UNIVERSIDAD DE CUENCA Estructuras IIISebastián Brito Carolina Espinoza8vo ciclo “B”

RELACIONES VOLUMÉTRICAS Y GRAVIMÉTRICAS, PLASTICIDAD

Y CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS.

Relaciones volumétricas y gravimétricas Para desarrollar las relaciones volumétricas y gravimétricas, se separan en tres fases: solido, agua y aire. El volumen total de una muestra de suelo dada se expresa como: V= Vs + Vv =Vs + Vw + Va

Donde : Vs = Volumen de sólidos de suelo Vv = Volumen de vacíos Vw = Volumen de agua en los vacíos Va = Volumen de aire en los vacios en los vacíos

Las relaciones de volumetría son usadas para las tres fases en un elemento de suelo son: relación de vacios (e), porosidad y grado de saturación

La porosidad (n) se define como la razón del volumen de vacios en total

El grado de saturación (S) se define como la razón del volumen de agua al volumen de vacios.

El grado de saturación se expresa mediante un porcentaje

Las relaciones gravimétricas comunes son el contenido de humedad y el peso específico. El contenido de humedad (w) se llama también contenido de agua y se define como la relación del peso de agua entre el peso de sólidos en un volumen dado de suelo

El peso específico definido por la ecuación como peso específico húmedo es

A veces es necesario conocer el peso por volumen unitario de suelo excluida el agua, denominándose peso específico seco rd entonces,

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

donde p = densidad del suelo (kg/m3) pd = densidad seca del suelo (kg/m3) m = masa total de la muestra de suelo (kg) ms = masa de sólidos de suelo en la muestra (kg)

La unidad de volumen total V es m3.Los pesos específicos de suelo en N/m3 se obtienen de las densidades en kg/m3 como y = p . g = 9.81p yd = Pd • S = 9.81pd

donde g = aceleración de la gravedad = 9.81 m/s2.

Relaciones entre peso especifico, relación de vacios, contenido de agua y densidad de sólidos

Para obtener una relación entre peso específico (o densidad), relación de vacíos y contenido de agua, considere un volumen de suelo es 1, Si el volumen de los sólidos de suelo es 1, entonces el volumen de vacíos es numéricamente igual a la relación de vacíos e.

El peso específico del agua es 9.81 kN/m3. Ahora, usando las definiciones del peso específico y del peso unitario seco, escribimos

Grado de saturación se define como

Si la muestra de suelo está saturada, es decir, que los vacíos están completamente llenos con agua, la relación para el peso específico saturado se obtiene en forma similar:

donde Ysat = peso específico saturado de suelo

Como se mencionó antes, debido a que es conveniente trabajar con densidades, las siguientes son útiles:

Elemento del suelo saturado con volumen de sólidos de suelo igual a 1

Compacidad relativa El termino compacidad relativa es comúnmente usado para indicar la compacidad o la flojedad m sita del suelo granular. Se define como

donde C, = compacidad relativa, usualmente dada como porcentaje e = relación de vacíos in situ del suelo emax = relación de vacíos del suelo en la condición más suelta emin = relación de vacíos del suelo en la condición más densa

Los valores de Cr varían de un mínimo de 0 para suelo muy suelto a un máximo de 1.Los suelos describen cualitativamente los depósitos de suelo granular de acuerdo con sus compacidades relativas.

Los suelos describen cualitativamente los depósitos de suelo granular de acuerdo con sus compacidades relativas.

Algunos valores típicos de la relación de vacío, del contenido de agua en condición saturada y del peso específico seco, como se encuentran en un estado natural se dan en la tabla.

Donde: Yd (mín) = peso específico seco en la condición más suelta Yd = peso específico seco in situ Yd(máx) = peso específico seco en la condición más densa

Consistencia del suelo

Cuando existen minerales de arcilla en un suelo de grano fino, éste puede ser re modelado en presencia de alguna humedad sin desmoronarse. A muy bajo contenido de agua, el suelo se comporta más como un sólido frágil. Cuando el contenido de agua es muy alto, el suelo y el agua fluyen como un liquida Dependiendo del contenido de agua, la naturaleza del comportamiento del suelo se clasifica en cuatro estados básicos: sólido, semisólido, plastico y liquido.

El contenido de agua, en porcentaje, en el que la transición de estado sólido a semisólido tiene lugar, se define como el límite de contracción. El contenido de agua en el punto de transición de estado semisólido a plástico es el limite plástico. y de estado plástico a líquido es el límite liquido.

Limite liquido (LL)Un diagrama esquemático de un dispositivo para determinar el límite líquido consiste en una copa de bronce y una base de hule duro. La copa de bronce se deja caer sobre la base por una leva operada por una manivela.

