"i"tencia o Atte$1e$g. – – –

 D ímite í$uido. ( D ímite (l#stico. C D ímite de Contracción. Capa de agua li!re Capa de agua viscosa Capa pl#stica Sólido

Capa de agua semisolida Capa de agua sólida < 0apa doble di:usa *

♦ Cuando las partículas de arcilla est#n unidas por la capa pl#stica, se dice $ue la arcilla se encuentra en el estado de consistencia pl#stico. A menor tama%o de la partícula de arcilla, tendr# un mayor potencial ♦ elctrico
•In!ice !e Pla"tici!a! & IP I( J  : ( A mayor I( el suelo tendr# un comportamiento m#s pl#stico.

•

E3'(/'!)-n " LL.

Se hace mediante el uso de la cazuela de Casagrande, en el cual se vierte una muestra de suelo arcilloso con una esp#tula < suelo pasa T  =, luego se le hace una ranura o acanalamiento con un ranurador. (osteriormente se empieza a golpear la cazuela hasta $ue la ranura hecha en el suelo se cierra. -n el momento en $ue se unan los e1tremos del suelo acanalado se toma una muestra del suelo y se le mide la humedad. Se ha esta!lecido $ue la humedad del suelo correspondiente a 5 golpes para cerrar la ranura, es el ímite í$uido.


2+

GEOTECNIA VIAL

 =:/,"'>

64 C/&3' " F(/)"

65 LL

6E

>4

>5

>E

N =N,"& " G(#"%> =Lg>

N25

Indice de )luidez D )7 )7 D 64 : 65 og <>5F>4= Indice de Tenacidad D T7 T7 D

I( )7

• E3'(/'!)-n "( LP. Se toma una porción del suelo arcilloso
•

R"('!)-n "n$&" "( LL * IP

Arthur Casagrande encontró una relación entre el I( y el  para suelos finos.


2(

GEOTECNIA VIAL

IP L)n"' 

C:

L)n"' A = IP  0.7 =LL K 20 >>

C

'+ K 0+

H

CLML ML OL



5.

.

LL

•Suelos por de!a"o de la línea A son limos <'= u org#nicos <0=. •Suelos por arri!a de la línea A son arcillas

2

GEOTECNIA VIAL

• E3al#aci%n !el Lí'ite !e Cont$acci%n -Lc -l límite de contracción es un contenido de humedad, tal $ue por de!a"o de este valor el suelo no sufre disminución de volumen.

olumen '* o

-ues!a de suelo olumen inicial  o Humedad inicial  o

:

+umedad <7= o

;0

Al desarrollarse un proceso de evaporación de la muestra, la 7 disminuye, disminuyndose tam!in su volumen
;0 7 o '9* ) 'o – :* < s

γ 7 < 1

• Conteni!o !e 7#'e!a! -8 a variación de la humedad en los suelos finos hace $ue su color varíe de oscuro a claro y viceversa, sirviendo esto como par#metro en la clasificación visual de los suelos de campo. /n índice $ue permite cuantificar la consistencia de los suelos finos es el Zndice de i$uidez o Zndice de )luidez.


3

GEOTECNIA VIAL

• ,n!ice !e li9#i!e/ -IL =; 7 na! – ;8 =8

Si 6nat J

(

I J . Suelo consistente o de alta consistencia

Si 6nat J



I J 4. Suelo poco consistente o de !a"a consistencia

Si 6nat 



I  4. Suelos sin consistencia

a consistencia de los suelos depende del tama%o de la partícula de arcilla. Caolinita D

I



'ontmorillonitaD

I

4. o mayor de 4.

S8empton y >orthey encontraron una relación entre el Zndice de i$uidez y la resistencia al corte del suelo

?ndice de ;iquide@

;;

;8

Se ha encontrado e1perimentalmente $ue cuando la 6 nat est# comprendida entre el  y (, el suelo corresponde a uno normalmente consolidado. >esis!encia del suelo


31

GEOTECNIA VIAL

• Acti3i!a! !e la" a$cilla" -Ac S8empton <4?E= encontró una relación entre el I( y el contenido de partículas, en porcenta"e, cuyos tama%os son menores a 5 micras <5 µ =. Ac 7

B R 5µ <5µ =.

=8 & 95µ

D porcenta"e de partículas cuyo tama%o es menor a 5 micras

A

.

=8

0 A" -on!moilloni!a Ac 7 1&33 ." =li!a

Ac 7 &(

0" 0aolini!a Ac 7 &4

92 µ

Clasificación del suelo segLn la Ac Ac

Tipo de suelo

R .H

Suelo Inactivo

.H a 4.5  4.5


Suelo activo Suelo muy activo

32

GEOTECNIA VIAL

•

Sen"i1ili!a! !e la" a$cilla" -St = Tam!in se denomina sensitividad o suscepti!ilidad, Terzaghi la definió como la relación entre la resistencia a la compresión inconfinada de un suelo inalterado
qu inal! & qu al!e

Clasificación de los suelos segLn la St orthey 4?5= St

C('%)+)!'!)-n "( %/"(

4.

>o sensi!les

4. R St R 5.

3a"a sensi!ilidad

5. R St R .

Sensi!ilidad media

. R St R @.

Sensi!le

@. R St R 4M.

'uy sensi!le

 4M.

-1trasensi!les o *#pidos <$uic8 clays=

• Ti:ot$o(ía &el griego [tisisX $ue significa el to$ue o el contacto, y [trepoX $ue significa cam!iar o mudar. -l concepto ti1otropía se emplea para designar el fenómeno consistente en la prdida de resistencia de un suelo arcilloso al amasado, y su posterior recuperación con el tiempo.


33

GEOTECNIA VIAL

EH"&!)!) " A#()!'!)-n

-n prue!as realizadas so!re una muestra de suelo arcilloso, se o!tuvieron las siguientes propiedadesD ímite lí$uido <= JE@B, límite pl#stico <(= J55B, límite de contracción <C=J4EB, humedad natural <7 n=JEB. Adem#s en un ensayo granulomtrico se encontró lo siguienteD Tama%o correspondiente al MB $ue pasa <&M=J.5 mm9 tama%o correspondiente al 4B $ue pasa <& 4=J.5 mm <5µ =9 tama%o correspondiente al 4B $ue pasa <&4=J .4 mm. -n una prue!a de resistencia a la compresión simple, se o!tuvieron los siguientes resultadosD resistencia a la compresión del suelo inalterado <$u inalterado= J 5. tonFm 59 resistencia a la compresión del suelo alterado <$ u 5 alterado= J 4 tonFm . &eterminar los siguienteD a& Indice de plasticidad
C#lculo del índice de plasticidad
I( J  :( I(J E@B K 55B J 4MB
C#lculo del índice de li$uidez
IL

=

wn

−

LP

LL LP

=

−

3

−

22

3(

−

22

=

&5 'consistenc ia media *

K C#lculo de la sensi!ilidad
S t

=

to n qu inalterado 2  m 2 qu alterado

=

1 to n 2 m

=

2 'sensibilid a d m e d i aa b aBa*

K C#lculo de la Actividad
=

IP

9

> 2 µ

=

169 149


= 1&14 ' suelo

activo *

34

GEOTECNIA VIAL

K

Clasi Clasififica caci ción ón en en la cart carta a de Casa Casagra grand ndeD eD I(
⇒ (or lo tanto el suelo clasifica como arcilla de !a"a plasticidad
radaciónD C u

=

D6 D1

&2 mm =

&1 mm

=

2

Como Cu 4. ⇒ se dice $ue el suelo tiene !uena gradación c. K

-stado de de Co ConsolidaciónD Como la humedad natural <7 nJEB=, est# comprendida entre el límite lí$u lí$uid ido o < J E@B= E@B= y el lími límite te pl#st pl#stic ico o <(J5 <(J55B= 5B=,, enton entonces ces se considera $ue el suelo es normalmente consolidado.

d&

K

\u pasa pasa si el suel suelo o se compact compacta a con con la humeda humedad d natur natural al <7 <7n=D

γ d γ dm#1

7ópt 7nat. -1perimentalmente se ha encontrado $ue la humedad óptima <7ópt= est# muy cercana al límite pl#stico <(J55B= 2& Si se compacta el suelo con la humedad natural <7 nJEB=, se o!tiene una compactación menor a la m#1ima. m#1ima. 3& a compactación m#1ima <γ dm#1= se o!tiene con la humedad óptima. 1&


