mecánica de suelos (todo) - upn

7/24/2019 Mecánica de Suelos (Todo) - UPN

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CURSO:

MECANICA

DE SUELO

INGENIERIA CIVIL



Facultad de Ingeniería y Arquitectura

EL SUELO: SU ORIGEN Y FORMEL SUELO: SU ORIGEN Y FORM

Mecánica de suelos I




RocasSon agregados de diversos minerales, pero, en ocasione

formadas por un único mineral. Las rocas se pueden

diversas maneras y a distintas profundidades. Una vez for

se las encuentra por toda la superficie terrestre.

Mecánica de Suelos I




ROCAS IGNEAS, SEDIMENTARIAS Y METAMÓR

Las rocas se dividen en tres grandes grupos, según

formado: ígneas, formadas por la solidificación


,

acumulados en una zona concreta y metamórficas,

transformación de las ígneas y sedimentarias.




• Las rocas intrusivas o plutónicasSe forman a partir de un enfriamiento lento del magma

de la corteza terrestre. Las rocas se enfrian

permitiendo así el crecimiento de grandes cristales de m

ejemplo: granito y sienita.





• Las rocas extrusivas o volcánicas

Se forman por el enfriamiento rápido del magma y en la su

de ella, se forman al ascender el magma fundido desde la

llenando grietas próximas a la superficie, o al emerger ma

los volcanes. El enfriamiento y la solidificación posteriores s


basalto, riolita, traquita.

traquita




• Las rocas sedimentarias químicasSe forman por sedimentación química de materiales que

disolución durante su fase de transporte. En estos

sedimentación también puede influir la actividad de organis

cuyo caso se puede hablar de origen bioquímico u orgán


yeso, anhidrita y calizas.




Rocas metamórficasSon rocas ígneas y sedimentarias

que sufren un cambio o

transformación ocasionado por las

fuertes presiones y altas


temperaturas; el metamorfismo se

caracteriza por el desarrollo de

textura y/o minerales nuevos.

El metamorfismo puede ser de dosclases: por contacto y regional.

cuarcita




• El metamorfismo de contactose produce cuando un magma intruye una roca más frí

madre (la mas fría) se forma una zona de alterac

aureola de contacto. La aureola puede estar dividid

zonas metamórficas, ya que cerca del intrusivo s


minerales de altas temperaturas como el granate mient

lejos se formaran minerales de bajo grado como la clori




• El metamorfismo regional

Ocurre cuando grandes regiones de la corteza son comprim

deforman. Cuando los ríos acumulan sedimentos sobre las

sedimentarias por cientos de millones de años, la presión so

aumentando y la cuenca se hunde lentamente. Con el tiemp


metamorfismo.

gneis




• El metamorfismo regional

Otra forma de metamorfismo regional ocurre cuando las p

convergen. Una placa se sumerge bajo la otra hacia el

zonas de subducción se produce magma que asciende

provocando metamorfismo en grandes regiones de la co


.




Intemperismo de las rocas

Intemperismo o meteorización es la alteración de los m

expuestos al aire, la humedad y al efecto de la materia or

intemperismo mecánico o de desintegración, y

descomposición, pero ambos procesos, por regla genera


intemperismo toda vez que afectan la roca desde el punto d

que el agua y el calor favorecen las reacciones químicas que l




Intemperismo mecánico o físicoMencionado también como desintegración, es un proces

rocas se rompen en fragmentos más y más pequeños, co

la energía desarrollada por las fuerzas físicas. Por eje

agua se congela en una roca fracturada, la presión debida


del agua congelada puede desarrollar suficiente energ

fragmentos de la roca.




La meteorización física, se desarrolla fundamentalmente edesérticos y periglaciares. Los climas desérticos tie

diferencia térmica entre el día y la noche, y en los

periglaciares las temperaturas varían por encima y por deba

de fusión del hielo, con una periodicidad diaria o estacional.





Los cambios de temperatura rápidos y elevados, pued

intemperismo mecánico de la roca, como así también l

bosques o de maleza, generan calor suficiente par

calentamiento rápido y violento de la zona exterior de la

expansión, y si ésta es bastante grande, se despren


fragmentos más grandes de la roca.




El hielo es mucho más efectivo que el calor para producirmecánico. Esta expansión del agua, a medida que pasa del

al estado sólido, desarrolla presiones dirigidas hacia fue

paredes interiores de la roca. Tales presiones son lo s

grandes como para desprender fragmentos de la superficie d





Factores del intemperismo físico o mecánico

Son: insolación, gelivación, palpitación, exfoliación, acción

• La insolación

Fenómeno de expansión y contracción térmica del mater

de la tem eratura. Si la variación es súbita afectará la su


si es lenta, toda la masa. En el segundo caso aparecerían

material es heterogéneo, (minerales con diferentes

contracción y dilatación), pueda generar respuestas difer

de esfuerzos. La insolación es más eficiente en los

sequedad ambiental permite que durante el día el calo

calentar la humedad de la atmósfera y durante la noche

atmosférica de calor para que disminuya la temperatura




• Gelivación o acción de las heladas

Este factor es más eficiente que el anterior. Cuando el a

fracturas de las rocas para luego congelarse, aumenta su v

genera esfuerzos que fracturan el material. Con variacione

por arriba y abajo del punto de congelación y el nuevo abas

enetrando en el material a través de diaclasas oros el


forma semejante a una cuña.

• Palpitación. Es el movimiento del suelo causado por ma

hielo, cuando el agua de lluvia que ha penetrado al su

durante el invierno aumentando su volumen. El mecanismo

fusión del agua, conforme la temperatura fluctúa por arriba y

fusión, da el particular movimiento que conduce a la alteració




• ExfoliaciónEs una forma de meteorización que conduce, no a l

granular de la roca, sino a su descamación, pues se d

roca láminas o capas curvas. Se presentan dos product

los domos de exfoliación por despresurización de un ma


peñascos intemperizados esferoidalmente, por exfoliació

• Acción de las raíces

Las raíces que crecen en las grietas de las rocas genera

tracción. Se trata de un efecto de cuña asociado al engro

raíz que se desarrolla y progresa, colaborando en la dislo

materiales rocosos.




Intemperismo químico

Denominado descomposición, es un proceso más c

intemperismo mecánico. El intemperismo químico

transforma el material original en algo más diferente.

meteorización química denota cambios en las propiedad


,nuevos minerales que sean más estables en las

presiones relativamente bajas existentes en la superficie t

El tamaño de las partículas de rocas es un factor e

importante en el intemperismo químico, dado que las sus

reaccionar químicamente sólo cuando se ponen en con

otros. Cuanto más grande es la superficie de una

vulnerable resulta el ataque químico.




El clima también desempaña un papel en elintemperismo químico. La humedad,

particularmente cuando va acompañada de

calor, acelera la velocidad de intemperismo

químico; inversamente, la sequedad lo


retarda. Finalmente, las plantas y los

animales contribuyen directamente o

indirectamente al intemperismo químico,

puesto que sus procesos vitales producen

oxígeno, dióxido de carbono y ciertos

ácidos que entran en reacciones químicas

con los materiales de la tierra.




La meteorización química causa la disgregación de las roca

los minerales reaccionan con algunas sustancias pr

inmediaciones, principalmente disueltas en agua, para dar o

distintas composiciones químicas y más estables a las

exterior. En general los minerales son más susceptibles a e


formación a las del ambiente en la superficie de la tierra.




Factores del intemperismo químico

Los factores del intemperismo químico son: el intemperi

composición mineralógica original, la profundidad de los

variaciones de la temperatura y de la humedad.

El intemperismo mecánico


,garantiza mayor área de exposición de los materiales.

• La profundidad.

Porque los materiales de la superficie están más expuestos a

temperatura y la humedad y por consiguiente al aire y la mat

superficie existen organismos vivos que favorecen la alteració




La figura muestra l

planta formando arc

cargas eléctricas (-)

adherencia de iones


+ ; a or oc asa eniones de potasio (K+).

En la figura se ilustra un proceso, de interacción planta

intercambio de cationes, el potasio pasa a alimenta

intercambiándose por el hidrógeno, que pasa a oxidarse

ígnea, donde se forma la arcilla.




• La composición del mineral original

Este es un factor que alude a la génesis y tipo de roca,

ejemplo, entre los metales el hierro se oxida más rápida

silicatos, el cuarzo resiste más que los otros de la serie.


• La temperatura y la humedadSon dos factores climáticos que condicionan la velocida

las reacciones químicas; la humedad favorece la prod

carbónico, además de proveer otros ácidos de reacció

degradan por ciclos de humedecimiento y secado an

humedad y temperaturas fijas; la intensidad en la var

factores es el aspecto fundamental.




Es conveniente indicar la forma geométrica en que se rompe

pedazos, considerando únicamente las formas que

fragmentos rocosos.

• Las rocas compuestas de minerales de grano grueso,

generalmente grano a grano, dicha rotura se denomina


granular.

Desintegración granular




• La descamación es la formación de escamas u hojas cur

que se separan sucesivamente de la masa rocosa original

ésta a una forma esferoidal cada vez menor; el proceso re

meteorización física es la descompresión o sea, la disminu

de confinamiento a medida que la roca alcanza niveles m


rocas formadas a gran profundidad están sometidas a un

contracción debido a la alta presión sufrida

Descamación




• Al alcanzar la superficie, la roca se expande ligeramen

hojas se separan de la roca madre subyacente. En rocas

numerosas diaclasas producidas previamente por pre

contracción de un magma al enfriarse, da lugar a roturas

fragmentación en bloques


Fragmentación en bloques




• Por último, la fractura irregular es la desintegració

nuevas superficies de rotura masivas y duras, origin

angulares de agudos bordes y ángulos


Fragmentación irregular




La formación del suelo es un proceso en etapas en el qdividen en partículas menores mezclándose con mate

descomposición.


Según el proceso de formación, el suelo puede ser sedim

residual y de relleno artificial.




Sedimentario

En este tipo de suelo, las partículas se formaron en un lug

fueron transportadas y se depositaron en otro emplazamie

materiales rocosos son transportados por los agentes de

(agua corriente, hielo glaciar, olas y viento), y también son


influencia de la gravedad para acumularse en otros lugare




En la formación de los suelos sedimentarios se conside

proceso de: la formación del sedimento, el transporte y e

sedimentos.

a. Formación de sedimentos


meteorización física y química de las rocas de la super

general las partículas de limo, arena y grava se

meteorización física de la roca, mientras que las partícu

formadas por procesos de alteración química de las mism

de partículas arcillosas a partir de las rocas puede

combinación de elementos en disolución o por la descom

de otros minerales.




b. Transporte de los sedimentos

Los sedimentos pueden ser transportados por uno de los s

agua, aire, hielo, gravedad y organismos vivos. La forma d

los sedimentos principalmente de dos formas: a) modifica l

y la textura de las partículas por abrasión, desgaste, impa

roduce una clasificación o raduación de las artículas.


c. Depósito de los sedimentos

Después de que las partículas se han formado y se ha

depositan para formar el suelo sedimentario. La causa de e

agua es la reducción de la velocidad, cuando una corriente

lago, océano, o un gran volumen de agua, pierde la m

velocidad, disminuye así la fuerza de la corriente y

sedimentación.




Según sea el agente de transporte, los suelos sedimesubdividirse en las siguientes categorías:

• Aluviales o fluviales: son depositados por corrientes de a


• Glaciales: depositados por la acción de los glaciares.

• Eólicos: depositados por la acción del viento.

• Coluviales: depositados por la acción de la gravedad.




• Depósitos Aluviales

Los depósitos de suelo aluvial son generados por la acció

de agua y ríos. El tamaño de sus granos es de fino a m

forma es sub-redondeada.





Los ríos acarrean materiales de muy diversas

depositándolos a lo largo de su perfil, según varia la veloci

al ir disminuyendo esta, la capacidad de acarreo de la co

menor depositándose los materiales más gruesos. De es

transporta y deposita suelos según sus tamaños


próximos a su desembocadura. Otra característica impor

depositan en capas de espesores pequeños.




• Suelos glaciares

Son suelos transportados por el hielo y el agua. Los de

están formados por suelos heterogéneos que van desde g

hasta materiales muy finamente granulados a causa

presiones desarrolladas y de la abrasión producida por e


las masas de hielo. Las partículas presentan formas su

redondeadas, la permeabilidad y porosidad es alta.




Los fragmentos rocosos desprendidos como consecuencia

abrasión se llaman tills. Tienen diferentes tamaños y so

englobados por la masa de hielo del glaciar. Cuand

acumulaciones de tills, se denominan morrenas.

Un glaciar también puede depositar los llamados bloques e


enormes fragmentos rocosos de características diferentes ael que se asientan y que fueron transportados por el empuje

largo de varios kilómetros.

S




• Depósitos Eólicos de Suelos

El viento también es un agente importante de transporte

formación de depósitos de suelos. Cuando grandes ár

encuentran expuestas, el viento puede desplazarlas y r

algún otro lugar. Se forma un depósito compacto de are


expuesto al viento y un depósito suelto sobre el lado opue




Las propiedades típicas de las dunas de arena son:

• La granulometría de la arena en una localid

sorprendentemente uniforme, lo cual puede ser atr

distribuidora del viento.


• El tamaño general del grano decrece con la distanc

debido a , que el viento arrastra a las partículas pequeñ

las grandes.




El loess es un depósito eólico que consiste en partículade tamaño de limo. La granulometría del loess es basta

cohesión se deriva generalmente de un recubrimiento a

partículas de tamaño de limo, lo que contribuye a genera

estable de suelo en un estado no saturado. La cohesió


ser el resultado de la precipitación de productos químico

agua de lluvia. El loess es un suelo colapsable, porque c

pierde su resistencia adherente entre las partículas del sue

especiales deben tomarse al construir cimentaciones so

loess.




• Suelos coluviales

Son suelos transportados por la gravedad. Sus carac

granulometría heterogénea: el tamaño de sus granos es

grueso, la forma de sus granos es angulosa, la forma

completamente irregular, no sufre desgaste por transport


La combinación del escurrimiento de aguas en las l

colinas y montes y de las fuerzas del campo gravitato

depósitos de talud, en las faldas de las elevaciones, e

suelen ser heterogéneos, sueltos y predominantemente

materiales gruesos.





F lt d d I i í A it t




Suelos residuales (desarrollados in situ)Los suelos residuales se originan cuando los p

meteorización de las rocas no son transportados como

que se acumulan en el sitio en que se van formando. S

descom osición de la roca su era a la de arrastre de


la descomposición se produce una acumulación de sue





Los factores que influyen en la

velocidad de alteración de la

naturaleza de los productos de

la meteorización son:

• El clima (temperatura y


lluvia),• La naturaleza de la roca

original

• El drenaje y la actividad

bacteriana.





a) la zona superior, en la que existe un elevado

grado de meteorización, pero también cierto

arrastre de materiales, generalmente existe

material arcilloso o de arcillo limoso

b) la zona intermedia en cuya parte superior


ex s e una c er a me eor zac n, pero am n

cierto grado de deposición hacia la parte

inferior de la misma, el suelo es limoso y/o

arenoso.

c) la zona parcialmente meteorizada que sirve

de transición del suelo residual a la roca

original inalterada

La te

factore

desar

import

residu

partes





Depósitos artificiales

Los suelos sedimentarios y los residuales son suelos fo

naturaleza. Un depósito hecho por el hombre se denom

relleno. El terraplén constituye realmente un depósito sed

que el hombre realiza todos los procesos de formación





g y q

El suelo se extrae, por excavación o voladura de unyacimiento cuyo material cumple con las especific

establecidas.





g y q

se transporta mediante un vehículo que puede ser un por medio de barcazas o tuberías y se deposita e

predeterminado.





El material puede dejarse tal como cae, o puede aco

compactarse, para alcanzar las características

deseadas.





SUELO Y ROCA

Suelo

Sedimentos u otras acumulaciones

de partículas sólidas producidas por

Según ASTM (American Society for Testing Materials)


la desintegración física y química de

las rocas, con o sin materia orgánica.

Roca

Materia sólida mineral que se

presenta en grandes masas o

fragmentos.




Según Terzaghi

Suelo

Es todo agregado natural de partículas

minerales separables por medios

mecánicos de poca intensidad, como la


agitación en agua.

Roca

Es un agregado de minerales unidos por

fuerzas cohesivas, poderosas y

permanentes .




Suelo

Es el material terroso compuesto de distintas partículas

arenas y mezclas arcillosas y/o limosas, con gases

ocupan los espacios vacíos entre las partículas sólida

considera al suelo como un sistema multifase. El ag


suelo es parte integral del mismo porque juega un pape

su comportamiento mecánico.




Suelo

Desde el punto de vista de la ingeniería,

suelo es el terreno de fundación donde

se construye las cimentaciones de las

estructuras, también es el material de


construcción para diversas obras civilesejemplo pavimentos, presas de tierra, por

esta razón el estudio de las de las

propiedades físicas, hidráulicas y

mecánicas del suelo es de importancia

fundamental, las cuales se determinan con

ensayos realizados en laboratorio.




Suelo como terreno de fundación

El problema consiste en proyectar la cimentación de un

estribo de puente, de un muro de retención, etc. de f

y económica, teniendo en cuenta la naturaleza del

manera que se consiga seguridad suficiente con de


asentamientos compatibles con las tolerancias de la eso Condiciones de cimentación

Una vez conocida la naturaleza y propiedades d

elige la solución de cimentación más adecuada

teorías de la Mecánica del Suelo y la experiencia te




Se define el tipo de cimentación, el nivel de apoyo (

cimentación), las presiones de trabajo y los asentamien

asociados con las mismas.





El suelo como material de construcción

El suelo es el material de construcción más abundante

muchas zonas constituye, de hecho, el único ma

localmente.

Cuando el ingeniero emplea el suelo


como material de construcción debe

seleccionar el tipo adecuado de

suelo, así como el método de

colocación y, luego, controlar su

colocación en obra, porque el suelo

como material de construcción debe

cumplir especificaciones técnicas.




La construcción de presas de tierra y vías terrestres im

suelos, pero un uso selectivo, juicioso y en lo posible científi





ESTRUCTURA DE LOS SUELOS





Estructura del suelo.

Es la forma de agregación natural de las partículas del sue

unidades de mayor tamaño con carácter más persistente.

se denominan agregados. Su formación se debe a la prese

eléctricas en la superficie de las arcillas, lo que da c


interacciones físico-químicas con los demás componentes

La estructura de los suelos condiciona diversas propied

como por ejemplo: porosidad, permeabilidad, etc. La

encuentra siempre cambiante, bajo la influencia de las fue

y del movimiento del agua originada por la lluvia, la e

congelación, la descongelación.




La estructura del suelo es un estado y no una propiedad,

está seco se agrieta y se manifiesta la estructura, pero si

suelo se vuelve masivo, sin grietas y la estructura no

Debido que este estado varía según el contenido de humed

grado de estructura debe determinarse cuando el


exageradamente húmedo o seco.

En el suelo se presenta microestructrua y macroestructura

• Microestructura: es el arreglo de las partículas primaria

arcilla) para formar las secundarias.

• Macroestructura: se ve a simple vista y es el arreglo de

secundarias y primarias.




Estructura primaria, microestructura o textura

Es la disposición y estado de agregación de las par

suelo en su estado natural, depende del am

meteorización en los suelos residuales, o del am

de osición en los suelos trans ortados. Esta es la fábr


que hereda el suelo.


La estructura primaria puede ser:



La estructura primaria puede ser:





Estructura secundaria o macroestructura

La estructura continua es frecuentemente alterada por

locales para producir la macroestructrura que lo

aspectos estructurales a mayor escala. Cuando la

individuales se a ru an toman el as ecto de artícula


se denominan agregados.

La estructura del suelo se define por la forma en que se

partículas individuales de arena, limo y arcilla.


• Estructura laminar



Estructura laminar

se compone de partículas de suelo agregadas en láminque se acumulan horizontalmente una sobre otra.

Los agregados tienen forma aplanada, con predominio


horizontal. A menudo las láminas se traslapan, l

notablemente la circulación del agua y del aire.


• Estructuras en bloques angulares o bloques subangula



Estructuras en bloques angulares o bloques subangula

Son partículas de suelo que se agrupan en bloques caangulares con los bordes más o menos pronunciado

relativamente grandes indican que el suelo resiste e

movimiento del agua. Los agregados tienen forma


predominio de ninguna dimensión.





Estructura angular Estructura subang


• Estructuras prismáticas y columnares



Son partículas de suelo que han formado columnas o pseparados por fisuras verticales diminutas, pero definidas

con mayor dificultad y el drenaje es deficiente.

- Prismática. Los agregados tienen forma de prisma, de


. .

- Columnar. Semejante a la estructura prismática, p

redondeada.





Estructura prismática Estructura co



Sin estructuraCondición en la que no existen agregados visibles o

ordenamiento natural de líneas de debilidad, tales como:

•


aparece cementado en una gran masa (masivos endure

La cementación puede considerarse una forma de

partículas de diferentes tamaños están unidas

cementante, por lo general un carbonato.


( i h i ) d d l



• Estructura de grano simple

(sin coherencia) donde l

individuales del suelo no muestran tendencia a agrupa

arena pura o partículas sueltas pulverulentas de suelo



Arcilla



No es un mineral sino un agregado de minerales y

coloidales que se han formado mediante la descomposici

rocas.


Las arcillas están constituidas básicamente por silica

hidratados, presentándose además en algunas ocasion

magnesio, hierro u otros metales, también hidratados.

tienen casi siempre, una estructura cristalina definida

disponen en láminas. Existen dos variedades de tales lám

la alumínica.


• Lámina silícica está formada por un átomo de silic



Lámina silícica está formada por un átomo de silic

cuatro de oxígeno, disponiéndose el conjunto en forma d



Estos tetraedros se agrupan en unidades hexagonales, s



de oxígeno de nexo entre cada dos tetraedros. Las unidrepitiéndose indefinidamente constituyen una retícula lam



• Láminas alumínicas están formadas por partícula



dispuestos con un átomo de aluminio al centro y s

alrededor. También ahora es el oxigeno el nexo e

octaedros vecinos para constituir la retícula



De acuerdo con su estructura reticular, los minerales de a



en tres grandes grupos: caolinitas, montmorilonitas e ilitas.

• Caolinitas

Están formadas por una lámina

silícica y otra alumínica, que se


superponen indefinidamente. La

unión entre todas las retículas es lo

suficientemente firme para no

permitir la penetración de

moléculas de agua entre ellas

(adsorción).


En consecuencia las arcillas



caoliníticas serán relativamente

estables en presencia del agua. Son

de color blanco.


Estas arcillas son de color blancomoderadamente plásticas, de mayor

permeabilidad y mayor fricción

interna. En la “Carta de Plasticidad”

las caolinitas están bajo la línea A,

están ubicadas como limos.




• Montmorillonitas o bentonitas



Están formadas por una láminaalumínica entre dos silícicas,

superponiéndose

indefinidamente. En este caso


la unión entre las retículas del

mineral es débil, por lo que las

moléculas de agua pueden

introducirse en la estructura con

relativa facilidad, a causa de las

fuerzas eléctricas generadaspor su naturaleza dipolar.


Lo anterior produce un incremento en el



volumen de los cristales lo que se traducemacro físicamente en una expansión. Las

arcillas montmorillonitas, especialmente en

presencia del agua presentarán fuerte


tendencia a la inestabilidad. Las bentonitas son

arcillas del grupo montmorillonitas, originadas

por la descomposición química de las cenizas

volcánicas y presentan la expansividad típica

del grupo en forma particularmente aguda, lo

que las hace sumamente críticas en sucomportamiento mecánico.


Además de ser expansiva, la montmorillonita es mu



contrae al secarse, mejorando su resistencia impermeable.

Estas arcillas aparecen desdichadamente, con frec


trabajos de campo, para cimentación de con

montmorillonita es uno de los terrenos en los que se de

precauciones debido a su carácter expansivo.

por otra parte, en ocasiones ayudan al ingeniero en l

ciertos problemas prácticos como el uso en los poztierra. Son de color pardo o gris


• Ilitas

P l l tá t t d ál



Por lo general están estructuradas análogamenmontmorillonitas, pero su constitución interna manifies

formar grumos del material, que reduce el área expues

unidad de volumen, por ello, su expansividad es meno


montmorillonitas y en general, las arcillas ilitas,

mecánicamente en forma más favorable para el ingeniero

El coeficiente de fricción interno y la permeabilidad son m

la caolinita y mayores que en la montmorillonita.


Arcillas caolinitas, montmorillonitas e ilitas



Los constituyentes químicos esenciales de los minerales

no solo en cantidad sino también en el modo en que

presentan en los diferentes minerales.


