Post on 11-Dec-2015
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Mecánica de Suelos I
Ing. Diana Sanchez Céliz
• Características del suelo: químicas y mecánicas
Importancia en Ingeniería
Ingeniería inicia en las características del suelo
Estabilización de taludes
Tipo y profundidad de cimentación
Procesos de compactación Caracteristicas para construcción de túneles
Las Rocas
• Producto de factores degradantes: congelamiento, temperatura, gravedad, viento, lluvia y desgate químico en formaciones rocosas.
Los suelos
• Son formaciones de distintos tipos de minerales . Principales minerales: mica, cuarzo, feldespato y calcita. Clasificado en: Igneas, sedimentarias y metamórficas.
Tipos de suelos• Suelos Transportados (gravas, arenas, limos y arcillas):
principalmente por agua, también hielo y el viento.
• Suelos residuales (suelo de cobertura y lateríticos): acción y desgaste químico.
• Suelos orgánicos: contienen materia vegetal y animal descompuesta.
En Ingeniería Geotécnica se dividen los suelos en:• Granulares: Sin fuerzas de cohesión ej: arenas, gravas
• Cohesivos: partículas minerales se mantienen unidas y retienen distintas cantidades de agua ej: arcillas y limos arcillosos. Tienen plasticidad.
Arcillas: capacidad de contraerse o expandirse
• Depende del grupo:• Kaolinita: estables y absorben poca agua. Baja capacidad de
cambio de volumen
• Ilita: absorben más agua q kaolinitas. Capacidad media de cambio de volumen
• Mormorilonita: alta capacidad de absorción de agua. Bentonita es la arcilla más conocida en este grupo.
Como es la estructura del suelo
Las relaciones volumétricas y gravimétricas
• Volumétricas: para las tres fases son relación de vacíos (e), porosidad (n) y grado de saturación (S)
(En porcentaje)(Nunca mayor que 1!!)
Suelos Granulares 0.4 a 0.8
Arcillas o suelos arcillosos 0.5 a 1.5 ó 2
Suelos con altos contenidos orgánicos 4 ó 5
Relación de vacíos
Relación entre la relación de vacíos y la porosidad es:
ó
Relaciones gravimétricas • Contenido de humedad (contenido de agua) (w) y peso
unitario (γ)
En un volumen de suelo dado
Peso del suelo por unidad de volumen
El peso unitario expresado en función de: peso de sólidos del suelo, contenido de humedad y volumen
total
El peso unitario del suelo que excluye el agua contenida en la estructura del suelo: peso unitario seco.
Densidad y densidad relativa
ss V
m
Uno de los índices para determinar el comportamiento de suelos granulares es la densidad relativa. Volumen de vacíos depende del arreglo de las partículas en el sueloArena colocada sin compactación es la mínima densidad, la compactada hasta la mínima reducción de volumen es la máxima densidad
Densidad natural comparada con Mínima densidad
Máxima densidad
Suelos superficiales la densidad es determinada con densidad de campo
Para suelos profundos la densidad es determinada por medio de ensayos como el ensayo de penetración estándar
Pero SPT es referencial porque dependerá de la gradación, forma y tamaño de las partículas de suelos
Suelos granulares (ej: arena)
Gama de tamaños de grano
Determinados por CU ,Coefi. Uniformidad
D60 y D10 = tamaños de grano para el cuál el 60% y el 10% del suelo es fino.
Densidad y Dens. Relativa
Resistencia al corte
Asentamiento
Permeabilidad
Ej:
Métodos de estabilización
Gravedad Específica (Gs)
Relación entre la masa seca de un volumen de substancia dado, dividido para un igual volumen de agua
Suelos Distinta composición mineral Gs promedio de sus partículas
Rango de Gs de minerales constituyentes 2.5 a 5.2
Constituyente de suelos granulares
2.4 a 3
Cuarzo 2.65
Rango de Gs de mayoría de masas de suelo
Minerales de arcillas Mas pesadas que el cuarzo 2.9
Contenido de humedad
Espacios vacíosEstructura del suelo
aire
agua
gravitacional
capilaridad
higroscópica
Nivel Freático : agua permanente en la estructura del suelo
Peso agua
Peso suelo seco
Arenas
Limos gruesos
Gravas finas
20 a 30%
Limos finos w mas alto
Arcillas 100 a 200%
Suelos con contenido orgánico : mayores!!
