GEOTECNIA Y CIMENTACIONES
Andrés Rubio Rubio Morán, Morán, arquitecto
4. Propiedades Propiedades físicas 4.1. Parámetros básicos Un suelo es un sistema constituido por elementos sólidos, partículas minerales, líquidos, agua, y gaseosos, aire. El comportamiento del suelo variará según la proporción de los elementos que lo componen y para su caracterización se definen los conceptos que seguidamente se relacionan. Si denominamos
Vt Vs Vw Vg Vh Wt Ws Ww Wg
al volumen total del elemento de suelo considerado al volumen ocupado por las partículas del suelo al volumen ocupado por la parte liquida (agua) al volumen ocupado por la parte gaseosa (aire) al volumen ocupado por los huecos (parte líquida + parte gaseosa) al peso total del elemento de suelo considerado al peso de las partículas de suelo al peso de la parte líquida al peso de la parte gaseosa que puede considerarse nulo.
4.1.1. Relaciones volumétricas: -Índice -Índice de huecos o poro s: e= Vh / Vs; su valor es 0,20-0,50 en gravas y arenas y 0,40-1,00 en limos y arcillas n= Vh / Vt -Porosidad: S= Vw / Vh -Grado -Grado de saturación : A partir de estos conceptos se pueden establecer las siguientes relaciones entre índice de huecos y porosidad: e = V = Vh / Vs = Vh / (Vt-Vh) = (Vh / Vt) / (Vt / Vt - Vh/ Vt) = n / 1-n n = V = Vh / Vt = Vh / (Vs+Vh) = (Vh / Vs) / (Vs / Vs + Vh / Vs)= e / 1+e 4.1.2. Relaciones derivadas del peso: -Humedad:
w= Ww / Ws; 10-20% en suelos muy secos y duros y 20-40% en suelos blandos
-Peso -Peso específico d e las partículas: -Peso específico del agua: -Peso -Peso específico s eco:
ɣs=
Ws / Vs. Varía poco, 25-28 kN/m 3, salvo que haya minerales metálicos pesados 3 3 ɣw= W w / Vw. Su valor es 10 kN/m , realmente 9,81 kN/m ɣd= Ws / Vt = Ws / (Vs+ Vh) = (ɣs / Vs) / (Vs+ Vh) = ɣs / (1+e)
Su valor es 13-16 kN/m 3 en suelos blandos o flojos y 16-19 kN/m 3 en suelos densos o muy compactados
-Peso -Peso específico aparente: aparente:
ɣap=
Wt /Vt = (Ws+ Ww) / (Vs+ Vh) = (ɣs Vs + w W s) / (Vs+ Vh); ɣap= (ɣs Vs)/ (Vs+ Vh)+ (w W s) / (Vs+ Vh) = ɣs/ (1+e) + (w ɣs) / (1+e); ɣap= ɣs (1+w) / (1+e); ɣap= ɣd (1+w); Del suelo natural, no afectado por el nivel freático. Su valor oscila entre 15 y 21 kN/m 3
-Peso -Peso específico saturado :
= (Ws+ Wwsat) / Vt = (ɣs Vs+ ɣw Vh) / (Vs+ Vh); ɣsat = (ɣs Vs) / (Vs+ Vh) + (ɣw Vh) / (Vs+ Vh); ɣsat = ɣs/ (1+e) + (ɣw e) / (1+e) = (ɣs +e ɣw) / (1+e) ɣsat
Su valor oscila entre 16 y 21 kN/m 3. Corresponde a la densidad del suelo situado inmediatamente sobre el nivel freático que lo satura por capilaridad
-Peso -Peso específico anegado: anegado:
ɣa =
(Ws-Vs.ɣw) / Vt
Su valor oscila entre 6 y 11 kN/m 3. Corresponde a la densidad del suelo bajo el nivel freático.
Su valor influirá en las cargas a considerar sobre forjados exteriores bajo rasante y en los empujes actuantes sobre las estructuras de contención.
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Propiedades de terrenos reales Tipo de terreno Arena suelta Arena densa Zahorra Arcilla muy blanda Arcilla blanda Arcilla semi-compacta Arcilla compacta Arcilla muy compacta Arcilla dura Turba
Índice de huecos e 0,76 0,47 0,30 1,67 1,55 0,90 0,87 0,74 0,61 14
Porosidad n (%) 43 32 22 60 55 45 43 40 33 82
Humedad natural w (%) 29 17 12 62 55 35 32 27 22 1650
Peso específico seco ɣd (kN/m3) 1,51 1,80 2,05 1,08 1,22 1,47 1,45 1,61 1,80 0,04
Peso específico aparent ɣap (kN/m3) 1,94 2,12 2,28 1,34 1,76 1,92 1,89 2,01 2,13 1,04
4.1.3. Densidad o compacid ad relativa: A continuación definiremos algunos parámetros interesantes referidos exclusivamente a suelos granulares Densidad máxima es la situación que alcanza una porción de suelo de peso determinado cuando ocupa el menor volumen posible. El valor de la densidad máxima dependerá de la granulometría y forma de los granos. En esta situación el índice de poros alcanza su valor mínimo (e min) Densidad mínima es la situación, inversa de la anterior, que alcanza una porción de suelo de un peso determinado cuando ocupa el mayor volumen posible. A la densidad mínima corresponde el índice de poros máximo (emax). El índice de densidad o densidad relativa caracteriza la compacidad de un suelo granular y viene dado por la expresión DR= 100. (emax - e) / (emax - emin) = 100. (ɣd,max / ɣd). [(ɣd- ɣd,min)/ (ɣd,max - ɣd,min)] Donde emax = Índice de huecos del suelo en su estado más suelto emin = Índice de huecos del suelo en su estado más denso e = Índice de huecos del suelo in situ Peso específico seco in situ ɣd = ɣd,max = Peso específico seco en el estado más denso (e min) ɣd,min = Peso específico seco en el estado más suelto (e max) Cuando, en estado natural, DR=0 su peso específico coincide con el valor de la densidad mínima y si D R=1 su peso específico coincide con el valor de la densidad máxima, se encuentra en la máxima compacidad (el número de contactos entre partículas es máximo). Densidad relativa (%) Denominación Si la densidad relativa es baja se dice que el suelo es “flojo 0-15 Muy suelto o suelto” y si su valor se acerca a 1 se dice que el suelo es 15-35 Suelto “denso”. 35-65 Medio En la tabla adjunta se indican las denominaciones de la 65-85 Denso compacidad de un suelo granular en función de su densidad relativa: 85-100 Muy denso Los valores altos de densidad relativa indican menor compresibilidad y mayor resistencia del terreno. Para la evaluación de los parámetros de estado se requiere la obtención de muestras inalteradas del suelo
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