Los minerales arcillosos más importantes se encuentranlas caolinitas y de las montmorilinitas. Las arcillas e

sedimentos arcillosos son el resultado de la meteoriza

ígneas y metamórficas.


En condiciones de escasa precipitación el magnesio

ígneas máficas permanecen en la zona de meteorizaci



ígneas máficas permanecen en la zona de meteorizaciproducida es la montmorillonita.

Si la precipitación es considerable, se efectúa u


completa de la roca, el magnesio es separado y el p

meteorización es la caolinita.

A partir de una roca ígneas ácida se origina

montmorillonita en condición de meteorización con t

retención de potasio y magnesio, pero se formaríaprevalecer una lixiviación excesiva.


Propiedades de las arcillas

C i i



Consistencia

Se define como su resistencia al esfuerzo cortante; es la

presenta la masa de suelo a que se le deforme.


Sensibilidad o susceptibilidad de una arcilla

Es la propiedad por la cual, al perder el suelo su estr

cambia su resistencia, haciéndose menor, y su c

aumenta.


Actividad (A)

Propiedad plástica de los suelos que resulta del agua



Propiedad plástica de los suelos que resulta del agua rodea a las partículas de arcilla, el tipo de minerales a

cantidades proporcionales en un suelo afectarán los lí

plástico. La actividad se usa como índice para identificar


expansión de los suelos arcillosos.

Tixotropía.

Fenómeno consistente en la pérdida de resistencia

cuando es amasada, y en la posterior recuperación de di

después de un cierto tiempo de reposo. Este fenómintenso en las proximidades del LL y casi nulo en el LP.


Estructura del suelo

También se refiere a la forma en la que



También se refiere a la forma en la queel suelo está compuesto y al modo en

que se encuentran dispuestas sus

diversas partes. El suelo en su


evolución natural origina una

estructura vertical, conocida como

perfil. En la estructura del suelo se

pueden observar diferentes capas que

es producto de su movimiento interno

y del transporte vertical, estas capasson conocidas como estratos.





• Plasticidad, variación de consistencia del agregado e

contenido en agua.





Los parámetros de estado

Fundamentales son la humedad y la densidad.• Contenido de humedad cantidad de agua en la ma



• Contenido de humedad, cantidad de agua en la ma

• Densidad, referida al grado de compacidad que mue

partículas constituyentes.



Parámetros geomecánicos

El comportamiento geomecánico del suelo está en funci

de los parámetros de identificación y de los parámetros



de os pa á et os de de t cac ó y de os pa á et os

definiéndose así un segundo orden de parámetros tales

resistencia al esfuerzo cortante, la deformabilidad, la pe





Cuando se realiza un análisis físico de una muestra de sdentro de ella variados tamaños de grano que se enma



dentro de ella variados tamaños de grano que se enma

rangos específicos definidos por diversas entidades o agru


Para clasificar a los constituyentes del suelo según

partícula se han establecido muchas clasificaciones g

Básicamente todas aceptan los términos de grava, aren

pero difieren en los valores de los límites establecidos p

clase.




Grava

son fragmentos grandes de roca,



fácilmente identificables a simple

vista.


Arena

Están compuestas por partículas

de un tamaño considerable,

tienen un mayor espacio entre

partículas, el agua drena muyrápidamente a través de ella.




Arcilla

Las arcillas son principalmente partículassubmicroscópicas en forma de escamas que



p q

desarrollan propiedades de plasticidad

cuando se mezclan con agua. La arcilla


tiene la habilidad de retener el agua, se

caracteriza por un pobre drenaje y aireación.

La arcilla húmeda es difícil de trabajar,

mientras que cuando está seca es muy dura.

Las partículas se clasifican como arcilla con

base en su tamaño de grano y no contienenecesariamente minerales arcillosos.


Determinación del tamaño de las partículas

Las partículas no están sueltas sino que forman agregadlo tanto necesario destruir la agregación para separar



o ta to ecesa o dest u a ag egac ó pa a sepa a

individuales y poder determinar las diferentes tamaños qu





Forma de las partículas del suelo

La forma de las partículas tiene tanta importancia comoque respecta al comportamiento del suelo, sin embargo



pues es difícil medirla y describirla cuantitativamente.

granos puede ser de tres clases: redondeados, laminare


aciculares

Forma redondeada

Cuando el largo, el ancho y el espesor de una partíc

orden de magnitud, se forman por la desintegración

rocas, rara vez son más finos que 0.001 mm d

características significativas de estos granos son: l

angulosidad.




Las partículas pequeñas de arena cuando están cerca de s

tienden a ser muy angulosas, mientras que las gravas del m

entre sub redondeas y redondeadas

Las arenas del mar son entre subangulares y redondeadas



g y

son transportas por el viento y se depositan en médanos so


Forma laminar o escamosa

Son finas pero no necesariamente alargadas, parecen hoja

cuanto a sus dimensiones relativas. Pueden resistir los des

Forma acicular

Son partículas demasiado alargadas, son elásticas y se rombajo los efectos de la carga.




• Estado líquido el suelo tiene las propiedades y aparie

suspensión.

Estado Semilíquido el s elo presenta las propiedade



• Estado Semilíquido el suelo presenta las propiedade

viscoso.


• Estado Plástico el suelo se comporta plásticamente.

• Estado semi sólido el suelo tiene la apariencia de un só

disminuye de volumen al estar sujeto a secado.

• Estado sólido el volumen del suelo no varia con el secad


Los estados de consistencia están separados por los ll

de consistencia, los cuales son propiedades índices de

que se definen la plasticidad y se utilizan en la

clasificación de un suelo.





Plasticidad de los suelos

La plasticidad es un fenómeno inherente a los suelos definas, limos y arcillas. En la periferia de las partículas



fenómeno eléctrico superficial, ya que ésta posee carg

tanto atrae los iones ositivos del a ua. Debido a


electrostáticas, el fenómeno produce una interacción de la

lo que tienden a permanecer y moverse unidas. La plas

una consecuencia directa se estos fenómenos.




El ingeniero que proyecta una cimentación sobre el suelo

expansivo necesita un dato importante: el valor de

expansión del suelo, determinado en laboratorio medi

edométrico




levantadas o movidas por el suelo arcilloso expansivo, loen las vigas de cimentación.


Propiedades ingenieriles de los componentes del suelo

La arenas y las materias orgánicas presentan buena perestado seco o húmedo. Las arcillas no, sobre todo

montmorillonita.





La estabilidad volumétrica de arenas, limos, es buena, mie

arcillas no, y en particular la de la montmorillonita que es m

La plasticidad y cohesión son muy altas en la montmorillon



en los limos.





La caolinita no es expansiva, es de baja plasticidad y baja co

que la illita y más aún la montmorillonita, son expansivas, de p

e impermeables. En ambas como en la clorita, hay que consid

D b l bl i i il



Deben tenerse en cuenta suelos con problemas ingenieriles


expansivos, colapsables, desleibles y dispersivos. En el

puede haber sustancias activas y reactivas, y factores que provocándole daños de composición, químicos y mecáni

componentes constitutivos.


La materia orgánica es de alta permeabilidad, difícilmen

rápidamente degradable por oxidación. No sirve cofundación y debe evitarse en la base de los rellenos

licuación de una arena aumenta cuando el material es fin



existir un ambiente saturado y amenaza sísmica con eve


energía.


PROPIEDADES FÍSICAS DEL SUELO




• Contenido de humedad: W (%)

Esta propiedad física del suelo es de gran utilidad en la c

se obtiene de una manera sencilla, pues el comportamien

de los sueles en la construcción están regidos, por la can

contienen El contenido de humedad de un suelo se d



contienen. El contenido de humedad de un suelo se d


relación que existe entre el peso del agua ( Ww) contenid

el peso de su fase sólida (Ws). Se expresa en porcentaje

W(%) = Ww * 100Ws

El proceso de la obtención del contenido de humedad de un

hace en laboratorios


Ensayo de contenido de humedad

Material

muestra alterada extraída del estrato en estudio




Equipo

• Balanza con aproximación de 0.01 gr.

• Estufa

• Taras




• Densidad natural (Dh)

El poder determinar la densidad que posee un suelo en est

terraplén, ha sido siempre un gran reto para los investigado

suelos. Se realiza esta determinación para determin

gravimétricas y volumétricas de un suelo en estado natura




el grado de compactación en rellenos compactados artificial

La densidad del suelo es el peso del suelo (Wmh) correspovolumen determinado (Vmh)

Dh = Wmh

Vmh

Para determinar la densidad existe dos métodos, cada uno

acuerdo al tipo de material




Procedimiento

• Determinar el peso (Wc), el diámetro ( y la altura (h)

muestreador cilíndrico.

• Extraer la muestra inalterada del estrato en estudio, con




cilíndrico, enrazar con la espátula y pesar ( Wm + c)

• Determinar el peso de la muestra inalterada Wm = (Wm• Determinar el volumen del molde cilíndrico (Vc), el cual

de la muestra (Vm)





Procedimiento

a. primera parte: determinación de la densidad aparent

de reemplazo

• Obtener arena gruesa comprendida entre las mallas N

• Determinar el peso ( Wc) y el volumen ( Vc) del cilindr

Colocar sobre el cilindro la placa de base y el cilindro c




• Colocar sobre el cilindro la placa de base y el cilindro c

dejar pasar la arena hasta que se llene el cilindro

• Enrasar el cilindro con y pesar ( War + c)

• Determinar el peso de la arena que ingresó al cilindro

War = (War+c) – Wc

• Determinar la densidad de la arena Dar = War

Vc






Densidad de arena

Peso recip. cil (gr) 2088.00

Peso recip. Cil + arena (gr) 3750.00

Altura recip. Cil (cm) 14.60




Diámetro recip. cil (cm) 10.40

Volumen recip.cil (cm3)

Peso de arena (gr)

Dar (gr/cm3)




Peso de arena en el cono

Peso cil con cono+ arena i (gr) 9

Peso cil con cono + arena f (gr) 8





Peso arena en el cono (gr)




Peso de arena en el cono

Peso cil con cono+ arena i (gr) 9875


Peso arena en el cono (gr)




• Peso específico de la masa del suelo (densidad natural)

Es la relación entre el peso total y el volumen total de la mu

γ m = WmVm

• Peso específico seco: γ γγ γ d

s a re ac n en re e peso e as par cu as m nera es seca

total de la muestra de suelo




total de la muestra de suelo

γ m = Ws

Vm

Peso específico de sólidos: γ γγ γ s

Es la relación entre el peso y el volumen de las partículas m

γ s= Ws

Vs


Peso específico de sólidos: γ γγ γ s

Para determinar el peso específico de sólidos de un s

procedimientos para suelos que se componen de partículas m

y para los que se componen de partículas mayores a 4.75 m

separado. El resultado será el promedio ponderado de ambas

γs: peso específico pond




% gruesos: porcentaje de

% finos: porcentaje de la

γs gruesos: peso específ

gruesa

γs finos: peso específico


Ensayo: peso específico de grava gruesa o piedra

material

• Muestra de piedra seca

• Agua

equipo

• Balanza hidrostática




Balanza hidrostática

procedimiento

• Determinar el peso de la piedra en el aire para lo cual m

se cuelga la piedra en la palanca de la balanza y pesar


• Determinar el peso específico

Determinar el peso de la piedra sumergida para lo cual s

recipiente con agua sobre el soporte respectivo de la bala

colgante se sumerge en el agua Wsumer





Peso específico de grava

CalicataC23

EstratoE4

Peso muestra en el aire (gr)380.4




Peso muestra sumergida (gr) 232.7

γ s (gr/cm3)




Ensayo: peso específico del material fino

Material

• Muestra seca menor que la malla N°4

•




Equipo• Balanza con aproximación de 0.01 gr

• Fiola de 500 ml.

• Bomba de vacíos




• Porosidad: hhhh

La porosidad es la medición del volumen de los po

suelo. Es la combinación de aire y agua, o sea la relacentre el volumen de vacíos y el volumen total de una m

expresado en porcentaje. En otras palabras es la med

uecos oman o en como un a e comparac n e vo

muestra. Mientras mas poroso en el suelo, su por

t áti t i l t t d h




matemáticamente, si es completamente denso no hay

ende no hay vacíos, pero prácticamente esto no oc

porosidad de los suelos esta regularmente en un rang

noventa y cinco por ciento.




Estudio de suelos

Calicatas Las calicatas permiten la

del suelo que se desea

tanto, es el método de

normalmente presenta la

confiable y completa. En

la calicata es el único me




que puede proporcio

confiable, y es un medio

exploración y muestreo

fundación y materiales de

costo relativamente bajo.





Se dejarán plataformas o escalones de 0,30 a 0,40 met

estrato, reduciéndose la excavación. Esto permite una

efectuar la determinación de la densidad del terreno. Se

menos una de las paredes lo menos remoldeada y contam

En cada calicata se deberá realizar una descripción vis




En cada calicata se deberá realizar una descripción vis

estratigrafía comprometida.






A cada calicata se le deberá realizar un registro adecuad

a formar parte del informe respectivo. La descripción visu

diferentes estratos se presentará en el formato y deberá

como mínimo, toda la información que allí se solicita.




Descripción de los suelos

Está basada en examen visual y ensayos manual

contener refinamientos que sólo pueden determinarse

laboratorio, aunque éstos sean contradictorios. Ocas

presentado es más confuso que esclarecedor; sin em

errar por el lado del exceso de detalles, que pueden se




presentar descripciones incompletas.


- Tamaño: se describirá si son suelos granulares o sue

fracción gruesa comprende los tamaños de gravas y

fracción fina los limos y arcillas. En esta estimación s

partículas gruesas mayores a 80 mm (3");

- Color: Se debe indicar el color predominante.





- Humedad: se registrará la humedad indicando si el

húmedo, húmedo, seco, muy seco.

- Cementación: Algunos suelos muestran definida

cementación en estado inalterado. Esto debe destaca

grado de cementación, descrito como débil o fuerte.

- Densificación: La compacidad o densidad relativa




p

cohesión puede ser descrita como suelta o densa,


Estas descripciones visuales deberán contener como

siguientes antecedentes:

- Identificación de la calicata mediante un número, es

ubicación con respecto al kilometraje del eje o sus

nombre las laboratorista y fecha de la inspección.

- Profundidad total.





- Profundidad de la napa de agua, referida al nivel del te

fecha de observación.

- Profundidad de los diferentes estratos por describir, re

del terreno natural.





- Descripción del suelo empleando la según se trate de s

finos, respectivamente.

- Cantidad y tipo de las muestras tomadas en la calicata.

- Observaciones y otras características relevantes.

Desde las paredes y piso de las calicatas se deben obten

que serán llevadas a laboratorio.




Todas las muestras que se obtengan deberán ser

identificadas, incluyendo por lo menos los siguientes tópico

de la calicata; profundidad a la que fue tomada; nombre de

la tomo y fecha de obtención.


Se distinguen dos tipos de muestras que se pueden obtener:

- Muestra perturbadas. Se obtienen en general de las pared

Estas muestras deben guardarse en bolsas impermeables y

adecuada. Cada bolsa debe identificarse clara e indeleblem

cualquier otra herramienta de mano conveniente y se coloc

tratar de mantener al suelo en forma inalterada, estas mues

· Análisis granulométrico




Análisis granulométrico.

· Ensayos de plasticidad.

· Ensayos de compactación – humedad óptima.

· Ensayos de compactación CBR en laboratorio.




- Muestra sin perturbar. Este tipo de muestra se recorta

de los pozos. Después de cortadas deben revestirse co

parafina sólida aplicada con brocha.

Una vez dado el tratamiento anterior, debe colocarse

madera con aserrín u otro producto que actúe como am

golpes.




No deben escatimarse esfuerzos en el embalaje ade

muestras, ya que el grado de perturbación que se le o

muestra no perturbada es irrecuperable y lleva a resultadolas calicatas, es posible realizar ensayes en sitio tales co

de carga con placas, CBR, permeabilidades, medidas de de

Cada vez que sea necesario realizar un ensayo en sitio en

excavación deberá realizarse considerando este hecho, dad

de prueba obliga a tomar medidas especiales que determin




de prueba obliga a tomar medidas especiales que determin

excavación. Es así como la toma de densidades obliga a

medida que la excavación se realiza, o bien es necesari

intermedios.




Número, tipo y profundidad de los sondeos

El número, tipo y profundidad de los sondeos que deban

programa de exploración de suelos depende fundamentde subsuelo y de la importancia de la obra. En ocasione

estudios anteriores cercanos al lugar, que permite tener u

aproximada de las condiciones del subsuelo y este cono

fijar el programa de exploración con mayor seguridad

veces, ese conocimiento apriorístico indispensable sobre

predominantes en el subsuelo ha de ser adquirido con los




predominantes en el subsuelo ha de ser adquirido con los

preliminar.




En general, los puntos básicos que la mecánica de suelos d

caso dado se refieren a la posibilidad y cálculo de ase

determinaciones de resistencia de los suelos.

Para fines de cimentación, ha sido frecuente la recomenda

explorar una profundidad comprendida entre 1,5B y 3B, sien

la estructura por cimentar.

Generalmente es suficiente detener la exploración al llegar a

ésta aparece en la profundidad estudiada; sin embargo, en c

se hará necesario continuar el sondeo dentro de la ro




rotatorios; por ejemplo, en cimentaciones de presas sería n

que la roca no presente condiciones peligrosas desde el p

infiltraciones de agua.


• Programa de investigación

- Clase de estructura de las edificaciones

Clase de estructura Distancia

mayor entre

apoyos (m)

N° de pisos incluidos los sótanos

≤ 3 4 a 8 9 a 12

Aporticada de acero < 12 C C C

Pórticos y/o muros de concreto < 10 C C B

Muros portantes de albañilería <12 B A -

Bases de máquinas y similares Cualquiera A - -

Estructuras especiales Cualquiera A A A




Otras estructuras Cualquiera B A A

*cuando la distancia sobre pasa la indicada, se clasificará en el tipo de edificación in

Tanques elevados y similares ≤ 9 m de altura >9 m de altura

B




• Número de puntos de investigación

Tipo de edificación N° de puntos de investigación

A 1 cada 225 m2

B 1 cada 450 m2

C 1 cada850 m2

Urbanizaciones para vivienda 3 por cada ha de terreno habili




unifamiliares de hasta 3 pisos




- Edificación con sótanoP = h + Df + z

Z: 1.5 B, siendo B elancho de cimentaciónprevista de mayor área

En ningún caso p será

menor de 3 metros,excepto si se encontrararoca antes de alcanzar la




profundidad p


Df: En una edificación sin sótano, es la distancia ver

superficie del terreno hasta el fondo de la cim

edificaciones con sótano, es la distancia vertical

de piso terminado del sótano y el fondo de ciment

h: distancia vertical entre el nivel de piso terminado d

superficie del terreno natural





Cimentación profunda

La profundidad mínima de investigación, corresp

longitud del elemento que transmite la carga

profundidades (pilote, pilar, etc) más la profundidad z

P = h + Df + z





Df: En una edificación sin sótano,

es la distancia vertical desde la

superficie del terreno hasta el

extremo de la cimentación

, , .

edificaciones con sótano, es la

distancia vertical entre el nivel

de piso terminado del sótano y

el extremo de la cimentación




profunda.


h: distancia vertical entre el nivel de

piso terminado del sótano y la

superficie del terreno natural

Z = 6.00 m en el 80 % de los

sondeos

Z =1.5 B, en el 20 % de los

sondeos, siendo B el ancho de

i t ió d li it d l




cimentación delimitada por los

puntos de todos los pilotes o

las bases de todos los pilares.


• Tipos de muestras

Tipo de muestra Norma aplicable Formas de

obtener y

transportar

Estado de la

muestra

Carac

Muestra inalterada

en bloque (Mib)

NTP 339. 151 (ASTM

D4220) Prácticasnormalizadas para la

preservación y transportes

de suelos

Bloques Inalterada Deben

propidel su

mome

solam

rocasMuestra inalterada NTP 33 . 16 ASTM Tubos de ared Inalterada

finos

para p

en tubo de pared

delgada (Mit)

D1587) Muestreo

geotécnico de suelos con

tubo de pared delgada

delgada

Muestra alterada enbolsa de plástico

(Mab)

NTP 339. 151(ASTMD4220) Prácticas

normalizadas para la


de suelos

Con bolsas deplástico

Alterada Debegranu

estado

mues




de suelos

Muestra alterada

para humedad en

lata sellada (Mah)

NTP 339. 151(ASTM

D4220) Prácticas

normalizadas para la


de suelos

En lata sellada Alterada Debe

conte


• Ensayos de laboratorio

Ensayo Norma aplicada

Contenido de humedad NTP 339.127 (ASTM

Análisis granulométrico NTP 339.128 (ASTMLímite líquido y límite plástico NTP 339.129 (ASTM

Peso específico relativo de sólidos NTP 339.131 (ASTM

Clasificación SUCS NTP 339.134 (ASTM

Densidad relativa NTP 339.137 (ASTM

Peso volumétrico de suelo cohesivo NTP 339.139 (BS 13

Limite de contracción NTP 339.140 (ASTM

Ensayo de compactación proctor modificado NTP 339.141 (ASTMConsolidación unidimensional NTP 339.154 (ASTM

Compresión triaxial no consolidado no drenado NTP 339.164 (ASTM




Compresión triaxial consolidado no drenado NTP 339.166 (ASTM

Compresión no confinada NTP 339.167 (ASTM

Corte directo NTP 339.171 (ASTM




Suelo parcialmente saturado

Presenta tres fases: sólida, líquida y gaseosa





Suelo parcialmente saturado presenta tres fases





La fase sólida

Los minerales constituyen la base del armazón sólido

suelo. La fase sólida representa la fase mas estable del

es la más representativa y la más ampliamente estudia

mu hetero énea formada or constitu entes inor ánico

Se forma por la meterorización de la roca debido a di

exógenos





La fase líquida

Se caracteriza por su variabilidad en el espacio y por el tiem

cualitativo como cuantitativo. Esta variabilidad esta con

propiedades específicas de esa fase líquida, por las cara

es acios en ue se encuentra or las ro iedades d

sustenta.

La dinámica general del agua en el suelo, está relacionada

lo que se refiere a los aportes, como son las fuentes, la lluv

y en lo que se refiere a las pérdidas como son la e




y en lo que se refiere a las pérdidas, como son la e

alimentación de las aguas subterráneas (acuíferos y corrien


La fase líquida circula a través del espacio poroso, quedan

los poros del suelo; está en constante competencia con la f

La fase gaseosa

Formado por el aire que ocupa los espacios que la fase liqu

en la porosidad de suelo.

Esta fase no se presenta en suelos saturados, ni sumergid





Relación de pesos y volúmenes en suelos parcialmente

Volúmenes





En el modelo de fases, se separan volúmenes (V) y pesos

Volúmenes

• Volumen total Vt

,

• Volumen de aire Va

• Volumen de agua Vw.

• Volumen de vacíos Vv

( Vv = Vw + Va )

Vt Vs + Va + Vw




Vt = Vs + Va + Vw


Pesos

• Peso total Wt

• Peso de sólidos Ws

• Peso del aire Wa = 0

• Peso del agua Ww

Wt = Ws + Ww




• Peso de la fase sólida: Ws

Se determina de dos maneras

- Forma directa

Toda la muestra se seca a una

temperatura de 105 ° C durante 24

horas y se lo pesa.




• Peso de la fase gaseosa: Wa

Se considera que es igual a cero.

• Peso de la fase líquida: Ww

Se determina por diferencias de pesos

Ww = Wm – Ws





Determinación del volumen total y de las fases de una m

• Volumen total de la muestra: Vm

- Suelo fino

Se utiliza el método volumétrico que

consiste en extraer una muestra del suelo

con un muestreador cilíndrico. El volumen

del cilindro es igual al volumen de la

muestra.




Relaciones gravimétricas

• Contenido de humedad: W (%)

W = WwWs

• Peso específico de la masa del suelo (densidad n

Relaciones gravimétricas y volumétricas

γ m = Wm

Vm

• Peso específico seco: γ γγ γ dγ m = Ws

Vm

• Peso específico de sólidos: γ γγ γ s




γ s= Ws

Vs




Ejemplo 2

En una muestra de suelo se determinó los valores densi

contenido de humedad y peso específico, mediante

laboratorio. Se pide determinar los pesos y volúmenes

fases del suelo, la relación de vacios, el grado de satu

porosidad.

