UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académico de Mecánica de Suelos
MECÁNICA DE SUELOS
EC 511H APLICACIONES DEL ANÁLISIS ANÁ LISIS GRANULOMÉTRICO
Ing. Luisa Shuan Shuan LLucas ucas
APLICACIONES DEL ANÁLISIS ANÁ LISIS GRANULOMÉTRICO
ESTABI EST ESTABILIZACIÓN ABILIZ LIZACI ACIÓN ÓN MECÁ MECÁNI MECÁN NICA NICA PO POR POR R R ME MEZ MEZCLA. ZCL CLAA.
DISEÑ DISEÑO EÑO OD DEE FI FILLTR TROS OS DE AGREGADOS AGRE AG REGA GADO DOSS
ESTI ES ESTIMACIÓN TIMA MACI CIÓN ÓN DE PE PERM PERMEA PER RMEAB MEABI EABIL BILI ILID LIDA IDAD DAD AD D EN SUEL SU SUELOS ELOS OS GR GRAN GRANULARES ANUL ULAR ARES ES
ESTABILIZACIÓN MECÁNICA POR MEZCLA Es la combinación de uno o mas suelos, para dar origen a otro que cumpla con las características caracte rísticas indicadas en las l as especificaciones. granulometría y plasticidad que debe reunir la mezcla y que los suelos individuales no cumplen. La estabilización por mezcla mejora la distribución granulométrica.
MEZCLA DE DOS SUELOS MÉTODO GRÁFICO DEL CUADRADO Dibujar un cuadr Dibujar draado en cuyos lados se cco colo olloca occan an ees esca sccala allas as ddee porcen por porcentajes centaj tajes es granulométricos granul gr anulomé ométri tricos cos Se ubican los puntos qu Se que que corr rres espo pond nden en a llo los os porcentajes porrce po cent ntaj ajes es de una ma de mall mallla la de dete term rmin inad adaa pa par para cada uno de los suelos. suelos. Es decir quuee se tiennee un decir unaa reec ecta cttaa pa par para cca cada ada ma mall malla. llaa. Sobre estas líneas rectas y con base en las eescalas Sobre scalas
una, los límites de la una, las las es espe peci peccifi cifific fica icac caci acio cion ione ones nes ess a que se desea ssee ajuste la m ajuste mezcla. ezcla. Se traaz Se aza zan do dos dos lílínea líneas neaas ve ne vert rtic ical ales es po por por lo los los pu punt ntoos ma mass pr próx próximos óxim imos os entre sí, de todos los qu entre que que cco corr orrre ressp spo pond po onde nden nd eenn a los límites ddee espe es especificación peci cififica caci ción ón ddee la m mezcla ezcla De esta manera se hha De habr abbrá rá llilim imiitita tado una na zona tal que si los l os porc po porcentajes rcen enta taje jess eenn que se meez ezcl zcclan laann lo los los su suel suelos elos os qu qued queedan eda dan ann dde dent enntr tro de de ella, se ella, se pr prod oduc ucir iráá un unaa m mezc me ezcl ez zcla cla laa de dent denntro ntro ro ddee las las esp especi especificaciones. ecific ficaci acione oness.
MÉTODO DEL CUADRADO EJEMPLO MEZCLA DE DOS SUELOS
MÉTODO DEL CUADRADO
GRANULOMETRÍAS DE LOS SUELOS 1 y 2 DE LA MEZCLA RESULT RESULTANTE HUSO DE ESPECIFICACIONES
MEZCLA DE SUELOS - MÉTODO MÉTTOD MÉ ODO O ANAL AN ANALÍTICO ALÍT ÍTIC ICO O El porcentaje de la mezcla que qu e pasará por una cierta malla estará dada por: P = Aa Aa + Bb + Cc +…………………. +…… +… ……………… …….. donde: P
=
% que pasa una malla dada para los materiales mezclados A,B,C A,B,C, = % de material que pasa una malla dada para los suelos 1,2,3, etc. a ,b, c = % de los suelos 1, 2, 3 …que van a entrar en la combinación, tal que :
a + b + c +….. = 1 = 100%
Para 2 suelos: P = Aa Aa + Bb a+b =1 a = 11-b -b Luego:
P
= A(1A(1-b) -b) + Bb
b = P –– AA B - AA a = P –– B A - B
PP--A - AA b(Bb(B-A) - A) A)
Límite líquido e índice plástico de la mezcla Sea: A = B =
% que pasa la malla N 40 del suelo 1 % que pasa la malla N 40 del suelo 2 ° °
a = % del suelo 1 presente en la mezcla b = % del suelo 2 presente en la mezcla LL (m) (m) = Aa Aa LL1 + bB bB LL2 LL2 aA + bB IP (m) (m) = Aa Aa IP1 + bbBB IP2 IP2 aA + bB
MÉTODO ANALÍTICO EJEMPLO MEZCLA DE DOS SUELOS
MÉTODO ANALÍTICO
EJEMPLO MEZCLA DE DOS SUELOS
INFORME N°S04-131
I. SOLICITANTE
:
CONSTRUCTORA ROMERO S.A.C.