35

GEOTECNIA VIAL

• S#elo" O$gnico" Son materia materiales les de olor olor y aparien apariencia cia caracte caracterís rístic ticos, os, al descomp descomponer onerse se producen gases de olores específicos9 su color es oscuro o varía de oscuro a negro. -stos suelos son muy !landos cuando est#n hLmedos y supremamente $ue!radizos y desmorona!les cuando est#n secos. Son materiales de alta compresi!ilidad y de una muy !a"a resistencia al corte9 por estas razones son son inad inadec ecua uado doss como como mate materi rial al de cons constr truc ucci ción ón o como como sopo soport rte e o fundación de una o!ra. -n e1cavaciones profundas estos suelos son peligrosos por los gases $ue e1pelen, pues muchos de ellos son tó1icos, como por e"emplo el gas metano. -stos suelos org#nicos son capaces de producir #cidos, los cuales llegan a formar compuestos sulfurosos $ue atacan gravemente los concretos. (ara su reconocimiento, adem#s del color y del olor, al calentarse e1piden gases gases.. Tam! Tam!i in n se pueden pueden identi identififica carr esto estoss suelo sueloss org# org#ni nicos cos por la presencia de raíces, madera y materia org#nica en general. Cuando se calientan a grandes temperaturas

36

GEOTECNIA VIAL

VI. SISTEMAS DE CLASIFICACION DE LOS SUELOS

os sistemas m#s utilizados en Colom!ia sonD CASI)ICACI^> /.S.C. • SIST-'A />I)ICA&0 &- CASI)ICACI^> SIST-'A A AAS+T0 AAS+T0 ^> A'-*IC A'-*ICA>A A>A &- CA**-T CA**-T-*A -*AS S ; • SIST-' T*A>S(0*T- &- 0S -STA&0S />I&0S=

;. Si"te'a Si"te'a Uni+ica!o Uni+ica!o !e Cla"i+i Cla"i+icaci%n caci%n !e S#elo" S#elo" U.S.C U.S.C.. &ivi ivide los los suel suelos os en dos dos grup grupos osDD

K rues ruesos os K )inos

• Suelos ruesosD Tama%o mayor a .H mm, o sea los retenidos en el tamiz 5
Suelos )inosD Tama%o menor a .H mm, o sea los $ue pasan el

eneralmente eneralmente en la naturaleza naturaleza e1isten e1isten mezclas de suelos suelos gruesos y finos. A estas mezclas se les llamar# S/-0 */-S0 si m#s del B $ueda retenido en el T59 y se llamar# S/-0 )I>0 si m#s del B pasa el T5.

• S/"(% G&/"%% *AVAS <=

Comprendidas entre EX y T <.M mm=

*AVA 3I-> *A&A&A <6=

Cu   4 R Cc R E

*AVA 'A *A&A&A <(=

Cu R  E R Cc R 4


3+

GEOTECNIA VIAL

A*->AS
Comprendidas entre el T y el T5

A*->A 3I-> *A&A&A
Cu  M 4 R Cc R E

A*->A 'A *A&A&A
Cu R M E R Cc R 4

Cuando el contenido de finos es mayor al 45 B, entonces tenemos una mezcla de suelos $ue se puede clasificar asíD *AVA A*CI0SA *AVA I'0SA A*->A A*CI0SA A*->A I'0SA

C ' SC S'

Cuando el contenido de finos est# entre  B y 45 B, ha!r# do!le signoD

•

*AVAS

A*->AS

6 ( 6 (

S6 S( S6 S(

K K K K

C C ' '

K K K K

SC SC S' S'

S/"(% F)n%

Se utiliza la CA*TA &- CASA*A>& A*CIA
A**I3A &- A I>-A A &erecha línea 3 Iz$uierda línea 3

I'0S <'= imos alta plasticidad <'+= imos !a"a plasticidad <'=

&-3A20 &- A I>-A A &erecha línea 3 Iz$uierda línea 3

0*A>IC0S <0= &-3A20 &- A I>-A A 0rg#nicos alta plasticidad <0+= &erecha línea 3 0rg#nicos !a"a plasticidad <0= Iz$uierda línea 3


3(

GEOTECNIA VIAL

EH"&!)!) " '#()!'!)-n

Se tiene un suelo $ue tiene las características siguientesD límite lí$uido <=J@B9 límite pl#stico <(=JB9 pasa tamiz 5 J4B9 pasa tamiz >o.J 4B9 coeficiente de uniformidad o. es igual al B pasa T5, $uiere decir esto $ue no hay presencia de arena, por lo tanto el material grueso presente es grava. c. rava !ien o mal gradada _ Como Cu J M y CcJ5 ⇒ 3ien gradada, por lo tanto tenemos una grava !ien gradada <6= d. Cuando el contenido de finos

3

GEOTECNIA VIAL

<. Si"te'a AAS=TO &e acuerdo con este sistema y con !ase en su comportamiento, los suelos est#n clasificados en ocho <@= grupos designados por los sím!olos del AK4 al AK@. os suelos inorg#nicos van del AK4 al AKH. &IC- &- */(0
Clasificar por el mtodo AAS+T0 un suelo cuya granulometría es la siguienteD (orcenta"e pasa T4 <5 mm= J HB (orcenta"e pasa T <.5 mm= J M5B (orcenta"e pasa T5 <.H mm= J HB -l límite lí$uido de la fracción fina es E5 y el índice pl#stico es 4. SoluciónD Con los datos se entra a la ta!la de clasificación de la AAS+T0, de iz$uierda a derecha, y se encuentra $ue las características físicas del suelo cumplen los re$uisitos del grupo AKM.


4

GEOTECNIA VIAL

-l índice de grupo

41

GEOTECNIA VIAL

>. P$#e1a" !e Ca'(o Son prue!as $ue se pueden realizar en el sitio donde se encuentra el suelo. .1

P&/"' " &"%)%$"n!)' "n "%$' %"!

-ntre m#s resistente sea un suelo en estado seco a de"arse romper entre las manos, tender# m#s a ser arcilloso, y entre m#s aumente la resistencia en seco, m#s tiende a ser C+.

Re"i"tencia E"+#e$/o a(lica!o Ti(o !e "#elo !el "#elo al "#elo 'uy !a"a &esmorona f#cil con imos org#nicos de muy !a"a la mano plasticidad. igera Se rompe f#cil con imos org#nicos Karena limosa los dedos de !a"a a alta plasticidad 'edia &ifícil de romper con Arcillas inorg#nicas de !a"a la mano plasticidad Alta Imposi!le de romper Arcillas inorg#nicas de alta con los dedos plasticidad
P&/"' " )('$'n!)'  &"'!!)-n '( 'g)$'

Consiste en colocar en la palma de la mano una muestra representativa de suelo fino $ue se trata de identificar. Si es necesario se le puede a%adir agua de manera de lograr un lustre, pero superficialmente seco
P&/"' " $"n'!)'

A mayor tenacidad del suelo en estado seco, se dice $ue el suelo tiende a ser arcilloso. a tenacidad se considera como la consistencia cerca del límite pl#stico. .

I"n$)+)!'!)-n " (% %/"(% &g;n)!%


42

GEOTECNIA VIAL

as características fundamentales $ue identifican un suelo org#nico de un limo son el color y el olor. -l principal pro!lema $ue presentan los suelos org#nicos es el re!ote el#stico y en el dise%o de terraplenes arcillosos de!e tenerse en cuenta este efecto. as vi!raciones de!en disminuirse poniendo un relleno de gran espesor y !ien compactado para disipar los esfuerzos y disminuir las vi!raciones. -n las cimentaciones donde se vaya a utilizar ma$uinaria $ue produzca vi!ración, se puede pensar en la eliminación del suelo org#nico, o en caso contrario se de!e aumentar el peso de la cimentación. Si se va a construir so!re un suelo org#nico, lo me"or es $uitarlo, o si no se puede, se de!e colocar una capa de material granular de un gran espesor.


