Apuntes de Geotecnia de ITOP

7/22/2019 Apuntes de Geotecnia de ITOP

1/79

ENXEERA DO TERREO 1.- CONCEPTO DE SUELO

1

TEMA 1. CONCEPTO DE SUELO

SUELO:

Jimnez Salas: Parte de la corteza terrestre afectada por las actividadeshumanas.

Escrio: Fase discontinua procedente de la alteracin de las rocas. Caquot: Materiales cercanos a las infraestructuras de ingeniera civil. Terzaghi: Agregado de partculas minerales separables por el agua. Road research laboratory: Conjunto de partculas con poros rellenos de aire y

agua.

DEFINICIONES BSICAS:

A partir de las definiciones de estos autores se puede dar una definicincorrecta de suelo, incluyendo los distintos aspectos sealados por los mismos. Deesta manera se podr definir:

Suelo como:

- Un conjunto formado por un esqueleto de partculas slidas y porosrellenos de agua y aire.

- Sin cementacin o poco cimentado.- Que ocupa la parte de la corteza terrestre donde se desarrolla la mayor

parte de la actividad humana y biolgica.

Roca como:

- Un agregado slido formado por uno o varios minerales que se encuentraocupando grandes extensiones de la corteza terrestre.

Macizo rocoso:

- Forma en la que se presentan las rocas en el medio natural. Un macizorocoso est compuesto por una o varias rocas (litotipos) que a su vez contienediversas discontinuidades: planos de estratigraficacin, fallas, juntas, pliegues yotros caracteres estructurales. Los macizos rocosos son por tanto discontinuidades

y pueden presentar propiedades heterogneas y/o anistropas.


2/79

ENXEER A DO TERREO 3. - CARACTERI STI CAS ELEMENTALES DE LOS SUELOS.

12

TEMA 3.- CARACTERSTICAS ELEMENTALES DE LOSSUELOS.

AIRE.-

Su porcin depende de la del agua. Reduce la resistencia del suelo. Favorece la actividad biolgica. La compactacin reduce su porcin. Si aumenta el aire se produce esponjamiento. El contenido en aire = v

v v v

aire

solido aire agua+ +

Porosidad = v vaire aguasolido aire aguav v v

+

+ +

ndice de poros = v vvaire aguasolido+

AGUA.-

El agua influye de manera muy importante en el comportamiento del suelo: Cambia la resistencia al esfuerzo cortante. Puede ser causa de desintegracin o movimiento del terreno. Puede provocar aumento del volumen. Lleva sales disueltas que puedan actuar sobre los slidos.

Se pueden diferenciar dos tipos de influencias bsicas del agua sobre el suelo.

1.- Por su carcter lquido:-Cohesin .

-Succin.-Entumecimiento.-Retraccin.-Plasticidad.-Compactacin.

2.- Como disolvente de sales:

- Sales disueltas.- Acidez de las aguas.- Bases de cambio.


3/79


13

AGUA COMO LQUIDO:

1.- COHESIN:

Unin de partculas por el agua. Hay tres teoras:

Teora de cohesin por el agua:

1.- HAYNES.-Suelo ideal, formado por esferas y con baja humedad. La fuerza de atraccin

entre partculas es:

F2 aT

1 tg2

=

+

2.- NICHOLS.-Estudia lo mismo para 2 partculas laminares de arcilla, separadas por una

distancia dy con superficie r.

F = Krt

d4

En este caso y en general:FNichols >>>> Fhaynes.

3.- RUSSEL.-Tiene en cuenta los iones disueltos en el agua, poniendo de manifiesto la

influencia de los mismos en los fenmenos de cohesin de las arcillas.


4/79


14

2.- ENTUMECIMIENTO.-

Aumento de volumen con absorcin de agua al disminuir la carga a que estsometido.

3.- RETRACCIN.-

Cuarteamiento por desecacin. Al disminuir la humedad llega un momento enque el volumen de suelo no disminuye con la perdida de agua (lmite de retraccin).

4.- PLASTICIDAD.-

Se debe al efecto lubricante del agua sobre las partculas y depende del tamaode las mismas y de la cantidad de agua presente.

5.- COMPACTACIN.-

Aumento de la densidad como consecuencia de la reduccin de poros, vaexpulsin de aire y/o agua.

AGUA COMO DISOLVENTE:

Las aguas ms o menos puras disuelven sales en su camino por el subsuelo.

SALES DISUELTAS.-

Pueden atacar al suelo o a las construcciones. Sulfatos de Na, Mg, y Ca.Cristalizacin de sales.Corrosin de metales.Ataque a cementos o hormigones ( Ca(OH)2; Aluminados)


5/79


15

ACIDEZ DE LAS AGUAS.-

Si el agua se hidroliza (H2O H+ + OH- ) por la presencia de otros elementos, dalugar a soluciones cidas o bsicas ms reactivas con ciertos elementos del suelo.

BASES DE CAMBIO.-

Son los iones metlicos de la disociacin de sales que pueden ser absorbidas porpartculas de suelo.

MATERIA SLIDA.

Puede ser orgnica o inorgnica:

ORGNICA:

Procede de la descomposicin de seres vivos.Forma capas de poca profundidad.La capacidad de carga del suelo disminuye al aumentar su descomposicin.Tiene textura esponjosa, acidifica el suelo y el agua es muy dbil mecnicamente.

Se considera un suelo afectado por su presencia para concentraciones mayores del4%.

INORGNICA:

Procede de la erosin fsica y qumica de las rocas. Est condicionada por: roca de origen, topografa, edad geolgica, vegetacin,

clima,... Las partculas se clasifican por su tamao, forma y composicin mineralgica.

Para determinar el tamao de las partculas teniendo en cuenta la variedad de susformas se define el dimetro equivalente de una partcula como el dimetro de unaesfera que cae a travs de un lquido a la misma velocidad que la partcula.

La ecuacin de Stockes relaciona el radio, el peso especfico y la velocidad conque desciende una partcula a travs de un lquido de viscosidad conocida.

vgr

=2( 2

9

s w)


6/79


16

donde:

v = velocidad de cada.S = densidad de la partcula.

L = densidad del lquido.g = gravedad (cm/s2).r = radio (cm). = viscosidad del lquido en poises.

1 poise = 1 gr/cms

TAMAO DE PARTCULAS.

En funcin del dimetro equivalente se diferencian:

Gravas Dimetro equivalente > 2mmArenas 2mm > deq > 0,02mmLimos 0,02 > deq > 0,002mmArcillas 0,002 > deq

GRAVAS.-

Provienen de la desintegracin de las rocas. Transporte por arrastre de agua.

ARENAS.-

Composicin silcea o calcrea. Inertes, ni cohesivas ni plsticas. No presenta ni succin ni entumecimiento. Son, en general, permeables. Estables por rozamiento interno. Transporte por agua o viento. La estabilidad de las arenas se debe a la interaccin mecnica entre las partculas

(rozamiento interno)


7/79


17

LIMOS.-

Son materiales inertes, poco plsticos y de baja cohesin. Pequeo entumecimiento y retraccin. Estables por rozamiento interno. Proceden de la erosin fsica (son arenas finsimas ).

ARCILLAS.-

Son silicatos de alumina hidratados. Proceden de la descomposicin fsico-qumica.

Presentan forma laminar con grandes relaciones

Area

Volumen Son plsticas en presencia de agua. Absorben el agua de la superficie. Son bsicamente impermeables. Originan succin, entumecimiento y retraccin. Se consolidan muy lentamente. Poseen menos bases alcalinas y slice, que las rocas de origen. Actan como ligantes del resto de materiales.

NOTA:Los nombres grava, arena, limos y arcillas denotan tamao de partculas pero

tambin tipos de suelo.

MINERALES DEL TIPO DE LAS ARCILLAS:

Debido a sus peculiaridades fsico-qumicas presentan comportamientos variablesque pueden originar peligros cuando se utilizan como zona de cimentacin.

Qumicamente son silicatos de alumina ( Mg, Fe ) hidratados. Los tomos se ordenan en capas de slice y alumina. Una capa de slice est constituida por tetraedros con oxgeno en los vrtices y

silicio en el centro. Una capa de alumina est ordenada en octaedros con hidroxilos en los vrtices y

aluminio en el centro. Segn la disposicin de las capas de slice, alumina y los enlaces se diferencian tres

conjuntos bsicos de minerales de las arcillas:

CAOLINITAS:


8/79


18

Constituidas por una capa octadrica y una capa tetradrica. Las molculas se unen por enlace de hidrgeno y forman partculas hexagonales. Forman arcillas muy estables de estructura inexpandible y que no absorben agua

apenas, son moderadamente plsticas y no presentan salvo impurezas expansin ohinchamiento al saturarse.2,6 < densidad < 2,68

MONTMORILLONITAS:

Su molcula se compone de una lmina octadrica entre dos tetradricas. Las molculas se unen por dbiles enlaces dipolares de agua y iones metlicos. Es inestable en presencia de agua, siendo muy cida o reactiva con esta, por lo que

tiene gran tendencia a la expansin, hinchamiento y entumecimiento. Posee muy elevada plasticidad originando esta fenmenos de retraccin, contracciny agrietamiento al desecarse.

Es un basamiento muy malo en obras de ingeniera por lo que se debe evitar. Los taludes de estos materiales fluyen y deslizan fcilmente. Las bentonitas (= cenizas volcnicas) se usan para tapar fugas de depsitos y canales

como lodos de perforacin. Las sepiolitas se utilizan como lecho para gatos. Densidad: 2,20 < densidad < 2,70 Son las arcillas de expansin por excelencia.

ILLLITAS:

La unidad estructural es anloga a la de las montmorillonitas con algunos cambiosqumicos.

Forman agregados de partculas con facilidad. Tienen menos afinidad por el agua y una capacidad de hidratacin ms limitada. Las propiedades de expansin son intermedias entre las caolinitas y las

montmorillonitas. Densidad entre 2,64 y 3,00 Unidas por enlaces de potasio.

IDENTIFICACIN DE LOS MINERALES ARCILLOSOS.-

La forma de las partculas se determina con microscopio electrnico.La ordenacin atmica se determina con mtodos de difraccin de rayos X, que

permiten medir espaciados atmicos entre planos, espesor de lminas,...


9/79


19

La muestra se muele, se somete a un haz de rayos X y el haz difractado se registra enuna pelcula sensible. Cada lnea difractada se corresponde a una reflexin de cadauna de las series de planos atmicos del mineral.

El anlisis termal diferencial mide el efecto de las altas temperaturas sobre las arcillas,

donde cada mineral tiene una mas o menos caracterstica.