PROYECTO
:
REHABILITACIÓN DE CALLE ESTE Y OESTE
:
ENAPU S.A. TPC L.P.N. 007-2003
UBICACIÓN
:
TERMINAL PORTUARIO DEL CALLAO
FECHA
:
08 de Marzo de 2004
MEZC ME ZCLA LA PR PREV EVIA IA DE CA CALI LICA CATA TA 1 Y CA CALIC LICATA ATA 3 Proporción : 50% Calicata 1 + 50% Calicata 3
Muestra Malla
Mezcla C1C3 % acumulado que pasa la malla
DISEÑO DE MEZCLA DE SUELOS MATERIALES A EMPLEARSE EN LA MEZCLA
Muestra
Calicata 1
Malla
% acumulado que pasa la malla
100 94,9 81,2 68,9 63,0 59,5 57,1 54,2
3" 2" 1 1/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" 1/4" N°4 N°10 N°20 N°30 N°40 N°60 N°100 N°200
C a l i c a ta 3
100, 0 99,2 98,8 97,9 96,2 88,2 73,4 57,4
52,7 48,7 46,3 42,7 39,9 34,1 26,5 20,9
Afirmado Shangrilá
100 97,4 88,8 74,0 60,0 54,5 43,0 32,7 21,8 16,0 13,8 11,9 10,5
Especificacion es Mezcla
100 72-100 50-84
3"
100,0
2"
9 7 ,5
1 1/2"
9 0 ,6
1"
8 4 ,5
3/4"
8 1 ,5
1/2"
7 9 ,8
3/8"
7 8 ,6
1/4"
7 7 ,1
N°4
7 6 ,4
N°10
7 4 ,0
N°20
7 2 ,6
37-70
N°30
7 0 ,3
16-45
N°40
6 8 ,1
N°60
6 1 ,2
N°100
5 0 ,0
N°200
3 9 ,2
9-35 5-25
II.
CORRECIÓN GRANULOMÉTRICA PREVIA DE LOS SUELOS A MEZCLAR PARA MATERIAL < TAMÍZ 1 1/2" - MEZCLA FINAL FINAL
Requerimiento de la especificación : 100% del material pasa la malla 1 1/2" . Luego de hacer la respectiva corrección, los materiales a emplear en la mezcla final son los siguientes: Muestra
Mezcla C1-C3
Afirmado Shangrilá
Malla
1 1/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" N°4 N°10 N°20 N°40 N°60 N°100 N°200
% acumulado que pasa la malla
100 93,2 90,0 88,0 86,7 84,3 81,6 80,1 75,1 67,5 55,1 43,2
65% Afirmado Shangrilá
Especificacio-nes Mezcla
100,0 91,2 76,0 61,6 56,0 44,2 33,6 22,4 16,4 14,2 12,2 10,8
100 72-100 50-84 37-70 16-45
9-35 5-25
Empleando la metodología del cuadrado, se propone la siguiente proporción que cumple las especificaciones técnicas, considerando además el factor económico: 65% del suelo mezcla C1-C3 35% Cantera de afirmado Shangrilá
35% mezcla C1-C3
100 91,9 80,9 70,8 66,7 58,2 50,4 42,6 36,9 32,9 27,2 22,1
O.K. O.K. O.K. O.K. O.K.
O.K. O.K.
