Capitulo 1 y 2 Formacion de Los Suelosy Clasificacion Granulometrica

Geotecnia I - Fac. de Ing. U.N.L.P.

Ing. Augusto José Leoni 1

GEOTECNIA IGEOTECNIA IGEOTECNIA IGEOTECNIA I

CapCapCapCapíííítulo 1tulo 1tulo 1tulo 1

““““DepDepDepDepóóóósitos naturales de suelossitos naturales de suelossitos naturales de suelossitos naturales de suelos””””

Profesor: Ing. Augusto José Leoni

BIBLIOGRAFÍA:

-Apuntes publicados en la Página: www.ing.unlp.edu.ar/constr/labsuelos

-Apuntes publicados en el Centro de Estudiantes

Libros:-Principios de Ingeniería Geotécnica (Braja M. Das)

-Principios de Fundaciones en Ingeniería (Braja M. Das)

-Geotécnica y Cimientos (Jiménez Salas – Justo Alpañes)

-Mecánica de Suelos (Badillo – Rodríguez)

-La Ingeniería de Suelos (Rico – Rodriguez)

-Mecánica de Suelos en la Ingeniería Práctica (Terzaghi – Peck)

-Suelos, Fundaciones y Muros (Fratelli)

-Mecánica de Suelos (Berry – Reid)

-Fundamentos de Mecánica de Suelos (Roy Whitlow )

-Mecánica de Suelos (Lambe – Whitman)

-Foundations Analysis and Design (Bowles)

-Soil Mechanics Concepts and Applications (W. Powrie)

-Soil Mechanics (R. F. Craig)

-Foundation Engineering Handbook (Winterkorn - Fang)



Origen y formación de los suelos:Es claro que las rocas con su aporte masivo de minerales resulta ser un aporte fundamental para la formación de los suelos que se suman a los aportes orgánicos de restos vegetales y animales de menor magnitud.

Existen lo que llamamos “factores formadores”que se combinan para la formación de los suelos. Esta idea fue plasmada en forma de ecuación de la siguiente forma:

Suelo = f(cl, o, r, p, t)

cl = Clima

o = Organismos

r = Relieve

p = Roca madre

t = Tiempo

Para analizar la influencia de cada uno de estos factores formadores, podemos mantener como constantes todos los demás y hacer variar uno solo de ellos.

Así por ejemplo manteniendo constantes los demás factores y variando solamente el tiempo tendremos un suelo que depende solamente de su edad.

De esta forma tendremos:

CRONOSECUENCIA: Variando solamente el tiempo

LITOSECUENCIA: Variando solamente la roca madre

TOPOSECUENCIA: Variando el relieve

CLIMOSECUENCIA: Variando el clima

BIOSECUENCIA: Variando los organismos

Origen y formación de los suelos:

LITOSECUENCIA:(Variando la roca madre)

CLIMOSECUENCIA(Variando el clima)

Composición mineralógica

Permeabilidad

Granulometría

La cantidad de arcilla en un suelo, aumenta con la temperatura

La cantidad de arcilla en un suelo, aumenta con las precipitaciones

El aumento de las precipitaciones provoca un aumento de la acidificación del suelo



Origen y formación de los suelos:

BIOSECUENCIAVariando los organismos

CRONOSECUENCIAVariando el tiempo

Los organismos constituyen la fuente de material original para la formación de los suelos vegetales.

Ejercen una importante acción de los materiales edáficos y los transforman, al extraer los nutrientes esenciales para su ciclo vital

Producen una intensa mezcla de los materiales del suelo por acción de su actividad biológica.

La variación de todos los elementos anteriores en el tiempo dan como resultados distintos tipos de suelos.

La velocidad de formación de un suelo es extraordinariamente lenta y dependen de los factores Formadores, así un suelo se genera más rápidamente a partir de materiales sueltos e inestables que a partir de rocas duras y constituidas por minerales estables

Toposecuencia (variando el relieve)Meteorización mecánica de las rocas

Descomposición química o por temperatura

Transporte por gravedad

Pié de Monte Fragmentos segregados de bloques

Tranporte Eólico

Transporte Fluvial

roca mezclados con gravas, arena y arcillas



Descomposición química o por temperatura

Transporte por gravedad

Pié de Monte Fragmentos segregados de bloques

Tranporte Eólico

Transporte Fluvial

roca mezclados con gravas, arena y arcillas

Erosión Física o mecánica

Erosión in situ

Cambios de temperatura

Crecimientos de cristales

Tensiones y movimientos de la corteza terrestre

Erosión por transporte

Agua: Transporte fluvial y marítimo

Viento: Transporte eólico

Glaciares: Transporte y grandes presiones

TOPOSECUENCIA

Meteorización o erosión de las rocas(Fragmentación o disolución de la roca en trozos más pequeños o en minerales distintos)