CAMBIO DE BASES.-

Si un mineral contiene muchas bases (ej: Na+) y se somete a la accin de un lquidoque lleve disueltas otras (ej: K+) el mineral y el lquido intercambian estos cationesen las montmorillonitas y en las caolinitas es menos claro.

Por ello se pueden utilizar como depuradores de lquido o correctores de sueloscidos.


10/79

ENXEER A DO TERREO 4. - GRANULOMETRI A DE LOS SUELOS

20

TEMA 4.- GRANULOMETRA DE SUELOS

CLASIFICACIN DE LAS PARTCULAS DE LOS SUELOS POR SUTAMAO.-

En las clasificaciones basadas en las caractersticas granulomtricas de los suelos se

distinguen las distintas fracciones por el nombre de algunos tipos de suelos, como arena

gruesa, limo medio, etc.

Las divisiones corresponden a cambios importantes en las propiedades de los suelos

y las distintas fracciones son reconocibles a simple vista o mediante ensayos de camposencillos.

Podemos dividir los suelos en gravas, arenas, limos y arcillas.

Diferencia entre gravas y arenas:

Gravas (>2mm)

- Los granos no se apelmazan aunque

estn hmedos, debido a la pequeez de

las tensiones capilares.

- Cuando el gradiente hidrulico es

mayor que 1, se produce en ellas flujo

turbulento.

- Es difcil perforar un tnel en gravas

con agua mediante aire comprimido

porque la prdida de aire es muy alta.

Arenas (0.06-2mm)

- Los granos se apelmazan si estn hmedos,

debido a la importancia de las tensiones

capilares.

- No se suele producir en ellas flujo turbulento

aunque el gradiente hidrulico sea mayor que 1.

- El aire comprimido es adecuado para perforar

en ellas.

Diferencia entre arenas y limos:

Arenas (0,06-2mm)

- Partculas visibles.

- En general no plsticas.- Los terrones secos tienen una ligera

Limos (0,02-0,06mm)

- Partculas invisibles.

- En general, algo plsticos.- Los terrones secos tienen una cohesin


11/79


21

cohesin, pero se reducen a polvo

fcilmente entre los dedos.

- Fcilmente erosionables por el viento.

apreciables, pero se pueden reducir a polvo con

los dedos.

- Casi imposible de drenar mediante bombeo.

- Los asientos suelen continuar despus de

acabada la construccin.

Diferencia entre limos y arcillas:

LIMOS (0.002-0,06)

- No suelen tener propiedades coloidales.

-A partir de 0,002 mm y a medida que

aumenta el tamao de las partculas, se va

haciendo cada vez mayor la proporcin de

minerales no arcillosos.

- Tacto spero.

- Se secan con relativa rapidez y no se pegan

a los dedos.

- Los terrones secos tienen una cohesin

apreciable, pero se pueden reducir a polvo

con los dedos.

ARCILLAS (


12/79


22

60%

10%

DISCONTINUA E

UNIFORME

Elcoeficiente de curvatura es:

( )C

D

D Dx=

30

2

60 10

CURVA DISTRIBUTIVA DE FRECUENCIA O HISTOGRAMA:

Permite observar las cantidades de material de un determinado tamao.

Representa en abscisas los dimetros a escala logartmica y en ordenadas los

porcentajes de material de un dimetro determinado.

Sera la densidad de la curva anterior con respecto al dimetro:

Cd C

d D

d

a=

( )

(log )

CURVAS GRANULOMTRICAS TIPO:

ANLISIS GRANULOMTRICO.

Los suelos no son homogneos, presentan partculas de muy diversos tamaos,

formas y componentes.

Este anlisis condiciona el comportamiento geotcnico del suelo.

Estos anlisis se realizan por: tamizado y sedimentacin.

D60 D10

CONTINUA DE VARIASCONTINUIDADES EN

ESCALERA


13/79


23

TAMIZADO.

Consiste en ir pasando la muestra de suelo a travs de una serie de tamices con

ancho de malla decreciente, pesando la cantidad contenida en cada uno de ellos.

Se aplica a tamaos gruesos, superiores a 0,1 mm.Las partculas se consideran de un tamao igual a la abertura o ancho de malla del menor

tamiz que permite el paso.

Es necesario secar previamente la muestra.

SEDIMENTACIN.

Consiste en estimar el porcentaje de un determinado tamao de partculas del suelo

en funcin de su velocidad de sedimentacin en un lquido segn la ley de Stockes.

Se aplica a tamaos finos, < 0,1mm.En funcin del tamao de los granos, se producir la sedimentacin de los mismos a

diferente velocidad. La densidad de la suspensin vara en funcin de la profundidad.

Existen dos mtodos, el del densmetro (ms utilizado) y el de lapipeta (ms exacto,

pero mucho ms complicado y caro). Se estudia el primero.

MTODO DEL DENSMETRO:

Se prepara una disolucin de agua destilada con hexametafosfato de sodio paradesagregar los granos de material apelmazados y se vierte en ella el material del suelo que

haya pasado el tamiz N 200 (74 m).

Se utiliza un densmetro con gradacin de densidad cada 0,0005 gr/cm3. Desde

0,995 hasta 1,030 g/cm3.

Se agita adecuadamente la suspensin, se sumerge suavemente el densmetro y se

realizan lecturas de la densidad de la suspensin y localizacin del centro de gravedad del

densmetro a intervalos de tiempo prefijados.

Segn la ley de Stockes:

d

trs l=

2

92( )

De donde:

Dd

t2 18=

( )s l


14/79


24

Donde:

d = profundidad a la que se encuentran las partculas.

t = tiempo transcurrido desde el final de la agitacin.

l = peso especfico del lquido.S= peso especfico de las partculas slidas.g = gravedad.

r = radio de la partcula.

D = dimetro de la partcula.

As a la profundidad d, en un tiempo t, solo existen partculas de dimetro

equivalente < a D.

Clculo del porcentaje de partculas de elementos de dimetro < D:

p 100V

PR I=

s

s ll( )

donde:

v = volumen de la suspensin en cm3.

P = peso del suelo seco en gr.

P = porcentaje de partculas de dimetro < a D.

R = lectura del densmetro que en realidad es la relacin entre el peso especfico

de la suspensin en el punto en el que se encuentra el centro de gravedad del densmetro yel lquido.

R = /

Conocidos p y D a travs de las expresiones anteriores obtendr un nuevo punto de

la curva. Realizndose medidas en diferentes momentos obtendr varios puntos.

CAUSAS DE ERROR.

La ley de Stockes es vlida exclusivamente para velocidades de sedimentacin muy

lentas, sin turbulencias, partculas entre 0 y 100 m.

Las medidas no son esfricas.

Las medidas son ocasionalmente falseadas por la agitacin y las pequeas

variaciones de la temperatura a la que se realiza el ensayo.

Es necesario calibrar cada poco tiempo el densmetro.

En ocasiones se producen gradientes de densidad diferentes a uno o otro lado deldensmetro produciendo errores no deseados.


15/79


25

CURVAS GRANULOMTRICAS.

Los resultados de los anlisis granulomtricos se representan grficamente en curvas

granulomtricas.Se representa:

Abscisas: dimetro de las partculas (log)Ordenadas: % en peso de las fracciones.

En la prctica lo que se determina segn los mtodos indicados, es el peso de la

cantidad retenida para cada tamiz y por tanto la fraccin que pasa un determinado tamiz, es

la suma de todas las fracciones de tamao menor al ancho de malla de dicho tamiz.

Se suelen representar los porcentajes de suelo que pasan cada tamiz, de manera

acumulativa, por lo que la curva suele llamarse curva granulomtrica acumulativa.

CURVA GRANULOMTRICA ACUMULATIVA.

En abscisas utiliza los dimetros en escala logartmica.En ordenadas representa el % de material que pasa (cernido), o invirtiendo el eje,

porcentaje de material que no pasa (retenido).Permite observar cual es la granulometra

mayoritaria en el suelo, y como se ver ms adelante su clasificacin. Asimismo permite

observar si un suelo es muy uniforme o por el contrario est bien clasificado.

REPRESENTACIN DE LOS RESULTADOS DEL ANLISISGRANULOMTRICO:

Los resultados del anlisis granulomtrico de los suelos se suelen representar en

forma acumulativa.En abscisas se llevan los dimetros de las partculas en mm, y en ordenadas el % de

partculas de dimetro inferior al considerado.

NDICE DE DISPERSIN.-

Para clasificar por tamaos las partculas gruesas, el mtodo ms adecuado es el

tamizado.

Los tamices suelen denominarse por nmeros que se refieren a escalas establecidas.

Los que estn corrientemente en uso suelen basarse en la ley de Stockes, segn lacual la velocidad de cada de una esfera sumergida en un fluido es igual a:

v Ds w

=

182

donde:

v = velocidad de cada de la esfera.

s = peso esp. del material de la esfera.

w = peso esp. del agua.

D = dimetro de la esfera.

= coeficiente de viscosidad.


16/79

ENXEER A DO TERREO 5. - PLASTI CI DAD DE LOS SUELOS.

26

TEMA 5.- PLASTICIDAD DE LOS SUELOS

PLASTICIDAD.-

Es la propiedad que permite al material sufrir deformaciones sin recuperacin elsticaperceptible y sin resquebrajarse ni desmenuzarse.

Se puede definir tambin como la aptitud de un suelo para cambiar de forma (sufrirdeformaciones) bajo carga constante (sin cambio apreciable de volumen).

Es caracterstico de los suelos cohesivos, esto es, aquellos que tienen un apreciableporcentaje de partculas de arcilla.

Esto se debe a la pelcula de agua de la que se rodean las partculas de arcilla y quepermite el deslizamiento y rotacin de unas partculas sobre otras (teora de Nichols y

Rusell ) sin producirse rotura de enlaces.

LMITES DE ATTERBERG:

Existen diversos mtodos para estimar objetivamente la plasticidad de un suelo, pero elms utilizado por su sencillez es el de los lmites de Atterberg.

Estos ensayos, lmite lquido y lmite plstico determinan la humedad a la que un suelopasa del estado lquido al plstico y de este a slido, y dependern en general de lacantidad y tipo de arcilla que se encuentren en cada suelo.

El fundamento est en que la cohesin de un suelo depende de su grado de humedad.Cuando esta es muy grande, este se convierte en un lquido (incapaz de resistir

esfuerzos cortantes) mientras que para suelo seco se convierte en un verdadero slido.

As Atterberg defini hasta 4 tipos de suelos en funcin de su humedad:- Lquido.