43

GEOTECNIA VIAL

VII. FEN*MENO DE CAPILARIDAD EN LOS SUELOS

• Ten"i%n S#(e$+icial -T" -s la fuerza longitudinal $ue se desarrolla en el agua. -l tra!a"o necesario para aumentar el #rea de una superficie li$uida resulta ser e1perimentalmente proporcional al aumento en su superficie, definindose como coeficiente de tensión superficial, la relación entre un tra!a"o desarrollado y el #rea de contacto.

Cs

Cs 7 Censi$n Supe:icial 'Cs 7 &+5 gDcm a 21 o 0*

Cs Cs 7 d & dA Al:ile

d 7 CabaBo paa desaolla dA 7 ea de con!ac!o de:omada

• ?ng#lo !e Contacto - 

α1 α J `ngulo de contacto α 1  F 'enisco cóncavo α2 G ] 'enisco conve1o

α2


44

GEOTECNIA VIAL

• A"cen"i%n Ca(ila$ -7c -sfuerzo de tensión m#1ima

Tu!o capilar hc

Gona de tracción o tensión del agua -sfuerzo de tensión ⇒

σ

C

Gona de compresión del agua -sfuerzo de compresión ⇒

σ

0

-sfuerzo de compresión

Tsy 5*

Ts

Ts

a columna de agua en el tu!o capilar de!e estar en e$uili!rio

Ts1

Σ Tu!o capilar hc

)y J  <4=

(eso agua ⇒  7

π

> 2hc

γ  7

)4 <5=

)uerza producida por la Tsy
Σ

)y J  ⇒ )4 < ↑ = N )5 < ↓ = J 

⇒ )4 J )5 ⇒ hc J 5 Ts cos α . * γ


7

45

GEOTECNIA VIAL

&ondeD hc J Ascensión capilar Ts J Tensión superficial
α J `ngulo de contacto * J *adio del tu!o capilar

γ 7 J (eso unitario del agua Si α J o ⇒ Se dice $ue el menisco est# completamente formado, tendr# forma esfrica, y por lo tanto la fuerza producida por la Ts
•

E"+#e$/o ($o!#ci!o (o$ la ten"i%n ca(ila$ -



TS

-sfuerzo de tracción en el agua

Tu!o capilar hc

(resión del agua a una profundidad G

µ hc

z J

γ



 

(resión negativa o tensión del agua por efecto capílar <

µ 

Ts J

γ

hc , como

hc J 5Ts cos α .

σ


γ ω

-l esfuerzo de tracción producido por la Ts ser#

-sfuerzo de compresión en el agua

Cs

Ts=

7

*

(ara α J  se tendr# un σ

µ

CS

J 5 Ts cos α . *

ma1

46

GEOTECNIA VIAL

• E+ecto ca(ila$ !e lo" "#elo"

µ

Ts J

γ

hc

7

C Suelo parcialmente saturado hc

3 Suelo saturado >) A Suelo saturado 

µ

Ts J

(resión del agua

µ γ

J 

G

7 7

Suelo en A (artículas Sólidas

Agua en compresión

µ Jγ

<

G=

7 7

Agua a compresión -l agua a compresión tiene un efecto so!re las partículas sólidas del suelo $ue tienden a separarlas

4+

GEOTECNIA VIAL

Suelo en 3

(artículas Sólidas

Agua a tensión por efecto capilar Agua a tensión -l agua a tensión tiene un efecto so!re las partículas sólidas del suelo $ue tiende a unirlas
Suelo en C Aie

'enisco

(artículas Sólidas

Agua a tensión por efecto capilar Agua aire

Sólidos

os efectos producidos por Ts entre partículas sólidas, desarrollan un efecto de atracción entre ellas.


4(

GEOTECNIA VIAL


4

GEOTECNIA VIAL

• G$ieta" !e t$acci%n Cuando un suelo arcillosos est# saturado no presenta grietas, pero cuando la temperatura aumenta, el agua empieza a evaporarse, pasando el suelo de un estado saturado a uno parcialmente saturado, donde se desarrollan meniscos en los vacíos, generando esfuerzos por Ts. Al mismo tiempo $ue la humedad disminuye, el volumen del suelo tam!in, present#ndose un proceso de contracción del suelo, llegando a su m#1ima contracción cuando el menisco est# totalmente desarrollado. -ste proceso de contracción hace $ue el suelo se rompa, formando grietas de tracción.

rietas de tensión o de tracción

• P$e"i%n ca(ila$ en el "#elo -l agua situada por encima de >) tiene presión inferior a la atmosfrica. -n todos a$uellos puntos en $ue el menisco toca los granos del suelo, las fuerzas capilares actLan causando una gran presión intergranular dentro del suelo, llamada presión capilar.

• S#cci%n -l trmino succión aplica para designar la diferencia entre la presión del aire <µ a= y la presión del agua <µ 7=. -l índice de succión del suelo o índice ( ) de un suelo, es el logaritmo en !ase 4 de la succión e1presada en centímetros de agua. -l valor m#1imo medido del ( ) es del orden de H, y corresponde a una arcilla desecada a 44C.


5

GEOTECNIA VIAL

() J log4 hc

hc Dascensión capilar en cms () Dvaría de  a H en suelos arcillosos -n arenasD ()ma1 ≈ 4.H

• Cola("o !e lo" "#elo" Si un suelo parcialmente saturado se somete a una carga, y se espera $ue cesen las deformaciones y, a continuación se inunda
Calcular la ascensión capilar m#1ima
Ascensión capilar m#1ima
=

2  s C osα ! γ w

para α =  ° ⇒ hc mI x =

hc m Ix

b&

=

2 s ! γ w

=

4 s D γ w

4 × &+5 gr cm gr 5 × 1− 4 × 1& cm3

-sfuerzo m#1imo de tracción <σ

σ s

=

2 s

Tsm#1

=

6 cm

=

Cosα

!

para α = ° ⇒ σ s mIx =

2 s

=

!

4 s

D

gr cm = −4 5 × 1 cm

4 × &+ 5 σ s mIx

=


6

gr 2 cm

51

GEOTECNIA VIAL

VIII. ESFUER@OS EN UNA MASA DE SUELO

• E"+#e$/o" geo"ttico" A$uellos producidos por la misma carga del suelo

σ

G A

σ

A

V

σ

V

+

as cargas se comunican en el suelo, transmitindose a travs de las partículas sólidas, de tal forma $ue la presión o esfuerzo se va disminuyendo a medida $ue las partículas se encuentran a mayor profundidad.

σ v J

(resión o esfuerzo vertical, producido por la carga del mismo suelo, $ue est# por encima de l. -l esfuerzo vertical aumenta linealmente con la profundidad
σ v J γ Y G

σ + J (resión o esfuerzo horizontal, producida por las cargas laterales desarrolladas por los suelos. σ + J Q Y σ QJ

V

Coeficiente de proporcionalidad

52

GEOTECNIA VIAL

σ

<-sfuerzos=

σ

v

J γ Y G

σ

σ σ

J Q Y

+

σ

J Q Y

+

v

σ

v

v

(rofundidad G

•

E"+#e$/o" Ve$ticale" - V 
z

σ

σ

V

V

σ v J γ Y G <γ =

cte=

G

EH"&!)!) " '#()!'!)-n

Calcular los esfuerzos verticales cada metro hasta los 4 metros de profundidad, y di!u"ar el diagrama para el siguiente suelo $ue tiene un peso unitario de 4.@ tonFm5.

P$o+#n!i!a! -/ -' Suelo homogneo γ J4.@ tonFm5


. 4. 5. E. . .

E"+#e$/o" - 3  - 3  / -ton'<  . 4.@ E.M . H.5 ?.

4@

σv  5  M @ 4

tonFm5

53

GEOTECNIA VIAL

G 4. 4@. • E"+#e$/o" Ve$ticale" en "#elo" e"t$ati+ica!o"
-sfuerzo en el punto A

γ γ γ

h4

σ

4

J

VA

γ

Y h4 N

4

γ

Y h5 N ..........

5

IJn

h5

σ

5

J

VA

Σ γ

Y hi

i

IJ4

hE E

A

EH"&!)!) " '#()!'!)-n

Calcular los esfuerzos verticales y di!u"ar el diagrama para el siguiente sueloD

Diag$a'a !e e"+#e$/o" σ
Cota . 4.

.

γ 4J4.H tonFm E γ 5J4. tonFm E

.

