Unidad I_importancia y Clasificacion de Suelos_ucv_21!06!2014

UNIDAD I IMPORTANCIA, PROPIEDADES INDICE Y

CLASIFICACIN DE SUELOS

LA MECNICA DE SUELOS. IMPORTANCIA.

ORIGEN Y FORMACIN DE SUELOS

PROPIEDADES NDICES


1 MECNICA DE SUELOS UNIDAD I - Ing. E. De La Rosa Ros

UNIVERSIDAD CESAR VALLEJO FACULTA DE INGENIERA

Escuela Profesional de Ingeniera Civil

PROGRAMA SEGUNDA TITULACIN

MECNICA DE SUELOS Tiene por finalidad analizar y cuantificar las caractersticas ndice, fsicas, qumicas y mecnicas de los suelos en el rea de influencia de las obras de ingeniera, para determinar su comportamiento como suelo de cimentacin de estructuras, como suelo activo y como material de construccin. Un estudio de mecnica de suelos se compone de varias etapas: 1. Planificacin del trabajo, 2. Prospecciones de campo, 3. Ensayos de laboratorio y 4. El informe tcnico del estudio de mecnica de suelos, que comprende:

Memoria descriptiva, Planos de ubicacin de las obras y de distribucin de los puntos de

investigacin, Perfiles estratigrficos del suelo en estudio, y Resultados de los ensayos in situ y de laboratorio.

MECNICA DE SUELOS - IMPORTANCIA.


3 3

MECANICA DE SUELOS - IMPORTANCIA

MECNICA DE SUELOS UNIDAD I - Ing. E. De La Rosa Ros

IMPORTANCIA DEL ESTUDIO DE MECNICA DE SUELOS EN LOS PROYECTOS DE INGENIERA

APLICACIONES GENERALES DE LA MECNICA DE SUELOS EN

PROYECTOS DE INGENIERA

1.Problemas planteados por el terreno en la Ingeniera. 2.Procesos de resolucin de tales problemas planteados por el

terreno.


APLICACIONES GENERALES DE LA MECNICA DE SUELOS EN PROYECTOS DE INGENIERA

1. PROBLEMAS PLANTEADOS POR EL TERRENO EN LA INGENIERA: CIMENTACIONES

EL SUELO COMO MATERIAL DE CONSTRUCCIN

TALUDES Y EXCAVACIONES

ESTRUCTURAS ENTERRADAS Y DE RETENCIN

PROBLEMAS ESPECIALES DE INGENIERA DE SUELOS: 1. VIBRACIONES, EXPLOSIONES Y TERREMOTOS,

2. ALMACENAMIENTO DE FLUIDOS EN DEPSITOS DE TIERRA,

3. SUELOS SUSCEPTIBLES A HELADAS, HUNDIMIENTOS.

2. PROCESO DE RESOLUCIN DE LOS PROBLEMAS PLANTEADOS POR EL TERRENO EN LA INGENIERA.

IMPORTANCIA DEL ESTUDIO DE MECNICA DE SUELOS EN LOS PROYECTOS DE INGENIERA


1. PROBLEMAS PLANTEADOS POR EL TERRENO EN LA INGENIERA:

CIMENTACIONES

1. Cimentaciones superficiales: zapatas, plateas.

2. Cimentaciones profundas: pilotes, pilas, cajones.

3. Cimentaciones flotantes o compensadas.

4. Ejemplos de cimentaciones.


LAS CIMENTACIONES

Toda estructura se apoya en el suelo mediante una cimentacin, para transmitir las cargas al suelo, evitando mayores deformaciones o asentamientos.

Segn la ubicacin del estrato resistente (roca, grava, arena), se consideran los casos siguientes:

Cimentaciones superficiales: En edificios tenemos: zapatas (aisladas, continuas, conectadas), y losas.

Cimentaciones profundas: Pilotes, cajones, pilas.

Cimentaciones flotantes o compensadas.

7 MECNICA DE SUELOS UNIDAD I - Ing. E. De La Rosa

CIMENTACIONES CIMENTACIONES SUPERFICIALES

Tomada la decisin de cimentar superficialmente, el ingeniero ha de responder a preguntas como:

Cul ha de ser la profundidad de cimentacin?

Hay necesidad de muro pantalla de proteccin?

Ser necesario bajar el N.F. en el proceso?

Hay peligro de daos a edificios vecinos?

Cunto asentar el edificio al final de su construccin?

Ser uniforme ese asentamiento?

Que esfuerzos y distribucin de los mismos ha de tomarse para dimensionar la cimentacin?

8

MECNICA DE SUELOS UNIDAD I - Ing. E. De La Rosa

Asentamientos comenzaron en la construccin.

Adems del asentamiento global de 2 m, tiene un desplazamiento relativo en direccin norte-sur de 2 m, da una inclinacin de 10%.

10

EJEMPLO DE MALA CONDICIN SUPERFICIAL: TORRE DE PISA (1173): altura de 55 m; Df = 2.00m; peso total 14,486 ton; base de 19.5 m de dimetro, transmita una tensin total al terreno de 5.14 kg/cm2, muy superior a la que ahora se admite para el tipo de suelo sobre el que est cimentada (limos y arenas arcillosas), que es 2 kg/cm2. La tensin actual en el terreno en el lado sur es 9.6 kg/cm2 y en el lado norte 0.6 kg/cm2.


EJEMPLO DE MALAS CONDICIONES DE CIMENTACIN: Asentamiento de 3.60 m respecto al terreno circundante y a pesar de los desordenes padecidos desde el final de su construccin, se mantiene en servicio mediante la construccin de una escalera para acceder a la planta baja.


Un asentamiento diferencial de 2.00 m entre la calle y el edificio que aparece en el fondo, hizo necesario construir una escalinata a la que se iban aadiendo peldaos segn progresaban los asentamientos. El hundimiento general de esta parte de la ciudad es de 7 m.


13

Algo similar al caso anterior ocurre en el presente vista, se observa diferencias de niveles importantes entre el edificio del Palacio de Minera y el edificio de la derecha.


CIMENTACIONES CIMENTACIONES PROFUNDAS

Pueden ser: pilotes (=0.40,1.00,1.50,2.00m), cajones y pilas.

No existe distincin clara entre unos y otros, en general los cajones y pilas son de mayor dimetro y requieren tcnica particular de excavacin, mientras que los pilotes de menores pueden hincarse por golpeo.

Problemas que el ingeniero debe resolver en el proyecto y construccin con pilotes:

1. Que tipo de pilote ha de emplearse?

2. Cul es la carga mxima admisible por pilote?

3. Que separacin y mtodo de ejecucin elegir?

4. Que error de verticalidad se puede admitir?

5. Tendr el hincado de pilotes influencia con estructuras adyacentes?


Ejemplo de Cimentacin Profunda: Edificio del Centro de Materiales del M.I.T.,

Existen 3 razones por la adopcin del tipo de cimentacin sobre pilotes apoyados en terreno firme en lugar de recurrir a una cimentacin flotante:

1. Por el uso, el primer nivel no poda quedar por debajo de la superficie del terreno.

2. No exista estrato de arena y grava sobre la cual colocar la placa

3. Los mltiples servicios subterrneos, en especial un gran tunel de vapor que cruzaba la zona, habran hecho la construccin de la placa cara y difcil.

16


La cimentacin estaba formada por 537 pilotes, c/u con 70 ton de capacidad de carga. Los pilotes se construyeron perforando un taladro de long. aprox. igual a de altura entre superficie de terreno y estrato firme; se coloc una camisa de tubo de acero de 32 cm. Se extrajo tierra con una sonda elicoidal en las partes de longitud del pilote, para reducir el aumento de vol. neto, bajo la superficie del terreno.

De no haber hecho esta perforacin previa, la superficie del terreno en la zona edificada habra ascendido aprox 30 cm debido al vol. de los 537 pilotes.

Esta elevacin resultaba inadmisible, podra haber levantado pilotes ya colocados como de la cpula del edificio 10 adyacente al rea de construccin.


CIMENTACIONES FLOTANTES O COMPENSADAS

Mtodo de cimentacin consiste en reducir la carga neta transmitida por la estructura, eliminando parte del terreno.

Cuando la carga del edificio se compensa en parte por el terreno escavado se llama flotacin parcial, y cuando se compensa totalmente se habla de flotacin total.