Mecánica

Química

Disolución

Viento, agua, temperatura, congelamiento, glaciares

Alteración de los minerales de las rocas para formar minerales nuevos. Agentes: agua, oxígeno, ácidos orgánicos

Solubilidad de los minerales de las rocas que migran y dejan como residuo los minerales no solubles

Se producen en regiones moderadamente secas con topografía accidentada

Regiones cálidas y húmedas con topografía preferentemente planas

Regiones húmedas con presencia de rocas solubles



Basamento Precámbrico

Cuarcitas

Sedimentos Pampeanos

EJEMPLO PRACTICO REGIONAL

N

Sierra La Barrosa

Autódromo J. M. Fangio



Sierras de Balcarce:

Autódromo J. M. Fangio

Estratigráficamente, las rocas que conforman el cordón serrano de Tandiliason las más antiguas del territorio nacional, con edades entre 2.200 y 1.800 millones de años (Precámbrico)

Roca granítica totalmente alterada



Alteración del feldespato de la roca granítica y formación de caolinita

Desarticulación del trozo de roca con una pequeña presión de las manos



Problemas generados por una insuficiente o muy precaria investigación geotécnica

Primera división de los suelos, según el tamaño de los granos

Atendiendo a las distintos comportamientos de los suelos según su tamaño, se hace una primera clasificación de los mismos en:

Suelos Gruesos: Partículas mayores a los 74 µ (0,074 mm)

Suelos Finos: Partículas menores a los 74 µ

Suelos Gruesos: Las fuerzas que gobiernan su comportamiento son fundamentalmente las de gravedad. (gravas y arenas)

Suelos Finos: Las fuerzas que gobiernan su comportamiento son fundamentalmenteen las arcillas, las de atracción y repulsión de origen físico - químicas. (arcillas y limos)

Clasificación de los suelos



Suelos Finos

Dentro de los suelos finos, conformados por partículas de tamaño menores a 74µ (tamiz N° 200) tenemos:

Limos: Partículas que van desde los 74 µ hasta los 2 µ

Arcillas: Partículas menores a los 2 µ

Partículas de arcilla (Kaolinita)

17 µ



Partículas de bentonita (Monmorillonita)

7,5 µ

5 µ

µ

Atapulgita

Illita

Halloistita

2µ

7,5 µ

4,7 µ

Minerales de arcilla



La superficie de toda partícula de arcilla conlleva una carga eléctrica negativa, cuya intensidad depende de sus características mineralógicas y de su tamaño.

Cargas negativas

Cargas positivas

La forma de lámina de las partículas de arcilla hacen que las mismas tengan una gran cantidad de cargas eléctricas.

Estas cargas eléctricas, se reducen en su cantidad a medida que el tamaño de las partículas aumenta y cambian de forma, partículas no laminares, esféricos o prismáticas y que presentan una menor superficie expuesta (superficie específica), conllevan una menor carga eléctrica.

Características físico - químicas de una partícula de arcilla

Estructura Ligazón del Hidrógeno

Solución salina

hidratación

Estructura de la molécula de agua

+

_

+

+

_

_



Capacidad de adsorción de las arcillas

Las moléculas de agua forman un dipolo debida a la ubicación de sus átomos de H, por lo tanto las mismas se orientan y se “pegan” sobre la cara de las partículas de arcilla.

Esta capa de moléculas de agua orientadas sobre la lámina de arcilla tiene una viscosidad mayor a la del agua libre o de humedad (se piensa que tiene la viscosidad del hielo) tiene un espesor del orden de los 10 Å y no se elimina fácilmente.

1Å = 0,1 mµ = 10−7 mm

Iones de intercambio: Na+ Ca++ Mg++ Al+++ Fe+++

Absorción es un proceso físico ligado a la capilaridad y a la porosidad de la masa de arcilla.

Adsorción es un proceso químico ligado a la carga electroquímica de los cristales de arcilla que atraen las moléculas de agua dipolar en el espacio interlaminar

Dentro de este espacio y juntamente con el agua de contacto, van los Iones de Intercambio presentes en el agua libre que está en contacto con el suelo.

Dependiendo del ión que prevalezca en la solución, se puede predecir el comportamiento de la arcilla ya que la fuerza de fijación de los iones dependerá de la valencia del mismo



La evaluación de la cantidad de cargas eléctricas de un suelo, expresado en función de su masa (peso) constituyen lo que se llama la CAPACIDAD DE CAMBIO y se mide en miliequivalente x 100 grs (m.eq.x100)

Cargas negativas

Cargas positivas

Iones de cambio: Fe+++, Al+++, Mg++, Ba++, Ca++, Na+, Li+

Estado seco

CationRadio no

hidratado (Å)Radio

hidratado(Å)

Li+ 0.68 3.8Na+ 0.95 3.6K+ 1.33 3.3Cs+ 1.69 3.3Be2+ 0.31 4.6Mg2+ 0.65 4.3Ca2+ 0.99 4.1Ba2+ 1.35Al3+ 0.5 4.8Fe3+ 0.6

A medida que la arcilla absorbe agua del exterior la misma se ubica en las caras de los cristales e hidrata a los cationes haciéndoles variar el diámetro y por lo tanto cambian la distancia entre las partículas. La cantidad de moléculas de agua que ingresará, dependerá de la cantidad de cargas negativas disponibles que tenga la partícula de arcilla



Estructura laminar de las arcillas

Orientación paralelas de las láminas de arcillas, provocan una gran expansión al tomar contacto con el agua libre del terreno, tienen una menor relación de vacíos y es más compacta.