- Plstico.

- Slido blando.- Slido duro.

LIQUDO.-

Suelo saturado, partculas totalmente rodeadas de agua y aisladas de las otras, fcil

deslizamiento.


17/79


27

PLSTICO.-

Menor cantidad de agua, pero an bastante, permite el deslizamiento de las

partculas, disminuye la lubricacin y aparecen tensiones capilares.

SOLIDO.-

Al disminuir an ms la cantidad de agua desaparece la pelcula de lquido que

rodea las partculas y el rozamiento interno aumenta.

La separacin entre estos 4 estados la realiz Atterberg mediante lmites entre los

estados lquido y plstico ( lmite lquido ); plstico y slido blando ( lmite plstico ); y

slido blando y slido duro ( lmite de retraccin ).

Estos lmites pueden definir de la siguiente forma:

LMITE LQUIDO.-

El lmite lquido de un suelo es el porcentaje de humedad con el cual el suelo est

en un estado suficientemente lquido para fluir una cantidad determinada mientras se le

sacude ligeramente 25 veces en la cuchara Casagrande. Es el porcentaje de agua

correspondiente al paso del estado lquido al plstico.

LMITE PLSTICO.-

Es el porcentaje de humedad con el cual se puede moldear un bastoncillo de suelo

sin que se rompa hasta que tenga 3 mm de dimetro. Es el porcentaje de agua

correspondiente al paso del estado plstico al slido blando.

A partir de estos lmites se definen una serie de ndices que nos darn una idea del

nivel de plasticidad del suelo.


18/79


28

NDICE DE PLASTICIDAD ( IP ).-

Diferencia numrica entre lmite plstico y lmite lquido que ndica el margen de

humedades dentro del cual el suelo se comporta plsticamente.

NDICE DE CONSISTENCIA ( IC ).-

Se obtiene por comparacin del lmite lquido frente a la humedad natural ( w ) y

es igual a:

IcLL wIP

=

Nos da una idea de la consistencia de una arcilla y sirve como medida de laconsistencia del suelo.

Suelo pastoso = IC < 0,25

Suelo blando = 0,25 < IC < 0,5

Suelo consistente = 0,5 < IC < 0,75

Suelo semiduro = 0,75 < IC < 1

Suelo duro = IC > 1

NDICE DE FLUIDEZ.-

Es la humedad que excede del lmite plstico expresada en funcin del ndice de

plasticidad y en porcentaje igual a:

If

w LPIP

=

100

Vara entre 0 y 100 y cuanto mayor sea el comportamiento del suelo se acerca ms

al de un lquido.Tambin se denomina ndice de liquidez.

Obsrvese que:

Si LL = w , entonces If= 100El suelo se comporta como un lquido.

Si LL < w < LP, entonces 0 < If< 100Cuanto mayor sea este ndice ms fluido ser el material.

Si w < LP, entonces If< 0


19/79


29

Suelo slido.

LMITE DE RETRACCIN.-

Es el contenido de humedad por debajo del cual el suelo, al secarse, no disminuye

apreciablemente su volumen.

Al perder agua una arcilla saturada pierde agua, el volumen disminuye en una

cantidad proporcional al volumen de agua perdida.

A partir de ciento punto, durante el estado de desecacin, el aire comienza a entrar

en el suelo y el volumen decrece menos del agua perdida.

Cuando el suelo est muy seco los cambios en la humedad solo ocasionan

ligersimos cambios de volumen.

Aunque esta transicin es gradual se puede deducir un lmite terico por debajo delcual las disminuciones de humedad no originan disminuciones de volumen.

DIAGRAMA DE CASAGRANDE.-

Permite clasificar la parte de finos de los suelos, en funcin de sus caractersticas

plsticas.

Separa a los grupos por su composicin:

C = Arcillas ( clay )M = Limos ( mud )

O = Orgnico

y por su compresibilidad:

H = LL > 60 alta compresibilidad

I = 35 < LL < 50 intermedia

L = LL < 35 baja

MINERAL.-


20/79


30

1. Cientficamente: sustancia inorgnica, natural, de composicin qumica

determinada y estructura espacial definida.

2. Tcnicamente: toda sustancia de origen natural cuya explotacin produce un

beneficio.

ROCA.-

Agregado mono o poliminerlico, normalmente consistente y que ocupa grandes

extensiones de la corteza terrestre.

Masa de material natural, de semidura a dura, compuesta de uno o varios

minerales, ocupa grandes extensiones.

Mtodos de formacin:

Enfriamiento del magma. Precipitacin de materia inorgnica contenida en el agua. Deposicin de esqueletos animales. Condensacin de un gas que contenga partculas minerales. Calor y fusin aplicada a rocas preexistentes.Clasificacin:

Igneas. Sedimentarias. Metamrficas.Se clasifican petrogrficamente.

La sola clasificacin geolgica de una roca no es suficiente para prever sus

caractersticas geolgicas, ya que puede estar meteorizada. Por ejemplo: el granito puede

aparecer como xabre o muy alterado o fracturado.

Para definir el comportamiento geolgico de una roca hay que explicar :

1. Estructura primaria, composicin mineral y formacin geolgica a la que pertenece.2. Grado y naturaleza de las alteraciones.

3. Caractersticas de dureza y debilidad.

4. Efecto de la meteorizacin.

5. Procesos persistentes que pueden causar otros cambios.

6. Caractersticas de la superficie.

Parmetros importantes:

TEXTURA:

Es la ordenacin de sus granos o partculas visto en una fractura reciente.


21/79


31

Las rocas gneas con cristales grandes tienen textura fanertica. Si tienen grano fino ( no apreciable sin lupa ) son de textura afantica. Cuando hay grandes cristales sobre un fondo afantico la roca es un porfido. En rocas sedimentarias esta composicin es un conglomerado.

ESTRUCTURA:

Describe la ordenacin relativa de las caractersticas ms pronunciadas en laroca, tanto microscpicamente como macroscpicamente.

Una estructura vesicular en rocas gneas se caracteriza por pequeas cavidades. Si hay grandes cavidades se puede mineralizar constituyendo geodas. Una caracterizacin estructural mineralgica es el diaclasado o fisuras abiertas y

cerradas segn direcciones preferentes.

las fracturas se dividen en diaclasas y fallas.TRAMA O PETROFBRICA:

Es el esquema espacial de las partculas de la roca. Define forma y tamao, orientacin, microfracturacin, empaquetamiento, etc de

los planos.

ROCAS IGNEAS:

Se han formado en la superficie de la tierra o en diversas profundidades porcristalizacin del magma.

Pueden ser:

- Intrusivas o plutnicas: cristalizacin lenta, a mucha profundidad, bajo presin.

- Hipoabisales o filonianas: magmas que cristalizan a profundidad intermedia.

- Efusivas, extrusivas o volcnicas: cristalizan en superficie muy rpido, a presin

atmosfrica.

ROCAS SEDIMENTARIAS:

Se caracterizan por su estratigraficacin y por contener fsiles.

Se pueden clasificar por el tamao de grano o por sus compuestos minerales.

Los granos o fragmentos aparecen ligados por una matriz arcillosa o por un

cemento.

La cementacin de una roca incoherente se hace por:

1. Infiltracin de aguas portadoras de agentes qumicos.

2. Desintegracin de algunos minerales constituyendo otros que tienen efecto

cementador.

TIPOS:


22/79


32

Detritas:- Ruditas: ( conglomerados o pudingas, brechas ).

- Areniscas.

- Lutitas.

Bioqumicas o qumicas.Orgnicas.

Los cementos ms comunes son:

- Silceo (SiO2): poco alterable.

- Carbonato (CaCO3): alterable por cidos.

- Arcilloso ( matriz ): alterable.

Algunas rocas en contacto con el aire y el agua sufren un desmoronamiento de

partculas al ceder su matriz arcillosa.

Se denomina cementos secundarios a los que rellenan huecos despus de que la

roca ya est consolidada.

ROCAS METAMRFICAS:

Se forman por recristalizacin completa o incompleta ( cambios de composicin de

los cristales ) de rocas gneas o sedimentarias por efecto de la temperatura, presin y

esfuerzos cortantes conjuntamente o por separado.

Sus caractersticas son estructuras laminares o foliceas reconocibles a simple vista

o en microscopio.


23/79

ENXEERA DO TERREO 6.- OTRAS PROPIEDADES DE LOS SUELOS

33

TEMA 6.- OTRAS PROPIEDADES DE LOSSUELOS

HUMEDAD NATURAL.-

Es la relacin del peso del agua al de la materia slida (relacin de masas) de unsuelo expresada en porcentaje:

wPaPs

MaMs

=100 100

DETERMINACIN EN LABORATORIO.-

Se toma una fraccin de muestra inalterada y se coloca en un portamuestraspreviamente pesado (P1). Se pesa el conjunto (P2).

Se introduce la muestra en una estufa a 105C y se deja 24 horas, luego se vuelve apesar (P3).

La humedad se obtiene como:

wP PP P

1002 33 1

=

donde:

P1 = peso del recipiente.P2 = peso del recipiente + peso suelo hmedo.P3 = peso del suelo seco + recipiente.

DETERMINACIN IN SITU.-

Bao de arena: el suelo se seca en bao de arena calentndolo mediante llama. Alcohol etlico: el agua se evapora por adicin de alcohol hasta que se sature la muestra. Pinmetro: se introduce la muestra en el pinmetro, se llena de agua desalojando el aire

por agitacin.

POROSIDAD.-

Es la relacin entre el volumen de vacos o poros de un suelo (Vv = Vw+Vs ) y su

volumen total ( V = Vv+Vs+Vw ).


24/79


34

Porosidad: es la relacin del volumen de vacos frente al volumen total nV

V

v=

Indice de poros: es la relacin del volumen de vacos respecto al volumen de slidos

e

V

V

w

s=

Humedad: relacin de la masa de agua frente a la masa de slido

INDICE DE POROS.-

Es la relacin entre el volumen de vacos o poros de un suelo (Vv = Vw+Vs ) y suvolumen de partculas slidas ( Vs):

eVV

v

s=

Entre el ndice de poros ( tambin denominado relacin de vacos ) y la porosidad sepueden obtener las siguientes relaciones:

eVV

v

s= =

+=

=

=

VV V

VV

V VV

VV

1VV

n1 n

v

v

v

v

v

v

Por lo tanto:

en

1 n=

y n

e1 e

=+

El uso del ndice de poros se justifica porque para un suelo con cantidades de aguavariables su denominador es constante por lo que resulta ms sencillo operar con el.

