Propiedades Físicas Del Suelo Peso Específico (1)

Facultad de Ingeniería y Arquitectura

PROPIEDADES FÍSICAS DEL SUELO

Mecánica de suelos I Cajamarca, abril del 2014


• Peso específico absoluto o peso específico del sue lo

se define como su peso por unidad de volumen.

�s = W/V

• Peso especifico relativo o gravedad específica del suelo

El peso específico relativo o gravedad específica de un suelo se toma como

el valor promedio para los granos del suelo. Este valor es necesario para

calcular la relación de vacíos de un suelo, se utiliza también en el análisis de

hidrómetro y es útil para predecir el peso unitario de un suelo.

La gravedad especifica de cualquier sustancia de define como “El peso

unitario del material dividido por el peso unitario del agua destilada a cuatro

grados Celcius.”

Gs = �s

�wMecánica de suelos I Cajamarca, abril del 2014


• Peso específico de la masa del suelo (densidad natu ral): γγγγm

Es la relación entre el peso total y el volumen total de la muestra del suelo

γm = WmVm

• Peso específico seco: γγγγd

Es la relación entre el peso de las partículas minerales secas y el volumen

total de la muestra de suelo

γm = WsVm

Peso específico de sólidos: γγγγs

Es la relación entre el peso y el volumen de las partículas minerales secas

γs= WsVs



Peso específico de sólidos: γγγγs

Para determinar el peso específico de sólidos de un suelo, se establece

procedimientos para suelos que se componen de partículas menores de 4.75 mm

y para los que se componen de partículas mayores a 4.75 mm., se ensayan por

separado. El resultado será el promedio ponderado de ambas muestras.

γs: peso específico ponderado

% gruesos: porcentaje de la fracción gruesa

% finos: porcentaje de la fracción fina

γs gruesos: peso específico de la fracción

gruesa

γs finos: peso específico de la fracción fina



Ensayo: peso específico de grava gruesa o piedra

material

• Muestra de piedra seca

• Agua

equipo

• Balanza hidrostática

procedimiento

• Determinar el peso de la piedra en el aire para lo cual mediante un hilo

se cuelga la piedra en la palanca de la balanza y pesar Waire



• Determinar el peso específico

Determinar el peso de la piedra sumergida para lo cual se coloca un

recipiente con agua sobre el soporte respectivo de la balanza y la piedra

colgante se sumerge en el agua Wsumer



Peso específico de grava

CalicataC23

EstratoE4

Peso muestra en el aire (gr)380.42

Peso muestra sumergida (gr) 232.76

γ s (gr/cm3)



Peso específico de material fino

Juega un papel muy importante en

la mayor parte de las pruebas y

cálculos de la mecánica de

suelos.

Para su determinación se utiliza

un recipiente aforado llamado

picnómetro.



Ensayo: peso específico del material fino

Material

• Muestra seca menor que la malla N° 4

• Agua

Equipo

• Balanza con aproximación de 0.01 gr

• Fiola de 500 ml.

• Bomba de vacíos



Procedimiento

• Pesar la muestra seca (aproximadamente 80 a 100 gr) Ws

• Llenar la fiola con agua hasta la marca de 500 ml y pesar Wfw

• Colocar la muestra seca ya pesada en la fiola vacía y , verter agua

hasta cubrir la muestra, agitar, luego conectar a la bomba de vacíos

durante 15 minutos de tal manera que las burbujas de aire sean

extraídas.

• Retirar la fiola de la bomba de vacíos, inmediatamente agregar agua

hasta la marca de 500 ml y pesar Wfws

• Determinar el peso específico



Peso específico de material fino

Calicata C9

Estrato E3

Peso suelo seco (Ws) ( gr) 60

Peso fiola + agua (Wfw) (gr) 675

Peso de fiola + agua + suelo (Wfws) (gr) 710

Peso específico ggggs (gr/cm3)



• Relación de vacíos: e

La relación de vacíos o huecos es la medida del volumen de los vacíos

con respecto al volumen de las partículas sólidas, invariablemente

expresado como un número. Estos términos utilizados en la medición

de las oquedades son importantes, ya que nos indican si el suelo es

poroso o si en cambio esta bien denso. Suponiendo un proyecto de

construcción en relleno donde el terraplén provoca una serie de

presiones superficiales que se transmiten al subsuelo y afectan los

estratos, para este caso se debe conocer la relación de vacíos del

relleno que se va a colocar.