Extructura panaloide, más abierta que la primera, con más relación de vacios y que experimenta menos expansión al absorber agua libre

Doble capa difusa

Concentración

Distancia

Importancia del tipo de cationes:

Dos cationes de Na+ tienen un volumen de 390 Å3. Por lo tanto si están adheridos a una lámina de arcilla forman una doble capa difusa de un espesor importante y tienen una unión muy débil (monovalente).

En cambio Un catión Ca++ tiene un volumen de 288 Å3 con lo cual la doble capa disminuye y en la superficie del cristal de arcilla reemplaza a dos iones de Na+ con una unión mucho mayor

Concentración de agua dipolar con iones

El agua adsorbida juntamente con el agua absorbida junto a la partícula de arcilla, forman lo que se llama la “Doble Capa Difusa” que tiene una concentración de iones y de moléculas de agua dipolar, muy grande en las cercanías de la lámina y que despues decrece fuertemente hasta llegar a una distancia de 400 Å.

500Å



Partícula de Caolinita de 10.000 Å x 1000 Å

Doble capa difusa 200 Å

30 Å

Doble capa difusa 400 Å

Partícula de Montmorillonita de 1000 Å x 10 Å

1000 A

Características especiales de partículas de algunas arcillas

Agua Adsorbida

Å = 0,1 mµ = 10µ = 10µ = 10µ = 10−−−−7777 mm

mµµµµ = 10-6 mm

µµµµ = 10-3 mm

Hinchamiento de 1333%

Hinchamiento de 80%

Asociación entre las cargas eléctricas y la superficie específica de los suelos finos

100 a 24020 a 35Sepiolita

80 a 900

50

60

15

m2/gr

Superficie específica

10 a 50Illita

80 a 200Montmorillonita

10 a 50Halloisita

2,2 a 15Caolinita

Miliequivalente x 100 gr

Capacidad de cambioTipo de Arcilla

Iones de intercambio: Na+ Ca++ Mg++ Al+++ Fe+++



1°) Se prepara una solución patrón de 2 gr de AM diluido en 200 cm3 de agua destilada

2°) Se pesa aproximadamente 1 a 2 grs de suelo seco a estufa (105°C) durante 24 a 48 hrs y se mezclan en una probeta con 50 cm3 de agua destilada

3°) Se adiciona en forma sucesiva, a la probeta con el suelo en suspensión, 0,5 mlde la solución patrón con AM y se agita fuertemente

4°) Luego de cada adición de 0,5 ml de la solución patrón con AM, se coloca una gota de ésta nueva suspensión sobre un papel de filtro y se analiza la imagen que queda estampada en el papel. Si la mancha queda con un contorno externo bien definido, quiere decir que el suelo sigue absorbiendo los cationes de AM. Cuando la mancha se presenta con una aureola celeste y difusa, quiere decir que las láminas de la arcilla están todas cubiertas con los cationes de AM

Determinación de la superficie específica con la técnica de absorción de Azul de Metileno

En este proceso se aprovecha la cualidad del catión de “Azul de Metileno” de fijarse a las láminas de arcillas.

La superficie máxima cubierta por un catión de AM es ~130 Å2. Los cationes de una solución acuosa de azul de metileno (peso molecular 319,87 g/mol) son absorbidos por las cargas negativas de la superficie de las arcillas.

La Superficie específica “Se” es computada con la cantidad del AM absorbido por las láminas de arcilla. Los pasos a seguir en la técnica de absorción de AM son los siguientes:

Determinación de la superficie específica con solución de Azul de Metileno.

a) Gota de la suspensión mineral sobre papel de filtro tipo P5 antes del “punto final”.

b) Gota después del “punto final” cuando un halo azul claro se forma alrededor.

Donde: Ws(AM) es el peso en gr. de AM colocado en la suspensión patrón.

Vol(AM)sol. Es el volumen total utilizado en la solución patrón en ml.

N es el número de veces que se agregaron 0,5 ml de la solución patrón con AM.

Av = 6,02 x 1023 /mol es el Número de Avogadro.

Sup (AM) es el área cubierta por un catión de AM, asumida generalmente en 130 Å2.

Ws(arcilla) es el peso seco de la arcilla en gr. que se utilizóen el ensayo.