Vhoyo (cm3) 1217.75

Wmh (gr) 1660.00

W% 11.13

gs (gr/cm3) 2 40




gs (gr/cm3) 2.40




Ejemplo 4

En una muestra de suelo se realizó los ensayos de: d

contenido de humedad y peso específico. Se pide determin

vacios, el grado de saturación y la porosidad.

a. a os e a ens a e arena

Peso molde cilind (gr) 2088.00

Peso arena + molde cilind (gr) 3750.00Altura molde cilind. (cm) 14.60

Diámetro molde cilind. (cm) 10.40

b. Datos del peso

Peso cil+ar inicia

Peso cil+ar final





c. Datos de la densidad natural

Peso cil+ areena inic (gr) 9360.00

Peso cil+arena final (gr) 6170.00

Peso muestra del hoyo (gr) 2630.00

d. Datos del ensayo de

Peso suelo seco (gr)

Peso fiola + agua (gr)

Peso fiola+agua+suel

e. Contenido de humedad

Identificación tara 1 2

Peso tara (gr) 24.50 37.80

Peso tara+muest.humeda (gr) 83.20 90.50

Peso tara+muestra seca (gr) 69.80 78.60




(g )




• Grado de saturación

Gw = w * Ss

e

W: contenido de humedad

s: peso espec co re a vo e s os

e : relación de vacios





FASES DE UN SUELO SATURADO Y DE UN SUELO S




Determinación del peso total y de las fases de la muest

saturado

• Peso total de la muestra: Wm

Se determina pesando la muestra

inmediatamente después que se

extrae del estrato en estudio

• Peso de la fase sólida: Ws

Se determina de dos maneras

- Forma directa

Toda la muestra se seca a una

temperatura de 105 °C durante

24 horas y se lo pesa.




- En forma indirecta

Determinando el peso de la fase sólida y

el peso especifico de sólidos mediante

la fiola para suelos finos y mediante la

balanza hidrostática para suelos

granulares de las muestras

representativas

Vs = Ws

γ s

Ws: peso de la fase sólida

γ s: peso específico de los sólidos




• Volumen de vacíos: Vv

El volumen de vacíos comprendesolo el volumen de la fase líquida

Vv = Vw





Relaciones gravimétricas y volumétricas

Relaciones gravimétricas

• Contenido de humedad: W (%)W = Ww

Ws

• Peso específico de la masa del suelo (densidad na

γ m = Wm

Vm

• Peso específico seco: γ γγ γ d

γ m = Ws

Vm

• Peso específico de sólidos: γ γγ γ s

γ s= Ws

Vs





Relaciones volumétricas

• Relación de vacíos: e

e = Vw * 100 (%)

Vs

• Grado de saturación: Gw

Gw = Vw * 100 = 100%

Vw

• Porosidad:

= Vw *100

Vm




Ejemplo

De una muestra de suelo saturado,

mediante ensayos de laboratorio se

determinó los siguientes datos:

- Peso total de la muestra: 1526 gr


- Peso seco de la muestra: 1053 gr

- Peso específico de sólidos: 2.70

gr/cm3

Determinar relación de vacios,

porosidad, contenido de humedad y

densidad natural





Suelo sumergido

Se encuentra bajo el nivel freático por lo tanto todos su

ocupados por agua. Estos suelos al igual que los suelos

presentan dos fases, la sólida y la líquida.


Los pesos y volúmenes se determinan igual que los sue





Relaciones gravimétricas de suelos sumergidos

• Peso específico de sólidos

’s = s - 1


• Peso específico de la masa del suelo

’m = m - 1

γ ’m = (Ss-1) γ d

Ss





Ejemplo

Una muestra de suelo sumergido, mediante ensayos de lab

determinó los siguientes datos

-Peso total de la muestra: 1530 gr

- Volumen total de la muestra 870 cm3


-Peso específico de sólidos: 2.72 gr/cm3, sin considerar su

-Contenido de humedad: 46.42 %

Determinar peso especifico de la masa del suelo y peso es

sólidos




Los terrenos están expuestos a agentes externos e in

aportan una característica determinada, lo cual se debe c

proyectar una construcción, ya que va a condicionar alg

de la misma: esto es la agresividad.


La agresividad o ataque químico del terreno puede

estructuras que están en contacto con él, en mayor o

afectando por tanto la durabilidad de esas estructurasresistencia y estabilidad a lo largo del tiempo




El principal agente agresivo del

hormigón es el agua, bien

directamente o bien como

vehículo de transporte de los

a entes a resivos a ue en el


terreno se puede encontrar

agua en forma de niveles

freáticos estables o colgados,condensaciones bajo

cimentaciones o escorrentía

subterránea por riego o lluvia.




Contaminación por sales solubles

En cuanto a su composición, estas sales son el resultado de

de unos pocos elementos químicos, fundamentalmente: O,

S, C, N. Estos elementos necesarios para la formación de lafrecuentes en la corteza terrestre.


Las sales proceden fundamentalmente de la meteorizac

ígneas y se acumulan en rocas sedimentarias, suelos y ag

sus iones constituyentes, fundamentalmente cloro y azufre

emanaciones volcánicas.

En general, la solubilidad de la sales aumenta con la tempe




Cloruros

El cloruro sódico

Es la sal más frecuente en los suelos salinos, junto c

sódico y magnésico, y suele formar parte de las eflores

que aparecen en la superficie del suelo durante la esta


toxicidad es alta.

El cloruro magnésico

Se acumula en suelos que tienen una salinidad extremad

una sal de toxicidad muy elevada y se puede formar en

contenido en NaCl,




El cloruro cálcico

Si bien su solubilidad es muy alta, es una sal muy poc

suelos debido a la mayor estabilidad de otras sales cálc

sulfatos o los carbonatos:


El cloruro potásico

Presenta unas propiedades análogas a las del NaCl, a

frecuente en los suelos debido a que el K se inmovilizen en la estructura de las arcillas de tipo ilita




Sulfatos

El ataque de sulfatos ocurre donde hay concentraciones rela

sulfatos de sodio, potasio, calcio o magnesio, tanto en suelo

subterráneas, superficiales o en aguas de mar.


El sulfato magnésico

Es una sal frecuente en los suelos salinos, muy soluble y alta

El sulfato potásico

Es escaso, en general, en los suelos salinos, por lo q

responsable de salinizaciones en condiciones naturales .Ju

las sales menos tóxicas.




El sulfato sódico

Es frecuente en los suelos salinos. Sus eflorescencias ti

jabonoso-salado. Su solubilidad se ve afectada fuerte

temperatura, lo que hace que tienda a concentrarse en la

suelo, ya que durante el período cálido asciende a la supe


formando parte de las eflorescencias (rasgo muy típico

salinos) y durante el período húmedo, se lava menos que l

Mucho menos tóxica que el sulfato magnésico.




Los sulfatos son muy solubles en agua y penetran co

estructuras de hormigón expuestas a los mismos.

El elemento que provoca la alteración y disgregación de

de construcción de naturaleza étrea cerámica o i


materiales artificiales, como los morteros de agarre y rev

el agua, en colaboración o no con las sales que co

materiales.




Carbonatos y bicarbonatos

Los carbonatos y bicarbonatos sódicos presentan una s

aunque dependiendo de la temperatura. Su presencia en s

relativamente elevadas implica condiciones de alcalinidad (


La presencia de otras sales solubles en la solución del suel

formación del carbonato y bicarbonato sódico, por lo que es

ser abundantes cuando la salinidad total es baja, ya que se

reacciones

En presencia de NaCl, la solubilidad del carbonato y bicarbo

disminuye igualmente por efecto del ión común.




El contenido de materia orgánica del suelo puede afe

cualquiera de las propiedades inducidas por tratamiento

muy ricos en materia vegetal descompuesta, que co

tánicos, no son adecuados para la estabilización con cem


Los sulfatos y nitratos pueden proceder de la presen

orgánica, bacterias, del terreno y de la lluvia acida.




Los daños producidos por el terreno a las estructuras de h

en contacto con él, tales como elementos de cimentació

losas, pilotes), muros de contención u otros son:

Desagregación o destrucción química del hormigón


• Cambio de coloración en la superficie de los elem

cemento va perdiendo su carácter conglomeran

consiguiente los áridos libres de la unión que les pro

Inicialmente suele presentar aspecto poroso, c

eflorescencias o manchas.




• Fisuras.

• Abarquillamiento de las capas

externas del hormigón

• Desintegración de la masa del

hormigón.


Pérdida de resistencia, pudiendo

llegar a la ruina del elemento

Ataque fueen base de




Reducción de los recubrimientos:

• Manchas de óxidos en paramentos

• Fisuración longitudinal según el trazado de las

afectadas por la corrosión.

• Menor resistencia al fue o.


• Acortamiento de la vida útil.




De menor a mayor intensidad de ataque al hormigón

marino:

• Corrosión de armaduras con pérdidas de sección

principales del 1%. Aparecen ligeras fisuras longitesquinas coincidiendo con la situación de las ba


fisuras transversales en el plano de los estribos.

• Corrosión de las armaduras principales con pérdida

5%. Salta el hormigón en las esquinas y quedan

acero principales al aire. Aparecen fisuras en el

estribos. La capa de óxido hace que las arma

adherencia con el hormigón.




• Corrosión de las barras principales con pérdida de secc

desprende el hormigón en las zonas de los estribos y

aire. Pérdida de anclaje frente a pandeo y de adherencia

supone que el hormigón, por efecto de la corrosión seuna profundidad de 1 cm.


• Rotura de estribos. La sección de acero que queda

principales no trabaja. Las barras principales pandean.





Fisuras en muro de hormigón, situado en ambient

marino, originadas por la entrada de cloruros deb

una deficiente ejecución del mismo.




Contra el ataque de sulfatos se utiliza cementos

sulforresistente en morteros y hormigones o se

hormigones de alta resistencia a compresión simple (baja porosidad), por supuesto siempre en las zonas


acción de dichos sulfatos disueltos y cuantificándose la

Previamente se deberá determinar o cuantificar

agresividad, mediante la elaboración de los correspond

en el estudio geotécnico.




GRANULOMETRÍA DE LOS SUELOS





Granulometría

Se refiere a las proporciones relativas en que se encuentra

partículas minerales del suelo (grava, arena, limo y arcilla)

base al peso seco del suelo (en porcentaje) después de la

los agregados.


La granulometría estudia la

distribución de las partículas que

conforman un suelo según su tamaño,

lo cual ofrece un criterio obvio para

una clasificación descriptiva. La

variedad del tamaño de las partículas

casi es ilimitada.




TAMAÑO DE LAS PARTÍCULAS DE SUELO

Independientemente del origen del suelo, los tamaños de

en general, que conforman un suelo, varían en un amp

suelos en general son llamados grava, arena, lim

dependiendo del tamaño predominante de las


ocasionalmente puede tener materia orgánica.




La textura y propiedades físicas del suelo

dependerán del tamaño de ellas. Mayores

tamaños de partículas significará mayor

espacio entre ellas, resultando un suelomás poroso; menor tamaño de partículas


tendrán menor espacio entre ellas

dificultando el paso del aire y el agua, por

lo tanto este suelo será menos poroso.

Los tamaños de grano se han clasificado

con base en las dimensiones dada en

determinados estándares




Cuando se realiza un análisis físico de una muestra de su

dentro de ella variados tamaños de grano que se enma

rangos específicos definidos por diversas entidades o agrup

Para clasificar a los constituyentes del suelo según su tama


se han establecido muchas clasificaciones granulométrica

todas aceptan los términos de grava, arena, limo y arcilla, p

los valores de los límites establecidos para definir cada clas




Las fracciones tendrán denominaciones, según el sistem

BRITÁNICO AASHTO ASTM

Φ (mm) Φ (mm) Φ (mm)

Grava 60 – 2 75 – 2 > 2

– – –


, , ,

Limo 0,06 – 0,002 0,05 – 0,002 0,075 – 0,005 <

Arcilla < 0,002 < 0,002 < 0,005

AASHTO: American Association of State Highway and TOfficial

ASTM : American Society for Testing and Materials

SUCS: Unified Soil Clasification System




Grava

son fragmentos grandes de roca, fácilmente

identificables a simple vista.

Arena


renas son aque os ragmen os os cua es

en muchas ocasiones son apreciables sin

necesidad de ayuda de equipos adicionales

(lupa, microscopio). Están compuestas porpartículas de un tamaño considerable, tienen

un mayor espacio entre partículas, el agua

drena muy rápidamente a través de ella.




Limo

Compuesto por partículas intermedias entre la arcilla

estado húmedo es difícil de

Los limos son fracciones microscópicas del suelo qu

granos muy finos de cuarzo y algunas partículas en form


que son fragmentos de minerales micáceos.




Arcilla

Las arcillas son principalmente partículas submicroscópica

escamas. Es un suelo compuesto por partículas muy pe

muy poco espacio entre ellas. La arcilla tiene la habilidad

agua, pero el aire no puede penetrar en estos espacios, e


.

Las partículas se clasifican como arcilla con base

en su tamaño de grano y no contiene

necesariamente minerales arcillosos, las arcillas

se definen como aquellas partículas que

desarrollan propiedades de plasticidad cuando se

mezclan con una cantidad limitada de agua.




Relación partículas finas y agregados

Suelos granulares sin finos

• Contacto grano a grano

• Peso volumétrico variable.


.

• No susceptible a las heladas.

• Alta estabilidad en estado confinado.

• Baja estabilidad en estado inconfinado.• No afectable por condiciones

hidráulicas adversas.




Suelos granulares con finos suficientes para

obtener una alta densidad.

• Contacto grano a grano con incremento en la

resistencia.• Resistencia a la deformación.


• Mayor peso volumétrico.

• Permeabilidad más baja.

• Relativa alta estabilidad (confinado o no

confinado).

• No muy afectable por condiciones hidráulicas

adversas.




Suelos granulares con gran cantidad definos.

• No existe contacto grano a grano

• Los granos están dentro de una matriz definos


• Este estado disminuye el peso

volumétrico.

• Baja permeabilidad.

• Baja estabilidad (confinado o no).

• Afectable por condiciones hidráulicas

adversas




Principales propiedades demandadas por el ingeniero

1. Estabilidad volumétrica

Los cambios de humedad son la principal fuente para

se levantan los pavimentos, se inclinan los postes y se

muros.


2. Resistencia mecánica

La humedad la reduce, la compactación o el secado la

3. Permeabilidad

La presión de poros elevada provoca deslizamientos y

a través del suelo, puede originar tubificación y arras

sólidas.




4. Durabilidad

El intemperismo, la erosión y la abrasión amenazan la

suelo, como elemento estructural o funcional.

5. Compresibilidad


Afecta la permeabilidad, modifica la resistencia del su

cortante y provoca desplazamientos.

Las propiedades anteriores se pueden modificar o alteformas: por medios mecánicos, drenaje, medios eléctri

temperatura o adición de estabilizantes (cal, cemento

etc.).




Determinación del tamaño de las partículas

Las partículas no están sueltas sino que forman agregad

lo tanto necesario destruir la agregación para separar

individuales. Por ello antes de proceder a la sepa

diferentes fracciones hay una fase previa de preparación d





Después de preparar la muestra, se realiza el análisis

que consiste en determinar el el tamaño de pa

tamizado o por sedimentación.





Método del tamizado.

Después que el suelo está seco y se pulveriza, se hace pa

serie organizada de tamices, de orificios con tamaños de

conocidos, desde arriba hacia abajo. El primer tamiz, es

tamaño y es donde inicia el tamizado. Se tapa con el f


recipiente (cazoleta) de forma igual a uno de los tamices

material más fino no retenido por ningún tamiz.

Con sacudidas horizontales y golpes verticales,mecánicos o manuales, se hace pasar el suelo por

la serie de tamices, de arriba abajo, para luego

pesar por separado el suelo retenido en cada malla.




Cada tamiz está identificado con un número, por

ejemplo, malla #40, malla #100, malla #200, este

número indica el número de aberturas en una

pulgada, sin embargo, debido a que el espesor delalambre de la malla uede variar se ha o tado


por dar el tamaño de los orificios en milímetros.

El cribado por mallas se usa para obtener las

fracciones correspondientes a los tamaños

mayores del suelo, generalmente se llega hasta el

tamaño de 0.074 mm. (malla N°200).




Dentro de este método existen dos procedimientos: el ta

y el tamizado por lavado. En general sólo algunas mallas

para definir convenientemente una curva granulométrica.





Métodos de sedimentación

El análisis de una suspensión del suelo se basa en el

velocidad de sedimentación de las partículas en un líquido

tamaño. Dentro de este método existen dos proced

granulométrico por sifonaje y análisis granulométrico por s


el densímetro.

• Método de sifonaje

Se toma una probeta con agua, se agrega el

suelo que pasa la malla N°10, se agita hastaque sea uniforme la suspensión; luego se

deja en reposo y posteriormente se extrae el

agua con el material en suspensión.




• Método del hidrómetro.

Se toma una probeta con agua, se

agrega el suelo que pasa la malla

N°200, se agita hasta que seauniforme la suspensión; luego se


deja en reposo para ir midiendo, con

hidrómetro (para distintos tiempos

transcurridos) la densidad de la

suspensión, la que disminuye a

medida que las partículas se

asientan.




En conclusión para los suelos granulares, el diámetro e

referido al orificio cuadrado de la malla. Para los finos

una esfera.


,

complementa siempre la granulometría con el ensayo

Atterberg, que caracterizan la plasticidad y consistencia

función del contenido de humedad.




Distribución de tamaño de partículas

Se denomina distribución granulométrica de un suelo a

mismo en diferentes fracciones, seleccionadas por el ta

partículas componentes. La gráfica de la distribución g


sue e u arse con porcen a es como or ena as y a

partículas como abscisas. Las ordenadas se refieren

en peso, de las partículas menores que el tamaño corre




La representación en escala semilogarítmica resulta

simple presentación natural, pues en la primera se disp

amplitud en los tamaños finos y muy finos, que en

resultan muy comprimidos.





La distribución granulométrica proporciona un criterio de

forma de la curva da idea inmediata de la distribución g

suelo; un suelo constituido por partículas de un solo

representado por una línea vertical, una curva muy tenvariedad en tamaños (suelo bien graduado)





Como una medida simple de la uniformidad en suelos g

Hazen propuso el coeficiente de uniformidad (Cu)

complementario, se define el coeficiente de curvatura (Cc)

Cu = D60D10


Cc = (D30)2

D60 * D10

Para gravasSi Cu > 4 y 1< Cc < 3, el suelo es bien gradado

Para arenasSi Cu > 6, y 1< Cc < 3, el suelo es bien graduado




D60: tamaño de las partículas correspondientes al 60

menor o igual a dicho tamaño.


menor o igual a dicho tamaño.



menor o igual a dicho tamaño, llamado por Hazen d




Utilidad de la información granulométrica

• La información obtenida del análisis granulométrico pued

utilizarse para predecir movimientos del agua a través

cuando los ensayos de permeabilidad se utilizan más com


• La susceptibilidad de sufrir la acción de las heladas

consideración de gran importancia de climas muy

predecirse a través del análisis granulométrico del suelo.




• Los suelos muy finos son fácilmente arrastrados en s

el agua que circula a través del suelo y en los

subdrenaje usualmente se colman con sedimentos

menos que sean protegidos adecuadamente por filtr


.

materiales, denominados filtros, puede ser establec

su análisis granulométrico.




Diseño de filtros para sistemas de subdrenaje

El sub drenaje es una metodología muy eficiente de remedia

de deslizamientos, su utilización es muy frecuente y ex

análisis y diseño que se basan en el flujo de agua subterrán


Los métodos de estabilización de deslizamientos que cont

del agua subterránea, son muy efectivos y son ge

económicos que la construcción de grandes obras de cont

tienden a desactivar la presión de poros, considerada celemento desestabilizante de los taludes. El subdrenaje red

masa y al mismo tiempo, aumenta la resistencia del talu

presión de poros.




Subdrenaje

Las técnicas de drenaje subterráneo o subdrenaje son un

más efectivos para la estabilización de los deslizamie

subterráneo tiene por objeto disminuir las presiones de po

éstas aumenten. A menor presión de poros la resistencia d


y se eliminan las fuerzas hidrostáticas desestabilizantes y s

de seguridad de las superficies de falla por debajo del nivel

El diseño de los sistemas de subdrenaje es complejo

mayoría de los taludes no son homogéneos desde el pdrenaje subterráneo y es muy difícil aplicar principios sen

de obras de subdrenaje. El movimiento de las aguas en

general, es irregular y complejo.




Materiales de filtro o filtros

Son los materiales encargados de la doble misión de

franco del agua hacia el exterior y de impedir el

partículas del suelo protegido. Muchos son los mutilizan ero or razones de economía sobre to


terrestres es predominante la utilización de agregado

tamaño de la arena y de la grava. Su utilización suele

con tubos manufacturados perforados o no los qu

proporcionan la canalización y eliminación de las aguas

requerimientos que se imponen a los materiales d

naturaleza granulométrica y se refieren a su gradación




Los filtros deben cumplir dos requerimientos contradictorios

1. Los espacios entre las partículas del filtro en contacto

por proteger deben ser suficientemente pequeños como

finos de aquel no ingresen en él.


2. Los espacios entre las partículas del filtro de

suficientemente grandes como para que el conjun

permeabilidad necesaria para que el agua puede movery fluir rápidamente hacia el exterior, sin generar presio

indeseables.




La confrontación de estos dos criterios conducen a

conste de más de una capa, y que cada una va tenie

permeabilidad, según va quedando más lejos del

proteger. Estos son los filtros compuestos o graueden lle ar a exi ir tres a cuatro ca as.





Requerimientos para los filtros

a) Prevención de la erosión interna y de la tubicación

Investigaciones dirigidas por Terzaghi y Casagrande h

siguiente regla para relacionar al material de filtro co

proteger:


D15 del filtro < 4 ó 5 < D15 del filtro

D85 del suelo D15 del suelo

Con la primera desigualdad se evita la migración de la

del material por proteger hacia los poros del material filtr

La segunda desigualdad garantiza la suficiente perme

como para que no se desarrollen en él fuerzas

importante o presiones de poro indeseables




El U.S Army corps of Engineers estableció además la

adicional:

D50 del filtro ≤ 25

D50 del suelo


fugas de partículas finas del filtro a través de ellas.

En los sistemas de subdrenaje es muy frecuente que

los filtros haya tubería perforada con huecos circulares

el objeto de recolectar o eliminar rápidamente el agu

necesidad de que el material de filtro sea lo suficie

como para que no ingrese a través de las perforacione

las obstruya.




Según el U.S. Corps of Engineers:

Para ranuras.

D85 del filtro > 1.2

Ancho de la ranura


Para perforaciones circulares

D85 del filtro > 1.0

Diámetro del agujero

El U.S. Bureau of Reclamation proporciona la siguiente

D85 del filtro (en la vecindad del tubo ≥ 2.0

Máxima perforación del tubo




c) Requerimientos de permeabilidad en el material del

El material debe garantizar suficiente capacidad de

para eliminar rápida y eficazmente las aguas que se

generen fuerzas de filtración o presiones perjudiciales


D15 del filtro > 4 ó 5

D15 del suelo

En general deben buscarse que los filtros sean por loveces más permeables que el suelo por proteger.




d) Requerimientos de segregación

Para evitar este peligro se requiere

D60 del filtro ≤ 20

D10 del filtro


Adicionalmente se exige que la curva granulométr

filtrante sea suave, sin discontinuidades.




e) Disposiciones de las perforaciones en tubería

No se debe perforar la parte superior del tubo pues el

ingreso de partículas finas del material de filtro, tam

colocar perforaciones en la parte más baja del tubo pla salida del a ua ca tada cuando s velocidad disminu


gasto baje.

La mayor parte de las instalaciones de subdrenaje u

10 a 20 cm, de diámetro. Las perforaciones suelen ten

5 a 10 mm.




f) Materiales de filtro estándar

En ocasiones, es difícil encontrar un material natural

condiciones del material de filtro para un determina

requiere fabricarlo mediante tamizado y/o mezcla de ma


La antigua Secretaría de Obras Públicas de

recomendaba un filtro general básico en todo tipo d

subdrenes de carreteras, que cumpla con la siguiente gr




Granulometría de material para filtro

Malla (ASTM) % que pasa

1 ½” 100

1” 80 - 100” -


3/8” 40 - 80

No. 4 20 - 55

No. 10 0 - 35

No. 20 0 - 20No. 40 0 - 12

No. 100 0 - 7

No. 200 0 - 5




Además se tiene la siguiente granulometría

Malla % que pasa

1” 100

3/4” 90 - 100


3/8” 40 - 100

N°4 25 - 40

N°8 18 - 33

N°30 5 -15

N°50 0 - 7

N°200 0 - 3




Forma de la Partículas

La forma de las partículas tiene tanta importancia como

que respecta al comportamiento del suelo, sin embargo

pues es difícil medirla y describirla cuantitativamente.

