Mecánica de Suelos I - Ing. Elio Milla Vergara

2013 UNIVERSIDAD NACIONAL “SANTIAGO ANTUNEZ DE MAYOLO” FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

MECANICA DE SUELOS I

ELIO MILLA VERGARA MAGISTER EN INGENIERÍA GEOTECNICA INGENIERÍA GEOTECNICA PAVIMENTOS

APUNTES DEL CURSO ELABORADO PARA EL DICTADO DEL CURSO EN LA FIC ‐ UNASAM

ING. ELIO MILLA VERGARA


PREFACIO DEL LIBRO MECÁNICA DE SUELOS AUTOR: JUAREZ BADILLO POR EL DR. NABOR CARRILLO Este es el primer libro que se publica en México sobre Mecánica de Suelos. Es para mí un honor que los autores me hayan pedido que escriba las palabras de introducción. Quieren palabras dirigidas a los estudiantes que por primera vez se asoman a éste campo fascinante de la ingeniería, palabras también para quienes usarán el texto en pos, quizá, del doctorado y palabras dirigidas a quienes se consideran, esencialmente “ingenieros prácticos”. Espero que las mismas palabras sean válidas para todos. Los suelos son el más viejo material de construcción y el más complejo. Su variedad es enorme y sus propiedades, variables en el tiempo y en el espacio, son difíciles de entender y de medir. A pesar de esto, antes del siglo XX no se hizo un esfuerzo serie para atacar científicamente el estudio de la Mecánica de los Suelos. Sería injusto, sin embargo, desconocer la actuación aislada de hombres de gran sensibilidad e inspiración que merecen el título de precursores de la Mecánica de Suelos. Un ejemplo brillante es Alexandre Collin, quien en 1846 pubilcó sus Recherches Expétimentales sur les Glissements Spontanés des Terrains Argileux que parece ser la primera obra sobre este asunto con filosofía moderna y con notable perspicacia experimental. El esfuerzo aislado de Collín, sin embargo, no encontró el clima adecuado y su labor fue apreciada y redescubierta hasta hace pocos años. La llamada precisamente “Mecánica de Suelos” es un fruto característico de la ingeniería de nuestro tiempo: fue a principios de este siglo, en 1943, en los Estados Unidos y en Suecia, donde se intentó por primera vez, en forma sistemática y organizada, realizar estudios que corrigieran vicios seculares en el tratamiento de los suelos1. Poco después, un hombre extraordinario de nuestro tiempo, un hombre de auténtico genio, hizo investigaciones en un laboratorio muy modesto, con el auxilio de sus cajas de puros, en una Universidad en el Cercano Oriente. Allí nació verdaderamente la Mecánica de Suelos. Este hombre, es el profesor Karl Terzaghi, que actualmente a los 80 años de edad, sigue profesionalmente activo. Terzaghi publicó en 1925 su Erdbaumechanik (Mecánica de Suelos) en Viena. Entonces nació el término ahora mundialmente usado. De entonces para acá ha habido una evolución muy grande y también momentos de gran incertidumbre y desconcierto. Científicos y técnicos han tratado a la Mecánica de Suelos a veces con desdén. “No es una rama científica, está llena de oscuridades y de dificultades, de imágenes puramente empíricas”, dicen. Sin embargo, pese a las hostilidades y a las incomprensiones, la Mecánica de Suelos ha adquirido relevancia y, para usar un término 1

En enero de 1913, la Sociedad Americana de Ingenieros Civiles nombro un “Comité Especial para hacer un código sobre la práctica actual en relación a la capacidad de carga de los suelos”. En diciembre de 1913, la “Comisión Geométrica de los FF.CC. Suecos” inició el estudio del factor de seguridad de taludes en el sur de Suecia (N. de los A.) LECTURA 1



propio de ella, se ha “consolidado”, en universidades, en centros de estudio e investigación y en oficinas de consulta. Para los jóvenes conviene hacer una advertencia con relación a las agresiones a la Mecánica de Suelos que pueden, tal vez oír o leer. He sabido que algunos estudiantes se preguntan si vale la pena estudiar un asunto que es tan complejo, tan oscuro, tan difícil y, que para muchos ingenieros no tiene “importancia práctica”. Estudié Mecánica de Suelos como alumno del propio profesor Terzaghi y de su discípulo más notable, el profesor Arturo Casagrande, actualmente en la Universidad de Harvard. Cuando estudié este tema lo hice con el deseo de atender problemas de la ciudad de México y otros que interesaban a la antiguo Comisión Nacional de Irrigación, actualmente Secretaria de Recursos Hidráulicos. Después de años de estudio, de investigación y de ejercicio práctico como consultor en México y en el extranjero, y después de separarme (espero transitoriamente) de esta actividad, quiero decir que nunca me he arrepentido de haber invertido dos años cruciales de mi vida en la Universidad de Harvard para doctorarme en Mecánica de Suelos. El campo es extraordinariamente atractivo. Desde muchos puntos de vista. Empecemos por lo obvio: por la “importancia práctica”. Hace un año, el profesor Terzaghi publicó un trabajo en la Universidad de Harvard2 en el que habla del pasado y presente de la Mecánica de Suelos. En sus observaciones hace un relato notable de cómo fue cambiando de criterio y de punta de vista a medida que aprendía más y más. Y entre las cosas importantes que señala en su trabajo, hay una que es significativa por sí sola. Dice el profesor Terzaghi que durante siglos, desde que empezó la ingeniería en la India hasta fines del siglo XIX, se pudieron construir con éxito presas de tierra a lo sumo de 20 m de altura. Las que se hicieron con una altura mayor fracasaron tantas veces que a principios de este siglo se llegó a la conclusión de que no era aconsejable construir cortinas de tierra de más de 20 m de altura3. La realidad es que, posteriormente, y con las técnicas aprendidas en la Mecánica de Suelos, con el conocimiento de los fenómenos de las redes de flujo, de las presiones internas de poro y el mejor entendimiento sobre la resistencia al corte de los suelos, se ha logrado, en años recientes, construir cortinas muy elevadas4. Este es un hecho. Se puede hablar de otras muchas aplicaciones felices de la Mecánica de Suelos. Estructuras que, sin los conocimientos actuales hubieran sido imposibles de construir. La importancia práctica del tema no es discutible. 2 Past and Future of Applied Soil Mechanics-Soil, Mechanics Series N° 62 3

(3) Afirmación hecha en 1901 por el Consejo de Consultores de las Obras de Abastecimiento de Agua, de Nueva York. (N. de los A.)

4

Para justificar esta afirmación pueden mencionarse las cortinas de las presas Anderson Ranch (EUA) con 140 m de altura y Mud Mountain (EUA) con 130 m, que son, en el momento, las mayores concluidas en el mundo. En México pueden mencionarse el Humaya, con 100 m, El Palmito, con 95 m yla M. Avila Camacho, con 85 m, como los máximos logros hasta el presente. La cortina del proyecto hidroeléctrico “El Infiernillo”, una vez terminada, tendrá una altura de 144.60 m. (N. de los A.) LECTURA 2



Pero hay otros aspectos que no suelen discutirse. La Mecánica de Suelos es una disciplina que tiene un lugar dentro de la ciencia moderna. Es noble y digno que los jóvenes se entreguen a su estudio con el mayor empeño, con la confianza y la seguridad de que, si así lo hacen, habrán de obtener beneficios indudables en su formación. En efecto, la Mecánica de Suelos tiene, dentro de su enorme amplitud, lugar y espacio para muy diferentes temperamentos. Quienes como yo tienen inclinación por los asuntos analíticos, pueden encontrar un reto fascinante en la investigación de diversos problemas de la Mecánica de Suelos. Ciertamente no puede decirse – quizá no se podrá decir nunca – que la Mecánica de Suelos constituye una rama de las matemáticas aplicadas; pero es indudable que hay campo para investigar en ella. Muchos problemas analíticos están pendientes de solución. Las teorías de Elasticidad y Plasticidad han demostrado en la práctica tener trascendencia para aclarar infinidad de casos concretos. En el texto que ahora presento hay ejemplos precisos que confirman lo que acabo de decir. A quienes no tienen particularmente inclinación analítica y, en cambio, sienten pasión por la observación y curiosidad de explorar personalmente con experimentos directos las intimidades de la naturaleza, la Mecánica de Suelos ofrece las mejores perspectivas. Quizá los más importantes autores de la Mecánica de Suelos son de este tipo. El propio profesor Terzaghi es así. En alguna carta me decía que una medida de la Mecánica de Suelos es que caben quienes “gustan de soñar con soluciones perfectas en materiales ideales”, y quienes “se interesan mucho más en investigar las incertidumbres y complejidades de los materiales reales”. Terzaghi ha dicho, además, “quien sólo conoce la teoría de la Mecánica de Suelos y carece de experiencia práctica puede ser un peligro público”. Pero hay más. Si bien es un hecho que el estudio de esta nueva rama hace de cualquier ingeniero un ingeniero mejor, también es verdad que no solamente sirve para elevar el nivel del ingeniero técnicamente, sino para prepararlo para otras muchas posibles actividades. El estudio de los suelos enseña humildad intelectual. El constante contacto con la realidad, que no existe en otras ramas de la ingeniería, hace que se desarrolle la autocrítica, que se revisen todo el tiempo las hipótesis y que se cure el vicio del dogmatismo que suelen padecer muchos técnicos. Una vez que han resuelto, con ayuda de tablas o con ayuda de fórmulas, algún problema, se olvidan de él, tranquilizan su conciencia y no dudan que la estructura está sana. El que trabaja con suelos no puede tener esta filosofía conformista. Cada nuevo caso es un problema de investigación. Esto es uno de sus grandes encantos. No es un campo dogmático de la profesión de ingeniería, sino que es un reto intelectual sistemático, es un ejercicio de la imaginación y de la inteligencia, de la prudencia y del sentido de observación que da frutos útiles para otras muchas posibles aplicaciones. Me han pedido los autores que cite algunas experiencias personales y lo hago creyendo que puede ser de utilidad para los jóvenes que lean estas líneas.

LECTURA 3



Cuando tuvimos necesidad en la Universidad de México de desarrollar el campo de la energía nuclear, nos encontramos con que no había, por falta de antecedentes, por falta de laboratorios, personas que pudieran realizar la promoción de los estudios experimentales de la energía nuclear en México. El profesor William Buechner, actualmente jefe de la División de Física en el Instituto Tecnológico de Massachusetts, era consultor nuestro y sentía preocupación porque nuestros jóvenes físicos eran fundamentalmente teóricos, muy apreciables, pero sin el penetrante sentido de observación que requiere quien trabaja en un laboratorio nuclear. Después de entrevistar a una serie de candidatos, propuse al profesor Buechner que ensayáramos a un alumno de Mecánica de Suelos. Años después Buechner me dijo que casi por cortesía aceptó el ensayo, porque le parecía absurdo, a primera vista, que una persona entrenada en Mecánica de Suelos (ignoro si él estaba prejuiciando también por las voces a las que antes aludí), tuviera la preparación, los conocimientos o la filosofía, para actuar en el campo de la investigación nuclear. Aceptó, sin embargo. Logré convencer al joven candidato de las posibilidades y los atractivos que tendría trabajar en esa disciplina científica y mi alumno fue al Instituto Tecnológico de Massachusetts a recibir instrucción especializada en energía nuclear, instrucción que fue para él totalmente nueva. No tenía los menores antecedentes. No había estudiado absolutamente nada de física atómica. Un año después, este joven realizaba ya investigación nuclear y contribuía a mejorar el laboratorio del profesor Buechner. Recientemente, recibió un Premio de Ciencias en México. En la actualidad es reconocido como uno de los más distinguidos investigadores en la investigación de los núcleos. En los laboratorios de Van der Graaff, Marcos Mazari ha logrado hacerse de renombre. Esto que fue sorpresa para muchos, para mí no lo fue; porque creo que la Mecánica de Suelos da una formación que permite insólitas transformaciones5. Otro ejemplo. El de mi propio caso en la Universidad Nacional. Cuando tuve el honor de ser designado Rector lamenté no tener preparación en Ciencias Sociales, Ciencias Políticas, Economía, Sociología, qué se yo. Pensé que la Mecánica de Suelos no era tal vez el mejor de los entrenamientos para enfrentarse al problema de servir como rector a una Universidad tan grande, tan importante y tan compleja. Sin embargo, pronto descubrí lo muy valioso que fueron para mí los años que invertí en la Mecánica de Suelos. Es siempre útil el ejercicio, repito, de la humildad intelectual, la imaginación, la prudencia y el sentido de observación. Son armas que sirven para tratar con suelos y con hombres. México, particularmente en su capital, es un lugar ideal para estudiar Mecánica de Suelos. El profesor Terzaghi en alguna ocasión dijo que la ciudad de México es el paraíso de la Mecánica de Suelos. La naturaleza del subsuelo en nuestra capital ha sido causa de dolores de cabeza de los ingenieros y constructores de todos los tiempos. Desde los aztecas hubo fracasos debido a la baja resistencia del subsuelo mexicano; y los españoles tuvieron 5

El propio Dr. Carrillo, único científico mexicano que ha observado explosiones atómicas experimentales, ha sido consultor del Gobierno Mexicano desde 1946 en asuntos de energía nuclear. Actualmente es Vocal de la CNEN. (N. de los A.) LECTURA 4



grandes dificultades para construir los monumentos coloniales que nos legaron. Pero si los ingenieros de los pueblos más adelantados del mundo no se ocuparon científicamente de los suelos hasta hace 50 años, los mexicanos no lo hicimos hasta hace 25. Cuando hace 30 años los estudiantes que llegábamos a la Facultad (en aquella época, Escuela Nacional de Ingeniería), aprendimos los procedimientos de construcción, en un curso “práctico” nos instruían sobre los métodos para determinar la resistencia de un terreno. Se hablaba de colocar una mesa con 4 patas sobre el terreno, cargar la mesa y medir los asentamientos de la misma. De la relación entre estos asentamientos y las cargas aplicadas se obtenían datos que, se suponía, determinaban la resistencia del terreno y fijaban las normas sobre las cuales debía hacerse el cálculo para una estructura que se iba a construir ahí. Otro sistema, famoso entre los estudiantes, era el llamado sistema del barretón: se tomaba un barretón, se levantaba un par de metros y se dejaba caer verticalmente; el barretón penetraba algunos centímetros en la corteza del suelo; la distancia penetrada, multiplicada por la “resistencia”, se igualaba con el peso del barretón multiplicado por la altura de carga de caída, y en esta forma se pretendía determinar la capacidad de carga del suelo para resistir el peso de un edificio cuyas dimensiones nadie tomaba en cuenta de antemano. Había una cifra cabalística; la llamaban fatiga de resistencia del terreno y ésta era la misma para un edificio que tuviera 10 x 10 m de área, o que tuviera 100 x 100 m. Esto, que en la actualidad suena increíble a los propios estudiantes, se nos enseñaba hace apenas 30 años. No había ninguna información ni ninguna referencia a las propiedades de los mantos profundos del subsuelo. Las características de la piel se suponían suficientes para garantizar la estabilidad general de una construcción. Pero, por supuesto, en todas las épocas y en todas partes ha habido hombres dotados que han poseído ese raro sentido llamado “común”. En este siglo, en México, dos hombres sobresalen como antecedentes en Mecánica de Suelos: Roberto Gayol y José A. Cuevas. A mediados de la década de los 30, José A. Cuevas creó gran inquietud sobre los problemas derivados de la falsa interpretación de la resistencia de los suelos. Y fue él, indudablemente, la figura más vigorosa que podemos encontrar como precursor del desarrollo de la Mecánica de Suelos en México. Cuevas estaba en aquellos días construyendo la cimentación para el edificio de la Lotería Nacional. En 1936, fui con Cuevas a la Universidad de Harvard, donde con motivo de las fiestas del tercer centenario de su fundación, la Universidad acogía al Primer Congreso Internacional de Mecánica de Suelos. Asistieron Terzaghi, Casagrande, Gilboy, L. White, Rutledge, Morán y muchos otros grandes hombres en este campo. El Congreso fue para los jóvenes que estuvimos en calidad de observadores, una auténtica revelación. El discurso inaugural de Terzaghi es un documento histórico: una obra maestra que todo ingeniero, especializado o no en suelos, debe leer. El Ing. Cuevas, fue también uno de los campeones contra el uso exagerado de pozos en la ciudad de México. Cuando en 1936 la ciudad comenzó a asentarse rápidamente, a hundirse en forma cada vez más alarmante, él advirtió, con gran instinto, los peligros que había en

LECTURA 5



abusar de la extracción de agua y alterar el equilibrio del líquido que tanta importancia tiene en la ciudad de México para el equilibrio del suelo mismo. Años más tarde me tocó hacer uno de los primeros trabajos analíticos sobre la relación que hay entre las presiones del agua en los acuíferos y los asentamientos de la ciudad. Y hubo (apenas hace unos 15 años) quienes protestaron y dijeron que un pozo bien construido, cementado adecuadamente alrededor del tubo, no tenía por qué producir asentamientos, dado que la arcilla es muy impermeable. Se consideraba que los pozos bien hechos eran absolutamente inocuos. Se hablaba apenas hace 12 años, de que las causas principales del asentamiento de la ciudad de México, eran el incremento en la carga impuesta sobre la superficie con el crecimiento del área construida, la impermeabilización de la corteza derivada de los propios edificios y de los pavimentos en las calles y los drenajes que extraían el agua de las capas superiores del suelo. Se suponía que el problema era debido a causas externas: falta de agua externa que nutriera al suelo, aumento de carga externa y alteración en las capas superficiales; no se pensaba que el origen del asentamiento estuviera en las capas profundas en donde se había creado un desequilibrio en las presiones de agua, que ya no eran hidrostáticas. Fue en un caso particular, muy interesante de mencionar en el que se tuvo una evidencia clara de que el fenómeno no se debía, como se afirmaba a causas externas. (Que, por supuesto, influyen. Un edificio alto, mal construido, mal cimentado, puede producir y ha producido asentamientos considerables pero que sólo afectan al área vecina al edificio. Su radio de acción es del orden de magnitud de las dimensiones del área cargada.) En 1950 el Gobierno proyectaba realizar obras que devolvieran al Palacio de las Bellas Artes a su nivel original. Una empresa extranjera hizo un proyecto para recimentar al palacio por medio de pilotes y, por medio de gatos, subirlo al nivel de la calle. Los primeros datos que se tenían parecían muy alarmantes; se mencionaban asentamientos de Bellas Artes del orden de 30 cm por año; pero se estaba hablando de los asentamientos absolutos del Palacio, con relación a bancos de nivel que no se asentaban. Cuando se hizo el análisis de los asentamientos de Bellas Artes con respecto al nivel de la calle, se descubrió algo notable: el Parque de la Alameda, que está a corta distancia del Palacio, se hundía más aprisa que éste, con relación a los bancos de nivel absoluto; es decir, Bellas Artes en realidad estaba hundiéndose más lentamente que la calle; sus movimientos relativos eran de recuperación, en vez de asentamiento. Bellas Artes es uno de los edificios más pesados que, por haberse cimentado sin los conocimientos suficientes del subsuelo, se asentó más de 2 m; Bellas Artes está rodeado de una gran área impermeabilizada. En Bellas Artes se conjugan los factores que se decía provocan el hundimiento, en tanto que en la Alameda no hay carga, la lluvia puede penetrar libremente y no hay drenaje; sin embargo, la Alameda se hunde más aprisa que Bellas Artes, lo cual revela que el fenómeno se debe a causas profundas que ahora hemos identificado: a las fuerzas de filtración provocadas en el subsuelo por el desequilibrio de las presiones del agua. Por el exagerado bombeo en el pasado. Evidentemente, el subsuelo de la Alameda,

LECTURA 6



virgen, respondía más a las nuevas fuerzas internas que el subsuelo del palacio ya muy consolidado. Por fortuna el problema del hundimiento de la ciudad se ha aclarado y se han tomado medidas que han hecho que la situación mejore día a día. En pocos años, el progreso que se ha logrado en la ingeniería, como consecuencia de un mayor conocimiento de la Mecánica de Suelos, es extraordinario. De la época en que se hablaba de determinar la resistencia de un terreno por medio de una mesa, al momento en que dos ingenieros mexicanos son capaces de producir un libro de los alcances y de la importancia del que ahora nace, hay una distancia enorme. He hablado de aspectos prácticos, culturales e intelectuales de la Mecánica de Suelo. Voy a terminar con una reflexión final de otra naturaleza. Hace un año recorrí países de Asia, Europa y América. No me sorprendió encontrar en muchas partes incompresión o desconcierto con relación a la Mecánica de Suelos. Falta de información. Pero sí me sorprendió, gratamente, encontrar en Hong Kong, en Pekín, en Estambul, en Estocolmo, en Londres, y en Sao Paulo y Buenos Aires, verdaderos apóstoles de la Mecánica de Suelos. En cadena se me abrían las puertas de una fraternidad de amigos. Y descubrí en todos esos ingenieros, además, una mística común. Vi que todos realizan una tarea desinteresada de promoción de la Mecánica de Suelos. Se nota en todos los rumbos del planeta la influencia de un gran hombre que es, sin duda, el corazón de la Mecánica de Suelos. Arthur Casagrande, cuya influencia en este primer texto mexicano es evidente. Primero como discípulo predilecto y devoto del maestro Terzaghi; después como profundo investigador y consultor y, finalmente, como profesor extraordinario, como maestro auténtico y generoso cuyo sentido de responsabilidad hacía sus discípulos desborda los cauces establecidos, Casagrande ha dado alma a esta nueva rama de la ciencia. Si a la Mecánica de Suelos se deben presas de tierra de alturas sin precedente, a ella se debe también que en Harvard haya surgido un profesor de ciencia que tiene estatura humana extraordinaria. La personalidad de Casagrande es un estímulo y una garantía para quienes abrazan la especialidad que trata con el material que conjuga a dos de los cuatro elementos de la naturaleza que fascinaron a los hombres de antes y siguen fascinando a los hombres de hoy. La tierra y el agua.

NABOR CARRILLO

LECTURA 7

UNIDA AD TEMÁ ÁTICA I

Porquee la naturaleeza es infiniitamente vaariable, los aspectos a geeológicos dee nuestra pprofesión no os aseguran que nunca habrá dos trabajos exa actamente iguales. i De ahí que, nnunca debem mos temer que nuestrra profesiónn se hará rutinaria o ab burrida. Si podemos p descansa ar seguros, es que no estamos e practicándolo apropiadam mente (R.B. PECK).

CCIÓN 1.1 INTRODUC A toodos los priincipales prroblemas Antees del desarrrollo de la Mecánica Aplicada, dde la ingeniiería Civil eran e resuelttos en formaa intuitiva o por tanteoos, que signnificaban sserios riesgoos tanto a laa seguridad como a la economía. e p el comportam miento de Los principios de la Mecáánica hicieroon posible predecir uuna estructuura, basánddose en las propiedades p s de los maateriales connstitutivos, como el m módulo de elasticidad e y la resistenncia a la rupptura. e siglo XX X nace en foorma generaal la Mecánnica de Suellos. En 19225 Karl En el T Terzaghi, con c la publicación en Viena de su s ya clásico Erdbaum mechanik nace n una iinterpretación científica del suelo como material ingenieeril. M d Suelos incluye: de i a) teorías sobbre el compportamientoo de los La Mecánica ssuelos sujettas a cargass basadas en n simplificaaciones neceesarias; b) investigació i ón de las ppropiedadess físicas dee los sueloss reales y c) c aplicacióón del cono ocimiento teeórico y eempírico a los l problem mas prácticos. M de Suelos, laa teoría va después d y no antes quee la investigación de En Mecánica llas propiedaades reales del d suelo poor medio dee exhaustivaa investigación de laborratorio y qque, por lo menos, es aceptada a o rechazada r een función de d los resulttados observvados en llas obras dee ingeniería en que se aplique. a M d Suelos, se fue dem de mostrando que los En el desarrolllo de la Mecánica rresultados de d ensayos de d laboratorrio podían ddar conclusiones errónneas a no serr que las m muestras obtenidas o fuueran inalteeradas, lo que trajo consigo laa invenciónn de los m métodos de perforaciónn, sondeo y manejo de muestras addecuados. Debbido a la coomplejidad del suelo, hubo varioos intentos de clasificcar a los ssuelos com mo por el ollor, color, textura, t disttribución de d tamaños. Luego de conocer m mejor las propiedades p s de los su uelos, se deesarrollaron n otros relaacionados con c esas ppropiedadess mecánicass. Artuuro Casagraande, desarrrolló en laa Universidad de Harvvard un sisstema de cclasificación n basada enn las caracteerísticas de plasticidad de los sueloos (la plastiicidad se rrelaciona con c la com mpresibilidaad, la perm meabilidad, la resisten ncia del suelo, s la


MSc. ING. ELIO MILLA VERGARA

velocidad de variación de volumen, etc), que hoy se usa universalmente y que se denomina el Sistema Unificado (SUCS). Los cálculos de diseño de estructuras de tierra o sobre la tierra se basan en idealización de los suelos (la “estratigrafía supuesta”) en la que éstos aparecen formados por unas pocas capas homogéneas; la realidad es bien distinta. Todo Ingeniero Civil constructor de transportes, estructuras y geotecnia relaciona su actividad con el suelo bien por su uso como material de construcción o por que una estructura se coloque sobre él.