)(1

).(.).5,0.(.)(

)(/87,319

1arcillaWs

AMSupAvmlNsolAMVol

AMWs

molgrSe =

Ejemplo: Para

Ws(AM) = 2 gr. Vol(AM)sol.= 200 ml N = 70 Av = 6,02 x 1023 /mol. Sup (AM) = 130 Å2 = 1,30 10-14 cm2

. Ws(arcilla) = 1 gr

Tendremos Se = 856,3 m2/gr



Suelo Húmedo

Estufa a 105°C (8 hs)

Vapor de agua

Suelo seco

1°) Se coloca la muestra húmeda en una cápsula de aluminio de peso conocido y se la pesa. Se obtiene asíel peso Wh = Wsuelo húmedo + peso de la cápsula

2°) Se lleva la cápsula a la estufa y se la deja durante 8 hs a 105° C

3°) Se pesa la cápsula con el peso seco (Ws) y por diferencia de pesada Wh –Ws = Wa se obtiene el peso del agua evaporada

100(%)Ws

Waw =Porcentaje de humedad

Humedad del sueloLa humedad del suelo representa en forma porcentual, la cantidad de agua que tiene una masa de suelos comparada con el peso seco de la misma.

Distintos estados del suelo en función de la humedad

Suelo

Agua

Suelo Seco Límite líquidoLímite plástico

Humedad (w) = = peso del agua / peso suelo seco

Límite de contracción

Ws

Ww



Distintos estados de la estructura del suelo en función de la humedad

Suelo

Agua

wc wp wLIp

Límites de Atterberg

Límite Líquido “wL”

Límite Plástico “wP”

Indice plástico “IP” = (wL – wP)

LÍMITES DE ATTERBERGLímite Líquido

Cascador de Casagrande

Cápsula

Acanalador

Pesafiltro



Regulación de la altura de caída = 10 mm

Colocación de la muestra para el ensayo

Nota: la muestra colocada en la cápsula del cascador debe tener una superficie horizontal



Cortamos la muestra con el acanalador



Si luego de efectuar 25 golpes del cascador, el suelo se junta en una longitud de ½”. La humedad del suelo correspondiente al límite líquido

Nota: La muestra nunca debe deslizarse sobre la cápsula del cascador, siempre debe fluir desde los costados del corte efectuado con el acanalador.

Si la muestra se desliza sobre la cápsula debe clasificarse como:

No Plástica

La muestra debe fluir desde la pared del corte efectuado y no debe deslizar sobre el Cascador



Cálculo del Límite Líquido

Humedad (%)

Log. N (N° de golpes)

20 30 40

wL

50

βtan

25

=

Nww

nL

β

Tan β = 0.121

1.009427

1.013828

1.022330

1.018229

1.004826

1.0025

0.995124

0.990023

0.984722

0.979221

0.972420

CorrecciónN

Límite Plástico:



Se amasa el suelo con una humedad baja conformando cilindros de 3 mm de diámetro, sobre una superficie lisa no absorbente, hasta que los mismos se fisuren transversalmente

Valores del “wP” y “wL” para distintas arcillas típicas

• Montmorillonita wP = 50 a 100; wL = 100 a 900

• Illita wP = 35 a 60; wL = 60 a 120

• Kaollinita wP = 25 a 40; wL = 30 a 110



Ensayo granulométrico, Tamices

88,903 ½”

76,203”

Abertura

mm

Denominación del tamiz

3,171/8”

6,35¼”

12,70½”

19,05¾”

25,401”

31,751 ¼”

38,101 ½”

44,451 ¾”

50,802”

63,502 ½”

100,04”

Cobertura lateral

Malla de alambre de distintas aberturas

Tamices más utilizados en la práctica

0,425N° 40

0,250N° 60

4,75N° 4

2,36N° 8

2,00N° 10

1,18N° 16

0,850N° 20

0,600N° 30

Abertura

mm

Denominación del tamiz

0,032N° 450

0,053N° 270

0,075N° 200

0,150N° 100

Ensayo granulométrico

100..Re% Re

Total

t

Ws

Wst =

Suelo seco a pasar por el tamiz

Peso seco total conocido “WsTotal”

Peso de suelo seco retenido por el tamiz Ws Ret

Peso de suelo seco que pasa el tamiz Ws Pasa

Porcentaje retenido

Porcentaje que pasa

100.%Total

Pasa

Ws

WsPasa =

% Pasa = 100 - % Retenido

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Po

rce

nta

je q

ue

pa

sa

1 10 100 1000 10000 100000

Abertura Libre de Malla ( micrones)

CURVA GRANULOMETRICA



Granulometría de las partículas más pequeñas

Análisis hidrométrico o método del hidrómetro (ASTM D-422-63)

Sirve para conocer la composición granulométrica aproximada de las partículas que pasan por el tamiz # 200 de(0,075 mm de abertura de malla hasta aproximadamente el tamaño de 1µ = 0,001 mm).

v

El método es absolutamente aproximado y utiliza la Ley de Stokes que define la velocidad de caída de una esfera de diámetro “D” dentro de un líquido de viscosidad “µ” conocida.