La forma de las partículas minerales tiene importancia e


al comportamiento mecánico del suelo, así como una g

las propiedades físicas del mismo.

La forma de los granos puede ser de tres clases; equidim

y acicular. La primera es característica de los suelos gr

principalmente en granos minerales de cuarzo y felde

últimas típicas de suelos finos.




Partículas Equidimensionales:

Estas partículas presentan tres dimensiones, las cuales

comparable. Las características significativas

equidimencionales o redondeados son dos: la esfericida


• a es er c a : describe las diferencias entre el largo,

• La angulosidad: se describe cualitativamente

-angulares: partículas redondeadas que se forman po

la roca

- Subangulares: las aristas afiladas se han suavizado




- Subredondeadas: Cuando las áreas entre las a

suavizadas y los vértices comienzan a desgastarse.

-Redondeadas: Cuando las irregularidades está

suavizadas, pero se debe apreciar la forma original.





Partículas Laminares:

Se encuentran presentes en importantes cantidades e

finos. La forma de estas tiende a ser aplastada, de

pero no necesariamente alargada; presentan dos dim

mayores que la tercera, siendo además flexibles y e


.

Partículas Aciculares:

Estas partículas se presentan en algunas formas mine

comunes. Presenta una mayor dimensión de la partícu

otras dos, o sea el alargamiento puede llegar a ser ma

elásticas y pueden romperse con facilidad bajo lo

cargas.




Efecto de la forma de las partículas

Los suelos compuestos de granos redondeados s

estáticas pesadas con pequeña deformación, espec

granos son angulosos, sin embargo por efecto de

vibraciones se desplazan fácilmente.


Los suelos compuestos por granos laminares se compri

fácilmente bajo el efecto de cargas estáticas, e

relativamente estables a los efectos de los choques y

pequeño porcentaje de partículas laminares es suficien

el comportamiento de un suelo y hacer que se comport

laminar.




Análisis granulométrico por tamizado





Análisis granulométrico por tamizado

El análisis granulométrico es un intento

de determinar las proporciones relativas

de los diferentes tamaños de grano

presentes en una masa de suelo dada.


Como no es físicamente posible

determinar el tamaño real de cada

partícula independiente del suelo, la

práctica solamente agrupa los

materiales por rangos de tamaño.




Para lograr esto se obtiene la cantidad de

material que pasa a través de un tamiz con

una malla dada pero que es retenido en un

siguiente tamiz cuya malla tiene diámetros

ligeramente menores a la anterior y se


relaciona esta cantidad retenida con el total

de la muestra pesada a través de los

tamices.

El proceso de tamizado no proveeinformación sobre la forma de los granos de

suelo, si son angulares o redondeados.




Ensayo: análisis granulométrico mediante tamizado en

Se utiliza cuando el material es granular (gravo arenoso, are

Material

Muestra seca aproximadamente 1000 gr.


qu po

Juego de mallas

Balanza con aproximación de 0.1 gr.

Taras




Procedimiento

- Secar la muestra al aire

- Pesar la muestra seca Wms

- Pasar la muestra seca por el juego de tamices, agitando e

o mediante e ui o vibrador.


- Determinar los porcentajes de los pesos retenidos en cad

mediante la siguiente expresión

% R.P. = P.R.P. * 100

Wms




- Determinar los porcentajes retenidos acumulados en cad

P.RA, para lo cual se sumarán en forma progresiva los P.

decir

% R.A.1 = % R. P.1


. . = . . . .

% R.A.3 = % R. P.1 + % R.P.2 + % R.P.3

- Determinar los porcentajes acumulados que pasan en ca

% que pasa = 100 % - % R. A.




- Dibujar la curva granulométrica en papel semilogarítm

abscisas se registrará la abertura de las mallas en mil

logarítmica, y en el eje de ordenadas se registrará

acumulados que pasan en las mallas que se utilizan en es


- Determinar el coeficiente de uniformidad y de curvatura

Cu = D60D10

Cc = (D30)2

D60 * D10




MUESTRA : 7737.00 gr.TAMIZ PRP %RP %RA

N° ABER.(mm) (gr)3" 75.00

2 1/2" 63.002" 50.00 340.0

1 1/2" 38.10 222.0

1" 25.00 1057.0"


. .1/2 12.50 926.03/8" 9.50 495.0N°4 4.75 1044.0N 10 2.00 783.8N 20 0.85 447.2

N 40 0.43 360.7N 60 0.25 433.6N 100 0.15 92.2N 200 0.075 125.6

CAZOLETA -.- 849.9TOTAL





D10 D30 D60 Cu Cc

0.07 2.00 13.00 185.71 4.40




Ensayo: análisis granulométrico mediante tamizado por

Se utiliza cuando el material es fino (arcillo arenoso, limo are

un material granular contiene finos.

Material

Muestra seca aproximadamente 200 gr. si es material arci


limo arenoso y 500 gr. si es material granular que contien

Equipo

Juego de mallas

Balanza con aproximación de 0.1 gr.|

Estufa

Taras




Procedimiento

- Secar la muestra al aire

- Pesar la muestra seca Wms

- Colocar la muestra en un recipiente, cubrir con agua y deja

horas dependiendo del tipo de material

- °


- La muestra retenida en la malla N°200 se retira en u n reci

secar al aire

- Pasar la muestra seca por el juego de tamices, agitando e

mediante equipo vibrador.

- Determinar los porcentajes de los pesos retenidos en cada

mediante la siguiente expresión % R.P. = P.R.P. * 100

Wms




- Determinar los porcentajes retenidos acumulados en cada

lo cual se sumarán en forma progresiva los P.R.P., es deci

% R.A.1 = % R. P.1

% R.A.2 = % R. P.1 + % R.P.2

% R.A.3 = % R. P.1 + % R.P.2 + % R.P.3,


- Determinar los porcentajes acumulados que pasan en cada

% que pasa = 100 % - % R. A.

- Dibujar la curva granulométrica en papel semilogarítm

abscisas se registrará la abertura de las mallas en mil

logarítmica, y en el eje de ordenadas se registrará

acumulados que pasan en las mallas que se utilizan en es




MUESTRA : 2961.00 gr.

TAMIZ PRP %RP %RA

N° ABER.(mm) (gr)

2" 50.00

1 1/2" 38.10

1" 25.00 164.10

3/4" 19.00 117.90


. .

3/8" 9.50 82.20

N°4 4.75 154.20

N 10 2.00 359.70

N 20 0.85 425.40

N 40 0.43 412.50

N 60 0.25 330.00N 100 0.15 43.20

N 200 0.08 108.90

CAZOLETA -.- 606.90

TOTAL




MUESTRA : 1201.60 gr.

TAMIZ PRP %RP %RA

N° ABER.(mm) (gr)

1" 25.00

3/4" 19.00

1/2 12.50 20.00


3/8" 9.50 4.40

N°4 4.75 6.60

N 10 2.00 18.20

N 20 0.85 58.40

N 40 0.43 76.20

N 60 0.25 87.40

N 100 0.15 12.20

N 200 0.075 42.60

CAZOLETA -.- 875.60

TOTAL




Análisis granulométrico por sedimentació





Métodos de sedimentación

Estos métodos se basan en que la velocidad de sedim

partículas en un líquido es función de su tamaño.

Existen dos métodos: análisis granulométrico por sifo


granulométrico con densímetro.




Ensayo: análisis granulométrico por sifonaje

Se utiliza cuando el material es fino (arcillo limoso). Con

determina la cantidad de limo y la cantidad de arcilla q

muestra de suelo.

Equipo

-


- Probeta de 5 ml.

- Probeta de 100 ml

- Disco metálico o de madera

- Manguera para sifonear

- Estufa

- Tamices N°10, N°40, N°200

- Cápsula de porcelana




Procedimiento

- Secar la muestra

- Pesar la muestra seca (Ws)

- Separar el material mediante la malla

N°10, el material retenido es grava, el


,

arcilla.

- Pesar el material que pasa la malla N°

10 (Wi), colocar en el dispersador

eléctrico agregar agua y 5 ml. de

silicato de sodio, luego mezclar durante

15 minutos.




- Vaciar la mezcla del dispersador

a una probeta de 1000 ml. luego

agregar agua hasta una altura de

20 cm., agitar durante 1 minuto.


- Dejar reposar la probeta con la

muestra durante 30 minutos

considerando que el tamaño de

las partículas del limo están

comprendidas entre 0.075 mm y

0.002 mm. (AASHTO)




- Colocar el disco metálico en la

probeta hasta donde se encuentra

el material sedimentado, luego

sifonear con la manguera el agua

con el material que ha quedado en


suspensión.




- Sacar la muestra sedimentada, secar en la estufa durante 24

- Pesar la muestra seca (Wf)

- Determinar la cantidad de arcilla por diferencia de pesos Wa

- La muestra sedimentada seca se tamiza en las mallas N°40

- El material retenido en la malla N°40 es arena grue sa


- El material que pasa la malla N°40 y se retiene en l a malla N

fina

- El material que pasa la malla N°200 es limo.




Ejemplo: determinar la cantidad de arena gruesa, aren

arcilla de un suelo que fue sometido al ensayo

granulométrico por sifonaje, obteniéndose los siguientes re

Peso total de la muestra seca que pasa N°10 80.4 g


Peso de material retenido en la malla N°40 5.8 g

Peos de material retenido en la malla N°200 26.5 g

Peos de material que pasa la malla N°200 17.3 g




Ws:80.4 gr.

Malla Malla(mm) P.R.P (gr) % R.P. % R.A


.

N°200 0.074

Limo 0.002

Arcilla 0.0002




Ensayo: análisis granulométrico utilizando dens

Se utiliza en material fino

(arcillo limoso). Con este

método se determina el

tamaño de las partículas de


limo y de las partículas de

arcilla que contiene una

muestra de suelo. Además se

puede dibujar la curva

granulométrica.




Ensayo: análisis granulométrico utilizando densímetr

Este ensayo se realiza por sedimentación, consta

calibración del densímetro, corrección de las lecturas de

menisco y defloculante y ejecución del ensayo.


Calibración del densímetro Equipo

- Densímetro

- Probeta de vidrio de 1000 ml.




Procedimiento

• Determinar el área de la probeta de 1000 ml. (Ap)

- Medir el volumen entre 2 graduaciones (Vp)


- e r a s anc a compren a en re as

graduaciones (L)

- Determinar el área Ap = VpL




• Determinar el volumen del

bulbo del densímetro (Vb)

- Colocar un volumen

determinado de agua en la

probeta (Vi)


- Sumergir el densímetro en la

probeta y determinar el nuevo

volumen (Vf)

- Determinar el volumen del

bulbo Vb = Vf – Vi




• Medir la longitud del bulbo (h)

• Medir la distancia entre el

extremo superior del bulbo y

las distintas graduaciones del


vástago, las cuales

pertenecen a las diferentes

lecturas del peso especifico

relativo (H1)




• Calcular las alturas H que corresponden

a las alturas del peso específico relativo

de la suspensión.

H = H 1 + 1 / 2 * ( h – V b / A p )


• Estos valores H se anotan en el lado

derecho del nomograma lo cual viene

hacer la escala para el densímetro en

uso (por lo que se precisa un

nomograma para cada densímetro)




Corrección de las lecturas del densímetro por deflocu

• Corrección de las lecturas del densímetro por deflocul

Material

- 5 ml. de defloculante (silicato de sodio)


- Agua

Equipo

- Probeta de 1000 ml. (debe ser la misma que se utilizó pa

densímetro.




Procedimiento

- Colocar agua en la probeta de 1000 ml,

añadir 5 ml de defloculante, agregar agua

hasta la marca de 1000 ml. y determinar


densímetro (c’d)

- Determinar la corrección por defloculante.

Cd = (C’d – 1)*1000




• Corrección de las lecturas del densímetro por meniscoEquipo

- Probeta de 1000 ml.

- Densímetro

Procedimiento

- Colocar agua en la probeta hasta la marca de


1000 ml. luego colocar el densímetro

- Realizar una lectura en la parte superior del

menisco (Ls)

- Realizar una lectura en la parte inferior del

menisco (Li)

- Determinar la corrección por menisco mediante

la siguiente expresión: Cm = ( Ls – Li) *1000




Ensayo de sedimentación

Material

- 5 ml. de defloculante (silicato de sodio)

- muestra seca cuyas partículas pasen la malla N°80,

generalmente se trabaja con material que pasa la m

(0.074 mm.)


Equipo

- Probeta de 1000 ml. (debe ser la misma que se utiliz

calibrar el densímetro)

- Densímetro

- Dispersador eléctrico

- Estufa con control de temperatura

- Cápsula de porcelana




Procedimiento

- Secar la muestra en la estufa a

50 °C.

- Pesar la muestra seca (Ws)


aproximadamente 40 a 60 gr.

- En el dispersador eléctrico

colocar la muestra, agregar agua

y 5ml de defloculante, mezclar

durante 15 minutos.




- Vaciar la mezcla del dispersador a la probeta,

agregar agua hasta la marca de 1000 ml, luego

agitar durante 1 minuto.

- Colocar la probeta en reposo y empezar a tomar las


lecturas con el densímetro (g), de acuerdo a los

siguientes tiempos (t) 15”, 30”, 1’, 2’, 4’, 8’, 15’, 30’,

1h, 2h, 4h, 8h,16h, 24h, 48h, etc. así mismo se

registra la temperatura (T) en cada lectura realizada

con el densímetro.

NOTA: Después de cada lectura se sacará el densímetr

y secarlo, excepto hasta lecturas de los 2 primeros minu




- Determinar el coeficiente

de corrección por

temperatura (Ct) según

ábacos o tablas (existen

Temperatura(° C) Densímetro c15° C

10 - 0.5

11 - 0.4

12 - 0.3

13 - 0.2

14 - 0.1

15 0.0

16 + 0.1


densímetros calibrados

a 15°C y a 20°C.)

17 + 0.2

18 + 0.4

19 + 0.5

20 + 0.7

21 + 0.9

22 + 1.1

23 + 1.324 + 1.5

25 + 1.8

26 + 2.0

27 + 2.2




- Determinar el diámetro de las partículas según ábaco.

- Determinar los porcentajes correspondientes a cada diám

partículas:

% = 100 * γ s * (R + Ct – Cd – Cm)


s γ s –

R = (g- 1)*1000

Ws: peso de la muestra seca

γ s : peso específico de la muestra (se determina median

Cd : corrección de la lectura del densímetro por deflocula

Ct : coeficiente de corrección por temperatura

Cm: corrección de la lectura del densímetro por menisco




- Si es un análisis granulométrico combinado (método de

método de suspensión) se debe determinar el porcentaj

muestra, mediante la siguiente expresión:

% del total = X * Y


100

X: % material pasa malla N°200 determinado en

granulométrico por lavado

Y: % averiguado en el ensayo de sedimentación.




Ejemplo dibujar la

curva granulométrica

de un suelo que ha

sido sometido al

ensayo de

A. Calibración del densíme

a.1 Area de la probeta

Vp (cm3) 30L (cm) 10Ap (cm2)


sedimentación con

densímetro. Se utiliza

densímetro calibrado a

20°C.

a.2 Volumen del bulbo del d

Vi (cm3) 800.0Vf (cm3) 828.0Vb (cm3)

a.3 Longitud del bulbo del

h (cm) 12.0




a.4 Valores de H1 y H

Graduaciones H1 H

Densímetro

1.00 13.00

1.01 11.80

H = H 1 + 1 / 2 * ( h –


. .

1.03 9.40

1.04 8.20

1.05 7.00

1.06 5.80

1.07 4.601.08 3.40

1.09 2.20

1.10 1.00




B. Corrección de las lecturas del densímetro por defloc

b.1 Corrección de las lecturas por defloculante

C'd 1.0030Cd


b2. Corrección de las lecturas del densímetro por m

Ls 0.999Li 0.998

Cm




C. Ensayo de sedimentación Densímetro calibWs = 50 Cm = 1.0

Cd = 3 γ s = 2.53

Tiempo(t)

Densidad(g)

Temp. (°C)

Ct R(g-1)*100

R + Ct -Cd -Cm

Díam

15 " 1.0345 16.030 " 1.03 16.0

'

% = 100 * γ γγ γ s * (R

Ws (γ γγ γ s – 1 )


. .02 ' 1.023 16.005 ' 1.018 16.015 ' 1.0165 16.030 ' 1.015 16.001 h 1.0145 16.002 h 1.0135 17.0

04 h 1.0115 17.008 h 1.0105 17.016 h 1.010 17.024 h 1.009 16.048 h 1.008 16.0




ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO CON DENSIMETRO

100

)

Fina Media Grue Fina G

Arena Grava

Arcilla y limo

N° 200 N° 40 N° 10 N° 4 3/4


0

20

40

60

80

0.001 0.010 0.100 1.000 10.000

Diámetro de partículas (mm)

P o r c e n t a j e q u e p a s a (




Ejemplo: Los siguientes datos del ensayo por tamizado víamuestra de suelo que fue sometida al ensayo por sedimentac

del ejemplo anterior. Se pide dibujar la curva granulométrica to

MUESTRA : 500.00 gr.TAMIZ PRP %RP %RA

N° ABER.(mm) (gr)

3/4" 19.00 40.8


1 /2 " 12.70 6.301/4" 6.35 19.70N°4 4.75 4.00

N°10 2.00 15.30N°20 0.85 7.70N°30 0.59 8.20N°40 0.42 10.80N°60 0.25 26.70

N°100 0.15 119.20N°200 0.075 43.20

CAZOLETA -.- 198.10TOTAL




C. Ensayo de sedimentaciónWs = 50 % pasa N° 200 =

Cd = 3 Cm = 1.0 γ s =

Tiempo(t)

Densidad(g)

Temp. (°C)

Ct R R + Ct -Cd-Cm

Díametro

15 " 1.0345 16.030 " 1.03 16.0

'


. .02 ' 1.023 16.005 ' 1.018 16.015 ' 1.0165 16.030 ' 1.015 16.001 h 1.0145 16.002 h 1.0135 17.0

04 h 1.0115 17.008 h 1.0105 17.016 h 1.010 17.024 h 1.009 16.048 h 1.008 16.0




ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO COMBINADO

80

100

a ( % )

Fina Media Gruesa Fina Grue

Arena Grava

Limo y arcilla

N° 200 N° 40 N° 10 N° 4 3/4 "


0

20

40

60

0.001 0.010 0.100 1.000 10.000

Diámetro de partículas (mm)

P o r c e n t a j e q u e p a s

por lavado por sedimentación




PLASTICIDAD DE LOS SUELOS





Plasticidad de los suelos

Existen suelos que al ser

remoldados, cambiando su

contenido de agua si es necesario,


característica, que desde épocas

antiguas se ha denominado

plasticidad. Estos suelos han sido

llamados arcillas, originalmente,

por los hombres dedicados a la

cerámica.




La plasticidad es, en este sentido, una

propiedad tan evidente que ha servido

para clasificar suelos en forma

puramente descriptiva. Al tratar de

definir en términos simples la plasticidad


de un suelo, no resulta suficiente decir

que un suelo plástico puede deformarse

y remoldearse sin agrietamiento, pues

una arena fina y húmeda tiene esas

características cuando la deformación seproduce lentamente y sin embargo, no es

plástica.




La plasticidad es un fenómeno inherente a los suelos definas, limos y arcillas. En la periferia de las partículas

fenómeno eléctrico superficial, ya que ésta posee carga

tanto, atrae los iones positivos del agua. Debido a

electrostáticas, el fenómeno produce una interacción de


por lo que tienden a permanecer y moverse unidas. La

pues, una consecuencia directa se estos fenómenos.




Por lo tanto la plasticidad puede definirse como la pro

material por la cual es capaz de soportar deformacione

rebote elástico, sin variación volumétrica aprec

desmoronarse ni agrietarse. Con esta definición se log

la propiedad a las arcillas en ciertas circunstancias.


Los suelos arcillosos, especialmente los muy plástic

mucho cuando se secan y se expanden cuando se h

decir hay cambio de volumen en el suelo.




Estados de consistenciaLa consistencia de un suelo se define como su resisten

cortante; es la oposición que presenta la masa de suelo a qu

Para medir la plasticidad de las arcillas se han desarrollado


de los cuales se menciona el desarrollado por Atterberg, q

que la plasticidad no es una propiedad permanente de la

circunstancial y dependiente de su contenido de agua.




Una arcilla muy seca puede tener la consistencia de plasticidad nula, y esa misma, con gran contenido de agua, p

las propiedades de un lodo semilíquido o, inclusive, las de

líquida. Entre ambos extremos, existe un intervalo del conte

que la arcilla se comporta plásticamente.


El contenido de agua con que se produce el cambio de est

suelo a otro y en mecánica de suelos interesa fundamentalm

rango de humedades, para el cual el suelo presenta un c

plástico, es decir, acepta deformaciones sin romperse (plastic




Según su contenido de agua en forma decreciente, un sude ser plástico puede estar en cualquiera de los siguien

consistencia, definido por Atterberg.

• Estado líquido el suelo tiene las propiedades y apar


suspensión.

• Estado Semilíquido el suelo presenta las propiedad

viscoso.

• Estado Plástico el suelo se comporta plásticamente.

• Estado semi sólido el suelo tiene la apariencia de un sdisminuye de volumen al estar sujeto a secado.

• Estado sólido el volumen del suelo no varia con el seca




Límites de consistencia o de Atterberg

Los estados de consistencia son fases generales por las q

al irse secando y los límites de consistencia son

convencionales entre estos estados y están definidos por

humedad.





Los límites de consistencia que se estudia y son de im

ingeniería son: límite líquido, límite plástico y límite de

método usado para medir estos límites de humedad

Atterberg a través de ensayos que definen los lím

lástico.


Los límites de Atterberg son propiedades índices de

que se definen la plasticidad y se utilizan en la

clasificación de un suelo.




Límite líquidoEs el contenido de humedad que corresponde a la fr

estados de consistencia semilíquido y plástico de un s


El límite líquido se determina cerrando una

ranura practicada en una muestra de suelo en

un dispositivo llamado copa de casagrande

golpeándola mediante una manivela, un golpe

representa la resistencia al esfuerzo cortante

de 1 gr/cm2.




por consiguiente como el límite líquido corresponde al cieren 25 golpes, entonces el límite líquido indica el contenido

el cual el suelo tiene una resistencia al corte de 25 gr/cm2

La ranura se realiza con un dispositivo de


,por caída de 8 mm a 10 mm de la copa a razón

de 2 golpes/s, la ranura deberá cerrarse en el

fondo de la copa a lo largo de 13 mm.




Un suelo cuyo contenido de humedad sea aproximadamensu límite líquido tendrá una resistencia al corte prácticamen

Las arcillas tienen LL > 40 % y las arenas y limos tienen LL


La resistencia al corte en el límite líquido de los sue

constante e igual a 25 gr/cm2, en cambio en el límite plásti

sino que puede variar ampliamente.

Los suelos cohesivos cuya curva de fluidez es más tendíndice de fluidez y mayor resistencia en el límite plástico.




El límite líquido se determina con el ensayo de límite líq

varios puntos o con un solo punto.

En el ensayo de límite líquido se determina 3 o más pun

se dibujan en papel semilogarítmico, al unir estos pun


una recta llamada curva de fluidez cuya ecuación es la s

W = - Fw * log N + C




W = - Fw * log N + C

W : contenido de humedad

Fw: índice de fluidez, es la pendiente de la curva igual a contenido de humedad a un ciclo de la escala logarítm


N: número de golpes correspondiente al contenido de hu

C : constante que representala ordenadacorrespondiente a 1

golpe, se calculaprolongando la recta




Ensayo: límite líquidoMaterial

Suelo seco al aire y que pasa la malla N°40

Equipo

• °


• Copa de Casagrande y ranurador o acanalador


• Estufa con control de temperatura

• Espátula

• Probeta de 100 ml.

• Cápsula de porcelana

• Taras




Procedimiento

• En una cápsula de

porcelana mezclar el suelo

con agua mediante una

espátula hasta obtener una


pas a un orme.

• Colocar una porción de la

pasta en la copa de

Casagrande, nivelar

mediante la espátula hasta

obtener un espesor de 1 cm.




• En el centro hacer una ranura conel acanalador de tal manera que la

muestra queda dividida en dos

partes.


• Elevar y caer la copa mediante la

manivela a razón de 2 caídas por

segundo hasta que las dos mitades

de suelo se pongan en contacto

en la parte inferior de la ranura y alo largo de 1 /2 “ ( 1.27 cm),

registrar el número de golpes.