Se puede describir mediante una analoga que se basa en el mismo principio de la flotacin de un barco (Principio de Arqumedes).

19

CIMENTACIONES


EJEMPLO DE CIMENTACIN FLOTANTE SUPERFICIAL Edificio del Centro de Estudiantes del M.I.T. El terreno tiene la siguiente estratigrafa: la 1ra capa de 4.4 m es relleno blando y limo orgnico; sigue capa de 6 m arena y grava; 22.50 m arcilla blanda; finalmente suelo firme y roca.

Si se hubiera construido el edificio con la carga de 37,000 ton sobre la superficie del terreno, se habra producido un asentamiento de 0.30 m debido a la consolidacin del terreno blando, lo que habra daado la estructura. La solucin fue


EJEMPLO DE CIMENTACIN FLOTANTE PROFUNDA (Excelente solucin): TORRE LATINOAMERICANA DE MEXICO, D.F., el subsuelo del D.F. presenta condiciones de cimentacin muy difciles, tiene un espesor medio de 100 m y presenta de manera alterna capas de arcilla volcnica muy compresible y de arena arcillosa.

La torre transmite una tensin total al terreno de 2.10 kg/cm2 en su base que se define a 13 m de profundidad.

Los estratos sobre los que se ciment estn todava en proceso de consolidacin.

Problema muy complejo resuelto por el profesor de la UNAM Leonardo Zeevaert (1953).

El peso especfico del terreno escavado es 1.8 ton/m3 y corresponde a una tensin total de : 13m* 1.8ton/m3=23.4t/m2=2.34 kg/cm2.

Por lo tanto, bajo el concepto de cimentacin flotante, no cabe esperar asentamientos. No obstante se ejecutaron pilotes, materializando una cimentacin profunda tipo flotante, para compensar posibles efectos horizontales de viento.


Estructura ligera construida en Coro, Venezuela. Zona con terreno muy expansivo, conteniendo material montmorilonita. El sistema empleado evita daos por hinchamiento del suelo, muy costoso comparado a una platea superficial.

Se abrieron agujeros en el suelo, colocando revestimientos de acero de dimetro mayor a los pilotes de concreto, quedando un vaco en torno al edificio para evitar el efecto de expansivo del suelo.

El problema del ing.:

Seleccionar tamao, capacidad, longitud y separacin de los pilotes.


Terrapln sobre terreno blando: Altura del terrapln 10 m; sobre suelo blando de 9.60 m de espesor. La idea original era colocar sobre dicha zona un depsito de 15 m de dimetro y 17 m de altura, como muestra el trazo discontnuo, esto pudo ocasionar asentamiento mayor a 1.50m. Aunque un depsito metlico es una estructura flexible, un asentamiento de 1.50m es excesivo al admisible.


El estudio realizado determin una solucin muy econmica: Consista en construir un terrapln, en el emplazamiento previsto, para consolidar el terreno blando, eliminar posteriormente el terraplen y construyendo el depsito sobre el terreno consolidado: PRECARGA


EJEMPLO DE UNA PRESA DE TIERRA.

EJEMPLO DE RELLENO GANADO AL MAR.

EJEMPLO DE PAVIMENTOS DE UNA CARRETERA.


El ingeniero para emplear el suelo debe seleccionar el tipo adecuado, as como el mtodo de colocacin y luego controlar su colocacin en obra.

Estas estructuras tienen cada vez mayor aceptacin comparada a las de concreto armado, por su costo y mayor estabilidad al deslizamiento

27


Presa de tierra para crear un embalse, las dos zonas principales de la presa son: El ncleo o corazn de arcilla, evita mayores filtraciones; y el pie de enrocamiento o escollera, por las rocas pesadas y muy permeables que emplea, hace estable a la presa.


Estructura de recuperacin de tierras, es una estacin martima, resuelve el problema de escases de tierras, mediante rellenos de tierra. El suelo para estas obras se obtiene generalmente dragndolo del cause de un ro adyacente, lago o fondo marino y colocndolo en el emplazamiento deseado.

Este proceso se llama RELLENO HIDRULICO.

Questiones:

1. Profundidad de anclaje de pantalla?

2. Arriostre lateral de pilotes, como?

3. Mtodo de colocar el relleno?

4. Valores de resistencia y compresibilidad del relleno?


Los pavimentos pueden ser flexibles o rgidos, dependiendo de la naturaleza del terreno, disponibilidad de materiales, y funciones de la carretera. El caso de la fig. es pavimento flexible para carretera proyectada para 100 de IMD/carril, con carga mx. por rueda de 6,750kg. El pavimento tiene una subrasante mejorada: compactar 15cm superiores de terreno natural; capa de 15cm de suelo del lugar, estabilizado con 7% en peso de cemento portland y regado a humedad conveniente, el cual se compact posteriormente; y superficie de rodamiento de 5cm de asfalto en caliente.

Questiones:

1. Espesor de capas para soportar cargas.

2. %optimo de estabilizante.

3. Puede usar arena de mdano?

4. Tipo de asfalto?

5. Tipo y grado de compactacin?


TALUDES Y EXCAVACIONES

TALUDES NATURALES.

EXCAVACIONES PARA EDIFICACIONES.

ZANJAS PARA TUBERAS.

CANALES.


TALUDES Y EXCAVACIONES, en terreno inclinados existe una componente del peso que tiende al deslizamiento del suelo, debe estudiarse el clculo de estabilidad del talud fig.(a). Corresponde al caso de la presa vista.

Las figs. (b) y (c) muestran excavaciones para un edificio y una conduccin. La del edificio es una excavacin apuntalada o entibada y de la conduccin, sin apuntalar en zanja. Al proyectar debe asegurarse que no se supera la resistencia al corte del talud, para evitar el derrumbe.


ESTRUCTURAS ENTERRADAS Y DE RETENCIN

EJEMPLO DE ESTRUCTURAS DE RETNCIN O DE SOSTENIMIENTO.

EJEMPLO DE TUBERAS ENTERRADAS.

32


PROBLEMAS ESPECIALES DE INGENIERA DE SUELOS

VIBRACIONES.

EXPLOSIN Y TERREMOTOS.

ALMACENAMIENTO DE FLUIDOS INDUSTRIALES.

HELADA.

HUNDIMIENTOS.

37


VIBRACIONES

Los efectos de la vibracin pueden ser muy graves cuando la frecuencia de la vibracin coincide con la frecuencia natural del terreno.

Al advertir que las vibraciones pueden causar asentamientos perjudiciales en una estructura, el ingeniero puede elegir entre varios mtodos para evitarlos. Puede aumentar la masa de cimentacin, variando as su frecuencia, o compactar e inyectar el suelo, alterando de ese modo su frecuencia natural y/o su compresibilidad.

38

Hay suelos granulares que se compactan fcilmente mediante vibraciones. Los edificios cimentados sobre estos suelos pueden sufrir importantes asentamientos, debido a la vibracin de maquinas instaladas sobre ellos.


LICUACIN DE SUELOS, PRODUCIDO POR LA VIBRACIN SSMICA Terremoto de Japn (11-03-11), 8.9 de escala Richter


2.LA RESOLUCIN DE LOS PROBLEMAS DE INGENIERA DE LOS SUELOS

Hasta aqu se han descrito algunos problemas que encuentra el ingeniero en la construccin sobre o en el interior del terreno y en obras de tierra.

La solucin adecuada de cada problema supone casi siempre la combinacin de la mecnica de suelos y de uno o ms de los factores siguientes:

La geologa ayuda al ingeniero, ya que el mtodo de formacin de una masa de suelo influye en el tamao, forma y comportamiento del mismo.

La exploracin ayuda establecer los contornos de un depsito y permite la seleccin de muestras.

La experiencia, no slo significa hacer, sino adems, valorar los resultados de lo que se hizo.

La economa es un factor importante en la seleccin de la mejor solucin entre las posibles soluciones encontradas.

41


PROCESO DE RESOLUCIN DE LOS PROBLEMAS DE MECNICA DE SUELOS PLANTEADOS EN INGENIERA

RESOLUCIN DE LOS PROBLEMAS DE MECNICA DE SUELOS PLANTEADOS EN INGENIERA

MENICA DE SUELOS: Propiedades Estudio terico, prctico.

