SuelosRelaciones volumtricas y gravimtricas, plasticidad y

clasificacin de suelos, permeabilidad, carga hidrulica en el

suelo y tensiones efectivas

UNIVERSIDAD PERUANA LOS ANDES

FACULTAD DE INGENIERAESCUELA ACADMICO PROFESIONAL DE INGENIERA CIVIL

Ing. NELSON RAMOS P.

GEOTECNIA(SEMANA 02)

Ciudad Universitaria Huancayo, Septiembre del 2015

Relaciones Volumtricas Relacin de Vacos

e = Vv

Vs

Dnde:

e : Relacin de vacos

Vv : Volumen de vacos

Vs : Volumen de slidos

Rango:

0 < e <

Valores caractersticos:

Arenas muy compactas con finos: e = 0,25

Arcillas altamente compresibles: e = 15

Relaciones Volumtricas Porosidad

n (%) = Vv .100

Vt

Dnde:

n : Porosidad (en porcentaje)

Vv : Volumen de vacos

Vt : Volumen total

Rango:

0 < n < 100

Algunos valores caractersticos:

Arenas: n = 25 % a 50 %

Arcillas: n = 30 % a 90 %

Relaciones Volumtricas Grado de Saturacin

Sr (%) = Vw .100

Vv

Dnde:

Sr : Grado de saturacin (en %)

Vw: Volumen de agua

Vv : Volumen de vacos

Rango:

0 % Sr 100 %

Algunos valores caractersticos:

Suelo seco: Sr = 0 %

Suelo hmedo: 0 % < Sr < 100 %

Suelo saturado: Sr = 100 %

Relaciones Gravimtricas - HUMEDAD

- PESO UNITARIO TOTAL HUMEDO

Relaciones Gravimtricas - GRAVEDAD ESPECIFICA de los solidos

- PESO UNITARIO SATURADO

Relaciones Gravimtricas - DENSIDAD RELATIVA -

PlasticidadLa granulometra proporciona una primera

aproximacin a la identificacin del suelo, pero a

veces queda un poco claro (arena, limo, por

ejemplo), por lo que se utilizan unos ndices,

derivados de la agronoma, que define la

consistencia en funcin del contenido en

agua.

Plasticidad

Atterberg defini tres limites: el de retraccin o

consistencia, que separa el estado solido seco y

el semislido, el limite plstico, que separa el

estado semislido del plstico y el limite liquido

que separa el estado plstico del semi-liquido

(estos dos ltimos limites son los mas usados en

la practica)

PlasticidadLmite Lquido (LL).- Es la fronteracomprendida entre los estados Semi-liquido y Plstico,

definindose como el contenido de humedad que

requiere un suelo previamente remoldeado, en el que al

darle una forma trapecial sus taludes fallen

simultneamente, cerrndose la ranura

longitudinalmente 13mm., sin resbalar sus apoyos, al

sufrir el impacto de 25 golpes consecutivos, con una

frecuencia de 2 golpes por segundo, en la Copa de

Casagrande, teniendo una altura de cada de 1 cm.

Tambin se define al Lmite Liquido, se define tambin

como el contenido de humedad que requiere un suelo

para presentar una resistencia al esfuerzo cortante de

aproximadamente 25 gr/cm2independientemente de su

mineraloga.

PlasticidadLmite Plstico (LP).-Es la fronteracomprendida entre el estado plstico y semi-slido. Se

define como el contenido de humedad que posee un

cilindro de material en estudio de 11 cms. de longitud y

3.2 mm. de dimetro (formado al girarlo o rolarlo con la

palma de la mano sobre una superficie lisa ) al presentar

agrietamientos en su estructura.

Lmite de Contraccin (LC).-Es ladenominacin que recibe arbitrariamente el material que

se encuentra entre los estados semi-slido y slido,

quedando definido su valor con el contenido de humedad

que tiene el suelo, en el cual tras un secado posterior ya

no provoca disminucin de volumen.

Plasticidad

Mediante estos ensayos de limites se definen

varios tipos de suelos: arcilla de baja plasticidad

(CL), arcillas de alta plasticidad (CH), limos y

suelos orgnicos de baja plasticidad (ML-OL)

limos y suelos de alta plasticidad.

Casagrande completo este sistema de

identificacin con datos de granulometra y

defini el sistema unificado de clasificacin de

suelos muy usado en la practica.

Plasticidad

Arcilla de baja plasticidad (CL), arcillas de alta plasticidad

(CH), limos y suelos orgnicos de baja plasticidad (ML-OL)

limos y suelos de alta plasticidad.

Plasticidad

Sistema

Unificado de

clasificacin

de suelos

USCS

(Lambe y

Whitman)

El suelo est formado por partculas de

diferente tamao, producto de la

desfragmentacin de las rocas.

De acuerdo al dimetro y en orden

creciente, las partculas se clasifican en :

Arcilla, limo, arena, gravas y guijarros.