• Mediante la espátula retirar la porción de suelo que scontacto en la parte inferior de la ranura y colocarlo en

determinar su contenido de humedad.

• Retirar el suelo remanente de la copa de Casagrande


cápsula de porcelana, agregar agua si el número de go

anterior ha sido alto, o agregar suelo si el número de

bajo. (el número de golpes debe estar comprendido ent

• Repetir el ensayo mínimo 2 veces más, de esta ma

como mínimo 3 valores del número de golpes corres

diferentes contenidos de humedad.




• Dibujar la curva de fluidez ( es una recta) en escala semiloeje de abscisas se registrará el número de golpes en esc

en el eje de ordenadas los contenidos de humedad en esc

• Determinar la ordenada correspondiente a los 25 golpes


fluidez, este valor será el límite líquido del suelo.




Ejemplo 1 . Determinar el límite líquido del siguiente sue

Tara LL1 LL2

W t (gr) 28.27 18.10

W mh + t (gr.) 38.60 29.70


. . . W w (gr.)

W ms (gr.)

N° golpes 12 19

W %

LL




Límite líquido con un solo puntoEn lugar de determinar puntos comprendidos entre 6 y

puede determinar un punto comprendido entre 20

determinar el límite líquido con la siguiente expresión


LL = K * WN

LL : límite líquido

K : factor de límite líquido dado en tabla según numer

WN : contenido de humedad correspondiente a un detenúmero de golpes




Límite plásticoFrontera convencional entre los estados semisólido y

se determina alternativamente presionando y en

pequeña porción de suelo plástico hasta obtener un d

mm en el cual el pequeño cilindro se desmorona


continuar siendo presionado ni enrollado. El contenido

se encuentra se registra como límite plástico.

La resistencia

cortante en el lím

una medida de la




Ensayo: límite plástico

Una porción de la mezcla preparada para el límite líquid

Equipo

• Balanza con a roximación de 0.01 r.


• Estufa

• Espátula


• Placa de vidrio

• Taras




Procedimiento• A la porción de la mezcla preparada

par el límite líquido agregar suelo

seco de tal manera que la pasta baje

su contenido de humedad.


• Enrollar la muestra con la mano sobre

una placa de vidrio hasta obtener

cilindros de 3 mm. de diámetro y que

presenten agrietamientos, determinarsu contenido de humedad.




• Repetir el ensayo una vez más.

• El límite plástico es el promedio de los 2 valores d

humedad, si la diferencia entre estos 2 valores es mayor

de porcentaje, repetir el ensayo.

Ejemplo determinar el límite plástico del siguiente suelo


Tara LP 1 LP2

W t (gr.) 28.90 25.80W mh + t (gr.) 32.90 30.60W ms + t gr.) 32.00 29.50W w (gr.)

W ms (gr.)W %LP (%)




Ejemplo 1. Determinar el límite líquido y el limite plástico dsuelo

LÍMITE LÍQUIDO LÍMI

Wt (gr) 16.30 15.53 15.71 15.

Wmh + t (gr) 41.30 49.08 48.24 20.


Wms + t (gr) 37.45 44.19 43.68 19.

Wms (gr)

W w (gr)

W(%)

N.GOLPES 16 23 30

L.L - LP




17

18

19

I D O

D E

H U M E D A D

( % )

LÍMITE LÍQUIDO


15

16

1 10

C O N T E N

NÚMERO DE GOLPES




Ejemplo 2. Determinar el límite líquido y el limite plástico del suelos

LÍMITE LÍQUIDO LÍMIT

Wt (gr) 14.39 14.18 14.17 14.4

Wmh + t (gr) 48.33 44.41 46.08 22.1


Wms + t (gr) 39.46 36.84 38.33 20.5

Wms (gr)

W w (gr)

W(%)

N.GOLPES 15 24 33

L.L - LP




34

35

36

D O

D E

H U M E D A D

( % )

LÍMITE LÍQUIDO


31

32

33

1 10

C O N T E N

NÚMERO DE GOLPES




Ejemplo 3. Determinar el límite líquido y el limite plástico desuelos

LÍMITE LÍQUIDO LÍMI

Wt (gr) 16.67 15.53 14.59

Wmh + t (gr) 49.89 46.81 48.05


Wms + t (gr) 39.92 37.84 38.76

Wms (gr)

W w (gr)

W(%)

N.GOLPES 17 25 32

L.L - LP




41

42

43

44

D O

D E

H U M E D A D

( % )

LÍMITE LÍQUIDO


38

39

40

1 10

C O N T E N I

NÚMERO DE GOLPES




Límite de contracciónEs el contenido de humedad que corresponde a la front

estados de consistencia sólido y semisólido.


Es el máximo contenido de agua de un suelo para el cual u

de la humedad no causa disminución de volumen de la mas




Ensayo : límite de contracciónMaterial

• Muestra seca que pasa la malla N°40

• Mercurio

Equipo


• Equipo de límite de contracción: un molde cilíndrico con b

dos recipientes de vidrio de diferentes dimensiones, una p

con 3 puntas de metal


• Estufa con control de temperatura.


• Espátula




Procedimiento

• Mezclar el suelo con agua hasta obtener

una pasta uniforme

• Pesar el recipiente de contracción (Wt)

• Recubrir el interior del recipiente de


contracción con vaselina para evitar laadherencia de la muestra.

• Colocar en el recipiente de contracción la

muestra en tres capas, en cada capa

golpear el recipiente hasta que el suelo

este compactado y se eliminen las

burbujas.




Procedimiento

• Pesart el recipiente de contracción (Wt)

• Pesar la muestra húmeda con el recipiente de

contracción (Wt + mh).


• Secar la muestra al aire durante 6 horas, luego

colocar a en la estufa a 105 ° C durante 18

horas y pesar (Wt + ms)




• Determinar el volumen de la muestrahúmeda (Vh) , la cual es igual al volumen

del recipiente de contracción.

- Llenar con mercurio el recipiente de

contracción y enrazar con la placa de


vidrio

- Vaciar el mercurio en un recipiente

graduado para determinar el volumen o

de lo contrario pesar el mercurio que

ocupó el recipiente y dividirlo entre sudensidad.




• Determinar el volumen de la muestra seca

- Llenar con mercurio el recipiente de vidrio ,

enrasar con la placa de vidrio.

- Colocar el recipiente de vidrio con mercurio

dentro del recipiente de acero.


- umerg r a mues ra en ro e rec p en e evidrio con mercurio presionándola con la

placa de vidrio.

- Pesar el recipiente para el mercurio

desplazado (Wr)

- Pesar el mercurio desplazado y recogido en

el recipiente (Wr + Hg)




• Determinar el peso del mercurio desplazado WHg = (W

• Determinar el volumen del mercurio desplazado (V Hg

volumen de la muestra seca (Vs).


Vs = V Hg = W Hg , γ Hg: 13

γ Hg

Este volumen también se puede determinar midiendo la

mercurio desplazado en un recipiente graduado .

• Determinar el peso de la muestra húmeda Wh = (Wt +




• Determinar el peso de la muestra seca Ws = (Wt + ms) -

• Determinar el contenido de humedad w = (Wh – Ws) *

Ws

• Determinar el límite de contracción





Ejemplo: Determinar el límite de contracción del sigu

Descripción DatosWt (gr) 25.00Wt + mh (gr) 85.20Wt + ms (gr) 75.80Wh (gr)


s grV h (cm3) 32.40W r (gr) 347.00W r + Hg (gr) 685.70W Hg (gr)γ Hg (gr/cm3) 13.56Vs = V Hg (cm3)

w (%)LC. (%)




Clasificación de la plasticidad según límite líquid

Plasticidad Límite Líquid

Baja plasticidad < 35%


Plasticidad intermedia 35% - 50%

Alta plasticidad 50% - 70%

Plasticidad muy alta 70% - 90%

Plasticidad extremadamente alta > 90%




Clasificación de la plasticidad según índice p

Plasticidad Índice plástic

No plástico 0%


Baja plasticidad < 7%

Medianamente plástico 7% - 17%

Altamente plástico > 17%




Índice plástico (IP)

Se define como la diferencia entre el límite líquido y el lími

para un suelo dado.

IP = LL – LP

LL: límite líquido


LP: límite plástico

Esta diferencia cuantifica la amplitud o extensión del estad

un suelo.

Cuando no puede determinarse uno de los límites o la

negativa, entonces no existe índice de plasticidad y se ind

(no plástico)




Índice líquido (IL)

IL = w – LP

IP

W : contenido de humedad natural



Índice de consistencia (IC)

IC = LL – w

IP


W : contenido de humedad

IP: índice plástico




Consistencia Relativa (Cr)

La consistencia relativa en los suelos finos es el h

densidad relativa en los suelos granulares. Está definida

expresión:


Cr = (LL - w) / (LL - LP)Cr = (LL - w) / IP


W : contenido de humedad natural.


IP: índice plástico




Para distintos valores de w, se obtiene los siguienteconsistencia relativa

W > LL, Cr < 0

W = LL Cr = 0


W = LP, Cr = 1

W < LP, Cr > 1




La consistencia relativa es un parámetro de los suelo

permite evaluar las condiciones de soporte y mantenimiento

Supongamos que se desea realizar el dragado de un cana

proyecto de un puerto. Antes de empezar la ejecución

contratista requerirá de los servicios de un ingeniero d


procederá a extraer muestras del lecho submarino. A estasdeterminará su contenido de humedad en estado natur

líquido (LL) y el límite plástico (LP). Aplicando la fórmula d

relativa, si se obtuviera un valor negativo, este nos

contenido de humedad natural está por encima del límite lí

tanto, el suelo no conservaría la forma propia, e

imposibilitando el corte y por tanto la ejecución de la obra.




Carta de Plasticidad de Casagrande

La carta de plasticidad elaborada por el profesor Arturo C

un elemento básico en la identificación y clasificación de

labor que realizó Casagrande fue llevar a un gráfico un

muestras con sólo dos parámetros, el límite líquido y el


Observó que los materiales homólogos se agrupaban, posiciones y fronteras para los distintos tipos de suelo.

En la carta de plasticidad, hay seis zonas claramente d

Estas zonas se encuentran delimitadas por tres líneas de

B, y C.




La línea A se define por la ecuación IP = 0.73* (LL-20)

correspondencia con puntos que se encuentran por encim

se clasificarán como arcillas inorgánicas. De manera aná

inorgánicos que correspondan a puntos que se encuentra

la línea A se clasificarán como limos.


Las líneas B y C se encuentran paralelas al eje de las or

puntos 30 y 50 % del eje de la abscisas, respectivamen

dividen la carta en tres franjas verticales correspondiente

derecha a materiales de baja, mediana y alta plasticidad. L

indicadas en la carta que se muestra, tienen el inconv

clasifican también limos orgánicos y arcillas orgánicas res




Afortunadamente los materiales orgánicos son fácilmen

por su color oscuro, estructura esponjosa y a veces olor

De esta manera, quedan definidas las zonas de la forma

I: Limo inorgánico de baja plasticidad

II: Limo inorgánico de mediana plasticidad o limo orgánic


III: Limo inorgánico de alta plasticidad o arcilla orgánicaIV: Arcilla inorgánica de baja plasticidad

V: Arcilla inorgánica de mediana plasticidad

VI: Arcilla inorgánica de alta plasticidad

En algunos textos se emplea la palabra compresibili

plasticidad en las clasificaciones, ya que lo que es plástic

también es comprensible.




IDENTIFICACIÓN Y CLASIFICACIÓN DE S





• Identificación de suelos

La identificación de un suelo se realiza en ca

observación directa de la textura, color, y mediante m

determinar la plasticidad





• Clasificación de suelos

Se realiza mediante ensayos de granulometría y ensayo

Atemberg y con los datos mediante tablas de c

determina la clase de suelo





Propiedades índice de los suelos gruesos y finos para s

• Suelos gruesos

La granulometría es la propiedad índice con la qu

distribución de las partículas del suelo





• Suelos finosLos límites de Atterberg son propiedades índices,

definen la plasticidad

L. Contracción L. Plástico L. Líquido


0 W%

Semi - Sólido PlásticoSólido s

Las propiedades índice se utilizan en la identificación y

un suelo.

F lt d d I i í A it t




En las clasificaciones basadas en las características gra

los suelos, es costumbre distinguir las distintas fraccione

de algunos tipos de suelos como son: limo, arcilla, etc

Todo sistema de clasificación basado solamente en


puede conducir a errores, pues las propiedades físicas dfina de los suelos dependen de otros factores ajenos a

granos.

Si los términos: limo o arcilla son utilizados para indi

partículas, entonces deben ir acompañados de la pala

expresiones tales como "partículas de tamaño de arcilla“.





Salvo pocas excepciones, los suelos naturales consisten e

o más fracciones granulométricas, de modo que egranulometría, un suelo natural puede identificarse con lo

componentes principales, tales como: "arcilla limosa" o

bien se le puede asignar al mismo un símbolo que lo iden


La identificación de un suelo dado, por comparación con m

puede efectuarse rápidamente por medio de curvas granul

Los suelos debido a la plasticidad se identifican como sude baja plasticidad, de plasticidad intermedia, de alt

plasticidad muy alta, de plasticidad extremadamente alta.





Ensayos de clasificación de suelos

• Métodos de análisis granulométrico.Comprende dos clases de ensayos: El de tamizado par

granulares (gravas, arenas) y el de sedimentación para la

suelo (limos, arcillas), pues no son discriminables por tami


- se usa para o ener

correspondientes a los tamaños mayores del suelo, g

llega hasta el tamaño de 0.074 mm. (malla N° 200).

método existen dos procedimientos: el tamizado en sec

por lavado.





- El análisis de una suspensión del suelo se basa en e

la velocidad de sedimentación de las partículas en

función de su tamaño. Dentro de este métod

procedimientos: análisis granulométrico por sifone

granulométrico por sedimentación con el densímetro.





g y q

• Métodos para límites de consistencia

- Límite líquido

Se determina cerrando una ranura practicada en u

suelo en un dispositivo llamado copa de Casagrande

veces mediante una manivela. El contenido de


determina se registra como límite líquido




g y q

- Límite plástico

se determina alternativamente presionando y enrollaporción de suelo plástico hasta obtener un diámetro d

el pequeño cilindro se desmorona, y no puede

presionado ni enrollado. El contenido de agua que


.




Sistemas de Clasificación de suelos

Un Sistema de Clasificación de los Suelos es una agrupaci

características semejantes. El propósito es estimar en

propiedades de un suelo por comparación con otros del mi

características se conocen. Son tantas las propiedades y co


los suelos y múltiples los intereses ingenieriles, que lasestán orientadas al campo de ingeniería para el cual se desa



a: valor correspondiente al porcentaje que pasa el tamiz Ncomprendido entre 35 % como mínimo y 75 % como má


b: valor correspondiente al porcentaje que pasa el tamiz N

comprendido entre 15 % como mínimo y 55 % como má




c: valor correspondiente parte al límite líquido comprendidocomo mínimo y 60 % como máximo


d: valor correspondiente al índice plástico comprendido en

como mínimo y 30 % como máximo




El grupo de clasificación, incluyendo el índice de grupo

determinar la calidad relativa de suelos de terraplene

subrasante, subbases y bases. Disponiendo de los res

ensayos requeridos, se procede en la tabla de izquierda

grupo correcto se encontrará por eliminación. El primer


izquierda que satisface los datos de ensayo es la clasificTodos los valores límites son enteros, si alguno de los da

se debe aproximar al entero más cercano.

El valor del índice de grupo debe ir siempre en paréntes

símbolo del grupo, ejemplo: A-2-6 (3), A-7-5 ( 17), etc




Este sistema define:

- Grava: material que pasa por 80 mm (3”) y es retenido (N°10)

- Arena gruesa: material comprendido entre 2 mm (N°10) y 0,

- Arena fina: material comprendido entre 0,5 (N°40) y 0,075 m


- ,

El término material granular se aplica a aquellos con 35% o

N°200 (0.075); limoso a los materiales finos que tienen un índ

de 10 o menor; y arcilloso se aplica a los materiales finos qu

plasticidad 11 o mayor. Materiales limo arcilla contienen m

tamiz N°200 (0.075).Cuando el suelo es no plástico (NP) o cuando el límite líqu

determinado, el índice de grupo se debe considerar (0).




Sistema SUCS (Unified Soil Clasification System ) (Sist

de clasificación de suelos)

El Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS) der

desarrollado por A. Casagrande para identificar y agrupar

rápida en obras militares durante la guerra.


Este sistema divide los suelos primero en dos grandes g

gruesos y de granos finos. Los primeros tienen más del 50 p

de granos mayores que N°200 (0.075 mm). Se representan

si más de la mitad, en peso, de las partículas gruesas son re

N° 4 (4.75 mm), y por el símbolo S sí más de la mitad pas

(4.75 mm)




A la G o a la S se les agrega una segunda letra que describ

W, buena gradación con poco o ningún fino; P, gradación p

o discontinua con poco o ningún fino; M, que contiene limo

C, que contiene arcilla o arena y arcilla.


Los suelos finos, con más del 50 % bajo tamiz N°200 (0dividen en tres grupos, las arcillas (C), los limos (M) y l

orgánicos (O).

Estos símbolos están seguidos por una segunda letra que

magnitud del límite líquido e indica la compresibilidad re

límite líquido es menor a 50 % y H, si es mayor.




Para mayor comprensión describiremos el procedimiento de

Procedimiento de Clasificación de Suelos de granos gr

50% retenido en malla N°200 (0.075 mm)


Una vez efectuados los ensayos de clasificación, determin

acumulativa de los tamaños de las partículas y clasifique la

grava (G), si el 50%, o más de la fracción gruesa (> 0,075 m

en tamiz 4.75 mm (N°4), y clasifíquela como arena (S), si m

la fracción gruesa (> 0,075 mm) pasa por tamiz 4.75 mm (N




Si menos del 5% en peso de la muestra pasa por tamiz 0,0

Cu = D60 y Cc = (D30)2

D10 D10 * D

Clasifique la muestra como grava bien gradada (GW), o ar


, s u es mayor que para as gravas y mayor que

y Cc está comprendido entre 1 y 3.

Clasifique la muestra como grava pobremente gradad

pobremente gradada (SP), si no se satisfacen simultánea

de Cu y Cc para bien gradada.


Si á l 12% d l t d



Si más que el 12%, en peso, de la muestra de ensayo pas

(N°200), analice los valores del límite líquido (LL) e índice(IP) mediante la línea "A" de la carta de plasticidad).

Clasifique la muestra como grava limosa (GM), o arena lim


resultados de los límites de consistencia muestran que

limosos, es decir, si al dibujar LL versus IP, este punto cae

o el IP es menor que 4.

Clasifique la muestra como grava arcillosa (GC), o arena a

los finos son arcillosos, es decir, si al dibujar el LL versus línea "A" y el IP es mayor que 7.




Si el punto del límite líquido versus índice de p

prácticamente en la línea "A" o está sobre esta línea, pe

plasticidad está comprendido entre 4 y 7, la clasificaci

como GM-GC o SM-SC.


Si pasa por tamiz 0,075 mm (N°200) del 5% al 12% desuelo llevará clasificación doble, basada en los criterios

límites de consistencia, tales como GW-GC o SP-

dudosos, la regla es favorecer a la clasificación de menos


P di i d l ifi ió d l d



Procedimiento de clasificación de suelos de granos

más pasa por 0,075 mm)

Clasifique el suelo como una arcilla inorgánica (C), si al d

del límite líquido versus índice de plasticidad, éste cae so

y el índice de plasticidad es mayor que 7.


Si el límite líquido es menor que 50% y el punto LL versus

línea "A" y el IP es mayor que 7, se clasifica como arcilla

baja a media plasticidad (CL), y como arcilla de alta plasti

Limite Líquido es mayor que 50% y el punto LL versus

línea A (Carta de plasticidad), lleva doble simbología.




En caso que el límite líquido exceda a 100% o el IP

expanda la carta de plasticidad manteniendo las mis

pendiente de la línea "A“.







Cl ifi l l li i á i (M) i l dib j



Clasifique el suelo como limo inorgánico (M), si al dibuja

versus IP cae bajo la línea "A" o el IP es menor que 4%, a

sospeche que hay materia orgánica presente en cantidad

como para influir en las propiedades del suelo (suelo de c

olor orgánico cuando está húmedo y tibio), en cuyo c


efectuar un segundo límite líquido con la muestra de enshorno a una temperatura de 110 ± 5°C durante 24 horas

como limo o arcilla orgánicos (O), si el límite líquido despu

al horno, es menor que 75% del límite líquido de la mu

determinado antes del secado.


Clasifique el suelo como limo inorgánico de baja plast



Clasifique el suelo como limo inorgánico de baja plast

como limo o limo arcilla orgánicos de baja plasticidad (O

líquido es menor que 50% y al dibujar LL versus IP cae ba

o el IP es menor a 4.


Clasifique el suelo como limo inorgánico de media a a

(MH), o como una arcilla o limo arcilla orgánico de

plasticidad (OH), sí el LL es mayor que 50% y el punto d

versus IP cae bajo la línea "A" o el IP es menor a 4%.


Con el fin de indicar sus características de borde algu



Con el fin de indicar sus características de borde, algu

grano fino deben clasificarse mediante simbología dobl

dibujado del LL versus IP cae prácticamente en la línea

línea "A" donde el Índice de Plasticidad tiene un rango d

suelo debe tener clasificación doble tales como CL-ML o


punto dibujado de LL versus IP cae prácticamente en la l

líquido igual a 50%, el suelo deberá tener clasificación do

CL-CH o ML-MH.

En casos dudosos la regla de clasificación favorece al má

ejemplo, un suelo fino con un LL= 50 y un índice de plasticdeberá clasificar como CH-MH en lugar de CL-ML.


Este sistema fue adoptado por el U S Army Corps of Engin



Este sistema fue adoptado por el U.S. Army Corps of Engin

en 1947 le introdujo algunos límites para evitar doble c

1952, el Cuerpo de Ingenieros en conjunto con el Bureau

y asesorados por el Dr. Casagrande efectuaron

modificaciones.


Basados en observaciones de terreno y ensayos de

materiales de base para caminos y aeropuertos, el Cuerpo

subdividió los grupos GM y SM en dos grupos, designado

"d" y "u", que han sido escogidos para representar a mate

convenientes o no, respectivamente, para ser empleado

caminos y aeropuertos. Símbolos típicos son GM, y SM.




Se emplea el sufijo "d" cuando el límite líquido es menory el índice de plasticidad menor o igual a 5%.





Ejemplos: clasificar los siguientes suelos por el sistema sistema SUCS, se proporciona los datos de los ensayos

granulometría y límites de consistencia.



MUESTRA :1834 00 grEjemplo 1



MUESTRA :1834.00 gr.TAMIZ PRP %RP %R

N° ABER.(mm) (gr) 2" 50.00 85.00

1 1/2" 38.10 55.501" 25.00 264.25

3/4" 19.00 140.00


1/2 12.50 231.50

3/8" 9.50 82.50N°4 4.75 261.00N 10 2.00 195.95N 20 0.85 111.80N 40 0.43 90.18N 60 0.25 110.90

N 100 0.15 23.05N 200 0.075 31.40

CAZOLETA -.- 150.98TOTAL 1834.00


CURVA GRANULOMÉTRICA



60

80

100

E Q U E P A S A ( % )


0

20

40

0.01 0.10 1.00 10.00 10

P O R C E

N T A

DIÁMETRO DE PARTÍCULAS (mm)

D10 D30 D60 Cu Cc


LÍMITE LÍQUIDO LÍMITE PL



LÍMITE LÍQUIDO LÍMITE PL

Wt (gr) 16.30 15.53 15.71 15.10

Wmh + t (gr) 41.30 49.08 48.24 20.48

Wms + t (gr) 37.45 44.19 43.68 19.81


Wms (gr)W w (gr)

W(%)

N.GOLPES 16 23 30

L.L - LP


19(

% )

LÍMITE LÍQUIDO



16

17

18

T E N I D O

D E

H U M E D A D

(


15

1 10

C O N

NÚMERO DE GOLPES

% PASA LL LP IP CLAS

MALLA 200 ( % ) ( % ) ( % ) AASHT


MUESTRA : 383.35 gr-Ejemplo 2



TAMIZ PRP %RP %RN° ABER.(mm) (gr)

3/4" 19.00 35.001/2 12.50 7.753/8" 9.50 7.53


N°4 4.75 13.15

N 10 2.00 26.35N 20 0.85 20.45N 40 0.43 22.50N 60 0.25 20.00

N 100 0.15 4.90N 200 0.075 11.50

CAZOLETA -.-TOTAL


CURVA GRANULOMÉTRICA



60

80

100

U E P A S A ( % )


0

20

40

0.01 0.10 1.00 10.00

P O R C E N T

A J E

DIÁMETRO DE PARTÍCULAS (mm)




LÍMITE LÍQUIDO LÍMITE Wt (gr) 16.77 16.49 16.23 22.24

Wmh + t(gr)

53.87 56.11 55.47 29.49

Wms + t (gr) 43.96 45.86 45.83 28.39


Wms (gr)

W w (gr)

W(%)

N.GOLPES 18 24 37

L.L - LP


38 ( % )

LÍMITE LÍQUIDO



33

34

35

36

37

T E N I D O

D E

H U M E D A D


31

32

1 10

C O N

NÚMERO DE GOLPES

CLASIFICACI N DEL SUELO POR AASHTO Y SU

% PASA LL LP IP CLASIMALLA 200 ( % ) ( % ) ( % ) AASHTO


PROPIEDADES HIDRÁULICAS DE LOS SUEL





Capilaridad

El proceso de capilaridad es el ascenso que tiene el agua



cuando se introduce verticalmente un tubo de vidrio de

diámetro pequeño (desde unos milímetros hasta micras

de tamaño) en un depósito lleno de agua, el agua sube


menisco cóncavo, esta altura es inversamente

proporcional al diámetro del tubo.