1.2 DEFINICIONES a) Suelo. Para el geólogo: describe las capas de material suelto sin consolidar que se extiende desde la superficie hasta la roca sólida y que se han formado por el intemperismo y la desintegración de las propias rocas. Para el Ingeniero Civil: El suelo está relacionado con la obra que se pueda hacer sobre él o con él. Los suelos son el más viejo material de construcción y el más complejo. Su variedad es enorme y sus propiedades, variables en el tiempo y en espacio, son difíciles de entender y de medir (Nabor Carrillo) b) Mecánica de Suelos. Es la ciencia que estudia las propiedades de los suelos y su aplicación a distintos problemas de ingeniería. Terzaghi en su libro Theoretical Soil Mechanics define: “La Mecánica de Suelos es la aplicación de las leyes de la Mecánica y la Hidráulica a los problemas de ingeniería que tratan con sedimentos y otras acumulaciones no consolidadas de partículas sólidas, producidas por la desintegración mecánica o descomposición química de las rocas, independientemente de que tengan o no contenido de materia orgánica”. 1.3 HISTORIA Desde tiempos antiguos los romanos, chinos, egipcios y mayas erigieron construcciones que evidenciaban la atención que nuestros antepasados ponían en las obras de tierra y sobre la tierra.

-

Excavación de cavernas y construcción de viviendas. La dinastía Chou de China (3000 años antes de Cristo) construían caminos y puentes, así como construyeron la Muralla China.

UNIDAD TEMÁTICA I: GENERALIDADES

2


-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-


Los egipcios (2000 años antes de Cristo) usaron “caissons” para cimentar estructuras (Río Nilo) con el uso de piedras en la construcción de cilindros para estructuras pesadas erigidas sobre suelos suaves con superficie externa alisada (principio de fricción o rozamiento). Los romanos construyeron caminos, acueductos y cimentaciones. Entre los años 400 a 1400 años antes de Cristo, se abandonaron las obras de caminos, puentes y otras, que fueron destruidas poco a poco por las guerras y la acción de la intemperie. El Domo de Königsberg, en Prusia, cimentado sobre una capa de suelo orgánico en el año de 1330, se ha asentado ya más de 5 m. La torre de Pisa, cuya construcción se inició en 1174, empezó a ladearse al construirse la tercera galería de las ocho que tiene la estructura. Los trabajos e interrumpieron para modificar planos y luego continuaron, para ser terminada la torre – de 55 m. de lado – en el año 1350. En 1910 ya la torre tenía en su parte más alta un desplome de 5 m. Una investigación del subsuelo indicó que la torre fue cimentada por medio de una corona de concreto sobre una capa de arena de 11.00 m. de espesor, la cual descansa sobre una capa de arcilla de 8.00 m de grueso, que se ha ido consolidando gradualmente debido a las presiones transmitidas por la estructura. En Venecia, Italia, el “Rialto”, un puente de arco simple, se terminó de construir en 1591 cimentada sobre suelo suave y pantanoso, que es afectado por el pilotaje de las estructuras vecinas. La construcción del mausoleo de Taj-Mahal, en Agra - India, se inició el año de 1632 y terminó en 1650. La cimentación debido a su proximidad al río, fue con cilindros de mampostería hundidos en el suelo a intervalos cercanos. El tratamiento del empuje de tierra fue tratada por el ingeniero militar francés Marquis Sebastían le Petre de Vauban (1633 -1707) y posteriormente Charles Augustín Coulumb (1736 – 1806). Otra contribución importante a estudio de la presión de tierras fue del ingeniero y físico escocés William John Macguorn Rankine (1820 – 1872). También sobresalen en estos estudios: el ingeniero y matemático francés Jean Victor Poncelet (1788 – 1867) y el ingeniero alemán Karl Culmann (1821 – 1881). Otro ingeniero que contribuyó grandemente a la solución de problemas de distribución de presiones en los suelos fue Joseph Valentín Boussinesg (1842 – 1929). Otto Mohr (1835 – 1918) creó el “círculo de Mohr” muy usado en resistencia de materiales y en suelos. Entre los años de 1900 y 1925, constituyen la época en que se engendró la Mecánica de Suelos, siendo los pioneros los ingenieros de la Comisión Sueca de Geotecnia de los Ferrocarriles, encabezada por el profesor Wolmar Fellenius, que estudió las causas de fallas o deslizamientos de tierra y propuso soluciones. En Estados Unidos de América, el “U.S. Bureau of Public Roads” así como la “American Society of Civil Engineering”, investigaron la construcción de carreteras durante los años 1920 a 1925. A partir de 1925 se inicia el desarrollo más significativo de la Mecánica de Suelos con la presentación del profesor Karl Von Terzaghi (Sueco nacionalizado estadounidense) (1882 – 1863) de su libro “Erdbaumechanick” (Mecánica de Suelos) que marcó el comienzo de la Mecánica de Suelos como ciencia. Posterior a la publicación del libro de K. V. Terzaghi, han aparecido numerosos trabajos e importantes investigaciones relacionados con los suelos, entre los más sobresalientes: Arthur Casagrande con su Clasificación de los Suelos, A. W. Bishop


3



con Estabilidad de Taludes y Presión Neutra, L. Bjerrum con Esfuerzos de Corte, T. W. Lambe y su Estudio del Comportamiento de los Suelos de Granos Finos, G.G. Meyerhof con Capacidad de Carga de los Suelos, R. Peck, autor de Presiones de Arcillas, E.F. Richard con su obra comportamiento de las Cimentaciones bajo la Acción de Cargas Dinámicas, P. W. Rowe con Presiones Laterales de las Tierras, H. B. Seed y su Estudio de los Movimientos Telúricos, A.W. Skempton con Presiones de Poro y en Esfuerzos Efectivos en Capacidad de Carga de las Cimentaciones, D.W. Taylor y sus libros Estabilidad de Taludes y Consolidación, y A. S. Vesic con Capacidad de Carga en Cimentaciones Profundas.

1.4 FORMACIÓN Y COMPOSICIÓN DE LOS SUELOS Todos los suelos tienen su origen, directa o indirectamente en las rocas sólidas, que se clasifican de acuerdo con su proceso de formación de la siguiente manera: Rocas Igneas.- Formadas por enfriamiento de material fundido (“magma”) dentro o sobre la superficie de la corteza terrestre, como por ejemplo: granito, basalto, dolorita, andesita, gabro, sienita y pórfido. Rocas Sedimentarias.- Formadas en capas acumuladas por el asentamiento de sedimentos en cuerpos de agua, como mares y lagos; por ejemplo: caliza, arenizca, lodosita, esquisto y conglomerados. Rocas Metamórficas.- Formadas por la modificación de rocas ya existentes a causa de: (a) calor extremo, como el mármol y la cuarcita; o (b) presiones muy altas, como pizarras y esquistos. Los procesos que transforman a las rocas sólidas en suelos se verifican en, o cerca de, la superficie y, aunque son complejos, dependen de los siguientes factores: a) Naturaleza y composición de la roca madre b) Condiciones climáticas, en especial temperatura y humedad c) Condiciones topográficas y generales de terreno, tales como grado de protección o exposición, densidad y tipo de vegetación, etc. d) Duración de las condiciones específicas prevalecientes e) Interferencia de otros factores, como pueden los terremotos y las actividades humanas. f) Mecanismos y condiciones de acarreo natural.


4

MECANICA DE E SUELOS I

MSc. ING. ELIO MILLA M VERGA ARA

E Efecto de Intemperism I mo.- Involu ucra diversoos procesoss naturales que resultaan de la aacción indiv vidual o com mbinada de factores taales como viento, v lluviaa, heladas, cambios dde temperatuura y acciónn de la graveedad. L Los suelos producidos p por intemp perismo hann permaneccido en su lugar original y se ddenominan suelos s residduales, geneeralmente see encuentran n en terrenoos llanos. S Son aquelloss que se hann formado en e el mismoo lugar de laa roca madree. C Característiccas. 11) Se encueentra en zonnas planas 22) Su espessor varía en varias deceenas de metrros dependiiendo del clima del luggar. - En clim mas semi áriidos o templados mayor prrofundidad - En clim mas calientees y húmedoos menor prrofundidad 33) Los terreenos que tieenen mayorres pendienttes, los espeesores de suuelos residuuales son generalm mente pequeeños. - El suelo transportado E Efecto del Transporte. T t o es aquel que q ha sido transportaddo desde eel lugar de la roca madrre. Los ageentes de trannsporte pueeden ser: el agua, el vieento o la ggravedad o combinació c n de ellas. Los suelos pueden teneer constitucción variablee. aa) Suelos Eólicos: E Sonn suelos trannsportados ppor el viento o. Las partíículas son uniformes u y en estado suelto. s Ejem mplo: dunass, loes. bb) Suelos Aluviales: A Suuelos transpportados porr el agua. Ejjemplo: aluvviones Suelos flluviales.- Soon los sueloos que han sido s transpoortados por los l ríos. cc) Suelos Coluvial: C Soon suelos quue han sidoo transportaados por un na doble accción: del agua y de d la gravedaad. dd) Suelos Lacustres: L Son los depóósitos de loss suelos en el e fondo de los lagos. Son suelos generalm mente bland dos porque es e una gravaa que sedim menta en los lagos.

UNIDA AD TEMÁTIC CA I: GENERA ALIDADES

5



1.5 APLICACIONES La Mecánica de Suelos se aplica a diversas obras de ingeniería, tales como: a) En cimentaciones: Se requiere conocer: -

Resistencia al corte de los suelos, mediante la determinación de parámetros de suelos, tales como: Cohesión y ángulo de fricción interna. Asentamientos: parámetros para cálculo de asentamiento, asentamientos inmediatos (módulo de elasticidad y relación de Poisson) y por consolidación (índice de compresibilidad, relación de vacíos y otros). B B

0.9q 0.8q 0.6q 0.5q 0.4q

0.5 B B

 v bajo el centro

0.3q

2B

0.15q

3B Línea de igual incremento de esfuerzo vertical total expresado en fracción de q

0.2 q 0.4 q

q

b) En cortes y rellenos: Se requiere conocer, la siguiente información: -

Cortes:

- Métodos, equipos y costos de excavación - Determinación de estabilidad de taludes en cortes.

Z 1


6


-


Rellenos: - Áreas de préstamos (calidad y cantidad) - Explotación y colocación del material - Parámetros del material colocado

c) Excavaciones (corte en dos lados): -

Tipo de estructura de soporte provisional o permanente Procedimiento de excavación y extracción del material

d) Estructuras de sostenimiento -

Parámetros y cálculo de Empuje de Tierras Características del relleno Estabilidad de muros de sostenimiento Determinación de las características de cimentación Coulumb

Ranking EA EA

EP

Tablaestacado.

e) Problemas Hidráulicos: - Determinación de caudales de infiltración - Determinación de fuerzas de filtración - Para lograr lo anterior se requiere conocer la estratigrafía del suelo, permeabilidad y geometría del acuífero.


7



Aceleración cm/seg/seg

f) Respuesta Dinámica: - Determinación de las características dinámicas del suelo (velocidades de propagación de ondas, módulo dinámico, relación de Poisson, amplificación sísmica, período de vibración del suelo, etc.)

170

-170 Aceleración cm/seg/seg

10 seg.

170

-170

SCT


2200 m (aprox.)


10 seg.

170

170

UNAM Teacalco

-170 10 seg.

-170 10 seg.

Caleta de Campos

Nivel del Mar

Epicentro 332 Km. (aprox.)

PLAC

A DE

COC OS

379 Km. (aprox.) 400 Km. (aprox.)

1.6 CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS SEGÚN SUS PROPIEDADES Se clasifican en 2 tipos: a) Suelos Granulares: Tienen sus partículas separadas unas de otras (Gravas, Arenas).


8



b) Suelos Finos:

FE

Tienen sus partículas unidas entre sí (Arcillas).

1.7 PROPIEDADES DE LOS SUELOS Se clasifican en dos:

FG

a) Propiedades Índices: -

Sirve para poner nombres a los suelos Tendencia de las propiedades ingenieriles: mecánicas e hidráulicas

Se dividen en dos grupos: i) Propiedades Físicas: - Tamaño de partículas (Análisis Granulométrico) - Forma de Partículas - Plásticidad – Límites de Atterberg - Peso Específico de los sólidos - Contenido de Humedad Natural - Peso Específico de los suelos (Peso Volumétrico) ii) Propiedades Químicas: - Contenido de materias orgánicas - Contenido de sustancias químicas b) Propiedades Ingenieriles: Definen si los suelos cumplen las necesidades o no. i) Propiedades Mecánicas: Se analizan del siguiente modo: - Resistencia al corte . Compresión triaxial . Corte Directo . Compresión no confinada . Veleta, SPT, Penetrómetro manual - Compresibilidad . Ensayo Triaxial . Ensayo de consolidación . Carga Directa ii) Propiedades Hidráulicas: -

Permeabilidad: Analiza la cantidad de agua que deja pasar en un determinado tiempo Capilaridad: Sirve para analizar cuanta agua sube a través del suelo.


9

UNIDAD D TEMÁT TICA II

“ la Mecá “En ánica de Suelos caben quienes ‘guustan de soññar con solu uciones perffectas en maateriales ideeales’, y quienes ‘se intteresan muccho más en investigar i las incertiduumbres y complejidaades de los materiales reales’” (T Terzaghi)

2.1 P PROPIEDA ADES IND DICES DE LOS L SUEL LOS. 22.1.1 Fases del Suelo – Diagramaa de Fase. La L mayor parte de los suelos connsiste en mezclas de partículas p m minerales inorgáánicas con porciones p d agua y aire. Por tannto se puedde consideraar que el de suelo consta de 3 fases: C sólida adsorbida a + materia orrgánica. - Sólida : Paartículas minnerales + Capa - Líqquida : Aggua Libre + Sales disueeltas - Gaaseosa : Aiire + gases.

V Volumen dee vacíos

El Diagrama dee Fases: En la figura 2..1, se muesttra el suelo natural y Diagrama D de Faases, que reppresenta al suelo dividdido en las 3 fases dell suelo, así como la simbo ología y dennominación de uso máss común:

VA

F Fase Gaseossa

0

VV V

VS

(a)

F Fase Líquidda

W

F Fase Sólidaa

WS

(b)

Fig. 2.1. (a) Suelo Natural, N (b) Suelo divid dido en fasees

W



Donde, los símbolos significan: 

W

: Peso del agua.



WS

: Peso del sólido.



W

: Peso total.



VA

: Volumen de Aire.



V

: Volumen de Agua.



VV

: Volumen de Vacíos.



VS

: Volumen de Sólidos.



V

: Volumen total.

2.1.2 Relaciones Fundamentales. a) Relación de Vacíos ( e ) Es la relación entre el volumen de vacíos y el volumen de sólidos. e

VV Vs

Teóricamente puede variar de 0 a . En la práctica generalmente varía de 0.25 (arenas muy compactas con finos) hasta 15 (arcillas altamente compresibles). En arenas naturales

e

varía de 0.5 – 0.8

En suelos cohesivos

e

varía de 0.7 – 1.1

La relación de vacíos nos indica cualitativamente el grado de compresibilidad del suelo. Cuanto más grande es el valor de la relación de vacíos, el suelo será más compresible. A continuación se muestran valores típicos de relaciones de vacíos de varios tipos de suelos. Suelo Arena muy compacta Arena limosa Arena fina uniforme Limo uniforme Arcilla muy compresible Arcilla altamente compresible

e 0.25 0.85 1.00 1.20 8.00 11.00

b) Porosidad (  ) Es la relación entre volumen de vacíos y el volumen total (cantidad de vacíos respecto al volumen total).



VV x100 V

UNIDAD TEMÁTICA 2: PROPIEDADES FÍSICAS E INDICE DE LOS SUELOS

2



Puede variar de 0 (suelo ideal con sólo sólidos) a 100 (espacio vacío). Los valores reales están entre 20% y 95%. c) Grado de Saturación ( S r ) Es la relación entre el volumen de agua y el volumen de vacíos (cantidad de agua que llena los espacios vacíos del suelo) Sr 

V x100 VV

( se usa también G ó S ).

Estado Seco Ligeramente húmedo Húmedo Muy Húmedo Mojado Saturado

Sr (%) 0 1 – 25 26 – 50 51 – 75 76 – 99 100

d) Contenido de Humedad (  ) Es la relación entre el peso del agua y el peso de sólidos.



W x100 WS

(%)

Teóricamente varía entre 0 a . En la naturaleza normalmente el contenido de humedad es menor de 60%. En Japón se han encontrado suelos con humedades de 1,200 - 1,400%. En el valle de México existen valores de 500-600%

2.1.3 Relaciones de Pesos y volúmenes (Peso Específico). a) Peso Específico del Agua (  ) Es la relación entre el peso del agua y el volumen del agua.

 

W V

El peso específico del agua destilada a una temperatura de 4° C y a la presión atmosférica a nivel del mar (0), es de 1 gr/cm3, = 9.81 kN/m3= 1 Ton/m3 o 1000 Kg/m3= 9800 N/m3


3



b) Peso Específico de Sólidos (  S ) Es la relación entre el peso del sólido y el volumen de sólidos:

S 

WS VS

El peso específico relativo, se define como la relación entre el peso específico de una sustancia y el peso específico del agua a 4°C. Entonces, se puede expresar la GRAVEDAD ESPECÍFICA (Gs) como la relación entre el peso específico de sólidos y el peso específico del agua a 4° C, por tanto:

GS 

S 

Ecuación adimensional.

En la consideración que el peso específico del agua destilada a 4°C es la unidad, la Gravedad Específica se puede expresar también como

Gs   S Pesos Específicos típicos de suelos Suelos Grava Arena Limo Arcilla

Gs 2.65 – 2.68 2.65 – 2.68 2.66 – 2.70 2.68 – 2.80

Gravedad Específica de algunos minerales Minerales Bentonita Cuarzo Feldespato –K Feldespato Na Calcita Dolomita Moscovita Biotita Serpentina Caolinita Montmorillonita Yeso Limonita Olivina -

Gs 2.13 – 2.18 2.65 2.54 – 2.57 2.62 -2.76 2.72 2.85 2.7 – 3.1 2.8 – 3.2 2.2 – 2.7 2.61 2.74 2.32 3.6 – 4.0 3.27 – 3.37

Las fracciones muy gruesas (gravas) se encuentran formados por uno o más minerales.


4


-


Las arenas gruesas están constituidas por lo general de cuarzo, por lo que Gs en laboratorio debe ser de 2.66. Las fracciones finas están constituidas generalmente por un mineral. Generalmente son: cuarzo, mica, feldespato. Siendo eliminados la mica y el feldespato por el transporte, quedando sólo el cuarzo que significa tener un Gs entre 2.65 y 2.67.

c) Peso Específico del Suelo (  ) Es la relación entre el peso total y el volumen total.



W V

2.1.4 Relación de Peso – Volumen para diferentes estados de la fase del Suelo. a) Peso Específico del Suelo Seco (  d ). Es la relación entre el peso de la fase sólida y el volumen total.

d 

WS V

b) Peso Específico del Suelo Saturado (  Sat . ) Es el peso específico que tendrá el suelo si todos sus vacíos se llenaran de agua, sin que cambien el volumen (Sr = 100%):

 sat 

G 1    Gs  e   s  1 e 1  Gs

 Sat . 

WS   VV V

c) Peso Específico del Suelo Sumergido (   ) Es el peso específico del suelo debajo del agua. Se puede expresar como la relación entre la masa efectiva entre el volumen total. Al sumergir en agua un volumen de suelo, se desplaza un volumen igual de agua, entonces se puede expresar ´ como: ´ =  - , o también como:



WS   VS V


5



d) Peso Específico de Suelos Parcialmente Saturados.

m 

1  . s 1 e

El peso específico se expresa en kilonewton por metro cúbico (kN/m3). Como el Newton es una unidad derivada, a veces es conveniente trabajar con densidades () del suelo. La unidad SI de densidad es kilogramos por metro cúbico (kg/m3). Podemos escribir las ecuaciones de densidad similares a las ecuaciones anteriores como: m  V

2.1.5 Cálculos con el Diagrama de fase del Suelo. Para obtener el Diagrama de Fase de un suelo, se pueden hacer de dos formas: a) Con Pesos y Volúmenes Reales.- Se obtiene por ensayos de laboratorio: -

Volumen total (V) Peso Total (W) Peso del Agua (W) Peso Específico de Sólidos del suelo (Gs)

b) Con valores relativos.- Para obtener el Diagrama de Fase, se requiere: - Conocer tres Propiedades Índices. - Una de ellas debe ser Peso Especifico. 2.1.6 Ejemplos de Cálculo en el Diagrama de Fase. e  f ( ) V Sabemos que   V , haciendo V = 1  VV  V    Vs = 1 -  V

1. Deducir

AI

( Aire)

n

AG

1

( Agua )

1-n

S

( Sólido )

Del Diagrama de Fase. V  e V  VS 1  



e

 1 


6



2. Deducir   f (e, S r , GS ) De los datos del problema: W Entonces: WS  GSVS   GS  S VS   Considerando Vs = 1, WS  GS   V También e  V y con Vs = 1  VV  e VS

AI

( Aire)

e 1+e

Sr

1

AG

e Sr     ( e Sr  Gs )

( Agua )

S

Gs  

( Sólido )

V  V  Sr VV VV Como VV = e, entonces: V  Sr .e El peso específico del agua es: W      W  V    e.S r   V Por tanto el peso específico total será:

Por definición: S r 

 

W  w (e.Sr  GS )  V 1 e

3. De ensayos de laboratorio se han obtenido Gs = 2.65,  = 40%, Sr = 80%, obtener el diagrama de Fase.

0.27

AI

0

AG

1.06

( Aire)

1.33 2.33

1.06

3.71

( Agua )

S

1

2.65

( Sólido )

Conocemos:  S  GS   

WS  , VS

Considerando    1 Y asumiendo que VS =1 (una Unidad de Volumen)  WS  GS    2.65 gr Por otro lado:

Si    1 y   



W x100  40 WS

W  0.4S  0.4 x 2.65  1.06

W  W  V ; V


7


Entonces S r 


V x10 0 VV



80

 VV 

10 V  1.33 8

2.2 PROPIEDADES DE LOS SUELOS GRANULARES (Friccionantes). 2.2.1 Granulometría. En cualquier masa de suelo, los tamaños de los granos varían considerablemente. Para clasificar apropiadamente un suelo se debe conocer su distribución granulométrica. Los suelos se denominan de acuerdo al tamaño de sus partículas, así: Según la ASTM D653, recogida por la NTP 339.136 (Suelos: simbología, unidades, terminologías y Definiciones) y NTP 339.150 y 339.134.

Tamaño (pulgadas) > 12” 3” -12” ¾” – 3” # 4 – ¾” # 10 - # 4 # 40 - # 10 # 200 - # 40 < # 200

Descripción Bloques Bolones Gravas Arenas

Gruesa Fina Gruesa Media Fina

Limos y Arcillas

Tamaño (mm) > 300.00 75 -300 19 – 75 4,75 – 19 2,00 – 4,75 0,425 – 2,00 0,075 – 0,425 < 0,075

Según M.I.T. (Massachussets Institute of Technology) Descripción Arenas Limos

Arcilla

Gruesa Media Fina Grueso Medio Fino Gruesa Media Fina Coloides

Tamaño (mm) 0.6 - 2.00 0.2 – 0.6 0.06 -0.2 0.02 – 0.06 0.006 – 0.02 0.002 -0.006 0.0006 – 0.002 0.0002 -0.0006 < 0.0002

a) Análisis Mecánico.Separa el suelo según el tamaño de sus partículas, mediante el tamizado (uso de mallas). El análisis granulométrico por mallas se efectúa tomando una cantidad medida de suelo seco, bien pulverizado y pasándolo a través de una serie de mallas cada vez más pequeñas y con una bandeja al fondo. La cantidad de suelo retenido en cada malla se pesa y se determina el porcentaje acumulado de suelo que pasa a través de cada malla.


8



La disposición de mallas según la Norma NTP 339.128 (antecedente ASTM D 422), debe ser: 75 mm (3"), 50,0 mm (2"), 37,5 mm (1½"), 25,4 mm (1"), 19,0 mm (¾"), 9,5 mm ( 3/8"), 4,75 mm (N° 4), 2,00 mm (N° 10), 850 m (N° 20), 425 m (N° 40), 250 m (N° 60), 106 m (N° 140) y 75 m (N° 200). Se puede usar, como alternativa, una serie de tamices que, al dibujar la gradación, dé una separación uniforme entre los puntos del gráfico; esta serie estará integrada por los siguientes: 75 mm (3"), 37,5 mm (1-½"), 19,0 mm (¾"), 9,5 mm (3 /8"), 4,75 mm (N° 4), 2,36 mm (N° 8), 1,18 mm (N° 16), 600 m (N° 30), 300 m (N° 50),150 m (N° 100), 75 m (N° 200). Ejemplo: Peso Inicial Seco (gr)

=

2221.00

% que pasa Nº 200 =

42.35

Peso Lavado y Seco (gr)

=

1281.10

P. Retenido 3"(gr) =

0.00

MALLAS

ABERTURA(mm)

PESO RETENIDO(gr)

Retenido

Que pasa

3"

75,000

0.00

0.00

100.00

1 1/2"

37,500

70.80

3.19

96.81

3/4"

19,000

82.30

6.89

93.11

3/8"

9,500

300.80

20.44

79.56

#4

4,750

286.30

33.33

66.67

#8

2,360

210.00

42.78

57.22

# 16

1,180

120.50

48.21

51.79

# 30

0,600

70.00

51.36

48.64

# 50

0,300

60.20

54.07

45.93

# 100

0,150

58.20

56.69

43.31

# 200

0,075

21.30

57.65

42.35

% ret. 