2

18

.2Dv ws

µ

γγ −=

z

t

to

2

18

.2D

t

z ws

µ

γγ −=

Por lo tanto, conociendo para distintos tiempos la concentración de la solución suelo-agua, podremos obtener el diámetro de las partículas y el peso total de las mismas y con ello obtener un punto en el gráfico granulométrico.

La ley de Stokes es aplicable solamente a partículas esféricas por lo tanto los diámetros medidos son “diámetros equivalentes” a partículas de suelos que sedimntan a la misma velocidad que una esfera del mismo peso específico.

Este procedimiento es aplicable solamente a partículas de limo 75 µ a 2 µ ya que partículas mayores pueden producir turbulencias y las menores de 2 m pueden no sedimentar porque los efectos gravitatorios quedan superados por los efectos electroquímicos. (movimiento browniano)

L

Donde: γs = 2,65 gr/cm3; γw = 1 gr/cm3; µ = 9,12 x 10-6gr.seg/cm2 por lo tanto a un tiempo “t”y a una profundidad L no se encontrarán partículas mayores a D

)(. mmt

LCteD =

Porcentaje pasa Diámetro %µµµµ

99.3150.0

80.075.0

46.730.7

39.226.1

26.822.2

20.118.9

15.615.9

12.913.9

10.411.7

6.99.7

3.28.2

2.56.8

2.04.5

Resultado de un ensayo hidrométrico

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

70.00

80.00

90.00

100.00

Po

rce

nta

je q

ue

pa

sa

1 10 100 1000





0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Po

rce

nta

je q

ue

pa

sa

1 10 100 1000 10000 100000



2 µ Tamiz N° 200 = 0,075 mm Tamiz N° 4 = 4,75 mm

Clasificación de suelos1°) por tamaños: curva granulométrica

Limo Arena GravaArcilla

Suelos Finos Suelos Gruesos

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Po

rce

nta

je q

ue

pa

sa

1 10 100 1000 10000 100000



Cu =D60/D10

Cc =(D30)2/(D10 . D60)

1 < Cc < 3 Cu > 4 Gravas Cu > 6 ArenasSuelos granulares bien graduados

Coeficiente de uniformidad

Coeficiente de curvatura

D10 D30 D60



Clasificación de suelos finosSistema Unificado de Casagrande (SUC)

Carta de plasticidad:Mud: Limos Clay: Arcillas

• ML : Suelos limosos de baja compresibilidad

• CL : Suelos arcillosos de baja compresibilidad

• CL-ML : Suelos limo – arcillosos

• MH : Suelos limosos de alta compresibilidad

• CH : Suelos Arcillosos de alta compresibilidad

Carta de clasificación de Suelos Finos (SUC)

Ip

WL50

CL-ML

CL

ML

CH

MHCL

CH

ML

MH

10 30

10

20

30Línea

“A”



Clasificación de los suelos gruesos y finos

Suelos gruesos

(Pasa # 200 < 50%)

Suelos finos

(Pasa # 200 > 50%)

Gravas más del 50 % de la fracción gruesa es retenida en el # Nº 4 (Pasa # 4 < 50%)

Arenas más del 50 % de la fracción gruesa pasa el # Nº 4 (Pasa # 4 > 50%)

Nº 4

Nº 4

Arcillas y limos

con WL > 50 %

Arcillas y limos

con WL < 50 %

Arriba de la línea A: “CH”

Debajo de la línea A: “MH”

Arriba de la línea A: “CL”

Debajo de la línea A: “ML” o “CL-ML”

(Fracción gruesa: Es la retenida en el # Nº 200)

< 50%

> 50%

Arenas

Clasificación de las arenas

Pasa # 200

< 5 %

(Cu > 6) y (1 < Cc < 3)

Arenas bien graduadas

(Cu < 6) y/o (Cc < 1 o Cc > 3)

Arenas mal graduadas

SW

SP

Pasa # 200

< 12 % y > 5 %

(Cu > 6) y (1 < Cc < 3)

Arenas bien graduadas

(Cu < 6) y/o (Cc < 1 o Cc > 3)

Arenas mal graduadas

SW

SP

Finos ML o MH

Finos CL o CH

SW-SM

SW-SC

Finos ML o MH

Finos CL o CH

SP-SM

SP-SC

Pasa # 200

> 12 %

SM

SC

Clasificación de los Finos ML o MH

Clasificación de los Finos CL o CH

Clasificación de los Finos CL-ML SC-SM

).( 6010

230

DD

DCc =

10

60

D

DCu =



Gravas

Clasificación de las gravas

Pasa # 200 < 5 %

(Cu > 4) y (1 < Cc < 3)