La altura capilar que alcanza el agua en el suelo, se

determina considerando una masa de suelo con una

gran red de tubos capilares formados por los vacíosexistentes en su masa.


capilaridad en suelos

Al contrario de los tubos capilares, los vacíos en



suelos tienen ancho variable y se comunican entre sí

formando un enrejado. Si este enrejado se comunica

por abajo con el agua, su parte inferior se satura


.

vacios pequeños y los mayores quedan con aire.


El agua capilar es la fracción del agua que ocupa los m

mantiene en el suelo gracias a las fuerzas derivadas d



superficial del agua. Es aquella que se eleva sobre el n

libre gravitacional, es decir por encima del nivel en el cu

es igual a la atmosférica, hasta la zona de aireación no sa



En conclusión podemos decir que la capilaridad del ag

suelo produce unos esfuerzos de tensión los cual



suelo, produce unos esfuerzos de tensión, los cualcompresión de este. Para que se presente la capilaridad

en un suelo, se debe tener en cuenta que el suelo deb

manera que los poros que haya entre las partes sólidas d


pequeño como un tubo capilar. Si tenemos un suelo

gruesa, no se producirá el fenómeno de capilaridad,

suelos se utilizan en la construcción cuando se tienen

altos.


problemas de capilaridad en la construcción

Una de los grandes problemas que tiene el proceso de



Una de los grandes problemas que tiene el proceso de

agua freática en la construcción, es que al subir e

humedecen los cimientos de las diferentes estructuras,

corrosión del acero de refuerzo en los cimientos, y algun


agua freática, cuando los niveles son muy altos, alcan

capilaridad a las paredes de la edificación, generándose

los ladrillos y los acabados de la edificación. Una so

problema es cambiar el suelo sobre el que descansa e

un suelo más grueso, que no permita la capilaridad del a






En la construcción de calles, carreteras, autopistas

aterrizaje es importante tener en cuenta el agua capilar



j p g p

el terreno de fundación que queda encima de la napa f

solución al problema es colocar capas granulare

subrasante, lo cual impide la capilaridad del agua freátic







En suelos de granulometría fina (limos, arcillas) los

diámetro reducido por lo tanto la altura capilar es mayo



de granulometría gruesa la altura capilar es menor.



Fuerzas de cohesión y de adhesión

Las moléculas superficiales del líquido abierto al aire, qul i m di t i d d l d ólid tá



en la inmediata vecindad con la pared sólida están

fuerzas de 2 tipos: cohesión y adhesión.

• La cohesión: atracción entre moléculas


iguales (en este caso es debida a laacción de las restantes moléculas del

líquido).

• La adhesión: atracción entre moléculas

diferentes (en este caso es ejercida por

las moléculas de las paredes del

recipiente).


Si las fuerzas de adhesión son mayores que las de cohe

los meniscos cóncavos, en cambio si las fuerza de cohesi

que las de adhesión se forman los meniscos convexos



que las de adhesión, se forman los meniscos convexos.

La forma de los meniscos (cóncavos o convexos) d


por ejemplo el agua forma meniscos cóncavos con el vidr

mercurio forma meniscos convexos con el vidrio.

El ángulo que forma el menisco con la

pared del recipiente se denomina ángulo

de contacto y se representa por α


Ángulo de contacto α

El ángulo de contacto es el ángulo en el cual entran e

i t f lí id / fi i ólid



interfase líquida/gaseosa con una superficie sólida,

contacto es específico para un sistema dado y está dete

interacciones entre las interfaces participantes. El ángu


se mide con un aparato llamado goniómetro.

Si α < 90°el menisco es cóncavo,

y si α > 90° el menisco es

convexo. El valor de α se

aproxima a 0°entre el vidrio limpio

húmedo y agua destilada


La capilaridad es el fenómeno debido a la tensión sup

virtud del cual un líquido asciende por tubos de



diámetro y por entre láminas muy próximas.



Tensión superficial

Las moléculas de la capa superior del agua están por unaentre si y por otra parte atraídas por las moléculas de la



entre si y por otra parte atraídas por las moléculas de la

formándose en la superficie como una película que es dif

La energía necesaria para romper esta capa por unida


conoce como tensión superficial.


La tensión superficial es responsable de la resistencia q

presenta a la penetración de su superficie, de la tendenc



esférica de las gotas de un líquido, del ascenso de los lí

tubos capilares y de la flotación de objetos u organ

su erficie de los lí uidos.



Tensión superficial

Se denomina tensión superficial al fenómeno por el cual la

un líquido tiende a comportarse como si fuera una de



q p

elástica . La superficie, en vez de aplanarse, tiende a curv

toda ella contenga el mínimo posible de energía.


A nivel microscópico, la tensión superficial se debe a que l

afectan a cada molécula son diferentes en el interior del

superficie. Así en el seno de un líquido cada molécula e

fuerzas de atracción que en promedio se anulan. Esto

molécula tenga una energía bastante baja. Sin embargo,

hay una fuerza neta hacia el interior del liquido.


Rigurosamente, si en el exterior del líquido se tiene un ga

mínima fuerza hacia el exterior, aunque en la realidad edespreciable debido a la gran diferencia de densidades en



despreciable debido a la gran diferencia de densidades en

el gas.

La tensión su erficial tiene como rinci al


efecto la tendencia del líquido a disminuir

en lo posible su superficie para un

volumen dado, de aquí que un líquido en

ausencia de gravedad adopte la forma

esférica, que es la que tiene menor

relación área/volumen.


Energéticamente, las moléculas situadas en la superficie

energía promedio que las situadas en el interior, por lo tant

sistema será a disminuir la energía total, y ello se logra



número de moléculas situadas en la superficie, de ahí la

hasta el mínimo posible.


La tensión superficial es la fuerza que actúa paralelamente

agua, esta tensión es debida a la atracción molecular

encuentra desequilibrada en la superficie de separación

agua en los pros del suelo.

El valor de la tensión superficial se considera 0.075 gr/cm


La fuerza que jala hacia arriba es la componente vert

superficial Ts. La tensión superficial es la fuerza qu

superficie de un liquido en contacto con un gas actúa p



superficie de un liquido en contacto con un gas actúa p

área. Si el ángulo entre el menisco y la pared del tubo e

fuerza hacia arriba es Ts * Cos.



El agua en la arena se mueve hacia arriba de la superficie

columna de arena. Las trayectorias entre los granos

capilares. De esto se sigue que el agua puede fluir haci



que la presión en estas zona es menor que la atmosférica


Materiales con componentes finos ocasionan que el agu

arriba mas allá que lo que podría hacer el agua en m

componentes mas gruesos

Si un suelo tiene una mezcla de componentes de distinto

tendencia del agua será moverse mas arriba en la zo

componentes sean más finos


Tension superficial

El trabajo necesario para aumentar el área de una sup

resulta ser experimentalmente proporcional al aumento



p p p

como coeficiente de tensión superficial la relación

conceptos.


Ts = dw /dA

dw = diferencial de trabajo

dA = diferencial de área


Cuando un líquido presenta al aire una superficie curva,

menisco curvo un desnivel de presión, de modo que la convexo es siempre menor que la existente en el lado cón



En el lado convexo del tubo existe la presión p, mientr


existe la presión pa (presión atmosférica), de modo que:

P = pa – 2Ts

R


Ascensión capilar

La ascensión capilar del agua en un suelo que se enc

nivel freático subterráneo se debe al efecto combinad



capilar y la presión hidrostática. Luego la altura capila

igualando la presión hidrostática y la tensión capilar máxim



La presión P2 en el punto M antes de

que el agua ascienda es:

La altura capilar del agua en un tubo capilar de vidrio se



P2 = pa – 2TsR


Además se sabe que

Cos α = rR

R = rcosα

P2 = pa – 2Ts cos αr


pero cuando asciende y se alcanza el equilibrio la presión en

atmosférica, luego se tendrá:

Presión en M1 es P2 + γ w h

P P h



Pa = P2 + γ w h

Luego reemplazando P2 ,se tiene


pa = pa – 2Ts cos α + γ w h

ru = h γ w esfuerzo de tensión

El esfuerzo de tensión del agua en cualquier punto de la col

por el producto de la distancia vertical del punto a la sup

líquido y el peso específico del mismo.


h = 2Ts cos α

r γ w

h = altura que debe ascender el agua en el tubo capilar



Ts = tensión superficial

r = radio del tubo ca ilar


α= ángulo de contacto

γ w = peso específico del agua

En el caso del contacto agua –aire, la tensión s

considera Ts = 0.074 gr/cm. ( Ts = 73 dinas/cm)


En realidad Ts varía con la temperatura del agua y no tie

el valor anterior corresponde aproximadamente a 20°

parte en el lado de agua sobre vidrio húmedo se vio que

contacto α es nulo luego:



contacto α es nulo, luego:


=

r

h = 2 Ts * 2 = 4 Ts = 4 Tsr * 2 2 r D

si Ts = 0.074

h = 4 * 0.074 = 0.3D D


Altura capilar en el suelo

La altura capilar de un suelo, se puede estimar hc en cefunción de la relación de vacios y del diámetro efectivo de l



hc = c .


e D10

C: constante que varía de 0.1 a 0.5

e : relación de vacíos

D10: tamaño efectivo


Contracción de suelos finos por efecto de la capilaridad

Si el suelo está saturado, el agua ejerce una fuerza de sepapartículas sólidas del suelo (presión hidrostática). Luego e

a secarse por cualquier causa que generalmente es el ca



a secarse por cualquier causa, que generalmente es el ca

el sol, y el agua que hay en el suelo se evapora, la masa d


tomar su nivel freático normal, de esta manera las agu

bajar, creándose una presión capilar dentro del suelo,

esfuerzos de compresión en el suelo, pasando este

hidrostática (cuando el suelo estaba saturado), a un esfu

superficial (al tener el fenómeno de capilaridad del agua).

el suelo entra en un proceso de contracción.


Hay que tener en cuenta que el suelo debe ser un su

poder producir el proceso de capilaridad, y de esta ma

tensión superficial necesaria para que el suelo se contraig

de la retracción del agua hacia el interior no se hará sim



g

en toda la masa de suelo, debido a que la masa de


diferentes diámetros de poros, produciendo tubos

diferentes diámetros, bajando primero el agua que se en

canalículos más gruesos (Especie de tubos capilares for

poros del suelo).


PERMEABILIDAD O CONDUCTIVIDAD HIDRÁULIC





Permeabilidad

Es la propiedad de un suelo que permite el paso del agua

a través de el, bajo la aplicación de una presión

hidrostática, esto implica una posibilidad de recorrido y



hidrostática, esto implica una posibilidad de recorrido y

exige la existencia de vacios o huecos continuos.


El agua ejerce una presión sobre el material poroso através del cual circula, esta presión se conoce como

presión de filtración, esto es como un roce que produce

el agua con las paredes de los granos o componentes

sólidos del suelo que conforman los canalillos por los que

el agua se mueve.


En esos casos el escurrimiento o filtración, o sea, el mo

partículas fluidas, se produce a lo largo de caminos muy aj

llamadas líneas de corriente o líneas de filtración in

transcurso del tiempo.



La permeabilidad de una masa de suelo es importante en:


1. Evaluación de la cantidad de filtración a través de presas

pozos de agua.2. Evaluación de subpresión bajo estructuras para

estabilidad.

3. Control de velocidad de filtración para evitar erosión de u

suelo.

4. Velocidad de consolidación de suelos.


Coeficiente de permeabilidad (k)

Es la velocidad del agua a través del suelo, cuando esgradiente hidráulico unitario. En el valor “K” se refleja

físicas de los suelos e indica con cuanta facilidad fluye e



físicas de los suelos e indica con cuanta facilidad fluye e

del suelo


La permeabilidad o coeficiente de permeabilidad, k,

propiedades más interesantes de los materiales que

hidrogeólogos y especialistas en aguas subterráneas debe

Su significado real puede ser difícil de entender y por

malos entendidos pueden existir respecto a lo que e

“permeable”, lo que es un “buen material de drenaje” material “impermeable”.


Al tratar esta propiedad de los suelos y rocas debemos

importancia y tener un conocimiento muy práctico parde las futuras obras civiles y en especial de las vías qu

comunicación interna y que tanto se ven afectadas por



comunicación interna y que tanto se ven afectadas por

buena cultura en la in eniería de drena e.


En el estudio de la mecánica de suelos un material e

permeable si contiene poros interconectados, grietas u

través de las cuales el agua pueda fluir.


Una roca podría ser virtualmente impermeable, aunque c

o juntas que origine una formación altamente permeable

La permeabilidad de la mayoría de estribos rocosos y ci

presas está determinada casi por completo por los patro



juntas; y en el caso de muchas arcillas que son e


resistentes al flujo de agua, las grietas reducidas o inter

arena podrían aumentar sus permeabilidades en miles de

El coeficiente de permeabilidad (k) usado en estas notas

de ingenieros, o coeficiente de Darcy, el cual es defi

velocidad de descarga.


Amenaza del agua atrapada

Muchos de nuestros problemas de diseño y construcción

estructuras hidráulicas y otros trabajos de ingeniería inv

drenaje son causados por el desequilibrio de las permeab



masas de suelo y roca.


Frecuentemente el agua ingresa por los espacios detrás ddebajo de los pavimentos, revestimientos de canales, y otr

agua puede escapar más rápido creando así condicione

para la seguridad y funcionamiento de nuestra infraestructu


El agua que llega a estar atrapada en las masas de

contribuye al deslizamiento y es una seria amenaza paradurante los sismos ya que puede producir “licuefacción”.



“


materiales de construcción es tan variable como la perm

gravas gruesas, juntas abiertas, y fallas permiten

rápidamente y en gran cantidad; pero, en el otro extremo

arcillas grasas que son tan impermeables que la veloc

través de ellas y el drenaje de agua fuera de ellas son Infin


El estudio de juntas o estratos de alta permeabilidad en lo

importante debido a que al no detectarlos causará en las

de presas graves problemas de levantamiento y filtración.



El coeficiente de permeabilidad de los depósitos de suelo


terraplenes hechos por el hombre pueden variar en un

miles de millones de veces, desde un valor alto de más dgravas limpias a un valor bajo alrededor de 1x10-9 cm/s pa


El coeficiente de permeabilidad es una constante que t

unidades que la velocidad y expresa la facilidad con que e

un suelo.

El fi i t d bilid d d d d di f t



El coeficiente de permeabilidad depende de diversos fact


del tamaño de poros, distribución del tamaño de gran

vacíos, estructura y estratificación del suelo, existenchuecos en el suelo, el grado de saturación del suelo, temp


Valores típicos del coeficiente de permeabilidad

Tipo de suelo k (cm/seg) k (pie/mi



Grava limpia 1,00 - 100 2,00 - 200


Arena gruesa 1,00 - 0,01 2,00 - 0,02

Arena limpia 0,01 - 0,001 0,02 - 0,002

Limo 0,001 - 0,00001 0,002 - 0,000

Arcilla Menor 0,000001 Menor 0,0000


Conclusiones sobre el uso de correlaciones empíric

• Cualquier relación empírica sirve solo para estimacion• La magnitud de k es un parámetro altamente variable.

• k en realidad depende de muchos factores.



p

• -


• La permeabilidad es aproximadamente proporcional a

de vacíos al cuadrado (e2)


Flujo laminar

Cuando las líneas de flujo permanecen sin juntarse entr

longitud, las velocidades son bajas. En suelos limosos y a

circula a velocidades menores que en los suelos arenos

laminar En suelos arenosos el flujo del agua es lamina



laminar. En suelos arenosos el flujo del agua es lamina


mientras las cargas hidráulicas no sean excesivas.

El movimiento laminar corresponde a la mayoría de los pro

de agua en los suelos. Su estudio se hace aplicando la ley

Flujo turbulento

Cuando las líneas de flujo se juntan entre si


Ley de Darcy

Darcy estudió el flujo del agua en los suelos usando un dis

de la figura, colocó una muestra de longitud L, y área tran

tubo que se ajustaba perfectamente a la muestra y que te

abiertos a cada extremo del tubo se conectó un depósito de



abiertos, a cada extremo del tubo se conectó un depósito de


La diferencia entre los niveles del agua en

ambos depósitos era la distancia h(pérdida de carga). Determinó por los

experimentos que el gasto del agua q en

cm3/seg, era directamente proporcional al

área A y a la relación h/ L (gradiente

hidráulico y se designa por la letra i).


q = K * i * A

q : gasto en cm3/seg

K :coeficiente de proporcionalidad denominado coeficiente

conductividad hidráulica.

i : gradiente hidráulico



i : gradiente hidráulico


A: área de la muestra

L: longitud de la muestra a través de la cual atraviesa el ag

Esta fórmula es correcta siempre que el flujo sea lamina

todos los suelos más finos que las gravas y siempre

hidráulico sea menor que 5.


Darcy concluyó, por tanto, que esa constante era propia

de cada arena.

Sabemos que en cualquier conducto por el que circu

cumple que: Caudal = Sección * Velocidad




Si aplicamos esta consideración al cilindro del permeám

calculamos la velocidad a partir del caudal y de la seconocidos, obtendremos una velocidad falsa, puesto q

circula por toda la sección del permeámetro, sino sola

pequeña parte de ella. A esa velocidad falsa (la que lle

circulara por toda la sección del medio poroso) se deno

Darcy” o “velocidad de flujo”: Velocidad Darcy = Cauda


La parte de la sección total por la que puede circular

porosidad eficaz; si una arena tiene una porosidad del

agua estaría circulando por el 10% de la sección total d

que el mismo caudal circule por una sección 10 ve

velocidad será 10 veces mayor. Por tanto, se cumplirá que




Velocidad lineal media = Velocidad Darcy / me

(me = porosidad eficaz)


Denominamos velocidad lineal media, y no velocidad r

siguiente: esa fórmula refleja correctamente la velocid

partículas en una sección cualquiera del medio poroso, p

mostrada en la figura . Pero no es exacta para calcular c

de recorrido entre dos puntos.



p


En la figura se muestra un tubo de longitud L1 lleno de arehace circular agua. Calculamos la velocidad lineal med

expresion anterior y con esa velocidad evaluamos el tiemp

lo largo del tubo de dicha figura (tiempo= L1 /velocidad).


Si después medimos experimentalmente ese tiempo de reco

colorante al agua, obtendríamos un tiempo ligeramente s

distancia recorrida ha sido mayor: no L1 sino L2 (que es desc




Si llamamos velocidad real a la registrada a lo largo de un re

de un medio poroso, sería igual a:

Velocidad Real = Velocidad lineal media * coeficiente

Ese coeficiente depende de la tortuosidad del me

aproximadamente puede ser de 1,0 a 1,2 en Arenas.


Velocidad de descarga (v) se deduce directamente de la ley

v = k * i

Velocidad de filtracion (v1) es la que toma en cuenta la exisólida impermeable y es la velocidad media de avance del ag

del flujo. Esta velocidad supone que el agua tiene trayectoria




V1 = (1 + e ) * v e: relación de vacíos

e

velocidad media real (v2)

Considera que el agua al atravesar el suelo recorre una longit

irregular de longitud Lm y las variaciones del área de los poro

canal V2 = v1 * LmL


La Ley de Darcy puede no cumplirse por las siguientes raz

En algunas circunstancias, la relación entre el caudal

hidráulico no es lineal. Esto puede suceder cuando el valbajo o cuando las velocidades del flujo son muy altas.




, ,

el flujo a través de una formación arcillosa, el caudal qu

sería bajísimo, pero en la realidad, si no se aplican unos

elevados, el agua no llega a circular, el caudal es 0.

En el segundo caso, si el agua circula a gran velocida

directamente proporcional a la sección y al gradiente, peroproporcional, sino que la función sería potencial.


Determinación del coeficiente de permeabilidad

El coeficiente de permeabilidad de un suelo es un dato d

importancia para la formación del criterio del proyecti

problemas de Mecánica de Suelos y en muchos casos par

de cálculos. Hay dos tipos de procedimientos para




permeabilidad de los suelos: directos e indirectos.

Procedimientos directosse basan en pruebas cuyo objetivo fundamental es la

coeficiente, son los siguientes:

• Ensayos de carga constante

• Ensayos de carga variable

• Prueba directa de los suelos en el lugar.


Procedimientos indirectos

El coeficiente es proporcionado en forma secundaria por

técnicas que persiguen otros fines.

• Ensayo granulométrico (para suelos granulares)

• Ensayo de consolidación ( para arcillas)




• Prueba horizontal de capilaridad




Métodos directos

Ensayo de carga constante

Se utiliza el permeámetro manteniendo constante la cacoeficiente de permeabilidad se determina con la sigu

K = Q * L

* *




Q: Cantidad de agua en cm3 que fluye a través de la m

tiempo determinado

L: longitud de la muestra en cm

h: carga hidráulica constante cm.

A: sección transversal de la muestra en cm2

t: tiempo en seg. durante el cual pasa la cantidad de aanteriormente






Ejemplo 1. Determinar el coeficiente de permeabilidad

arenoso, el cual fue sometido al ensayo de permeabilida

constante

Descripción Dato

Volumen de agua que fluye, Q (cm3) 415

Diá t d l t D ( ) 6




Diámetro de la muestra, D (cm) 6

Longitud de la muestra, L (cm) 9Área de la muestra, A (cm2)

Carga hidráulica constante, h (cm) 37

Tiempo en el que fluye el caudal, t(min)

2

Coeficinte de permeabilidad, K

(cm/min)


Ejemplo 2. Determinar el coeficiente de permeabilida

arenoso, el cual fue sometido al ensayo de permeabil

constante

Descripción Dat

Volumen de agua que fluye, Q (cm3) 47

metro e a muestra, cm




,

Longitud de la muestra, L (cm) 1

Área de la muestra, A (cm2)

Carga hidráulica constante, h (cm) 3

Tiempo en el que fluye el caudal, t(min)

Coeficinte de permeabilidad, K

(cm/min)


Ensayo de carga variable

Se utiliza el permeámetro con carga hidráulica variable.

permeabilidad se determina con la siguiente expresión:

K = 2.3 * a*L * log 10 ho

A*t h1

a: Sección transversal del tubo capilar en cm2




a: Sección transversal del tubo capilar en cm2

L: longitud de la muestra en cmA: sección transversal de la muestra en cm2

T: tiempo que transcurre en recorrer el agua desde el ni

el nivel final h1 en minutos

ho: nivel inicial del agua en el tubo capilar en cm.