GEOLOGA, EXPLORACIN:

Estratigrafa EXPERIENCIA:

Precedentes - Soluciones correctas ECONOMA.

+ Criterio del ingeniero

SOLUCIN A PROBLEMAS DE INGENIERA DE SUELOS

42

43



44 44



45 45



46 46



47



48


MECNICA DE SUELOS UNIDAD I - Ing. E. De La Rosa Ros 48

PROPIEDADES INDICES CARCTERSTICAS O FASES DEL SUELO

Las propiedades ndice caracterizan el estado de un suelo (definen cmo est el suelo). Permiten definir cuantitativamente las propiedades de un suelo, sus condiciones y su comportamiento fsico y mecnico.

Los componentes del suelo pueden encontrarse en los tres estados de la materia: Gases : Aire, gases

orgnicos, vapor de agua.

Lquido : Agua y sales minerales disueltas.

Slidos : Partculas , agentes cementantes, minerales y materia orgnica.

MECNICA DE SUELOS UNIDAD II - Ing. E. De La Rosa Ros 49

50 50

PROPIEDADES INDICES

MECNICA DE SUELOS UNIDAD I- Ing. E. De La Rosa Ros

DIAGRAMA DE FASES

Las propiedades ndice caracterizan el estado de un suelo (definen cmo est el suelo).

PROPIEDADES INDICES DIAGRAMA DE FASES DE UN SUELO

NOMBRE SMBOLO

Peso de muestra de suelo: W,

Peso de slidos:

Peso del agua:

Peso del aire:

Volumen de muestra:

Volumen de slidos:

Volumen del agua:

Volumen del aire:

Volumen de vacios:


52 52

PROPIEDADES INDICES RELACIONES VOLUMTRICAS Y GRAVIMTRICAS

PROPIEDADES INDICES SMB DEFINICIN

RE

LA

CIO

NE

S F

UN

DA

ME

NTA

LE

S

Gra

vim

tr

ica

s

Peso especfico de muestra

Peso especfico total

Peso especfico seco

Peso especfico de slidos

Peso especfico del agua natural

Gravedad especfica o (p.e.r.s.)

Humedad ( % )

Vo

lum

tr

ica

s

Relacin de vacos

Porosidad

Grado de saturacin ( % )

Densidad Relativa

MECNICA DE SUELOS UNIDAD II - Ing. E. De La Rosa Ros

=

= =

= 0

. 100

53

TABLA N 2.1: ALGUNOS PESOS ESPECFICOS DE SLIDOS REFERENCIALES

MINERALES (tn/m3) (kN/m3)

Yeso 2.32 23.2

Montmorillonita 2.40 24.0

Caolinita 2.60 26.0

Illita

Cuarzo 2.66 26.6

Calcita 2.72 27.2

Dolomita 2.87 28.7

Biotita 3.00 30.0

Piroxeno, olivino 3.40 34.0

Limonita 3.80 38.0

Pirita 5.10 51.0

Hematita 5.20 52.0

SUELOS (tn/m3) (kN/m3)

Gravas, arenas 2.65 26.5

Arena limosa, loess 2.67 26.7

Limo 2.70 27.0

Arcilla limosa 2.75 27.5

Arcilla 2.80 28.0

PROPIEDADES INDICES RELACIONES VOLUMTRICAS Y GRAVIMTRICAS


54 54

PROPIEDADES INDICES


Propiedades ndice que no cambian

55

PROPIEDADES INDICES RELACIONES VOLUMTRICAS RELACIN DE VACIOS

SLIDA

LQUIDA

GASEOSA

PESOS:

VOLUMENES:

=

Donde: e: Relacin de vacos. : . : . Rango de variacin: 0 < Valores caractersticos: Arenas muy compactas con finos: e = 0.25 Arcillas altamente compresibles: e = 15


56 56

PROPIEDADES INDICES RELACIONES VOLUMTRICAS POROSIDAD

SLIDA

LQUIDA

GASEOSA

PESOS:

VOLUMENES:

Donde: n: Porosidad. : . : . Rango de variacin: 0 100% Algunos valores caractersticos: Arenas: 25% < < 50% Arcillas: 30% < < 90%


% =

. 100

57 57 57

PROPIEDADES INDICES RELACIONES VOLUMTRICAS GRADO DE SATURACIN

SLIDA

LQUIDA

GASEOSA

PESOS:

=

=

VOLUMENES:

=1+e

=1

=

=

=

Donde: : Grado de saturacin. : . : . Rango de variacin: 0 100% Algunos valores caractersticos: Suelo seco: = 0% Suelo hmedo: 0% < 100%


% =

. 100

=

=

=

58 58 58

PROPIEDADES INDICES RELACIONES VOLUMTRICAS Contenido de humedad

SLIDA

LQUIDA

GASEOSA

PESOS:

VOLUMENES:

Donde: : Contenido de humedad. : . : . Rango de variacin: 0 < % Algunos valores caractersticos: Arenas: 12% < < 36% ( = 100%) Arcillas: 12% < < 325% ( = 100%)


% =

. 100

59 59 59 59

PROPIEDADES INDICES RELACIONES VOLUMTRICAS PESO ESPECFICO DE MASA

SLIDA

LQUIDA

GASEOSA

PESOS:

VOLUMENES:

Donde: : Peso especfico de masa. : . : .


=

Es la relacin entre el peso de la muestra en estado natural y su volumen.

El peso especfico de masa tambin se puede expresar en trminos de , , :

=

= +

=

1 +

=

+

Depende de: Peso de los granos individuales. Cantidad total de partculas presentes (funcin de e). Cantidad de agua existente en los vacos (funcin de ).

60 60 60 60 60

PROPIEDADES INDICES RELACIONES VOLUMTRICAS PESO ESPECFICO SECO

SLIDA

GASEOSA

PESOS:

VOLUMENES:

=

=

Donde: : Peso especfico seco. : . : .


=

Es la relacin entre el peso de la muestra seca y su volumen en su estado natural.

Algunas caractersticas: = 0%; = 0 =

61 61 61 61 61

PROPIEDADES INDICES RELACIONES VOLUMTRICAS GRAVEDAD ESPECFICA

SLIDA

LQUIDA

GASEOSA

PESOS:

VOLUMENES:

Donde: : Gravedad especfica o Peso especfico

relativo de slidos. : . : .


=

Algunos valores caractersticos: Arenas: = 2.65; Arcillas: 2.70 < < 2.90; : < 2.65

<

En laboratorio se obtiene indirectamente:

=

+ +

: .

: + + .

62 62 62 62 62 62

PROPIEDADES INDICES RELACIONES GRAVIMTRICAS PESO ESPECFICO SATURADO

Donde: : Peso especfico saturado. : . : . : . : .


SLIDA

LQUIDA

PESOS:

=

=

VOLUMENE

S:

= +

=

= =

=

= +

=

+ 1 +

=

= +

+

Por definicin de humedad y sustituyendo:

=

=

=

63 63

PROPIEDADES INDICES PROPIDADES NDICE DERIVADAS DENSIDAD RELATIVA


64 64



- ndice de plasticidad (IP) : =

Consistencia relativa (Cr) ndice de consistencia (Ic). ndice de liquidez (IL) ndice de fluidez (IF).

65 65 65



100100.(%)minmax

max

mndmxd

mndd

d

mxdor

ee

eeD

La densidad relativa (Dr) llamada tambin ndice de Densidad (ID) Compacidad relativa(Cr), es una magnitud muy empleada para caracterizar la compacidad de un suelo granular natural en su estado ms compacto.

Dr (%) SUELOS GRANULARES

0 15 Arena muy suelta

15 35 Arena suelta

35 65 Arena media

65 85 Arena compacta

85 - 100 Arena muy compacta

Donde: : . : . 0: . : .

: .

