SESION III:SUELOS FINOS

SUELOS LIMO ARCILLOSOSSUELOS LIMO ARCILLOSOS

El limo es inestable.El limo es inestable. Difícil de compactar, fácilmente erosionable y sujeto al fenómeno de tubificación.

La arcilla tiene adherencia, consistencia o La arcilla tiene adherencia, consistencia o cohesión que varía con la humedad.cohesión que varía con la humedad.Características asociadas a la físico-química de la partícula, mineralogía, capacidad de intercambio iónico (fuerzas de atracción y repulsión moleular).

Las partículas que no puedan identificarse Las partículas que no puedan identificarse individualmente se denominan partículas finasindividualmente se denominan partículas finas

IDENTIFICACION DE SUELOS LIMOARCILLOSOSIDENTIFICACION DE SUELOS LIMOARCILLOSOS

EN EL CAMPO CON EL MATERIAL QUE PASA LA MALLA No. 40EN EL CAMPO CON EL MATERIAL QUE PASA LA MALLA No. 40::

A. Dilatancia (Reacción a la agitación) B. Resistencia en estado seco (a la disgregación)C. Tenacidad (consistencia cerca del límite plástico)

A. Dilatancia (Reacción a la agitación)

• Se prepara una pastilla de suelo húmedo.• Colóquese la pastilla en la mano.• Agítese golpeando varias veces. •• El limo en que la superficie de la pastilla, adquiereEl limo en que la superficie de la pastilla, adquiere

una consistencia brillante debido a la expulsión deluna consistencia brillante debido a la expulsión delaguaagua..

• Las arenas limpias dan la reacción más rápida.• Las arcillas no presenta reacción.

Ensayo de dilatanciaEnsayo de dilatancia

Se evalúa la velocidad de aparición de agua en la Se evalúa la velocidad de aparición de agua en la superficie de la mezcla, al sacudir la palma de la mano superficie de la mezcla, al sacudir la palma de la mano

(nula, muy lenta, (nula, muy lenta, lentalenta, rápida)., rápida).

B. B. Resistencia en Estado Seco (a la disgregación).Resistencia en Estado Seco (a la disgregación).

• Se prepara una pastilla de suelo húmedo.• Se deja secar la pastilla al sol, luego midiendo

su resistencia, desmoronándola con los dedos. •• La resistencia (en estado seco) aumenta con laLa resistencia (en estado seco) aumenta con la

plasticidad (presencia de arcilla).plasticidad (presencia de arcilla).• Una elevada resistencia es una arcilla CH. • Un limo posee una resistencia muy ligera. • Las arenas finas limosas tienen resistencia ligera.

Ensayo de Resistencia en Estado SecoEnsayo de Resistencia en Estado Seco

Se evalúa la resistencia ante Se evalúa la resistencia ante lala presión de los dedos, de presión de los dedos, de una una muestramuestra seca al aire (nula, ligera, media, alta, muy alta)seca al aire (nula, ligera, media, alta, muy alta)

• Formar con una masilla de suelo un cilindro deaproximadamente 3 mm. de diámetro.

• Con el amasado la humedad se reduce y la muestra adquiere una consistencia dura.

•• Cuanto más tenaz es el rollito y cuanto más durosCuanto más tenaz es el rollito y cuanto más durosson los trozos al desmoronarse, mayor esson los trozos al desmoronarse, mayor esel contenido de arcillael contenido de arcilla..

C. C. Tenacidad (consistencia cerca del Tenacidad (consistencia cerca del L.PL.P.).)

Ensayo deEnsayo de TenacidadTenacidad

Se evalúa la consistencia del suelo con humedad Se evalúa la consistencia del suelo con humedad cercana al límite plástico (nula, ligera, media, alta)cercana al límite plástico (nula, ligera, media, alta)

CONTRACCION DE CONTRACCION DE ARCILLASARCILLAS

CAMBIOSCAMBIOS VOLUMETRICOS Y LIMITE DE VOLUMETRICOS Y LIMITE DE CONTRACCIONCONTRACCION

L.CL.C..

L.PL.P..

L.LL.L..

CONCON VARIACIONVARIACIONVOLUMETRICAVOLUMETRICA

SIN VARIACIONSIN VARIACIONVOLUMETRICAVOLUMETRICA

ARCILLA DE BAGUAARCILLA DE BAGUA

(“CONTRACTIVO”)(“CONTRACTIVO”)

ARCILLA DE TALARAARCILLA DE TALARA

(“EXPANSIVO”)(“EXPANSIVO”)

A. ORDOÑEZ, 1999

Suelos de comportamiento variable, generalmente compresibles y de baja capacidad de soporte.Resistencia : variable, bajaCohesión : variableFricción, φ’ : nulaPeso unitario : 1.6 a 1.8 ton/m2

Compresibilidad : variable, altaCapacidad de soporte : 0.5 a 2.0 kg/cm2

Módulo elástico : 10 a 150 kg/cm2

Suelos pueden ser malos como cimentación.Necesidad de ensayos de consolidación.Cimentación con zapatas conectadas o losas.Estructuras deben transmitir bajas presiones.