H1: nivel final del agua en el tubo capilar en cm






Ejemplo 1. Determinar el coeficiente de permeabilidad

limoso, el cual fue sometido al ensayo de permeabilid

variableDescripción

Diámetro del tubo capilar, d (cm)

Diámetro de la muestra, D (cm)

Longitud de la muestra, L (cm)




Área del tubo capilar, a (cm2)

Área de la muestra, A (cm2)

Tiempo, t (min)

Nivel inicial del agua, ho cm)

Nivel final del agua, h1 (cm)

Coeficiente de permeabilidad, K

(cm/min)


Ejemplo 2. Determinar el coeficiente de permeabilidad d

el cual fue sometido al ensayo de permeabilidad con ca

Descripción Da

Diámetro del tubo capilar, d (cm)

Diámetro de la muestra D cm

Longitud de la muestra L (cm)




Longitud de la muestra, L (cm)

Área del tubo capilar, a (cm2)Área de la muestra, A (cm2)

Tiempo, t (min)

Nivel inicial del agua, ho cm)

Nivel final del agua, h1 (cm)

Coeficiente de permeabilidad, K (cm/min)


Métodos indirectos

Ensayo granulométrico

Método de HazenLa conductividad hidráulica de sedimentos areno

estimada a partir de la curva granulométrica o de

.

id El ét d d H d tili d l




idea. El método de Hazen puede ser utilizado en el

cuyo diámetro efectivo (D10) se encuentra entre 0

aproximación de Hazen es:

K = C * (D10)2

K: es la conductividad hidráulica (cm/s)

D10: es el tamaño efectivo de los sedimentos (cm)C : es un coeficiente que se describe a continuación


Arena muy fina, mal distribuida: 0. 40 - 0.80

Arena fina con una gran cantidad de material fino: 0. 4

Arena media, bien distribuida: 0.80 – 1.20Arena gruesa, mal distribuida: 0.80 – 1.20

Arena gruesa, bien distribuida, limpia: 1.20 – 1.50

Kenny, Lau y Ofoegbu




En 1984 trabajaron con arenas gruesas y gravas (0.025.4mm), bajo condiciones de flujo laminar

k (cm / seg) = (0.05 a 1) D5 2

Donde:

D5 = diámetro correspondiente al 5% que pasa el ma


Ensayo de consolidación

Se utiliza para suelos arcillosos

: coe c en e e permea a .

a : coeficiente de compresibilidad correspondiente a la




av : coeficiente de compresibilidad correspondiente a la

Cv: coeficiente de consolidación correspondiente a la ca

γ w: peso específico el agua (gr/ cm3)

e: relación de vacíos correspondiente a la carga aplic

t50: tiempo correspondiente al 50 % de consolidación pr

la curva de consolidación de laboratorio


Esfuerzo geostático en la masa del suelo





Los esfuerzos al interior del suelo se aplican por dos razone

• El peso propio del suelo

• El efecto de las cargas exteriores aplicadas al suelo.

Los esfuerzos geostáticos (verticales) son los debidos al

sue o y pue en var ar con a pro un a , cuan o var a e

suelo




suelo.

v = * z

Si varía con la profundidad se tienen dos casos

Variación continua

Variación discontinua


Principios del esfuerzo efectivo




• El esfuerzo efectivo ’ se define como el valor de la dif

esfuerzo total y la presión de poros (p.p.) U.

’ = – u




• En la masa de suelo existen esfuerzos dentro del esquque actúan interpartícula, y existen esfuerzos neutro

fluido intersticial que ocupa los poros. La suma de am

esfuerzo total .


• En las caras del elemento A, de área a2, las partí

ejercen fuerzas en dirección normal y tangencial, N

muestra en la figura.





• Los esfuerzos serán, en ambas caras:

v = Nv h = Nh v = Tv h = Th

a2 a2 a2 a2




• Si se carga súbitamente el terreno, toda la masa de su

agua recibirá las nuevas fuerzas, empezará a fluir, los es

poco a poco, al esqueleto mineral, y cuando drene

disminuido y aumentado ’.


Esfuerzo total, neutro y efectivo

• Esfuerzo total o presión total

La presión total que tiene un suelo a una cierta profundi

su peso propio, es igual al producto de la profundidad

específico de masa ( densidad natural)




σ = Z * γ m

σ: esfuerzo total

Z: profundidad

γ m: peso específico de la masa del suelo


• Esfuerzo neutro o presión neutra

Es la presión en los poros o presión intersticial incap

esfuerzo cortante. En el nivel freático este esfuerzo tie

sobre el nivel freático este esfuerzo es negativo y bajo el n

positivo. Este esfuerzo es igual al producto de la distan

nivel freático por el peso específico del agua.

µ = d * γ w




µ γ

µ : esfuerzo neutro

d: distancia a partir del nivel freático

γ w: peso específico del agua, su valor es 1 gr/cm3


• Esfuerzo efectivo o presión efectiva

Es el esfuerzo correspondiente a la fase sólida del su

gobierna los cambios volumétricos o la resistencia

Este esfuerzo es igual a la diferencia de la presión to

neutra. σ’ = σ - µ





Ejemplo 1

Determinar y dibujar la distribución de presiones total, n

debido al peso propio del terreno, a 3m y 7 m. de profundi

estrato de suelo arenoso cuyo peso específico de masa e

nivel freático está a 3 m. de profundidad.





Ejemplo 2

Determinar y dibujar la distribución de presiones total, ne

debido al peso propio del terreno a 2.1 m , a 3.9 m

profundidad del siguiente perfil estratigráfico. El nivel freátic

a 3.2 m de profundidad. Las potencias y los pesos específ

del suelo de los estratos se indican en el perfil.





Filtración y teoría de flujo





El escurrimiento o filtración, es el movimiento de las partíc

produce a lo largo de caminos muy ajustados a curvas, lla

corriente o líneas de filtración, invariables en el transcurso





Flujo Unidimensional

En estos casos, el gasto de filtración, el gradiente y la

punto se obtienen utilizando la ley de Darcy y otros princla hidráulica.

-Gasto de filtración q = K * i * A

K = Q * L

A * h * t




- Velocidad de filtración V1 = K * i * (1 + e )

e




Filtración en suelos heterogéneos (estratificados)

Se puede extender la Ley de Darcy bajo ciertas hipótesis

una permeabilidad equivalente del conjunto (ke) en sentid

knormal a capas≠

kparalelo a capas




knormal a capas kparalelo a capas


Flujo en dirección paralela a los estratos

• h: Dique p

• q: ga

ancho

• Gradi

único

capas




H

Hk

k

HL

hk H

L

hk iAk q

qq

ii

h

iihh

i

∑

∑

∑

⋅

=

===

=

capas

kh equiva

parale


Flujo en dirección normal a los estratos

=

vk

Kv eq

• h: Diferencia de carga que produce el flujo

Hi ót i d T b j

sees




• Hipótesis de Trabajo:

– El flujo es sólo vertical y no hay acumulación de

ningún estrato entonces en cada estrato es cons

– as áreas son iguales entonces la velocidad d

todos los estratos es constante.cte

A

qv ==


Flujo Bidimensional

Este problema se presenta en cualquier estructura que ten

el agua (presas, puertos, etc.) En estos flujos, los principque se resuelven los problemas unidimensionales no bast

recurre al concepto de red de flujo.

El flujo del agua a través del

suelo no es en una sola

di ió i t




dirección, ni tampoco es

uniforme en toda el área

perpendicular al flujo. Por ello se

usa la red de flujo para

calcularlo.


Flujo bidireccional

Deberá definirse un modelo general del flujo de agua en el su

generalizando la Ley de Darcy a flujos en dos y tres direccionutilizado será la Red de Flujo





Red de Flujo para filtración bidireccional




• Las Líneas Equipotenciales siguen siendo normales a la

• Punto crítico para el sifonamiento: Punto d





• En la zona donde las líneas de flujo son horizontal

equipotenciales son verticales





• Caída de carga entre equipotenciales = ∆z entre puntos

de equipotencial con línea de saturación

• El flujo en el talud aguas abajo no es ni línea de flujo n


Métodos de Resolución de Problemas de Redes

• Dibujo de la Red de Flujo

• Métodos Analíticos

• Modelos

• Métodos Analógicos

• Métodos Numéricos





Dibujo de la Red de Flujo

• Método primario propuesto por Forchheimer y desarrolla

Casagrande (1937)

• La Red de Flujo se dibuja:

–

– Cumpliendo la condición de ortogonalidad entre líne

equipotencialesV j D id di d bl




• Ventaja: Da una idea directa de problema

• Desventaja: Dificultad del dibujo de la red

• La literatura de Mecánica de Suelos presenta dibujos de

para muchos casos prácticos


Red de Flujo:Red de Flujo: Malla compuesta por Líneas de Flujo y

Equipotenciales





Red de flujo

Sistema de cuadrados o rectángulos formados por la inter

de flujo y líneas equipotenciales o de igual ca(perpendiculares).

Línea de flujo

Línea a lo largo de la cual una partícula de agua puede v

arriba hacia aguas abajo.




Línea equipotencial

Línea a lo largo de la cual la carga potencial de todos

misma.


red de flujo

Es la combinación de líneas de flujo y líneas equip

construyen para calcular el flujo de aguas subterráneas y ttrazo específicas.

Las dos familias de curvas son ortogonales solo para suelos

Los suelos anisotrópicos necesitan transformarse para ser

isotrópicos.





• El espacio entre cualquier par de líneas de flujo se denomin

• El espacio entre cualquier par de líneas equipotenciales seequipotencial Nd





El gasto de filtración para un suelo isotrópico está dado po

expresión:

Q = k * ∆h * Nf

Nd

Q: gasto de infiltración

∆h: pérdida de carga Nd: número de caídas





Propiedades de las redes de flujo:

• El caudal que fluye entre dos líneas consecutivas es el m

de ancho.

• Las líneas equipotenciales no pueden cortarse entre sí, de

fluido, tampoco las líneas de corriente pueden cortarse ent

.

Se trata entonces de definir en cada caso las condiciones específicas del problema y trazar, cumpliendo con estas, la




p p y p

de curvas ortogonales, obteniendo así una verdadera imag

problema, que si a sido realizada con cuidado podrá ser lo

buena para los fines ingenieriles.


Para el trazo de una red de flujo se tienen los siguientes pa

• Dibujar los limites del dominio

• Fijar tentativamente 3 ó 4 líneas de corriente.

• Trazar tentativamente equipotenciales, ortogonales a

corriente

• Ajustar

• Comprobar la bondad del ajuste si al trazar las líneas dicuadros se obtienen también curvas suaves, formando u




a s s b a b as s a s, a


Q = K *

K: coeficiente de permeabilidad

Nf: número de canales de flujo




Nf: número de canales de flujo

Nd: número de caidas

n: razón ancho (B) /longitud (L)

hmáx: Diferencia en el nivel de agua entre los lados aguas a






Métodos Analíticos

• Existen soluciones teóricas para algunos problemas de

• Filtración a través de una presa de tierra:

– Solución de Kozeny (1933) para equipotencial de a

parabólica y dren de pie horizontal

– Casagrande: Modificaciones a Kozeny

• Flujo bajo un tablaestacado

D j P bl l j d fl j i




• Desventaja: Problemas complejos de flujo no tienen so

satisfactoria


Modelos

• Útiles para representar los fundamentos del flujo de fluidde Laboratorio)

• Desventaja:

– Requieren mucho tiempo y trabajo – Dificultades creadas por la capilaridad





Métodos Analógicos

• El flujo de agua es similar al flujo eléctrico y de calor

• Los más utilizados son los modelos analógicos eléctrico

– Voltaje = Carga Hidráulica

– Conductividad = Permeabilidad

– Intensidad de Corriente = Velocidad de flujo de agu

• Permiten resolver problemas complejos





Métodos Numéricos

• Se resuelve Ecuación de Laplace por métodos de numérico

Método de Elementos Finitos





Control y manejo de filtraciones mediante redes d

En las presas de tierra hay filtraciones de aguaterraplén y de la fundación, por lo que se debe dise

i i i i t bilid d d




para prevenir supresiones excesivas, inestabilidad d

abajo, sifonamiento o erosión interna.


Control y manejo de las filtraciones a través del terrap

Existen los siguientes métodos:

• Zonificación gradual del terraplén de fino a grueso.





• Chimeneas verticales o inclinadas y/o colchones ho

subdrenaje.





Control y manejo de filtraciones por la fundación

• Deben analizarse los diversos métodos utilizando rede

métodos aproximados.• Deben analizarse los factores de seguridad contra sub





• colchones de drenaje

- Manejan la filtración tanto a través de terraplén como

fundación.- Previenen las subpresiones excesivas en el pie de la

- Los colchones de drena e aumentan los caudales de

debajo del terraplén.





• Zanja o pantalla impermeabilizante

Pueden ser de suelo impermeable compactado, rellen

concreto





La pantalla impermeabilizante puede ser:

1. Pantalla total (atravesando el manto permeable).

2. Pantalla parcial, su efectividad pende de la profundidque sea efectiva bajar a un manto menor permeabil





2. Índice CBR determinado in situ




• Luego de la colocación del

pistón y a una presión de

tal manera que semantenga vertical se va

colocando los anillos de

sobrecarga

• Una vez colocado el

equipo de CBR, se

encuentra listo para iniciar




encuentra listo para iniciar

el ensayo.


• Se realiza el ensayo con

una persona que realiza el

giro de la manivela y controla

las lecturas de

e ormac ones, o ra persona

apunta las lecturas de carga





Ejemplo Determinar

el valor de CBR, el

diámetro del pistónque transmite la

carga es de 5.0 cm,

Deformación Deformación Carga (mm) (pulgadas) (Kg)

0 00.05 1000.1 150

0.2 2000.4 3500.5 4000.6 5000.7 550

los datos son los

siguientes:

0.9 6501.0 7002.0 8003.0 9005.0 10506.0 11607.0 12808.0 13209 0 1400




9.0 140010.0 146011.0 150012.0 1550

13.0 1600


Penetració

( pulg.)

0.1 0.2 0.3

. 0.5

Esfuerzo a 0.1 " (kg/cm2)

Esfuerzo a 0.2 " (Kg/cm2)

CBR 0 1" (%)

CBR (%)




CBR 0.1" (%)

CBR 0.2" (%)


CRB de diseño de subrasantes

Para determinar la capacidad portante de la subrasante

método CBR. Las muestras se obtienen lo más cerca pos

subrasante.

En el suelo en estudio se programa

un número suficiente de ensayos

CBR para determinar

estadísticamente el valor de diseñode la resistencia de la subrasante,

para el efecto se recomienda que en




cada tramo se realicen 6 a 8

pruebas.


El CBR de diseño encada tramo

se determina a partir de los

valores obtenidos de los 6 u 8

ensayos y se tiene un valor tal

ue debe ser su erado or

determinado porcentaje de los

valores individuales, este

porcentaje se denomina Valor

Percentil y se relaciona con el

tráfico previsto como se muestra




tráfico previsto como se muestra

en la siguiente tabla.


Valor percentil CBR de diseño

Tráfico EAL % de ensayo con CBR

igual o mayor

,

10,000 - 1'000,000 75

1'000,000 ó más 87.5

Los valores CBR deben ser los correspondientes a las

previstas.





Ejemplo

En el estudio de suelos de un tramo de carretera, los res

pruebas de CBR en la subrasante son los siguientes5.3, 4.0, 4.4 y 4.7. Determinar el CBR de diseño para

tráfico EAL de 10,000, 100,000 y 1’000,000

Solución

Ordenando en forma decreciente los valores de CB

siguiente:





Valores de CBR

Número igual o % igual o mayoCBR mayor que que

1

2

3

4

5

6

7





Se grafica los valores de CBR con los porcentajes igual o

se obtienen la curva.





De la tabla Valor percentil - CBR de diseño, para

volúmenes de tráfico se obtienen los correspondi

percentil con los cuales finalmente se determina los Cpara estos valores de tráfico

EALValor percentil de

diseñoCBR dediseño

10,000 60

100,000 75




1'000,000 87.5




A. Determinación de CBR en laboratorio para suelos re

• CBR para suelos cohesivos

A estos suelos les afecta la humedad de compactaci

densidad obtenida, por lo que se ensaya cada mues

de colocarlas en agua durante 4 días.

• CBR para suelos no cohesivos

Tal como arenas limpias y gravas arenosas, no se vepor la humedad de compactación dados que estos s

compactan grandemente, bajo el tráfico. El ensayo s

i di t t d é d t l d




inmediatamente después de compactarlas a su dens


Equipo

• Equipo CBR.(3 moldes cilíndricos con placa de base y co

extensión, 3discos espaciadores, 3 placas de expansión, 3

cada una de 4.5 kg. de peso y 3 trípodes)

• Pisón proctor modificado

• a anza con prec s n e gr.

• 3 diales de expansión.


• Probeta de 1000 ml.

• Recipiente de 6 kg. de capacidad.

• Espátula.




• Taras identificadas


Material

Muestra alterada seca.

Papel filtro

Procedimiento

Consta de 3 fases:

• Ensayo de compactación CBR (determinación de la

humedad del suelo• Ensayo de hinchamiento (Determinación de las

expansivas del material)

• Ensayo carga – penetración (determinación de la re




Ensayo carga penetración (determinación de la re

penetración)


a. Ensayo de compactación CBR

• Preparar la muestra con el contenido óptimo de

humedad determinado en el ensayo de

compactación proctor modificado.

• Compactar la muestra en 5 capas en cada uno

de los 3 moldes CBR, el primero con 13 golpes,

el segundo con 27 golpes y el tercero con 56

golpes por capa.• Determinar la densidad humedad y el contenido

de humedad de las muestras de cada molde.

• Determinar la densidad seca de las muestras de




cada molde.


b. Ensayo de hinchamiento

• Invertir las muestras de tal manera que la superficie li

parte superior cuando se ensambla nuevamente los

placas de base.

• Colocar sobre cada muestra el papel

filtro, la placa de expansión, la

sobrecarga, el trípode y el dial de

expansión.• Colocar los tres moldes debidamente

equipados en un tanque de agua

durante 4 días (96 horas), registrar las




lecturas de expansión cada 24 horas.


• Después de los 4 días sacar los moldes del

tanque de agua y de cada uno de ellos retirar

el dial, el trípode, la sobrecarga y la placa de

expansión, dejarlos drenar durante 15

c. Ensayo de carga - penetración

minutos.

• Colocar la sobrecarga en cada molde, llevar

a la prensa hidráulica, proceder al ensayo depenetración aplicando un pisón a una

velocidad de 0.05 pulg/min., registrar las

lecturas de carga de cada muestra en las




siguientes lecturas de penetración:


Lecturas de penetraciónPulgadas Milímetros

0.000 0.000.025 0.64

0.050 1.270.075 1.910.100 2.540.125 3.180.150 3.810.175 4.45

0.200 5.080.250 6.350.300 7.620.350 8.890.400 10.160 450 11 43




0.450 11.430.500 12.70


• Determinar nuevamente la densidad humedad y el con

humedad de las muestras de cada molde.





• Calcular esfuerzo aplicado correspondiente a cada carga

P/A

: esfuerzo

P : carga aplicada

A: Área del pisón

• Dibujar las 03 curvas esfuerzo – deformación corre

muestras de cada molde, en escala natural, los valores dregistrará en el eje de abscisas y los valores de los esf

ordenadas. Si es necesario se debe corregir las curvas

origen.





• Determinar los esfuerzos correspondientes a 0.1 “ y 0

penetración de cada una de las curvas esfuerzo – defo





• Determinar los índices CBR para 0.1 “ y 0.2” de penetrac

se obtienen dividiendo cada valor de esfuerzo correspon

0.2” de la muestra ensayada entre el esfuerzo patrón cor

0.1 “ y 0.2”.

CBR = σ t * 100

σ p

σt : esfuerzo de la muestra ensayada

σp : esfuerzo patrón





• Dibujar las curvas densidad seca versus CBR correspond

0.2” de penetración.

• El indice CBR de diseño es el valor correspondiente a

enetración ex resado en orcenta e de su res ectivo va

El número CBR usualmente se basa en la relación de c

penetración de 2.54 mm (0,1”), sin embargo, si el valoruna penetración de 5.08 mm (0,2”) es mayor, dich

aceptarse como valor final de CBR.





Si el valor de CBR correspondiente a 0.2” es muy super

CBR correspondiente a 0.1” deberá repetirse el ensayo pa





ENSAYO: COMPACTACIÓN CBR

Molde N° 1 2

N° capas 5 5N° golpes por capa 13 27Condición de muestra antes empapar después antes empapar después a

Peso molde (gr) 4303.00 4303 4342.00 4342.00 4Pmh + molde (gr) 8301.00 8333 8714.00 8737.00 9Pmh (gr)

m . cm . . . .Densidad húmeda(gr/cm3)CONTENIDO DE HUMEDADEnsayo N° 1 - A 1 - B 1 – C 2 - A 2 - B 2 - CPt (gr) 45.20 46.00 44.80 45.30 48.50 46.70Pmh + t (gr) 150.24 153.28 165.22 152.05 155.13 172.15Pms + t (gr) 133.48 136.14 144.64 134.95 138.08 150.90Pw ( gr)Pms (gr)W ( % )W prom ( % )




p ( )Densidad seca (gr/cm3)


ENSAYO: HINCHAMIENTO

TIEMPO ACUMULADO MOLDE N° 1 MOLDE N° 2 MO

hinchamiento hinchamiento hinch

(horas) (días) (mm) (%) (mm) (%) (mm

. . .

24 1 3.578 4.458 4.

48 2 4.235 5.428 5.

72 3 4.835 6.138 6.96 4 5.125 6.625 7.

Altura de moldes = 12.50 cm





Penetración MOLDE N° 1 MOLDE N° 2carga esfuerzo carga esfuerzo car

(mm) (pulg) (Kg) (Kg/cm2) (Lb/pulg2) (Kg) (Kg/cm2) (Lb/pulg2) (K0.00 0.000 0.00 0.00 00.64 0.025 9.00 18.01 35

1.27 0.050 18.00 32.00 711.91 0.075 23.00 47.00 1042.54 0.100 27.09 57.00 122. . . .

3.81 0.150 30.00 67.00 1344.45 0.175 31.00 70.00 1385.08 0.200 32.00 73.00 1436.35 0.250 34.00 78.00 149

7.62 0.300 37.00 83.00 1538.89 0.350 38.00 86.00 158

10.16 0.400 40.00 90.00 16211.43 0.450 42.00 96.00 16812.70 0.500 44.00 99.00 173




Diámetro del pisón =2” 1 libra = 0.45359237






ESFUERZOS PARA 01" Y 02" DE PENETRACIÓN

MOLDE N° MOLDE N° 1 MOLDE N° 2

Penetración ( " ) 01 " 02 " 01 " 02 "

Esfuerzo terreno (lb/pg2)

Esfuerzo patrón (lb/pg2) 1000 1500 1000 1500

C.B.R. Y DENSIDAD SECA

MOLDE N° MOLDE N° 1 MOLDE N° 2 M

Penetración ( " ) 01 " 02 " 01 " 02 " 01 "

CBR ( % )

Ds(GR/CM3)





Ds Máx CBR (0.1")

95 % Ds máx CBR (0.2")

C! de dise"o =




C! de dise"o


Diseño del espesor del pavimento

• Con el valor de CBR de la subrasante se diseña el espeso

• Con el valor de CBR de la subbase se diseña el espesor d

• Con el valor de CBR de la base se diseña el espesor de larodadura.





B. Determinación de CBR en laboratorio para suelos in

El CBR de muestras inalteradas se determina cua

construir un pavimento sobre el terreno natural exist

trabajos previos de compactación.Mediante este método, se determina el CBR de un s

.

que los pasos para determinar las propiedades expansiv

a la penetración son similares a l método de muestras re

• Obtención de muestras

- Se emplea cilindros metálicos con bordes cortante

presión a la capa en estudio.





• Determinación de la densidad húmeda y contenido

- Se determinan in situ, en un lugar muy próximo de d

las muestras para CBR.

• Determinación del índice CBR

- Las muestras obtenidas con los cilindros metálicos, se

sus respectivas placas de base, se ensambla el collarín

y se coloca la placa de expansión, la sobrecarga y el trídial de expansión.





- Se coloca los tres moldes debidamente

equipados en un tanque de agua durante

4 días (96 horas), para registrar las

lecturas de expansión cada 24 horas.

- Se somete al ensayo de penetración y

se determina el CBR.

- Se continua con los mismos pasos

aplicados en las muestras remoldeadas.





California Bearing Ratio (C.B.R.)





California Bearing Ratio (C.B.R.) (Relación de Soporte C

Mide la resistencia al corte de un suelo bajo Condicione

densidad controlada. El ensayo permite obtener un número

soporte, que no es constante para un suelo dado sino que

estado en el cual se encontraba el suelo durante el ensayo.

C.B.R. es el índice de resistencia

del terreno, se aplica para la

evaluación de la la capacidad desoporte de suelos de subrasante,

de los materiales de sub bases,

bases granulares y afirmado de

un pavimento.





Número CBR

El número CBR (o simplemente CBR), se obtiene de la

carga unitaria (lbs/pulg2.) necesaria para lograr una cier

de penetración del pistón de 19.4 cm2 de área dentro

compactada de suelo a un contenido de humedad y densid

respecto a la carga unitaria patrón (lbs/pulg2.) requerida p

misma profundidad de penetración en una muestra estánd

triturado.