: . Caractersticas: Si 0= = 0% Si 0= = 100%

Algunos valores caractersticos:

66

TABLA 2.6 DENOMINACIN SEGN EL GRADO DE COMPACIDAD

COMPACIDAD RELATIVA

(Cr) % DENOMINACIN

0 15 15 35 35 65 65 85

85 100

MUY SUELTA

SUELTA

MEDIA

COMPACTA

MUY COMPACTA

66

TABLA 2.7 POTENCIAL DE DENSIFICACIN RELACIONADO CON DENSIDAD RELATIVA

MXIMA

ACELERACIN

DELSUELO

DENSIFICACIN MUY

PROBABLE

DENSIFICACIN DEPENDE

DEL TIPO DE SUELO Y

MAGNITUD DEL SISMO

DENSIFICACIN

NO PROBABLE

0.10 g Dr < 33 % 33% < Dr < 54 % Dr > 54 %

0.15 g Dr < 48 % 48 % < Dr < 73 % Dr > 73 %

0.20 g Dr < 60 % 60 % < Dr < 85 % Dr > 85 %

0.25 g Dr < 70 % 70 % < Dr < 92 % Dr > 92 %

Adaptado de Seed e Idrizz MECNICA DE SUELOS UNIDAD II - Ing. E. De La Rosa Ros

PROPIEDADES INDICES PROPIEDADES INDICE DERIVADAS DENSIDAD RELATIVA

67

DESCRIPCIN RELACIN DE

VACOS

POROSIDAD

(%)

PESO

ESPECFICO

SECO (Ton/m3)

e mx e mn n mx n mn d mx d mn

Esferas uniformes 0.92 0.35 47.6 26.0 - - - - - -

Arena limpia uniforme 1.00 0.40 50 29 1.33 1.89

Limo inorgnico 1.10 0.40 52 29 1.28 1.89

Arena Limosa 0.90 0.30 47 23 1.39 2.03

Arena fina a gruesa 0.95 0.20 49 17 1.36 2.21

Arena miccea 1.20 0.40 55 29 1.22 1.92

Arena limosa y grava 0.85 0.14 46 12 1.42 2.34

67

TABLA 2.5 COMPACIDADES MXIMA Y MNIMA DE SUELOS GRANULARES

PROPIEDADES INDICES


68

TABLA N 2.3: PESOS ESPECFICOS A PARTIR DE LOS PARMETROS INDEPENDIENTES:

SUELO

(t/m3)

e

(%)

Arena 2.70 0.86 10 1.60 t/m3

Limo 2.62 0.49 16 2.04 t/m3

Arcilla 2.67 0.77 30 1.96 t/m3

Turba ---- ---- 200 1.35 t/m3

Fango 1.80 1.22 82 1.48 t/m3

68

,e

e

sm

1

1 s


PROPIEDADES INDICES RELACIONES GRAVIMTRICAS TABLAS DE INTERES

69

TABLA N 2.2: Grado de Saturacin en Arenas

SUELO GRANULAR

(ARENA) GW (%)

Arena seca

Ligeramente hmeda

Hmeda

Muy hmeda

Mojada

Saturada

0

1 25

26 50

51 75

76 99

100



70 70

PROPIEDADES INDICES IMPORTANCIA DE LOS PARMETROS ADIMENSIONALES


De los parmetros definidos, los de mayor importancia son los llamados parmetros adimensionales (e, ), por que definen el estado en que se encuentra el suelo: 1. Estado de compacidad: suelto o compacto. 2. Cantidades de agua y aire que contiene el suelo.

Su importancia radica:

como es conocido el peso especfico del agua ( =1

3=

1

3= 9.81 /3), los

parmetros variables e independientes de un suelo se reducen a slo dos, que a su vez definen el comportamiento de los dos tipos fundamentales de suelos: Suelos granulares, controlado mediante la relacin de vacos (e). Su

comportamiento depende casi nicamente de su compacidad, a travs de su relacin de vacos.

Suelos cohesivos, controlado mediante la humedad (). Su comportamiento depende sobre todo de su humedad. El peso especfico de slidos ( ) vara muy poco y se puede considerar casi constante: 2.6 t/m3 < < 2.8 t/m3.

(

)

71

TABLA N 2.4: PESOS ESPECFICOS A PARTIR DE LOS

PARMETROS INDEPENDIENTES:

SUELO

(t/m3) e

(%)

Arena 2.70 0.86 10 1.60 t/m3

Limo 2.62 0.49 16 2.04 t/m3

Arcilla 2.67 0.77 30 1.96 t/m3

Turba ---- ---- 200 1.35 t/m3

Fango 1.80 1.22 82 1.48 t/m3

s e

sm

1

1

PROPIEDADES INDICES IMPORTANCIA DE LOS PARMETROS ADIMENSIONALES


72

2.8 SOLUCIN DE PROBLEMAS

Problema 1.- 1860 gr de una muestra seca de arena ocupa un volumen de 1300 cm3. Si el peso especfico de slidos es de 2.7 g/cm3, se pide calcular: (a) la porosidad, (b) el contenido de humedad para el 100% de saturacin, (c) el peso especfico de la masa cuando est saturado.

Solucin:

Wm=1860 g = Ws

Vm=1300 cm3

= 2.7 g/cm3

(a) Porosidad : =

100; (b) ;

=

=

=

=1860

2.7/3= 688.88 3;

= 1300 688.88 = 611.12 3

(%) =611.12

1300 100 = 47%

72


(b) % =

100; =

=

Para el 100% de saturacin: =

= = 611.12

% =611.12

1860 100 = 32.85%

(c) =

=

+

=

1860 +611.12

1300 =1.9 g/cm3


73

Problema 2.- En laboratorio se determin en un suelo saturado, su peso especfico de 2.2 gr/cm3, y 20% de humedad. Determinar su peso especfico relativo de slidos.

Solucin:

=2.2

3

= 20% =?

= 01+

1+; =

1 + = 1 + 0 + = 1 + 0 = 1 + 0

=

1 + 0 =

2.2

1 + 0.20 0.20 2.2= 2.89

73



74

Problema 3.- El contenido de humedad de un suelo es de 20% cuando est saturado y tiene un peso especfico determinado. Cuando se satura el suelo, este tiene un peso especfico de slidos de 2.4 gr/cm3. Se pide encontrar: (a) la proporcin de vacos, (b) la porosidad.

Solucin: = 20%

= 2.4

3

e = ?

n = ?

(a) =

=

; = 100 3

= . = 2.4 100 = 240

= 0.20 =

= 0.20 240 = 48

74


Como = 1 =

=

Para el suelo saturado: = = 48

3

=48

100= 0.48

(b) % =

100 =48

100+48100 = 32.43%


75 75 75

PROPIEDADES INDICES ESTADOS DE CONSISTENCIA DEL SUELO


El cientfico de suelos, sueco, Albert Mauritz Atterberg, desarroll un mtodo para describir cuantitativamente el efecto de la variacin de humedad en la consistencia de los suelos de granos finos. El estableci los estados de consistencia de suelos y fij lmites definidos, aunque arbitrarios, para cada estado, conocido como Lmites de Atterberg. Cada lmite se define por la humedad que produce una consistencia determinada; la diferencia entre los lmites representa la variacin en el contenido humedad dentro de la cual el suelo se mantiene en un cierto estado. Atterberg hizo ver que la plasticidad no es una propiedad permanente de las arcillas, sino circunstancial y dependiente de su contenido de agua.


76

Una arcilla muy seca puede tener la consistencia de un ladrillo, con plasticidad nula, esa misma, con gran contenido de agua, puede presentar las propiedades de un lodo semilquido, inclusive las de una suspensin lquida. Entre ambos extremos, existe un intervalo de contenido de agua en que la arcilla se comporta plsticamente.



Segn su contenido de agua en orden decreciente, un suelo susceptible de ser plstico puede estar en cualquiera de los siguientes estados de consistencia, definidos por Atterberg: 1.Estado lquido, con las propiedades y apariencia de una suspensin. 2.Estado plstico, el suelo se comporta plsticamente. 3.Estado semislido, el suelo tiene la apariencia de un slido, pero an disminuye de volumen al estar sujeto a secado. 4.Estado slido, en que el volumen del suelo no vara con el secado.

77

Mezcla fluida de agua y

suelo

Suelo seco

H

U

M

E

D

A

D

CRECIENTE

(1) Estado

Lquido

(2) Estado

Plstico

(3) Estado

Semi -Slido

(4) Estado

Slido

Lmite Lquido ()

Lmite Plstico ( )

Lmite de Contraccin (LC )

ndice Plstico (IP)=





Lmite Lquido (LL o ).- Se define por la humedad que tiene el suelo amasado cuando 25 golpes ligeros contra una placa de goma dura de una vasija especial, se cierra el surco de seccin trapecial que se haba abierto en la masa hmeda de suelo colocado en dicha vasija (Copa de Casagrande). La copa es de forma esfrica de 54mm de radio interior, espesor 2mm y pesa 200 + 20gr incluyendo el tacn. Posee un ranurador laminar.