I II.
INTE TER RPRETA TAC CIÓN
1. En obra deberá mezclarse previamente el material existente, en la proporción 50% calicata 1 y 50% calicata 3. 2. De la mezcla resultante se eliminará elim inará la fracción gruesa de tamaño mayor 1 1/2" 3. Del afirmado proveniente de la cantera Shangrilá también se eliminará el material de tamaño mayor de 1 1/2" 4. Se efectuará una mezcla final con los materiales previamente preparados en la proporción de 65% material de cantera y 35% de material existente
IV.
OBSERVACIONES
La mezcla ha sido diseñada con la información de las distribuciones granulométricas granulométricas de los materiales, proporcionada por el soliictante. Cualquier variación en la granulometría de los suelos podría, afectar el resultado final de la mezcla. Ejecuc Eje cución: ión: Ing. Ing. L.Sh L.Shuan uan L.
65%
Zo na de mezcla mezcla
IL R G N A H S O D A M IR F A ) ( %
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
90
90
80
80
3/4"
70
70 3/8"
60
60 N 4
50
50 N 60
40
40 N 20
N 200
30
30
20
20
10
10
0
0 10
20
30
40
Zo na de mezcla mezcla
50
60
70
80
90
100
35%
GRÁFICO - MÉTODO DEL CUADRADO :
rm a o a n gr ezc ezc a -
-
INFORME N° LMS - 017 - 2006 SOLICITANTE
:
PROY PROYEC ECTO TO
: REHA EHABIL BILITACI TACIÓN ÓN DEL DEL CA CAMINO MINO RURA URAL SIH SIHUA UAS S (P (PTE. TE. QUIT QUITA ARAC RACSA) SA) SAN JUAN DE CHULLÍN - HUACHINA, LONGITUD 15.98 Km. : PROVINC IA IA DE DE SI SIHUAS - D EP EPARTAME NT NT O DE AN AN CA CASH : 1 2 D E AB R I L D E 2 0 0 6
U BI BICAC IÓ IÓN FE CH A
IV. METO METODO DOLO LOGÍ GÍA A
MARLYCH E.I.R.L.
El límite límite líquido y el Índice plástico de la mezcla mezcla se obtiene mediante la expresión: expresió n:
MEZCLA DE SUELOS I.
OBJETIVO
II. II. ESPEC ESPECIFI IFICA CACI CIONE ONES S ADOPTAD ADOPTADAS AS Se está considerando las especificaciones especificaciones siguientes del MTC para materiales de afirmado:
: 35% máxi máximo mo : 4% - 9 % máximo
II III. I. MATERALE MATERALES S A EMPLEARSE EMPLEARSE EN LA MEZCLA MEZCLA De río CA NT ERA N° 1 Progresiva Km. 0+300 Km. 1+0 00 AN LISI LISIS S GRANU GRANULO LOM M TRICO TRICO POR TAMIZ TAMIZADO ADO ASTM ASTM - D422 D422 Malla (%) Acumulado que pasa Abertura 76.200 50.300 38.100 25.400 19.050 12.700 9.525 6.350 4.760 2.000 0.840 0.590 0.426 0.250 0.149 0.074
LÍMITE LÍQUIDO (%)
. 90.9 82.1 71.3 60.3 54.8 49.5 46.5 41.4 38.6 37.3 36.5 33.0 28.6 22.5
. 93.6 72.0 63.5 52.8 45.3 36.0 30.9 18.4 12.3 11.0 9.5 5.7 3.8 2.4
2 7 .7
N.P.
17.5
N.P.
