I unidad

MECÁNICA DE SUELOS

FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL

MÓDULO

MECÁNICA DE SUELOS

Presentado por:

Escuela de Ingeniería Civil

Facultad de Ingeniería – UCV

Decano de la Facultad de Ingeniería.

Mg. Ricardo Delgado Arana.

Director de la Escuela de Ingeniería Civil.

Mg. Ricardo Delgado Arana.

Docente del Curso.

Ing. Sheyla Cornejo Rodríguez

Agosto 2013

MECÁNICA DE SUELOS

Ing. SHEYLA CORNEJO RODRIGUEZ 2

INTRODUCCION A LA INGENIERIA DEL TERRENO

(MECANICA DE SUELOS)-APLICACION

En su trabajo práctico el Ingeniero Civil ha de enfrentarse con muy diversos e

importantes problemas planteados por el terreno.

El suelo (Terreno) le sirve de cimentación para soportar estructuras y terraplenes –

Emplea el suelo como material de construcción – Proyectar estructuras para la

retención o sostenimientos del terreno en excavaciones y cavidades subterráneas.

DIVERSOS PROBLEMAS DE APLICACIÓN DE LA MECANICA DE SUELO

1.1 CIMENTACIONES:

Edificios – Puentes – Carreteras, Túneles, Muros, Torres, Canales, Presas deben

cimentarse sobre la superficie de la tierra o dentro de ella,Y ES NECESARIO

UNA ADECUADA CIMENTACION.

ZAPATAS – CIMENTACIONES SUPERFICIALES CIMENTACIONES PROFUNDAS

TERRAPLENES: Empleado en rellenos-mejoramientos

1.2 EL SUELO COMO MATERIAL DE CONSTRUCCION

MECÁNICA DE SUELOS


El suelo es el material de construcción mas abundante del mundo y en muchas

zonas constituye el único material disponible localmente.

Empleado en construcción de monumentos, tumbas, viviendas, vías de

comunicaciones y estructuras para retención de agua.

Necesidad del Ingeniero de seleccionar el tipo adecuado de suelo, método de

colocación y control en la ejecución de la obra. (Relleno)

EJEMPLOS:

PRESA DE TIERRA

RECUPERACION DE TIERRAS (RELLENO HIDRAULICO)

PLANTA ELEVACION

1.3 TALUDES Y EXCAVACIONES

PRESA DE TIERRA

MECÁNICA DE SUELOS


TALUD NATURAL

EXCAVACION DE SUELOS

CANALES DE IRRIGACION

1.4 ESTRUCTURAS ENTERRADAS Y DE RETENCION

Tuberías enterradas

Estructuras de retención y/o sostenimiento

Ejecución defectuosa

Carga de construcciones superiores a la proyectada

Flexión de la tubería por asentamiento de la cimentación o hundimiento.

MECÁNICA DE SUELOS


1.5 PROBLEMAS ESPECIALES DE INGENIERIA DE SUELOS

Vibraciones

Explosiones/Terremotos

Almacenamiento de fluido industriales (En depósito de tierra)

Helada (Expansión)

Hundimientos Regionales

Tipos de problemas geotécnicos:

o Asentamientos del terreno

o Expansión del terreno

o Agrietamientos del terreno y las estructuras

o Deslizamientos

o Erosión del terreno

1.6 LOS PROBLEMAS GEOTÉCNICOS PUEDEN INDUCIR:

Pérdida de vidas

Damnificados

Cierre y daños a vías de comunicación

Daños a edificaciones y vehículos

Daños graves a servicios públicos

En la mayoría de los casos estos problemas son previsibles y evitables

Si se siguen instrucciones simples

Se recurre a expertos en la materia

1.7 INDICIOS DE PROBLEMAS GEOTÉCNICOS

Puertas y ventanas que se traban o están descuadradas, o con dificultades para

abrir o cerrar.

Grietas nuevas o grietas visiblemente reparadas en la estructura y en obras

exteriores.

Desniveles entre pisos y terreno. El terreno ha bajado dejando el piso al aire en

algunos sectores.

Depresiones en el terreno. Un jardín en áreas planas o en pendiente,

normalmente no debe tener formas onduladas.

MECÁNICA DE SUELOS


Levantamientos del terreno y de aceras. A veces estos levantamientos son

debidos a raíces de árboles. Si esto no es evidente, pueden ser por expansión del

suelo.

Grietas en el suelo en forma de media luna. Las grietas en el terreno siempre son

indicio de algún problema geotécnico.

Terreno con topografía original escalonada. Indicio de movimientos antiguos

que pueden reactivarse, o de un movimiento actual lento pero continuo.

Escarpas que muestran suelo “fresco” o escarpas viejos cubiertos por vegetación

Estas son evidencias claras de deslizamientos.

Muros, cercas, postes, o cualquier otra cosa que no esté aplomada o alineada en

su forma natural Estos son indicios de que el terreno se está moviendo,

arrastrando o empujando obras enterradas.

Árboles inclinados: son indicadores menos confiables de movimientos, pues

tienden a doblarse en búsqueda de la luz solar. Cuando se presentan muy

inclinados o inclinados en diferentes direcciones, pueden ser indicio de

deslizamientos o reptación superficial.

Taludes verticales o con pendientes abruptas. Los taludes pueden lucir estables,

pero la descomposición con el tiempo de los materiales que los constituyen,

puede originar su deslizamiento.

1.8 INTRODUCCION A LA GEOLOGIA

El término suelo tiene un significado muy específico para los ingenieros de

diversas especialidades:

Para el ingeniero agronomo-agricola el suelo es denominado como capa

vegetal, caracterizado por un estrato superficial de suelo altamente

meteorizado, rico en humus y capaz de soportar el crecimiento de la

vegetación, de espesor frecuente inferior a los 0.50-1.00 mts.

Desde el punto de vista del ingeniero civil representa la roca fragmentada,

de todo tipo y representa la corteza terrestre visible, que no supera los 80

mts de profundidad, hasta donde a la fecha han llegado sus cimentaciones.

Para el geólogo, el suelo lo denomina roca, es todo lo que constituye la

corteza terrestre.