(a) Copa de Casagrande, cortesa de la Ca. ELE International.



Lmite Plstico (LP o ).- Definida en trminos de una manipulacin en laboratorio de un fragmento de suelo, rolando hasta convertirlo en un cilindro de espesor aproximado 3 mm, el agrietamiento y desmoronamiento del rollito, en un cierto momento, indica que se ha alcanzado el lmite plstico y el contenido de agua correspondiente a ese instante magnifica el lmite plstico del suelo.

Procedimiento de ensayo de Lmite Plstico.

80 80 MECNICA DE SUELOS UNIDAD I - Ing. E. De La Rosa Ros




Determinacin del Lmite Lquido:

Lata N 21 24 27 31 Peso Lata (PL)

PL + Wm

PL + Ws

Ws

Ww

N Golpes

82 82 82 MECNICA DE SUELOS UNIDAD I - Ing. E. De La Rosa Ros


Determinacin del Lmite Plstico:

Lata N 21 24 27 31

Peso Lata (PL)

PL + Wm

PL + Ws

Ws

Ww

83

El lmite de contraccin (LC), definido con el contenido de agua con el que el suelo ya no disminuye su volumen al seguirse secando. Este lmite se manifiesta visualmente por el caracterstico cambio de tono oscuro a claro, que el suelo presenta en su proximidad al secarse gradualmente. La Figura muestra la relacin entre el contenido de humedad, peso y el volumen del suelo .



LC =

Vo

lum

en d

el s

uel

o

Consistencia

slida Consistencia

semislida

Consistencia

plstica

LC LP LL

Contenido de humedad () y Pesos ()

Consistencia

lquida

Fig. : Variacin del volumen y peso () respecto al contenido de humedad ().

Los cambios de volumen con respecto al contenido de humedad obedecern la trayectoria que se muestra en la Figura, al cambio de volumen por prdida de humedad se lo llama contraccin del suelo.

84

El lmite contraccin proporciona indicios de la estructura de las partculas del suelo, puesto que una estructura dispersa suele producir un lmite de contraccin bajo y una estructura floculante origina un lmite de contraccin elevado (Whitlow, 1994).



Casagrande sugiere, se puede estimar el lmite de contraccin con el grfico de plasticidad: En la Figura se muestra que la lnea A y la lnea U interceptan en un punto de coordenadas: LL= 43.5 y LP = 46.5; con el ndice de plasticidad y el lmite lquido del suelo en estudio, se grafica en el grafico de plasticidad (punto A), si se une con una lnea el punto A con el punto de interseccin de las lneas A y U, el punto que intercepte en el eje del lmite lquido corresponder al lmite de contraccin.



Skempton (1953) expres esta relacin matemticamente como la actividad A de la arcilla, as:

=

% <

La actividad se usa como ndice para evaluar el potencial de expansin de los suelos arcillosos. Por ejemplo: La actividad de la caolinita es baja: A = 0.38 La actividad de la illita es media: A = 0,90 La actividad de la montmorilonita es alta: A = 7,20

86

Tabla: Actividad de algunos minerales de arcilla (Mitchell, 1976)

Mineral Actividad A Esmectitas 1-7 Illita 0.5 - 1 Caolinita 0.5 Haloisita (2H2O) 0.5 Haloisita (4H2O) 0.1 Atapulgita 0.5 1.2 Alfano 0.5 1.2

GRADO DE EXPANSIN

LL (%) IP(%)

ALTO > 60 > 35 MEDIO 50 - 60 25 35 BAJO < 50 < 25

CERO (NINGUNO) < 35 < 12



Lmite de Contraccin (LC)

Contraccin lineal

Grado de expansin

< 10 < 8 Crtico 10. 12 5 8 Marginal

>12 0 - 5 No crtico Altemeyer, 1965.

87 MECNICA DE SUELOS UNIDAD I- Ing. E. De La Rosa Ros

GRANULOMETRA

88


GRANULOMETRA

89


GRANULOMETRA

Tyler estndar

U.S.Bureau of Standards

LMS -FICSA - UNPRG

N ABERTURA (mm.)

N ABERTURA (mm.)

N ABERTURA

(mm.)

3 2

N3 4 6 8 9

10 14 20 28 35 48 60 65

100 150 200

76.2 50.8

6.680 4.699 3.327 2.362 1.981 1.651 1.168 0.833 0.589 0.417 0.295 0.246 0.208 0.147 0.104 0.075

4 2 1

3/8 1/4 N 4 N 6 N 8 N 10 N 12 N 16 N 20 N 30 N 40 N 50 N 60 N 70 N100 N140 N200

101.6 50.8 25.4 19.1 12.7 9.52 6.35 4.76 3.36 2.38 2.00 1.68 1.19 0.84 0.59 0.42

0.297 0.250 0.210 0.149 0.1.05 0.075

3 2

1 1

3/8 N4

N10 N20 N40 N50

N100 N200

75.00 50.8

38.10 25.00 19.00 12.50 9.50 4.75 2.00 0.85

0.425 0.30 0.15

0.075

Tamao mximo de partculas

(mm)

Cantidad mnima a

ensayar (Kg)

5 0.50

25 10.0

50 20.0

80 32.0

CANTIDAD MNIMA A ENSAYAR SEGN TAMAO DE PARTCULAS

SERIES DE TAMICES, ENTRE LAS MS USADAS:


GRANULOMETRA

GRANULOMETRA


Poorly


GRANULOMETRA

92 92

Escala adoptada por ASTM (American Society for Testing and Materials)


GRANULOMETRA

ANALISIS GRANULOMTRICO Procedimiento de prctica de laboratorio: 1 La muestra de suelo se hace pasar sucesivamente a travs de un juego de tamices de abertura descendente, hasta la malla N 200. La precisin ser: Para muestras > 2.0 Kg Aproximacin = 1.0 gr. Para muestras > 0.5 Kg Aproximacin = 0.1 gr. 2 Los retenidos en cada malla se pesan y el porcentaje que representan respecto al peso de la muestra total se suma a los porcentajes retenidos en todas las mallas de mayor tamao. 3 El complemento a 100% de esa cantidad da el porcentaje de suelo que es menor que el tamao representado por la malla en cuestin. As puede tenerse un punto de la curva acumulativa correspondiendo a cada abertura. El mtodo se dificulta cuando estas aberturas son pequeas y por ejemplo, el cribado a travs de las mallas N 100 (0.149 mm) y N 200 (0.075 mm) suele requerir agua para ayudar al paso de la muestra (procedimiento de lavado). Para los tamaos de partculas menores a la malla N 200, se emplea el mtodo del hidrmetro (densmetro).


GRANULOMETRA

4 La uniformidad de un suelo puede expresarse por el Coeficiente de Uniformidad: =

6010

Donde:

D60 es el dimetro o tamao por debajo del cual queda el 60% del suelo en peso; y D10 es

el valor correspondiente para el 10%. Hazen llama dimetro eficaz a D10, dndole un papel

determinante en el valor de la permeabilidad del suelo.

Desde un punto de vista estadstico Cu es una medida de la dispersin.

5 Suelos bien graduados (W), son aquellos con amplia gama de tamaos, las arenas que tienen un Cu>6 y las gravas que tienen un Cu>4, tienen comportamiento ingenieril ms

favorable, que los suelos mal graduados (P) o de granulometra muy uniforme. En

general, un suelo con Cu < 3 se considera muy uniforme o mal graduado.

6 Como dato complementario necesario para definir la granulometra de un suelo, se define el Coeficiente de Curvatura:

=30

2

1060

Si para todo tipo de suelo, 1< Cc< 3, se trata de suelos bien graduados.

7 Concluyendo, el objetivo fundamental del anlisis granulomtrico por tamizado es determinar si se trata de un suelo bien gradado (W), o se trata de un suelo mal

gradado (P).