Es la relación entre el volumen de vacíos y el volumen de los sólidos. Se

expresa en porcentaje

Su valor puede ser e > 1 y alcanzar valores muy altos.

e = Vv * 100 (%)

Vs



• Porosidad: hhhh

La porosidad es la medición del volumen de los poros o vacíos del

suelo. Es la combinación de aire y agua, o sea la relación por cociente

entre el volumen de vacíos y el volumen total de una muestra de suelo

expresado en porcentaje. En otras palabras es la medición de vacíos o

huecos tomando en como unidad de comparación el volumen total de la

muestra. Mientras mas poroso en el suelo, su porosidad aumenta

matemáticamente, si es completamente denso no hay porosidad y por

ende no hay vacíos, pero prácticamente esto no ocurre, ya que la

porosidad de los suelos esta regularmente en un rango entre veinte y

noventa y cinco por ciento.



Se define como la probabilidad de encontrar vacíos en el volumen total de

la muestra. Por lo tanto 0 < h < 100% . Es decir h ≠ 0 y h ≠ 100%

Es la relación entre el volumen de vacíos y el volumen total, se expresa

en porcentajeh= Vv *100

Vm

• Grado de saturación: Gw

Es la relación entre el volumen de agua contenida en el suelo y el

volumen de vacíos. Se expresa en porcentaje

Gw = Vw * 100 Vv



Estudio de suelos

Calicatas Las calicatas permiten la inspección directa

del suelo que se desea estudiar y, por lo

tanto, es el método de exploración que

normalmente presenta la información más

confiable y completa. En suelos con grava,

la calicata es el único medio de exploración

que puede proporcionar información

confiable, y es un medio muy efectivo para

exploración y muestreo de suelos de

fundación y materiales de construcción a un

costo relativamente bajo.



Es necesario registrar la ubicación y elevación de cada calicata, las que son

numeradas según la ubicación. Si un pozo programado no se ejecuta, es

preferible mantener el número del pozo en el registro como "no realizado" en

vez de volver a usar el número en otro lugar, para eliminar confusiones.

La profundidad está determinada por las exigencias de la investigación.

La sección mínima recomendada es de 0,80 m por 1,00 m, a fin de permitir

una adecuada inspección de las paredes. El material excavado deberá

depositarse en la superficie en forma ordenada separado de acuerdo a la

profundidad y horizonte correspondiente. Debe desecharse todo el material

contaminado con suelos de estratos diferentes.



Se dejarán plataformas o

escalones de 0,30 a 0,40 metros

al cambio de estrato,

reduciéndose la excavación. Esto

permite una superficie para

efectuar la determinación de la

densidad del terreno. Se deberá

dejar al menos una de las paredes

lo menos remoldeada y

contaminada posible, de modo

que representen fielmente el perfil

estratigráfico de la calicata.



En cada calicata se deberá realizar una descripción visual o registro de

estratigrafía comprometida.

A cada calicata se le deberá realizar un registro adecuado que pasará

a formar parte del informe respectivo. La descripción visual de los

diferentes estratos se presentará en el formato y deberá contener,

como mínimo, toda la información que allí se solicita.



Símbolos Gráficos para Suelos



Descripción de los suelos

Está basada en examen visual y ensayos manuales, y no debe

contener refinamientos que sólo pueden determinarse con equipo de

laboratorio, aunque éstos sean contradictorios. Ocasionalmente los

suelos son descritos con tal cantidad de detalles que el cuadro

presentado es más confuso que esclarecedor; sin embargo, es mejor

errar por el lado del exceso de detalles, que pueden seleccionarse, que

presentar descripciones incompletas.



- Tamaño: se describirá si son suelos granulares o suelos finos. La

fracción gruesa comprende los tamaños de gravas y arenas, y la

fracción fina los limos y arcillas. En esta estimación se excluyen las

partículas gruesas mayores a 80 mm (3");

- Color: Se debe indicar el color predominante.



- Humedad: se registrará la humedad indicando si el suelo esta muy

húmedo, húmedo, seco, muy seco.

- Cementación: Algunos suelos muestran definida evidencia de

cementación en estado inalterado. Esto debe destacarse e indicar el

grado de cementación, descrito como débil o fuerte.

- Densificación: La compacidad o densidad relativa de suelos sin

cohesión puede ser descrita como suelta o densa,



Estas descripciones visuales

deberán contener como mínimo los

siguientes antecedentes:

- Identificación de la calicata

mediante un número,

especificado su ubicación con

respecto al kilometraje del eje o

sus coordenadas, nombre las

laboratorista y fecha de la

inspección.

- Profundidad total.



- Profundidad de la napa de

agua, referida al nivel del

terreno natural y fecha de

observación.

- Profundidad de los diferentes

estratos por describir,

referidas al nivel del terreno

natural.



- Descripción del suelo empleando la según se trate de suelos gruesos o

finos, respectivamente.

- Cantidad y tipo de las muestras tomadas en la calicata.

- Observaciones y otras características relevantes.

Desde las paredes y piso de las calicatas se deben obtener las muestras

que serán llevadas a laboratorio.