DEPOSITOS DE ARCILLAS

Investigaciones Geotécnicas•Caracterización Física: Granulometría, Indices de Consistencia, Humedad Natural, Gravedad Específica.

•Calicatas y Sondajes con posteadora manual.

•Perforación “wash boring” o rotatoria (arcillas duras)

•Ensayos de consolidación.

•Ensayo de compresión simple ó triaxial UU.

•Ensayos de Penetración Standard (no recomendable).

•Ensayos de Penetración Estática o veleta (arcillas blandas).

ENSAYO DE PENETRACION CUASI-ESTATICA DE SUELOS CON CONO Y

CONO DE FRICCION

1. ALCANCES• DETERMINACION “IN SITU” DE LA

RESISTENCIA POR PUNTA Y POR FRICCIÓN LATERAL, ASTM D 3441

• USO DEL CONO HOLANDES MECANICO O ELECTRICO Y EL PIEZOCONO

• EN ARCILLAS BLANDAS Y ARENAS FINASES POSIBLE REALIZAR ENSAYOS HASTA PROFUNDIDADES DE 40m.

2. TIPOS DE CONO

• CONO MECANICO EL DENOMINADO CONO HOLANDES

• CONO ELECTRICO DE FRICCION UTILIZA UNA DELDA DE CARGA PARA MEDIR LAS FUERZAS

• PIEZOCONO ELECTRICO UTILIZA UN DISCO POROSO PARA MEDIR LA PRESION DE POROS

FIG. 1 CONO HOLANDESMECANICO

FIG. 2 CONO ELECTRICO

FIG. 3 PIEZOCONO ELECTRICO

3. DEFINICIONES IMPORTANTES

• RESISTENCIA CONICA qc: LA FUERZA VERTICAL ENTRE LA PROYECCION DEL ÁREA DEL CONO

• RESISTENCIA POR FRICCIÓN fs: LA FUERZA VERTICAL APLICADA AL MANGO DIVIDIDO POR EL ÁREA DE LA SUPERFICIE.

• RELACION DE FRICCIÓN Rf: fs/qcEXPRESADA EN PORCENTAJE.

4. PROCEDIMIENTO DE ENSAYO

• APLICAR UNA FUERZA VERTICAL AL CONO Y A LAS BARRAS EXTERNAS DE EXTENSION HASTA LA PROFUNDIDAD DE ENSAYO.

• APLICAR Y MEDIR LA FUERZA VERTICAL PERMANENTE A LA PUNTA CONICA A TRAVES DE LAS BARRAS INTERNAS.

Continuación...

• MANTENER UNA VELOCIDAD DE PENETRACION CONICA DE 1 A 2 cm/seg.

• ES POSIBLE MEDIR LAS PRESIONES DE PORO GENERADAS EN LA PUNTA DURANTE LA PENETRACION (PIEZOCONO).

Continuación...

• EN CONOS CON MANGOS DE FRICCIÓN APLICAR Y MEDIR LA FUERZA VERTICAL.

• APLICAR UNA FUERZA VERTICAL AL CONO Y A LAS BARRAS EXTERNAS A LA SIGUIENTE PROFUNDIDAD DE ENSAYO.

FIG. 4 PROCEDIMIENTO

DE ENSAYO

FIG. 5 RESULTADOS EN SUELOS

FIG. 6 RESULTADOS EN SUELOS

5. CORRELACIONES PARA ARCILLAS BLANDAS

• El valor qc es utilizado directamente en análisis y diseño.

• su es obtenido a partir de (Bowles, 97):su = (qc-po)/Nk

donde:

po : presión de “tapada”, γzNk : 13 + 5.5 IP/50 (+/- 2)

6. CORRELACIONES PARA ARENAS

• Densidad Relativa, DR para depósitos de arenas n.c. (Ko=0.45) y o.c. (Bowles, 1997):

DR = 1/2.38 ln[ qc/(248 σ,ho

0.55)]

qc, σ,ho en kPa

ENSAYO DE VELETA

º

c = qult/2

qult : Presión Vertical Máximac : Cohesión o resistencia no

drenada

qultCOMPRESION SIMPLE

NO CONFINADA

EQUIPOTRIAXIAL

Ensayo de Compresión TriaxialEnsayo de Compresión TriaxialNo Consolidado No DrenadoNo Consolidado No Drenado

TXTX-- UUUU

ENSAYO TRIAXIAL UU

TRIAXIAL UU

Ensayo Triaxial UU(no consolidado- no drenado)