MECÁNICA DE SUELOS


1.9 CONSTITUCION DE LA TIERRA:

El análisis de las observaciones sismológicas ha permitido estimase la

composición interna de la tierra, sintetizada en:

Es importante reconocer que el conocimiento directo de la tierra es mínimo.

Se calcula que sólo 8 elementos químicos contribuyen con más del 98% del

peso de la corteza terrestre, representando una simplicidad asombrosa:

Oxigeno 46.6% Silicio 27.7%

Aluminio 8.1% Hierro 5.0%

Calcio 3.6% Sodio 2.8%

Potasio 2.6% Magnesio 2.1%

Resto pequeños porcentajes de elementos raros: Titanio. Hidrogeno, fósforo y

otros

La combinación de los elementos químicos forman una inmensidad de

minerales, que en el campo de la ingeniería civil son limitados, sintetizados

como:

*Los cuarzos

*Los feldespatos

*Las micas

*Los carbonatos

Estos a su vez forman nuestros suelos:

MECÁNICA DE SUELOS


SÍMBOLO DESCRIPCIÓN LEYENDA

Suelos Gruesos

G Grava

S Arena

Suelos Finos

M Limo

C Arcilla

Suelos con % de materiales

contaminados

O Limos orgánicos y arcilla

Pt Turba y suelos altamente orgánicos

1.10 CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS

En base al tamaño de los granos que componen una masa de suelo y también sus

características físicas, tales como el límite líquido, índice de plasticidad, límite

de contracción, etc., se han ideado diferentes sistemas que permiten clasificar los

suelos.

En los comienzos de la investigación de las propiedades de los suelos se creyó

que las propiedades mecánicas dependían directamente de la distribución de las

partículas constituyentes según sus tamaños.

Solamente en suelos GRUESOS, cuya granulometría puede determinarse por

mallas, la distribución por tamaños puede revelar algo de la referente a las

propiedades físicas del material.

Los sistemas de clasificación de suelos nos permiten clasificar los suelos en

grupos determinados con cierta precisión, lo cual puede servir al Ingeniero de

dos maneras.

a) Dado un suelo, clasificarlo en su grupo correspondiente de acuerdo con el

Análisis Mecánico y las constantes físicas que se obtenga en el laboratorio.

MECÁNICA DE SUELOS


b) Conocido el grupo el que pertenece el suelo, predecir su posible

comportamiento en el terreno, lo cual permite seleccionar los materiales

convenientes para la construcción de caminos, represas de tierra, rellenos,

etc.

SISTEMA DE CLASIFICACIÓN DE SUELOS BASADOS EN CRITERIO

GRANULOMÉTRICO (Tamaño de los granos)

- Básicamente los límites de tamaño de las partículas que constituye un suelo, ofrece

un criterio obvio para una clasificación descriptiva del mismo.

- En la actualidad con la técnica del cribado (Tamices), es factible contar con una

mayor división, lo que permite efectuar el trazo de CURVAS

GRANULOMÉTICAS, contando con agrupaciones de las partículas en mayor

número diferente.

- Las partículas en general, que conforman un suelo, varían en un amplio rango y no

hay un criterio uniforme para clasificar las partículas por su tamaño así:

Tamaño del Grano

Nombre de la Organización Grava Arena Limo Arcilla

Instituto tecnológico de

Massachusetts (MIT)

> 2mm 2 a 0.06mm 0.06 a 0.002 mm < 0.002

mm

Asociación Americana de

Funcionarios del Transporte

y Carreteras Estatales (AASHTO)

76.2 a 2 mm 2 a 0.075 mm 0.075 a 0.002 < 0.002

mm

Sistema Unificado de Clasificación

de Suelos (U.S Army Corps of Engineers;

U.S Bureau of Reclamation; American

Society for Testing and Materials

76.2 a 4.75

mm

4.75 a 0.075

mm

Finos

(Es decir limos y arcillas

< 0.075 mm)

FORMA DE LOS AGREGADOS

Según la forma de los agregados:

Prismática. Los agregados tienen forma de prisma, de mayor altura que

anchura. Es típico de suelos con mucha arcilla.

MECÁNICA DE SUELOS


Columnar. Semejante a la estructura prismática, pero con la base redondeada.

Ésta estructura es típica de suelos envejecidos.

En bloques. Angulares o subangulares. Los agregados tienen forma de bloque,

sin predominio de ninguna dimensión.

Laminar. Los agregados tienen forma aplanada, con predominio de la

dimensión horizontal. Las raíces y el aire penetran con dificultad.

Granular. Los agregados son esferas imperfectas, con tamaño de 1 a 10 mm de

grosor. Es la estructura más ventajosa, al permitir la circulación de agua y aire.

TIPOS DE SUELOS

A) SUELOS EXPANSIVOS:

Son suelos que tienen la propiedad de contraerse o expandirse debido a cambios

en su contenido de humedad. Este proceso involucra grandes cambios

volumétricos generando esfuerzos considerables.

Características de estos suelos: Son arcillas altamente plásticas y con alto

contenido de montmorillonita en su composición.

Alternativa de solución: Esta es otra forma para diseñar una estructura

adecuándola a suelos expansivos. Esta casa es construida sobre una plataforma

rígida que se inclina cuando el suelo se expande.

B) SUELOS COLAPSABLES:

Generalmente son suelos de origen eólico, cuya estructura está ligeramente

cementada por sales acarreadas por la brisa marina, con lo cual adquieren una

MECÁNICA DE SUELOS


resistencia aparente. Son suelos en estado meta estable, que generalmente se

presentan en áreas desérticas.

Características de estos suelos: al contacto con el agua sufren cambios bruscos

en su volumen por efecto del lavado de sus cementantes (sales), debido al

reacomodo de sus partículas.

Alternativa de solución:

• Generación del Colapso por Saturación

• Impermeabilización de suelos.

• Evitar la construcción de jardines, diseñando jardineras.

• Estabilización del terreno mediante procesos físicos o químicos.

C) SUELOS ORGANICOS Y TURBAS

Son suelos que debido a su gran compresibidad y bajo esfuerzo cortarte conduce

a serios problemas de inestabilidad y asentamientos.

Características de estos suelos:

Altos contenidos de humedad.

Alta relación de vacíos.

Contenido de materia orgánica. .