PROBLEMAS DE APLICACIÓN
1.- Una muestra de suelo cohesivo es extraído de un muestreador de SPT y llevado a laboratorio. La masa inicial de la muestra es de 140, 5 gramos. El suelo fue colocado en un recipiente de 500 cm3 y para llenar el recipiente se colocaron 423 cm3 de agua. Con estos datos, indicar cuál es el peso específico de suelo en kN/m3
Masa del suelo: 140, 5 g
ss V
m Entonces γ = ρs x g
2.- Un contratista entrega un trabajo de compactación. Cuando se realiza la comprobación en sitio del trabajo se obtienen los siguientes datos:Humedad (w)= 14.6 %Gs = 2.81γ = 18.20 kN/m3
La especificación del contrato indicaba que la relación de vacíos final debe ser ≤ 0.80
3.- Un contenedor con una muestra de suelo tiene una masa 23.43 gr. Después de Un proceso de secado la masa del contenedor con el suelo es de 19.81 gr. Si la masa del contenedor es de 1.73 gr. Cuál es el contenido de humedad?
a) 18% b) 20% c) 30% d) 85%
4.-Una muestra de suelo tiene un peso unitario de 105.7 lb/ft3 y una saturación de 50%. Cuando su saturación se incrementa a 75%, el peso unitario aumenta a 112.7 lb/ft3. Determine la relación de vacíos y la gravedad específica.
• https://www.youtube.com/watch?v=ZsxaMovxxGI ensayo de penetración estándar
Partículas de suelo
Naturaleza de las partículas depende de los minerales que contienen, su tamaño y su forma.
Partículas Granulares: fácil identificar al ojo humano o un microscopio de bajaResolución (en suelo limpio de residuos de arcillas)
Partículas de: cuarzos y feldespatos Aproximadamente equidimensionales
Cuarzo estructuras químicas estables y resistentes al desgaste
Mayores constituyentes de limos y arenas
Cantos rodados y piedras: fragmentos de las rocas originales
Partículas granulares suaves: produce suelos compresibles, fácilmente triturado,Estructura de paquete pobre.
Minerales de arcilla
Minerales de arcillas: Pequeñas sustancias cristalinas con una estructura de hoja queproduce una estructura en forma de plato.
Partículas de suelos cohesivos
Arreglo y ensamblaje de partículas
Estructura de suelo
Arreglo de las partículas. Conocido como esqueleto del suelo
Suelos Granulares: - forma, tamaño y rugosidad de la superficie de las partículas- Rango del tamaño de partículas- Disposición de las partículas (sedimentación, glaciación)- Los esfuerzos en el tiempo a los que ha estado sometido el suelo- El grado de cementación, presencia de finos, materia orgánica o estado de desgaste
Estado de *empaquetado
Partículas de suelo
Forma: influencia en propiedades físicas del suelo. Difícil de determinar. Generalmente dividida en tres:
1.- Voluminoso: degaste mecánico de rocas y minerales
2.- Planas o escamosas: Partículas con poca esfericidad (0.001 o menos, predominanemente minerales arcillosos)
3.-Partículas en forma de aguja: son menos comunes depósitos de coral o arcillas Attapulgitas.
Influencian en:
Compresibilidad
Máximo y mínimo relación de vacíos
Parámetros de corte
Etc…
Clasificación del suelo• La clasificación del suelo es una herramienta que el ingeniero
utiliza para asignar al material a uno de los grupos establecidos por organismos dependiendo de sus características y propiedades
• In situ: Gravas, arenas y turbas son fácilmente reconociblesDificulta diferenciar entre arena fina o limo grueso, o entre una arcilla y un limo fino
Claves para reconocer un suelo en campo
Arena fina Limo Arcilla
Partículas individuales visibles Algunas partículas son
visiblesSus partículas no son
visibles
Dilatancia Dilatancia No tienen dilatancia
Fácil de desmenuzar y cae de las manos cuando esta seca
Fácil de desmenuzar y puede caer de las
manos cuando esta seca
Difícil de desmenuzar y se pega a las manos cuando está seco
Siente arenoso Siente áspero Siente suave
No plásticidad Poca plasticidad Plástica
- Identificar el color, olor, partículas incrustadas, humedad, nivel freático, presencia de raíces
http://www.youtube.com/watch?v=03fD8fdL9kohttp://www.youtube.com/watch?v=jo64QIE4hr4
En Laboratorio:
Para eliminar los errores que se introducen en la apreciación humana, sistemas Mecánicos han sido diseñados para ayudar a clasificar el suelo.
Método es: distribución del suelo por tamaño de partículas (GRANULOMETRÍA) Consiste en tamizar muestras en estado seco (no siempre) para determinar las masas retenidas en cada tamiz y determinar la distribución de su partículas dependiendo de su tamaño.