M.H

γ EJ4.? tonFm E

M.H

γ J4. tonFm E


M.H

4.?E

4H.M@

4.

.

44.5

5.

44.5

54

GEOTECNIA VIAL

C#lculosD (ara zJ. m. zJ4. m. zJ. m. zJM.H m. zJ44.5 m.

⇒ ⇒ ⇒ ⇒ ⇒

σ  J 4.H tFm E 1 . m. J . tFm 5 σ 4. J σ  N 4.H tFm E 1 4. m. J 5. tFm 5 σ . J σ 4. N 4. tFm E 1 E. m. J M.H tFm 5 σ M.H J σ . N 4.? tFm E 1 5.5 m. J 4.?E tFm 5 σ 44.5 J σ M.H N 4. tFm E 1 . m. J 4H.M@ tFm 5


55

GEOTECNIA VIAL

• E"+#e$/o" en "#elo" "at#$a!o"

σ

V

J

σ

G A

A

Sólido

a presión o esfuerzo <

σ

= $ue le llega

σ

í$uido

σ = σ + u

σ J

al elemento A es v, el cual va a ser compartido por las partículas sólidas del suelo y el resto lo tomar# el agua contenida en los poros o vacíos

ey propuesta por Terzaghi

-sfuerzo total

σ J -sfuerzo tomado por las partículas sólidas, el cual es llamado -S)/-*G0 -)-CTIV0 µ J -sfuerzo tomado por el agua, el cual es llamado (resión de (oro ó (resión >eutra o (resión Intersticial σ


=

σ

−

µ

-sfuerzo efectivo

56

GEOTECNIA VIAL

• Diag$a'a !e e"+#e$/o" -sfuerzo total

(resión de poros

σ

-sfuerzo efectivo

µ µ J γ

σ J γ Y G G

σ σ J σ K µ

YG6

6

G

G

os esfuerzos -fectivos go!iernan la resistencia al esfuerzo cortante de los suelos EH"&!)!) " '#()!'!)-n

Calcular el esfuerzo efectivo < σ = en el punto A para el siguiente suelo, donde γ dJ4.M tonFmE y γ satJ4.@ tonFm E. Considerar el suelo seco por encima del nivel fre#tico.

σ σ µ = − = σ µ A

A

4. m

d o n d e

"

e s f u e r # o

m

A A

e s f u e r # o

A

p r e s i " n

>)

A

e f e c t i v o

t o t a l

d e

e n

p o r o

e n

A

A e n

A

A

t 3 × 1&5 m + 1&( t 3 × 3&5 m = (&+ t 2 m m m = 1& t 3 × 3&5 m = 3&5 t 2 m m = σ A − µ A = (&+ t 2 − 3&5 t 2 = 5&2 t 2 m m m

σ A = 1 &6

µ A σ A


5+

GEOTECNIA VIAL

• Di"t$i1#ci%n !e e"+#e$/o" ($o!#ci!o" (o$ ca$ga" a(lica!a" &entro de los mtodos propuestas para evaluar la distri!ución de esfuerzos, se tienen las siguientesD K Teoría de 3oussines$ K 'todo de Stein!renner K Carta de >e7mar8 T"&' " /%)n"% =1.885>

Calculó los esfuerzos para una carga vertical concentrada actuando so!re una superficie horizontal de un medio semiKinfinito
σ #

G

σ A



=

3 P 2

2π #

×

1

  r  2  1 +      #  

5

2

σ zD -sfuerzo vertical generado a una profundidad z y a una distancia r

M4$ " S$")n&"nn"&

Stein!renner integró las ecuaciones de 3oussines$ so!re un #rea rectangular, y determinó el valor del esfuerzo vertical < σ z=, generado !a"o un vrtice de un #rea rectangular cargada con una carga uniformemente distri!uida. os resultados fueron localizados so!re un gr#fico con valores adimensionalesD zF!9 σ zF∆ p9 F!, dondeD zD D !D σ zD

profundidad longitud del #rea rectangular Ancho del #rea rectangular cargada -sfuerzo vertical generado a una profundidad z, !a"o un vrtice del #rea rectangular cargada.


5(

GEOTECNIA VIAL

∆ pD Carga uniformemente repartida Coeficiente de influencia


Carga uniforme

σ G

Curva de influencia de esfuerzos

σ J Iσ Y ∆ G

σ

G

J -sfuerzo generado a una profundidad G, !a"o un vrtice de un #rea rectangular
σ

G

G

(

∆

(=

Iσ J Coeficiente de Influencia ó Simplemente Influencia

C'&$' " N"?,'&

>e7mar8 integró las ecuaciones de 3oussines$ so!re un #rea circular y encontró e1presiones $ue permiten determinar esfuerzos verticales a una profundidad z !a"o el centro del #rea circular uniformemente cargada, y a partir de tales resultados ela!oró una gr#fica, llamada Carta de >e7mar8, con la cual se puede calcular el coeficiente de influencia, !a"o un punto cual$uiera de #reas cargadas uniformemente, siguiendo un sencillo procedimiento.


5

GEOTECNIA VIAL


6

GEOTECNIA VIAL


61

GEOTECNIA VIAL

I.

=IDR?ULICA DE LOS SUELOS

-l agua $ue se considera en los suelos, es la llamada agua li!re a la cual se le pueden aplicar las leyes de la hidr#ulica.

• Fl#4o La'ina$ Cuando las líneas de flu"o permanecen sin "untarse en toda su longitud, e1cepción hecha del efecto microscópico de mezcla molecular.

• Fl#4o T#$1#lento Cuando no se cumplen las características del flu"o laminar.

• -l flu"o del agua en una masa de suelo se considera laminar. • )actores de los $ue depende la velocidad del agua en una masa de sueloD

K

)

&iferencia de presiones

)

&iferencia de alturas

*elación de vacíos

• Le6 !e Da$c6 -; V J Qi V J Velocidad del agua a travs de una masa de suelo Q J Coeficiente de permea!ilidad i J radiente hidr#ulico


62

GEOTECNIA VIAL

• G$a!iente 7i!$#lico - i  )

(or presión ( A J (resión en A (3 J (resión en 3 &onde (A  (3

γ

i 7 < ( AF

8A

γ

= : <(3F 

7

8.

= J 

7

h(

radiente +idr#ulico de!ido a presión ó a Carga de (resión A

.



)

(or presión y altura

γ 7= : <( Fγ 7=

i 7 < ( AF

3



N
G A J -nergía de altura en A

A

.

G3 J -nergía de altura en 3

i J h( N hG   . i J radiente +idr#ulico h( J -nergía de presión

A



hG J -nergía de altura  J ongitud horizontal entre dos puntos

)

-nergía total < h =


63

GEOTECNIA VIAL

h J h( N hG N hV &ondeD h J -nergía total h( J

-nergía de presión

hG J

-nergía de posición

hV J

-nergía de velocidad. -n los suelos esta energía no se toma en cuenta, de!ido a $ue la velocidad del agua a travs de una masa de suelo es muy pe$ue%a.

• -n los suelos la energía total ser#D h J h( N hG

• AplicaciónD Se tiene el siguiente sistema hidr#ulicoD A (ara este sistema el gradiente hidr#ulico ser#D

4 

+ G A

5 3

i

=

h L

=

$ L

G3 (lano de referencia

-nergía total < h = h J h( N hG < 4 = -nergía de presión < hp = h( J h A : h3 J  :  J  < 5 = h A J (resión en A h3 J (resión en 3


64

GEOTECNIA VIAL

-nergía de posición < hz = hG J
• Pe$'ea1ili!a! )acilidad $ue tiene el agua de circular a travs de una masa de suelo. -l coeficiente de permea!ilidad
Q tiene las mismas unidades de la velocidad

K 'todos para medir la permea!ilidad AK. &I*-CT0S

(erme#metro carga constante (erme#metro carga varia!le (rue!as directas en sitio

3K. I>&I*-CT0S

ranulometría (rue!a de consolidación (rue!a horizontal de capilaridad


65

GEOTECNIA VIAL

• Valo$e" !e la (e$'ea1ili!a! en "#elo" G$a!o !e Pe$'ea1ili!a!