FACTORES DE VARIACIN DE NDICE DE POROS (e) Y DE POROSIDAD (n).

En suelos formados por sedimentacin el ndice de poros vara con la altura de cada ycon la intensidad de sedimentacin.

En general cuanto menor es la velocidad de cada menor es la porosidad. En suelos granulares esfricos segn Terzhagy 26 < n < 47 En arenas la porosidad depende de la forma y uniformidad de tamao de las partculas y

de la sedimentacin, suele variar entre 25-50%. En suelos arenosos se utiliza la densidad relativa para estimar su nivel de compactacin. Esta densidad relativa (Dr) se define como:

I Dre e

e ed0

0 min

= =

donde:Id = ndice densidad.e0 = ndice poros en el estado mas suelto.emin = ndice poros en el estado mas denso.e = ndice poros en el estado natural.


25/79


35

As esta densidad relativa depende de la sedimentacin y la compactacin a la que

estado sometido el suelo. En general al aplicar este ndice a la arcilla depende de la carga a la que est sometido,

esto es, ak buvek de compactacin y su consistencia relativa ( ndice de consistencia =LLw/Ip ).

Porosidad: es la relacin del volumen de vacos frente al volumen total nV

V

v=

Indice de poros: es la relacin del volumen de vacos respecto al volumen de slidos

eV

V

w

s

=

Humedad: relacin de la masa de agua frente a la masa de slido

HUMEDAD.GRADO DE SATURACIN.-

Se define como el porcentaje de vacos del suelo ocupados por agua, esto es la relacinentre el volumen de agua de un suelo frente al volumen de vacos ( agua + aire ).

SV

Vrw

V

= 100

Tambin se puede expresar como:

S

e

e e wrw s

w= = 100

donde:ew = Vw/Vvs,w, son los pesos especficos de las partculas slidas y del lquidow = humedad naturale = ndice de poros

PESO ESPECFICO ().- Se define en general como la relacin entre el peso y el volumen. As dentro de un suelo

se puede definir diferentes tipos de suelo, a saber:

Peso especfico de las partculas slidas (s): =P

V

s

s

Peso especfico in situ o aparente del suelo (): ss w

s w

P

V

P P

V V V= =

+

+ +

Peso especfico seco: dd

d

s

s d

d s

P

V

P

V Vsr n= =

+ = = 0 1( )

Peso especfico saturado (w): sat s s wn= ( )


26/79


36

Peso especfico del suelo con grado de saturacin (sr): Sr = %, por tantoPw=VvwSr sr= (1-n) s+nwSr

Peso especfico sumergido ():

DETERMINACIN DEL PESO ESPECFICO EN LABORATORIO.-

VOLUMEN:

Por desplazamiento de agua al sumergirlo en una vajilla. El volumen de muestraser el volumen de muestra ser el volumen desplazado menos el volumen de parafina quesuele envolver la muestra.

Mediante el clculo del peso sumergido de la muestra.Por el volumen desplazado de mercurio.

PESO:

Pesado en bscula de precisin. Para estimar el peso especfico seco se puede secar previamente la muestra en una

estufa. el peso especfico de las partculas slidad se puede estimar mediante el

picnmetro.Operaciones:

a) Pic. Vaco w1b) Pic + suelo seco w2c) Pic + suelo seco + agua ( llena de huecos ) w3d) Pic. + agua w4

Peso del agua rellena de huecos = w3-w2 Volumen de slido = Vagua- Vagua llena de huecos = w4-w1- ( w3- w2 )/w

s

ww w

w w w w=

+

( )2 1

4 2 1 3

DETERMINACIN PESO ESP. IN SITU.-

Se estima a travs del mtodo de la arena. Para aplicar este mtodo se utiliza en recipiente con vlvula lleno de arena. Se excava un agujero en le suelo de forma ms o menos geomtrica. Se llena el recipiente de agua y se pesa para estimar su volumen. Se llena el recipiente de arena y se pesa para estimar el peso especfico de la arena. Se llena el agujero de arena y de esta manera se estima el volumen del agujero. Se pesa la muestra de suelo obtenida en la perforacin del hueco y normalmente

conservada en la parafina.

w2-w1 peso de los slidos

w4-w1 peso del agua


27/79


37

MTODOS NUCLEARES (para determinar la humedad yla densidad).-

Son mtodos que adems permiten estimaciones en profundidad.

DENSIDAD:

Los rayos son radiaciones electromagnticas de energa intermedia. Cuando un rayo incide sobre un electrn orbital, se produce por un lado una liberacin

de energa y una desviacin de la radiacin . Es el efecto Comptom. Cuanto mayor sea la densidad de los materiales mayor ser la porcin de electrones en

el suelo y por tanto se producir un mayor grado de desviacin de la radiacin. Si en el suelo existe mucha agua habr que realizar una correccin por la influencia de

los iones H+. Existen dos mtodos: retrodispersin y atenuacin.

RETRODISPERSIN:

Se coloca una plantilla entre la fuente y el detector. La desviacin de los fotones hacia eldetector aumenta con la densidad del suelo. Aumenta la desviacin de fotones fuera deldetector y la cesin de energa a los fotones, por lo que requieren ser calibradas segn elsuelo a que se aplique. Ms comn.

ATENUACIN: Sin pantallas. Necesita dos sondeos. La intensidad recibida en el detector disminuye con

la densidad del suelo.

HUMEDAD:Cuando un haz de neutrones rpidos de alta energa choca con un tomo la perdida

de energa es mayor cuanto menor sea dicho tomo ( mxima para el hidrgeno = masa deun neutrn).

As el nmero de neutrones lentos liberados al lanzar un haz de neutrones es

proporcional a la cantidad de H que presente dicho suelo, y por tanto ( en general ) a lacantidad de agua.Se mide la cantidad de neutrones lentos liberados mediante un dispositivo del tipo

retrodispersin.Determinadas sustancias como la materia orgnica ( con elevado nmero de tomos

de H ), elementos qumicos como Cl, Br y las tierras raras pueden falsear las mediciones.

CONSISTENCIA Y SENSIBILIDAD DE LAS ARCILLAS.-


28/79


38

Las arcillas pueden clasificarse segn se consistencia en blandas, compactas,resistentes y duras. Se mide la consistencia a partir de la resistencia a compresinsimple.

La susceptibilidad es el efecto sobre la consistencia del amasado de arcillas, como

consecuencia de la rotura de su estructura. Una arcilla ser tanto ms susceptible cuantoms disminuya su capacidad de resistir cargas al ser amasadas. Por tanto se puede definircomo:

Ssistencia a compresion simple (arcilla inalterada)

sistencia a compresion simple (arcilla amasada)t=

Re

Re

A contenido de humedad constante.

EQUIVALENTE DE ARENA.-

Se trata de un ensayo de obra que es til para sealar la existencia de un materialgranular peligroso por contener exceso de finos ( elementos que pasan por el tamiz 200 dela A.S.T.M.).

Se toma una muestra de suelo y se disuelve en agua con desaglomerantes. Estadisolucin se introduce en una probeta normalizada donde se deja que repose durante 20minutos.

En la probeta se observar una zona mas alta de lquido limpio, una segundamanchada por arcilla y una inferior ocupada por los materiales granulares. Se miden lasalturas indicadas en la figura.

Se define el equivalente de arena (EA) como:EA

Lectura erior de la arena

Lectura erior de la arcilla=

sup

sup100

EA>75 = materia granular de calidad.EA


29/79

ENXEER A DO TERREO 8. - PROPI EDADES HI DRULI CAS DE LOS SUELOS

39

TEMA 8. PROPIEDADES HIDRULICAS DE LOS SUELOS.

AGUA EN EL TERRENO:

Agua de sedimentacin. Agua de infiltracin.

Nivel fretico:

Lugar geomtrico de puntos con presin de agua atmosfrica.

AGUA CAPILAR ( Presin negativa )NIVEL FRETICO

AGUA FRETICA ( Presin positiva )

LEY DE DARCY ( Conceptos previos ).-

Altura piezomtrica, potencial o carga hidrostticah z= + u

t

h = carga hidrosttica.z = altura de elevacinu = presint =presin del lquido

u

t

= altura de presin

Gradiente hidrulico

is lim= =

hs s

hs

0

Velocidad de flujoVector cuya componente en una direccin es el caudal que atraviesa la cantidad de

superficie perpendicular a la direccin.

v =q

s

v = magnitud del vectorq = caudal que atraviesa el tubo


30/79


40

s = rea de la seccin transversal de dicho tubo

Henry Darcy demostr experimentalmente, en el ao 1856, para el flujounidireccional del agua la siguiente ley:

v = ki

siendo k una constante de proporcionalidad que recibe el nombre de coeficiente depermeabilidad, y que tiene dimensiones de una velocidad.

La ecuacin anterior, extendida a tres dimensiones, toma la forma vectorial:

r

r

v = k h

En general, en un lquido newtoniano la ecuacin queda:r

r

v = -k

t h

= coeficiente de viscosidad del fluidot = peso especficok= constante de proporcionalidad que se llama permeabilidad fsica,

la unidad de carga de k en el sistema c.g.s. es el cm2.

Condiciones hidrodinmicas necesarias para que se cumpla la ecuacin:1.Medio poroso continuo.2.Aplicacin anlisis diferencial.3.Las fuerzas de inercia son despreciables respecto a las fuerzas de viscosidad,

como consecuencia el flujo es laminar.4.Los poros estn saturados.5.Existe proporcionalidad entre el esfuerzo de corte aplicado al fluido y la

velocidad de deformacin al corte.6.El slido poroso es rgido e istropo.

Suelos anistropos:

Los suelos anistropos que se representan en la naturaleza suelen tener tres planosortogonales de simetra que se cortan segn tres ejes principales x, y, z. Las ecuacionesequivalentes a las anteriores sern:

vx

= k h

xx


31/79


41

vy y

= k hy

siendo kx, ky y kz los coeficientes de permeabilidad en las

direcciones x, y, z, respectivamente.

vz = kh

zz

Validez de la ley de Darcy:

Nmero de Reynolds:

Diversos investigadores han encontrado que el valor del nmero de Reynolds, R , apartir del cual deja de cumplirse la ley de Darcy, oscila entre 1 y 12. En este caso, elnmero de Reynolds viene dado por la siguiente expresin:

R =0,6 v D

s

( )1 n

en la cual:v = velocidad de flujo

DS= dimetro de la partcula cuya superficie especfica es igual a la

del conjunto= densidad del fluido= coeficiente de viscosidad del fluido

Para nmeros de Reynolds superiores a 12 la importancia de las fuerzas de inerciaen el flujo hace que obtengamos la siguiente expresin:

i = a + bv2

Para nmeros de Reynolds comprendidos entre 60 y 12 el flujo se haceturbulento.