Gravas bien graduadas

(Cu < 4) y/o (Cc < 1 o Cc > 3)

Gravas mal graduadas

GW

GP

Pasa # 200

< 12 % y > 5 %

(Cu > 4) y (1 < Cc < 3)

Gravas bien graduadas

(Cu < 4) y/o (Cc < 1 o Cc > 3)

Gravas mal graduadas

GW

GP

Finos ML o MH

Finos CL o CH

GW-GM

GW-GC

Finos ML o MH

Finos CL o CH

GP-GM

GP-GC

Pasa # 200 > 12 %

).( 6010

230

DD

DCc =

10

60

D

DCu =

GM

GC

Clasificación de los Finos ML o MH

Clasificación de los Finos CL o CH

Clasificación de los Finos CL-ML GC-GM

Carta de clasificación de la American Ass. of State Highway Officials



Abaco para clasificar por HRB a los Suelos Finos

Indice de Grupo

La suma de las ordenadas de 1 y 2 da el valor del “IG”

a = Número que resulta de restar al % pasa # 200 el valor de 35 hasta un máximo de 75 %. Varía entre 0 y 40

b = Número que resulta de restar al % pasa # 200 el valor de 15 hasta un máximo de 55 %. Varía entre 0 y 40

c = Número que resulta de restar al Límite Líquido un valor de 40 hasta un máximo de 60%. Varía entre 0 y 20.

d = Número que resulta de restar al Límite Plástico un valor de 10 hasta un máximo de 30%. Varía entre 0 y 20.

IG = 0,2 a + 0,005 a.c + 0,01 b.d

Es un número que penaliza la calidad del suelo para ser utilizado como material en la ingeniería vial



El agua en el sueloAgua adsorbida

Capilar

Agua libre

La ascensión capilar y el efecto de un menisco ubicado entre dos partículas de arcilla

R R

r

r

h

wr

Tsh

γ

α

.)cos(..2

=

Ts = Tensión superficial

Ley de Jurin h = f(1/r)



Efectos de los meniscos capilares entre los granos de suelosPrincipio de la cohesión aparente

Secos Húmedos

Granos de arcilla

Granos de arena

Seco Húmedo



Menor humedad

Meniscos más pequeños

Mayor Humedad

Meniscos más grandes

Ejemplo práctico de la tensiones capilares en los suelos

Resistencia al corte en función de la humedad para distintos tipos de suelos finos

Suelo

Agua

Suelo 1: WL = 70 % Ip = 40 % Wn = 30 %

Suelo 2: WL = 35 % Ip = 15 % Wn = 30 %

30% 70 %35 %20 %



Límite de Contracción

ViWh

Tara

Vf

Ws

100..100.w

TaraWs

VfVi

TaraWs

WsWhLc γ

−

−−

−

−=

wi ∆∆∆∆w

0 Lc Wp WL

%w

∆w wi

Límite de Contracción = Lc = wi - ∆∆∆∆w

Densidad de un suelo

La densidad de un suelo es la relación entre el peso de su masa y el volumen que ocupa y se expresa con la letra “γ”

Volumen

Peso=γ

La densidad puede ser expresada como

densidad húmeda “γγγγh”

densidad saturada “γγγγsat”

densidad seca “γγγγd”

En el Laboratorio la densidad de los suelos inalterados se mide con el método del mercurio, que consiste en determinar el volumen de un trozo irregular, sumergiendo el mismo en un recipiente con mercurio

Supongamos que tenemos un trozo de suelos del que queremos conocer su densidad.

Primero lo pesamos y obtenemos Wh (peso húmedo)



Tomamos un recipiente, lo llenamos con mercurio lo enrasamos con un vidrio que tiene unos tarugos soldados en la parte inferior y lo pesamos.(1)

Posteriormente colocamos el trozo de suelo sobre el mercurio y lo forzamos a sumergirse con los tarugos del vidrio. (2)

Esto provocará que el mercurio se derrame en la misma cantidad que el volumen del trozo de suelos pero como esto lo hacemos dentro de una bandeja podemos recoger el mercurio derramado y pesarlo Wgh. (3)

Como conocemos el pesos específico del mercurio podemos obtener su volumen(1)

(2) (3)

gh

gh

gh

WV

γ= γgh = 13,6 gr/cm3

Wh

gh

hV

Wh=γ

Si posteriormente secamos el trozo de suelo, podremos obtener su densidad seca

gh

dV

Ws=γ

La densidad húmeda del suelos será entonces

Peso Específico:

Se define al peso específico relativo como la relación entre el peso específico de una sustancia y el peso específico del agua destilada a 4º C sujeta a una atmósfera de presión.