Ti(o !e "#elo

Valo$ !e  -c'""g

Alto

ravas y Arenas limpias

'ayor a 4K4

*egular

Arena limpia con mezcla de rava

4K4 a 4KE

3a"o

Arenas muy finas

4KE a 4K

'uy !a"o

imos org#nicos e inorg#nicos, arenas finas, limos arcillosos, depósitos estratificados de arcilla

4K a 4KH

'enor a 4KH

(r#cticamente Arcillas Impermea!le

• Re! !e +l#4o

+

/ltimo cuadro

+ 4

+ 5 íneas de corriente o flu"o

íneas -$uipotenciales -strato impermea!le

\ J nt Y 8 Y +


66

GEOTECNIA VIAL

ne \ J nt J neJ 8 J + J

Caudal de filtración >Lmero de tu!os de corriente >Lmero de caídas e$uipotenciales Coeficiente de permea!ilidad del suelo -nergía total del sistema

• Seg#$i!a! cont$a "oca3aci%n o lic#aci%n Se analiza el factor de seguridad < )S = con el Lltimo cuadro de la red de flu"o
J

J

icritico ima1

)actor de Seguridad

icritico Jradiente hidr#ulico crítico. icritico J γ sum

γ 7 ima1

∆h l

J J J

radiente hidr#ulico m#1imo. ima1 J ∆ h l &iferencia de potencial entre líneas e$uipotenciales consecutivas ongitud Lltimo cuadro de *ed de flu"o

(ara )S  4. ⇒ >o hay socavación (ara )S J 4. ⇒ Condición crítica (ara )S R 4. ⇒ Si hay socavación

• A(licacione" ($ctica" !e la Re! !e +l#4o )

Calcular caudales de filtración dentro de una masa de suelo.

)

Calcular presiones dentro de una masa de suelo cuando hay flu"o de agua a travs de ella


6+

GEOTECNIA VIAL

. CONSOLIDACI*N DE LOS SUELOS

Columna

∆ ∆

(
+
-l elemento A antes de colocar cargas al suelo

A

-strato de arcilla saturada

-l elemento A un tiempo despus de colocar cargas al suelo -l suelo en sus condiciones naturales originales, tiene sus partículas sólidas a una cierta distancia, unas de otras, en sus vacíos est# el agua
&espus de cargar el suelo < ∆ ( = y con el transcurso del tiempo < t =, las partículas se van acercando, unas a otras, de!ido a $ue hay una salida de agua del suelo S0I&ACI^>.


6(

GEOTECNIA VIAL

-l proceso de consolidación se puede definir como la transferencia de esfuerzos del agua a los sólidos, cuando se est# produciendo el drena"e o salida del agua del suelo.

∆ p J Carga aplicada

a carga $ue actLa so!re la superficie del suelo, se transmite al elemento A, repartindose una parte para los sólidos y otra para el agua.

∆p Sólidos Agua

A

Arcilla Saturada

∆ p J Carga generada por el suelo < elemento A = $ue ser# tomada inicialmente < t J  = por el agua y a medida $ue haya drena"e < t J t4= se va transfiriendo a las partículas sólidas. Al pasar un tiempo muy largo < t →∝ = toda la presión generada < ∆ p=, ser# tomada totalmente por los sólidos < ∆ p J ∆ σ =, por lo (iezómetro tanto los esfuerzos efectivos ser#n m#s grandes, gener#ndose un aumento en la resistencia del suelo. ∆ p J Carga aplicada

h5

∆+ t J  (a$a cont$ol !e a"enta'iento" • P$#e1a !e con"oli!aci%n en el ca'(o h4

t J t4

G

J $ueremos t5 Antes de colocar ∆ p, el suelo se encuentra en su estado original. t Si medir la presión de poro en A, colocamos un piezómetro9 si elt Jagua en el tE Arcilla piezómetro su!e h4 significa $ue la presión de poro en A, es la de!ida a la Saturada t J tn →∝ presión hidrost#ticaD A

µ J γ 7G J h4 -strato impermea!le


µ

h

µ = ∆p

6

GEOTECNIA VIAL

Al colocar la carga ∆ p, sta genera en el suelo, transmitiendo al agua un e1ceso de presión hidrost#ticaD µ J ∆ p. -n el piezómetro su!ir# la columna de agua una altura h5, indicando $ue en el punto A, la presión del agua su!ió ste valorD

µ J ∆ p J h5 A medida $ue pasa el tiempo, el agua $ue tiene e1ceso de presión hidrost#tica va drenando, generando una disminución de presión de poro < µ =. -sta disminución de la presión de poro se puede o!servar con el piezómetro, pues h5 va disminuyendo. Cuando h5 → , se dice $ue el proceso de consolidación primaria ha terminado. -l proceso de consolidación en el terreno, va acompa%ado con una variación del volumen total del suelo, o!serv#ndose este fenómeno en el sitio como un hundimiento o asentamiento del suelo < ∆ + =. Asentamiento < ∆ += Variación del asentamiento $ue sufre el suelo compresi!le en el transcurso del tiempo

Tiempo < t =


+

GEOTECNIA VIAL

• E3al#aci%n !el a"enta'iento total ($i'a$io !e #n e"t$ato a$cillo"o "#4eto a con"oli!aci%n

∆p ∆+ G

+

∆e

eo

dG

-strato de Arcilla saturada

Sólidos

4

-lemento

-lemento de suelo <)ases=

-strato impermea!le

+

J Volumen total del estrato de arcilla en condiciones originales

∆+

J Variación del volumen del estrato comprensi!le, por consolidación

eo

J *elación de vacíos del suelo en condiciones originales

4 N eo J Volumen de un elemento de suelo en condiciones originales

∆e

J Variación del volumen del elemento de suelo, por consolidación

(or seme"anza se tieneD + J 4 N e ∆+ ∆e

⇒

∆+

J

∆e Y 4 N eo

+

+ J -spesor total del estrato de suelo compresi!le, independientemente de las condiciones de drena"e.


+1

GEOTECNIA VIAL

0tras e1presiones desarrolladas para calcular el asentamiento por consolidación primariaD a. ∆ $ = mvσ $ #

"

D o n d e

A se n !a m ie n $ = ∆ m%

!o p o 

$ d ulo =

d e c o m p  es ib i

Es:ue@o

e:ec !i% o

σ @ =

H

co nso lida c

E speso !o =

!al

d el

lidad

g e n e a d o es!a!o

i$ n

p im aia

% o lu m J !i en el su elo

d e su elo

c o m p e sib l

!. MMM σ + ∆  σ  ∆ $ = $ log    σ   1 + e  

C c

Donde "

∆ $ = Asen!amien !o po consolidac i$n pimaiaL suelo 0c = =ndice de compesi$n L coespond e a la pendien!e

nomalmen! e consolidad o de la @ona %igen de la cu%a

de compesibi lidad&

= >elaci$n de %acíos inicial H = Espeso !o !al del es!a!o compesibl σ  = Es:ue@o e:ec!i%o inicial eo

e

MMM

∆σ K = =ncemen!o

de es:ue@o e:ec!i%o geneado

MMM

σ f

= ∆σ K+σ  = Es:ue@o

e:ec!i%o :inal

F'!$& T)",# T  =

Cv × t 2

$

&onde D CvJ Coeficiente de consolidación

ca

+2

e

GEOTECNIA VIAL

G&' " !n%()'!)-n U % 9

=

 µ  ∆ p − µ ×1 = 1 −   ×1 ∆ p  ∆ p 

&onde D /BJ (orcenta"e de consolidación µ J presión de poro a una profundidad z y en un tiempo t ∆ p J Carga aplicada y $ue se genera en el suelo R"('!)-n "n$&" T * U

U H  4 4 5 5 E   M H @ ? 4

T . .@ .4@ .E4 .? .H4 .45M .4?H .5@H . .M .@@ ∞

C"+)!)"n$" " 3'&)'!)-n 3(/,4$&)! '3 av

d e

=

Nonde

d σ

" de

=%aiaci$n =%aiaci$n

dσ


de la elaci$n del

es:ue@o

de %acíos

en un poceso

de consolidac

e:ec!i%o

+3

GEOTECNIA VIAL

M-/( " !,#&"%))()' 3(/,4$&)! ,3 mv

=

av 1 + e

Nonde " av

e

= coe:icien! e de %aiaci$n = elaci$n de %acíos inicial

%olumJ!i ca

C"+)!)"n$" " !n%()'!)-n C3 C v

=

& γ w mv

Nonde " O = coe:icien! e de pemeabili dad

= peso uni!aio del agua m % = m$dulo de compesibi

γ 


lidad %olumJ!i co

+4

GEOTECNIA VIAL

I. RESISTENCIA DEL SUELO • Falla -n una o!ra de Ingeniería es cuando no est# cumpliendo las funciones para la cual fue dise%ada y construida. )alla es el principio del comportamiento inel#stico de un material o el principio de rotura del mismo. • Ti(o" !e +alla T"&' D)n;,)!' K



en los

T"&' C)n",;$)!' K



las •

a )alla del Suelo se fundamenta esfuerzos. a falla del suelo se fundamenta en deformaciones.