10.2
N.P
GC
GW
50% 50% 50% 50%
A = 36.5 B = 9.5 9.5
LL1 = 27.7
IP 1 = 10.2
LL2 = 0
IP 2 = 0
21.9% 8.1%
Estos resultados cumplen las especificaciones adoptadas
VI. VI.
(*)
ASTM D4318
CLASIFICACIÓN SUCS
a= b=
L.L (m) = I P (m) ( m) =
ASTM D4318
ÍNDICE PLÁSTICO (%)
a A IP1 + bB IP 2 aA + bB
V. RESUL ESULTA TAD DOS:
ASTM D4318
LÍMITE PLÁSTICO (%)
I P (m) =
DATOS: Adoptando una proporción de mezcla de 50% de Cantera 1 y 50% de la Cantera de río, tenemos:
Km. 0+500
3" " 11/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" 1/4" N°4 N°10 N°20 N°30 N°40 N°50 N°100 N°200
a A LL1 + bB L L2 aA + bB
Donde: a = % de Cantera 1 en la mezcla b = % de Cantera de Río en la mezcla A = % que pasa la malla N° 40 de Cantera 1 B = % que pasa la malla N° 40 de Cantera de Río LL1 = Límite líquido de Cantera 1 LL2 = Límite líquido de Cantera de Río IP1 = Índice plástico de Cantera 1 IP2 = Índice plástico de Cantera de Río
Efectuar una mezcla entre los materiales diponibles para disminuir el índice plástico de la Cantera 1
Lími Límite te líqui líquido do Índ ic ice de plast ic icid ad ad
L.L (m) =
ASTM D2487
(*) Se considera considera N.P. ( no no plástico) plástico) como plastici plasticidad dad igual igual a cero
GRANULOMETRÍA DE LA MEZCLA Proporción : 50% Cantera 1 + 50% Cantera Cantera de río
Malla 3" 2" 11/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" 1/4" N°4 N°4 N°10 N°20 N°30 N°40 N°50 N°100 N°200
Abertura 76.200 50.300 38.100 25.400 19.050 12.700 9.525 6.350 4.760 2.000 0.840 0.590 0.426 0.250 0.149 0.074
100.0 92.2 77.1 67.4 56.5 50.0 42.8 38.7 29.9 25.5 24.2 23.0 19.4 16.2 12.4
Ejecución: Luisa SShuan huan L. L.
DISEÑO DE FILTROS DE AGREGADOS
Los filtros son materiales granulares con menos de 5% de finos. Su granulometría orienta el movimiento del agua
REQUERIMIENTOS DEL FILTRO
Granulometría esp speecial de acuerdo al su sueelo filtrado
Debe De be te tene nerr ci cier ertta co com mpa pact ctac aciión
Su manipulación y colocación se debe realizar con cierta humedad.
Los espacios comprendidos entre las partículas del filtro deben ser suficientemente grandes para que el agua fluya sin causar presiones importantes y a una velocidad adecuada.
Los espacios entre las partículas del filtro deben ser suficientemente pequeños para que los materiales finos del suelo no penetren en el filtro. Evitar obturación del dren y descompactación del suelo.
Se debe evitar la erosión interna y tubificación, el suelo a filtrar no debe tener vacíos muy grandes, compactar y sellar las grietas.
La curva granulométrica del filtro debe ser aproximadamente paralela a la del suelo.
En el diseño se establece un huso granulométrico para el filtro.
CRITERIOS GRANULOMÉTRICOS
La relación (1) evita la migración de finos hacia el filtro y obturación del dren
La relación (2) garantiza g arantiza la permeabilidad del filtro, facilita el flujo del agua hacia el dren
La relación (3) evita la segregación del filtro
FILTROS DE AGREGADOS
Vistas correspondientes al sistema de drenaje existente en una zona con nivel freático alto. REFERENCIA: CENTRO VAC VACACIONAL ACIONAL SAN MIGUEL – AYACUCHO (JULIO 2003) foto archivo Ing. Luisa Shuan L.
ESTIMACIÓN DE PERMEABILIDAD EN SUELOS GRANULARES Se basan en la curva granulométrica granulométrica del suelo, se calcula “K”, en función del D 10 FÓRMULA DE ALLEN HAZEN Para arenas uniformes en estado suelto con 0.1 < D10 <3 mm mm
K = C(D
10
)
K = Coeficient Coeficientee de permeabilidad D10 = Diámetro efectivo C = Constante de Hazen
C
41
146
aceptable C = 116
2
CRITERIOS GRANULOMÉTRICOS FÓRMULA DE TERZAGHI PARA SUELOS ARENOSOS 2
K = C 1 D 10 ( 0 . 7
+
0 . 03 T )
Donde: 1=
C0
n − 0.13 0
3
2
1− n
800 para arenas de grano redondeados 460 para arenas de granos angulosos 400 para arena con limos