γγγγo : Peso específico del agua destilada, a 4º C. y a la presión atmosférica correspondiente al nivel del mar. γo = 1,000 gr/ cm³

γγγγw : Peso específico del agua en condiciones reales de trabajo, su valor difiere un poco del γo , en la práctica se toma igual que γo.

γγγγs : Peso específico, también llamado peso volumétrico de los sólidos.

Vs

Wss =γ

Arenas γ = 2,65 gr/cm3

Arcillas γ = 2,5 a 2,9 gr/cm3

En general podemos decir



Peso específico de las partículas de un suelo

Picnómetro con tapa capilar para enrase seguro, de peso conocido

Picnómetro lleno de agua destilada y desairada con tapa de enrase.

Se debe tarar para distintas temperaturas

Se seca perfectamente el Picnómetro.

Se le adiciona un peso de suelos seco del orden de los 15 a 20 grs.

Se le coloca algo de agua destilada desairada y se lo conecta a una bomba de vacíos mientras se agita suavemente.

Bomba de vacío

Peso específico de las partículas de un suelo

Se lo llena de agua destilada y desairada

Se le coloca la tapa capilar y se seca perfectamente para pesarlo.

Se conocen los siguientes valores:

-Peso del picnómetro vacío Wp

-Peso del picnómetro lleno de agua Wp+a

-Peso del suelo seco colocado Ws

-Peso del picnómetro + agua + suelo Wp+a+s

Esto nos permite calcular el peso del agua desplazada haciendo:

Wa (desplazada) = (Wp+a) + Ws – (Wp+a+s)

Volumen del agua desplazada Va = Wa/γw

El volumen del suelo es igual al volumen del agua desplazada por lo que el peso específico de los granos es:

Va

WsGs s == γ



Proporciones Proporcionesen Volúmenes en Peso

Vt

Va

Vw

Vs

Vv

Wa

Ww

Wv

Ws

Wt

Fase gaseosa

Fase líquida

Fase sólida

Vt : volumen total de la muestra del suelo. ( volumen da la masa)

Vs: volumen de la fase sólida de la muestra ( volumen de sólidos)

Vωωωω: volumen de la fase líquida ( volumen de agua)

Va: volumen de la fase gaseosa ( volumen de aire o de los gases)

Vv: volumen de vacíos de la muestra de suelo ( volumen de vacíos).

Vv = Vω + Va

Vt = Vv + Vs

Vt = Vω + Va + Vs

Wt : Peso Total de la muestra de suelo. (Peso de la Masa).

Ws : Peso de la fase sólida de la muestra.

Wωωωω: Peso de la fase líquida (peso del agua).

Wa : Peso de la fase gaseosa, convencionalmente considerado como nulo en Geotecnia

Relaciones volumétricas y gravimétricas

Densidad o Peso por Unidad de Volumen.

* Con una humedad diferente a la correspondiente a su saturación

Convencionalmente Wa = cero

* Para ω = ω sat Humedad de saturación (Va = 0 )

* Cuando Wω = 0 (Totalmente seco) Vv = Va

VvVs

WwWs

VvVs

WaWwWs

Vt

Wth

+

+=

+

++==γ

VvVs

WwWs

Vt

Wtsat

+

+==γ

VvVs

Ws

Vt

Wtd

+==γ

Vt

Wt=γ

Vt

Va

Vw

Vs

Vv

Wa

Ww

Wv

Ws

Wt

Fase gaseosa

Fase líquida

Fase sólida

γγγγd < γγγγh < γγγγ sat



Vt

wVsWs γγ

.´

−=

γγγγ´= γγγγsat - γγγγw

Peso sumergido = Ws – Vs . γw

Sumando y restando (Vω.γw)

Vt

wVwwVwwVsWs γγγγ

...´

−+−=

Vt

wVwVsWwWs γγ

).()(´

+−+=

Vt

wVwVs

Vt

WwWs γγ

).(´

+−

+=

Peso del sólido sumergido = peso del sólido – pesos del agua que desplaza

Vt

Vs

Vv Ww

Ws

Wt

Fase líquida

Fase sólida

100.(%)Ws

Www =

100.(%)Vv

VwS =

Humedad de un suelo

Vt

Va

Vw

Vs

Vv

Wa

Ww

Wv

Ws

Wt

Fase gaseosa

Fase líquida

Fase sólida

Grado de saturación

100

%1

w

WhWs

+

=

Obtención del peso seco del suelo a partir de su peso húmedo y de su humedad

WwWsWh +=

100.(%)Ws

Www = 100

%.wWsWsWh +=

)100

%1(

wWsWh +=

Humedad Grado de Saturación, Peso seco y Pesos húmedo



RELACIONES FUNDAMENTALES

Relación de vacíosVs

Vve = Porosidad

Vt

Vvn =

VvVt

Vv

Vs

Vve

−==

Vt

VvVt

Vv

e

−

=

1 n

ne

−=

1

VvVs

Vv

Vt

Vvn

+==

Vs

VvVs

Vv

n

−

=

1 e

en

+=

1

Formación geológica de los suelos de la Ciudad de Bs. As.