Sistemas de Clasificación:
-USDA (Departmanto de Agricultura de EEUU)-Mississipi River Comission-US Bareau of soils and Public Roads Asministration- SISTEMA UNIFICADO DE CLASIFICACIÓN DE SUELOS (SUCS)
SUCS
Tamaño de los tamices
Análisis por hidrómetro
Se basa en el principio de sedimentación de los granos de suelos en agua. Las partículas de los suelos se dispersan en el agua a diferentes velocidades dependiendo de su tamaño, forma, peso y viscosidad del agua.
Se asume por facilidad que las partículas son esféricas
El análisis de tamizado da una dimesión intemedia del tamaño de las partículas.El análisis por hidrómetro da el diámetro de una esfera equivalente que se asentaría a
la misma velocidad de la partícula.
Curva de distribución del tamaño de la partícula
Se utiliza para determinar los siguientes parámetros:
Tamaño efectivo (D10): Este parámetro es el diámetro en la curva de distribución del tamaño de la partícula correspondiente al 10% mas fino.
Coeficiente de uniformidad (Cu): Es el coeficiente entre el D60/ D10
D60: Corresponde al 60% más fino
Coeficiente de gradación (Cc):
Atención!!!
Para calificar la gradación tenemos:
Cu < 4 el suelo es uniformemente gradadoCu > 4 el suelo es bien gradado o suelos con una brecha (gap graded), la forma de Curva ayudará a definir esto.
La granulometría ayuda con una visiónn general del tipo de material que puedeencontrarse en el suelo, pero para clasificar al grupo que pertenece el suelo es necesario conocer otras propiedades como los límites que nos proporcionan información sobre la plasticidad (Atterberg 1911).
Límites de Atterberg
Son los contenidos de agua al cuál las caracter[isticas de resistencia del suelo varían.
En suelos granulares (gravas y arenas) la presencia de agua casi no afecta la resistencia y compresibilidad del suelo.
En suelos cohesivos (limos y arcillas) la pérdida de agua le lleva a ser menos moldeable y compresible.
Suelo cohesivo
Alto contenido de agua
Partículas se suspenden en el agua
Comporta como un líquido
Deformación contínua sin muestra de falla
Suelo cohesivo
Se le permite secarse parcialmente Muestra resistencia al corte
Si la carga es retirada
Presenta deformación constante (actúa como plástico)
Límite Líquido
Contenido de agua al cuál el suelo deja de actuar como un líquido y empieza a actuarcomo un plástico (wL ó LL)
Copa de Casagrande
Límite Plástico
Mientras el suelo pierde humedad tiende a resistir más a losesfuerzos de corte, si esta tendencia de disminución de agua continúa, el suelo no indica mas deformación permanente y Simplemente se fractura sin deformación plástica. ACTUA ENTONCES COMO UN SÓLIDO FRÁGIL.
El contenido de humedad de cambio de una falla plástica a unafalla frágil es el límite plástico (wP ó PL).
Índice Plástico (Ip)Rango de humedades a las cuales el suelo actúa de forma plástica
Más fino es el suelo, más grande es su índice plástico
Ip = wL – wPPI = LL - PL
Índice líquido (IL)
Permite comparar la plasticidad del suelo con su contenido de humedad natural
Si IL es 1= el suelo está en su límite líquido
Si IL es 0= el suelo está en su límite plástico
Límite de contracción
Cuando después del límite plástico el suelo continúa perdiendo humedad, el suelo pierde volumen hasta un cierto contenido de agua. Este valor es conocido como ellímite de contracción. Cuando el suelo pierde humedad bajo este límite el suelo pasaa ser parcialmente saturado, es decir mantiene su volumen pero su peso disminuye.
La tabla de Plasticidad
Importante es la línea A, dada por la ecuación PI: 0,73 (LL – 20). Esta línea separa las arcillas inorgánicas (sobre la línea) de los limos inorgánicos (bajo la línea)
Los limos orgánicos (LL de 30 a 50 ) se encuentran en la misma región que los limos inorgánicos de media compresibilidad Las arcillas orgánicas están en el mismo sector que los limos inorgánicos de alta Compresibilidad (bajo línea A con LL mayor de 50)
La línea U, es el límite superior entre el índice de plasticidad y el límite líquido
USDA
Tamaño de arena: 2.0 a 0.05 mm en diámetroTamaño de los limos: 0.005 a 0.002 mm en diámetroTamaño de las arcillas: más pequeño de 0.002 mm en diámetro
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