D) SUELOS DISPERSIVOS

Las arcillas dispersivas son aquellas que por la naturaleza de su mineralogía y la

química del agua en los suelos, son susceptibles a la separación de las partículas

individuales y a la posterior erosión a través de grietas en el suelo bajo la

filtración de flujos.

Estas arcillas erosionan rápidamente en presencia del agua cuando las fuerzas

repulsivas que actúan entre las partículas de arcilla exceden a las fuerzas de

atracción (Van der Waals) de tal forma que las partículas son progresivamente

separadas desde la superficie entrando a una suspensión coloidal. Por esta razón

estas arcillas son llamadas arcillas “defloculadas”, “dispersivas” o “erodibles”.

Son suelos altamente erosivos a bajos gradientes hidráulicos del flujo del agua, e

incluso en algunos casos en agua en reposo.

MECÁNICA DE SUELOS


PROPIEDADES FISICAS DE LOS SUELOS

a) ESTRUCTURA DEL SUELO (FASES/PARTES)

ESTRUCTURA PARTICULAS

DEL FORMADO AGUA

SUELO POR: VACIOS

AIRE

MODELO DE CASAGRANDE

Va= Volumen aire Wa= Peso aire

Vw= Volumen de líquido Ww= Peso del liquido

Vs= Volumen de solido Ws= Peso de solido

Vv= Volumen de vacíos

Vm= Va + Vw + Vs Wm= Wa + Ww + Ws

b) CARACTERISTICAS DE LAS FASES/PARTES DEL SUELO

b-1) PARTE SOLIDA:

La fase solida puede ser mineral u orgánica; la mineral está compuesta por

partículas de distintos tamaños, formas y composición química; la orgánica está

compuesta por residuos vegetales en diferentes etapas de descomposición y

organismos en estado de vida activa.

b-2) PARTE LIQUIDA

Factor importante en el comportamiento de un suelo, es la cantidad de agua o

humedad que contiene (varias según el clima de tiempo en tiempo).

Se clasifican en: (Base de su comportamiento)

MECÁNICA DE SUELOS


ESTADO Secado al

horno Secado al aire

Saturado con

superficie seca

Con humedad

superficial

HUMEDAD

TOTAL Ninguna

En su interior

contiene

humedad.

Contiene

humedad en

todo su interior

Contiene también

humedad

superficial

EL AGUA DE GRAVEDAD: Es el agua que está en masas suficientemente

grandes, como para obedecer la acción de la gravedad

AGUA CAPILAR: Existente en los pequeños vacíos de manera que la tensión

superficial del agua se convierte en un factor importante, considerando que

predomina sobre la acción de la gravedad. Se mueve a través del suelo, en

especial en aquellos de granos finos denominado. “MOVIMIENTO

CAPILAR”

El agua capilar es la fracción del agua que ocupa los microporos, se mantiene en

el suelo gracias a las fuerzas derivadas de la tensión superficial del agua. Esta

fracción del agua es utilizable por las plantas, es la reserva hídrica del suelo. La

capacidad de algunas sustancias de absorber o ceder humedad al medio ambiente

también es sinónimo de higrometria.

AGUA HIGROSCÓPICA O MOLÉCULA: Es el agua que envuelve y está

íntimamente asociada con los granos individuales del suelo (No puede ser

evaporado simplemente secándola al aire)

La cantidad de agua Higroscópica se supone que es igual a la diferencia de pesos

entre el de una muestra secada al aire y el de la muestra secada dentro de un

horno a la temperatura de 110°C durante 24 horas.

El agua higroscópica o molecular es la fracción del agua absorbida directamente

de la humedad del aire. Esta se dispone sobre las partículas del terreno en una

capa de 15 a 20 moléculas de espesor y se adhiere a la partícula

por adhesión superficial. El poder de succión de las raíces no tiene la fuerza

suficiente para extraer esta película de agua del terreno. En otras palabras esta

porción del agua en el suelo no es utilizable por las plantas.

http://es.wikipedia.org/wiki/Tensi%C3%B3n_superficial

http://es.wikipedia.org/wiki/Higrometria

http://es.wikipedia.org/wiki/Adhesi%C3%B3n

MECÁNICA DE SUELOS


b-3) PARTE GASEOSA

Constituido por el aire encerrado en los vacíos que no son ocupados por el agua

(se supone que este aire está sa-turado con vapor de agua y que su composición

es algo diferente del aire exterior)

VACIOS

En el suelo cualquiera se llama vació a los espacio libres que existen entre

las partículas que están completamente llenos de agua, llenos completamente

de aire o ambos a la vez. Esto determina que:

Suelo saturado: Cuando los vacíos están llenos de agua

Suelo seco. Cuando los vació están completamente lleno de aire

Suelo con contenido de humedad: Cuando están llenos de aire y agua

PROPIEDADES:

El peso específico representa la fuerza con que la Tierra atrae a un volumen

unidad de la misma sustancia considerada.

MECÁNICA DE SUELOS


El peso específico de una sustancia es el peso de la unidad de volumen.

Se obtiene dividiendo un peso conocido de la sustancia entre el volumen que

ocupa.

Llamando W al peso y V al volumen, el peso específico ɣ , vale:

Densidad Se obtiene dividiendo una masa conocida de la sustancia entre el

volumen que ocupa. Llamando m a la masa, y v al volumen, la densidad, D,

vale:

Relación entre el peso específico y la densidad.

El peso específico y la densidad son evidentemente magnitudes distintas como

se ha podido comparar a través de las definiciones que se dieron en la parte de

arriba, pero entre ellas hay una íntima relación, que se va a describir a

continuación.

Se recordará que el peso de un cuerpo es igual a su masa por la aceleración de la

gravedad:

W= m. g

Pues bien, sustituyendo esta expresión en la definición del peso específico y

recordando que la densidad es la razón m/V, queda:

El peso específico de una sustancia es igual a su densidad por la aceleración de

la gravedad.

A) Peso específico de la masa del Suelo ( )

(g/cm3, tn/m3, kg/m3)

B) Peso específico de la parte solida ( ) llamado peso volumétrico de los

sólidos


C) Peso específico de la parte liquida ( )


MECÁNICA DE SUELOS


Peso específico del agua en condiciones reales de trabajo, su valor difiere un

poco del γo , en la práctica se toma igual que γo.