Teo$ía !e +alla De Mo7$ Co#lo'1 <&in#mica= :)#-$"%)% =1> K a falla se produce de!ido a la magnitud del esfuerzo principal m#1imo < σ 4= y al esfuerzo principal mínimo <σ E=, no teniendo ninguna influencia el esfuerzo principal intermedio. 

:)#-$"%)% =2> K a falla se presenta cuando el círculo definido por <σ 4= y <σ E= resulta ser tangente a una cierta línea del plano <σ Kτ =
P&/"' " C'&g'



∆ (E ∆ (5 ∆ (4

σ vJσ

4

σ hJσ

E

A (lano de

rotura


+5

GEOTECNIA VIAL

Al aplicar cargas sucesivas so!re el suelo ∆ (4, ∆ (4b.., los σ v en
τ

n

τ

-nvolvente de falla <*epresenta la resistencia del suelo= f

Círculo de falla
(lano de

rotura σ EiJσ + σ 4iJσσ 4f v

σ

-l círculo formado por <σ v, σ + = corresponde al estado de esfuerzos del suelo antes de cargarlo, es decir en condiciones originales. -l círculo formado por < σ Ei, σ 4f = corresponde al estado de esfuerzos del suelo en el momento $ue est# fallando por efecto de las cargas aplicadas. -ste círculo es el Lnico $ue representa un estado de falla del suelo.

•

S#elo" F$iccionante" -A$ena"  #Suel"s Grues"s O Gra$ulares%

A$uellos cuya resistencia depende de la fricción $ue se desarrolla entre partículas sólidas. Su envolvente de falla se representa en el plano de 'ohr asíD


+6

GEOTECNIA VIAL

τ

S J σ tan φ

φ σ

S J *esistencia al -sfuerzo Cortante σ J -sfuerzo >ormal φ J Angulo de )ricción. -s una medida de la )ricción desarrollada entre (artículas. •

S#elo" Co7e"i3o" -A$cilla" #Suel"s Fi$"s%

A$uellos cuya resistencia depende de un valor constantes llamado cohesión
SJC

φ J C σ

•

S#elo" Co7e"i3o  F$iccionante" #Arcilla C"$ Are$a%

A$uellos cuya resistencia dependen de la cohesión < C= y de la )ricción <φ =. Su envolvente de falla se representa asíD


++

GEOTECNIA VIAL

τ

S J C N σ tan φ <ey Coulom! 4.HHM=

φ C σ

a ey de Coulom! se ha venido cumpliendo para algunos casos pero para otros no, por lo cual Terzaghi en 4?5 hizo una modificación, considerando $ue las fallas se producían en a$uellos suelos $ue tenían muchos finos y adem#s agua, por lo tanto introdu"o el concepto de esfuerzos efectivos < σ =, en lugar de los esfuerzos totales <σ = propuestos por Coulom! Adem#s consideró $ue la cohesión
ey de la *esistencia de los suelos

Facto$e" !e lo" 9#e !e(en!e la $e"i"tencia !e lo" "#elo" +$iccionante"


) ) ) ) ) 

)

En !/'n$ '( ;ng/( " +&)!!)-n )n$"&n' <φ =

&ensidad *elativa ranulometría )orma de las (artículas Tama%o de las (artículas *esistencia propia de las partículas. En !/'n$ '( "%+/"& N&,'( <σ =

(rofundidad < G =


+(

GEOTECNIA VIAL

)

&ensidad < γ =

• Facto$e" !e lo" 9#e !e(en!e la $e"i"tencia !e lo" "#elo" +ino" ) ) ) )

+istoria previa de la consolidación del suelo Velocidad de aplicación de cargas. Condiciones de drena"e Sensi!ilidad de estructura del suelo.

• P$#e1a" !e $e"i"tencia en "#elo" )

-n a!oratorio   

)

Corte &irecto o -sfuerzo Secante Compresión inconfinada o simple Tria1ial

-n Terreno   

(enetración -st#ndar o >ormal Veleta (enetrómetro de 3olsillo

• P$#e1a" !e $e"i"tencia (a$a !i"eKo !e (a3i'ento" )

-n a!oratorio C3* -sta!ilómetro de +veem  Vi!ratorio para determinar 'ódulo de -lasticidad  &in#mica o 'ódulo *esiliente <' *=. 

)

-n terreno  

(laca &irecta C3*


+

GEOTECNIA VIAL

En"a6o !e (laca !i$ecta O14eti3o Se utiliza para determinar la resistencia de los suelos con el propósito de dise%ar pavimentos rígidos y fle1i!les. -l valor de resistencia o!tenido en el ensayo se denomina 'ódulo de *eacción
P$oce!i'iento !el en"a6o en el te$$eno 4. (ara ensayos de condición inconfinada, se e1cavar# el #rea a ensayar con una dimensión el do!le o mayor $ue el di#metro de la placa, con el fin de eliminar efectos de confinamiento o so!recarga. Si la su!rasante es un terrapln, se construir# un relleno de EX de altura mínima. 

(ara ensayos confinados, el di#metro del #rea circular e1cavada de!e ser lo suficiente para colocar la placa de prue!a. 

5. Colocar el e$uipo de (rue!a en el sitio escogido para la determinación de la resistencia. -l suelo de!e estar completamente limpio, plano y nivelado para hacer el ensayo.

ESUEMA DEL EUIPO Viga de reacción Anillo de carga ato

&ial de &eformación

Carga

&ial de &eformación

45X 4@X 5X


EX

(laca circular e≅ 4

(

GEOTECNIA VIAL

E.

Aplicación de Cargas

E.4. (rocedimiento 4. Aplicar una carga tal $ue la presión de contacto con el suelo sea de 4 l!Fpg5, para espesor de pavimento menor a 4X., o de 5 l!Fpulg 5 para espesor igual o superior a 4X 

'antener esta carga hasta o!tener deformación total. (ara esta condición, la lectura del dial se toma como cero < δ = y la carga de asentamiento se considerar# como carga cero<( = Sin $uitar la carga anterior, aplicar mínimo seis
CA*A l!Fpg5 ( (4J ( N ∆ p (5J (4 N ∆ p . . . (n J (nK4N ∆ p

&-)-I0> <,4X =

δ  δ 4 δ 5 . . . δ n J δ

T

'antener la carga en este punto hasta cuando no ocurra un aumento de la defle1ión mayor de ,4X por minuto, durante tres minutos consecutivos. Anotar defle1ión total < δ T=, despus disminuir la carga hasta a$uella a la cual las medidas del dial fueron colocados en cero <( = y mantener la carga de asentamiento en cero, hasta cuando la rata de recuperación no e1ceda ,4X por minuto, durante tres

(1

GEOTECNIA VIAL

E.5. (rocedimiento 5 Aplicar una carga <(= $ue produzca una defle1ión < δ = entre ,4X y ,5X. 

-liminar carga <(= y esperar $ue la agu"a del dial se detenga. uego cargar con la mitad de ( <(F5= y esperar $ue el dial se esta!ilice. -n este momento se coloca el dial en su marca cero. Sin $uitar la carga anterior, aplicar dos incrementos de l!Fpg 5 cada uno, con los incrementos mantenidos hasta $ue la deformación promedio sea menor de ,4X por minuto, durante 4 minutos consecutivos. +acer lectura del dial al final de cada incremento de carga. 

uego de concluir el incremento de carga de 4 l!Fpg 5, determinar defle1ión promedio, considerando el movimiento total entre el [ceroX y el incremento de 4 l!Fpg 5, para cada dial. C#lculo del 'ódulo de reacción de la su!rasante sin corregir
4&

4 l!Fpul5 Q &efle1ión J promedio <δ  µ

.