Suelos parcialmente saturados:

En los suelos parcialmente saturados existen dos fluidos en los poros: agua y aire.La ley de Darcy ha sido obtenida para un solo fluido, por tanto, no es aplicable, en

principio, en este tipo de suelos.

Las burbujas de aire taponan parte de los poros en que se encuentran, y nopermiten el paso del lquido cuando ste es el permeante. Por ello la permeabilidad al aguade un suelo parcialmente saturado suele ser menor que la del mismo suelo saturado. Por


32/79


42

este motivo, la permeabilidad de un suelo parcialmente saturado aumenta con el paso deltiempo durante el que est expuesto al paso del agua, porque su grado de saturacin vaaumentando a medida que ms y ms burbujas van siendo arrastradas por el agua, y amedida que el aire va siendo disuelto en el agua.

El coeficiente de permeabilidad de suelos parcialmente saturados aumenta alaumentar la presin del lquido, pues esto provoca un incremento en la cantidad de gasdisuelta y, por tanto, una disminucin en el espacio ocupado por burbujas gaseosas.

Sustancias arcillosas saturadas:

Para la ley de Darcy en los suelos arcillosos saturados hay dos teoras:

La primera teora dice que no comienza a circular agua hasta que el gradientehidrulico no supera un determinado umbral i0, y que a partir de ese momento la relacinentre v e y es aproximadamente lineal, de modo que la ecuacin se transformara en:

v = 0 para i< i0v = k(i-i0) para i >i0

La segunda teora dice que el coeficiente de permeabilidad aumenta con elgradiente hidrulico. La velocidad de flujo aumenta con el gradiente hidrulico segn unacurva hasta llegar a un valor i1 en que se convierte en una recta. La ecuacin se convierte

en:v = kim (m > 1) para i < i1v = k(i-i0) para i > i1

el cumplimiento de esta ecuacin depende del tipo de arcilla.

Influencia de la anisotropa en la permeabil idad:

De los resultados de diversos ensayos se deduce que la relacin entre laspermeabilidades horizontal y vertical de una arcilla aumenta con:

a) la mxima tensin efectiva vertical que ha sufrido la arcilla en el pasado.b) cada nuevo ciclo de carga.c) el porcentaje de friccin de arcilla.


33/79


43

DETERMINACIN DE LA PERMEABILIDAD EN ELLABORATORIO.-

PERMEMETROS:

La medida de la permeabilidad de un suelo se lleva a cabo en el laboratorio pormedio de permemetros. Entre los permemetros clsicos destacan el de carga constantey el de carga variable. Tanto uno como otro pueden ser de flujo ascendente odescendente.

Carga constante (permeable):

Segn la ley de Darcy, el coeficiente de permeabilidad viene dado por la frmula:

k =v

i

V H

S t h=

siendo:V = volumen de agua que atraviesa el suelo en el tiempo t.H = distancia entre piezmetros extremos.S = rea de la seccin de la muestra.t = tiempo.h = diferencia de nivel del agua en los piezmetros extremos.

Carga variable (impermeable):

El permemetro de carga variable se emplea slo para ensayos en suelosrelativamente impermeables.

-sdh = khH

Sdt

Integrando entre 0 y t1 , resulta:

k = H sS

1t

ln hh1

0

1

Influencia de la temperatura:La temperatura tiene, a travs de la viscosidad, una influencia importante en el

coeficiente de permeabilidad. Por ello, la temperatura del agua debe controlarse durante elensayo. Si el ensayo se realiz a una temperatura t1, y a nosotros nos interesa conocer elcoeficiente de permeabilidad a una temperatura t2, empleamos la relacin:

k kt tt

t1 2 1

2=


34/79


44

siendo t1 y t2 los coeficientes de viscosidad a estas dos temperaturas.Presin efectiva:

Presin intergranular: i

Ni

S=

Presin total: = NS

Presin efectiva:

( )

==

=

=

=

N

iu

s

S

s

S

iu

u

u S - s + Ni

1

0

SIFONAMIENTO.-

En la figura se representa un permemetro de carga constante y flujo ascendente.Se supone que existe una rejilla en la parte inferior de la muestra de arena, pero no en la

superior, y que no hay friccin en las paredes del recipiente.Por ser la muestra de seccin constante, la velocidad de flujo tambin lo es. Portanto, el gradiente hidrulico tambin debe ser constante segn la ley de Darcy, y por tantola ley de presiones neutras debe ser lineal.

El sifonamiento se produce cuando se anulan las presiones efectivas.En cuanto a la ley de presiones totales se halla a partir de los pesos de los

materiales situados encima de cada capa de arena.La ley de presiones efectivas se halla por diferencia.Si continuamos subiendo el nivel de agua en la rama de la izquierda, llegar un

momento en que las presiones efectivas se anularn simultneamente en toda la masa dearena. En ese instante, la masa de arena perder toda consistencia y dar la impresin deentrar en ebullicin.Este fenmeno se producir cuando:

H h H saturado

w

+ =

Esta es la condicin de ebullicin o sifonamiento (arenas finas).Operando:

h H H H sat

w

sat

w

= =

1


35/79


45

Se define gradiente crtico como el gradiente hidrulico para el cual se produceeste fenmeno:

iu

Hcsat

w wsat w

= = =

=

1

ENSAYO SCHERARD O DE EROSIN INTERNA:

Se prepara la muestra en un molde Harward de 38mm de longitud.Se compacta en 5 capas ( 16 golpes de pistn de 6,8 kg ).Contenido de humedad prximo al lmite plstico.Se hinca el tapn cnico y se realiza un conducto de 1mm de dimetro.Se procede a hacer pasar agua con diferente altura piezomtrica 50,180 y 380 mm. En cadaescaln se deja pasar agua durante 5 10 minutos, midindose el caudal y la turbidez delagua.

1.- Si bajo la carga de 50 mm el agua sale turbia, al cabo de 10 minutos, con uncaudal de 15 cm3/s, indica que el suelo es muy dispersable. Se desmonta el aparato y seobserva el dimetro del tubo que ser normalmente de 2 a 2,15mm.

Si a los 5 minutos el agua sale clara y el caudal es bajo (1cm3/s) se pasa a

h=180mm.

2.- Bajo la carga de 180 mm, como antes, continuar hasta 10 minutos si el aguasale turbia y el caudal aumente ahora hasta 2,0 cm3/s. Si es as desmontar el aparato yobservar el agujero, que ser mayor, entre 4 y 7,5 mm de dimetro. El suelo es dispersable,aunque no tanto como en el caso anterior.

Si con los 180 mm de carga el agua sigue saliendo clara o casi clara, y a los 5minutos el caudal est estabilizado, generalmente por debajo de 1,5 cm3/s, aumentar lacarga a 380 mm.

Si el agua sigue saliendo clara y a los 5 minutos el caudal est estabilizado a unnivel inferior a 3,5 cm3/s, desmontar el aparato y observar el agujero, que tendr undimetro en general inferior a 2 mm. El suelo ser clasificado como poco dispersable.

3.- Si con los 380 mm de carga el agua sale turbia y no se aclara hasta los 10minutos, y el caudal aumenta hasta estabilizarse en 3 cm3/s, y luego el suelo tiene undimetro bastante mayor de 2 mm, el suelo se calificar de medianamente dispersable.


36/79


46

TENSIN SUPERFICIAL.-

Se explicaba por la tensin aparente en una membrana elstica que se supona que

exista. En realidad no existe, ya que la causa de estos fenmenos es la atraccin de lasmolculas, sin embargo, esta explicacin permite obtener resultados cuantitativamenteexactos.

Si se tiene una membrana con una presin interior superior en p a la exterior,tenemos:

ps R R

= +

1 1

1 2

Si el radio de curvatura es igual en toda las direcciones:

p sR

=2

CAPILARIDAD. ASCENSIN DEL AGUA EN TUBOSCAPILARES.-

Se observa sumergiendo una parte de un tubo capilar (de dimetro muy pequeo)en agua.

Se debe a que las molculas de agua y vidrio se atraen entre s ms que las deagua entre ellas.

El agua asciende hasta una altura hc , observndose un menisco en la zona alta.hc es la altura de ascensin capilar.El menisco es cncavo y se une a las paredes del tubo formndose un ngulo ,

que depende del tubo e impurezas de la pared.En la figura la presin en P, Q y M es igual entre si e igual a la atmosfrica.En N la presin ser negativa e igual a:

u s

RN

= 2

Expresando la igualdad de alturas piezomtricas entre Q y N se tiene:uN = hcw

de estas dos ecuaciones sacamos:

hc

s

Rw

=2

por otro lado:

r = RcosPor tanto:


37/79


47

hc r

s

w

=2

cos

CAPILARIDAD EN SUELOS.-Al contrario que en los tubos capilares los huecos en suelos tienen ancho variable

y se comunican entre s formando un enrejado. Si este enrejado se comunica por abajo conel agua, su parte inferior se satura completamente. Ms arriba el agua solo ocupa loshuecos pequeos y los mayores quedan con aire.

La ascensin del agua por los poros de una arena seca se pueden estudiar en ellaboratorio.

hc = altura capilar de un suelo, se puede estimar hc en centmetros o mediante:

hc

C

eD=

10

SUCCIN.-

Todo el agua situada sobre el nivel fretico est a presin inferior a la atmosfrica(presin negativa).

Donde los meniscos tocan los granos de suelo, las fuerzas capilares actancausando presiones granulares en los huecos del suelo que tienden a comprimirlos. Es lallamada presin capilar.


38/79


48

Esta presin aumenta la resitencia al corte de los suelos haciendolos muyconsistentes ( ej : playas de Daytona, taludes verticales,...)

Si sumergimos el suelo en agua estas presiones desaparecen (resistencia detraccin del agua es muy alta ).

Se denomina SUCCIN a la diferencia entre la presin de aire y la de agua (uw).Se define pF = log10 (succin) = log10 (ua-uw)

donde ua y uw se expresan en cm de agua.El valor mximo medido del pF es del orden de 7, y corresponde a una arcilla

desecada a 110C.

DISPOSITIVOS DE MEDIDA DE LA SUCCIN:

1. PLACA DE SUCCIN (0 < pF < 3).-

Se coloca la muestra de suelo semisaturado sobre una placa de vidrio saturado.

Se aplica vaco o succin mediante una bomba de vaco. El valor de la succinvendr dado por la suma de den altura de columna de mercurio y l en altura de columnade agua.