% ACUMULADO

Peso ret x 100 P.I .S .

% ret. acumi  % reti 

 % ret

i 1

% que pasa  100  % ret. acum.

b) Curva Granulométrica.El porcentaje que pasa por cada malla, determinado por un análisis granulométrico por mallas, se grafica en papel Semilogarítmico. El diámetro D se grafica sobre la escala logarítmica y el porcentaje que pasa se grafica sobre la escala aritmética


9



#200 #140

#60

#40 #20

#10

#4

3/8" 3/4"1" 1 1/2"2" 3"

100.00 90.00 80.00

% que pasa

70.00 60.00 50.00 40.00 30.00 20.00 10.00 0.00 0.010

0.100

1.000

10.000

100.000

Malla (mm)

En la curva granulométrica, se pueden obtener los diámetros, D10, D30 y D60: #200 #100

#50

#30

#16

#8

#4

3/8"

3/4"

1 1/2"

3"

100.00 90.00 80.00

% que pasa

70.00 60.00 50.00 40.00 30.00 20.00 10.00 0.00 0.010

0.100

D10

1.000

Malla (mm)

D30

10.000

100.000

D60

Definimos: D60 : Diámetro de malla que permite el paso del 60% del material (en mm). D30 : Diámetro de malla que permite el paso del 30% del material (en mm). D10 : Diámetro de malla que permite el paso del 10% del material (en mm). También denominado por Hazen como “diámetro efectivo”.


10



Se determinan dos parámetros: Coeficiente de Uniformidad ( C ) C 

D60 D10

Si C < 3; es suelo es muy uniforme.

Coeficiente de Curvatura ( CC ) CC 

 D30 

2

Si 1 ≤ Cc ≤ 3; es suelo es bien graduado.

D10 xD60

Una de las aplicaciones útiles es una aproximación del coeficiente de permeabilidad, tal como lo sugirió Hazen: Coeficiente de permeabilidad.

  C  D10 

2

m / seg

Ck = Varía entre 0.01 y 0.015 Graduación: Los parámetros Cu y Cc se usan en el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos, como sigue: - Arena Bien Graduada : Si C > 6 y 1  CC  3 - Grava Bien Graduada :

Si C > 4

y

1  CC  3

Observación. 1) Los Suelos granulares por la graduación que presenta pueden ser más o menos compresibles.

Suelo mal graduado muy compresible

Suelo bien graduado poco compresible

2) De acuerdo a lo anterior los suelos buenos para pavimentos, subrasante y/o cimentaciones son los suelos bien graduados. 3) Los suelos bien graduados tienes menos vacíos por lo tanto son menos permeables. c) Análisis por Sedimentación.- Se basa en la ley de Stokes, se usa para partículas menores de 0.2mm y mayores a 2  m.(0.002 mm) UNIDAD TEMÁTICA 2: PROPIEDADES FÍSICAS E INDICE DE LOS SUELOS

11



2 2 S  f  D  x   . 9  2

 = velocidad de sedimentación de la esfera, en cm/seg. (L/t)  = viscosidad del flujo en suspensión en gr.seg/cm2.  S = Peso Específico de la esfera gr/cm3.  f = Peso Específico del fluido gr/cm3. D = Diámetro de la esfera, cm. Para éste ensayo se usan 50 gramos de suelo seco, pulverizado. Se usa un agente defloculante (Hexametafosfato de sodio) en solución al 4%. Se deja que el suelo se sature. La muestra se transfiere a una probeta de 1000 ml y se agita vigorosamente. Se coloca un hidrómetro dentro de la probeta para medir (generalmente durante 24 horas) la densidad de sólidos de la suspensión suelo – agua en la vecindad del bulbo. Los hidrómetros están calibrados en cualquier tiempo t dado. El diámetro máximo de las partículas de suelo aún en suspensión en el tiempo t se determina de la ley de Stokes con: D

1800 en mm  S  f

d) Sistema de Clasificación i) Clasificación Internacional. Desarrollada en Suecia. 0.2

2.0 Arena Gruesa

0.002

0.02 Arena Fina

Limo

Tamaño (mm)

0.0002

Ultra-Arcilla (coloides)

Arcilla

ii) Clasificación MIT (Massachussets Institute of Technology) Propuesta por Gilboy 2.0

0.2

0.6

Gruesa

Media ARENA

0.06

Fina

0.02

Gruesa

0.006

Media

0.002

Fina

0.0006

Gruesa

LIMO


0.0002

Media

Fina

ARCILLA

12


iii)


Según Kopecky (Alemania 1936).

Material Piedra Grava

Arena Polvo Limo Arcilla

Características Gruesa Media Fina Gruesa Media Fina Gruesa Fina Gruesa Fina Gruesa Fina

Ultra Arcilla

Tamaño (mm) > de 70 mm 30 - 70 5 - 30 2-5 1-2 0.2 - 1 0.1 - 0.2 0.05 - 0.1 0.002 - 0.05 0.006 - 0.02 0.002 - 0.006 0.0006 - 0.002 0.0002 - 0.0006 0.00002 - 0.0002

Forma de las Partículas. 1. Angulares. Son cuando las partículas presentan configuraciones angulares.

son agudas

2. Sub-Angulares. Predominan las aristas agudas

3. Sub Redondeados. Predominan la redondez de las partículas.

4. Redondeados. No tienen aristas.

5. Esféricos. Son redondeados.


13



La angularidad condiciona el desplazamiento:

F Mayores condiciones de desplazamiento

Menores condiciones de desplazamiento

2.2.2 Estructura. En los suelos granulares predominan la fuerza de gravedad. La estructura es simple, es función de la fuerza de gravedad. Es importante en este tipo de estructuras: - Compacidad o Densidad Relativa: Describe el grado de acomodo de las partículas. e e Dr  máx nat . % ó emáx  emín. Dr (%) 

 dmáx  d   dmín .100  d  dmáx   dmín

Dr

=

Compacidad o Densidad relativa.

emáx

=

Estado más suelto.

emín.

=

Estado más compacto.

enat .

=

Estado natural.

 máx  mín. d

=

Peso Específico seco en el estado más compacto.

=

Peso Específico seco en el estado más suelto

=

Peso Específico seco natural.

Denominación de los suelos granulares según la Densidad Relativa 0 - 15

15 - 35

35 - 65

65 - 85

85 - 100

Muy Suelto

Suelto

Intermedio

Denso

Muy Denso

- Orientación de las partículas.

2.3

PROPIEDADES DE LOS SUELOS FINOS. Son los suelos que tiene partículas menores de 0.75 mm, entre ellos se pueden diferenciar:


14



Arcilla.- Son las partículas sólidas, cuya masa tiene la propiedad de volverse plástica al ser mezclada con agua, químicamente es un silicato de alúmina hidratado. La estructura es cristalina y complicada y sus átomos están dispuestos en forma laminar. Limos.- Son suelos de grano fino con poca o ninguna plasticidad 2.3.1 Composición de las Arcillas. - Las arcillas están formadas básicamente por silicatos de aluminio hidratados, también pueden ser silicatos de magnesio, hierro, etc hidratadas. Estos minerales tienen estructuras cristalinas. Sus átomos se disponen en láminas que pueden ser silícica o alúminica. H+ OH -

Capa adsorvida

OH -

OH H2O

OH -

OH -

OH -

Cristal OH -

Cargas Negativas OH -

( Na+, K +, Ca++, Mg++, Al+++, Fe+++)

Cargas Negativas

-

La capacidad de atraer iones positivos dependen del mineral de la partícula: Montmorillonita

360 – 500 x 10 20

(+)

20

(+)

Illita

120 – 240 x 10

Caolinita

20 – 90 x 10 20

x c/ 100 gr de mineral

(+)

De acuerdo al mineral que forman las partículas del suelo fino. El tamaño de estas partículas mas la capa adsorbida puede llegar a tener un volumen varias veces mayor que el de la misma partícula.

2.3.2 Forma de las Partículas. a) Laminares.-

La relación:

A = es muy grande. V

En las superficies de contacto se generan fuerzas electromagnéticas (hasta 20000 kg/cm2). Existe una gran relación de vacíos (e). UNIDAD TEMÁTICA 2: PROPIEDADES FÍSICAS E INDICE DE LOS SUELOS

15



b) Acicular.Una magnitud predomina siempre sobre las otras. L

L grande. h h

2.3.3 Estructuras de las Partículas. - Estructura Panaloide.

A origina ese comportamiento V e = bastante grande.

e1 - Estructura Floculenta.-

Se genera un movimiento Browniano. Es un panaloide de orden superior. - Mixta..- Las estructuras anteriores rara vez se presentan puras en la naturaleza. En éstas formaciones se define un esqueleto constituido por lo granos gruesos y por masas coloidales de flóculos.


16



- Castillos de Naipes.- Se ha podido notar que, si bien la partícula de suelo posee carga negativa, parece cierto que en sus aristas existe una concentración de carga positiva que hace que esa zona localizada se atraiga con la superficie de cualquier partícula vecina lo que produce una estructura como la que se muestra -

2.3.4 Estados de Consistencia. Plasticidad. Es la propiedad de los suelos de deformarse y remoldearse sin romperse, sin variación de volumen, si desmoronarse, ni producir grietas, siendo el contenido de humedad un parámetro importante en un comportamiento plástico. Se define por el contenido de humedad, como se muestra a continuación:

Estados y Límites de Consistencia. Atterberg estudió que la plasticidad no es permanente en las arcillas, depende del contenido de agua.



Estado Líquido.- Tiene propiedades y apariencia de una suspensión Fluido Viscoso.LL

Suelo más agua



Estado Plástico.- Se comporta plásticamente LP

Semi sólido.- Tiene apariencia de un sólido, pero Disminuye su volumen al secado

 Suelo Seco

LC

Sólido.- Sólido sin variación de volumen en el secado


17

MECANICA DE E SUELOS I

MSc. ING. ELIO MILLA M VERGA ARA

LIMITE ES DE CON NSISTENC CIA. Mide el comportam miento de las l arcillas, según el contenido c d agua (esstado de de consistenncia).

S Semi - Sóliido

Sóllido 

Líquido

Plá ástico

LC

LP

Deformaable No amazzable

Puede ser P A Amazado



LL

Se convvierte en una susspensión

-

LC

:

Limitte de Contraacción.

-

LP

:

Limitte Plástico.

-

LL

:

Limitte Liquido.

Se deeterminan enn el laboratorio. -

L Limite Liqu uido (LL).- Se determiina mediantte el aparatoo de Casagraande. La h humedad correspondiennte a los 25 golpes seráá el Límite Liquido. L

N de golpes N°

12

18

27

38

P P.Suelo Húmedo o+Rec.

4 41.69

41.42

40.50

40.29

P P.Suelo Seco+R Rec.

3 37.56

37.48

36.63

36.51

P Peso del Recipie ente

2 27.31

27.44

26.51

26.37

P Peso Suelo Seco o

10.25

10.04

10.12

10.14

P Peso del Agua

4 4.13

3.94

3.87

3.78

C de Humedad % C.

4 40.29

39.24

38.24

37.28

UNIDA AD TEMÁTIC CA 2: PROPIE EDADES FÍSIC CAS E INDICE E DE LOS SU UELOS

18



Diagrama de Fluidez

Humedad (%)

41.00 40.00 39.00 38.00 37.00 10

-

100

25

Nº de Golpes

Limite Plástico (LP).- Es la propiedad que tiene el suelo de deformarse sin llegar a la rotura.

1/8 "

-

P.Suelo Húmedo+Rec.

11.11

11.15

11.19

P.Suelo Seco+Rec.

10.56

10.60

10.64

Peso del Recipiente

8.27

8.31

8.36

Peso Suelo Seco

2.29

2.29

2.28

Peso del Agua

0.55

0.55

0.55

C. de Humedad %

24.02

24.02

24.12

Índice de Plasticidad (IP).- Es la diferencia entre el Límite Líquido y el Límite Plástico: IP = LL - LP

-

Límite de contracción (LC).- Es el contenido de humedad tal que el suelo ya no disminuye su volumen. El ensayo consiste en medir el peso y volumen de una muestra de suelo totalmente seca; en tal momento, puede decirse que el límite de contracción sería la humedad de la muestra seca si tuviese sus vacíos llenos de agua. Entonces se puede deducir la fórmula de contracción a partir de la definición de Límite Contracción como contenido de humedad: W LC     x 100 Ws


19



Aire

V - VS V

W = WS VS 

WS GS  

WS

Sólido

Por definición: W  V   Como Vs 

Ws Gs 

 Ws   V   V   Gs    

 Ws  Entonces: W   V   Gs     LC   % 

W  V x100   x100 Ws Ws

 Ws  V   Gs     LC  x100 Ws



 V 1     x 100 W G s   s

1 1  LC  100     G Gs  2.3.5

Tixotropía. Es la propiedad del suelo por la cual las arcillas recuperan la resistencia al corte luego de un amasado. Entre las partículas arcillosas se ejercen fuerzas debidas a ligaduras fisicoquímicas, que cuando son amasadas se rompen momentáneamente, que se refleja en una pérdida de resistencia del material. Terzaghi midió la tixotropía a través de la Sensibilidad de las arcillas o sea de la relación entre la resistencia a la compresión simple correspondiente a los estados: inalterado y remoldeado: q Inalt . St    cte q amazado = Resistencia a la compresión del suelo inalterado.

q

Inalt .

q

amazado

= Resistencia a la compresión del suelo amazado.

De acuerdo a la sensibilidad ( St ) los suelos son: UNIDAD TEMÁTICA 2: PROPIEDADES FÍSICAS E INDICE DE LOS SUELOS

20



Características No Sensitivas Sensitivas Extra Sensitivas Quick – Clays (Arcillas fluidas)

St 2–4 4–8 8 – 16 >16

También se puede evaluar con el Índice Liquido.   LP IL  LL  LP IL



LL LP

: : : :

Índice Liquido. Humedad Natural. Límite Liquido. Limite Plástico.

IL

1.8 1.2

  LL   = LL

1.0 0.4   LL   0.1  < LP

St 100 200 10 2 1 <0

No se puede amazar

2.4 CLASIFICACION DE LOS SUELOS.

Dada la gran variedad de suelos que se presentan en la naturaleza, la Mecánica de Suelos ha desarrollado algunos métodos de clasificación de los mismos. Cada uno de estos métodos tiene, prácticamente, su campo de aplicación según la necesidad y uso que los haya fundamentado. 2.4.1 Descripción Visual - Manual de los Suelos. El procedimiento para la descripción de suelos para propósitos de ingeniería se realiza siguiendo la NTP 339.150 (2001). “Descripción e Identificación de Suelos. Procedimiento Visual – Manual” o su equivalente de la Norma Práctica de la ASTM D2488 denominada “Descripción e Identificación de Suelos (Procedimiento VisualManual)”. Cuando se requiera una clasificación precisa, se debe usar el Método de Ensayo D2487. Se usa sólo para suelos naturales (disturbados o no disturbados). La porción identificada se asigna un símbolo de grupo y nombre se limita a suelos con partículas menores de 75 mm (3”).


21



Terminología.- (Según la NTP 339.136)

Del Material que se retiene en el tamiz de 75 mm (3”).  

Bloques.- Partículas de roca que NO pasen una abertura cuadrada de 300 mm (12”). Bolones.- Partículas de roca que pasen una abertura cuadrada de 300 mm (12”) y sean retenidas en el tamiz de 75 mm (3”).

Del Material que pasa la malla de 3”. 

Grava.- Partículas que pasan el tamiz de 75 mm (3”) y son retenidas en el tamiz 4.75 mm (N° 4) y se divide en: - Gruesa: Pasa el tamiz de 75 mm (3”) y se retiene en el tamiz de 19,0 mm (¾”). - Fina: Pasa el tamiz de 19,0 mm (3/4”) y se retiene en el tamiz de 4,75 mm (N° 4).  Arena.- Partículas que pasan el tamiz de 4,75 mm (N° 4) y se retienen en el tamiz de 75 m (N° 200) y se divide en: - Gruesa: Pasa el tamiz 4,75 mm (N° 4) y es retenido en el tamiz de 2,0 mm (N° 10). - Media: Pasa el tamiz de 2,0 mm (N° 10) y se retiene en el tamiz de 425 m (N° 40). - Fina: Pasa el tamiz de 425 m (N° 4) y se retiene en el tamiz de 75 m (N° 200).  Limos.- Suelo que pasa el tamiz de 75 m (N° 200), es no plástico o ligeramente plástico y muestra poca o ninguna resistencia en estado seco.  Arcillas.- Suelo que pasa el tamiz de 75 m (N° 200) y puede exhibir plasticidad en un rango de contenido de humedad y muestra considerable resistencia en estado seco.  Arcilla Orgánica.- Una arcilla con suficiente contenido orgánico que influencia sus propiedades. Es la misma clasificación de arcilla, excepto que su límite líquido después de secado en horno es menor que 75% que antes del secado.  Limo Orgánico.- Un limo con suficiente contenido orgánico que influencia sus propiedades. Es la misma clasificación de limo, excepto que su límite líquido después de secado en horno es menor que 75% que antes del secado.  Turba.- Suelo compuesto de material vegetal en varias fases de descomposición usualmente con olor orgánico, color marrón oscuro a negro, consistencia esponjosa y textura en rango de fibrosa a amorfa. A) Información Descriptiva para Suelos.-

1. Angulosidad.- Describe la angulosidad de la arena gruesa, gravas, boloones y bloques, como: angulosa, subangulosa, subredondeada, redondeada. Se puede establecer como rango: de subredondeado a redondeado: Descripción Angulosa Subangulosa Subredondeada Redondeada

Criterio Partículas que tienen bordes afilados y con superficies relativamente planas con superficie no pulidas. Partículas que son similares a la descripción angulosa pero tienen bordes redondeados. Partículas que tienen lados casi planos pero tienen esquinas y bordes bien redondeados. Partículas que tienen lados suavemente curvados y sin bordes.


22



2. Forma.- Describe la forma de la grava, bolones y bloques, como: chata, alargada o chata y alargada. Si satisfacen los criterios de la Tabla siguiente. Indicar la fracción de partículas que tiene la forma, ejemplo: Un tercio de las partículas de grava son chatas. Descripción Chata Alargada Chata y alargada

Criterio Partículas donde ancho/espesor > 3 Partículas donde longitud/ancho > 3 Partículas que reúnen los criterios para ser clasificadas como chatas y alargadas

3. Color.- Describe el color de la muestra húmeda. Si la muestra contiene capas o trozos de varios colores, se debe anotar el color representativo. 4. Olor.- Describe el olor si el suelo es orgánico o tiene olor inusual (producto del petróleo, químico o similares). 5. Condición de Humedad.- Describe la condición de húmedas como: seca, húmeda o saturada, según el siguiente criterio: Descripción Seca Húmeda Saturada

Criterio Ausencia de humedad, polvoriento, seco al tacto Húmedo pero no es visible el agua Agua libre visible, usualmente cuando el suelo está bajo el nivel freático

6. Reacción al HCL.- Describe reacción con ácido clorhídrico (HCl) como ninguna, débil o fuerte. Indica la reacción con el carbonato de calcio. Descripción Ninguna Débil Fuerte

Criterio No hay reacción visible Alguna reacción, con burbujas formándose lentamente Reacción violenta, con burbujas que se forman violentamente

7. Consistencia.- (Suelos de grano fino intacto). Se describe la consistencia como muy suave, suave, firme, dura o muy dura

Descripción Muy suave Suave Firme Dura Muy dura

Criterio El pulgar penetra el suelo más de 25 mm (1”) El pulgar penetra el suelo 25 mm (1”) El pulgar penetra el suelo alrededor de 6 mm (1/4”) El dedo no ingresa al suelo pero fácilmente ingresa la uña del pulgar. La uña del pulgar no ingresa al suelo.

8. Cementación.- Describe la cementación del suelo de grano grueso como: débil, moderado, o fuerte, según:


23


Descripción Débil Moderada Fuerte


Criterio Cuando se derrumba o quiebra con la manipulación o poca presión del dedo Cuando se derrumba o quiebra con considerable presión del dedo No se derrumba o quiebra con la presión del dedo

9. Estructura.- Describe la estructura intacta de suelos, según:

Descripción Estratificada Laminada Fisurada Superficie Deslizante En bloque Lenticular Homogénea

Criterio Capas alternadas de material o color variable, capas de por lo menos 6 mm de espesor. Capas alternadas de color variable de
10. Rango de Tamaño de Partículas.- Para las componentes de gravas y arenas, según su tamaño. Ejemplo: Cerca de 20% de grava fina a gruesa ó cerca de 40% de arena fina a gruesa. 11. Tamaño Máximo de Partículas.- Describe el máximo tamaño de partículas encontrado en el suelo, de acuerdo a lo siguiente: -

-

Tamaño de Arena: Si el tamaño máximo de partícula corresponde al de la arena, describir como: fina, media o gruesa. Ejemplo: Tamaño Máximo de Partículas, arena media. Tamaño de Grava: Si el tamaño máximo de partícula es del tamaño de grava, describir el tamaño máximo como el tamiz de abertura más pequeña que la partícula pasará. Por ejemplo: Tamaño Máximo de la Partícula, 1 ½” (pasará el tamiz de 1 ½”, pero no el tamiz de ¾”). Tamaño de Bloques o Bolones: Si el máximo tamaño de partícula es del tamaño de un bolón o bloque, describir la dimensión máxima de la partícula más grande. Por ejemplo: Dimensión máxima, 450 mm (18”).

12. Dureza.- Describe la dureza de la arena gruesa y de mayor tamaño como: dura, o establece que sucede cuando las partículas son golpeadas por un martillo, por ejemplo: la fractura de partículas del tamaño de grava con considerable golpe de martillo, algunas partículas de tamaño de grava se desintegran con golpe de martillo. “Dura” significa que las partículas no se agrietan, fracturan o se desintegran bajo un golpe de martillo.


24



13. Otros.- Se anotarán comentarios adicionales, tales como la presencia de raíces, o agujeros dejados por las raíces, dificultad en el sondeo o la perforación, excavación de la zanja o calicata, o la presencia de mica. Puede añadirse si se identifica como tal un nombre local comercial o una interpretación geológica del suelo o ambos. Puede añadirse si se identifican como tales una clasificación o identificación del suelo de acuerdo a otros sistemas de clasificación. B) Identificación de Suelos.- Estimar y registrar el porcentaje de bloques y el porcentaje de bolones (en volumen). - Estimar y registrar el porcentaje en peso seco de la grava, arena y finos (en volumen). - Los porcentajes serán estimados con aproximación al 5%. Los porcentajes de grava, arena y finos deben sumar el 100%. - Si uno de los componentes está presente pero no en cantidad suficiente para ser considerado 5% de la porción menor de 3”, indicar su presencia mediante el término “traza”, por ejemplo: traza de finos. Una traza no se considera en el total de 100% para los componentes. C) Identificación de Suelos de Grano Fino.El suelo es de grano fino, si contiene el 50% o más de fino. Se toma una cantidad e material menor del tamiz N° 40 (la mano llena de material), con lo que se identificarán: resistencia en estado seco, dilatancia y tenacidad.

1. Resistencia en estado seco.- Se moldea una bola de 25 mm de diámetro, hasta que alcance una consistencia cremosa. A partir de ésta bola, preparar 3 bolas, una de ellas de 12 mm de diámetro. Secar los especímenes al aire. Si el suelo contiene terrones secos naturales, se pueden usar en lugar de las bolas de 12 mm. Ensayar la resistencia de las bolas o terrones secos comprimiéndolas entre los dedos, según lo siguiente: Criterio para la descripción de la Resistencia Seca Descripción Criterio Ninguna El espécimen seco se pulveriza solo con la presión de la manipulación Baja El espécimen seco se pulveriza con poca presión del dedo Media El espécimen seco se rompe en pedazos o se pulveriza con considerable presión de los dedos Alta El espécimen seco no puede quebrarse con la presión del dedo. El espécimen se quebrará en pedazos entre el pulgar y una superficie dura Muy Alta El espécimen seco no puede romperse entre el pulgar y una superficie dura


25



2. Dilatancia.- Moldear una bola de 12 mm, hasta que se tenga una consistencia suave pero no pegajosa. Extender la bola de suelo en la palma de la mano con un cuchillo o espátula pequeña. Agitar horizontalmente golpeando el lado de la mano vigorosamente contra la otra mano varias veces. Notar la reacción del agua que aparece sobre la superficie del suelo. Comprimir la muestra cerrando la mano o presionando el suelo entre los dedos y anotar la reacción como ninguna, lento o rápida. La reacción es la velocidad con la que el agua aparece mientras se agita y desaparece mientras se comprime. Criterio para la descripción de Dilatancia Descripción Criterio Ninguna No hay cambio visible en el espécimen Lenta El agua aparece lentamente sobre la superficie del espécimen durante la agitación y no desaparece o desaparece lentamente durante el mezclado Rápida El agua aparece rápidamente sobre la superficie del espécimen durante la agitación y desaparece rápidamente en el mezclado.

3. Tenacidad.- Luego del ensayo de dilatancia el espécimen de ensayo se le da forma alargada y se enrolla con la mano sobre la superficie lisa o entre las palmas hasta un hilo de 1/8”. Se envuelven los hilos de muestra y se vuelven a enrollar repetidamente hasta que el hilo se agriete al diámetro de 1/8”. El hilo se agrietará a un diámetro de 1/8” cuando el suelo esté cerca al límite plástico. Notar la presión requerida para enrollar el hilo cerca al límite plástico. Notar también la resistencia del hilo. Luego que el hilo se agrieta, los pedazos debe juntarse y amasarse hasta que la masa se agriete. Notar la tenacidad del material durante el amasado. Criterio para la descripción de la Tenacidad Descripción Criterio Baja Solo se requiere ligera presión para enrollar el hilo cerca del límite plástico. El hilo y la masa son débiles y suaves. Media Se requiere presión media para enrollar el hilo hasta cerca del L.P. El hilo y la masa tienen rigidez media. Alta Se requiere considerable presión para enrollar el hilo hasta cerca del L.P. El hilo y la masa tienen muy alta rigidez.

