TEMA 1. PROPIEDADES ÍNDICES DE LOS SUELOS

TEMA 1: PROPIEDADES ÍNDICES DE LOS SUELOS

Unidad Curricular: Mecánica de Suelos Junio 2015

Área deTecnología

Programa deIngeniería Civil

Departamento deIngeniería Civil

Facilitadora: María Eugenia Durán Subero

CONTENIDO

1. ¿Qué es la mecánica de suelos?2. ¿Qué es el suelo?

2.1. Origen del suelo

3. ¿Por qué es importante la mecánica de suelos?4. Principales tipos de suelos5. Estructura del suelo

5.1. Fases del suelo: sólida, líquida y gaseosa



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CONTENIDO

6. Propiedades índices7. Relaciones volumétricas y gravimétricas

7.1. Ecuaciones fundamentales7.2. Análisis en suelos saturados y parcialmente saturados

8. Clasificación de suelos8.1. Ensayos de laboratorio8.2. Sistema de Clasificación de suelos



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OBJETIVOS DEL TEMA



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Conocer los principios y generalidades de la Mecánica de Suelos y del suelo.

Aprender las propiedades índices de los suelos.

Clasificar un suelo por diferentes métodos a partir de los resultados de los ensayos que se realizan en laboratorio.

1. ¿Qué es la Mecánica de Suelos?



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A PROBLEMAS DE QUE TRATAN CON

INGENIERÍA CIVIL

MECÁNICA

HIDRÁULICA

SEDIMENTOS Y OTRAS

ACUMULACIONES NO

CONSOLIDADAS DE PARTÍCULAS

SÓLIDAS

APLICACIÓN DE LEYES

Juárez y Rico, 2005

2. ¿Qué es el suelo?

Ingeniería Civil



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ORGÁNICAS E INORGÁNICAS

LA DESINTEGRACIÓN MECÁNICA O DE LA DESCOMPOSICIÓN QUÍMICA DE ROCAS PREEXISTENTES

ORGANIZACIÓN DEFINIDA Y CON PROPIEDADES QUE VARÍAN VECTORIALMENTE. EN LA DIRECCIÓN VERTICAL SUS PROPIEDADES CAMBIAN MUCHO MÁS RÁPIDO QUE EN LA HORIZONTAL

CONJUNTO DE PARTÍCULAS

Juárez y Rico, 2005

PRODUCTO DE

2.1. Origen del suelo



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SUELO

ROCAS ÍGNEAS

ROCAS METAMÓRFICAS

ROCAS SEDIMENTARIAS

3. ¿Por qué es importante la mecánica de suelos?



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OBRAS DE INGENIERÍA CIVIL

DESCANSAN SOBRE EL SUELO

SON CONSTRUIDAS

CON SUELO

ESTABILIDAD

COMPORTAMIENTO

CONDUCTA DEL SUELO

3. ¿Por qué es importante la mecánica de suelos?



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LÍMITES DE LA

CAPACIDAD RESISTENTE

DEFORMACIONES CONSIDERABLES

ESFUERZOS SECUNDARIOS EN MIEMBROS

ESTRUCTURALES

FISURAS, GRIETAS, ALABEO

O DESPLOMOS

COLAPSO

4. Principales tipos de suelos



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RESIDUALES TRANSPORTADOS DEPÓSITOS

COLUVIAL (GRAVEDAD)

EÓLICO (VIENTO)

ALUVIAL (AGUA)

GLACIAR (HIELO)




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AGENTE




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LUGAR

PALUSTRE (PANTANOS)

MARINO (MARES)

LACUSTRE (LAGOS)




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ESTRUCTURA

CLÁSTICO (FRAGMENTOS) NO CLÁSTICO




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Suelos Orgánicos

Turba Humus Fangos




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Según la granulometría, los suelos se clasifican en:

Clasificación En milímetrosEnrocamiento d > 200Piedras 200 > d > 20Grava 20 > d > 2Arena gruesa 2 > d > 0,2Arena fina 0,2 > d > 0,02Limo 0,02 > d > 0,002 En micronesArcilla 2 a 0,2Ultra arcilla 0,2 a 0,02

5. Estructura del suelo



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Estructura del suelo

Natural

Artificial




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5. Estructura del suelo5.1. Fases del Suelo



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Fase Sólida

• Partículas minerales:• Tamaño• Color• Forma• Textura• Composición

química: cargas eléctricas y capacidad de intercambio catiónico

Fase Líquida

• Agua libre o gravitacional

• Agua capilar • Agua adsorbida

(intercambio eléctrico)

Fase Gaseosa

• Aire• Vapor de agua• Otros gases

5. Estructura del suelo5.1. Fases del Suelo



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•Grano grueso (gravas y arenas)

•Compacidad relativa y orientación de las partículas (permeabilidad)

Simple

•Granos finos (menores 0.002 mm)

•Fuerzas superficiales (de adherencia) entre partículas forman panales.

Panaloide

•Granos fino (menores de 0.02 mm)

•Fuerzas de adherencia que conllevan a formación de palanes de orden superior

Floculenta

•Sedimentación de partículas gruesas y finas simultáneamente. Combinación de las anteriores

Compuesta

•Arcillas•Cargas positivas de las aristas se atraen a las cargas negativas de cualquier partícula vecina.