Cuando la muestra se haya equilibrado se mide la humedad. As se obtiene unacurva de succin frente a humedad. Para medir directamente la succin a una determinadahumedad se adopta un dispositivo que permite variando la succin de la bomba de vacoque no haya transferencia de agua entre la muestra y la placa. Ese valor de succin ser elde muestra.

2.- MEMBRANA DE PRESIN ( 2 < pF < 6,18 ).-

Se encierra la muestra en una cmara de presin estanca al aire y se pone encontacto con una membrana de celulosa permeable al agua y saturada. El agua se mantienea presin atmosfrica se eleva la presin de aire en la cmara y por tanto en el aire de los

poros del suelo. Produciendose una transferencia de humedad de muestra a membranahasta el equilibrio. En equilibrio Pw = atmosfrica y la presin de agua aplicada ser lasuccin.

VARIACIN DE LA SUCCIN CON LA HUMEDAD DEL SUELO:La succin decrece al aumentar la humedad.


39/79


49

Sin embargo la succin es mayor cuando un suelo pasa de humedo a seco quecuando pasa de seco a humedo.

Si se amasa la muestra antes de cada determinacin esta variacin no se observa.Esto indica que este tipo de divergencias son causadas por la diferente forma de los

meniscos para una misma humedad.Al secarse una arcilla, sus lminas se agrupan formando libros; al humedecer denuevo, resulta que, para una misma humedad, es como si la arcilla estuviera formada por

partculas de mayor tamao, pues los libros no se abren con facilidad. Ello explica elmenor valor de la succin durante la rehidratacin.

ELECTROSMOSIS.-

Si se hace pasar una corriente elctrica a travs de una arcilla saturada, el agua se

mueve hacia el ctodo.Este fenmeno conocido porelectrosmosis se debe al paso de los cationes de lacapa doble hacia el ctodo, donde quedan neutralizados. Debido a la smosis, el aguaacompaa a los cationes en su movimiento.

La velocidad de flujo del agua producido por este fenmeno viene dada por:

vs

ke

=

U

s

siendo:vs = velocidad de flujo en la direccin s.

U= potencial elctrico.Ke 5105 para suelos.

Como consecuencia de un proceso de electrosmosis aumenta la resistencia alcorte de una arcilla. Una parte de este aumento se debe a la disminucin de humedad y otraa los cambios qumicos producidos en la arcilla.


40/79

ENXEER A DO TERREO 9. - COMPRESI BI LI DAD DE LOS SUELOS

50

TEMA 9. COMPRESIBILIDAD DE LOS SUELOS

COMPRESIBILIDAD.-

Al aplicar una carga a un suelo se producen deformaciones, debido a un sistema detensiones. Cada fase del suelo se comporta de forma diferente.

Asiento: deformacin vertical producida por una carga vertical. Se producen al reducirse elvolumen de vacos.

Si hay agua en los poros se produce sin expulsin. Un suelo fino saturado soporta la carga por el agua intersticial, que es menos compresible

que la materia slida. V: variacin unitaria de volumen bajo la carga de un bar:

agua: V = 122000 arena: V = 1

1000

arcilla: V = 1100

La sobrepresin en el agua intersticial provoca un gradiente de presin y movimiento deagua.

Efecto: la carga se translada al esqueleto, hay cambio de volumen y se llega a un nuevoequilibrio consolidacin. La consolidacin se produce en un intervalo de tiempo variable:

arenas y gravas rpido arcillas lento

Cargas progresivas:- En arenas y gravas los asientos son progresivos y finalizan al acabar de aplicar la

carga.- En arcillas los asientos van a continuar indefinidamente despus de aplicada la

carga, aunque con velocidad decreciente.

Puede haber asientos por cargas inducidas. Los asientos diferenciables son peligrosos.EDMETRO.-

El estudio de la compresin unidimensional de los suelos se suele hacer con el edmetro. El edmetro consiste en un anillo cortador, en el cual se encuentra comprimido el suelo

entre dos placas porosas cuyo desplazamiento relativo puede medirse con gran exactitud Se mide el desplazamiento vertical ( no existe desplazamiento horizontal ).EDMETRO DE CASAGRANDE:


41/79


51

No permite controlar el drenaje. No mide presiones intersticiales. Existe friccin lateral.

La distribucin de presin no es uniforme. La presin no se aplica de forma contnuaEDMETRO DE ROWE Y BARDEN:

Aplica presin de agua sobre gato de goma. Drena y mide presiones intersticiales.ENSAYO EDOMTRICO.-

Muestra inalterada:- Corte con instrumentos afilados.- Recipiente hermtico.- Preparacin de probeta en cmara hmeda.

Procedimiento de ensayo:- Se coloca la muestra.- Se carga a 0,6 - 1 t/m2

- Se espera la consolidacin ( deformacin = 0 ).- Se van doblando las cargas ( escalones ).- Se espera la consolidacin ( 24 H ).- Una vez aplicada la carga mnima se procede a la descarga en escalones.

Clculo del ndice de poros:- Al aplicar una carga al edmetro, la compresin origina una deformacin lenta,

solo cuando la aguja del comparador deje de moverse se considera que el suelo estperfectamente consolidado.


42/79


52

Hs

=Peso seco

S s H

Spfw

=Peso agua

e

H

Htpt

s

= Hpt= Hpf+ L

EXPLICACIN:

Ej: En una arena, como en una arcilla la disminucin del volumen, se debe en suprctica totalidad a la disminucin del volumen de poros, siendo el V en los granos desuelo, muy pequeo.

Si los poros estn ocupados con agua, para que se produzca la variacin de volumen esnecesaria la expulsin de agua a una velocidad que vendr marcada por la ley de Darcy (i y

k). Como en la arcilla k es un valor muy pequeo el tiempo que tarda en consolidarse elsuelo suele ser muy grande.

CURVA EDOMTRICA.-

Diferencias entre suelo inalterado y amasado:- menor ndice de poros a presin dada en el amasado.- oscurece preconsolidacin.

- disminuye pendiente rama noval.- se mantiene pendiente rama de descarga. Caso de arcillas con diferente grado de consolidacin previa, la rama de compresin noval

es comn, lo mismo que la de descarga. Suelo normalmente consolidado:

- no han sufrido presiones superiores a las normales. Suelo sobreconsolidado:

- caso contrario.

- presin de sobreconsolidacin = Presion maxima

Presion efectiva actual

CURVA DE COMPRESIN EN EL TERRENO.-

Suelo normalmente consolidado:- Datos iniciales e0,

0.

- 0

peso sumergido ( bajo nivel fretico )+ peso suelo ( sobre nivel fretico ).

- Toma de muestra:- presin efectiva presin capilar


43/79


53

- humedad constante- Edmetro:

- saturacin presin capilar desaparece- humedad y e constante

- tramo horizontal- Ensayo edomtrtico:- pendiente de compresin noval < compresin del terreno- se cortan a 0,42 eo

PRESIN DE PRECONSOLIDACIN.-

Presiones inferiores a la carga en el terreno. Asientos pequeos, luego muy grandes. Muestras inalteradas, es a veces complicado. Escaln de precisin de preconsolidacin desconocido. Mtodo de Casagrande ( buenos resultados ). A: mxima curvatura. AB : tangente ; AC: horizontal ; AD: bisectriz. E: corte AD: compresin noval.

La abcisa en E es la presin de pre consolidacon. Proceso de sobreconsolidacin.

-No existe si A est a la derecha de la prolongacin de la rama de compresin.- Existe si A est a la izquierda.

Causas:-peso de estratos (erosin).- peso de hielo ( deshielo ).- peso de agua ( desecacin ).

alternancia en un mismo niveldesecacin (contra) - saturacin.


44/79


54

CONDICIONES DE ENSAYO:

Cuidado en toma, transporte y tallado de muestra. Pequeos escalones en la rama de preconsolidacin. Si no se consigue detectar el punto de preconsolidacin se halla el intervalo.CURVA DE COMPRESIN EN UN SUELO SOBRECONSOLIDADO:

Condiciones iniciales: eo , 0 . Paralela a la rama de descarga hasta presin de preconsolidacin. Unin con interseccin de rama noval y 0,42eo.

CLCULO DEL NDICE DE COMPRESIN.-

MODELOS EMPRICOS:

Regla de Skeampton:- Al aumentar el lmite lquido (LL) de una arcilla aumenta, en general, su ndice de

compresin (CL).- Los cambios que provocan el aumento del lmite lquido aumentan tambin el valor de CCen la arcilla amasada.- Segn Skeampton, el ndice de compresin de muestras amasadas hasta el lmite lquidoest relacionado con dicho lmite segn la ecuacin:

CC = 0,007 ( LL - 10 )

- Una arcilla normalmente consolidada en condiciones geolgicas tiene, segn Skeampton,

un ndice de compresin en el terreno del orden del 30% mayor y, por tanto:

CC = 0,009 ( LL - 10 )

- En ambas frmulas el lmite lquido viene expresado en tanto por ciento.

Regla de Helenelund:


45/79


55

- Tratndose de arcillas blandas, normalmente consolidadas :

CC= 0,85 w3/2

siendo w la humedad natural en tanto por uno.

Suelos espaoles normalmente consolidados:- Para suelos espaoles normalmente consolidados y ligeramente sobreconsolidados se haobtenido la lnea de regresin que obedece a la siguiente ecuacin.

CC = 0,99 w1,315 CC = 0,0097 ( LL - 16,4 )

- ndice de entumecimiento:

1

10 Cc Cs

1

4 Cc< <

MDULO EDOMTRICO.-

Hay casos en los que conviene manejar una magnitud de propiedades semejantes almdulo de elasticidad. Se recurre entonces al mdulo edomtrico,E

m, como:

incremento de presion efectiva verticaldeformacion unitaria vertical

Em

=

:

:

Mdulo edomtrico instantneo:E

m

d

d

d

de

e=

=

+

( )1

Arcillas normalmente consolidadas:e e C

c

Em

e

Cc

o

o

=

=+

log10

( )

,

1

0434

Coeficiente de compresibilidad:


46/79


56

mv E

m

=1

TEORA DE LA CONSOLIDACIN.-

La arcilla bajo cualquier carga no se deforma de manera instantnea, si no que ladeformacin total requiere un tiempo en ocasiones grande. La teora de la consolidacinestudia este proceso.

Este fenmeno tiene dos causas:1.- Necesidad de expulsar el agua intersticial sobrante.2.- Reajuste de las partculas de arcilla.