= prom

prom

Si Qµ < 5, se considera concluido el ensayo y de!e $uitarse la carga. Si Qµ ≥ 5, se de!en aplicar incrementos de carga de  l!Fpg 5, hasta alcanzar E l!Fpg5, de"ando cada incremento hasta $ue la deformación promedio sea menor de ,4X por minuto, durante 4 minutos consecutivos. +acer lecturas de deformación al concluir cada incremento. (reparar Curva de -sfuerzo : &eformación (4 J  l!Fpg5 (5 J 4 l!Fpg 5 (E J 4 l!Fpg 5 ( J 5 l!Fpg 5


δ  δ 4 δ 4 δ 5

(2

GEOTECNIA VIAL

( J 5 l!Fpg 5 (M J E l!Fpg 5

δ δ

5 E

. 0!tener muestra inalterada del material de fundación para ensayarle en el la!oratorio, con el fin de determinar la corrección por saturación. M. *egistrar temperatura del aire cada E minutos, utilizando termómetro suspendido cerca de la placa. H.

C#lculos y r#ficos

H.4 Cuando Qµ es menor a 5, no es necesario preparar curvas carga deformación. H.5 Cuando Qµ ≥ 5, se de!er# di!u"ar la curva esfuerzo : deformación. a defle1ión promedio <δ prom.= se calcula con las lecturas de los diales entre el [ceroX y el final de cada incremento de carga. Si la relación esfuerzo : deformación no da una relación en línea recta $ue pase por el origen, de!er# corregirse la curva. -l valor promedio de la defle1ión ser# a$uel $ue corresponda a una carga de 4 l!Fpg 5, en la curva corregida.

δ

.4

.5

.E

&efle1ión
prom



Curva real

4 4

Curva corregida

5 5

-sfuerzo

& prom.=

(3

GEOTECNIA VIAL

H. Corrección de Qµ por defle1ión de placa
Curva calculada Qu

Qu

Qu !FpulE

Qµ J Valor del 'ódulo de reacción corregido por fle1ión de placa H. Corrección del 'ódulo de *eacción por Saturación
 d '  d   + × 1 −    d s +5  d s  

( = (u 

-n unidades inglesas l!FpulE

Q J 'ódulo de *eacción del suelo corregido
>otaD

a Corrección por saturación no se re$uiere cuando se evalLan pavimentos de m#s de tres a%os. -n suelos no cohesivos, no se re$uiere corrección por saturación. 


(4

GEOTECNIA VIAL

-l proceso completo de la prue!a est# en la norma I>V.-K4M@ 

II.

EPLORACION DE LOS SUELOS

N"!"%)' " (' E<#(&'!)-n

&e!ido a la heterogeneidad de los depósitos de suelos y rocas $ue se presentan en la naturaleza, el ingeniero de!er# preparar un programa de la investigación del terreno, el cual dar# a conocer las condiciones m#s importantes del su!suelo y definir# la varia!ilidad tanto como sea posi!le. Siempre ha!r# un riesgo de!ido a condiciones desconocidas9 ste podr# reducirse al mínimo haciendo una investigación m#s completa, pero nunca se podr# eliminar. E$'#'% " In3"%$)g'!)-n G"$4!n)!'

45.5.4. *econocimiento, para determinar la naturaleza del terreno y estimar las condiciones del suelo. 45.5.5. Investigación de e1ploración, para determinar la profundidad, espesor y composición de los suelos, la profundidad del agua y de la roca y, para estimar la propiedades ingenieriles del suelo. 45.5.E. Investigación completa y detallada, para o!tener la información precisa de los estratos críticos, con la cual pueden hacerse los c#lculos del proyecto. 12.. R"!n!),)"n$ "( $"&&"n

Considera el an#lisis de aspectos tales comoD estudios geológicos, actividad sísmica potencial, fuentes de información geotcnica, inspección de la zona del proyecto, fotointerpretación. 45.E.4. -studios eológicos Su propósito principal es determinar la naturaleza de los depósitos su!yacentes en la zona del proyecto. Se podr#n determinar tipos de suelo y roca $ue pro!a!lemente se encontraran y seleccionar los me"ores mtodos para la


(5

GEOTECNIA VIAL

e1ploración del su!suelo, antes de iniciar las perforaciones, la toma de muestras o los ensayos en o!ra. 12&3&2&

Actividad Sísmica (otencial

a sismicidad potencial de!e ser considerada en los proyectos viales, estructuras de puentes y estructuras de presas cuyo deterioro o falla puede causar da%os materiales o perdidas de vidas. 12&3&3&

)uentes de Información eotcnica

Comprende la información geológica y de suelos analizada en estudios realizados para proyectos seme"antes, tales como carreteras, oleoductos, pozos petroleros. Adem#s los documentos e1istentes en entidades estatales como IAC, Ingeominas, -copetrol, donde se pueden encontrar, planos, mapas e informes tcnicos con información importante para el proyecto. 45.E.. Inspección de la zona del proyecto a visita al lugar del proyecto y sus #reas adyacentes ofrecer#n información de mucho valor. a topografía, la forma del drena"e y de la erosión, la vegetación y el uso de la tierra, revelan las condiciones su!terr#neas, especialmente la estructura y te1tura del suelo y de la roca. &e!e recordarse $ue si se encuentra un !uen suelo en un lugar, esto no significa $ue necesariamente se encontrar# tam!in !uen suelo en lugares colindantes. 45.E.. )otointerpretación (ermite apreciar las condiciones del su!suelo a travs de la interpretación de la fotografías areas, tales como rasgos distintivos geológicos y de o!ras hechas por el hom!re. &entro de los rasgos analizados a travs de la fotointerpretación se tienen los siguientesD Topografía &istri!ución de corrientes &etalles de la erosión y de los !arrancos Vegetación Cultivos y o!ras artificiales


(6

GEOTECNIA VIAL

imites naturales y artificiales

12.. In3"%$)g'!)n"% E<#(&'$&)'%

45..4. (laneamiento del tra!a"o de -1ploración Su propósito es o!tener una información lo m#s e1acta posi!le de las condiciones del suelo y de la roca en la zona del proyecto. &entro de los o!"etivos de la e1ploración est# la de conocer la profundidad, espesor, e1tensión y composición de cada uno de los estratos9 adem#s la profundidad de la roca y la profundidad del nivel fre#tico. 45..5. >Lmero de Sondeos >o es f#cil determinar el espaciamiento de los sondeos antes de comenzar la investigación, pues ello depende no solamente del tipo de estructura sino tam!in de la uniformidad y regularidad del depósito de suelo. Corrientemente se hace un estimativo preliminar del espaciamiento entre sondeos9 este espaciamiento se reduce si se necesitan datos adicionales o se aumentan si el espesor y la profundidad de los estratos son apro1imadamente los mismos en todos los sondeos. -n todos a$uellos puntos o zonas donde se genera concentración de cargas se de!er# efectuar por la menos un sondeo. K -spaciamiento recomendado de los sondeosD Carreteras <-studio de su!rasante= (resa de tierra, di$ues -1cavación para prstamo Aeropistas

5 a  m E a M m E a 45 m  a @ m

45..E. (rofundidad de los sondeos Con el fin de tener la información necesaria para poder predecir el asentamiento de una estructura, los sondeos de!en penetrar todos los estratos $ue puedan consolidarse nota!lemente por efecto de las cargas generadas por las o!ras de ingeniería.