4. Plasticidad.- En base a las observaciones realizadas en Tenacidad, describir la plasticidad: 1.


26



Criterio para la descripción de la Plasticidad Descripción Criterio No Plástica Un hilo de 1/8” no puede ser enrollado a ningún contenido de humedad Baja El hilo puede ser enrollado difícilmente y la masa no se puede formar cuando se encuentra más seca que el L.P. Media El hilo es fácil de enrollar y no se requiere mucho tiempo para alcanzar el L.P. El hilo no puede ser enrollado nuevamente después de alcanzar el L.P. La masa se agrieta cuando esta mas seca que el L.P. Alta Toma considerable tiempo enrollar y amasar para alcanzar el L.P. El hilo puede ser enrollado nuevamente varias veces luego de alcanzar el L.P. La masa puede ser formada sin agrietamiento cuando se encuentra más seca del L.P.

Identificación de Suelos Orgánicos de grano fino: Se identifican según cumplan con los requisitos de la siguiente tabla. Símbolo del Suelo ML CL MH CH

Resistencia En estado seco Ninguna a Baja

Lenta a rápida

Media a alta Baja a media Alta a muy alta

Ninguna a lenta Ninguna a lenta Ninguna

Dilatancia

Tenacidad Baja o no puede formarse el filamento Media Baja a media Alta

ML: Limo CL: Arcilla de baja plasticidad MH: Limo elástico CH: Arcilla de alta plasticidad D) Identificación de Suelos de Grano Grueso.El suelo es de grano grueso, si contiene menos del 50% de fino. - El suelo es una grava si el porcentaje de grava estimado es mayor que el de arena. - El suelo es una arena si el porcentaje de arena estimado es mayor que el de grava. - Identificar el suelo como una grava bien graduada, GW o como una arena bien graduada SW, si tiene un rango amplio de tamaños de partículas y cantidades sustanciales de partículas de tamaño intermedio. - Identificar el suelo como una grava pobremente graduada, GP o como una arena pobremente graduada SP, si consiste predominantemente de un tamaño (graduada uniformemente) o tiene un amplio rango de tamaños con algunos tamaños intermedios ausentes. - El suelo es una grava con finos o una arena con finos si el porcentaje de finos se estima en 15% o más. - Se identifica el suelo siguiendo el esquema de la Figura. UNIDAD TEMÁTICA 2: PROPIEDADES FÍSICAS E INDICE DE LOS SUELOS

27



E) Lista Resumen de Clasificación de Suelos.-

                      

Nombre de grupo Símbolo de grupo Porcentaje de bloques o bolones, o ambos (por volumen) Porcentaje de grava, arena o finos, o los tres (en peso seco) Rango de tamaño de partículas: Grava – Fina, gruesa Arena – fina, media, gruesa Angulosidad de partícula: angulosa, subangulosa, subredondeda, redondeada Forma de partículas: (si es apropiado) chata, alargada, chata y alargada Tamaño o dimensión máxima de la partícula Dureza de la arena gruesa y de las partículas más grandes Plasticidad de finos: no plástica, baja media, alta Resistencia en estado seco: ninguna, baja, media, alta y muy alta Dilatancia: ninguna, baja, rápida Tenacidad: baja, media, alta Color (en condición húmeda) Olor (mencionar solo si es orgánico o inusual) Humedad: seca, húmeda, saturada Reacción al HCl: ninguna, débil, fuerte Para muestras intactas: Consistencia (solo suelos de grano fino): muy suave, suave, firme, dura, muy dura Estructura: estratificada, laminada, fisurada, superficie deslizante, lenticular, homogénea. Cementación: débil, moderada, fuerte Nombre local Interpretación geológica Comentarios adicionales: presencia de raíces o agujeros de raíces, presencia de mica, yeso, etc. Recubrimientos superficiales de partículas de grano grueso, derrumbe o desprendimiento de agujeros de sondaje o paredes de zanjas, dificultad en la perforación o excavación, etc.

F) Ejemplo.-

Grava arcillosa con Arena y Bloques, GC – Cerca del 50% de grava fina a gruesa, subredondeada a subangulosa; cerca del 30% de arena fina a gruesa, subredondeada; cerca del 20% de finos de mediana plasticidad, alta resistencia en estado seco, sin dilatancia, mediana tenacidad, débil reacción al ácido clorhídrico; la muestra de campo original tenía cerca del 5% de bloques subredondeados (en volumen), tamaño máximo, 150 mm. Condición in situ – Firme, homogénea, seca, marrón. Interpretación geológica – Abanico aluvial


28



2.4.2 Sistemas de Clasificación

Los sistemas de clasificación de suelos dividen a estos en grupos y subgrupos en base a propiedades ingenieriles comunes tales como la distribución granulométrica, el límite líquido y el límite plástico. Existen varios sistemas de clasificación entre ellas: BPR HRB AASHO

: : :

SUCS

:

U.S. Bureau of Public Roads. Highway Research Board. American Association of State Highway Officials. Para: Carreteras, pavimentos y Pistas de Aterrizaje Se basa en las clasificaciones BPR y HRB. Standard United Clasification System. Sistema Unificado de Clasificación de Suelos. Para: Cimentaciones. Empuje de Tierras, Estabilidad de Taludes.

2.4.3 Clasificación de Suelos AASHTO. NTP 339.135 (1999): Método para la Clasificación de Suelos para uso en Vías de Transporte. ASTM D3282-93 Estándar Classification of Soils and SoilAggregate Mixtures for Highway Construction Purposes.

El Sistema de Clasificación de Suelos AASHTO, fue propuesto originalmente por el Comité de la Highway Research Board’s, sobre clasificación de materiales para subrasantes y caminos de tipo granular (1945). De acuerdo con la actual forma de este sistema, los suelos pueden clasificarse según ocho grupos principales: A-1 al A-8, en base a su distribución granulométrica, límite líquido e índice de plasticidad. Los suelos comprendidos en los grupos A-1, A-2 y A-3 son materiales de grano grueso y aquellos en los grupos A-4, A-5, A-6 y A-7 son de grano fino. La turba, el lodo y otros suelos altamente orgánicos quedan clasificados en el grupo A-8. Estos se identifican por inspección visual. -

Materiales Granulares.- Contienen 35% o menos que pasan por el tamiz # 200 (75 µm).

-

Materiales Limo-Arcillosos.- Contienen más del 35% que pasan la malla #200 (75 µm).

Se usan el cuadro de Clasificación AASHTO que se muestra. Índice de Grupo.- Permite realizar una evaluación aproximada de los “materiales granular-arcillosos” y los “materiales limo-arcillosos”.

Los índices se colocarán entre paréntesis, luego del nombre de la clasificación: A – 2 – 6 (4) Es un suelo tipo A-2-6, con Índice de grupo 4


29



El Índice de Grupo se calcula con la siguiente ecuación:

IG ( F  35)  0.2  0.005( LL  40)  0.01( F 15)( IP 10)

(*)

Donde: F = Porcentaje que pasa la malla # 200 LL = Límite Líquido IP = Índice de Plasticidad El primer término de la ecuación es decir (F-35)[0.2+0.005(LL-40)], es el índice de grupo parcial determinado a partir del Límite Líquido. El segundo término, es decir 0.001(F-15)(IP-10) es el Índice de Grupo parcial determinado a partir del Índice de Plasticidad. Se indican algunas reglas:      

Si la ecuación del IG da un valor negativo, el IG se toma cero. Si el suelo es no plástico y cuando el LL no se puede determinar, reportar IG = 0. El IG calculado se redondea al entero más cercano. No hay un límite superior para el IG. Para los grupos A-2-6 y A-2-7 se usa el IG parcial para IP, es decir: IG = 0.001(F-15)(IP-10) Los suelos A-1-a, A-1-b, A-2-4, A-2-5 y A-3, son satisfactorios como subrasantes.

EJEMPLOS DE CLASIFICACIÓN AASHTO 1. Una muestra de suelo tiene las siguientes características. MALLA

% QUE PASA

# 10

100

# 20

95.8

# 30

91.7

# 40

86.1

# 60

76.1

# 100

66.4

# 200

56.8

L.L. = 22.1 % L.P = 17.4 % I.P. = 4.7 %

1) Determinación del I.G.: Con F = 56.8, LL = 22.1 e IP = 4.7, en la fórmula (*), se obtiene: IG = 4.4 IG = 4 2) Del cuadro de Clasificación. Del análisis del % que pasa la Malla # 200 puede ser: A – 4, A – 5, A – 6 o A – 7 Del análisis del L.L , puede ser: A – 4 o A – 5 (se descartó A-6 y A-7) Del análisis del I.P., el suelo es A – 4 (se descartó A-5).

 El suelo es A – 4 (4). UNIDAD TEMÁTICA 2: PROPIEDADES FÍSICAS E INDICE DE LOS SUELOS

30

SISTEMA DE CLASIFICACION DE SUELOS AASHTO Clasificación General Grupos

Materiales Granulares

Materiales limo arcillosos

(35% o menos de la muestra pasan la malla # 200)

(más de 35% pasa la malla # 200)

A-1

Sub Grupos

A-1a

A-2 A-1b

A-3

A-7

A-2-4

A-2-5

A-2-6

A-2-7

A-4

A-5

A-6

A-7-5*, A-7-6

35 máx

35 máx

35 máx

35 máx

36 mín

36 mín

36 mín

36 mín

40 máx

41 mín

40 máx

41 mín

40 máx

41 mín

40 máx

41 mín

10 máx

10 máx

11 mín

11 mín

10 máx

10 máx

11 mín

11 mín

Porcentaje que pasa la malla N° 10

50 máx

N° 40

30 máx

50 máx

51 mín

N° 200

15 máx

25 máx

10 máx

Características del material que pasa la malla N° 40: Límite Líquido

---

Índice de Plasticidad Tipos

de

6 máx material

constitutivos

6 máx

N.P.

Fragmento de roca,

Arena

grava y arena

fina

Terreno de fundación

Gravas y arenas limosas ó arcillosas

Excelente a buena

Si IP ≤ LL – 30, es un A-7-5 Si IP > LL – 30, es un A-7-6 Indice de Grupo:

IG = (% que pasa # 200 - 35)*[0.2+0.005(LL - 40)]+0.01(%que pasa # 200 – 15)(IP-10)

Para calcular el Indice de Grupo para un suelo de los grupos A-2-6 o A-2-7 se usa la ecuación IG = 0.01 (% que pasa # 200 – 15)(IP-10)

Suelos limosos Regular a deficiente

Suelos arcillosos

MECA ANICA DE SU UELOS I

MSc. ING. ELIO MILL LA VERGARA A

ngos de Lím mite Líquid do e Índice de Plasticiidad para materiales m l limo Ran arcilllosos

Caarta del Índ dice de Gru upo

UNIDAD TEMÁTICA 2: 2 PROPIEDADES FÍSICAS S E INDICE DE LOS SUELO OS

32



Materiales Granulares: Contienen 35% o menos de material que pasa la malla # 200 (75-m). Grupo A-1.- El material típico de este grupo es una mezcla bien graduada de fragmentos de roca o grava, arena gruesa, arena fina y un suelo aglomerante no plástico o de baja plasticidad. Sin embargo, este grupo también incluye fragmentos de roca, grava, arena gruesa, cenizas volcánicas, etc., sin un suelo aglomerante.

Subgrupo A-1-a.- Incluye aquellos materiales consistentes predominantemente de fragmentos de roca o grava, con o sin un aglomerante de material fino bien graduado. Subgrupo A-1-b.- Incluye aquellos materiales consistentes predominantemente de arena gruesa, con o sin un suelo aglomerante bien graduado. Grupo A-3.- El material típico de éste grupo es arena fina de playa o arena fina de soplo de desierto sin finos limosos o arcillosos, o con muy poca cantidad de limos no plásticos. Este grupo también incluye mezclas de depósitos de corriente de arenas finas mal graduadas y cantidades limitadas de arena gruesa y grava. Grupo A-2.- Este grupo incluye una amplia variedad de material “granular” que están en la línea de borde entre los materiales que caen en el grupo A-1 y A-3, y los materiales limo arcillosos de los grupos A-4, A-5, A-6 y A-7. Incluye todos los materiales que contienen 35% o menos que pasa la malla # 200 (75-m) que no pueden ser clasificados en los grupos A-1 y A-3, debido a su contenido de finos o índices de plasticidad o ambos en exceso de las limitaciones de esos grupos. Subgrupos A-2-4 y A-2-5, incluye varios materiales granulares que contienen 35% o menos que pasa la malla # 200 (75-m) y con una porción menor que la malla # 40 (425-m) que tienen características de los grupos A-4 y A-5, respectivamente. Estos grupos incluyen materiales tales como grava y arena gruesa con contenidos de limos o índices de plasticidad en exceso de las limitaciones del grupo A-1 y arena fina con limo no plástico contenido en exceso de las limitaciones del grupo A-3. Subgrupos A-2-6 y A-2-7 incluye materiales similares a los descritos en los subgrupos A-2-4 y A-2-5, excepto el que contiene porción fina de arcilla plástica que tiene características de los grupos A-6 y A-7, respectivamente. Materiales limo Arcillosos.- Que contienen más de 35% que pasa la malla # 200 (75-m):

Grupo A-4.- El material típico de éste grupo es un suelo limoso no plástico o moderadamente plástico que tiene 75% o más que pasa la malla # 200 (75-m). Este grupo también incluye mezclas de suelo limoso fino y encima de 64% de arena y grava retenida sobre la malla # 200 (75-m).


33



Grupo A-5.- El material típico de éste grupo es similar al descrito bajo el grupo A4, excepto el que usualmente tiene características de diatomáceas o micáceas y pueden ser ligeramente elásticas como está indicado por el alto límite líquido. Grupo A-6.- El material típico de éste grupo es un suelo arcilloso plástico que usualmente tiene 75% o más que pasa la malla # 200 (75-m). Este grupo también incluye mezclas de suelos finos arcillosos y sobre 64% de arena y grava retenida sobre la malla # 200. Los materiales de éste grupo usualmente tienen un alto cambio de volumen entre los estados húmedo y seco. Grupo A-7.- El material típico de éste grupo es similar al descrito bajo el grupo A6, excepto que tienen características de límites líquidos altos del grupo A-5 y pueden ser elásticos como también sujetos a altos cambios de volumen. Subgrupo A-7-5.- Incluye aquellos materiales con moderados índices de plasticidad en relación al límite líquido y que pueden ser altamente elásticos así como también sujetos a considerable cambio de volumen. Subgrupo A-7-6.- Incluye aquellos materiales con altos índices de plasticidad en relación al límite líquido y que están sujetos a cambios de volumen extremadamente altos. 2.4.4 Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS).

Entre los diversos estudios tendientes a encontrar un sistema de clasificación que satisfaga los distintos campos de aplicación a Mecánica de Suelos, destacan los efectuados por el doctor A. Casagrande en la Universidad de Harvard conocido inicialmente como Sistema de Clasificación de Aeropuertos, que luego fue modificado ligeramente y adoptando la metodología actual que se denomina el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS). En el Perú NTP 339.134 (1999). Método para Clasificación de suelos con propósitos de ingeniería (sistema unificado de clasificación de Suelos, SUCS). Símbolo:

G

:

Grava (Gravel)

S

:

Arena (Sand)

M

:

Limo (Mo ó Mjalo)

C

:

Arcilla (Clay)

Pt

:

Turba ( Peat )

O

:

Orgánico (Organic).

Propiedades Índices:

W

:

Bien graduado (Well graded)

P

:

Mal graduado (Poorly graded).


34



L

:

Baja Compresibilidad (Low).

H

:

Alta compresibilidad (High)

El sistema divide a los suelos en 3 grandes divisiones: Suelos de grano grueso, suelos de grano fino y suelos altamente orgánicos. Estas tres divisiones son luego subdivididas en un total de 15 grupos básicos de suelos. Como se indica a continuación: Criterio para Asignar Símbolos de Grupo y Nombres de Grupo usando ensayos de A laboratorio SUELOS GRANO GRUESO

DE

Más de 50% se retiene en la malla # 200

SUELOS DE GRANO FINO 50% o más pasa la malla # 200

SUELOS ALTAMENTE ORGANICOS

Cu ≥ 4 y C 1 ≤ Cc ≤ 3 Más de 50% de la Menos de 5% de Cu < 4 y/o fracción gruesa se finos 1 > Cc > 3 retiene en la malla Gravas con finos Finos clasificados #4 como ML o MH Más de 12% finos Finos clasificados como CL o CH Arenas Cu ≥ 6 y Arenas limpias C 1 ≤ Cc ≤ 3 50% o más de la Menos de 5% de Cu < 6 y/o I fracción gruesa finos 1 > Cc > 3 pasa la malla # 4 Arenas con finos Finos clasificados como ML o MH I Más de 12% finos Finos clasificados como CL o CH Limos y Arcillas Inorgánico IP > 7 y cae sobre J la línea “A” Límite líquido IP < 4 o cae bajo J menor de 50% la línea “A” Orgánico Límite líquido – secado en horno < 0.75 Limos y Arcillas Inorgánico IP cae en o sobre Límite Líquido de la línea “A” 50 o más IP bajo la línea “A” Orgánico Límite líquido – secado en horno < 0.75 Límite líquido no secado Materia orgánica principalmente, color oscuro y olor orgánico Gravas

Gravas Limpias

Clasificación de Suelos Símbolo Nombre de B de Grupo Grupo GW Grava bien D graduada GP Grava mal D graduada D,F,G GM Grava limosa GC SW SP SM SC

Grava D,F,G arcillosa Arena bien H graduada Arena mal H graduada F,G,H Arena limosa

CL

Arena F,G,H arcillosa K,L,M Arcilla ligera

ML

Limo

OL

Arcilla K,L,M,N orgánica

CH

Arcilla densa

MH OH

Limo elástico Arcilla K,L,M,P orgánica

PT

K,L,M

K,L,M

K,L,M

Limo K,L,M,P orgánico K,L,M,Q Turba

A

Basado en el material que pasa la malla de 3” (75 mm) Si la muestra de campo contiene bloques o bolones, o ambos, adicionar “con bloques o bolones o ambos” al nombre de grupo C Cu = D60/D10 Cc = (D30)2/D10 x D60 D Si el suelo contiene ≥ 15% de arena, adicionar “con arena” al nombre de grupo E Las gravas con 5 a 12% finos requieren símbolos dobles: GW-GM grava bien graduada con limo GW-GC grava bien graduada con arcilla GP-GM grava pobremente graduada con limo GP-GC grava pobremente graduada con arcilla F Si los finos se clasifican como CL-ML, use símbolo doble: GC-GM ó SC-SM G Si los finos son orgánicos, adicionar al nombre de grupo: “con finos orgánicos” H Si el suelo contiene ≥ 15% de grava, adicionar al nombre de grupo: “Con grava” I Arenas con 5 a 12% finos requiere símbolos dobles: B


35



SW-SM arena bien graduada con limo SW-SC arena bien graduada con arcilla SP-SM arena Pobremente graduada con limo SP-SC arena Pobremente graduada con arcilla J Si los límites de Atterberg caen en el área sombreada, el suelo es un CL-ML, arcilla limosa K Si el suelo contiene 15 a 29% sobre la malla # 200, adicionar “con arena” o “con grava”, la que sea predominante. L Si el suelo contiene ≥ 30% sobre la malla # 200, predominantemente arena, adicionar al nombre del grupo “arenosa” M Si el suelo contiene ≥ 30% sobre la malla # 200, predominantemente grava, adicionar al nombre del grupo “gravosa” N Si IP ≥ 4 y se ubica en o sobre la línea “A” O Si IP < 4 o se ubica bajo la línea “A” P IP cae en o sobre la línea “A” Q IP cae bajo la línea “A” 1) Suelos Finos (más de 50% pasa la malla # 200): Se subdivide en grupos tomando en cuenta sus características de plasticidad, las cuales están relacionadas con las propiedades mecánicas e hidráulicas. Una de las propiedades que más influyen para la formación de éstos grupos es la compresibilidad, que está íntimamente ligada con las características de plasticidad. Los suelos finos se clasifican usando la carta de Plasticidad Carta de Plasticidad: Desarrollada por A. Casagrande y modificada por otros autores.

"U "

L ínea "A" CH ó OH

"

Lí

30.00

L

25.00

IP = 0.73 ( LL - 20 )

"A

nea

35.00

L ínea "U"

ea ín

IP = 0.9 ( LL - 8 )

22.00 20.00

MH ó OH

CL ó OL

15.00

10.00

ML ó OL

7.00 5.00

4.00

CL - ML ML ó OL

0.00 8.00

0.00

10.00

16.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00


70.00

36



Descripción de Suelos Finos. CL : Arcilla con LL < 50 %, IP > 7 y sobre la línea “A“ CH : Arcilla con LL > 50 %, Sobre la línea “A“ ML : Limo con LL < 50 %, IP < 4 o debajo de la línea “A“ MH : Limo con LL > 50 % y debajo de la línea “A“. Línea “A”: IP = 0.73*(LL-20)

Si el gráfico cae en la zona sombreada 4≤ IP ≤ 7, el suelo se clasifica como CL - ML 2) Suelos Gruesos : Si el porcentaje que pasa la malla # 200 (F) es menor que 50% (F < 50%) el suelo es grueso y puede ser Grava o Arena. Interesa la compacidad y orientación de las partículas. a) Grava (G). Si más del 50% de la fracción gruesa (mayor de la malla # 200) pasa la malla # 4. Es decir: determine el porcentaje de suelo que pasa la malla # 4 y es retenido en la malla # 200, F1. Si F1 < (100-F)/2, entonces el suelo tiene más grava que arena, por lo que es una GRAVA. b) Arena (S). Si más del 50% de la fracción gruesa pasa la malla # 4. Es decir, si F1 > (100-F)/2, entonces el suelo tiene más arena que grava, por lo que es una ARENA. Las gravas y arenas se subdividen en cuatro tipos cada una:

G

S

GW

:

Grava Bien Graduada

GP

:

Grava Mal Graduada

GM

:

Grava Limosa

GC

:

Grava Arcillosa

SW

:

Arena Bien Graduada

SP

:

Arena Mal Graduada

SM

:

Arena Limosa

SC

:

Arena Arcillosa

Descripción de Suelos Gruesos

GW y SW

:

Gravas Arenas GP y SP

Gravas y arenas bien graduados con finos menores al 5%. Cumplen con las siguientes condiciones de Cu y Cc. Cu ≥ 4 y 1 ≤ Cc ≤ 3 Grava bien graduada Cu ≥ 6 y 1 ≤ Cc ≤ 3 Arena bien graduada

:

Suelos mal graduados, son uniformes no cumplen las condiciones de Cu y Cc indicadas anteriormente. GM y SM : Finos mayores de 12%, plasticidad entre “Nula” y “Media” IP<4 GC y SC : Finos mayores de 12%, plasticidad “Media” a “Alta” IP > 7. Si 5 %  finos  12% se denominan casos de frontera Le corresponde un símbolo doble: Graduación y finos.


37



Ejemplo: GP – GC.

EJEMPLOS DE CLASIFICACIÓN SUCS:

1. Clasifique el siguiente suelo según SUCS:

Cu = 4,

MALLA

% QUE PASA

#4

92

# 200

20

Cc = 2

LL = 35 %,

LP = 20%

Solución: Grava (retenido # 4) (100 – 92%) Arena (Pasa # 4 y se retiene en # 200) (92 – 20) Finos (pasa # 200)

= 8% = 72% = 20%

% que pasa # 200 (F) = 20% < 50 % ; entonces es un Suelo Granular. % que pasa # 4 y se retiene en # 200 (92% – 20%) = 72% (Arena) Mitad de la Fracción gruesa = (100 – F)/2 = (100 -20% )/2 = 40% Como % arena > mitad de la fracción gruesa; entonces es una Arena: S Para obtener el símbolo que acompaña a S: - Porcentaje que pasa la malla # 200 = 20% > 12%; entonces no interesa la graduación, sólo los finos. - Se grafican LL = 35% e IP = (35 – 20) = 15% en la carta de Casagrande y se obtiene: CL, entonces los finos son arcillas C. Como la cantidad de grava es 8% < 15%, el símbolo y nombre de grupo es:



SC Arena arcillosa

2. Clasifique el siguiente suelo: Pasa la malla # 200 : 8 % Pasa la malla # 4 : 60 % Cu = 7; Cc = 7 En la fracción fina LL = 60 % LP = 40 %. Solución


38



Grava (retenido # 4) (100 – 60%) Arena (Pasa # 4 y se retiene en # 200) (60 – 8) Finos (pasa # 200)

= 40% = 52% = 8%

% que pasa # 200 (F) = 8% < 50 % ; entonces es un Suelo Granular. % que pasa # 4 y se retiene en # 200 (60% – 8%) = 52% (Arena) Mitad de la Fracción gruesa = (100 – F)/2 = (100 -8%)/2 = 46% Como % arena > mitad de la fracción gruesa; entonces es una Arena: S Para obtener el símbolo que acompaña a S: Porcentaje que pasa la malla # 200 = 8%; se encuentra entre 5 y 12%; entonces interesan la graduación y los finos. El suelo tendrá símbolo doble: -

-

Para la graduación: Cu = 7 ≥ 4 OK! Cc = 7 No cumple que 1 ≤ Cc ≤ 3 Cc Entonces es mal graduado, P Para los finos: Se grafican LL = 60% e IP = (60 – 40) = 20% en la carta de Casagrande y se obtiene: MH, entonces los finos son limos: M

Como la cantidad de grava es 40% > 15%, el símbolo y nombre de grupo es:

 El Suelo es:

SP –

Arena mal graduada limosa con grava

3. Clasifique el suelo según SUCS. MALLA

% QUE PASA

1 1/2 "

93

3/8 "

73

#4

60

# 10

49

# 100

29

# 200

26

LL = 27 % LP = 19 %

Solución.