D) Densidad absoluta: (Da)

Es la masa de dicho cuerpo contenido en la unidad de volumen, sin incluir sus

vacíos.

E) Densidad aparente: (D´a)

Es la masa de dicho cuerpo contenido en la unidad de volumen, incluyendo sus

vacíos.

F) Densidad relativa: (Dr)

= Peso específico del agua destilada, a 4º C. y a la presión atmosférica

correspondiente al nivel del mar. γo = 1,000 gr/ cm³

G) Contenido de Humedad (w)

El contenido de humedad de un suelo, es el peso del agua que contiene

expresado como porcentaje del peso seco de la muestra, puede definirse como la

relación del peso de agua presente al total del peso de la muestra secada al

horno. En mecánica de suelos el contenido de humedad ω está referido al peso

del material seco y se expresa en porcentaje.

H) Humedad Relativa: (Grado De Saturación)

Proporción de los vacíos llenos de agua al total de vacíos que tiene la masa del

suelo

MECÁNICA DE SUELOS


Los suelos se clasifican según su humedad relativa (H.R.):

TIPO H.R. SITUACION

SUELO SECO 0 SECO

LIGERAMENTE HUMEDOS 0-0.25

PARCIALMENTE SATURADO HUMEDO 0.25-0.50

MUY HUMEDO 0.50-0.75

MOJADO 0.75-1.00

SATURADO 1.00 SATURADO

I) Porosidad:

Los huecos que dejan entre sí las partículas sólidas del suelo pueden ser:

Poros. Huecos que dejan las partículas y los agregados. Tienen

contornos irregulares y están conectados entre ellos, lo que favorece la

circulación de agua y aire.

Canales. Huecos comunicantes que se forman por la actividad de la

fauna del suelo.

Fisuras o grietas. Huecos intercomunicados que se forman como

consecuencia de la retracción del suelo.

Los poros entre partículas sólidas pueden estar ocupados por aire o agua

Microporos. Son los poros de menor tamaño, capaces de retener agua.

Macroporos. Son los poros de mayor tamaño, por los que el agua circula pero no

es retenida. Normalmente los macroporos están ocupados por aire, excepto

cuando el agua está circulando por ellos.

Denominado como a la relación que hay entre el volumen de vacíos que

tiene una masa de suelo y el volumen total que tiene una masa de suelos.

Se expresa en tanto por ciento (%), y está condicionada por la textura y la

estructura del suelo.

Los suelos de textura fina tienen mayor porosidad que los de textura

gruesa.

MECÁNICA DE SUELOS


Los suelos arcillosos tienen gran número de poros pequeños

(microporos), mientras que los arenosos tienen un número escaso de

poros grandes (macroporos) comunicados entre sí

La porosidad (n) lo hace con un valor que varía en el tiempo (por cargas,

desecamiento, o humectación)

Vv= Volumen total de vacíos de masa de suelo

Vm = Volumen total de la masa de suelo

J) Proporción de Vacíos: o relación de vacíos (e)

Es la relación que hay entre el volumen total de vacíos y el volumen de la parte

solida de una masa de suelo.

Proporción de vacíos (e) vincula el volumen de vacíos con una magnitud

constante, para un determinado tipo de suelo, en el tiempo

Vv= Volumen total de vacíos de masa de suelo

Vs = Volumen de solidos

K) Relaciones de vacíos y porosidad

.

MECÁNICA DE SUELOS


Ejercicios

1. Se tiene una muestra que pesa 3345 g, se coloca al horno y su peso es de 2887g. Si el

peso específico de la parte solida es de 1.98g/cm3, asi como el volumen de la

muestra es de 1838cm3. Determinar el peso específico de la masa del suelo,

humedad, proporción de vacíos y porosidad.

2.

MECÁNICA DE SUELOS


CLASIFICACION DE LOS SUELOS-SISTEMA DE CLASIFICACIÓN DE

SUELOS

SISTEMA UNIFICADO DE CLASIFICACIÓN DE SUELO

Suelos divididos en:

Suelos de grano grueso

Suelos de grano fino-Suelos altamente orgánicos

Delimitados por:

Ensayo del análisis granulometría

Límites de Atterberg

Recomendación:

Debe ejecutarse en muestra representativas.

Clasificación simbología

SÍMBOLO DESCRIPCIÓN LEYENDA

Suelos Gruesos

G Grava

S Arena

Suelos Finos

M Limo

C Arcilla

Suelos con %

de materiales

contaminados

O Limos orgánicos y arcilla

Pt

Turba y suelos altamente

orgánicos

H

Alta plasticidad (Limite liquido

mayor que 50)

L

Baja plasticidad (Limite liquido

menor que 50)

W Bien graduados

P Mal graduados

MECÁNICA DE SUELOS


DIVISIONES

MAYORES

SÍMBOLO

DESCRIPCIÓN SUCS GRAFICO

Suel

os

gra

nula

res

GW

Gravas bien mezclas arena, con poco o nada de

material fino, variación en tamaños granulares

GP

Grava mal graduadas, mezcla de arena –grava con

poco o nada de material fino

GC

Grava arcillosas, mezclas de grava-arena arcilla

gravas con material fino cantidad apreciable de

material fino.

Arena y

suelos

arenosos

SW

Arena bien graduados, arenas con grava, poco o nada

de material fino. Arenas limpios poco o nada, amplia

variación en tamaño granulares de partículas en

tamaño intermedios.

SP

Arena mal graduados con grava poco o nada de

material fino, un tamaño predominante o una serie de

tamaños con ausencia de partículas internas.

SM

Materiales finos sin plasticidad o con plasticidad muy

baja.

SC

Arenas arcillosas, mezclas de arena-arcillosa.

Su

elos

finos Limos y

arcillas

(LL<50)

ML

Limos orgánicos y arenas muy finos, polvo de roca,

arenas finos limosos o arcillosas o limos arcillosos

con ligera plasticidad.

MECÁNICA DE SUELOS


CL

Arcillas inorgánicas de plasticidad baja o mediana,

arcillas, gravas, arcilla limosa, arcilla magro.

OL

Limo orgánico y arcillas limosas, arcillas magros.

Limos y

arcillas

(LL>50)

MH

Limos orgánicos y arcillas limosas orgánicas, baja

plasticidad.