Nombre Dimetro (mm)

Arcilla < 0,002

limo 0,002 - 0,005

arena

gravas

guijarros

0,005 - 2,0

2,0 - 20,0

> 20

PERFIL DEL SUELO

PERFIL DEL SUELO

Esquema de perfil de una ladera de un suelo residual

de granito

Si observaste la lmina anterior te diste cuenta que

las partculas del suelo se distribuyen en cuatro

capas a distintos niveles de profundidad

denominadas Horizontes y los designamos con las

letras A, B, C y R.

Al conjunto lo llamamos perfil del suelo.

Horizonte A: Es la primera capa y en ella seacumula la materia orgnica y se forma el Humus.

PERFIL DEL SUELO

Horizonte B: Es fundamentalmente de origenmineral, sin embargo tambin se encuentran

sustancias orgnicas.

Horizonte C: Est formado por el resto de rocafragmentaria proveniente de la disgregacin fsica de

la Roca Madre.

Horizonte R: Es la capa mas profunda y estaformada por la roca madre, que da origen a los

dems horizontes.

PERFIL DEL SUELO

PROCESO

El suelo es un recurso

natural que se ha formado a

travs de miles de aos,

conjuntamente con los

procesos geomrficos, es

decir la evolucin natural de

la litosfera.

PROCESO

SUELO ROCOSO

No tiene horizonte A ni B

por lo que la roca aparece

en la superficie. Son duros

e impermeables, por lo cual

aparecen secos

SUELO ARENOSO

Debido a que sus partculas

estn muy sueltas, son suelos

porosos y permeables

Que dejan pasar el agua con

facilidad, pero no retienen la

humedad

SUELO ARCILLOSO

Tienen una textura

blanda, ms compactos

que los arenosos , son

menos permeables y

retienen la humedad

SUELO ORGNICO

Poseen materia orgnica en

abundancia,

Son permeables y esponjosos,

por lo que retienen una

cantidad de humedad que los

hace especialmente frtiles

Permeabilidad

Los suelos tienen su origen en los macizos

rococs preexistentes que constituyen la roca

madre, sometida a la accin ambiental

disgregadora de la erosin en sus tres facetas,

siendo fsica, qumica y biolgica como factores

influyentes.

Movimientos del agua en el sueloEl agua del suelo est sometida a dos tipos de fuerzas de

acciones opuesta. Las Fuerzas de Succin tienden a

retener el agua en los poros mientras que la Fuerza de la

Gravedad tiende a desplazarla a capas cada vez ms

profundas.

Pero tambin el agua asciende en el suelo. Esto se debe a

la capilaridad (efecto especialmente intenso en los climas

ridos) y por diferencia de humedad.

Por otra parte el agua no slo se mueve en sentido vertical

sino que tambin lo hace en direccin lateral, movimiento

generalizado en todos los relieves colinados y

montaosos.

Permeabilidad

Representa la facilidad de circulacin del agua en el suelo. Es un parmetro muy

importante que influir en la velocidad de edafizacin y en la actividad biolgica que

puede soportar un suelo.Est condicionada fundamentalmente por la textura y la

estructura.

Permeabilidad

Se evalua por la velocidad de infiltracin que representa

el caudal de agua que puede pasar por unidad de

tiempo. Valores de dm/hora corresponden a suelos muy permeables,cm/hora dan suelos permeables y mm/hora para suelos poco permeables.

La velocidad de infiltracin no es siempre la misma para

un mismo suelo, pues depende de las condiciones de

humedad que presente.

Cuando el suelo se encuentra seco la infiltracin tiene sus mximos valores

y luego conforme cada vez esta ms hmedo su

capacidad de admitir ms agua es cada vez menor hasta

que en condiciones de saturacin total alcanza un valor

constante.

Permeabilidad

Perfil hdricoNormalmente en el suelo existe un gradiente de humedad, de forma que

no todos las capas del suelo se presentan con el mismo grado de

humedad en un momento determinado.

Balance hdrico

Representa la valoracin del agua en el suelo a travs del ao. AGUA

RETENIDA = RECIBIDA- PERDIDA

Agua recibida: Precipitacin y condensaciones (y riego). Agua

perdida: evapotranspiracin y escorrenta superficial, hipodrmica

y profunda. (a. Gravitacional)

El agua que penetra en el suelo, parte se evapora, otra escurre,

otra pasa a la capa fretica, otra es consumida por las plantas y

finalmente otra parte es retenida.

MATERIALES Y MTODOS

CONDUCTIVIDAD HIDRAULICA.

Para cada tipo de suelo y problema a

resolver. Diferentes funciones

paramtricas permiten estimar las

propiedades hidrodinmicas de la zona no

saturada.

En condiciones de equilibrio la ley de Darcy define el

movimiento del agua.

En regmenes transitorios la ecuacin de Richards define

el flujo de agua y cambios de saturacin en el suelo.

El tipo de condiciones estacionarias externas como las

propiedades hidrodinmicas de suelo.

El terreno, la lluvia, la evo transpiracin y el ascenso

capilar desde la superficie fretica, son los procesos

transitorios externos que regulan el movimiento del agua

y grado de aireacin de la zona no saturada.

En un medio saturado el efecto de la gravedad drena

verticalmente formando interfaces agua-aire en forma de

meniscos.