39



Grava (retenido # 4) (100 – 60%) Arena (Pasa # 4 y se retiene en # 200) (60 – 26) Finos (pasa # 200)

= 40% = 34% = 26%

% que pasa # 200 (F) = 26% < 50 % ; entonces es un Suelo Granular. % que pasa # 4 y se retiene en # 200 (60% – 26%) = 34% (Arena) Mitad de la Fracción gruesa = (100 – F)/2 = (100 -26% )/2 = 37% Como % arena < mitad de la fracción gruesa; entonces es una Grava: G Para obtener el símbolo que acompaña a G: - Porcentaje que pasa la malla # 200 = 26% > 12%; entonces no interesa la graduación, sólo los finos. - Se grafican LL = 27% e IP = (27 – 19) = 8% en la carta de Casagrande y se -

obtiene: CL, entonces los finos son arcillas C.

Como la cantidad de arena es 34% > 15%, el símbolo y nombre de grupo es: GC

Grava arcillosa con arena.

4. Clasifique el suelo según SUCS. MALLA

% QUE PASA

3/8 "

38

#4

24

# 10

16

# 20

12

# 40

9

# 100

4

# 200

3

Cu = 14 Cc = 0.4

Solución. Grava (retenido # 4) (100 – 60%) Arena (Pasa # 4 y se retiene en # 200) (60 – 26) Finos (pasa # 200)

= 76% = 21% = 3%

% que pasa # 200 (F) = 26% < 50 % ; entonces es un Suelo Granular.


40



% que pasa # 4 y se retiene en # 200 (24% – 3%) = 21% (Arena) Mitad de la Fracción gruesa = (100 – F)/2 = (100 -3% )/2 = 32.3% Como % arena < mitad de la fracción gruesa; entonces es una Grava: G Para obtener el símbolo que acompaña a G: - Porcentaje que pasa la malla # 200 = 3% < 5%; entonces interesa sólo la graduación. Cu = 14 ≥ 4 OK! Cc = 0.4 No cumple que 1 ≤ Cc ≤ 3 Cc Entonces es mal graduado, P Como la cantidad de arena es 21% > 15%, el símbolo y nombre de grupo es:

 El suelo es:

GP

Grava mal graduada con arena


41

MECANICA A DE SUELOS I

MS Sc. ING. ELIO MIILLA VERGARA

UNIDAD TEMÁ ÁTICA 2: PROPIED DADES FÍSICAS E INDICE DE LOS SUELOS

42




43




44



IP (%) Para clasificación de suelos de grano fino y fracción fina de suelo de grano grueso

Ecuación de la Línea "U" Vertical en LL = 16% hasta IP = 7% Luego IP = 0.9 (LL - 8)

C L

ó

O L

L

CL-ML

O H ó

EA N I

" "U

C H

Ecuación de la Línea"A" Horizontal en IP = 4%, hasta LL= 25.5% Luego IP = 0.73 (LL - 20)

A NE I L

" "A

MH ó OH

ML ó OL

LL (%) Figura 3. Carta de Plasticidad.


45

UN NIDAD TEMÁTIC T CA III

P PROP PIEDA ADES HIDRÁ H ÁULIC CAS DE D LOS S SUELO OS “De la humilddad intelectuual, la imagginación, la prudencia p y el sentido de la obseervación. Soon armas quue sirven pa ara tratar coon suelos y con hombrees” (N. Carrrillo)

3.1. P PERMEAB BILIDAD DE D LOS SU UELOS. 3.1.11. Definiciones: a) Maaterial Perm meable.- Es aquel que posee vacíoos continuoos que perm mite el paso libre del agua. m que nos indica si un materrial es perm meable b) Peermeabilidadd.- Es una medida o no. n Es funciión del tamaaño de los vacíos v y no de la cantid dad de vacíoos:

P dad k = Permeabilid k = 10-8 cm/seg.

10 –33 cm/seg.

1.0 0 cm/seg.

c) Niivel Piezom métrico N.P.. (PA/γ).- Es E el nivel al cual subbe el agua en e un pieezómetro innstalado en un u punto daado. ota Geométrrica (Z).- Es E la cota del d punto dee interés respecto al mismo m d) Co Daatum. Ejempplo ZA ota Piezoméétrica (h).- Es E la cota deel nivel piezzométrico referido r al datum d e) Co arbbitrario eleggido (hA). hA = ZA + PA / γ En E Mecánicaa de Fluidoss: hA = Z + P/γ + V2/ 2g.



Suelos v  1 cm /seg.

 v 2 /2g = (0.01)2 / (2 x 9.81) = 5x 10-6  0



f) Gradiente Hidráulica (i) .- Es la pérdida de carga entre 2 puntos cualesquiera situados sobre una misma línea de filtración sobre la distancia de dichos puntos medidos sobre el punto de filtración. i=

h = gradiente hidráulica. L

3.1.2. Ley de Darcy.

La velocidad de filtración es proporcional al gradiente hidráulico (en flujo unidimensional).   ki dV = k i A …………(1) Q= dt ………….(2) Q = vA Igualando (1) = (2): 

v=ki

Haciendo i = 1  k = v. k: v:

Coeficiente de permeabilidad .- Es la velocidad a la cual puede fluir el agua con una gradiente uniforme. Depende del suelo y el fluido. Velocidad de descarga.- Es la velocidad con la que fluye el liquido a través de una masa de suelo.

UNIDAD TEMÁTICA III: PROPIEDADES HIDRÁULICAS DE LOS SUELOS.

2



Coeficientes de Permeabilidad de varios Suelos (Terzaghi)

Grava Limpia

k(cm/seg) Coeficiente de Permeabilidad 1 - 100

Arena Limpia

10-3 - 1

SUELO

Mezclas Limpias de lava y arenas

10-3 - 10-7

Arenas muy finas y limos

10-3 - 10-5

Mezclas de arenas con limos y arcillas Arcillas

10-7 - 10-9

Coeficientes de Permeabilidad de varios Suelos (Powers, 1992)

SUELO Grava mal graduada (GP)

k(cm/seg) Coeficiente de Permeabilidad ≥1

Grava uniforme (GP) Grava bien graduada (GW)

0.2 – 1 0.05 – 0.3

Arena bien graduada (SW)

5x10-3 - 0.2 10-3 - 0.1

Arena limosa (SM)

10-3 - 5x10-3

Arena arcillosa (SC)

10-4 - 10-3

Limo de baja plasticidad (ML)

5x10-5 - 10-4

Arena uniforme (SP)

Arcillas de baja plasticidad (CL)

10-5 - 10-8

3.2. MÉTODOS PARA DETERMINAR EL COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD. 3.2.1. Métodos Indirectos (no se obtiene a partir de ensayos de laboratorio)

a) Formula de Hazen (para arenas uniformes) partículas casi del mismo tamaño. - Proviene de la Ecuación de Poiseuille

 2 RH i ……………………. (circular) 8    C RH2 i …………………….(cualquiera)  


3


-


Con la Ecuación de Darcy

 C

 2 RH  C1 D102 

D10 es la medida del tamaño de vacíos y es igual al radio hidráulico Por tanto, según Hazen:

  C1 D102 Donde: C1 : D10 :

100 – 150 cm/seg. 0.1 - 3.0 mm

b) Fórmula de Terzaghi (Más general)

  C2 D102  0.70  0.03 T  cm/seg. T = Temperatura ºC.

 2    0.13  C2  C0  2   3 1    

2

  porosidad Características del Suelo

Co

Arenas de granos redondeados (río)

100

Arenas de granos angulares

460

Arenas con finos

< 460

3.2.2. Métodos Directos (En Laboratorio). Para la determinación del coeficiente de permeabilidad por ensayos de laboratorio se puede obtener con el uso de 2 tipos de permeámetros:


4



a) Permeámetro de Carga Constante. (De aplicación en Suelos Granulares). Depósito

Suelo

A

Mide el volumen V de agua que pasa a través del suelo en el tiempo “t”. Entonces: Aplicando la Ley de Darcy.

V k A i t h V e i  .............  ...........  e h At

b). Permeámetro de Carga Variable (Para Suelos Cohesivos).

Tubo Capilar

c

dh 1 c

2 Suelo A

SUELO FINO

Suelo A

SUELO GRUESO

Del ensayo de laboratorio se obtienen los siguientes datos: Área del tubo vertical = a Área de la Muestra = A Longitud o espesor = e Carga Hidráulica al principio de la prueba = h1 Carga Hidráulica al final de la prueba = h2


5



Para calcular el valor del coeficiente de permeabilidad k, se tiene: 1. Aplicando la ley de Darcy para “dt” Y considerando que Q  k i A y con Q 

dV  k Ai dt   A



h dt e

dV dt

…………..………(1)

2. El volumen de agua escurrido en el ensayo se puede expresar como: ............................... (2)

dV = a dh Igualando (1) = (2)



h dt e

a dh   A

dh kA  dt h ea

entonces: Integrando:



h2

h1

Ln

dh  h

kA dt 0 ea



t

h2 k A  t h1 ea



h2 ea Ln At h1

Coeficiente de Permeabilidad para Suelos Finos



h2 e Ln t h1

Coeficiente de Permeabilidad para Suelos Granulares

3.3. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD (k).

DETERMINACIÓN

DEL

Los principales factores que influyen en la determinación del coeficiente de permeabilidad, son: 1) La temperatura del agua. 2) La relación de vacíos. 3) La estructura y estratificación del suelo. 4) Existencia de agujeros y fisuras del suelo.


6



ANISOTROPIA HIDRÁULICA DEL SUELO.Los coeficientes de permeabilidad en el sentido vertical varían con la profundidad: kv1  kv 2 - Los coeficientes de permeabilidad en el sentido horizontal, para un mismo suelo generalmente son iguales (Homogéneo). khs = s - Los coeficientes de permeabilidad en el sentido vertical y horizontal son diferentes (kh  kv) y frecuentemente kh > kv. - Generalmente kh = 4 kv . -

3.4

COEFICIENTES EFECTIVOS DE PERMEABILIDAD DE SUELOS ESTRATIFICADOS. 3.4.1 Flujo paralelo a los estratos: Se obtiene a partir del siguiente esquema de flujo paralelo. Se consideran tres estratos de suelos con coeficientes de permeabilidad k1, k2 y k3 y espesores H1, H2 y H3 y que puede ser extendido para varios estratos.

Condición: i 

h L

V1

K1

1

V2

K2

2

V3

K3

3

(Constante para todos los estratos).

Cálculo. Según Darcy v  k i h  h v1  k1 i  k1  q1   k1   H1 1 L  L h  h v2  k2 i  k2  q2   k2   H 2 1 L  L h  h v3  k3 i  k3  q3   k3   H 3 1 L  L h q  q1  q2  q3   k1 H1  k2 H 2  k3 H 3  L


....................(1)

7



Por otro lado: v  k// i  k//

h L

 h  q   k//   H1  H 2  H 3   L

………….(2)

Igualando (1) = (2). h h  k //    H1  H 2  H 3    k1 H1  k2 H 2  k3 H 3  L L k // 

( k1H1  k 2 H 2  k 3 H 3 ) ( H1  H 2  H 3 )

En general:

 // 

 H H i

i

i

3.4.2 Flujo Perpendicular a los estratos: Se obtiene a partir del siguiente esquema de flujo perpendicular a los estratos. Considerando tres estratos de suelos con coeficientes de permeabilidad k1, k2 y k3 y espesores H1, H2 y H3 y que puede ser extendido para varios estratos.

K 1 K 2 K 3

L

Condición: q = constante, entonces v = constante Cálculos:

Según Darcy h  k  H

  ki h1 H1 h   2. 2 H2 h   3. 3 H3

  1 .




h1 

H1



h2 

H2

.



h3 

H3

.

1

.

2

3

8


h1  h2  h3 

h


H H H    . 1  2  3   1  2  3 

 

h H2

 H1 H    3   1  2  3 

........(1)

Además: 

 h    H H H 1 2 3  

    

...........(2)

Igualando (1) = (2):   h      H1 H3   H1  H 2  H 3       1  2  3  h H2

 

H1  H 2  H 3  H1 H 2 H 3       1  2  3 

 

H  H /   i

i

i

3.5. CAPILARIDAD. Es el fenómeno por el cual la fase de agua asciende a niveles superiores a través de los canalillos intersticiales de los suelos. Se presenta generalmente en suelos finos.

d Aire Tubo Capilar

 Elevación capilar

Agua .

T

Sólido

Agua

hc


9



La altura de la ascensión Capilar es inversamente proporcional al radio del tubo capilar de los canalículos. Para una presión atmosférica de cero, haciendo equilibrio de fuerzas en la dirección vertical, se tiene:

T cos  . .d 

 .d 2



4 4T cos  Donde la presión capilar:   d La presión de poros se puede expresar por     hc 4T cos  Entonces la ascensión capilar  hc   d

En suelos:

gr  f cm (T  0.000074 kN / m T  0.074

Unidades SI:

d  eD10

gr  0 cm3    9.81 kN / m3   0) 0.3 hc  h y D10 en cms. D10

  1

Según Terzaghi y Peck (1948), se toma en cuenta el efecto de gradación y forma de granos (granos Irregulares y laminares), entonces la altura de ascensión capilar sería: c hc  c varia entre 10 y 40mm2.. eD10

Superficie Parcialmente Saturado con agua de percolación

Parcialmente Saturado con agua capilar

hc .

h cs

.

Ascención Capilar máxima

Nivel de Saturación Capilar

Saturado con agua capilar Nivel Freático

Superficie Libre de agua

Saturado con agua freática


10



3.6. PRINCIPIO DE ESFUERZO EFECTIVO.

La resistencia del suelo está dada por los esfuerzos efectivos, es decir por la interacción de las partículas sólidas de suelos. Las presiones que actúan en las masas de suelos saturados se dividen en dos tipos: a) Las presiones que se transmiten entre grano y grano del suelo (esfuerzos intergranulares o efectivas) b) Las que actúan contra el fluido que llena los poros del mismo (esfuerzos neutros, de poro o intersticiales). Las fuerzas que actúan entre dos partículas sólidas de suelos son las que se muestran en la siguiente figura: P

P  PS  ( A  AS )  ................... (1) Dividiendo la expresión (1) entre A

P PS  A  AS    . A A A

   /  (1  a) 

A

T AS





Ecuación de Esfuerzos Totales

TS





P A

' 

PS A

a

AS 0 A

PS

Por lo tanto

  /  Donde: u = presión de agua intersticial Por lo tanto, se puede definir: a) Esfuerzo Total (  ).- Es el peso total de suelo y del agua entre el área. N2

El esfuerzo total en el nivel (N1), será: N1

Area A

El esfuerzo total en el nivel (N2), será:


11



b) Esfuerzo Neutro o Intersticial (  ).- Es la presión del liquido que ocupan los vacíos de los suelos. Si no hay flujo este esfuerzo será igual a la hidrostática. Si hay flujo, entonces este esfuerzo se evaluará teniendo en cuenta la pérdida de carga. En la figura (1). Para el nivel (N1) Para el nivel (N2)

1    ..H  2    ..( H  H1 )

c) Esfuerzo Efectivo (  / ).- Es la suma de todas las fuerzas transmitidas a través de las particulares sólidas de suelo en una sección, entre el área total de la sección. En la figura (1):

 /1   / .H  / 2   / .H . con ’ = sat -

Ejemplos:

1.- Dibujar los esfuerzos total, neutro y efectivo para el siguiente perfil de suelo. (kPa)

(kPa)

' (kPa)

Arena Seca

15 m.

d = 17 kN/m 3

255

255

   d  H  17 15  255 kPa 2.- Dibujar los esfuerzos totales, neutros y efectivos para el siguiente perfil de suelo. (kPa)

3m 1 N.F.

S r= 10%

(kPa)

/ (kPa)

47,1

47,1

15 m e= 0,70 2 Gs = 2,65 231,96 279,06


12x9,81 = 117,72

161,34

12



Determinación del peso específico para la capa (1) Ai

0

0,07

Ag

0,687

1

Sol

26,0

0,7 2,65

26,687 1,7

15,7

→

,

26 →

26

/

Entonces el esfuerzo efectivo al final del estrato (1) será   15,7  3,0  47,1 kPa Determinación del peso específico para la capa (2), para S r  100%

0

Ai

1,7 0,7 Ag 1

Sol

,

0

19,33

,

6,867 32,867

/

26

Entonces el esfuerzo efectivo al final del estrato (2) será: 19,33

12

231.96

3.- Dibujar los esfuerzos totales, neutros y efectivos para el perfil del ejercicio 2 considerando una ascensión capilar de 1m.

 (kPa) S r= 10%

3m N.F.

(a)

1.00 m



 / (kPa) 31,4

-9,81

31,4

(b)

(kPa)

50,73

21,59 50,73

15 m e= 0.70 G.s = 2.65 (c)

282,69

15,7

2

31,4

19,33

50,73

117,72

164,97

31,4

19,33

1

50,73

12


282,69

13



3.7. TEORIA DE LA INFILTRACIÓN:

Al movimiento del agua a través de una masa de suelo se le llama Infiltración. A escala microscópica, el flujo de agua forma una ruta sinuosa a través de los vacíos del suelo 17

14.00 m

16.00 m 1

2.00 m2

16

A B

hB h A

Z

3

4

5

6

7

8

9

10

12

11

13

14

15

N.R

Definiciones: -

Líneas de Infiltración.- Las líneas de infiltración son las trayectorias de las partículas de agua a través del suelo. En flujo bidimensional las líneas de filtración forman una familia de curvas. Z

vz vx +

Vx x

.d x

dx

vx dz

vz + a

Si el flujo incompresible

X

b



Vz z

.d z

Gradientede Velocidad

Qentra = Qsale


14



Por Continuidad:











 x (dz )(1)    Z (dx)(1)   x   x .dx (dz )(1)   Z   Z .dz (dx)(1) x

Z      x .dz   Z .dx   x .dz  x .dx.dz   Z .dx  Z .dz.dx x Z 



 x  .dx.dz  Z .dz.dx  0 x Z

 x  Z  0 x Z

Ecuación de continuidad de flujo.....(1)

Aplicando la Ley de Darcy:

 x   x ix  z   z iz

  i

En un material anisotrópico: i  Entonces:

ix 

h ; x

dh ds

iz 

h z

Reemplazando estos valores en la ecuación (1)  h   h    x .    z .   x    z   0 z x Si el material es homogéneo: kx = cte , kz = cte

 x.

 2h  2h   . 0 z x 2 z 2

Ecuación del flujo de agua a través del suelo (*)

Si kx = kz (Material isotropico), La ecuación (*), se puede expresar como:  2h  2h  0 x 2 z 2 -

Ecuación de Laplace.

La velocidad de infiltración, siempre es tangente a la trayectoria.


15


-


Existe otra familia de curvas denominadas equipotenciales; formados por puntos que tienen la misma cota piezométrica. Si el suelo es isotrópico, estos serian ortogonales a las líneas de filtración. Las líneas equipotenciales se dibujan de manera que la diferencia de cotas piezométricas entre 2 curvas sucesivas sea constante de modo que la malla esté integrada por “cuadrados”.

-

Carga Hidráulica (h).- Es la diferencia de cotas piezométricas entre 2 curvas equipotenciales extremas (agua arriba – agua abajo) En el ejemplo:

-

Pérdida de carga (hAB).- Es la diferencia de cotas piezométricas entre 2 puntos cualesquiera sobre una misma línea de filtración. Por ejemplo: ∆

-

C.H. = (16+Z) - (2+Z) = 14 m.

Gradiente Hidráulica (i).- Es la pérdida de carga entre 2 puntos cualesquiera situados sobre una misma línea de filtración.

iAB = iAB  AB 

hAB AB

Longitud de la línea de filtración.

h AB

A B

3.8. REDES DE FLUJO.

Las redes de flujo son construcciones gráficas representativas de condiciones de un flujo bidimensional (ecuación de Laplace), que muestran las líneas equipotenciales y las líneas de filtración, en las que es posible evaluar valores como cantidad de infiltración y presiones de infiltración. 3.8.1. Construcción Gráfica: Para la construcción gráfica de las Redes de Flujo es necesario aplicar algunas “reglas” que se indican a continuación:

Campos cuadrados.- Las áreas limitadas por las líneas equipotenciales y líneas de infiltración deben ser tan cuadradas como sea posible. Intersecciones a ángulos rectos.- La intersección de un equipotencial con un línea de infiltración debe ser de 90°. Frontera Impermeable.- Son los límites donde no hay caídas de potencial, y constituye una línea de filtración. UNIDAD TEMÁTICA III: PROPIEDADES HIDRÁULICAS DE LOS SUELOS.

16



Frontera permeable.- Es un límite permeable sumergido en el cual la carga es constante y constituye una línea equipotencial. Superficie Freática.- Es la zona cuya presión de poros es cero.

Línea Límite

Canalesde Infiltración

         

Se recomienda seguir el siguiente procedimiento para el trazado gráfico de las redes de flujo: 1. Primero se traza la sección transversal a escala reducida, definiendo todas las fronteras del lugar, la estructura, etc. 2. Se dibujan a lápiz unas cuantas líneas de corriente y equipotenciales de prueba, siguiendo las “reglas” indicadas. A medida que se añaden más campos “cuadrados” comienza a tomar forma la red de flujo. 3. Las líneas límites son infinitas. 4. Se deben formar canales de infiltración cada uno de los cuales conduzca el mismo caudal. Canal de infiltración (C.F.) es el canal comprendido entre 2 líneas de filtración q q  Nf Nf = número de canales de filtración. 5. Dibujar las líneas equipotenciales de manera que la pérdida de carga o caída de potencial sea constante entre Líneas Equipotenciales sucesivas. h h  Nd . Nd = número de caídas de potencial. 6. Cada rectángulo que se forma representa un campo.


17



L.E. L.E.

b

a

L.F.

b

L.F.

a

i

h a

 q  v.b 



i

h N d .a



v  k .i 

k .h N d .a

 .h  b 

.  Nd  a  Donde  q es el caudal en cada canal de infiltración, por lo que se considera

que el coeficiente de permeabilidad y la caída de potencial son constantes (k = constante y h = constante). Por tanto el caudal que se infiltra a través de suelo es: b considerando que se forman “cuadrados” en las que . .h  Nd a las relaciones b/a es constante; por tanto b/a = 1 q

Nf

El caudal de infiltración es:

q

Nf Nd

. .h

3.8.2. Recomendaciones para el trazado de las Redes de Flujo. 1. Se recomienda usar entre 4 y 5 canales de flujo, ya que el uso de muchos canales dificulta el trabajo. 2. Debe observarse la apariencia de toda la red en conjunto sin tratar de corregir detalles hasta que todo esté aproximadamente bien trazada. 3. Hay partes de la red en las que las líneas de flujo deben ser aproximadamente rectas y paralelas. En ese caso los canales son más o menos del mismo ancho y los cuadrados deben ser muy parecidos. 4. Evite dibujar transiciones muy bruscas entre las rectas y las curvas. 5. En general, el primer intento no conduce a una red de cuadrados en toda la extensión de la red de flujo. 6. Las condiciones de frontera pueden introducir singularidades en la red.

} UNIDAD TEMÁTICA III: PROPIEDADES HIDRÁULICAS DE LOS SUELOS.

18



3.8.3. Red de Flujo en Suelos Anisotrópicos En un suelo anisotrópico, kx  kz y, en la dirección promedio de flujo, kf tiene un valor entre kx y kz. Por consiguiente, la ecuación de Laplace para un flujo bidimensional es:

 x. O bien,

Pero, con x 2

 2h  2h   . 0 z x 2 z 2 2h 0 ( z /  x )x 2

kz  xT2 esto es xT  x kx

La ecuación de continuidad es:

kz kx

…………(*)

 2h  2h  0 xT2 z 2

La Ecuación (*) proporciona un factor de escala por medio del cual una región de flujo anisotrópico real se transforma en una región de flujo isotrópico conceptual; el coeficiente de permeabilidad en la dirección del flujo es igual a su valor isotrópico equivalente: kz  kx kz kx Por tanto, la cantidad de infiltración, obtenida a partir de una red de flujo modificada es: k f  kx

q  Akf

Nf

 A

Nf

kx kz Nd Nd La primera etapa de la construcción de una red de flujo consiste en trazar la sección transversal de la región de flujo usando una escala vertical (eje z) normal y una escala horizontal (eje x) transformada (Fig a). Se traza entonces una red de flujo suponiendo condiciones isotrópicas, esto es, con campos “cuadrados” e intersecciones de 90° (Fig b). Finalmente, se obtiene la red de flujo real re-trazando la sección y se emplea la misma escala en las direcciones x y z (Fig c). Las distancias horizontales, incluyendo las líneas de la red, se dividen entre el factor k z / k x . La red real de flujo es la representación correcta de las condiciones anisotrópicas, aunque las intersecciones ya no son de 90° y los campos ya no son cuadrados.