(+

GEOTECNIA VIAL

-l Instituto eotcnico de 3lgica considera $ue los sondeos de!en penetrar hasta una profundidad tal, en $ue los esfuerzos generados en el suelo por el peso de una estructura, sean apro1imadamente del 4B. (ara presas y terraplenes la profundidad varía entre la mitad y el do!le de la altura, dependiendo de las características de resistencia y compresi!ilidad de los suelos de fundación. (ara e1cavaciones profundas los sondeos de!en penetrar de 4. a . m por de!a"o del fondo de la e1cavación. -n e1cavaciones para prstamos, los sondeos de!en llegar hasta la profundidad prevista. (ara estudios de carreteras, la profundidad de los sondeos ser# entre 4. a 4. m, por de!a"o del nivel de la su!rasante. (ara estudios de aeropistas el sondeo de!er# penetrar entre 5. a E. m por de!a"o del nivel de la su!rasante. 45... 'uestreo de Suelos 'uestra Alterada o *emoldeada, es a$uella $ue ha perdido parcialmente sus características de resistencia y compresi!ilidad en relación a las $ue tiene en el sitio. as muestras alteradas se utilizan para hacer ensayos de clasificación, tales como límites de consistencia y granulometría. 'uestra Inalterada es a$uella $ue conserva las características de resistencia y compresi!ilidad del suelo en sitio. Se utilizan para hacer prue!as de resistencia y de compresi!ilidad tales como compresión inconfinada, corte directo, tria1ial y consolidación. -ste tipo de muestras inalteradas de!er#n tomarse con precaución y protegerse contra perdidas de humedad coloc#ndolas en recipientes apropiados y cu!rindolas con parafina. 12.5. M4$% E<#(&'$&)%

45..4 'todos de e1ploración de car#cter preliminar

((

GEOTECNIA VIAL

(enetración -st#ndar (enetración cónica 45..5. 'todos de sondeo definitivo (ozos a cielo a!ierto con muestreo inalterado Tu!o de pared delgada *otatorios para roca 45..E 'todos eofísicos

• Sísmico • -lctrico 12.6. P% ' !)"( ')"&$

Tam!in llamado api$ues o trincheras, son perforaciones hechas a mano utilizando !arras, picos y palas. Se consideran estos sondeos como muy satisfactorios por cuanto el geotecnista puede o!servar directamente los estratos de suelo en su estado natural. Sin em!argo es necesario distinguir la naturaleza del suelo [in situX, $ue puede ser modificada por la e1cavación realizada. (or e"emplo una arcilla dura puede, con el tiempo, aparecer como !landa a causa del flu"o de agua hacia la trinchera9 an#logamente, una arena compacta puede presentarse como semifluida y suelta por el mismo motivo. Cuando se efectLe el api$ue se de!e llevar un registro completo de las condiciones del su!suelo durante la e1cavación, hecha por un tcnico en suelos. &e estos pozos se pueden o!tener muestras alteradas o inalteradas de los diferentes estratos encontrados. (or este motivo los pozos a cielo a!ierto est#n clasificados dentro de los mtodos preliminares y mtodos definitivos. 12.7. P"&+&'!)n"% !n '&&"n% @"()!)'("% * %),)('&"%

-l !arreno helicoidal es una herramienta de ata$ue $ue tiene la forma de un tornillo y penetra al suelo por rotación. a muestra de suelo o!tenida es alterada, pero suele ser representativa del suelo en lo referente al contenido de humedad, por lo menos en suelos pl#sticos.


(

GEOTECNIA VIAL

-l !arreno se conecta en el e1tremo de una tu!ería de perforación, formada por secciones de igual longitud, $ue se van a%adiendo segLn aumente la profundidad del sondeo. -stos !arrenos se pueden penetrar al suelo en forma manual, para lo cual se utilizan di#metros pe$ue%os <5 a E pulgadas= y a limitada profundidad <4 a 4 metros en suelos !landos=. Tam!in pueden penetrar mec#nicamente, utilizando di#metros mayores y avanzando a mayores profundidades. -n arena localizada !a"o el nivel fre#tico estos !arrenos no pueden e1traer muestras, por lo tanto es necesario utilizar otras herramientas llamadas cucharas toma muestras para o!tener muestras de suelo. )recuentemente es necesario enti!ar la perforación, utilizando una tu!ería de acero
-l e$uipo para realizar la perforación incluye un trípode con polea y martinete suspendido, de  a @ 8g. de peso, cuya función en hincar en el suelo a golpes la tu!ería $ue servir# de enti!ado



GEOTECNIA VIAL

-l e$uipo necesario para aplicar el procedimiento consta de un muestreador especial llamado (enetrómetro -st#ndar de dimensiones esta!lecidas y peso conocido. -l penetrómetro normalmente es un muestreador de media ca%a o tu!o partido, llamado así por$ue se puede dividir longitudinalmente para facilitar la e1tracción de la muestra $ue haya penetrado en su interior. -l penetrómetro se enrosca al e1tremo de la tu!ería de perforación y la prue!a consiste en hacerla penetrar a golpes dados por un martinete de ME. 8g. <4 l!s.= y $ue cae desde HM cm
Con"i"tenci a 'uy !landa 3landa 'edia )irme 'uy firme &ura

N5'e$o !e gol(e" Pa$a (enet$a$ > c' -N R5 5: :@ @ : 4 4 : E  E


Re"i"tencia a la Co'($e"i%n "i'(le 9# -gc'<  R .5 .5 : . . : 4. 4. : 5. 5. : .  .

1

GEOTECNIA VIAL

12.10. M4$ " P"n"$&'!)-n C-n)!'

Consiste en hacer penetrar una punta cónica en el suelo y medir la resistencia $ue el suelo ofrece. &ependiendo del procedimiento para hincar el cono en el terreno, estos mtodos se dividen en est#ticos y din#micos. -n los est#ticos el cono se penetra a presión, medida en la superficie con un gato apropiado. -n los din#micos el hincado del cono se logra a golpes dados con un martinete de peso conocido y altura de caída definida. 12.11. M/"%$&" !n $/ " #'&" "(g''

Se considera $ue con un tu!o de pared delgada se puede o!tener una muestra inalterada de suelo arcilloso

2

GEOTECNIA VIAL

&ondeD Ar J grado de alteración &eJ di#metro e1terno &i J di#metro interno -l Ar no de!e superar el 4B para tu!os de  cm <5 pulgadas= de di#metro interior. 12.12. M4$% R$'$&)% #'&' R!'

Cuando en una perforación aparece un gran !lo$ue de roca o un estrato rocoso es indispensa!le recurrir al empleo de m#$uinas perforadoras a rotación, con !roca de diamantes o del tipo c#liz. -n las perforaciones con !roca de diamante, se coloca en el e1tremo de la tu!ería de perforación un muestreador llamado de [corazónX, en cuyo e1tremo inferior se acopla una !roca de acero duro con incrustaciones de diamante industrial, para facilitar la perforación. -n las perforadoras con !roca tipo c#liz, el muestreador es de acero duro y la penetración se facilita por medio de municiones de acero $ue se introducen a travs de la tu!ería hueca hasta la perforación, actuando como a!rasivo. a !roca con inserciones de diamante en la corona se recomienda utilizar en perforaciones de roca dura. a !roca con inserciones de tungsteno en la corona se recomienda utilizar en rocas medianamente duras. a !roca de acero duro en diente de sierra, se utiliza en rocas suaves como lutitas y pizarras. -l 1ito de una perforación rotatoria en roca depende fundamentalmente del !alance de tres factoresD velocidad de rotación, presión de agua y presión so!re la !roca. as velocidades de rotación son varia!les de acuerdo con el tipo de roca a atacar. A causa del calor desarrollado por las grandes fricciones producidas por la operación de muestreo, es necesario inyectar agua fría de modo continuo. Tam!in se hace necesario e"ercer presión vertical so!re la !roca, a fin de facilitar su penetración. os e$uipos de perforación rotatorio tra!a"an usualmente en cuatro di#metros, siendo los mas usados las tu!erías tipo A1 y 31.


3

GEOTECNIA VIAL

Ti(o !e 1$oca -1 A1 31 >1

Di'et$o Di'et$o e:te$no -'' inte$no -'' EH. 5. H. 5. 4. 5. H. .

12.1. M4$ S%,)!

Se fundamenta en la diferente velocidad de propagación de las ondas vi!ratorias de tipo sísmico a travs de diversos medios materiales. as mediciones realizadas so!re diversos medios permiten esta!lecer los siguientes valoresD Arenas sueltas 'antos de grava compactos *oca sana Agua

≈ 4 mFsg ≈ 5 mFsg ≈ 5 a @ mFsg ≈ 4 mFsg

-l mtodo consiste en provocar una e1plosión en un punto determinado del #rea a e1plorar usando una pe$ue%a carga de e1plosivo

4

74638607-Geotecnia-Vial.pdf

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