Ensayo de Compresión TriaxialEnsayo de Compresión TriaxialConsolidado No Drenado con Consolidado No Drenado con Medición de Presión de PorosMedición de Presión de Poros

ENSAYO CONSOLIDADO NO DRENADO

INFLUENCIA DE LA PRE-CONSOLIDACION EN ENSAYOS TX-CU

ENSAYO DE CONSOLIDACION ASTM D-2435

CONSOLIDOMETRO UNI

celda de consolidación

deform ación

contrapeso de viga

parte superior de carga

plata form a

pórtico

Superfic ie fijaapoyo

pesos

polea s in fricción

cable

gata

cruceta

pesa corrediza

celda de consolidación

deform óm etro

b). PO R TIC O D E C O N SO LID AC IO NTIPO C ASA G R AN D E

a). PO R TIC O D E C O N SO LID AC IO NTIPO PLATAFO R M A D E BALANZA

SISTEMA DE CARGA DEL CONSOLIDOMETRO

8.88

8.75

8.78

8.65

8.68

8.558.1

CURVA TIPICA DE CONSOLIDACION

RELA

CION

DE

VACI

OS (e

)

CARGA ( kg/cm2)1 18

σoσf

∆e∆h=∆e/(1+eo).H

σo=presión inicial

eo=relación de vacíos inicial

σf=presión inicial + presión transmitida

∆e=Variación de relación de vacíos

H=espesor del estrato de arcilla

∆h=asentamiento del estrato

TIPOS DE ARCILLAS

ee

Log pLog p

1.51.5

1.01.0

0.50.5

Arcilla Blanda Normalmente Consolidada

Arcilla Pre-consolidada

Arcilla Dura Sobreconsolidada

Log pLog p

1.51.5

1.01.0

0.50.5

Arcilla Pre-consolidada

ee

p´p´cc

p´p´cc : Presión de : Presión de PrePre--consolidaciónconsolidación

PREDICCION DE LAS PREDICCION DE LAS PRESIONES DE POROPRESIONES DE PORO

Utilizar parámetros Utilizar parámetros no drenadosno drenados conducen conducen a determinación de valores de a determinación de valores de FS bajosFS bajos o o

conservadores. conservadores.

En En grandes obrasgrandes obras se recomiendan utilizar se recomiendan utilizar parámetros drenadosparámetros drenados y medir o predecir los y medir o predecir los

valores de las valores de las presiones de poro.presiones de poro.

PARAMETROS DE PRESION DE POROS A y BPARAMETROS DE PRESION DE POROS A y B

SkemptonSkempton 19541954

∆u = B∆σ3 + AB(∆σ1-∆σ3) = B∆σ3 + A(∆σ1-∆σ3)

[ ]

Donde: A = AB

VALORES DE BVALORES DE B

Para suelos saturados : B=1Para suelos secos : B=0

Relación entre B y Grado de Saturación

Factores que influyen en A

1.1. Estado de Esfuerzos de Consolidación Estado de Esfuerzos de Consolidación inicial (inicial (isotrópicoisotrópico o o anisotrópicoanisotrópico))

2.2. Historia de esfuerzos (grado de preHistoria de esfuerzos (grado de pre--consolidación)consolidación)

3.3. Proporción del esfuerzo de falla aplicado Proporción del esfuerzo de falla aplicado (deformación de la muestra)(deformación de la muestra)

4.4. Tipo de cambio de esfuerzos (carga o Tipo de cambio de esfuerzos (carga o descarga) descarga)

Parámetro BParámetro B

B = (B = (∆∆uuoo + + ∆∆uu11)/)/∆σ∆σ11 = B [ 1 = B [ 1 -- (1 (1 -- A)(1 A)(1 -- ∆σ∆σ33//∆σ∆σ11)])]

Con la variación del esfuerzo principal mayor se puede obtener una coeficiente global:

Donde B se obtiene con una deformación lateral unitaria constante, manteniendo la misma relación σ3/σ1, pues σ1 y σ3 se incrementan en forma simultánea.

PRESION DE POROSPRESION DE POROSFINAL DE LA CONSTRUCCIONFINAL DE LA CONSTRUCCION

La construcción de terraplenes de gran tamaño La construcción de terraplenes de gran tamaño suele ser de gran duración, es probable que se suele ser de gran duración, es probable que se presenten una disipación de presión de poros.presenten una disipación de presión de poros.

u = uo + ∆u = uo + B ∆σ1

uo : presión de poros inicial∆u : variación de u debido a un cambio

del esfuerzo principal mayor ∆σ1

Utilizando:

ru = u/γh ⇒ ru = uo/γh + B ∆σ1/γh

Sin embargo:

∆σ1 = γh

Entonces: ru = uo/γh + B

Utilizando:

ru = u/γh ⇒ ru = uo/γh + B ∆σ1/γh

Si: uo = 0 (%Sr < OCH) ⇒ rruu = = BB