19

M MECANICA DE D SUELOS I

MSc. ING. ELIO MILLA A VERGARA

3.8.4. Reesultados quue se obtiennen N 1. El caudal de d infiltraciión se calcuula con: q  kh f  Nd

   k .h.C f 

2. Las presioones por infiiltración en cada cuadrado se calcu ula como u = i w 3. Sub presioones.- Son las presionnes que actúan de abbajo hacia arriba a tiende a leevantar la estructura e influyen i en la estabiliddad del taludd.

UNIDAD TEMÁTICA III: PROPIEDADE P ES HIDRÁULICAS DE LOS S SUELOS.

20



d2

1 2

2 h1

1 T  1

d1

3

a) Factor de Seguridad al Volteo (FSV) =

FSV 

w2 d 2  2 w1h1  w3d1

ó

Fuerzas Resistentes Fuerzas Actuantes

2.5

b) Deslizamiento  w  w3  . f  1.5 FSD  2 w1 f = Coeficiente de fricción 3.8.5. Infiltración a través de presas de tierra y terraplenes. La infiltración a través de una estructura permeable, como el cuerpo de las presas de tierra, a diferencia del flujo por debajo de estructuras impermeables (tales como tablaestacas, presas de concreto o de mampostería) no está confinada. En éste caso la frontera superior es el nivel freático, que corresponde a la línea superior de corriente a lo largo de la cual la presión es atmosférica. El primer paso para trazar una red de flujo a través de una presa de tierra o terraplén consiste en localizar y trazar la superficie freática o línea superior de flujo. Como la carga de presión en la superficie freática es cero, las caídas de potencial son iguales a los intervalos de posición vertical, por tanto la forma de la superficie freática es una parábola. Condiciones de Entrada y Salida

La cara de corriente arriba de la presa, es la superficie de entrada de la zona de infiltración y puesto que se trata de la equipotencial (L.E. Máxima) que representa la carga de presión máxima, las líneas de corriente deben intersecarla a ángulos rectos. Esto no sucede siempre y es dependiente de la construcción de filtros gruesos en la parte de corriente arriba, como se muestran en los gráficos siguientes:


21



Ø máx

x Ø mà

superficie del agua

superficie del agua

90%

normal

superficie freática al rm No

 º

Filtro grueso

Suelo

superficie freática

Suelo

 º

(a)

(b) Ø máx

superficie del agua

horizontal

Filtro grueso

superficie freática  º Suelo

(c)

En la superficie corriente abajo o de salida, la parábola teórica depende de las condiciones del pie. Cuando la superficie de salida es horizontal no se requieren correcciones en la parábola básica (Fig. (a)). Cuando la superficie de salida está formada por un filtro angular de pie de talud de material grueso y  < 180° (Fig. (b)), la corrección se lleva a cabo relocalizando el punto de salida de la superficie freática y se usa el método de Casagrande. Si la parábola básica corta a la superficie de salida en el punto K y la superficie de salida interseca a la base impermeable en F, la posición corregida de la superficie freática se sitúa en el punto J y se emplea la relación a/a: Donde a = FK y a se obtiene de la siguiente tabla: 

30º

60º

90º

120º

150º

180º

a/a

0.36

0.32

0.26

0.18

0.10

0.00

Cuando la base del pie del talud es impermeable (no tiene filtro de pie de talud) la superficie freática sale tangencialmente a la pendiente del espacio corriente abajo (Fig. (c)). Su punto de salida se puede ubicar siguiendo el procedimiento anterior descrito.


22




superficie freática parábola básica sin corrección

parábola básica

K 



filtro de pie de talud

J

filtro de pie de talud

F a a

(a) (b)


a .

parábola básica

  180 a a a  FK

a

K J



F

(c) Construcción de la Parábola Básica.- (Método de Albert Casagrande, 1937) Todas las líneas de corriente y equipotenciales son curvas parabólicas con un foco común. Se procede de la siguiente manera: -

Construir la parábola básica que es la superficie freática, que debe ser corregida en la entrada y salida, según lo descrito anteriormente. Se supone que la parábola empieza en D (donde CD  0.3 BC ) y su foco esté en F. Trazar un arco de radio DF con centro en D (esto es DE  DF ). La tangente vertical EH de éste arco es la directriz. Los puntos de la parábola son equidistantes de la directriz y el foco: FG  GH y para todos los puntos X, XX /  FX Construir la parábola entre D y G.


23



Directriz 0.3 BC

B

D

E

C

X

X

/

A F

G H

Filtro

a) Superficie de Salida Horizontal. -

El detalle de entrada en el punto C se corrige como se explicó.

b) Salida Tangencial a la Superficie del agua. Cuando la superficie freática es tangencial a la superficie de corriente abajo de la presa, se usa un procedimiento similar, excepto que en éste caso el foco es el pie del talud de corriente abajo. Se debe corregir el punto de salida del punto K al J. Directriz 0.3 BC

B

D

E

C

K

Correción

a

J

A

a



F


G H

24

UNIDAD TEMÁTICA IV

DISTRIBUCION DE ESFUERZOS EN LA MASA DE SUELO “Estudiar, estudiar para investigar y comprender mejor los suelos y su respuesta, a nuestra solicitaciones, que mejor que la experiencia y observación sobre los fenómenos” (K. Terzaghi)

4.1 Esfuerzo en un Sistema de Partículas. En un suelo real no es posible estudiar las fuerzas existentes en cada punto de contacto, entonces es necesario usar el concepto de esfuerzos. Superficie del Suelo

Tv

Z

Nh Celda de medición Th

Elemento A Nv

(a)

(b)

(c)

Si la cara es cuadrada de lado “a” se define: h 

Nh a

2

,

v 

Nv a

2

h 

,

Th a

2

v 

,

Tv a2

Donde: h, v = Esfuerzos normales horizontal y vertical h, v = Esfuerzos tangenciales horizontal y vertical Nh, Nv = Fuerzas Normales Horizontal y vertical Th, Tv = Fuerzas Tangenciales horizontal y vertical Si hacemos un corte de suelo tenemos: a

N a

N

Ty

Ty

y Tx

Tx



N , a2

x 

x

T x a

2

,

y 

T y a2



4.2 Esfuerzos Geostáticos: Los esfuerzos en el interior de un suelo se producen por las cargas exteriores aplicadas al mismo y por peso del propio suelo. Cuando la superficie del terreno es horizontal y sus propiedades varían muy poco en una dirección el peso del suelo da lugar a esfuerzos geostáticos. a) Esfuerzos Geostáticos Verticales. Dado que en este caso no hay esfuerzos tangenciales el esfuerzo geostático a cualquier profundidad se calcula con:  v  z z  Donde: v = Esfuerzo Geostático vertical z = Profundidad (z) = Peso específico total del suelo

Si (z) es constante v varía linealmente Si el peso específico del suelo varía con la profundidad  v    z dz z

0

y si es estratificado con pesos específicos diferentes en cada estrato:  v    z

b) Esfuerzos Geostáticos Horizontales: La relación entre los esfuerzos horizontal y vertical se expresa por un coeficiente denominado “coeficiente de esfuerzo Lateral” o de presión lateral y se designa por el símbolo K : K

h v

Cuando no ha habido deformación lateral K se define “Coeficiente de Presión lateral de reposo” y se designa por Ko. En suelos sedimentarios formado por arenas Ko: 0.4 y 0.5. Cuando el suelo ha tenido cargas importantes en el pasado Ko puede ser mayor que 1 entonces h > v. 4.3 Esfuerzos Producidos por Cargas Aplicadas: Para la condición de suelo HILE desarrollo expresiones matemáticas para obtener el incremento de esfuerzo en una masa semi infinita debido a carga puntual en una superficie.

UNIDAD TEMÁTICA IV: DISTRIBUCIÓN DE ESFUERZOS EN LA MASA DE SUELO

2



Las soluciones no toman en cuenta los esfuerzos que existen en la masa de suelo debidos a su peso propio. a) Carga Puntual Vertical. Según Bousinesq para el caso de incremento de esfuerzo en el punto P en una masa semi-infinita de suelo, debido a la aplicación de una carga puntual Q en la superficie, está dado por:    

 v 

3Q z3 2  r 2  z 2 

 r 

Q  3r 2 z 1  2  2  r 2  z 2 5 / 2 r 2  z 2  z r 2  z 2 





5/ 2





Q

   

Q por metro

z

z  r

 v

x

P

r

x

 v

P

Donde: Z = Profundidad desde la superficie hasta el punto N R = Distancia radial desde P a la línea de acción Q  = Relación de Poisson b) Carga lineal vertical de longitud Infinita: Los incrementos de esfuerzo en p debidos a la aplicación de una carga lineal Q por metro, es:  v 

 x 

2Q z3   x 2  z 2



2Q



x

x2 z 2

 z2

También se puede expresar por:  



5/ 2

   



5/ 2

Q I , z

x y en la que y 1 considerando m  ; n  z z


3


I 


 n 1 1 2   2 2  2  2 2 2 2 2   m  n  1 m  n  1  m  n  1 m  1 

c) Carga Uniformemente Distribuida sobre una Faja Infinita B q

Z

v 

x

P

Los incrementos de esfuerzos producidos por una presión uniforme q de ancho B y a faja infinita, está dado por:  v 

 r 

q

 q



  sen  cos  2     sen  cos  2  

d) Carga Distribuida Triangular sobre una Faja Infinita: B q

R1

R2 x

v 

x

P


4



El incremento de esfuerzos en el punto P están dados por: q x 1   v     sen2   2  B  2 q x z R  r     ln 1 2   B B  R1

  1   sen2    2   

e) Carga Uniformemente Distribuida sobre un Área Rectangular: El incremento de carga en un punto p debajo de una esquina de área rectangular uniformemente cargada se expresa de la forma:

 = q I Donde: I = Factor de influencia de esfuerzo que depende de la longitud L y el ancho B del área rectangular y de la profundidad z del punto P. Los valores de I se expresa en función de los parámetros m=B/z y n=L/z se muestran en la Figura 4.1 Fadum (1948). q

B

L

Z

v P

Por ejemplo si se tiene:

L

(1)

(2)

(3)

B

A (4)

 =  (área 1)+ (área 2)+ (área 3)+ (área 4) UNIDAD TEMÁTICA IV: DISTRIBUCIÓN DE ESFUERZOS EN LA MASA DE SUELO

5



b

a

b

      A  a     =  (área bxb)- (área axa) Mediante fórmula:

Para el caso de bases cuadradas o rectangulares (para bases circulares convertir a una base cuadrada equivalente como: B   r 2 ), se usa la ecuación integrada de Boussinesq sobre un rectángulo de dimensiones B x L. Esta no es una simple integración, pero fue hecha por varios investigadores en Europa en los años 1920, aunque la versión disponible fue la de Newmark (1935) y comúnmente visto como las cartas de FADUM (1948). La ecuación proporcionada por Newmark – aplicable por debajo de una esquina de un área cargada B x L es: qv  q0

Donde: m 

B z

n

 2mn V 1  2 m n V V 1  tan 1   4   V  V1 V  V  V1

L z

    

(qv  q0 para z  0)

V  m2  n2 1

y

V1  (m n) 2

Cuando V1> V, el término tan-1 es negativo (-) y es necesario adicionar , entonces: qv  q0

1 4

 2 m n V V 1  2mn V    tan 1   V  V  V1  V  V1


    

6



Figura 4.1. Valorres del Facto or de Influenccia Iσ, para ccalcular el inccremento de e esfuerzo ve ertical to otal σv bajo o la esquina de d un área re ectangular uniformementte cargada (F Fadum, 1948 8)

UNIDAD TEMÁTICA IV: DISTRIBUCIÓ D ÓN DE ESFUE ERZOS EN LA A MASA DE SUELO S

7



f) Carga Uniformemen U nte Distribu uida sobre un u Área Cirrcular: q

R

El increm mento de essfuerzo vertical total a una u profundidad z bajo el centro Q de un área á circular de radio R cargada co on una pressión

Z

v P

Q

3// 2     1  v  q  1       1   R / z 2      

r

El increm mento de essfuerzo verttical a una profundidad p d z en el pu unto P se obbtiene como:

 = q I I: depennde de R, z y r 

R y en la Figgura 4.2 se obtiene o I Se calcuula z/R y r/R

Fig. 4.2 2. Valores de el Factor de Influencia I Iσ para calcula ar el increme ento de esfue erzo vertical total σv bajo un área cirrcular uniform memente carrgada (Foste er y Ahlvin, 1954) UNIDAD TEMÁTICA IV: DISTRIBUCIÓ D ÓN DE ESFUE ERZOS EN LA A MASA DE SUELO S

8



gg) Diagram ma de Influeencia de New wmark. El gráficco de Newm mark de la figura cortaa de un núm mero de áreeas de influuencia indicadaas por la intteracción de d círculos concéntricoos con líneaas que partee del origen en n sentido raadial. En este caso c el # dee área de inffluencia = 200 2 entoncces el cambiio de esfuerrzo es 0.005q entonces e se obtiene unn “valor de Influencia”” I que paraa este gráfiico es 0.005. Dibujar el centro deel área carg gada a escaala AB = prrofundidad z y el origgen se ubica en e el punto a la que se quiere obtener o el incremento i de esfuerzzo. Se cuenta ell # de áreas de influenccia al interioor del centro o = n. El increm mento en el esfuerzo veertical totall es:

 = qIIn Si se quiiere obtenerr en otro punnto girar el papel del ceentro a dondde se desee.

Y para otra o profunddidad cambia la escala de d dibujo.

Fig. 4.3 Gráfico G de In nfluencia de Newmark pa ara el cálculo o de esfuerzo o vertical tota al σv bajo un área unifo ormemente cargada c (Ne ewmark, 1942 2)


9



hh) Cálculo Aproximaddo del Increm mento de Essfuerzo Verrtical:

1

L LxB

2

1 2 Z

Z A

B

v (L+Z))(B+Z)

A+Z

B+Z

r es uniformemente cargaadas. Aplicablle a áreas circulares o rectangulare Se suponne que la caarga se distrribuye dentrro de un cono truncadoo o una piráámide truncadaa formada poor lados conn pendiente 2 en la verttical y 1 en la horizontal. Para el caso c mostraddo en la figu ura.

 v 

qLB L  z B  z

de esfuerzoo en una caapa de Bulbo de d Presiones: son líneaas de igual incremento i suelo prooducida porr una carga aplicada enn su superficcie.


10



Fig. 4.5 Franja in nfinita con ca arga uniform memente distrribuida: a) lín neas de igua al increme ento de esfue erzo vertical total, b) Incrremento del esfuerzo e verrtical total bajjo el centrro

Fig. 4.6 4 Área cua adrada con carga c uniform memente disstribuida: a) líneas de igual increme ento de esfue erzo vertical total, b) Incrremento del esfuerzo e verrtical total bajjo el centrro


11



el mayor incremento de esfuerzo es debajo del centro. Rectangular a 3B Franja a 10B

  0.05q   0.05q

La profundidad hasta la cual el incremento de esfuerzo es significativo se denomina Zona de Influencia 10B ó 3B.


12

UNIDAD TEMÁTICA V

CAMBIO DE VOLUMEN Y PROPIEDADES DE DEFORMACIÓN “Para entender, comprender y buscar nuevas soluciones, teorías, criterios… en Mecánica de Suelos, uno tiene por un momento transformarse y sentirse como el, que es lo que pasa con los esfuerzos y deformaciones, de éste modo entenderlo con más realismo…” (J. Badillo)

5.1. FENÓMENOS DE CONSOLIDACIÓN Y COMPACTACION. Son dos fenómenos que originan deformación y cambio de volumen. En la compactación la deformación y el cambio de volumen son artificiales. En la consolidación esto se realiza en forma natural, y depende del tiempo. e



5.2. CONSOLIDACIÓN DE LOS SUELOS. La consolidación es un proceso de disminución de volumen en un determinado lugar en un periodo de tiempo provocado por un aumento de cargas sobre el suelo. Se divide en: 

1. Consolidación Primaria: Es el cambio de volumen debido a la expulsión del agua en los poros de suelos saturados.

e

2. Consolidación Secundaria: Flujo plástico, deslizamiento de partículas. Ensayo de consolidación (ASTM D2435-90, NTP 339.154:2001) El ensayo de consolidación se realiza solo con la aplicación de esfuerzos de compresión a muestras de altura 2.54 cm y diámetro 6.35 cm. A continuación se muestra el esquema de ensayo. La muestra se encuentra en un anillo flotante que provee de confinamiento a la aplicación de la carga de compresión.



La aplicación de cargas deben ser incrementadas de la siguiente forma: 30.40, 61.80, 123.60, 248.20, 495.40, 991.8 kPa (para producir estas presiones se debe aplicar carga de 1, 2, 4, 8, 16 y 32 kg) Dial de deformación

P



Agua para mantener la muestra saturada Cabezal de carga Piedra porosa

Anillo de confinación

Suelo

H

Piedra porosa

Muestra

Cazuela

 75 mm e = 15 - 20 mm

De la ejecución de éste ensayos se obtiene la siguiente información: -

Esfuerzo de compresión aplicada  Deformación vertical H con la que se puede calcular la variación de la relación de vacíos. Tiempo de aplicación de carga t

Proceso de Cálculo: Con los valores obtenidos de ensayos de laboratorio; tales como peso específico (γ), contenido de humedad natural (ω) y grado de saturación durante el ensayo (Sr =100%), se pueden calcular las propiedades índice entre ellos la relación de vacíos inicial ( e0 ). Con los datos de tiempo y lecturas del deformímetro (R), se calculan las variaciones de la relación de vacíos, como se muestra a continuación: e 

H (1  e 0 ) H 0

Tiempo

R0

R

H

0

1000

1000

0

0

e0

15"

1080

80

e1

e1= e0-e1

30"

1160

80

e2

e2= e1-e2

1`

1200

40

e3

e3= e2-e3

e

2`

Con la información obtenida se pueden graficar: e   / ,

e  Log / , e  Log .t

e  t , como se muestra en el siguiente ejemplo.

UNIDAD TEMÁTICA V: CAMBIO DE VOLUMEN Y PROPIEDADES DE DEFORMACIÓN

2



e

Log. t

Se muestran algunos ejemplos de éstos gráficos, para varios tipos de materiales: e

e

2.0

2.0

e 2.0

a 1.5

1.5

1.5

b 1.0

1.0

1.0

c 0.5

0.5

0.5

5

(

e

 (kg/cm )

10

vs



5

2

)

10

(

e

vs

100

5

Log. 

Log.  )

(

e

10

vs

100

Log. t

Log. t )

a : Arena Suelta. b : Arena Densa. b : Arcilla Blanda.

Ensayos de Carga y Descarga. En lo que sigue se muestra la ejecución de un ensayo de consolidación aplicando carga y descarga, en la que se puede observar la recuperación del material siguiendo la curva C1.

a

C1 c

b d e

f

Log.  (kg/cm ) 2

En el gráfico se observa: 1. La curva C1 representa la curva de consolidación normal, que consiste en la aplicación de carga constante, es decir sin descarga (el aumento es progresivo de más a menos). UNIDAD TEMÁTICA V: CAMBIO DE VOLUMEN Y PROPIEDADES DE DEFORMACIÓN

3



2. La curva b-c representa a una descarga de la muestra; es decir se ha quitado la carga y el acomodo de partículas permite el aumento del tamaño de la muestra. 3. La curva c-d representa una recarga de la muestra. 4. Si interrumpimos la carga; tal como en el punto “d”, la muestra seguirá asentándose, esto se debe a que las partículas tienen un acomodo temporal. 5. La curva e-f representa una nueva recarga de la muestra. ESTADO DE LAS ARCILLAS: a) Estado Normalmente Consolidado.- Es cuando el suelo no ha estado sometido en el pasado a esfuerzos mayores a las que soporta actualmente. La curva de consolidación tiene la siguiente forma:

Log.

b) Estado Pre-consolidado.- Es cuando el suelo no ha estado sometido en el pasado a esfuerzos mayores a las que soporta actualmente. La curva de consolidación tiene la siguiente forma:

C.V.C. (curva vírgen de consolidacion) Recompresión Cs

e0

e

mínimo, cuando



CC

Expansión



    0   C

CC  Indice de Compresión.



CS  Indice de Expansión.



0



C

Log. 


4


5.3


DETERMINACIÓN DE LA CARGA DE PRECONSOLIDACIÓN (  C ). Método de Casagrande:

e

Bisectriz

e1

CC Indice de compresión

e2

C

 1 2

Log. 

Para la determinación del esfuerzo de preconsolidación c, se siguen los siguientes pasos: 1. Ubicar el punto de mayor curvatura y por ese punto trazar la tangente, una línea horizontal y la bisectriz entre ambos. 2. En la intersección de la bisectriz y la prolongación del tramo recto de la curva se encuentra el esfuerzo de preconsolidación. Si c >> ’0  el suelo es preconsolidado. Si c ≤ ’0  el suelo es normalmente consolidado. De la figura, la pendiente de la recta virgen será:

Cc 

Cc 

e1  e2 e  .........................   Log ( 2 /  1 ) Log ( 2 /  1 ) e

Log  2 /  1 

El Índice de Compresión CC mide la velocidad con que se consolida el suelo bajo un incremento de carga. Terzaghi y Peck (1967) propusieron para arcillas de baja a mediana sensitividad, una relación empírica del valor de Cc, en función del Límite Líquido (L):

CC  0.009(L  10) La relación de preconsolidación (OCR) para un suelo se define por:

OCR 

 c'  0'


5



 c' : Esfuerzo de preconsolidación de un espécimen  0' : Esfuerzo vertical efectivo presente. 5.4

CALCULO DEL ASENTAMIENTO POR CONSOLIDACION (H).El asentamiento total por consolidación, se puede calcular a partir de la siguiente expresión: e   .H ; e  Cc Log  2 /  1  Como 1  e0

 



f H .CC .Log 1  e0 0

 f   0  

Ejemplo de Cálculo: Para el siguiente suelo se ha determinado que CC = 0.30. Determine el asentamiento por consolidación, considerando que  varía linealmente con h: En h0 = 2m,  = 2 kg/cm2 En hf = 7 m,  = 0.5 kg/cm2, /

(Kg/cm 2)

Sr = 20%

2m

Grava

 = 2.05

GS = 2.65

Gs = 2.70 w = 40%

Arcilla

5m

0.40

 = 1.80 1.30

Solución.Determinación de los pesos específicos: Para el caso de la capa de arcilla: Se supone Vs = 1 (unidad de volumen): Entonces Ws = 2.70; luego:

Ai 2.10

1.08 1

Ag Sol

1.08

3.78 2.7

W  W  0.4WS  0.4  2.7 1.08 WS Como  = 1, entonces W = 1.08.




6



Vv 1.1; como Vs 1.0  Vv  1.10 Vs W 3.78   V  2.1 Ton / m3 V 1.80 Determinación de las cargas: También e 

o

/

-2.00 m

0.40

2.00 (kg/cm ) 2

0.50 m

(kg/cm 2 )

1.85

1.00 m

0.49

0.50 m

2.00 m 1.40

2.00 m

0.76

2.00 m

3.50 m 0.95

1.03

3.50 m

1.00 m 4.50 m 0.65

1.21

4.50 m

1.00 m

0.50 (kg/cm )

-7.00 m

1.30

2

Cálculos auxiliares

(kg/cm 2)

1 .3  0 .4 0 .9   0.18 5 5

1.5 r   r  1.35 5 4 .5

Para la determinación de los asentamientos parciales y total, se usará la siguiente fórmula:       C   H . C .Log  0  1  e0   0  Sub – Estrato

H (m)

1 2 3 4

1.00 2.00 1.00 1.00

e0

CC

1.10 1.10 1.10 1.10

0.30 0.30 0.30 0.30

 (kg/cm2) ’0 (kg/cm2) 1.85 1.40 0.95 0.65

0.49 0.76 1.03 1.21 

  ( c m s .)

H (cm) 9.70 12.96 4.05 2.63 29.34

Arcillas Preconsolidadas.- En el caso de arcillas preconsolidadas es necesario determinar el Índice de Recompresión, como se indica en la figura siguiente:


7



cS = Indice de recompresión. cc = Indice de compresiblidad.



C

e0

e0 cS cS

Pendiente promedio de expanción - recompresión

cc cc 0.42 e0



0



C

Log. 



0



C

Log. 

También es posible obtener el Índice de Recompresión en correlación con el Índice de Compresibiildad, como: CS = (0.10 @ 0.20) CC Considerando el Promedio, generalmente, se toma como: CS = 0.15 CC Con

CC = 0.009 (LL-10)

Otras correlaciones: Rendon-Herrero (1983) 0.141

.

1

.

Nagaraj y Murty (1985) 0.2343

% 100

Asentamiento en Suelos Preconsolidados.- El asentamiento por consolidación en suelos preconsolidados se puede calcular teniendo en consideración la carga de preconsolidación y se usan las siguientes fórmulas:


8





cS

e1



e2





cc 







0

Log. 

C

1) Cuando  0   <  C



 

      CC .H .Log  0  1  e0   0 

2) Cuando  0   >  C



5.4

  H .

 CS .Log  C 1  e0   0

       CC .Log  0   H.  1  e0   C 

TEORIA DE TERZAGHI: Terzaghi considera que la consolidación es sinónimo de pérdida de agua. Definiciones: Con la finalidad de uniformizar criterios, Terzaghi define los siguientes términos, que se usarán en lo que sigue: a) Coeficiente de Compresibilidad

 a  .-

Se obtiene como la tangente de la

curva e versus ’:

Tg   a v 

e  L2  cm 2    '  F  kg .