CH

Arcillas inorgánicas de elevada plasticidad, arcillas

grasosas.

OH

Arcillas orgánicas de mediana o elevada plasticidad,

limos orgánicos.

Suelos altamente

orgánicos Pt

Turba, suelos considerablemente orgánicos.

MECÁNICA DE SUELOS


0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000

10

20

30

40

50

60

47

BAJA MEDIA ALTA

CL-ML

LINEA "A

"

I.P=0.

73 (L

.L-2

0)

OH

ó

MH

CL

CH

OL

ó

MLML

CL

LÍMITE LÍQUIDO %

ÍND

ICE

PL

ÁS

TIC

O

CARTA DE PLASTICIDAD

Para la clasificación de suelos de partículas finas en Lab.

DIVISIÓN MAYOR

SÍMBOLO

NOMBRES TÍPICOS

CRITERIO DE CLASIFICACIÓN EN EL LABORATORIO

SU

EL

OS

DE

PA

RT

ÍCU

LA

S G

RU

ES

AS

Más

de

la m

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4

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RA

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PIA

Poco

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de

par

tícu

las

finas

GW

Gravas bien graduadas, mezclas de grava y arena

con poco o nada de finos

DE

TE

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de

fronte

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l uso

de

sím

bolo

s doble

s **

COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD Cu: mayor

de 4.COEFICIENTE DE CURVATURA Cc: entre

1 y 3.

Cu = D60 / D10 Cc = (D30)2 / (D10 * D60)

GP

Gravas mal graduadas,

mezclas de grava y arena

con poco o nada de finos

NO SATISFACEN TODOS LOS REQUISITOS DE GRADUACIÓN PARA GW.

GR

AV

A

CO

N F

INO

S

Can

tidad

apre

ciab

le d

e par

tícu

las

finas

*

GM

d

Gravas limosas, mezclas de

grava, arena y limo


abajo de la “línea A”

o I.P. menor que 4.

Arriba de la “línea A” y

con I.P. entre 4 y 7 son

casos de frontera que

requieren el uso de

símbolos dobles.

u

AR

EN

AS

Más

de

la m

itad

de

la f

racc

ión g

rues

a pas

a por

la m

alla

No.

4

GC

Gravas arcillosas, mezclas de gravas, arena y arcilla


arriba de la “línea a”

con I.P. mayor que

7.

AR

EN

A L

IMP

IA

Poco

o

nad

a de

par

tícu

las

finas

SW

Arenas bien graduadas,

arena con gravas, con poca o nada de finos.

Cu = D60 / D10 mayor de 6 ; Cc = (D30)

2 / (D10)

(D60) entre 1 y 3.

SP

Arenas mal graduadas, arena con gravas, con poca

o nada de finos.

No satisfacen todos los requisitos de graduación

para SW

AR

EN

A C

ON

FIN

OS

Can

tidad

apre

ciab

le d

e par

tícu

las

finas

*

SM

d Arenas limosas, mezclas de

arena y limo.


abajo de la “línea A”

o I.P. menor que 4.

Arriba de la “línea A” y

con I.P. entre 4 y 7 son casos de frontera que

requieren el uso de símbolos dobles.

u

SC

Arenas arcillosas, mezclas

de arena y arcilla


arriba de la “línea

A” con I.P. mayor

que 7.

SU

EL

OS

DE

PA

RT

ÍCU

LA

S F

INA

S

Más

de

la m

itad

del

mat

eria

l pas

a por

la m

alla

núm

ero 2

00

LIM

OS

Y A

RC

ILL

AS

Lím

ite

Líq

uid

o

men

or

de

50

ML

Limos inorgánicos, polvo de roca, limos arenosos o

arcillosos ligeramente plásticos.

G – Grava, S – Arena, O – Suelo Orgánico, P – Turba, M – Limo

C – Arcilla, W – Bien Graduada, P – Mal Graduada, L – Baja Compresibilidad, H – Alta Compresibilidad

CL

Arcillas inorgánicas de

baja o media plasticidad, arcillas con grava, arcillas

arenosas, arcillas limosas, arcillas pobres.

OL

Limos orgánicos y arcillas limosas orgánicas de baja

plasticidad.

LIM

OS

Y A

RC

ILL

AS

Lím

ite

Líq

uid

o

May

or

de

50

MH

Limos inorgánicos, limos micáceos o diatomáceos,

más elásticos.

CH

Arcillas inorgánicas de alta

plasticidad, arcillas francas

OH

Arcillas orgánicas de

media o alta plasticidad,

limos orgánicos de media

plasticidad

SUELOS ALTAMENTE ORGÁNICOS

P

Turbas y otros suelos altamente orgánicos.

MECÁNICA DE SUELOS


ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO

DEFINICIONES

BIEN GRADUADO: Relacionado a la grava/arena, es una composición

granulométrica de tamaños de partículas perfectamente graduadas, es decir sin

predominio ni defecto marcado de ningún tamaño particular.

MAL GRADUADO: Igualmente relacionado a grava y arenas, tiene una composición

granulométrica con exceso de algunos tamaños particulares y defecto de otros.

COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD: Proporción obtenida por división del máximo

tamaño de la partícula que están debajo del 60% (D60) en la curva granulométrica por

el tamaño efectivo (D10)

10

60

D

DCu

COEFICIENTE DE CURVATURA: Obtenido por la expresión:

6010

)30( 2

xDD

DCc

MECÁNICA DE SUELOS


Tamices

ASTM

Abertura (mm)

Peso retenido

(g)

% Retenido parcial

% Retenido Acumulado

% Que Pasa

A

H 100-H

B

H+I=N 100-N

C

N+J=O 100-O

D

O+K=P 100-P

E

P+L=Q 100-Q

Plato F

Q+M=R 100-R

SUMA G 100

Tamaño de Malla

Tamices (ASTM) Abertura en mm.