Castillo de Naipes

•Esfuerzo cortante y presión osmótica

Dispersa




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Arci

llas

Estructura generalEstructura cristalina

definida, cuyos átomos se disponen en láminas

Constitución mineralógica de las arcillas

Silicatos de aluminio hidratados

Silicatos de magnesio

Hierro

Otros metales, también hidratados


Silícica: 1 átomo de Silicio rodeado por 4 de Oxígeno



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Tetraedros Unidades Hexagonales

Retícula laminar


Alumínica: 1 átomo de Aluminio rodeado por 6 de Oxígeno



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Octaedros Unidades octaédricas

Retícula laminar




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Caolinita: lámina silícica y otra alumínica se superponen indefinidamente

Montmorilonita: lámina silícica entre dos alumínicas que se superponen indefinidamente

Ilita: análoga a la montmorilonica pero tienden a formar grumos que reducen el área expuesta al agua por unidad de volumen

6. Propiedades índices

• Gravedad específica del Suelo, Gs (Peso específico relativo)

Es la relación del peso al aire de un volumen dado de partículas de suelo a una temperatura determinada, con respecto al peso al aire de volumen igual de agua desaireada a esa misma temperatura.

Es un factor auxiliar para determinar las características índices de los suelos, tales como la porosidad, la relación de vacíos, la saturación. Se utiliza también en estudios de consolidación, gradiente hidráulico crítico, hidrometría o densimetría.

Gs = ϒs/ϒw



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6. Propiedades índices

• Oquedad e = Vv/Vs

• Porosidad n = (Vv/Vm) x 100

• Grado de Saturación S = (Vw/Vs) x 100

• Contenido de agua (humedad) w = (Ww/Ws) x 100



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7. Relaciones volumétricas y gravimétricas7.1. Ecuaciones fundamentales7.2. Análisis en suelos saturados y parcialmente saturados



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7.2. Análisis en suelos saturados y parcialmente saturados



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8. Clasificación de suelos8.1. Ensayos de laboratorio

Humedad natural:Es la relación entre el peso del agua y el peso de los sólidos del suelo y ésta se puede expresar en porcentaje. Su valor varía entre 0 - ∞



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Humedad Natu

ral

• Objetivo: Determinar el contenido de agua de un suelo

Métodos

• ASTM D 2216-05 (horno eléctrico)• ASTM D 4643-00 (horno microondas)• ASTM D 4944-04 (Speedy)

Resumen

• Pesar Wtara, Pesar Wtara + WH, Pesar Wtara + WS


Granulometría:Es la distribución de los tamaños de las partículas de un suelo, y puede ser representada por la curva granulométrica.La determinación del rango del tamaño de las partículas se realiza por un análisis mecánico, expresado como un porcentaje del peso (o masa) seco total.



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Granulometría por tamizado:Norma ASTM C 136 / AASHTO T-27Consiste en sacudir la muestra de suelo a través de un conjunto de mallas que tienen aberturas progresivamente más pequeñas. Primero el suelo se seca al horno, y luego todos los grumos se disgregan en partículas pequeñas antes de pasar por las mallas.



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Granulometría por tamizado:



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Granulometría por hidrometría:Se basa en el principio de la sedimentación de granos de suelo en agua. Cuando un especímen de suelo se dispersa en agua, las partículas se asientan a diferentes velocidades, dependiendo de sus formas, tamaños y pesos.



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Granulometría por hidrometría:Por simplicidad, se supone que todas las partículas de suelo son esferas y que la velocidad de las partículas se expresa por la ley de Stokes, según la cual la velocidad de sedimentación de las partículas es función de su tamaño.



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Granulometría por hidrometría:



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Curva de distribución granulométrica



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Formas de la curva de distribución granulométrica

I Suelo mal graduado(mismo tamaño)

II Suelo bien graduado(variedad de tamaños)

III Granulometría discontinua(ausencia de tamaños)



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Diámetro efectivo, coeficientes de uniformidad y de curvaturaD10 = diámetro correspondiente al 10% de finos

Cu = D60 / D10 Cu < 3 = uniforme

Cc = (D30 )2 / (D60*D10) Cc = 1 – 3 suelo bien gradado

D60 = diámetro en mm que corresponde al 60% más fino

D30 = diámetro en mm que corresponde al 30% más fino



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Gravedad específica: rango general de 2.6 a 2.9. Arena aproximadamente 2.65. Arcillas y limos 2.6 y 2.9

Fracción gruesa: balanza hidrostáticaFracción fina: picnómetro



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Límites de consistencia:Los estados son las fases por las que pasa el suelo al irse secando partiendo de una suspensión. Las fronteras entre los estados son los límites.



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El volumen cambia por

secadoMoldeable Fluido

viscoso

No hay variación

de volumen

Índice de Contracción

Índice de Plasticidad

Límite Líquido (LL):Se determina por el método de los puntos:

Método de 3 puntos (gráfico)Método de 2 puntos Método de 1 punto



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Límite Líquido (LL):



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Límite Plástico (LP):



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Es el contenido de agua de la muestra de un suelo que al conformar con ella cilindros, estos se agrietan o desmoronan cuando alcanzan los 3 mm de diámetro

Límite de Contracción (LC):

Es el contenido de agua que tendría una muestra de suelo seca, si todos sus vacíos estuviesen llenos de agua.

*100



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Índice de Plasticidad (IP):IP = LL – LP

Índice de Contracción (IC):IC = LP – LC

Índice de fluidez (IF):



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Carta de Plasticidad:



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FG = GranulometríaFF = Plasticidad, compresibilidad, permeabilidad, cambios volumétricos

Materiales finos se dividen en dos grupos:a) De baja compresibilidad con LL < 50%b) De alta compresibilidad con LL > 50%

Sobre la línea A: arcillas inorgánicas (C)Bajo la línea A: limos inorgánicos (M)A la derecha de A: suelos de alta compresibilidad (H: CH, MH, OH)A la izquierda de A: suelos de baja compresibilidad (L: CL, ML, OL)

Ecuación de la recta

8. Clasificación de suelos8.2. Sistema de Clasificación de suelos

SUCSASSHTO



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