9



b) Coeficiente de Compresibilidad Volumétrica  mv  . Se define como el grado de variación del volumen unitario debido al aumento del esfuerzo efectivo: mv 

 e   ' (1  e)

mv 

av (1  e)

Analogía de Terzaghi. Considera al suelo como un recipiente con contenido de agua (representa a la fase de agua del suelo), un resorte (que simula las partículas sólidas de suelo) y un pistón superior (esfuerzo adicional aplicado) y que está provisto de una válvula (que simula el drenaje). Cuando se aplica carga con la válvula cerrada, la carga es asumida por el agua; cuando se abre la válvula, el agua escapa; en la que se produce una transferencia de carga hacía el resorte; entonces: 1. Considerando la analogía de Terzaghi: z





El asentamiento por consolidación es: H  Pero como mv 

e  (1  e0 )  

e e H .H  . .  1  e0   1  e0

H  mv .H . 

Y la variación de volumen es: V  H . A = mv .H . A.  Considerando además que H  z y para un área unitaria: A = 1

V  mv .z.  , en términos de diferenciales: V  mv .d .dz d ' Entonces: ..............................(*) V  m v .dt.dz dt Por otro lado:           En función de espacio y tiempo:    z, t       z, t    t t UNIDAD TEMÁTICA III: PROPIEDADES HIDRÁULICAS DE LOS SUELOS.

10



Reemp plazando enn (*), se tienne: V  

av  . .dt.dzz (1  e) t

................. (1)

2. Considderando un diferencial de suelo quue se consolida.

' Cuand do hay un solo dren naje

z

la altu ura efectiva del esttrato III

d=H

dz

será :

d=H

I

Para coonsolidacióón con un soolo drenaje, las curvass isócronas (curvas de igual progreso de consoolidación en n el tiempo) tienen la siiguiente form ma:

d flujo de agua en laa consolidacción cuandoo hay uno o dos Las traayectorias de drenajees es:


11



Las curvas isócronas en flujo con dos drenajes tienen la siguiente forma:

t=0

'z

t1

t2

t3

t4

z

t5

t3

 ' o

Considerando un diferencial de suelo con flujo unidimensional (coordenada z): t

q II

z (Profundidad) 3

1 z

t dz t+

qI

2



No hay flujo

z

t

4

Las presiones de poros serán: En una profundidad “z” y en un tiempo “t” (punto 1):  1    z, t    (Punto genérico) A una profundidad “z +dz”(Punto 2):  2   

 .dz z

 .dt t   A una profundidad “z+dz”, y un tiempo “t+dt”:  4    .dz  .dt z t Por definición: h 1 i ;   h  h   ; s  z s w

A una profundidad “z”, y un tiempo “t+dt”:  3   

s, se mide en la dirección del flujo. Luego:

 1 i  

        z 


12



qII  k.iII . A k . A  qII  .    z

Por otro lado: 1  iII  .   z qI 

kA   kA    2     .   .dz   qI  . .dz     z     z z 2 z  

Si A = 1

V   qII  qI  dt = 

k 2 . .dz.dt   z 2

. ......................(2)

Finalmente (1) = (2) 

k 2 . .dz.dt   z 2

= -

av  . .dt.dz 1  e t

k (1  e)  2   .    .av z 2 t

Haciendo: Cv 

k (1  e)   av

Cv

 2    z 2 t

……..(**)

Que es el Coeficiente de Consolidación ( L2 /T) cm/seg. Observaciones: - El Coeficiente de Consolidación (Cv) es variable; sin embargo para resolver la ecuación diferencial se asume como valor constante. - La solución de la ecuación (**) es:      (2 N 1) z   (2 N 1)2  2 CV t      2  2 4  d  e  4 d   ( z , t )  0   sen   N  0  (2 N  1)    

Donde: e = Base Logaritmo Neperiano d = Altura efectiva del estrato (depende de la condición de drenaje) z = Variación de altura (de 0 a d)


13



d = H/2 d=H d = H/2

La ecuación anterior se puede expresar también como:

 ( z, t ) z C   F  , 2v  Tv ( Factor Tiempo)  0 d d  Por tanto el Factor Tiempo se expresa de la siguiente forma:

Tv 

5.5

Cv .t d2

GRADO DE CONSOLIDACIÓN U.

A una profundidad “z“, en un instante “t” y en un estrato compresible; el grado de consolidación (U) es la relación entre la consolidación que ya ha tenido lugar a esa profundidad y la consolidación total que ha de producirse bajo la carga incremental  , por tanto: Isocrona

A

B

uo - u(z,t)

u(z,t)

Z /H

uo : Sobrepresión Hidrostatica

A x100.(%) A B

U ( z ,Tv ) 

U = Grado de Consolidación.

De la ecuación anterior, se tiene:  ( z, t ) U  1 Tv es adimensional

0

U

1 d



d

0

 ( z , t )dz

(2 n 1)     8 4 U  1   e 2 2  n 0 (2n  1)  2

2

Tv

  x100 


14



Por lo que el grado de consolidación es función del Factor Tiempo ( U %  f (Tv ) ), que ha sido evaluado, obteniéndose los siguientes resultados:

U (%) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

5.6

Tv 0 0.00008 0.0003 0.00071 0.00126 0.00196 0.00283 0.00385 0.00502 0.00636 0.00785 0.0095 0.0113 0.0133 0.0154 0.0177 0.0201 0.0227 0.0254 0.0283 0.0314 0.0346 0.0380 0.0415 0.0452 0.0491

U (%)

Tv

U (%)

Tv

U (%)

Tv

26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50

0.0531 0.0572 0.0615 0.0660 0.0707 0.0754 0.0803 0.0855 0.0907 0.0962 0.102 0.107 0.113 0.119 0.126 0.132 0.138 0.145 0.152 0.159 0.166 0.173 0.181 0.188 0.197

51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75

0.204 0.212 0.221 0.230 0.239 0.248 0.257 0.267 0.276 0.286 0.297 0.307 0.318 0.329 0.340 0.352 0.364 0.377 0.390 0.403 0.417 0.431 0.446 0.461 0.477

76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 10

0.493 0.511 0.529 0.547 0.567 0.588 0.610 0.633 0.658 0.684 0.712 0.742 0.774 0.809 0.848 0.891 0.938 0.993 1.055 1.129 1.219 1.336 1.5 1.781 

COEFICIENTE DE CONSOLIDACIÓN

El coeficiente de consolidación Cv, se puede obtener a partir de la Curva teórica de Consolidación:

Curva Teórica de Consolidación (Método de Casagrande)

El objetivo es ubicar el 0% y 100% de Consolidación.


15



Lectura de Deformación

U% 0%

a

C

a

B 50%

Punto de Inflexión A 100%

t1 / 4

t1

t 50

Log.

t

(Escala Logaritmica)

a) Ubicar el punto A en la intersección del tramo recto de compresión secundaria y de la tangente a la parte curva. Este punto representa el 100% de consolidación primaria. b) Ubicar un tiempo arbitrario, t1 que intercepta la curva en un punto B y se elige que t1< t50. c) Obtenga el punto C correspondiente a un tiempo t1/4 y obtener “a” como la diferencia de ordenadas entre los puntos. d) Se eleva otro “a” y se traza la horizontal que equivale al 0 % de consolidación. En la curva teórica de consolidación, se pueden obtener las siguientes relaciones: Cv t ; para U  50% ; Tv  0.197  0.2 d2 d2 Entonces: Cv  0.2 t50 Entonces habrá un Cvi que corresponde a cada ; entonces se puede graficar: Cv versus , que tendrá la siguiente forma: Tv 

v

0.1

0 .2

0.3

0.4

0.5

0 .6

0 .7


Log. 

16



Notas sobre Teoría de Consolidación.

-

El asentamiento se acostumbra a considerar hasta que la influencia de carga sea igual a 0.1 o sea el 10%  Se calcula la carga a la mitad del estrato calculado. Con  f se entra al grafico Cv versus Log , y se obtiene Cv.

q hv1

30m.

H

hv2 0.1q

Determinación del Coeficiente de Permeabilidad a partir de Ensayos de consolidación.

Se calcula a partir del Factor Tiempo Tv. Tv 

k 1  e  t av .  d 2

Se puede escoger cualquier punto de la curva de consolidación; sin embargo se sugiere usar T50 = 0.2 = 1/5.

k( cm / seg .) 5.5

av d 2   5(1  e)t50

ASENTAMIENTO POR CONSOLIDACIÓN PRIMARIA.

El asentamiento es por fuga de aire, gases y agua. e H  H 1  e0 H = Potencia del estrato, espesor físico (Independiente de la condición de drenaje) Como:

av 

e 

e  av .

Reemplazando en la ecuación anterior:

H 

av . .H 1  e0

pero

mv 

av 1  e0


17



Por tanto el asentamiento por consolidación en términos del Coeficiente de Compresibilidad volumétrica es:

H  mv . .H Se considera que mv y av son constantes para todo el espesor H. Entonces, el asentamiento o deformación en el tiempo (St) es proporcional al grado de consolidación:

St 

H .U (%) 100

Evolución de los Asentamientos con el Tiempo: 1. Del ensayo de consolidación para un  se tiene la curva real  0,100% .

Para U50 (%)  Tv50  0.197 En la curva real ubicar el tiempo real que corresponde al 50% de consolidación: t50. Tv50 .d 2 Obtener. Cv  Considerando que d = espesor efectivo de la muestra. t50 Para cada  se puede determinar un valor correspondiente de Cv Graficar Cv vs  v





Elegir Cv para los diferentes  de ensayos que estén en el rango del real Tv d 2 con d : espesor efectivo real Cv Tv : Para cualquier U(%). U%  3. Calcular el asentamiento dependiente del tiempo: St  H    100  St = deformación en el tiempo “t” para un estrato real

2. Para el caso del suelo real, calcular t 

Los pasos 2 y 3 nos sirven para determinar los tiempos de consolidación.

U%

Tv

t

St

4. Graficar las curvas de asentamientos previstos (St,t)


18



Ejemplo: Parra el perfil de d suelo moostrado en laa figura, se han realizaddo ensayos de consolidacción obteniééndose los siguientes s reesultados.

Del ensayo o de Laboraatorio se obttuvieron, loos siguientess datos:



e

0.12 2 0.24 4 0.48 8 0.96 6 1.95 5 3.90 0 7.80 0 15.6 62

0.755 0 0 0.754 0 0.753 0 0.750 0 0.740 0 0.724 0 0.704 0 0.684 Lectura

H probetta

10 cms c

Material poroso

H = 5cms 5 efecttivo

oratorio Cv de labo

t 50= 48 horas

En la curva t50 = 48 horas %) Para U50 (%

Log. t

Tv = 0.1997. Tv 

Cv t H2

Cv 

Tv H 2 t


19


Cv 


Tv H 2 (0.197)(5) 2 cm 2   0.1 cm 2 / hora t 48hrs

Se pide: a) Estimar el asentamiento máximo en los ejes A y B. b) Graficar la curva U(%) vs t , t vs St para ambos ejes. Solución a) En A

 0' = 1 x 1.74 + 1.2 x 1.80 = 0.39 Kg/cm2 e0 = 0.753

 f =  0   = 0.39 + 4 = 4.39 Kg/cm2 e f = 0.721 H A 

e .H 1  e0

=

0.032 x 240 = 4.38 cms. 1  0.753

En B

 0 = 1.74 + 0.6 x 1.80 = 2.82 Kg/cm2

 0 = 2.82 Kg/cm2 ; 

e0 = 0.7329

= 2 Kg/cm2

 f = 4.82 Kg/cm2  f = 4.82 Kg/cm2 ; e

ef

= 0.7190

= 0.0134

H B = 0.0095 m = 0.95 cms. b) En A Para

 0  0.39 Kg / cm 2   4.00 Kg / cm 2

 f  4.39 Kg / cm 2


20



Caso real: t

H2 Tv = Cv

(120) 2 cm m2 Tv = 14.4 x 104 Tv horas 0.1 cm 2 / hoora t

U%

Tv

10

0.00 08

11152

48

0.438

20

0.03 31

44464

186

0.876

30

0.07 71

102 224

426

1.314

50

0.19 97

283 368

1182 1

2.19

75

0.47 77

686 688

2862 2

3.29

95

1.12 27

162 2288

6762 6

4.16

100

Hooras

St (cm)

días

 18 años a

5.6

COMPRE ESIÓN SEC CUNDARIIA. v y reeacomodo de d las partícuulas sólidass. También es e Se producee por flujo viscoso posible qu ue se produzzca un flujo plástico (deeformable) de partículaas laminaress (arcillosas).

d compresiión secundaaria se definne de la figuura: El índice de ∆ ∆ ∆ log / log log Donde: C = índice de d compresión secundaaria e  = cambioo de la relación de vacíoos t1, t2 = tiemppo ud de la connsolidación secundariaa se calcula con: La magnitu t   s  C' H log  1   t2  C Donde: C'   1  ep Y ep = relaación de vaccíos al finall de la consoolidación prrimaria H = espesorr de la capa de arcilla UNIDAD TEMÁTICA III: PROPIEDADE P ES HIDRÁULICAS DE LOS S SUELOS.

21


5.7


COMPAC CTACIÓN DE LOS SUELOS. S L La compactaación de loss suelos connsiste en redducir vacíos para mejorrar la capaciidad de soportee del suelo. La compacctación tienne por objeto o incrementtar el peso específico e seco del matterial. Es un procceso mecániico artificial y no es funnción del tieempo. P Específfico; Porceentaje de Compactacióón. 5.7.1 Reelaciones Humedad, Peso a) Influencia en el Conteenido de Huumedad.

E Ee

Suelo Seco.

Eee

Suelo parcialm mente saturado (el agua sirv rve de lubricant e)

Ee

Suelo saturado o e (el agua sirve de amortiguador)

ó Por lo tantto hay un coontenido de humedad óptimo. b) Relacioness Humedad – Peso Esppecífico. m quee se va adicionando aguua al suelo seco s y se ap plica esfuerzzos A medida de compreesión, el sueelo aumentaa su peso esp pecífico, haasta un ciertoo valor en laa que el Peso Específicoo seco es máximo m (dmáx) a la que correspondde un contenido de hum medad óptim mo (CHO), luego de la cual el aumentoo de agua deesplaza los sólidos de suelos s causaando menorres valores de peso especcífico seco, ccomo se muuestra en la figura.

d 


m

1 

22





cva =  ag w +  ag s



w 1+w

d =

Vo Vv

 dmáx d

2

=

V

Vw

Ww

Vs

Ws

T

d3

Sr

= 10 0%

FASE SOLIDA

d 1  d =  wo

W

95

FASE LIQUIDA

%

90 %

w

=

WT VT

d

=

Ws VT

=

Vw Vv

 ag =1 gr

;

cc

s

=

Ws > 1 Vs

0

S

FASE SOLIDA

r

w w0 = 0 E

VT0.

w1

w2

E

E

Ws1

Wso 0

1

2

E

Ww opt Ws

Ww3

Ws2

Ws3

Optimo

El agua añadida desplaza el aire entrampado, actuando además como lubricante entre partículas sólidas que pasan a ocupar un mayor volumen

Ww Ws

w3

E

Ww 2 Ws2

Ww

 Ws1

Suelo seco

wopt

=

V

T3

= V

T2

= V

T1

= V

T0

= V

TOP

3 Suelo cada vez más húmedo tendiente a una condición saturada. El agua no puede desplazar más aire y comienza a desplazar partículas sólidas que pasan a ocupar un menor volumen.

5.7.2 Ensayos de Compactación Esfuerzo de Compactación La energía de compactación por volumen unitario E, usada para los ensayos de compactación, se obtiene de:

. .

.

Donde: N = Número de golpes por capa n = número de capas W = Peso del pisón o martillo H = altura de caída del pisón o martillo V = Volumen del molde Características del Equipo para Ensayo Moldes:

Molde 1 (Métodos A y B): : 4” H: 4.584” V : 0.0333pie3

10.16 cms 11.64 cms. 943.7 cm3

0.1016 m. 0.1164 m. 9.437x10-4 m3.

Molde 2 (Método C): : 6” H: 4.584” V : 0.075 pie3

15.24 cms 11.64 cms. 2124 cm3

0.1524 m. 0.1164 m. 2.124x10-3 m3.


23



Pisones o Martillos:

Pisón 1 (Proctor Estándar) W: 5.5 lb H: 12”

2.5 Kg. 30.48 cms

24.4 N 0.3048 m.

4.5 kg. 45.7 cms

44.5 N 0.457 m.

Pisón 2 (Proctor Modificado) W: H:

10 lb 18”

5.7.3 Métodos de Ensayos de Compactación (Ensayos Proctor).

a)

Método de Ensayo para Compactación del Suelo en Laboratorio utilizando una energía Estándar 600 kN-m/m3 (12,400 pie-lib-f/pie3) (ASTM D-698, AASHTO T-99, NTP 339-142-99)

Concepto

Método A

Método B

Método C

Diámetro del molde Volumen del molde Peso del Pisón Altura de caída del pisón Número de golpes de pisón por capa de suelo Número de capas de compactación Energía de compactación

4 pulg (101.6 mm) 3 3 0.0333 pie (944 cm ) 5.5 lb (2.5 Kg)



12 pulg (304.8 mm)

12 pulg (304.8 mm)

12 pulg (304.8 mm)

25

25

56

3

3

3

12,400 pie-lb/pie3. 3 (600kN-m/m )

12,400 pie-lb/pie3. 3 (600kN-m/m )

12,400 pie-lb/pie3. 3 (600kN-m/m )

Suelo a usar

Porción que pasa la Porción que pasa la Porción que pasa la malla N° 4 (4.57 mm). malla de 3/8”(9.5 mm). malla de 3/4” (19 mm). Puede usarse si 20% o menos por peso de material es retenido en la malla N° 4

Puede usarse si el suelo retenido sobre la malla N° 4 es más del 20% y 20% o menos por peso es retenido en la malla de 3/8” (9.5 mm)

Puede usarse si más del 20% por peso de material es retenido en la malla de 3/8” (9.5 mm) y menos del 30% es retenido en la malla de 3/4 “pulg (19.0 mm)

b) Método de Ensayo para Compactación del Suelo en Laboratorio utilizando una energía Modificada 2,700 kN-m/m3 (56,000 pie-libf/pie3) (ASTM D-1557, AASHTO T-180, , NTP 339-141-99)


24


Concepto


Método A

Método B

Método C

Diámetro del molde Volumen del molde Peso del Pisón Altura de caída del pisón Número de golpes de pisón por capa de suelo Número de capas de compactación Energía de compactación

4 pulg (101.6 mm) 3 3 0.0333 pie (944 cm ) 10 lb (4.54 Kg)



18 pulg (457.2 mm)

18 pulg (457.2 mm)

18 pulg (457.2 mm)

25

25

56

5

5

5

Suelo a usar

Porción que pasa la Porción que pasa la Porción que pasa la malla N° 4 (4.57 mm). malla de 3/8”(9.5 mm). malla de 3/4” (19 mm).

3

56,000 pie-lb/pie . (2700kN-m/m3)

Puede usarse si 20% o menos por peso de material es retenido en la malla N° 4

c)

3

56,000 pie-lb/pie . (2700kN-m/m3)

Puede usarse si el suelo retenido sobre la malla N° 4 es más del 20% y 20% o menos por peso es retenido en la malla de 3/8” (9.5 mm)

3

56,000 pie-lb/pie . (2700kN-m/m3)

Puede usarse si más del 20% por peso de material es retenido en la malla de 3/8” (9.5 mm) y menos del 30% es retenido en la malla de 3/4 “pulg (19.0 mm)

Método Miniatura Harvard. Para suelos finos plásticos < 2mm, el ensayo se realiza por compactación estática, usando: Molde:

: H: V:

1 1/16” 2.816” 1/454 pie3

3.3 cm. 7.2 cm 62 cm3.

Cálculos en los Ensayos de Compactación

El suelo es compactado en un molde con las características que se han indicado. Durante la prueba de laboratorio, el molde se une a una placa de base en el fondo y a una extensión en la parte superior. El suelo se mezcla con cantidades variables de agua y luego se compacta en capas iguales por medio de un pisón que transmite la cantidad de golpes y desde una altura que se ha indicado en los cuadros anteriores. Para cada prueba, el peso específico húmedo de compactación  se calcula como:

Donde: W = peso del suelo compactado en el molde Vm = volumen del molde (944 cm3 o 2124 cm3) Para cada prueba, el contenido de agua del suelo compactado se determina en el laboratorio. Con un contenido de agua conocido, el peso específico seco d se calcula con la ecuación:


25



1

% 100

Doonde  (%) = porcentajje de contennido de aguaa minados con la ecuación n anterior see grafican contra c Loos valores dee d determ loss corresponndientes con ntenidos de agua para obtener el peso especcífico secco máximo y el conteniido de aguaa óptimo parra el suelo. Parra un contennido de aguua dado, el peso p específfico seco máximo m teóriico se obttiene cuanddo no existee aire en loos espacios vacíos, es decir, cuanndo el graado de saturración es iguual al 100% %. Así enton nces, el pesoo específicoo seco mááximo a un contenido de d agua daddo, con ceroo vacíos dee aire, se exxpresa com mo: 1 d aire Doonde: zav = peso especcífico con cero vacíos de  = peso p especíífico del aguua e = reelación de vacíos v Gs = peso específico relativvo de sólidoos p lo que: Parra 100% dee saturación,, e =  Gs, por

1

1

c de agua Doonde;  = contenido


26



Para obtener la variación de zav con el contenido de humedad, siga el siguiente proceso: 1. Determine la gravedad específica de sólidos del suelo (Gs) 2. Determine el peso específico del agua () 3. Suponga varios valores de , tales como 5%, 10%, 15%, etc. 4. Use la ecuación (*) para calcular zav para varios valores de .

5.7.4 Equipos de Compactación.

- Presión - Vibración

Suelos Granulares

Estático Vibratorio

- Impacto - Amasado

Suelos Cohesivos

Pata de Cabra Neumáticos

CIMA (United States Construction Industry Manufacturer Association) Clasifica los equipos de compactación según lo siguiente: A. Autopropulsado con un sólo Tambor (En el frente) -

Liso o pata de cabra Articulado o de marco rígido Tracción Simple o Doble En la parte posterior pueden ser neumáticos (asfaltos) o con cocada (suelos)


27



B. Tandem Autopropulsado de doble Tambor Para Bases y superficies bituminosas, subrasantes y terraplenes C. De un solo Tambor conducido manualmente En pequeños espacios, para reparación, en interiores y áreas peatonales D. De dos Tambores conducido Manualmente De 1.0 m de ancho Para trabajos menores de carreteras y calles y relleno de zanjas E. Rodillos Vibratorios de Tiro Con remolque Tambores liso Tambores con patas

 granulares  cohesivos

Terraplenes Presas Aeropuertos

F. Pisones (Tampers) “Ranas” Se usa en franjas, zanjas angostas y rellenos. Pueden ser gasolineros o eléctricos G. Plancha Vibratoria Movimiento hacia delante o hacía atrás. Se usa en arena o grava Esquema de Compactación En rodillos vibratorios En rodillos neumáticos En rodillos estáticos En rodillos pata de cabra El número de pasadas

: : : : :

Frecuencia y amplitud Presión de inflado Peso Área de las patas Velocidad

En arcillas, arena arcillosa y grava arcillosa  Pata de cabra estáticos o vibrados en e = 1” a 2” más que el tamaño de la pata En arenas, gravas y piedra chancada  Rodillos lisos En material suelto  Rodillo vibratorio


28



aa) Métodoss para Mediir Compactaación 200 kg. 350 kg.

Libras/pie 2

1 000 kg. ds 140

2 500 kg. 3 750 kg. (remollcado) 5 000 kg. (Tande em) 8 000 kg. (Estatiicas)

Curva de Compactación

130

120 0%

a 10% Contenido en aire

110 6

8

10

12

14

Co ontenido en agua en %

5.7.5 Porcentaje dee Compactaación o Graado de Com mpactación n (Gc %). El grado de coompactacióón es la relaación entre el peso esp pecífico obtenido en campo y el peso especcífico obteniido en el labboratorio:

GC (%)) 

d x100 d máx


29


d d


: Peso Específico seco de la muestra compactada en campo.

máx

: Peso Específico seco máxima de laboratorio (curva  d -  )

Se puede dar el caso que el grado de compactación sea mayor de 100% GC > 100%. Métodos de Control de Compactación:

- Método del cono de Arena - Método de Reposición de Arena - Método del Volúmetro - Método Nuclear

ASTM D1556 ASTM D4914 ASTM D2167 ASTM D2922 y ASTM D3017

5.7.6 Evaluación de Materiales a utilizar a la Compactación. El mayor interés es minimizar costos: a) Reconocimiento de campo (determinar cantidad, distancia, etc). b) Evaluación Preliminar. De la clasificación SUCS. Función según tipo de obra. Función según tipo de equipo a utilizar. Se saca muestra (500 gr) a diferentes profundidades (trazar un perfil de cantera). Determinar la Potencia de la cantera. c) Estudio de Compactación:

Todos deben satisfacer  dmáx pero esto no es condición suficiente; para represas se busca un coeficiente de permeabilidad adecuado (k), en carreteras se busca la mejor capacidad de soporte del suelo (CBR). Es también necesario determinar la deformación mínima. La selección de la cantera debe tener en cuenta también:  Propiedades Físicas.  Distancia de Transporte.  Tiempo de viaje.  Propietarios  etc. UNIDAD TEMÁTICA III: PROPIEDADES HIDRÁULICAS DE LOS SUELOS.