El CBR de un suelo es la carga unitaria correspondiente a

penetración, expresada en por ciento en su respectivo valo





σ 0.1” muestra : esfuerzo de la muestra ensayada a 0.1” de

σ 0.1” patrón : esfuerzo de material patrón: piedra triturada o

California de la que se conoce las tensiones

producir penetraciones preestablecidas





Penetración

(mm.)

Esfuerzo patrón

( Kg /cm2 )

Penetración

( pulg.)

Esf

(

2.54 70.31 0.1 5.08 105.46 0.2

. . .

10.16 161.71 0.4

12.70 182.80 0.5





Valores referenciales de CBR, usos y suelos.

Sistema d

CBR Clasific. general Usos Unificado

0 – 3 Muy pobre Sub rasante OH, CH, MH, OL

3 – 7 Muy pobre a regular Sub rasante OH, CH, MH, OL

7 – 20 Regular Sub base OL, CL, ML, SC, S, M, SP

20 - 50 Bueno Sub base y base GM, GC, SW, SM, SP, GP

> 50 Excelente Base GW, GM





Con el resultado del CBR se puede clasificar el suelo med

siguiente tabla

C BR Clasificación

0 -5 Subrasante muy mala

5 - 10 Subrasante mala

10 - 20 subrasante regular a buena

20 - 30 Subrasante muy buena

30 -50 Subbase buena

50 - 80 Base buena

80 - 100 Base muy buena





Ensayos de CBR

El objetivo del ensayo de CBR es establecer una rel

comportamiento de los suelos principalmente utilizados

subrasantes bajo el pavimento de carreteras y aeropistas,

la relación entre el valor de CBR y la densidad seca que se

campo.

se hacen sobre muestras compactadas al contenido de hupara un suelo específico, utilizando el ensayo de compact

o modificado, de acuerdo al requerimiento





El comportamiento de los suelos varía de acuerdo a su gra

(inalterado y alterado) y a su granulometría y carac

(granulares, finos, poco plásticos). El método a seguir pa

CBR será diferente en cada caso y se determina en laborato1. Determinación del CBR en laboratorio

M á i d l I

.

1. Gravas y arenas sin cohesión.

2. Suelos cohesivos, poco plásticos y poco o nada expa

3. Suelos cohesivos y expansivos.

B. Determinación del CBR de suelos inalterados.

2. Determinación del CBR in situ.





Determinación del CBR en laboratorio Determinación






CONTROL DE COMPACTACIÓN






3. Control de compactación

Método del Cono de Arena

- Se excava un hoyo dentro del orificio de la placa

equipo de densidad de campo. La profundidad lo espesor de suelo compactado.






- Se pesa el suelo extraído (Wmh).


- Se determina el contenido de humedad del suelo extra




- El cono con arena uniforme y

densidad conocida se coloca sobre el

hoyo y éste se llena con arena

- Se determina el peso de la arena que


ingresa al hoyo (Warh)

- Se determina el volumen del hoyo el

cual es igual al volumen de la

muestra extraída (Vm) = Warh/Dar




- Se determina la densidad húmeda del suelo (Dh =

- Se determina la densidad seca (Ds = Dh/ 1+w).

- La densidad seca obtenida (Ds) se compara co


seca máxima obtenida en laboratorio Dsmáx,

grado de compactación:

G = Ds campo * 100

Ds máx laboratorio



Ensayo N° 1 2

Ubicación ensayo IZQUIERDA CENTRO D

Fecha ensayo C/ 09/07/02 C/ 09/07/02 C/

Profundidad ensayo ( cm.) -0.15 -0.15

Wmh total ( gr) 4805.00 4080.00

Wh piedra (gr) 1320.00 930.00

Wm neta (gr). piedra (gr/cm3) 2.60 2.60

Vpiedra (cm3)

Wf + ar. Inic. (gr) 7820.00 7475.00

Wf + ar. Fin. (gr) 3440.00 3505.00

War. usada (gr) 4380.00 3970.00 War. cono (gr) 1540.00 1540.00

War. hoyo (gr)

. . .

Vm total (cm3)

Vm neta (cm3)

Dh total (gr/cm3)

Dh neta (gr/cm3)

Wt (gr) 28.20 34.20

Wmh + t (gr) 118.90 125.70 Wms + t (gr) 115.90 123.10

Wms (gr)

Ww (gr)

W %

Ds total (gr/cm3)

Ds neta (gr/cm3)

Dsmáx. ensayo compact.(gr/cm3) 2.19 2.19

Grado compactación ( %)




Método del Densímetro Nuclear.

Opera con el principio de que los suelos densos

radiación que los suelos sueltos. El densímetro se c

suelo a probar y se conecta para que funcione.


Los rayos Gamma de una fuente radiactiva penetran

según sea el número de huecos que existan, un núme

reflejan y vuelven a la superficie.





La densidad seca obtenida se compara con la d

obtenida en laboratorio, obteniendo el grado de compac

G = Ds campo * 100

Ds máx laboratorio




Método del Globo de Hule

ASTM D 2167

El procedimiento es similar al del

método del Cono de arena; se hace

un hoyo de prueba y se determinan


el peso húmedo del suelo retirado

del hoyo y su contenido de agua.

Sin embargo, el volumen del hoyo

se determina introduciendo a éste

un globo de hule con agua de un

recipiente calibrado, del cual el

volumen se lee directamente.




COMPACTACIÓN EN CAMPO





2. compactación del suelo en el terreno

Los métodos empleados para la compactación de suelos

tipo de materiales con que se trabaje en cada caso; en

puramente friccionantes como la arena, los métodos vibra

más eficientes, en

tanto ue en suelos


plásticos el

procedimiento de

carga estática resultael más ventajoso. Se

emplean cuatro

métodos principales

de compactación




Compactación estática o por presión

La compactación se logra utilizando una máquina pesada

comprime las partículas del suelo, sin necesidad de mov

Por ejemplo : Rodillo Estático o Rodillo Liso





Compactación por impacto

La compactación es producida por una placa apisonad

y se separa del suelo a alta velocidad.

Por ejemplo : Un apisonador





Compactación por vibración

La compactación se logra aplicando al suelo vibracione

frecuencia . Por ejemplo : Placa o rodillos vibratorios





Compactación por amasado

La compactación se logra aplicando al suelo altas pres

en áreas mas pequeñas que los rodillos lisos.

Por ejemplo : Un rodillo “Pata de Cabra”





La elección del equipo de compactación

Depende del tipo de suelo

• Rodillos lisos: se utilizan en gravas y arenas me

estables.





• Rodillos neumáticos: se usa en arenas uniformes y su

humedad cercana a limite plástico.





• Rodillos “pata de cabra”: suelos finos, humedad entre

debajo del limite plástico.





• Rodillo vibratorio: se utiliza especialmente en suelo





Selección del tipo de equipo en función del tipo de suel

clasificación AASHTO ( Dujisin y Rutland, 1974 )

Equipo A -1-a A -1-b A-3 A -2-4 A -2-5 A -2-6 A -2-7 A -

Rodillo liso 1 2 2 1 1 1 2 2

Rodillo neumático 2 2 2 1 1 1 1 2


Rodillo pata cabra 5 5 5 4 4 3 2 2

Pisón impacto 2 2 1 2 2 2 4 4

Rodillo vibratorio 1 1 1 1 1 3 4 3

Comportamiento del equipo

1 Excelente

2 Bueno

3 Regular

4 Deficiente

5 Inadecuado




Compactación de prueba

• Se aconseja en obras de cierta importancia.

• Permite Determinar el nº de pasadas y humedad más co

la exigencia de la obra y a la economía de la empresa





El número de pasadas del equipo de compactación

Tiene la misma función que el número de golpes del ma

próctor: proporcionar energía de compactación. En con

mayor sea el número de pasadas mayor será el peso

obtenido, independientemente del tipo del material, pe


óptimo en que mayor número de pasadas es inneces

ocasionar en algunos casos el aflojamiento del suelo com

Existen datos de número de pasadas recomendados p

rodillo compactador, entendiéndose que se trata de inform

puesto que el número definitivo de pasadas estará dado p

prueba que se ejecute en obra.




Tipo de rodillo N°de pasadas

Liso estático 6 - 8

Pata de cabra > 8


Neumático 6 - 8

Vibratorio < 6

Entiéndase por “una pasada” al paso consecutivo

del rodillo compactador sobre una misma franja.




Velocidad de compactación

La velocidad de operación de un equipo compac

parámetro muy importante, tanto en el aspecto de l

compactación como en el de los rendimientos.


Para un equipo determinado y ciertas exigencias de c

una velocidad óptima que lleva al rendimiento más

función de la calidad del material y el espesor de la capa

Existen algunos rangos de velocidades recomendad

diferentes tipos de rodillos compactadores.




Tipo de rodillo Rango de velocida

de operación (Km

Pata de cabra 10 - 15


Lisos 4 - 10

Vibratorios 2 - 5

Neumáticos 5 - 40




Uso de geomallas

Las geomallas tienden a reducir el espesor de las capas

pavimento, mejorar las especificaciones de las mismas, red

de huellas y fallas por esfuerzo cortante y asentamientos d

pavimento, conferir mayor durabilidad de la estructura


mejorar la capacidad portante.




COMPACTACIÓN DE SUELOS





• Aumenta la capacidad de soporte del suelo.

Los vacíos producen debilidad del suelo e incapacidad

cargas pesadas. Si disminuyen los vacios, el suelo pu

cargas mayores debido que aumenta la densidad.





• Impide el hundimiento del suelo

Si la estructura se construye en el suelo sin compactar,

hunde dando lugar a que la estructura se deforme (asen

diferenciales). Donde el hundimiento es mas profundo e

en una esquina, por lo que se producen grietas o un der





• Reduce la permeabilidad del suelo.

Un suelo compactado reduce el ingreso del de agu

masa





• Reduce el esponjamiento y la contracción del suelo

Si hay vacíos, el agua puede penetrar en el suelo y llenar

El resultado seria el esponjamiento del suelo durante l

lluvias y la contracción del mismo durante la estación sec





• Impide los daños de las heladas

El agua se expande y aumenta el volumen al co

acción a menudo causa que el pavimento se hinche,

paredes y losas del piso se agrieten. La compactació

cavidades de agua en el suelo





Por lo general, las

técnicas de

compactación se

Aplicación de las técnicas de compactación


aplican a rellenos

artificiales tales como

cortinas de presas de

tierra, terraplenespara carreteras,

pavimentos, etc.




El agua juega un papel importante en los suelos especi

finos. Es así como existe un contenido de humedad óptima

cual el proceso de compactación dará un peso máximo de s

de volumen, es decir, un peso específico máximo (Dsmax)

Teoría de la Compactación


Para bajos contenidos de humedad, el agua

está en forma capilar produciendo

compresiones entre las partículas

constituyentes del suelo, lo cual tiende a laformación de grumos difícilmente

desintegrables en suelos finos que dificultan la

compactación




El aumento del contenido de humedad hace disminui

capilar en el agua, haciendo que una misma energía de

produzca mejores resultados. El agua añadida des

atrapado, actuando además como lubricante entre partícupasan a ocupar un mayor volumen.





Si se agrega agua de tal manera que el suelo tiende

saturada, el agua no puede desplazar mas aire porqu

comienza a desplazar partículas sólidas que pasan a

volumen.





La secuencia práctica para la compactación de s

1. cuando se va a realizar una obra en la que el suelo

vaya a ser compactado, se obtienen muestras de

suelo que se van a emplear, sometiéndolas en


.

2. En terreno se reproducen las condiciones de

laboratorio adoptadas para el proyecto con equipo

adecuado.




3. Finalmente una vez iniciada la construcción se verifica

la compactación lograda en terreno con muestras

elegidas al azar para comprobar si se estánsatisfaciendo los requerimientos del proyecto.





Las variables que afectan a la compactación en suelos co

son las siguientes:

• Contenido de agua

• Tipo de suelo

• Energía de Compactación


Ec = N * n * W * h

V

N: número de golpes por capa

n: número de capas de sueloW: peso del martillo (Kg)

h: altura de caída del martillo (cm)

V: volumen del suelo compactado (cm3)




Las variables que afectan a la compactación en suelos con

las siguientes:

• Contenido de agua

• Tipo de suelo

• Energía de Compactación


Ec = N * n * W * h

V

N: número de golpes por capa

n: número de capas de sueloW: peso del martillo (Kg)

h: altura de caída del martillo (cm)

V: volumen del suelo compactado (cm3)




• Con cierta humedad, el suelo llega a su densidad máxima

una cantidad específica de energía .

• La densidad máxima que se obtiene bajo estas cond

densidad Proctor 100%.

• El valor de la humedad en el punto


de densidad máxima se llama

humedad Óptima

• El valor Proctor 100% se utiliza

como base para medir el grado decompactación del suelo, por lo

tanto, es la medida estándar para la

compactación.




Pruebas de compactación en laboratorio

Actualmente existen muchos métodos para reprodu

teóricamente, en laboratorio las condiciones dadas de co

terreno. Históricamente, el primer método, respecto a la

utiliza actualmente, es el proctor estándar. El más emplead


es el denominado proctor modificado en el que se aplica m

compactación que el estándar siendo el que está más de a

solicitaciones que las modernas estructuras imponen al sue

Todos ellos consisten en compactar el suelo, con condic

que se especifican a continuación:




Tipo de ensayo PROCTOR ESTÁNDAR ASTM D698.91 (98) PROCTOR MO

Método A B C A

Condiciones para la elección% Ret.Acum.N°4

≤ 20%% Ret.Acum.3/ 8"

≤ 20%% Ret.Acum.3/ 4"

≤ 30%% Ret.Acum.N°4

≤ 20%

del método% Ret.Acum.N°4

> 20%% Ret.Acum.3/ 8"

> 20%

Tipo de material utilizado Pasante lamalla N°4 Pasante lamalla 3/8" Pasante lamalla 3/4" Pasante lamalla N°4

°


N°de golpes (N) 25 25 56 25

Diámetro de molde (cm) 10.16 ± 0.04 10.16 ± 0.04 15.24 ± 0.07 10.16 ± 0.04

Altura del molde (cm) 11.64 ± 0.05 11.64 ± 0.05 11.64 ± 0.05 11.64 ± 0.05

Volumen del molde V (cm3) 944 ± 0.14 944 ± 0.14 2124 ± 0.25 944 ± 0.14

Peso del martillo W (Kg) 2.5 ± 0.01 2.5 ± 0.01 2.5 ± 0.01 4.54 ± 0.01

Altura caída del martillo h (cm) 30.48 ± 0.13 30.48 ± 0.13 30.48 ± 0.13 45.72 ± 0.16

Diámetro del martillo (cm) 5.08 ± 0.025 5.08 ± 0.025 5.08 ± 0.025 5.08 ± 0.025

Energía de compactación(Kg/cm)cm3)

6.054 6.054 6.027 27.485




ENSAYO : COMPACTACIÓN PROCTOR MODIFICADO Referencias: ASTM D1557, AASHTO T180, MTC 115 - 1999

Material

Muestra alterada seca aproximadamente 30 kg.


Equipo

• Equipo proctor modificado (molde cilíndrico, placa de base y

• Pisón proctor modificado.

• Balanza con precisión de 1 gr.


• Probeta de 1000 ml, recipiente de 6 kg. de capacidad, espátu

identificadas




Procedimiento

• Obtener aproximadamente 30 kg. de muestra seca para e

acuerdo al método a utilizar (método A, B o C).

• Preparar 5 muestras (cada una de ellas aproximadamente

determinada cantidad de agua, de tal manera que el conte


de cada una de ellas varíe aproximadamente en 1 ½ % en




• Ensamblar el molde cilíndrico con la placa de base y det

• Colocar el collar de extensión y el papel filtro para coloc

que se va a compactar.





• Compactar cada muestra en 5 capas y cada capa con

(depende del método A, B ó C), al terminar de compactar

se retira el collar de extensión, se enrasa con la espátula

la densidad húmeda (Dh).





• Determinar el contenido de humedad de cada mues

(w%), utilizando muestras representativas de la parte su





•Determinar las densidad seca de cada muestra compactada

Ds = Dh .

(1+ w % /100)

• Dibujar la curva de compactación enescala natural, los datos de


contenido de humedad se registra en

el eje de abscisas y los datos de

densidad seca en el eje de

ordenadas.

• Determinar la máxima densidad seca

y el óptimo contenido de humedad.




ENSAYO: COMPACTACI N - PROCTOR MODIFICADONORMA ASTM D1557 METODO A

Molde N° 1 2 3Peso molde (gr) 3723 3723 3723

Pmh + molde (gr) 5400 5528 5578Pmh (gr)


. . .Dh ( gr/cm3)Recipiente N° a b c d e fPt (gr) 69.4 73.2 81.2 76.4 59.3Pmh + t (gr) 364.0 342.7 388.5 366.4 471.3 3

Pms + t (gr) 342.3 323 359.4 339.2 423.6Pw ( gr)Pms (gr)w (%)w prom (%)Ds (gr/cm3)




1.741.76

1.78

1.80

1.82

1.84

S E C A

( g r / c m 3 )


1.68

1.70

1.72

4 6 8 10 12 14 16 18

D E N S I D A

CONTENIDO DE HUMEDAD (%)

Dsmáx =

Wop =




ENSAYO: COMPACTACIÓN - PROCTOR MODIFICADONORMA ASTM D1557 METODO C

Molde N° 1 2 3Peso molde (gr) 5208 5208 5208

Pmh + molde (gr) 9811 10067 10234Pmh (gr)


Dh ( gr/cm3)Recipiente N° a b c d e fPt (gr) 69.1 74.2 73.5 68.8 67.2Pmh + t (gr) 476.8 448.7 449.1 439.4 400 4

Pms + t (gr) 469.1 441.8 436.4 426.6 381.8 4Pw ( gr)Pms (gr)w (%)w prom. (%)Ds (gr/cm3)




2.20

2.22

2.24

2.26

2.28

E C A (

g r / c m 3 )


2.12

2.14

2.16

.

0 2 4 6 8

D E N S I D A D

S

CONTENIDO DE HUMEDAD (%)

Dsmáx =

Wop =



SISTEMA UNIFICADO DE CLASIFICACIÓN DE SUELOSINCLUYENDO IDENTIFICACIÓN Y DESCRIPCIÓN

DIVISIÓN MAYOR NOMBRES TÍPICOS CRITERIO DE CLA

F I N A S

a l l a n ú m e r o 2 0 0

S U E L O S

D E P A R T C U L A S G R U E S A S

M á s d e l a m i t a d d e l m

a t e r i a l e s r e t e n i d o e n l a m a l l a n ú m e r o 2 0 0

á m e t r o ( l a m a l l a N o . 2 0 0

) s o n , a p r o x i m a d a m e n t e , l a s m á s p e q u e ñ a s v i s i b l e s a s i m p l e v i s t a .

I M O S Y A R C I L L A S

L í m i t e L í q u i d o

m e n o r d e 5 0

A R E N A S

M á s d e l a m i t a d d e l a f r a c c i ó n g r u e s a

p a s a p o r l a m a l l a N o . 4

G R A V A S

M á s d e l a m i t a d d e l

a f r a c c i ó n g r u e s a e s

r e t e n i d a p o r l a m a l l a N o . 4

P A R A C L A S I F I C A C I

N V I S U A L P U E D E U S A R S E ½

c m . C O M O

E Q U I V A L E N T E A

L A A B E R T U R A D E L A M A L L A N o . 4

A R E N A C O N F I N O S

C a n t i d a d a p r e c i a b l e d e

p a r t í c u l a s f i n a s

A R E N A L I M P I A

P o c o

o n a d a d e

p a r t í c

u l a s f i n a s

G R A V A S L I M P I A

P o c o o n a d a d e


G R A V A

C O N

F I N O S

C a n t i d a d a p r e c i a b l e d e


GW

GP

*GM

GC

*SM

SP

SW

Gravas bien graduadas,mezclas degrava y arena con poco o nada d e

finos

Gravas mal graduadas,mezclasde grava y arena con poco o

nada de finos

Gravas limosas, mezclas degrava, arena y limo

d

u

d

u

SC

ML

CL

Gravas arcillosas,mezclas degravas,arena y arcilla

Arenas bien graduadas, arenacon gravas, con poca o nada

de finos.

Arenas mal graduadas, arenacon gravas, con poca o nada de

finos.

Arenas limosas, mezclas dearena y limo.

Arenas arcillosas, mezclas dearena y arcilla.

Limos inorgánicos, polvo deroca, limos arenosos o arcillososligeramente plásticos.

Arcillas inorgánicas de baja omedia plasticidad, arcillas con

grava, arcillas arenosas, arcillaslimosas, arcillas pobres.

Limos orgánicos y arcillasli i d b j

D E T E R M

N E S E L O S P O R C E N T A J E

S D E G R A V A Y A R E N A D E L A C U R V A G R A N U L O M

T R I C A ,

D E P E N D I E N D O D E L P O R C E N T A J E

D E F I N O S ( f r a c c i ó n q u e p a s a p o r l a m a l l a N o . 2 0 0 ) L O S S U E L O S

G R U E S O S

S E

C L A S I F I C A N

C O

M O

S I G U E :

M e n o s

d e l

5 % : G W , G P , S W , S P ;

m á s

d e l

1 2 % :

G M , G C , S M , S C . E n t r e 5 % y 1 2 % : C a s o s d e f r o n t e r a q u e r e q u i e r e n e l u s o d e s í m b o l o s d o b l e s * *

COEFICIENCOEFICIEN

Cu =

NO SA

L MITES DABAJO DE

O I.P. ME

L MITES DARRIBA DECON I.P. M

Cu = D60 / D1

No satis

LÍMITES DARRIBA DECON I.P. M

LÍMITES DABAJO DE

O I.P. ME

G – Grava, S – Arena, OC – Arcilla, W – Bien GrCompresibilidad, H – Alt



S U E L O S D E P A R T C U L A S F

á s d e l a m i t a d d e l m a t e r i a l p a s a

p o r l a m a

L a s p a r t í c u l a s d e 0 . 0 7 4 m

m d e d i á

L I M O S Y A R C I L L A S

L í m i t e L í q u i d o

M a y o r d e 5 0

L

OL

MH

CH

OH

limosas orgánicas de baja plasticidad.

Limos inorgánicos, limosmicáceos o diatomáceos, máselásticos.

Arcillas inorgánicas de alta plasticidad, arcillas francas.

Arcillas orgánicas de media oalta plasticidad, limos orgánicos

de media plasticidad.

ENSAYO COMPACTACIÓN PROCTOR . . . . . . . . . . .

NORMA ASTM D1557 MÉTODO :

Molde N° 1 2 3

Peso molde (gr)

Pmh + molde (gr)

Pmh (gr)

h (cm)

F (cm)

Vmh (cm3)

Dh ( gr/cm3)

Tara N° a b c d e f g

Pt (gr)

Pmh + t (gr)

Pms + t (gr)

Pw ( gr)

Pms (gr)

w (%)

w prom (%)

Ds (gr/cm3)



Tipo de ensayo PROCTOR ESTÁNDAR ASTM D698.91 (98) PROCTOR M

Método A B C A

Condiciones para laelección

% Ret.Acum.N° 4 ≤ 20% % Ret.Acum.3/ 8" ≤ 20% % Ret.Acum.3/ 4" ≤ 30% % Ret.Acum.N° 4 ≤ 20% % R

del método % Ret.Acum.N° 4 > 20% % Ret.Acum.3/ 8" > 20% % R

Tipo de material utilizado Pasante la malla N°4 Pasante la malla 3/8" Pasante la malla 3/4" Pasante la malla N°4

N° de capas (n) 3 3 3 5

N° de golpes (N) 25 25 56 25

Diámetro de molde (cm) 10.16 ± 0.04 10.16 ± 0.04 15.24 ± 0.07 10.16 ± 0.04

Altura del molde (cm) 11.64 ± 0.05 11.64 ± 0.05 11.64 ± 0.05 11.64 ± 0.05

Volumen del molde V(cm3)

944 ± 0.14 944 ± 0.14 2124 ± 0.25 944 ± 0.14

Peso del martillo W (Kg) 2.5 ± 0.01 2.5 ± 0.01 2.5 ± 0.01 4.54 ± 0.01

Altura caída del martillo h(cm)

30.48 ± 0.13 30.48 ± 0.13 30.48 ± 0.13 45.72 ± 0.16

Diámetro del martillo(cm)

5.08 ± 0.025 5.08 ± 0.025 5.08 ± 0.025 5.08 ± 0.025

Energía de compactación(Kg/cm)cm3)

6.054 6.054 6.027 27.485

mecánica de suelos (todo) - upn

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