Fm. Pampeano

Fm. Puelche

Fm. Post PampeanoRiachuelo

Suelos conformados por arcillas muy plásticas y arenas limosas con materia orgánica, por lo general de color gris oscuro, blandos y muy sueltos

Suelos arcillosos y limosos en algunos casos con concreciones calcáreas, peden ser preconsolidados o normalmente consolidados, por lo general de color castaño

Arenas límpias mal graduadas de granulometría fina, muy densas y de color amarillo claro



Planilla de resumen de un estudio de suelo en la Fm. Post Pampeano

Sondeo D Ubicación: Avenida Del Barco Centenera y Av. Roca

Nro Prof. Descripción del Suelo E.N.P.Clasif. Wn, Wl, Wp, Ip, Granulometría Fricc.

10 20 30 40 50 60 70 80 90 10 20 30 40

Humedad Natural Límite Plástico Límite Líquido Indice Plasticidad

Pasa tamiz 4 Pasa tamiz 10 Pasa tamiz 40 Pasa tamiz 100

1 1,00 CL

2 2,00 CL

3 3,00 ML

4 4,00 ML

5 5,00 ML

6 6,00 SM

7 7,00 SM

8 8,00 SM

9 9,00 SM

10 10,00 SM

11 11,00 SM

12 12,00 SM

13 13,00 ML

14 14,00 ML

15 15,00 ML

16 16,00 CL

17 17,00 CL

18 18,00 CL

19 19,00 CL

20 20,00 CL

21 21,00 CL

22 22,00 CL

23 23,00 SM

24 24,00 SM

Arcilloso

castaño

Limo arenoso

gris verdoso

Arena limosa

gris oscura

Limo arcilloso

castaño

Arcillo arenoso

castaño claro

Arcillo limoso

castaño|

Arena limosa

castaña

No Plástico

No Plástico

No Plástico

No Plástico

No Plástico

No Plástico

No Plástico

No Plástico

No Plástico

No Plástico

Planilla de resumen de un estudio de suelo de 75 m

Obra: Investigación en el Río de La Plata 06/12/99

Sondeo XX Ubicación: Río de La Plata Napa: -

Nro Prof. Descripción del Suelo E.N.P.Clasif . Wn, Wl, Wp, Ip, Granulometría

10 20 30 40 50 60 70 80 90 10 20 30 40

Humedad Natural Límite Plástico Límite Líquido Indice Plasticidad E.N.P.

Pasa tamiz 4 Pasa tamiz 10 Pasa tamiz 40 Pasa tamiz 100 Pasa tamiz 200

1 1,00 CH

2 2,00 CH

3 3,00 CH

4 4,00 CH

5 5,00 CH

6 6,00 CH

7 7,00 CH

8 8,00 CH

9 9,00 CH

10 10,00 CH

11 11,00 CH

12 12,00 CH

13 13,00 CH

14 14,00 CH

15 15,00 CH

16 16,00 CH

17 17,00 CH

18 18,00 CH

19 19,00 CH

20 20,00 CL

21 21,00 CL

22 22,00 CH

23 23,00 CH

24 24,00 CL

25 25,00 SM

26 26,00 ML

27 27,00 SP

28 28,00 SP

29 29,00 SP

30 30,00 SP

31 31,00 SP-SM

32 32,00 SP-SM

33 33,00 SP-SM

34 34,00 SP-SM

35 35,00 SP-SM

36 36,00 SP-SM

37 37,00 SP

38 38,00 SP

39 39,00 SP-SM

40 40,00 SP-SM

41 41,00 SP-SM

42 42,00 CH

43 43,00 CH

44 44,00 CH

45 45,00 CH

46 46,00 CH

47 47,00 CH

Lecho del Río a - 4 ,50 m

Post. Pampeano

Arcilloso

gris oscuro

*con conchillas

Arcilloso

Gris oscuro

Arcilloso

gris oscuro

Arena limosa gris amarillenta

Limo arenoso gris amarillento

Arena mal graduada

Gris amarillenta

Arena limosa mal graduada

Amarilla

Arena límpia mal graduada

amarilla

Arena limosa mal graduada

amarilla

Arcilloso

Verdoso

Fm. Paraná

No Plástico

No Plástico

No Plástico

No Plástico

No Plástico

No Plástico

No Plástico

No Plástico

No Plástico

No Plástico

No Plástico

No Plástico

No Plástico

No Plástico

No Plástico

No Plástico

No Plástico

<1

<1

<1

<1

<1

<1

<1

<1

<1

<1

<1

<1

<1

<1

>50

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Fm. Post Pampeano

Fm. Puelche

Fm. Paraná

Capitulo 1 y 2 Formacion de Los Suelosy Clasificacion Granulometrica

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