30



5.7.7 Método de Compactación (Estabilización y/o mejoramientos). a) Vibro flotación.- Vibradores y agua inyectada a presión, para suelos friccionantes. b) Micro o Macro Explosiones.- Para suelos friccionantes y profundidades. c) Aniego de agua.- En suelos friccionantes. d) Compactación con Rodillos lisos, Patas de cabra, Tandem (20 Toneladas) para grandes superficies. e) Planchas vibratorias (para pequeñas superficies).


31



DESCRIPCIÓN VISUAL - MANUAL DE LOS SUELOS (NTP. 339.150, ASTM D 2488) Se indica el procedimiento para la descripción de suelos para propósitos de ingeniería, propuesto por la Norma Práctica de la ASTM D2488 denominada “Descripción e Identificación de Suelos (Procedimiento Visual-Manual)”. Cuando se requiera una clasificación precisa, se debe usar el Método de Ensayo D2487. Se usa sólo para suelos naturales (disturbados o no disturbados). La porción identificada se asigna un símbolo de grupo y nombre se limita a suelos con partículas menores de 3” (75 mm). Terminología.Del Material que se retiene en la malla de 3”.  

Bloques.- Partículas de roca que NO pasan la malla de 12”. Bolones.- Partículas de roca que pasan la malla de 12” y se retiene en la de 3”.

Del Material que pasa la malla de 3”. 



    

Grava.- Partículas que pasan la malla de 3” (75 mm) y se retienen en la malla # 4 (4.75 mm) y se divide en: - Gruesa: Pasa la malla de 3” (75 mm) y se retiene en la malla de ¾” (19 mm). - Fina: Pasa la malla de 3/4” (19 mm) y se retiene en la malla # 4 (4.75 mm). Arena.- Partículas que pasan la malla # 4 (4.75 mm) y se retienen en la malla # 200 (75 m) y se divide en: - Gruesa: Pasa la malla # 4 (4.75 m) y se retiene en la malla de # 10 (2 mm). - Media: Pasa la malla # 10 (2 mm) y se retiene en la malla de # 40 (425 m). - Fina: Pasa la malla # 4 (425 m) y se retiene en la malla # 200 (75 m). Limos.- Suelo que pasa la malla N° 200, es no plástico o ligeramente plástico y muestra poca o ninguna resistencia en estado seco. Arcillas.- Suelo que pasa la malla N° 200 y puede exhibir plasticidad en un rango de contenido de humedad y muestra considerable resistencia en estado seco. Arcilla Orgánica.- Una arcilla con suficiente contenido orgánico que influencia sus propiedades. Es la misma clasificación de arcilla, excepto que su límite líquido después de secado en horno es menor que 75% que antes del secado. Limo Orgánico.- Un limo con suficiente contenido orgánico que influencia sus propiedades. Es la misma clasificación de limo, excepto que su límite líquido después de secado en horno es menor que 75% que antes del secado. Turba.- Suelo compuesto de tejido vegetal en varios estados de descomposición usualmente con olor orgánico, color marrón oscuro a negro, consistencia esponjosa y textura en rango de firbroso a amorfo.

ANEXO UNIDAD TEMÁTICA 2: DESCRIPCIÓN VISUAL MANUAL DE SUELOS

1



Infoormación Descriptiva D ppara Sueloss.Angularidaad.- Describbe la angulaaridad de la arena (solaamente arennas gruesas), gravas, 1. A p pedrones y bolonería,, como: an ngular, subaangular, subbredondeaddo, redondeeado. Se p puede estabblecer comoo: de subreddondeado a redondeado o: D Descripción Angu ular Suba angular Subre edondeado Redo ondeado

Criteriio Partícculas que tiienen los bordes b afilad dos y ladoss relativ vamente plan nos con supe erficie áspero os. Partícculas con de escripción sim milar al angu ular pero que e tienen n bordes redo ondeados. Partícculas que tie enen lados casi planos pero tienen n esquin nas y bordess bien redond deados. Partícculas que tie enen lados curveados c suavemente y no tienen bordes.

Forma.- Describe la forma fo de la grava, pedrrones y boloonería, com mo: chata o alargada 2. F o chata y alargada. a Seegún los sigguientes inddicados en el e cuadro siiguientes. Inndicar la f fracción dee partículas que tiene la forma, coomo: Un terrcio de las partículas de d grava son planas. Descrip pción Chata Alargada Chata y alargada

C Criterio Partículas con P n ancho/espe esor > 3 P Partículas con n longitud/an ncho > 3 P Partículas que reune los criterios pa ara ambos chata c y alarga ada

Color.- Desscribe el coolor de la muuestra húmeeda. Si la muestra m conttiene capas o trozos 3. C d varios co de olores, se deebe anotar el e color reprresentativo. Olor.- Desscribe el olor si el suuelo es orgáánico o tien ne olor inu usual (produucto del 4. O p petróleo, quuímico o sim milares). Condición de Humed dad.- Descrribe la conddición de seeco, húmedo o o saturadoo, según 5. C e siguientee criterio: el Descriipción Seco Húmedo Saturado o

Criterio Ausencia A de humedad, po olvoriento, seco al tacto Húmedo H pero o no es visible el agua Agua A libre visible, usualm mente el sue elo está bajo o el e nivel freáticco

Reacción al a HCL.- Describe D reacción conn ácido clorrhídrico (HCl) como ninguna, n 6. R d débil o fuerrte. Indica laa reacción con c el carboonato de calccio. Descriipción Ninguna Débil Fuerte

Criterio C No N hay reaccción visible Alguna A reaccción, con form mación lenta de burbujass Reacción R violenta, con fo ormación ráp pida de burbu ujas

ANEXO U UNIDAD TEM MÁTICA 2: DESCRIPCIÓN VISUAL V MAN NUAL DE SUE ELOS

2



7. Consistencia.- (Suelos de grano fino intacto) Describe la consistencia como muy blanda, blanda, firme, dura o muy dura Descripción Muy suave Suave Firme Duro Muy duro

Criterio El dedo pulgar penetra al suelo en más de 1” (25 mm) El dedo pulgar penetra al suelo cerca de 1” (25 mm) El dedo pulgar ingresa al suelo cerca de 1/4” (6 mm) El dedo pulgar no ingresa al suelo pero es fácilmente ingresa la uña del dedo pulgar. La uña del dedo pulgar no ingresa al suelo.

8. Cementación.- Describe la cementación del suelo de grano grueso como: débil, moderado, o fuerte, según:

Descripción Débil Moderada Fuerte

Criterio Cuando se derrumba o quiebra con la manipulación o poca presión del dedo Cuando se derrumba o quiebra con considerable presión del dedo No se derrumba o quiebra con la presión del dedo

9. Estructura.- Describe la estructura intacta de suelos, según:

Descripción Estratificado

Laminada Fisurada Superficie Deslizante En bloque Lenticular Homogénea

Criterio Estratos alternados con variación de materiales o colores con estratos de espesor de por lo menos 6 mm, anotar los espesores. Estratos alternados con variación de materiales o colores con estratos de espesor menor de 6 mm, anotar los espesores. Ruptura a lo largo de planos de fractura definidos con pequeña resistencia a la rotura. Planos de fractura que parecen pulido o brillante, a veces estriado. Suelo cohesivo que puede descomponerse en pequeños trozos que resisten más allá de la falla. Inclusión de pequeños bolsones de suelos diferentes, tales como lentes de arena dispersa a través de la masa de arcilla; anotar el espesor El mismo color y apariencia en todo el espesor

10. Rango de Tamaño de Partículas.- Para las componentes de gravas y arenas, según su tamaño. Ejemplo: Cerca de 20% de grava fina a gruesa ó cerca de 40% de arenas finas a gruesas. 11. Tamaño Máximo de Partículas.- Describe el máximo tamaño de partículas encontrado en la muestra, de acuerdo a lo siguiente:


3


-

-

-


Tamaño de la Arena: Si el tamaño máximo de partícula es del tamaño de una arena, describir como: fino, medio o grueso, como se ha descrito antes. Ejemplo: Tamaño Máximo de Partículas, arena media. Tamaño de la Grava: Si el tamaño máximo de partícula es del tamaño de la grava, describir el tamaño máximo de partículas como la menor abertura de la malla que pasará la partícula. Por ejemplo: Tamaño Máximo de Partícula, 1 ½” (pasará un cuadrado abierto de 1 ½”, pero no la de ¾”). Tamaño de Bloques o Bolones: Si el máximo tamaño de partícula es un bloque o bolonería, describir la dimensión máxima de la mayor partícula. Por ejemplo: Dimensión máxima, 18 pulgadas (450 mm).

12. Dureza.- Describe la dureza de la arena gruesa y partículas mayores como duro, o el estado en la queda cuando las partículas son golpeadas por un martillo, por ejemplo, partículas del tamaño de la grava fracturadas con golpe considerable del martillo, algunas partículas de grava rotos con golpe del martillo. “Duro” significa que las partículas no se agrietan, fracturan o rompen bajo golpe de un martillo. 13. Otros.- Se deben anotar la presencia de raíces, dificultades en la perforación o barrenado, excavación de trincheras o calicatas o la presencia de mica. Se puede adicionar un nombre local, comercial o interpretación geológica del suelo. Se puede adicionar también una clasificación por otro sistema de clasificación. Identificación Preliminar El suelo es de grano fino, si contiene el 50% ó más de finos. El suelo es de grano grueso si contiene menos del 50% de finos PREPARACION PARA LA IDENTIFICACION 1. La porción para identificación está basada en la fracción de la muestra de suelo que pasa el tamiz de 75 mm (3”). Las partículas mayores de 75 mm deben ser removidas manualmente para una muestra alterada, o imaginariamente para una muestra inalterada. 2. Estimar y registrar los porcentajes de bloques y el porcentaje de bolones. Si se realiza visualmente estos estimados estarán basados en porcentajes en volumen. 3. De la fracción de suelo menor de 75 mm, estimar y registrar el porcentaje en peso seco de la grava, arena y finos. 4. Los porcentajes serán estimados con aproximación al 5%. Los porcentajes de grava, arena y finos deben sumar el 100%. 5. Si uno de los componentes está presente pero no en cantidad suficiente para ser considerado 5% de la porción menor de 3”, indicar su presencia mediante el término “traza”. Ejemplo: traza de finos. Una traza no se considera en el total de 100% para los componentes. Nota: Debe indicarse que los porcentajes de bloques y bolones se expresan en volumen. Nota:


4



SSe requieree experienccia para estimar e los porcentajees respectoo a su pesso seco. R Requiere coomparar ressultados conn análisis granulométr g rico de laboratorio. EDIMIENT TO PARA IDENTIFIICACION DE D SUELO OS DE GRA ANO FINO O PROCE • • •

• •

• • • •

Remover laas partículass mayores al tamiz N° 40 R 4 (arena medio m y may yores) T Tomar una muestra equuivalente a la mano lleena de materrial L muestra se utiliza ppara evaluar: La  Resistencia en estado secoo  Dilaatancia  Tennacidad R Resistencia a en Estadoo Seco M Moldear un na bola dee suelo dee 25 mm de d d diámetro h hasta que allcance una consistenccia c cremosa, aññadiendo aggua si es neccesario. Separar en 3 especímeenes, uno de d ellos de 112 m de diám mm metro. P Permitir qu ue los especímenes se sequen s al aiire a temperatuura que exceeda los 60 °C E Ensayar laa resistenciia de los especímennes c comprimién ndolos entree los dedos E Evaluar la resistencia r d acuerdo a los criterios de d dados en la Tabla siguiiente: C Criterios para p Descriibir la Resisstencia en Estado E Secco

• •

•

Descripciión

Criteerio

Nula

La muestra m secca se desm morona conn sólo la presión o la maniipulación.

Baja

La muestra m secaa se desmoroona con pocca presión.

Media

La muestra m secaa se rompe en pedazoss o se desm morona con la presión considerrable con el dedo.

Alta

La muestra m secaa no puede romperse con c la pressión del deddo. Sólo se romperá en pedaazos entre el dedo pulgar p y una u superrficie dura.

Muy alta

La m muestra secca no puedde rompersee entre el pulgar p y una u superrficie dura.

Dilatancia (Reacción al Agitado D o) M Moldear un na bola dee suelo dee 12 mm de d d diámetro M Moldear e material hasta quee tenga unna el c consistencia a suave pero noo pegajossa, a añadiendo a agua si es necesario E Extender laa bola de suelo s en la palma de la m mano


5


• • • •


Agitar horiizontalmentte golpeanddo el lado de A d la mano vigorosam mente contraa la otra m mano variass veces N Notar la reaacción del agua a que apaarece sobre la superficiie del suelo C Comprimir el espécimeen cerrandoo la mano o presionanddo el suelo entre e los deddos A Anotar la reeacción de acuerdo a a loos criterios de d la siguiennte Tabla Criterios para C p Descriibir la Dilattancia L reacción La n es la veloccidad con laa que el aguua aparece mientras see agita y dessaparece m mientras se comprime Descripciión

Criteerio

Ninguna

No hay h cambioss visibles enn la superficcie de la muestra

Lenta

El aggua aparecce lentamennte en la superficie de la mueestra durannte la sacuddida y no desaparece lenntamente baajo presión.

Rápida

El aggua aparece rápidameente en la superficie de la mueestra durannte la sacuddida y desapparece rápid damente bajo o presión.

T Tenacidad (Consisten ncia cerca al a límite pláástico) •

• • • •

Luego del ensayo L e de dilatancia, d al espécimenn d ensayo se le da unna forma alargada y see de e enrolla con la mano soobre una suuperficie lisaa o entre las palmas p hastta alcanzar un u diámetroo d 1/8”, see amasa y se vuelvee a enrollarr de v varias vecees hasta que el hilo se agriete al a d diámetro dee 1/8” E hilo se agrietará a un diámeetro de 1/8”” El c cuando estéé cerca al lím mite plástico Se debe notar n la prresión requ uerida paraa e enrollar el hilo h cerca all límite plásstico N Notar también la resisttencia del hiilo N Notar la teenacidad deel material durante el a amasado


6



Criterio para la Descripción de la Tenacidad Descripción

Criterio

Baja

Sólo se requiere una ligera presión para enrollar el bastón de tal manera que llegue a su límite plástico. El bastón y el grumo son frágiles y suaves.

Media

Se requiere una presión media para enrollar el bastón de tal manera que llegue a su límite plástico. El bastón y el grumo tienen una rigidez media.

Alta

Se requiere una considerable presión para enrollar el bastón de tal manera que llegue a su límite plástico. El bastón y el grumo tienen una rigidez bastante alta.

Plasticidad Basándose en las observaciones hechas durante el ensayo de tenacidad, describa la plasticidad del material de acuerdo a los criterios dados en la siguiente tabla. Descripción

Criterio

No plástica

Un bastón de 3 mm no puede enrollarse con algún contenido de agua.

Baja

Un bastón puede apenas enrollarse y el grumo no se puede formar cuando está más seco de lo que su límite plástico puede permitir.

Media

Un bastón es fácil de enrollar y no se requiere mucho tiempo para alcanzar el LP. Un bastón no puede enrollarse después de alcanzado el LP. El grumo se desmorona cuando está más seco que su LP.

Alta

Tiempo considerable en enrollar y amasar hasta alcanzar el LP. Un bastón puede reenrollarse varias veces después de alcanzar su LP. Se puede formar un grumo sin que se desmorone, aún más seco que su LP.


7



Identificación de Suelos Finos con Pruebas Manuales En la Tabla se compilan los tipos de suelos y su comportamiento ante las pruebas de campo. Suelo Típico

Resistencia en Estado Seco

Dilatancia

Tenacidad

Limo arenoso

ninguna a muy baja

Rápida

De débil baja

a

De 30 a 60 min

Limo

muy baja a baja

Rápida

De débil baja

a

De 15 a 60 min

Limo arcilloso

baja a media

De rápida a lenta

Media

De 15 min. varias horas

a

Arcilla arenosa

baja a alta

De lenta ninguna

a

Media

De 30 seg. varias horas

a

Arcilla limosa

Media a alta

De lenta ninguna

a

Media


a

Arcilla

alta a muy alta

Ninguna

Alta

De varias horas a días

Limo orgánico

baja a media

Lenta

De débil baja

Arcilla orgánica

Media a muy alta

Ninguna

Alta


Tiempo de sedimentación en prueba de dispersión

a


a

De varias horas a días

8



Identificación de Suelos Finos con Pruebas Manuales En la siguiente tabla, se muestran las expresiones cualitativas y cuantitativas de la arcilla. Consistencia

Características

NSPT

Resistencia a la Compresión Simple qu (kg/cm2)

Identificación campo

Muy blanda

Arcillas de formación reciente, arcillas normalmente consolidadas

0-2

< 0.25

El puño puede penetrar en ella fácilmente varios centímetros

3-5

0.25 – 0.50

El pulgar puede penetrar en ella fácilmente varios centímetros

Arcillas preconsolida-das resecadas o cementadas

6-9

0.50 – 1.00

El pulgar con esfuerzo moderado puede penetrar en ella varios centímetros

10 - 16

1.00 – 2.00

El pulgar se encaja fácilmente pero solo penetra con gran esfuerzo

17 - 30

2.00 – 4.00

La uña del pulgar se encaja fácilmente

> 30

> 4.00

La uña del pulgar se encaja con dificultad

Blanda

Media

Firme o rígida

Muy rígida Dura

Arcillas sobreconsolidadas

de

Identificación de suelos inorgánicos de grano fino a partir de ensayos manuales

Símbolo del Suelo ML CL MH CH

Resistencia En estado seco Ninguna a Baja

Lenta a rápida

Media a alta Baja a media Alta a muy alta

Ninguna a lenta Ninguna a lenta Ninguna

Dilatancia

Tenacidad Baja o no puede formarse el filamento Media Baja a media Alta

Identificación de Suelos Orgánicos de Grano Fino • • •

Identificar el suelo orgánico OL/OH, si el suelo contiene suficientes partículas orgánicas para influenciar sus propiedades Presentan marrón olor oscuro a negro Presentan olor orgánico


9



REPORTE DE CAMPO

1. 2. 3. 4. 5.

6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20.

Lista de chequeo para descripción de suelos Nombre de grupo. Símbolo de grupo. Porcentaje de cantos rodados o boleos, o ambos (por volumen). Porcentaje de grava, arena o finos, o los tres (por peso seco). Rango del tamaño de la partícula: - Grava - fina, gruesa. - Arena - fina, media, gruesa. Angularidad de la Partícula: angular, subangular, Subredondeada, redondeada. Forma de la partícula: (si fuera apropiado) chata, alargada, chata y alargada. Tamaño o dimensión máxima de la partícula. Dureza de la arena gruesa y de las partículas mayores. Plasticidad de finos: no plástica, baja, media, alta. Resistencia en estado seco: nula, baja, media, alta, muy alta. Dilatancia: nula, lenta, rápida. Tenacidad: baja, media, alta. Color: (en condición húmeda). Olor: (mencionar sólo si fuera orgánico o inusual). Humedad: seca, humedad baja, humedad alta. Reacción con HCl: nula, débil, fuerte. Consistencia (sólo suelos de grano fino): muy suave, suave, firme, dura, muy dura. Estructura: Estratificada, laminada, fisurada, de plano de resbalamiento, lenticulada, homogénea. Cementación: débil, moderada, fuerte.

Para muestras inalteradas: 21. 22. 23.

Nombre local. Interpretación geológica. Comentarios adicionales: presencia de raíces o agujeros de raíces; presencia de mica, yeso, etc.; superficie revestida de partículas de grano grueso, corrimientos o desprendimientos de agujeros de las paredes de las perforaciones, dificultad en la perforación o excavación, etc. Nota Si se desea, los porcentajes de grava, arena y finos pueden establecerse en términos que indiquen un rango de porcentajes tal y como sigue: Trazos - Si presentan partículas en un estimado menor al 5%. Poco : 5 a 10%. Pequeño : 15 a 25%. Mucho : 30 a 45%. Bastante : 50 a 100%.


10



E EJEMPLO O1 Grava arcilllosa con arrena y cantos rodados,, GC, alreddedor del 500% de gravva fina a G g gruesa, subredondeadaa a subanguular; 30% dee arena finaa a gruesa suubredondeaada; 20% d finos con plasticidad media, resistenciia en estaddo seco altto, dilatanccia nula, de r resistencia ne aproxim madamente 5% 5 (por media; la muestra orriginal de campo tien v volumen) de d cantos roddados subreedondeados y una dimeensión máxiima de 150 mm. C Condicione es del lugar - Firme, homogéneo, seco, s marrón n. I Interpretaci ión geológicca - Lodo alluvial. EJEMPLO E O2 G Grava bien graduada con arena (G GW) - Alreddedor del 75 5% de gravaa fina a grueesa, dura y subangular; 25% dee arena finaa a gruesa, dura y suubangular; una u pizca dde finos; t tamaño máx ximo, 75mm m, marrón, seca; s reacciión nula al HCl. H EJEMPLO E O3 A Arena limo osa con gravva (SM) - Alrededor A deel 60% es predominan p ntemente areena fina; 2 25% son finnos limososs con baja plasticidad, p r resistencia e estado seeco lenta, dilatancia en r rápida y baja b tenaciddad. Con 15% 1 de grrava fina, dura d y subbredondeadaa, pocas p partículas de grava fracturadas f con un m martillazo; tamaño máximo, m 25m mm; no r reacciona al a HCl (Noota - El tam maño de la muestra m de campo es más m pequeñño que el r recomendad do).

CLA ASIFICAC CIÓN SUCS S


11



ANEXO U UNIDAD TEM MÁTICA 2: DESCRIPCIÓN V VISUAL MAN NUAL DE SUE ELOS

12



ANEXO U UNIDAD TEM MÁTICA 2: DESCRIPCIÓN V VISUAL MAN NUAL DE SUE ELOS

13

MANUAL REDES DE FLUJO CON GEOSLOPE 2012 1. Click SEEP/W Key In Analysis - Analysis type: Steady-state - Name: Redes de Flujo - Description: Uso del SEEP/W Close 2. Click → View → Toolbars Close 3. Click → Set → Page

mm

W 260

H 200

OK

4. Set → Units and Scale: Click calculate Max Extents From Scale and Origin  Minimun X: -5 Y: -5  Maximum X: 100 Y: 40 Activar Calculate 500 500 OK 5. Set Grid Click: Display Grid

Snap To Grid

Close

6. Click 7. Sketch → Axes → OK

Click

Set Axes

Mecá ánica de Su uelos I

88. Sketch → Polyliness

99. Draw → Región (0,,0)

110. Draw → Materialess → 

k KeyIn… → Luego en e Add Click

-

me: Cimenttación Nam

-

Coloor: Amarilloo Mateerial Model,, seleccionaar Saturatedd only Hydrraulic Propeerties: Saturrated Conduuctivity: 1e--008 m/sec Click k: Close

-

k en el area Click

al Geoslope e 2012-Rede es de Flujo 2 Manua

Ing. Elio Milla Vergara




k KeyIn… → Luego en e Add Click

-

me: Terrapllén Nam

-

Coloor: Verde Mateerial Model,, seleccionaar Saturatedd only Hydrraulic Propeerties: Saturrated Conduuctivity: 1e--008 m/sec Click k: Close

-

k en el area Click

111. Grabar el e archivo: File F → Savee As: Poner nombre y Guardar G 112. Sketch → polyliness → Dibujarr la superficcie de agua

(3 39,34) Elevación (m)

(0,34 4)

Diistancia (m)

113. Draw → Boundary Conditions Click enn KeyIn… Seleccionar Potenciial Seepage Face w Hydraulicaa BC Click Addd → New C Reserrvorio Name: Carga Click enn Set Seleccionar el colorr púrpura Aceptar on, poner: 34 3 m y click k en Close . En Actio al Geoslope e 2012-Rede es de Flujo 3 Manua

Ing. Elio Milla Vergara V


114. Click enn ASSIGN ZERO Z PRES SSURE Click enn Points

Elevación (m)

A → Po otential Seeepage Click enn Lines → Assign Luego cllick en

Elevación (m)

H Click enn Assign → Reservoir Head Luego cllick en


Ing. Elio Milla Vergara


115. DRAW → Points →

Click en este e punto

Distanc cia (m)

Click Removve Draw → Boundary Conditions Lines → C Click

Click 116. DRAW → Mesh Prroperties  Apprrox. Global Element Siize 2.5 m _ 

Lueg go click en 1 y Click enn 2, y luego click en Click 1

Click 2

Distancia (m) (






Click k. View Meesh



Click k



Draw w → Flux Sections → OK.

Se limpiaará el interioor del terrap plén

Distancia (m)



Draw w → Flux Sections → OK.

Distancia (m)

117. Click enn Solve Mannager

Save clicck Yes → Start →

118. Click




Elevación (m)

119. Click Drraw → Fluxx Label

Click

Distan ncia (m)

220. Draw → Flux Pathss

Click

Distan ncia (m)

221. VIEW PREFEREN P NCES var Desactiv

Vectores →

Close .

T INFORMA ATION VIEW → RESULT




222. DRAW → COUTO ORNS LABE EL

Click

Distancia (m)



DRA AW → COU UTORNS



Click k PRESSUR RE HEAD



- CA ATEGORY: PORE – PR RESSURE



PAR RAMETER: PRESSUR RE HEAD



VIEW W → REPO OR → GRA ABAR


Close .


Mecánica de Suelos I - Ing. Elio Milla Vergara

Recommend Documents