3" 76.2

2 1/2" 63.5

2" 50.6

1 1/2" 38.10

1" 25.40

3/4" 19.05

1/2" 12.70

3/8" 9.525

1/4" 6.350

Nº4 4.75

Nº 8 2.36

Nº 10 2.00

Nº 16 1.180

Nº 20 0.850

Nº 30 0.600

Nº 40 0.425

Nº 50 0.300

Nº 60 0.250

Nº 80 0.180

Nº 100 0.150

Nº 200 0.075

Pasa N° 200

MECÁNICA DE SUELOS


SÍMBOLO DE GRUPO NOMBRE DEL GRUPO

GW < 15% arena Grava bien graduada

≥ 15% arena Grava bien graduada con arena

GP < 15% arena Grava mal graduada

≥ 15% arena Grava mal graduada con arena

GW-GM < 15% arena Grava bien graduada con limo.

≥ 15% arena Grava bien graduada con limo y arena

GW-GC

< 15% arena Grava bien graduada con arcilla

(o arcilla limosa)

≥ 15% arena Grava bien graduada con arcilla y

arena (o arcilla limosa y arena)

GP-GM < 15% arena Grava mal graduada con limo.

≥ 15% arena Grava mal graduada con limo y arena.

GP-GC

< 15% arena Grava mal graduada con arcilla

(o arcilla limosa)

≥ 15% arena Grava mal graduada con arcilla y arena

(o arcilla limosa y arena)

GM < 15% arena Grava limosa

≥ 15% arena Grava limosa con arena

GC < 15% arena Grava arcillosa

MECÁNICA DE SUELOS


≥ 15% arena Grava arcillosa con arena

GC-GM < 15% arena Grava limo -arcillosa

≥ 15% arena Grava limo–arcillosa con arena

SW < 15% grava Arena bien graduada

≥ 15% grava Arena bien graduada con grava

SP < 15% grava Arena mal graduada

≥ 15% grava Arena mal graduada con grava

SW-SM < 15% grava Arena bien graduada con limo.

≥ 15% grava Arena bien graduada con limo y grava

SP-SC

< 15% grava Arena bien graduada con arcilla

(o arcilla limosa)

≥ 15% grava Arena bien graduada con arcilla y

arena (o arcilla limosa y grava)

SP-SM < 15% grava Arena mal graduada con limo.

≥ 15% grava Arena mal graduada con limo y grava.

SP-SC

< 15% grava Arena mal graduada con arcilla

(o arcilla limosa)

≥ 15% grava Grava mal graduada con arcilla y arena

(o arcilla limosa y arena)

SM < 15% grava Arena limosa

≥ 15% grava Arena limosa con grava

SC < 15% grava Arena arcillosa

≥ 15% grava Arena arcillosa con grava

SC-SM < 15% grava Arena limo -arcillosa

≥ 15% grava Arena limo –arcillosa con grava

Cuadro: Grupo de Suelos tipo Grava y Arenosos

Fuente: ASTM.

MECÁNICA DE SUELOS

SÍMBOLO DE GRUPO NOMBRE DE GRUPO

LL < 50

Inorgánicos

PI> 7 y grafica sobre o

arriba de la línea A CL

< 30% excede Nº 200

<15 % excede Nº 200 Arcilla ligera

15-29 % excede Nº

200

% arena ≥ %

grava Arcilla ligera con arena

% arena < %

grava Arcilla ligera con grava

≥ 30% excede Nº 200

% arena ≥ % grava

< 15 % grava Arcilla ligera arenosa

≥ 15 % grava Arcilla ligera arenosa con

grava

% arena < % grava

< 15 % arena Arcilla ligera tipo grava

≥ 15 % arena Arcilla ligera tipo grava con

arena

4 ≤ PI ≤ 7 y la grafica sobre o

arriba de la línea A CL-ML


<15 % excede Nº 200 Arcilla limosa

15-29 % excede Nº

200

% arena ≥ %

grava Arcilla limosa con arena

% arena < %

grava Arcilla limosa con grava


% arena ≥ % grava < 15 % grava Arcilla limo- arenosa

≥ 15 % grava Arcilla limo- arenosa con grava

% arena < % grava

< 15 % arena Arcilla limosa y tipo grava

≥ 15 % arena Arcilla limosa y tipo grava con

arena

PI< 4 y grafica debajo de la

línea A ML


<15 % excede Nº 200 Limo

15-29 % excede Nº

200

% arena ≥ %

grava Limo con arena

% arena < %

grava Limo con grava


% arena ≥ % grava < 15 % grava Limo arenoso

≥ 15 % grava Limo arenoso con grava

% arena < % grava < 15 % arena Limo y tipo grava

≥ 15 % arena Limo y tipo grava con arena

OL

Orgánicos

UNIVERSIDAD CESAR VALLEJO

FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL

29 ING. SHEYLA Y. CORNEJO RODRIGUEZ


LL ≥ 50

Inorgánico

Grafica PI sobre o arriba de

la línea A CH


<15 % excede Nº 200 Arcilla densa

15-29 % excede Nº

200

% arena ≥ %

grava Arcilla densa con arena

% arena < %

grava Arcilla densa con grava


% arena ≥ % grava

< 15 % grava Arcilla densa arenosa

≥ 15 % grava Arcilla densa arenosa con

grava

% arena < % grava

< 15 % arena Arcilla densa y tipo grava

≥ 15 % arena Arcilla densa y tipo grava

con arena

Grafica PI debajo de la línea

A MH


<15 % excede Nº 200 Limo elástico

15-29 % excede Nº

200

% arena ≥ %

grava Limo elástico con arena

% arena < %

grava Limo elástico con grava


% arena ≥ % grava

< 15 % grava Limo elástico arenoso

≥ 15 % grava Limo elástico arenoso con

grava

% arena < % grava

< 15 % arena Limo elástico y tipo grava

≥ 15 % arena Limo elástico y tipo grava

con arena

Orgánico

OL

Cuadro: Nombres de suelos limosos, inorgánicos y arcillosos

Fuente: ASTM.