Limite plástico (PL)El límite plástico se define como el contenido de agua, en porcentaje, con el cual el suelo, al ser enrollado en rollitos de 3.2 mm de diámetro, se desmorona. El límite plástico es el límite inferior de la etapa plástica del suelo. La prueba es simple y se lleva a cabo enrollando repetidamente a mano sobre una placa de vidrio, una masa de suelo de forma elipsoidal.El índice de plasticidad (PI) es la diferencia entre el límite líquido y el límite plástico de un suelo, o Pl = LL – PLEl procedimiento para la prueba del límite plástico se da en la prueba D-4318 de la ASTM.

Limite de contracción (SL)La masa de suelo se contrae conforme se pierde gradualmente el agua del suelo. Con una perdida continua de agua.se alcanza una etapa de equilibrio en la que más pérdida de agua conducirá a que no haya cambio de volumen. El contenido de agua, en porcentaje, bajo el cual el cambio de volumen de la masa del suelo cesa, se define como límite de contracción.

LÍMITE DE CONTRACCIÓN (SL)

LÍMITE DE CONTRACCIÓN (SL)

Wi= contenido de agua inicial cuando el suelo se coloca en el recipiente del límite de contracción.

Δw= cambio en el contenido de agua m1= masa del suelo húmedo en el recipiente al

principio de la prueba (g) m2= masa del suelo seco (g) Vi= volumen inicial del suelo húmedo en cm3 Vf= volumen de masa secada en horno en cm3 pw= densidad del agua (g/cm3)

ÍNDICE DE LIQUIDEZ Es la consistencia relativa de un suelo cohesivo

en estado natural LI= (w-PL)/(LL-PL) w= contenido de agua del suelo in situ El contenido de agua in situ cde una arcilla

sensitiva es mayor que el límite líquido. En tal caso, LI>1 Esos suelos al remodelarlos, se transforman en

una forma viscosa que fluye como un líquido. Los depósitos de suelos que están fuertemente

sobreconsolidados tienen un contenido de agua natural menor que el límite plástico. En este caso, LI<1

Los valores de índice de liquidez para algunos de esos suelos son negativos.

CARTA DE PLASTICIDAD

Los límites líquido y plástico se determinan en el laboratorio para determinan suelos cohesivos. La caracterización importante de esta carta es la línea A empírica dada por la ecuación PI= 0.73(LL-20). La línea A separa las arcillas inorgánicas de los limos inorgánicos. Las gráficas de los índices de plasticidad contra limites líquidos para las arcillas inorgánicas encuentran arriba de la línea A y aquellas para limos inorgánicos se hayan debajo de la línea A.

La información proporcionada por la carta es base para la clasificación de los suelos de grano fino en el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos.

La línea U es aproximadamente el límite superior de la relación del índice de plasticidad respecto al límite líquido para cualquier suelo encontrado hasta ahora la ecuación para la línea U es

PI= 0.9(LL-8)

CARTA DE PLASTICIDAD

CLASIFICACIÓN DEL SUELO

Los suelos se clasifican en grupos y subgrupos basados en su comportamiento ingenieril.

Existen dos sistemas el AASHTO y el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos.

SISTEMA UNIFICADO DE CLASIFICACIÓN DE SUELOS.

Fue propuesto en Casagrande en 1942 durante la segunda guerra mundial.

Este sistema presenta en las tablas 2.5, 2.6 y 2.7; clasifica los suelos en 2 amplias categorías.

Suelos de grano grueso tipo grava y arenosa con menos de 50% pasando por la malla nro 200. Los prefijos del grupo son G para gravas o S para arenoso.

Los suelos de grano fino con 50% o más q pasan por la malla nro 200. Los prefijos del grupo son M para limo inorgánico, C para arcillas inorgánicas u O para limos y arcillas orgánicas. El símbolo para Pt se usa para turbas, lodos y otros suelos altamente orgánicos.

También se usa para la clasificación:

W: bien graduado P: mal graduado L: baja plasticidad H: alta plasticidad

Para la clasificación apropiada también se debe conocer lo siguiente:

Porcentaje de grava es decir la que pasa por el tamiz (76.2mm) y se retiene en el tamiz Nro4 (4.75mm)

Porcentaje de arena es decir la pasa por la malla Nro4 y se retiene en el tamiz Nro 200 (0.075mm)

Porcentaje de limo y arcilla es decir la que pasa por el tamiz Nro 200

El coeficiente de uniformidad (Cu) y el coeficiente de curvatura (Cz)

El límite líquido e índice de plasticidad de la porción de suelo que pasa la malla Nro 40

Los símbolos de grupo para suelos tipo grava de grano grueso son GW, GP, GW-GM, GW-GC, GC-GM, GW-GM, GW-GC, GP-GM, Y GP-GC. Similarmente los símbolos del grupo para suelos de grano fino son CL, ML, OL, CH, MH, OH, CL-ML, y Pt.

Diagrama de flujo para nombres de grupo de suelos tipo grava y arenosos.

Diagrama de flujo para nombres de grupos de suelos limosos inorgánicos y arcillosos

Diagrama de flujo para nombres de grupo de suelos limosos orgánicos y arcillosos.