Tamiz

(ASTM)

Abertura Tamiz (Nch)

mm

Abertura real

(mm)

Tipo de suelo

3 80 76,12

GRAVA GRUESA = F3 3/4" 2 50 50,80

1 40 38,10

1 25 25,40

GRAVA FINA = 3/4" 4 20 19,05

3/8 10 9,52

N 4 5 4,76 ARENA GRUESA = F4 R10 N 10 2 2,00

ARENA MEDIA = F10 R40 N 20 0,90 0,84

N 40 0,50 0,42

N 60 0,30 0,25

ARENA FINA = F40 R200 N 140 0,10 0,105

N 200 0,08 0,074

TABLA N 1.2: CLASIFICACIN DE SUELO GRANULAR SEGN LA NUMERACIN Y ABERTURA DE TAMICES

GRANULOMETRA

Fuente: Espinace R. (1979), adaptado .

Tamao mximo de partculas

(mm)

Cantidad mnima a ensayar

(Kg)

5 0.50

25 10.0

50 20.0

80 32.0

TABLA N 3.1: CANTIDAD MNIMA A ENSAYAR SEGN TAMAO DE PARTCULAS


GRANULOMETRA


GRANULOMETRA

ANLISIS GRANULOMTRICO

POZO/MUESTRA P1 - M3

PROFUNDIDAD (m) 1.70 - 3.45

TIPO DE MATERIAL

PESO ORIGINAL (g) 500

PRDIDA POR

LAVADO 103.08

PESO TAMIZADO (g) 396.92

ABERTURA DE

MALLA PESO

PULG. mm RET (g) % RET. % Ret. ACUM. % QUE

PASA

1" 25 0 0 0 100

3/4" 19 25.22 5.04 5.04 94.96

1/2" 12.5 50.62 10.12 15.17 84.83

3/8" 9.5 18.94 3.79 18.96 81.04

N 4 4.75 49.5 9.90 28.86 71.14

N 10 2 38.28 7.66 36.51 63.49

N 20 0.85 25.82 5.16 41.68 58.32

N 40 0.425 21 4.20 45.88 54.12

N 50 0.3 14.08 2.82 48.69 51.31

N 100 0.15 87.84 17.57 66.26 33.74

N 200 0.074 64.02 12.80 79.06 20.94

Platillo + Lavado 104.68 20.94 100 0

SUMATORIA 500 100

D10 = 0.03 D30 = 0.13 D60 = 1.2

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.00.11.010.0100.0

% Q

ue

pas

a. e

n p

eso

Tamao de partcula, en mm

CURVA GRANULOMTRICA: P1-M3

_30=0.13 _10=0.03 60

=6010

=1.2

0.03= 40.0 > 6

=30

2

1060=

0.132

0.03 1.2= 0.47 < 1

97

ANLISIS GRANULOMTRICO EN SUELOS FINOS Se emplea para los tamaos de partculas que pasan la malla N 200, se utiliza el mtodo del hidrmetro o densmetro, se basa en la ley de Stokes y proporciona una relacin entre la velocidad de sedimentacin de las partculas del suelo en un fluido y el tamao de esas partculas.


GRANULOMETRA

2

2.

9

2

Dv

fs

Ley de Stokes:

Donde:

= Velocidad de sedimentacin de la esfera, en cm/seg. = peso especfico de la esfera, en g/cm3. = Peso especfico del fluido en g/cm3 (vara con la temperatura).

=Viscosidad del fluido, en g/cm2 (vara con la temperatura). D = Dimetro de la esfera, en cm.

; (mm)

; (mm)

()

()

()

98

() y , vlidas para obtener en laboratorio mediante el proceso de sedimentacin o mtodo del hidrmetro (ASTM D422 63) , el tamao de partculas del suelo menores a la malla N200.


Como todas las variables menos (L/t)son independientes del problema excepto la temperatura de la suspensin, es posible evaluar K = f(T, , , ) empleando la Tabla 3.4:

Tabla 3.4: Valores de K de la ecuacin () para varias combinaciones de

Gravedades Especficas y Temperaturas

Temp. GRAVEDADES ESPECFICAS (Ss) DE LOS SUELOS (g/cm3) (C) 2.5 2.55 2.6 2.65 2.7 2.75 2.8 2.85

16 0.0151 0.0148 0.0146 0.014 0.0141 0.014 0.0137 0.0136

17 0.0149 0.0146 0.0144 0.014 0.014 0.014 0.0136 0.0134

18 0.0148 0.0144 0.0142 0.014 0.0138 0.014 0.0134 0.0132

19 0.0145 0.0143 0.014 0.014 0.0136 0.013 0.0132 0.0131

20 0.0143 0.0141 0.0139 0.014 0.0134 0.013 0.0131 0.0129

21 0.0141 0.0139 0.0137 0.014 0.0133 0.013 0.0129 0.0127

22 0.014 0.0137 0.0135 0.013 0.0131 0.013 0.0128 0.0126

23 0.0138 0.0136 0.0134 0.013 0.013 0.013 0.0126 0.0124

24 0.0137 0.0134 0.0132 0.013 0.0128 0.013 0.0125 0.0123

25 0.0135 0.0133 0.0131 0.013 0.0127 0.013 0.0123 0.0122 26 0.0133 0.0131 0.0129 0.013 0.0125 0.012 0.0122 0.012

27 0.0132 0.013 0.0128 0.013 0.0124 0.012 0.012 0.0119

28 0.013 0.0128 0.0126 0.012 0.0123 0.012 0.0119 0.0117

29 0.0129 0.0127 0.0125 0.012 0.0121 0.012 0.0118 0.0116

30 0.0128 0.0126 0.0124 0.012 0.012 0.012 0.0117 0.0115

Mtodo vlido para tamaos: 0.0002 mm D 0.2 mm, debajo del lmite inferior, la partcula no se sedimenta, es afectada por el movimiento browniano (fuerza de atraccin y repulsin).

GRANULOMETRA

99

Formato empleado en laboratorio para las lecturas del hidrmetro en los tiempos y temperaturas indicadas. Por ejemplo para los siguientes datos obtenidos en laboratorio:


GRANULOMETRA

HIDROMETRIA - CALCULOS

Fecha Hora

Tiempo Temp. Lectura de

Rcp % que Pasa

Rcl L K D

de transc C Hidrm. (cm) (Tabla (mm) lectura (min) R (Tab 3.5) 3.4)

0.25 28 51 46.15 90.5 52 7.8 0.0121 0.068 0.5 28 48 43.15 84.6 49 8.3 0.0121 0.049 1 28 47 42.15 82.6 48 8.4 0.0121 0.035 2 28 46 41.15 80.7 47 8.6 0.0121 0.025 4 28 45 40.15 78.7 46 8.8 0.0121 0.018 8 28 44 39.15 76.7 45 8.9 0.0121 0.013 15 28 43 38.15 74.8 44 9.1 0.0121 0.009 30 28 42 37.15 72.8 43 9.2 0.0121 0.007 60 28 40 35.15 68.9 41 9.6 0.0121 0.005 120 28 38 33.15 65.0 39 9.9 0.0121 0.0035 240 28 34 29.15 57.1 35 10.5 0.0121 0.0025 480 28 32 27.15 53.2 33 10.9 0.0121 0.0018 1440 28 29 24.15 47.3 30 11.4 0.0121 0.0011 2880 28 27 22.15 43.4 28 11.7 0.0121 0.0008

Datos del ensayo: Fz : 7 (Correccin de ceros) T : 28 C Ss : 2.75 g/cm3 Ws: 50 g Fm: 1 (correccin por menizco)


GRANULOMETRA

Tabla 3-5 Valores de L (Profund. efectiva) para usar en la frmula de Stokes en la determinacin de partculas con el hidrmetro ASTM 152H

Lect. original L Lect. original L Lect. original del hidrm. Profund. del hidrm. Profund. del hidrm. Profund. (corregida efectiva (corregida efectiva (corregida efectiva L x menisco) (cm) x menisco) (cm) x menisco) (cm)

0 16.3 21 12.9 42 9.4 1 16.1 22 12.7 43 9.2 2 16.0 23 12.5 44 9.1 3 15.8 24 12.4 45 8.9 4 15.6 25 12.2 46 8.8 5 15.5 26 12.0 47 8.6 6 15.3 27 11.9 48 8.4 7 15.2 28 11.7 49 8.3 8 15.0 29 11.5 50 8.1 9 14.8 30 11.4 51 7.9

10 14.7 31 11.2 52 7.8 11 14.5 32 11.1 53 7.6 12 14.3 33 10.9 54 7.4 13 14.2 34 10.7 55 7.3 14 14.0 35 10.5 56 7.1 15 13.8 36 10.4 57 7.0 16 13.7 37 10.2 58 6.8 17 13.5 38 10.1 59 6.6 18 13.3 39 9.9 60 6.5

19 13.2 40 9.7 20 13.0 41 9.6

101



Existen dos mtodos ms conocidos para inters del ing. Geotcnico para clasificar suelos: 1. El mtodo SUCS (Sistema Unificado de Clasificacin de Suelos), 2. El mtodo de la AASHTO (American Association State Highway Transportation Officials).