OL

PI ≤ 4 y la gráfica

sobre o arriba de la

línea A


<15 % excede Nº 200 Arcilla orgánica

15-29 % excede Nº 200 % arena ≥ % grava Arcilla orgánica con arena

% arena < % grava Arcilla orgánica con grava


% arena ≥ % grava

< 15 % grava Arcilla orgánica arenosa

≥ 15 % grava Arcilla orgánica arenosa con

grava

% arena < % grava

< 15 % arena Arcilla orgánica y tipo grava

≥ 15 % arena Arcilla orgánica y tipo grava

con arena

PI < 4 y la grafica

debajo de la línea A


<15 % excede Nº 200 Limo orgánico

15-29 % excede Nº 200 % arena ≥ % grava Limo orgánico con arena

% arena < % grava Limo orgánico con grava


% arena ≥ % grava

< 15 % grava Limo orgánico arenoso

≥ 15 % grava Limo orgánico arenoso con

grava

% arena < % grava

< 15 % arena Limo orgánico y tipo grava

≥ 15 % arena Limo orgánico y tipo grava

con arena




OH

Grafica sobre o

arriba de la línea A


<15 % excede Nº 200 Arcilla orgánica

15-29 % excede Nº 200 % arena ≥ % grava Arcilla orgánica con arena

% arena < % grava Arcilla orgánica con grava


% arena ≥ % grava

< 15 % grava Arcilla orgánica arenosa

≥ 15 % grava Arcilla orgánica arenosa con

grava

% arena < % grava

< 15 % arena Arcilla orgánica y tipo grava

≥ 15 % arena Arcilla orgánica y tipo grava

con arena

Grafica debajo de la

línea A


<15 % excede Nº 200 Limo orgánico

15-29 % excede Nº 200 % arena ≥ % grava Limo orgánico con arena

% arena < % grava Limo orgánico con grava


% arena ≥ % grava

< 15 % grava Limo orgánico arenoso

≥ 15 % grava Limo orgánico arenoso con

grava

% arena < % grava

< 15 % arena Limo orgánico y tipo grava

≥ 15 % arena Limo orgánico y tipo grava

con arena




0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.01 0.10 1.00 10.00 100.00

PA

SA

(%

)

ABERTURA DE TAMIZ (mm)

CURVA GRANULOMETRICA

N°2

00

N°1

00

N°8

0

N°6

0

N°5

0

N°4

0

N°3

0

N°2

0

N°1

0

N°8

N°4

1/4

"

3/8

"

1/2

"

3/4

"

1"

1 1

/2"

2"

2 1

/2"

3"

N°1

6




CLASIFICACION SUELOS COHESIVOS-LIMITES DE

CONSISTENCIA (LÍMITE LÍQUIDO, PLASTICO Y CONTRACCION) -

LIMITES DE ATTERBERG-INDICE DE PLASTICIDAD

LÍMITES DE CONSISTENCIA

- Debemos definir la consistencia de un suelo a su grado de humedad. Entre ciertos

límites de consistencia, un suelo se puede comportar más o menos como un sólido, otro

límite puede representar un comportamiento plástico y en caso extremo como un

líquido viscoso.

- Indudablemente el cambio de un estado a otro es GRADUAL, situación que permite

establecer los límites que hay entre estos estados, límites que se llaman de consistencia,

los cuales se han fijado bajo las bases de pruebas o ensayos arbitrariamente establecidos

y que se expresa en el contenido de humedad del suelo. Estos límites de consistencia

también se denominan LÍMITE DE ATTERBERG (quien en 1911 lo estableció,

estando estandarizado en la fecha).

Ejemplo: ARCILLA

1. Supongamos primero que el suelo está mezcla con un gran exceso de agua, de modo

que esta mezcla se comporte como un líquido viscoso

2. Si quitamos gradualmente el agua a esta mezcla, se realiza la contracción del suelo.

Índice de plasticidad

Contenido de

humedad %

W

Estado

Viscoso




FORMA DE DETERMINAR LÍMITES DE CONSISTENCIA

Básicamente a través de diversas pruebas arbitrarias, que la podemos resumir en:

1. Límite líquido: Es el contenido de humedad en el cual el suelo fluirá suficientemente

como para cerrar una ranura de ancho determinado hecha en la muestra del suelo

cuando un recipiente especificado es golpeado en número fijado de veces.

El resultado del porcentaje de humedad, se dará con aproximación a un número entero.

2. Límite plástico: Es el más bajo contenido de humedad en el cual el suelo puede

desarrollar con la mano en hilos de 1/8” de diámetro sin que estos hilos se desmorone o

se partan.

3. Límites de contenido: Se llama límite de contracción al contenido de humedad que se

requiera para llenar exactamente los vacíos de una muestra de suelo al horno, hasta

lograr una completa saturación.

ÍNDICE DE PLASTICIDAD

El índice de plasticidad de un suelo es la diferencia numérica entre los valores del

límite líquido y el límite plástico de un mismo suelo.




Es decir:

IP= LL – LP

IP: Índice plástico del material (%), con aproximación a la unidad

LL: Límite liquido del material obtenido (%)

LP: Límite plástico del material obtenido (%)

SISTEMA AASHTO.

El Sistema de clasificación AASHTO se usa principalmente para clasificación de

las capas de carreteras. No se usa en la construcción de cimentaciones.

El sistema de Clasificación fue desarrollado en 1929 como el Public Road

Administration Classification System (Sistema de Clasificación de la Oficina de

Caminos Públicos). Ha sufrido varias versiones, con la versión actual propuesta

por Highway Research Board´s Commitee sobre clasificación de materiales para

subrasantes y caminos de tipo granular (1945).

Los suelos comprendidos en los grupos A-1, A-2 y A-3 son materiales de

granulares donde 35% o menos de las partículas pasan por la criba Nº 200 y

aquellos en los grupos A-4, A-5, A-6 y A-7 son suelos de los que más del 35%

pasan por la criba Nº 200.

El sistema de clasificación AASHTO (para suelos A-1 al A-7) se presenta en la

siguiente tabla. Nótese que el grupo A-7 incluye dos tipos de suelos. Para el tipo

A-7-5, el índice de plasticidad es menor o igual que el límite menos que 30. Para el

tipo A-7-6, el índice de plasticidad es mayor que el límite liquido menos 30.




CLASIFICACIÓN GENERAL

MATERIALES GRANULARES

(pasa menos del 35% por el tamiz ASTM N° 200)

MATERIALES LIMO ARCILLOSOS

(más de 35% pasa el tamiz ASTM N° 200)

GRUPO A-1

A-3

A-2

A-4 A-5 A-6

A-7

Subgrupo A-1-a A-1-b A-2-4 A-2-5 A-2-6 A-2-7 A-7-5 A-7-6

ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO % que pasa por cada tamiz

N°10

≤ 50

50 máx.

N°40

≤ 30

30 máx.