Al progresar el drenaje la curvatura de los meniscos es

mas pronunciada y aumenta la succin.

Los poros mas grandes se vacan con valores bajos de

succin y los estrechos se drenan con succiones altas.

Al representar la evolucin del grado de saturacin en

funcin de la succin se obtienen curvas de retencin o

de succin-humedad caractersticas de cada suelo.

q: flujo de Darcy o volumen de agua que circula a travs

de una superficie unidad por unidad de tiempo

(cm/cmdia)

K(r): es la conductividad hidrulica (cm/da)

H: potencial (tencin en cm)

Z: distancia (cm)

Suelos saturados: la conductividad hidrulica se asume

constante, peor decrece rpidamente cuando decrece la

humedad; cuando el agua se drena los poros se vacan y

la seccin de flujo es mucho menor.

K: es mas rpido en suelos con capacidad drenante

(arenas) que en suelos con poros de mayor tamao

(arcillas).

CONDUCTIVIDAD HIDRAULICA.

K: es una funcin delas caractersticas intrnsecas de lamatriz del suelo y de las propiedades del fluido contenidoen dicho suelo.

K: decrece de manera exponencial a medida quedisminuye el valor de la humedad.

K: producto de la conductividad correspondiente asaturacin Ks por una conductividad relativa que decreceal disminuir Kr.

La disminucin es mas brusca cuanto mas gruesa e saltextura del medio slido

CONCEPTO D EINFILTRACION.

El flujo de agua desde el suelo hacia las zonas

no saturada y saturada. El ndice de infiltracin

(f) es el flujo de agua por unidad de tiempo y

de rea total.

Factores que afectan la infiltracin:

Tipo de cubierta vegetal.

Caractersticas hidrulicas del suelo.

Estado de humedad del suelo.

Intensidad de la lluvia o cantidad de agua de riego.

Calidad del agua.

CONDUCTIVIDAD HIDRAULICA.

CONDUCTIVIDAD HIDRAULICA EN

ETAPAS DEL AOS

Tensiones Efectivas

Como se ha descrito anteriormente, el suelo es

un material compuesto por el conjunto de

partculas entre las que existen huecos o poros.

En caso mas general, el suelo puede contener

tres fases distintas

- Fase Solida: Partcula

- Fase Liquida: Agua, rellenando total o

parcialmente los poros.

- Fase Gaseosa: aire, ocupando total o

parcialmente los poros.

Tensiones Efectivas

Tensiones Efectivas

Si sobre el suelo anterior se aaden nuevos

esfuerzos, bien debidos a nuevos procesos

geolgicos o a la actividad constructiva, este

podr tener hacia un nuevo estado, representado

por una nueva ESTRUCTURA y nuevas

direcciones preferenciales.

Admitiendo que las partculas del suelo y el agua

son indeformables, lo que a efectos prcticos y

para los niveles de tensiones de las actividades

constructivas habituales es aceptable, la nueva

estructura corresponder a un nuevo

ordenamiento de partculas, que habran

deslizado y rodado unas sobre otras hasta

alcanzar el nuevo estado. Asi como por ejemplo:

Tensiones Efectivas

La compresin del suelo, (reduccin de volumen)consiste bsicamente en una reduccin de su volumen de

poros o lo que es lo mismo en una reordenacin de

partculas hacia una estructura mas densa dejando menos

espacios entre ellas. Si el suelo se encuentra saturado, la

reduccin de su volumen de huecos ira necesariamente

asociada a la expulsin de l mismo volumen de agua.

El hinchamiento, (aumento de volumen) consiste enun aumento de su volumen de poros, es decir en una

reordenacin de partculas en una estructura mas abierta,

con mas espacio entre ellas. De nuevo en el caso de

saturacin completa, el aumento del volumen de huecos ira

asociado a la absorcin de un volumen igual de agua,

captada del suelo saturado circundante.

Tensiones Efectivas

A partir de la descripcin anterior se puede resumir algunas

caractersticas bsicas del comportamiento del suelo

TRANSMISION DE TENSIONES siendo las siguientes:

Tensiones Efectivas

- La existencia de orientaciones preferenciales conferir

al suelo un marcado carcter ANISOTROPO, es decirsu respuesta frente a esfuerzos externos (resistencia,

deformabilidad), depender de la direccin de los

esfuerzos aplicados.

- La modificacin de su estado tensional podr dar lugar a

reordenamiento de partculas y a nuevas orientaciones

preferenciales, la nueva estructura depender tanto de los

esfuerzos aplicados (magnitud y orientacion), como de la

orientacin de partculas como de la situacin de partda

(estructura antigua). En consecuencia, la respuesta del

suelo (resistencia, deformabilidad) ser funcin de su

HISTORIA TENSIONAL

Tensiones Efectivas

- Las tangenciales y el postulado de

Terzaghi (circulo de Morh)

- Tensiones en un estrato de suelo

homogneo (tensiones verticales y totales

en el estrato, presiones intersticiales y las

presiones efectivas).

- Tensiones en un estrato estratificado.

GRACIAS