SISTEMA UNIFICADO DE CLASIFICACIN DE SUELOS Fue desarrollado por A. Casagrande (1942), designacin ASTM D-2487, para agrupar suelos en forma rpida en obras militares en los EE.UU. Consiste: 1 Se determina en laboratorio ensayos granulomtrico por tamizado, lmite lquido y lmite

plstico. 2 Del anlisis granulomtrico se debe determinar el porcentaje que pasa por los tamices de

3 (75 mm.), N 4 (4.75 mm.) y N 200 (0.075 mm.). 3 A partir de los porcentajes que pasan por los tamices, se puede hallar el porcentaje

retenido en cada tamiz de la siguiente manera: R200 = 100 - F200

R4 = 100 - F4

R3 = 100 - F3 4 Si el 100% del total de la muestra pasa por el tamiz de 3 (75 mm.), ir al paso 5, caso

contrario calcular el porcentaje de material retenido o con dimetro mayor a este tamiz y al final del ensayo de clasificacin anotar junto al resultado el porcentaje de este material retenido (cantos rodados y/o guijarros) incluyendo el tamao mximo de partcula.

102



5 En malla N 200: Si 200 > 50% : () (), ir paso 6 Si 200 50% : () (), ir al paso 8. 6 Si el suelo es de grano grueso, se debe determinar si la relacin entre el porcentaje de

suelo retenido en el tamiz N4 y el tamiz N 200 es mayor, menor o igual a 0.5: 4

200> 0.5 (G)

4

200 0.5 ().

Otros smbolos tambin son usados en la clasificacin: W: Bien gradado. P: Mal gradado. H: Alta compresibilidad (LL > 50%). L: Baja compresibilidad (LL < 50%(.

7 A partir de los resultados de laboratorio se determinan todos los valores de los parmetros requeridos en las Tablas de nombres de tipos de suelos, segn la norma ASTM para poder clasificar el suelo, como por ejemplo el coeficiente de gradacin o curvatura, coeficiente de uniformidad, lmite lquido e ndice de plasticidad y el tipo de suelo que se ajuste a todos los criterios es el smbolo de grupo correcto.

103



La designacin ASTM D-2487 adems cre un sistema para asignar nombres de grupo a los suelos, esto con el fin de dar una identificacin ms precisa a los suelos clasificados. Estos nombres de grupo estn reunidos en las Tablas de tipos de suelos gruesos y finos que se presenta a continuacin. Para suelos gravosos: SF = fraccin de arena = R200 - GF GF = fraccin de grava = R4 Una vez ya clasificado el suelo, es decir ya hallado el smbolo y nombre de grupo adecuados, el reporte debe incluir el nombre de grupo, smbolo de grupo y los resultados de los ensayos de laboratorio.

9 Si el suelo es altamente orgnico (turba), en tal caso es clasificado por inspeccin visual como Pt. Compuesto principalmente de material orgnico (material fibroso): Color caf oscuro, gris oscuro, o color negro. Olor orgnico, especialmente cuando esta hmedo. Consistencia suave.

8 Si el suelo es de grano fino a partir de los resultados en laboratorio del lmite liquido e ndice de plasticidad se procede a clasificar el suelo segn la Carta de Plasticidad y el tipo de suelo que se ajuste a todos los criterios es el smbolo de grupo correcto.



TABLA1.1:SIMBOLOS DE GRUPO PARA SUELOS TIPO GRAVA (G)



TABLA1.2:SIMBOLOS DE GRUPO PARA SUELOS TIPO ARENA (S)



TABLA1.3:SIMBOLOS DE GRUPO DE SUELOS LIMOS (M) Y ARCILLAS (C)



TABLA N 1.4 Nombres de tipos de suelos gravosos y arenosos-ASTM

108



109





MECNICA DE SUELOS UNIDAD I - Ing. E. De La Rosa Ros 110 110



Para una clasificacin adecuada por el mtodo SUCS, debe conocerse la informacin siguiente: 1. Porcentaje de grava = 3" 4 2. Porcentaje de arena = 4 200 3. Porcentaje de limo y arcilla = 200 4. Coeficiente de uniformidad

() () 5. LL y IP de la 40.

Los smbolos de grupo para suelos gruesos tipo grava son: GW, GP, GM, GC, GC-GM, GW-GM, GW-GC, GP-GM, y GP-GC. En forma similar, los smbolos de grupo para suelos de grano fino son: CL, ML, OL, CH, MH, OH, CL-ML y Pt.



Ejemplo 1: Determinar la clasificacin del suelo por el mtodo SUCS, con los siguientes resultados de ensayos de laboratorio del anlisis granulomtrico por tamizado y lmites de plasticidad , practicados en una muestra de suelo: L.L.=23.1% ; L. P.= 16.9 %. Solucin: Se inicia haciendo el clculo de las columnas 4, 5 y 6 de la tabla. Se grafica en absisas la columna 2 (abertura de malla en mm.) y en ordenadas la columna 6 (% que pasa):

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.00.11.010.0100.0

% Q

ue

pas

a. e

n p

eso

Tamao de partcula, en mm

CURVA GRANULOMTRICA: P1-M3

_30=0.13 _10=0.03 60

ANLISIS GRANULOMTRICO

POZO/MUESTRA P1 - M3

PROFUNDIDAD (m) 1.70 - 3.45

TIPO DE MATERIAL

PESO ORIGINAL (g) 500

PRDIDA POR

LAVADO 103.08

PESO TAMIZADO (g) 396.92

ABERTURA DE

MALLA PESO

PULG. mm RET (g) % RET. % Ret. ACUM. % QUE

PASA

1" 25 0 0 0 100

3/4" 19 25.22 5.04 5.04 94.96

1/2" 12.5 50.62 10.12 15.17 84.83

3/8" 9.5 18.94 3.79 18.96 81.04

N 4 4.75 49.5 9.90 28.86 71.14

N 10 2 38.28 7.66 36.51 63.49

N 20 0.85 25.82 5.16 41.68 58.32

N 40 0.425 21 4.20 45.88 54.12

N 50 0.3 14.08 2.82 48.69 51.31

N 100 0.15 87.84 17.57 66.26 33.74

N 200 0.074 64.02 12.80 79.06 20.94

Platillo + Lavado 104.68 20.94 100 0

SUMATORIA 500 100

D10 = 0.03 D30 = 0.13 D60 = 1.2

Cu = Cc =

Grava gruesa(%) 5.04

Grava fina(%) 23.81 28.86 GF = F1"-F4=R4

Arena gruesa(%) 7.66

Arena media(%) 9.36

Arena fina(%) 33.19 50.21 SF = R200-R4

Finos(%) 20.94 20.94

Total(%) 100 100


CLASIFICACIN DE SUELOS: SUCS

IP =LL- LP=23.1-16.9=6.2% Del anlisis granulomtrico se tiene: - Malla N 200: 200 = 100 - 200 = 100 20.94% = 79.06 % > 50% , es suelo grueso: G o S. -Malla N 4 : 4 = 100 4 = 100 71.14 = 28.86%

4200

=28.86

79.06= 0.37 < 0.5 ()

Determinamos : =6010

=1.2

0.03= 40.0 > 6; =

302

1060=

0.132

0.031.2= 0.47 < 1

Arena mal gradada: (SP). Fraccin de grava: 4 = 100 71.14 = 28.86% de grava. Arena gruesa: 4 10 = 71.14 63.49 = 7.66% Arena media: 10 40 = 63.49 54.12 = 9.37% Arena fina: 40 200 = 54.12 20.94 = 33.19% - Malla N 200: 200 = 20.94% >12% Tiene finos: pueden ser SC, SM: En carta de plasticidad: Anlisis de plasticidad: Con LL=23.1% y IP=6.2%, en carta de plasticidad, el punto cae en zona de doble simbologa CL-ML. Por lo tanto, se trata de un suelo: (SP-SC), ARENA MAL GRADADA, ARCILLO LIMOSA , CON 29% DE GRAVA, DE BAJA COMPRESILIDAD.