La consolidacin consta de estos dos fenmenos superpuestos y mezclados. Al primerode ellos se le denomina consolidacin primaria y al segundo consolidacin secundaria.

La muestra colocada en el edmetro puede ser comparada a una serie de tabiquesagujereados separados por muelles ( mitad de la muestra ).

Si se aplica un en el momento inicial la muestra se carga soportando toda la cargael agua con la subsiguiente elevacin de la carga hidrulica (Co).

Inmediatamente el agua empezara a escapar por los agujeros, con ello el diafragmasuperior ir descendiendo y parte de los muelles irn soportando la carga que ya no admite elagua. Este fenmeno es ir transmitiendo a travs de diafragmas y muelles de manera lenta.

As sucesivamente se ir llegando a la lnea C2, C3, Cn de carga hidrulica o nivel

piezomtrico.Finalmente todos los incrementos de presin de agua desaparecen y la carga queda

sustituida por los muelles donde el nivel piezomtrico vendr dado por C.

OBTENCIN DEL GRADO DE CONSOLIDACIN O LA DEFORMACIN

DE UNA CAPA DE ARCILLA SOMETIDA A DETERMINADA PRESIN.

1.Se realiza el ensayo edomtrico Cc2.Calculo Em para valor medio de e y E

( )

,m =+ 1

0 434

e

Cc

3.Coeficiente de consolidacin vertical Cv = K Ev mw

4.Ecuacin diferencial que modeliza el ensayo del suelo C

t

u

t

: T

v 2

2u

Defino

C t

Hvv

2

=

=

altura de la muestra


47/79


57

u z =

0 t

f

Grado de consolidacin medio:

UH

e

T V

n

nM T

v

v=

=

=

=

12

40

2

2

2

Relacin entre la deformacin en un instante t y la final:u

T

C t

H

r

f

F

=

=

00

2

C Ce

eF v=

+

+

( )1

11

2

2H0 espesor inicial de la pastilla.- No se impone restriccin entre ndice de poros y presin efectiva.- h no tiene que ser constante en la consolidacin.

CURVAS DEFORMACIN-TIEMPO.

Obtencin del coeficiente de consolidacin:- distincin entre los procesos:

1. Consolidacin inicial.2. Consolidacin primaria.3. Consolidacin secundaria.

Mtodo logartmico o de Casagrande:

- ordenadas: lecturas del edmetro.- abcisas: log. Tiempo.- seleccin dos puntos con relacin de puntos 1/4- por diferencia de lecturas, clculo de L0- Li-Lo = consolidacin inicial- L100 = interseccin de tangentes tramos medios y final.- L50 = media aritmtica entre L0 y L100

CT H

tv=

502

50

H corresponde al 50% de la consolidacin, altura inicial - (Li-L50)Tomando el valor de H inicial obtenemos CF.

Tv = 0,9332 log10 (1-u ) - 0,085l


48/79


58

Mtodo de Taylor o t:

- ordenadas: lecturas del edmetro.

- abcisas: t- L0: prolongacin de la recta y corte con eje de coordenadas- L90: por L0 se taza una recta cuyas abcisas sean 1,15 veces la recta de

consolidacin, hasta que la corte:

CT H

tv=

902

90


49/79

ENXEERA DO TERREO.- 10.- RECONOCIMIENTO GENERAL DE LOS SUELOS.

59

TEMA 10.- RECONOCIMIENTO GENERAL DE LOS SUELOS.

IMPORTANCIA DE LA INVESTIGACIN PRELIMINAR.-

Es la base de mapas temticos ( riesgos geolgicos, movimiento del suelo,deslizamiento, planificacin del suelo, ).

Establecer las zonas que se deben estudiar con detalle.A partir de ella se hacen mapas de zonificacin en base de distintos materiales.En cada zona se establecen los posibles problemas geotcnicos ( litologa,

hidrogeologa, estructura, ).Permiten hacer estudios probabilsticos.Ejemplo: Estabilidad de taludes:

Se definen zonas de susceptibilidad al deslizamiento o rotura.Si afectan a formaciones superficiales o macizos rocosos.Signo de movimientos antiguos o modernos.Tipo de deslizamiento.Profundidad de los planos de rotura.

EVOLUCIN DEL PAISAJE Y FORMAS DE RELIEVE.-

La forma del terreno es consecuencia de:

1.la litologa y estructura inicial.2.los procesos que modifican esas caractersticas.3.el estado de evolucin.

1. LA LITOLOGA Y ESTRUCTURA INICIAL INCLUYEN:

Propiedades fsicas y compresin qumica.El modo de sedimentacin.Esfuerzos e historia tectnica.Estructura y zonas de debilidad.

2. LOS PRINCIPALES PROCESOS SON:

Meteorizacin y erosin por accin del hielo, agua y viento.Geotcnia interna ( vulcanismo, geotcnica, sismicidad ).


50/79


60

3. LOS FACTORES AMBIENTALES CONTROLAN LOS PROCESOS DE EROSIN YMETEORIZACIN:

Clima ( diferentes formas en el mismo material ).

Precipitaciones ( inducen deslizamientos ).Vegetacin ( retiene agua de lluvia, favorece evaporacin, frenaescorrentas, aumenta cohesin del terreno,).

ZONAS POTENCIALMENTE INESTABLES.-

Se consideran as las que presentan relieves o paisajes de esta forma:Zonas elevadas y abruptas.Zonas de relieve escarpado.Altorrelieves alborregados.Relieve volcnico accidentado.Zona de crcavas.Pie de monte: conos de deyeccin y conchales.Drenaje y usos de agua meandriformes encajados.Acantilados escarpados.

Relieves escalonados y aterrazados.Zonas submarinas inestables.

INVESTIGACIONES PREVIAS.-

La escala de trabajo depende de los objetivos perseguidos, del tamao del reainvestigada y de las escalas de los mapas y fotografas disponibles.

En investigaciones regionales son comunes las escalas 1:200000 y 1:50000.

METODOLOGA.-

1. Evaluacin de datos geolgicos, topogrficos, etc.2. Identificacin de zonas de riesgo inestables o singulares y zonificacin. 3. Zonas de investigacin de detalle.


51/79


61

TCNICAS DE INVESTIGACIN.-

Se basan en el estado de la forma del terreno.

MAPAS:

Dan informacin en dos dimensiones.Se manejan fcilmente y mantienen la escala.Se quedan anticuados en poco tiempo.

MAPAS TOPOGRFICOS:

Presentan la configuracin de la superficie de la tierra permitiendo medidas de

distancias horizontales y elevaciones verticales ( curvas de nivel ).La distancia entre curvas de nivel depende de la escala del plano.

LA IDENTIFICACIN DE MOVIMIENTOS SE HACE A PARTIR DE RASGOS CARACTERSTICOS:

Curvas de nivel formando lbulos ( depsitos al pie de laderas ).Curvas de nivel agrupadas ( escarpe ).Curvas que rompen la tnica general.

LA IDENTIFICACIN DE ZONAS SUSCEPTIBLES DE TENER MOVIMIENTOS SE HACE:

Curvas de nivel apretadas ( escarpes ).Curvas de nivel formando lbulos ( relieve alomado ).Curvas de nivel muy irregulares en laderas ( crcavas y barrancos ).Curvas de nivel dibujando acumulaciones de material.

MAPAS GEOLGICOS.-

Descripcin de suelos y rocas.Depositos superficiales.Alteracin y meteorizacin.Contactos y lmites geolgicos.Zonas de fractura y cizalla.Juntas y discontinuidades estructurales.Historia geolgica de la zoona.

Existe cartografa a 1:200000 y 1:50000Existen mapas geomorfollicos, litolgicos, hidrolgicos, de cultivos, Los datos mas importantes a obtener de estos mapas son:

- tipo de formacin geolgica y disposicin estructural.


52/79


62

- formas del terreno y drenaje.

Ejemplos: zona problemtica: litologas permeables e impermeables superppuestas conrelieve accidentado.

Los mapas hidrogeolgicos aportan datos sobre:

Acuiferos. Pozos artesanos. Movimiento subterraneo del agua. Caudales. Anlisis qumicos del agua. Permeabilidades. Lmites de aguas potables y salinas.

Existencia de manantiales y filtraciones. Propiedades hidrogeolgicas de los materiales.Los mapas geomorfolgicos son los mas utiles para estimar riesgos de deslizamiento:

Pendientes y modelos caractersticos. Litologa. Gnesis de los materiales.

MAPAS GEOTCNICOS.-

Parmetros geomecnicos. Propiedades resistentes de los materiales. Datos geolgicos para caracterizar las diferentes unidades . Cartografa geotcnica ( 1:200000 - 1:25000 ). Riesgos geotcnicos posibles.

MAPAS ESPECFICOS.-

Mapas de deslizamientos. Mapas de movimiento del terreno. mapas de planificacin y uso del suelo.

RECONOCIMIENTOS PREVIOS DE CAMPO.-


53/79


63

Se realizan tras la investigacin general.

EVIDENCIAS DE MOVIMIENTOS:

Rupturas de pendiente.Planos inclinados en roca frescos.Bloques al pie de acantilados.Grietas de traccin.Cicatrices de ruptura.Hundimientos o subsidencias.Lbulos en cuchara en laderas.Reptaciones de material blando.Avalanchas o flujos.

rboles o fsiles inclinados segn pendiente.Races o arboles arrancados.Grietas en construcciones o carreteras.

IDENTIFICACIN DE MOVIMIENTOS.-

Condiciones geomtricas y geomorfolgicas:

- ngulos, pendientes, alturas, longitud y volumen.

- Rasgos de pie y cabecera.- Grietas.- Profundidad y forma de la ruptura.

Caractersticas geolgicas y geotcnicas:

- Material homogneo.- Zona blanda.- Discontinuidades.

- Matriz rocosa.

Caractersticas hidrogeolgicas:

- Nivel fretico.- Surgencias.- Filtraciones.

Causas externas:

- Excavaciones.


54/79


64

- Obras civiles.- Movimiento de tierras.- Erosin.- Inundaciones.

El deslizamiento debe clasificarse.

INVESTIGACIN DE DETALLE.-

Complemento indispensable de la investigacin a gran escala. Menor amplitud peromayor profundidad.

A travs de tcnicas de investigacin y ensayo, intenta estimar los parmetros querigen el comportamiento de macizos rocosos y suelos. Se incluyen en ella la toma de datos y el tratamiento de la informacin. Por lo que

exige una planificacin adecuada El adecuado tratamiento de datos, sobre todo cuando estos son numerosos, suele

requerir sistematizacin (sistemas informticos ).