≤ 50

50 máx.

≤ 51

51 min.

N°200

≤ 30

30 máx.

≤ 25

25 máx.

≤ 10

10 máx.

≤ 35

35 máx.

≤ 35

35 máx.

≤ 35

35 máx.

≤ 35

35 máx.

≥ 36

36 min.

≥ 36

36 min.

≥ 36

36 min.

≥ 36

36 min.

≥ 36

36 min.

ESTADO DE CONSISTENCIA (de la fracción de suelo que pasa por el tamiz ASTM N°40)

Limite Liquido

NP

≤ 40

40 máx.

≥ 41

41 min.

≤ 40

40 máx.

≥ 41

41 min.

≤ 40

40 máx.

≥ 41

41 min.

≤ 40

40 máx.

≥ 41

41 min.

(IP<LL-30)

≥ 41

41 min.

(IP>LL-30)

Índice de Plasticidad ≤ 6

6 máx.

≤ 10

10 máx.

≤ 10

10 máx.

≥ 11

11 min

≥ 11

11 min

≤ 10

10 máx.

≤ 10

10 máx.

≥ 11

11 min

≥ 11

11 min

≥ 11

11 min

ÍNDICE DE GRUPO

0 0 0

≤ 4

4 máx.

≤ 8

8 máx.

≤ 12

12 máx.

≤ 16

16 máx.

≤ 20

20 máx.

TIPOS DE MATERIALES

CARACTERÍSTICOS Fragmentos de roca, grava y arena

Arena

fina

Grava y arena Limo o arcillosa Suelos limosos Suelos arcillosos

CALIDAD GENERAL COMO

SUB- BASE Excelente a bueno Regular a malo




ÍNDICE DE GRUPO

Para evaluación de la calidad de un suelo como material para subrasante de

carreteras, se incorpora también un índice llamado Índice De Grupo (IG), juntos con

los grupos y subgrupos de los suelos.

[ ]

F=Porciento que pasa el tamiz N°200.

LL=Limite Líquido

IP=Índice de Plasticidad.

Reglas para determinar el índice de grupo

Si la ecuación da un valor negativo para índice de grupo, se toma igual a 0.

El índice de grupo calculado, se redondea al número entero más cercano.

El índice de grupo de suelos que pertenecen a los grupos A-1-a, A-1-b, A-2-4, A-

2-5 y A-3 siempre es 0.

Al calcular el índice de grupo para suelos que pertenecen a los grupos A-2-6 y A-2-

7, use:




Ejercicios

Clasificar los siguientes suelos:

Tamaño de Malla Peso % % %

Tamices Abertura Retenido Retenido Retenido Que

ASTM en mm. g Parcial Acumulado Pasa

1/4" 6.350 0.80

Nº4 4.75 0.50

Nº 8 2.36 5.00

Nº 10 2.00 22.00

Nº 16 1.180 209.50

Nº 20 0.850 63.50

Nº 30 0.600 99.00

Nº 40 0.425 97.00

Nº 50 0.300 88.50

Nº 60 0.250 95.00

Nº 80 0.180 166.50

Nº 100 0.150 36.50

Nº 200 0.075 78.80

Pasa N° 200 37.40

Total 1000.00

LIMITE LIQUIDO

Pesos Cápsulas 1 2 3

Número de golpes 35 23 15

Cápsula g 11 18.05 11

Cápsula + suelo húmedo g 38.2 45 28.3

Cápsula + suelo seco g 35 40 24

Suelo seco g

Agua g

Humedad %

Límite líquido %

LÍMITE PLASTICO

Pesos Cápsulas 1 2 3

Cápsula g 18.50 18.00 18.50

Cápsula + suelo húmedo g 21.70 21.90 21.70

Cápsula + suelo seco g 21.50 21.60 21.50

Suelo seco g

Agua g

Humedad %

Límite plástico %







1/2" 12.70 176.00

3/8" 9.525 196.00

1/4" 6.350 209.00

Nº4 4.75 136.00

Nº 10 2.00 288.00

Nº 20 0.850 230.00

Nº 30 0.600 86.00

Nº 40 0.425 36.00

Nº 50 0.300 409.00

Nº 80 0.180 228.00

Nº 100 0.150 12.00

Nº 200 0.075 28.00

Pasa N° 200 36.00

Total 2070.00

LIMITE LIQUIDO

Pesos 1 2 3


Cápsula g 22.7 23.1 23.2



Suelo seco g

Agua g

Humedad %

Límite líquido %

LÍMITE PLASTICO

Pesos 1 2 3

Cápsula g 22.60 22.30 22.70



Suelo seco g

Agua g

Humedad %

Límite plástico %







Nº 8 2.36 0.38

Nº 10 2.00 0.15

Nº 16 1.180 0.48

Nº 20 0.850 0.44

Nº 30 0.600 0.84

Nº 40 0.425 0.97

Nº 50 0.300 2.31

Nº 60 0.250 4.16

Nº 80 0.180 13.99

Nº 100 0.150 37.55

Nº 200 0.075 107.91

Pasa N° 200 330.82

Total 500.00

LIMITE LIQUIDO

Pesos 1 2 3


Cápsula g 24 23.8 26.55



Suelo seco g

Agua g

Humedad %

Límite líquido %

LÍMITE PLASTICO

Pesos 1 2 3

Cápsula g 22.48 25.00 25.35



Suelo seco g

Agua g

Humedad %

Límite plástico %







Nº4 4.75 0.16

Nº 8 2.36 4.33

Nº 10 2.00 2.18

Nº 16 1.180 5.92

Nº 20 0.850 6.53

Nº 30 0.600 18.50

Nº 40 0.425 29.02

Nº 50 0.300 40.42

Nº 60 0.250 25.90

Nº 80 0.180 34.66

Nº 100 0.150 36.97

Nº 200 0.075 55.08

Pasa N° 200 240.33

Total 500.00

LIMITE LIQUIDO

Pesos 1 2 3


Cápsula g 23.28 23.26 23.39



Suelo seco g

Agua g

Humedad %

Límite líquido %

LÍMITE PLASTICO

Pesos 1 2 3

Cápsula g 23.35 23.05 23.33



Suelo seco g

Agua g

Humedad %

Límite plástico %

I unidad

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