CLASIFICACIN DE SUELOS METODO DE LA AASHTO

Esta clasificacin define al suelo dentro de su capacidad de resistencia y deformacin para

determinar el diseo de pavimentos. Define los siguientes tipos de suelos: A1, A2, A3, A4,

A5, A6, A7, y A8. Entre ellos, el de mejor calidad es el A1.

CLASIFICACIN DE SUELOS: SUCS

Mtodo empleando la Tabla N 01 y el baco de la Fig. N 02: La Tabla N 01 muestra el Sistema de Clasificacin de la AASHTO en la conveniente forma de tabla. Esta tabla permite diferenciar entre los materiales granulares (35% o menos del total pasa la malla N 200), son los suelos A1, A3 y A2; y los materiales limo-arcillosos (ms del 35% del total pasa la malla N 200), son los suelos cuyos grupos estn comprendidos entre A4 y A7. Este es un factor esencial de clasificacin. La designacin de los sub-grupos en el grupo A2, se logra determinando si el suelo es A2 clasificado de acuerdo a su anlisis granulomtrico, pero tiene propiedades plsticas (L.L. y L.P.) caractersticas de los suelos de A4 a A7.

La Tabla N 01 se utiliza procediendo de izquierda a derecha hasta encontrar el primer tipo de suelo que tenga las propiedades del suelo en consideracin. El suelo tipo A8 (no se muestra en tabla) se clasifica visualmente como turba (material excesivamente orgnico).


CLASIFICACIN DE SUELOS: AASHTO

El sistema de clasificacin AASHTO utiliza adems un ndice de grupo para comparar diferentes suelos dentro de un mismo grupo. El ndice de grupo se calcula empleando los bacos de la Fig. N 02, mediante el uso de la siguiente relacin: IG = IGI + IGII (1.13)

El ndice encontrado de esta forma se redondea al entero ms cercano y se reemplaza entre parntesis despus del nmero de clasificacin correspondiente, de la siguiente forma: A2-6(3), clasificando de esta forma el suelo como un material del grupo A2 con propiedades plsticas del grupo A6 y con un ndice de grupo de 3. Si dos suelos de un mismo grupo tienen diferente ndice de grupo, tendr mejor comportamiento como material de carretera, aquel cuyo ndice de grupo sea menor, as, un A2-6(2) debe ser un mejor material de carretera que un A2-6(4).

NDICE DE GRUPO (IG) Es la interpretacin numrica de la capacidad de deformacin que posee un suelo. Un suelo cuanto ms plstico o deformable, tiene un mayor ndice de Grupo.

1. El ndice de grupo es calculado a partir de la siguiente ecuacin emprica: = 200 35 0.2 + 0.005 40 + 0.01 200 15 10 (1.14)



Donde: F200: Porcentaje que pasa a travs del tamiz N 200, expresado como nmero entero. LL: Lmite lquido. IP: ndice de plasticidad.

2. Si el resultado del ndice de grupo calculado es un valor negativo, entonces el ndice de grupo (IG) se toma igual a cero.

3. Si el suelo no es plstico y no se puede determinar el Lmite lquido, entonces el

ndice de grupo (IG) ser: IG = 0. Este es el caso de los de los suelos A-1-a, A-1-b, A-2-4, A-2-5 y A-3, en donde su ndice de grupo siempre es cero.

4. El ndice de grupo de los suelos A-2-6 y A-2-7 debe calcularse utilizando solo la porcin del IP: = 0.01 200 15 10

5. El ndice de grupo no tiene lmite superior.

Los ndices de grupo de los suelos granulares estn generalmente comprendidos entre 0 y 4, los correspondientes a los suelos limosos, entre 8 y 12 y los suelos arcillosos, entre 11 y 20, o ms.



TABLA N 01: SISTEMA DE CLASIFICACIN DE SUELOS DE LA AASHTO

(American Association State Highway Transportation Officials)

MATERIALES GRANULARES (IGUAL o MENOR DEL 35% PASA EL TAMIZ N200)

MATERIALES

LIMOARCILLOSOS(MAS DEL35% PASA EL TAMIZ N200)

GRUPOS A-1

A-3

A-2

A-4

A-5

A-6

A-7

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

A-7-6

% que pasa el tamiz:

N10 N40 N200..

50max

30max

15max

50max

25max

51max

10max

35max

35max

35max

35max

36min

36min

36 min

36 min

Caract. Mat. pasa la N40:

Lmite Lquido ndice de plasticidad

6max

6max

N.P.

40max

10max

41min

10max

40max

11min

41min

11min

40max

10min

41min

10max

40 max

11 min

41 min

11 min

ndice de grupo 0 0 0 0 0 4max 4max 8max 12max 16 max 20max

Tipos de material

Fragmento de

Piedra, grava y

arena

Arena

fina Gravas arenas limosas y arcillosas

Suelos

limosos

Suelos

arcillosos

Terrenode fundacin Excelente a bueno Regular a deficiente

NOTA: El grupo A7, se subdivide en A7-5 y A7-6, dependiendo estos sub grupos del L. P.:

Si el L. P. 30, la clasificacin es A7-5 o IP LL - 30

Si el L. P. LL 30



Ms a 7075 65 60 55 50 45 40 35 a menos

1

0

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

5550

L.L60

55 a ms50454035302520

1

0

2

3

4

5

6

7

8

a menos 15

IP < 10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

% ACUMULADO QUE PASA LA N 200

IND

ICE

DE

GR

UP

O II

IP>30

BACOS PARA DETERMINAR EL NDICE DE GRUPO (AASHTO)



6. Adopta el siguiente rango de tamao de partculas: Cantos rodados. Son fragmentos de roca, usualmente redondeados por

abrasin, que son retenidos en el tamiz de 3 (75 mm). Grava. Es la fraccin que pasa el tamiz de 3 (75 mm) y es retenido en el

tamiz N 10 (2 mm). Arena. Es la fraccin que pasa el tamiz N 10 (2 mm) y es retenido en el

tamiz N 200 (0.075 mm). El limo y la arcilla. Son partculas que pasan el tamiz N 200 (0.075 mm).

Ejemplo 2: Determinar la clasificacin por el mtodo AASHTO, con los siguientes resultados de ensayos de laboratorio del anlisis granulomtrico por tamizado y lmites de plasticidad , practicados en una muestra de suelo del ejemplo 1: L.L.=23.1% ; L. P.= 16.9 %. IP = 6.2%

Solucin:

Analizando en Tabla N 01: (a) Por las caractersticas granulomtricas: - Por malla N 200 pasa menos del 35% (20.94%), por lo que puede estar ubicado entre los

suelos A1,A3 A2. - Por la malla N 10 pasa el 63.49%, no califica ningn tipo de suelo por admitir max. 50%. - Por la malla N 40 pasa el 54.12%, puede ser: A1-a, A1-b y A3; por admitir mximo 30%,

50% y 51%, respectivamente. - Por malla N 200 pasa el 20.94%, puede ser: A1-b por admitir max. 25% y A2-4, A2-5, A2-6

y A2-7 por admitir mx. 35%.



(b) Por las caractersticas de plasticidad: Por el LL = 23.1 %, puede ser un A2-4 o A2-6 que admiten como mximo 40%. Por el IP = 6.2%, puede ser un A2-4 o A2-5 que admiten como mximo 10%. Por las caractersticas granulomtricas y de plasticidad el suelo se ubica en el tipo A2-4. Determinacin del ndice de grupo: Haciendo uso de la ecuacin (1.13), IG = IGI + IGII, donde, cada uno de los componentes se determinan entrando a los bacos de la Tabla N 02, obteniendo: IGI=0, IGII=0 ; IG=0 Con este resultado volvemos a la Tabla N 01 y vemos que el IG calculado es congruente con el suelo A2-4. Finalmente concluimos en clasificar al suelo como un A2-4(0), considerado como un suelo muy bueno.

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