FINALIDAD DE LA INVESTIGACIN.-

Todas sus fases tienen como objetivo el mejor conocimiento posible ( ms eficiente )de las caractersticas del terreno que permita producir con suficiente aproximacin elcomportamiento del mismo.

Subdivisin en rocas homogneas y obtencin de los parmetros de cada una de ellas.

MTODOS DE INVESTIGACIN.-

Objetivo: proporcionar informacin adecuada sobre los materiales del terreno.Se presentan a continuacin los mtodos de investigacin ms usuales en estudios dedetalle.

Calicatas:

- Se realizan en zonas fciles de excavar.- Suelen tener poca profundidad.


55/79


65

- Permiten la observacin in situ de los materiales del terreno.- Toma de muestras por ensayos y medidas.- Impresos de registro de datos que incluye:

Profundidad. Litologa y descripcin. Presencia de agua. Toma de muestras. Otros datos, segn casos (w, consistencia,).

Sondeos mecnicos:

- Sondeos autnomos o sobre vehculos.

- Percusin o rotacin; segn tipo de perforacin.- Recuperacin ripios o testigo continuo.- Tomar muestras o hacer ensayos profundos.- El trpano depende del terreno.- El dimetro de perforacin de la profundidad.- Testificacin del sondeo y fotos.- Los tiles del tipo del terreno.- Colocacin de testigos en cajas.- Muestras de roca parafinadas.

- Muestras inalteradas de suelos: tomamuestras.- Muestras alteradas: macizo helicoidal hueco.

Penetrmetros:

- Introducen una puntaza en el terreno por golpeo o empuje.- Miden resistencia a la penetracin.- Pueden seer dinmicos ( golpeo ) o estticos ( presin de un motor ).

Ensayo de penetracin estndar ( SPT ):

- Penetrmetro dinmico abierto.- La reistencia del suelo a la penetracin se mide por el nmero de golpes ( N )

para hincar 30 mm.- Maza 63,6 kg. Altura: 76,2 cm.- Si se necesita dar ms de 100 golpes se considera rechazo.- Por debajo del nivel fretico hay que corregir la lectura.

Penetrmetro dinmico Borros:


56/79


66

- Consiste en hacer penetrar una puntaza, de 1,5 kg de peso, de forma cuadrada y

16 cm2 de superficie con una punta cnica que forma un ngulo de 60.- Se golpea por medio de una maza de 65 kg de peso que caer desde una altura de

50 cm.- Sus resultados se indican en impresos que contemplan la profundidad y elnmero de golpes.

Penetrmetro esttico:

- El cono se introduce en el terreno por empuje, no por golpeo, a una velocidadconstante.

- Las resistencias de avance se miden en el manmetro.- Existen dos tipos de cono en estos penetrmetros:- Cono mvil: el cono se desplaza independientemente con respecto al

tren de varillas que lo soporta.- Cono fijo: mide las dos resistencias a la vez.- Mide parmetros a corto plazo en arcillas y limos plsticos blandos.

MTODOS GEOFSICOS.-

- Distribucin en profundidad de propiedades fsico-qumicas de las capas delterreno

- Informa sobre estructuras geolgicas y caractersticas mecnicas.- Indican contactos recubrimiento-sustrato, relleno artificial-terreno natural,

freticos.- Testificacin geofsica.- Mtodos gravimtricos, magnticos, ssmicos elctricos y radiactivos.

GEOFSICA SSMICA:

Propagacin de ondas elsticas en el terreno. Ondas elsticas internas.

- longitudinales ( P ).- transversales ( S ).

Ondas elsticas superficiales:- Rayleigh ( R ).- Ondas Love.- Hidrodinmicas ( H ).

- Acopladas ( C ).


57/79


67

- Se miden tiempos ( distancias conocidas ) de llegada de ondas P ( ms rpidas ).- La velocidad depende de las constantes elsticas y de la densidad del medio.- Las ondas P son las que se utilizan en la ssmica de refraccin y reflexin.- La generacin de las obras puede realizarse con explosivos o por golpe de un martillo

sobre una placa metlica situada sobre el terreno.- La recepcin de ondas producidas se realiza con sensores o gefonos, que traducen lavibracin mecnica debida al paso de las ondas por el terreno. La frecuencia de la onda seamplifica y sus indicadores se registran en un sismograma.

30- 4-97

GEOFSICA ELCTRICA:

- Estudio de campos de potencial elctrico.- Se utiliza tanto corriente continua como alterna, de frecuencias muy bajas.

- Mtodo barato.- El mtodo se basa en las diferentes propiedades elctricas de las rocas: resistividad,conductividad,- Campo elctrico artificial.- Los mtodos ms usuales basados en la resistividad son los sondeos elctricos (SEV) ylas calicatas elctricas.

ENSAYOS IN SITU.-

- Caractersticas mecnicas e hidrogeolgicas.- Carcter puntual ( difcil extrapolacin ).- Elevado costo.- Son los nicos que ofrecen garantas respecto al carcter inalterado del terrenoensayado.

MEDIOS ROCOSOS:

- Se pueden dividir los ensayos in situ de los medios rocosos en dos grupos, segn lapropiedad que pretendan definir: Resistenciaydeformabilidad. Permeabilidad.RESISTENCIA Y DEFORMABILIDAD:

- Los ensayos que se describen a continuacin son los de uso ms extendido:

Martillo Schmidt (Esclermetro):


58/79


68

- Estima la resistencia a compresin simple de una roca.- Puede aplicarse sobre roca matriz y discontinuidades.- Consiste en medir la resistencia al rebote de la roca.- Mtodo de ensayo:

Se elimina la ptina de roca meteorizada. Se hacen 10 ensayos ( se eliminan los 5 mas bajos ). Se calcula el promedio. Se va al grfico de correlacin.

- Es necesaria la toma de alguna muestra bloque y su ensayo en laboratorio para calibrarlas medidas.

Ensayo de carga puntual:

- Estima la resistencia a compresin simple de una roca.

- Difcil aplicacin a rocas blandas o anistropas.- Medidas paralelas o perpendiculares a estratificacin.- Correlacin:

BIENIAWSKI: C S

IP

D= =24

2

BROCH & FRANKLIN: PA

k0 75,

=

Donde:

P = es la carga aplicada.A = es la seccin de la muestra.K= constante que depende de la resistencia de la roca.

Para facilitar que las rocas ms fracturadas se puedan ensayar, se ha propuesto undimetro de 25 mm en probetas cilndricas, donde A = 500 mm2. Se puede obtener unndice de resistencia , T500 dividiendo por este rea.

TP

500 500=

mm2

Para fragmentos de roca obtenemos un ndice de resistencia corregido, T*500, con la

siguiente expresin:T

P

A500 0 75

2115= ,,

De forma aproximada se puede decir que la resistencia a compresin simple de laroca viene dada por:

c=12,5T500

Ensayo brasileo (traccin directa):


59/79


69

- Se realiza con el aparato anterior sustituyendo puntazas por placas rectangulares deacero.- Es de uso ms frecuente en laboratorio.- La realizacin de este ensayo en campo est condicionada por el dimetro de las

muestras y las limitaciones de carga del aparato, para rocas muy resistentes.

5- 4-97

Ensayo de corte directo :

- Aparato de Hoek.- Determina la cohesin y ngulo de rozamiento interno a lo largo de una superficie detestigo de roca o de una discontinuidad.- El testigo se sujeta a ambas cajas con mortero de cemento o resina, dejando en la partecentral de la caja la discontinuidad.- Sobre esta se aplica la fuerza horizontal para que se produzca la rotura.- Estos ensayos determinan tanto resistencia al corte de pico como residual.- Caracteriza discontinuidades con o si relleno.

Tilt test:

- Ensayo de corte con cargas puntuales muy bajas.- Consiste en superponer dos bloques con una discontinuidad comn a ambos e irinclinndolos sobre un apoyo hasta que comiencen a deslizar, momento en el que semide el ngulo .- Este ngulo es funcin de la relacin entre el esfuerzo de corte y el esfuerzo normal.

= arctg

- Se correlaciona con el ngulo de rozamiento interno.

PERMEABILIDAD:

- La permeabilidad de los medios rocosos est condicionada fundamentalmente por elespaciamiento, apertura y relleno de las familias de discontinuidades.- Los ensayos se realizan en sondeos o pozos.


60/79


70

- Se realiza con agua a presin, esta se aumenta en escalones sucesivos y luego sedisminuye, estudiando la respuesta de las discontinuidades frente a las presionesaplicadas.- El ms usado es el ensayo Lugeon.

- A partir de estos ensayos se pueden confeccionar unos diagramas presin-caudal, decyo anlisis se deduce le comportamiento del macizo rocoso frente a las filtraciones.

CLASIFICACIONES GEOMECNICAS.-

Mtodo barato. Estima caractersticas mecnicas en base a ndices de calidad.

TIPOS DE CLASIFICACIONES:

BIENIAWSKI

Obtiene un ndice de calidad llamado Rock Mass Rating ( RMR ), que depende de:- La resistencia de la roca matriz.- Las condiciones del diaclasado.- El efecto del agua.- La posicin relativa del diaclasado respecto a la excavacin.

Se definen una serie de parmetros con determinados valores, cuya suma proporcionael ndice de calidad RMR, que vara entre 15 y 100. Estudia 10 parmetros:- Orientacin: definida por la direccin de buzamiento y el buzamiento de la lnea demxima pendiente en el plano de la discontinuidad.- Espaciamiento: distancia perpendicular entre dos discontinuidades adyacentes.- Continuidad: Extensin superficial de una determinada discontinuidad en un planoimaginario que la contenga.- Rugosidad: conjunto de irregularidades de diferentes rdenes de magnitud (asperezas,

ondulaciones), que componen la superficie de las paredes de una discontinuidad.- Resistencia de la discontinuidad: resistencia a la compresin de la superficie dediscontinuidad. Puede ser ms baja que la resistencia de la roca matriz.- Apertura: distancia perpendicular entre las paredes de una discontinuidad.- Relleno: material que separa las paredes de una discontinuidad.- Filtrcin: flujo de agua y humedad libre visible en discontinuidades o en la totalidad dela roca.- Nmero de familias que comprede el sistema de discontinuidades del medio rocoso.- Tamao de bloque: dimensiones del bloque de roca resultante de la orientacin y

espaciado de las familias de discontinuidades.


61/79


71

DESCRIPCIN GEOTCNICA BSICA.-

Toma de datos por observac

Apuntes de Geotecnia de ITOP

Documents

Transcript of Apuntes de Geotecnia de ITOP