Todas las muestras que se obtengan deberán ser perfectamente

identificadas, incluyendo por lo menos los siguientes tópicos: identificación

de la calicata; profundidad a la que fue tomada; nombre de la persona que

la tomo y fecha de obtención.



Se distinguen dos tipos de

muestras que se pueden

obtener:

- Muestra perturbadas. Se

obtienen en general de las

paredes de los pozos. Estas

muestras deben guardarse en

bolsas impermeables y de

resistencia adecuada. Cada

bolsa debe identificarse clara

e indeleblemente.



Muestras en bolsas: Las muestras en bolsas se toman con pala,

barreta o cualquier otra herramienta de mano conveniente y se

colocan en bolsas sin tratar de mantener al suelo en forma

inalterada, estas muestras se usan para:

· Análisis granulométrico.

· Ensayos de plasticidad.

· Ensayos de compactación – humedad óptima.

· Ensayos de compactación CBR en laboratorio.



- Muestra sin perturbar . Este tipo de muestra se recorta de las paredes

de los pozos. Después de cortadas deben revestirse con una capa de

parafina sólida aplicada con brocha.

Una vez dado el tratamiento anterior, debe colocarse en cajas de

madera con aserrín u otro producto que actúe como amortiguador de

golpes.



Las muestras sin perturbar deberán tomarse apenas excavadas las

calicatas, en especial cuando se trate de suelos cuya estructura se ve

afectada por los cambios de humedad. En todo caso, al tomar una

muestra no perturbada, debe elegirse la pared de la calicata menos

expuesta al sol y debe excavarse el espesor superficial que haya sido

afectado por los cambios de humedad.



No deben escatimarse esfuerzos en el embalaje adecuado de las

muestras, ya que el grado de perturbación que se le ocasione a una

muestra no perturbada es irrecuperable y lleva a resultados erróneos. En

las calicatas, es posible realizar ensayes en sitio tales como las pruebas

de carga con placas, CBR, permeabilidades, medidas de densidad, etc.

Cada vez que sea necesario realizar un ensayo en sitio en una calicata, la

excavación deberá realizarse considerando este hecho, dado que este tipo

de prueba obliga a tomar medidas especiales que determinan la forma de

excavación. Es así como la toma de densidades obliga a realizar éstas a

medida que la excavación se realiza, o bien es necesario dejar bancos

intermedios.



El muestreo es tan importante como el ensayo y se deben tomar las

precauciones para obtener muestras que exhiban la naturaleza real y

condiciones de los suelos que se representan. Salvo situaciones que

exijan determinación de resistencia o consolidación, las muestras

necesarias para diseño de superestructura de obras viales serán

perturbadas.



Número, tipo y profundidad de los sondeos

El número, tipo y profundidad de los sondeos que deban ejecutarse en un

programa de exploración de suelos depende fundamentalmente del tipo

de subsuelo y de la importancia de la obra. En ocasiones, se cuenta con

estudios anteriores cercanos al lugar, que permite tener una idea siquiera

aproximada de las condiciones del subsuelo y este conocimiento permite

fijar el programa de exploración con mayor seguridad y eficacia. Otras

veces, ese conocimiento apriorístico indispensable sobre las condiciones

predominantes en el subsuelo ha de ser adquirido con los sondeos de tipo

preliminar.



El número de estos sondeos exploratorios será el suficiente para dar

precisamente ese conocimiento. En obras pequeñas posiblemente tales

sondeos tendrán carácter definitivo, por lo que es conveniente realizarlos

por los procedimientos más informativos, tales como la prueba de

penetración estándar, por ejemplo.

Un punto que requiere especial cuidado es la determinación de la

profundidad a que debe llevarse la exploración del suelo. Este aspecto

fundamental, cuyas repercusiones pueden dejarse sentir en todas las fases

del éxito o fracaso de una obra ingenieril, tanto técnicas como económicas,

está también principalmente definido por las funciones e importancia de la

obra y la naturaleza del subsuelo.



En general, los puntos básicos que la mecánica de suelos debe cuidar en un

caso dado se refieren a la posibilidad y cálculo de asentamientos y a

determinaciones de resistencia de los suelos.

Para fines de cimentación, ha sido frecuente la recomendación práctica de

explorar una profundidad comprendida entre 1,5B y 3B, siendo B el ancho de

la estructura por cimentar.

Generalmente es suficiente detener la exploración al llegar a la roca basal, si

ésta aparece en la profundidad estudiada; sin embargo, en casos especiales

se hará necesario continuar el sondeo dentro de la roca por métodos

rotatorios; por ejemplo, en cimentaciones de presas sería necesario verificar

que la roca no presente condiciones peligrosas desde el punto de vista de

infiltraciones de agua.



• Programa de investigación

- Clase de estructura de las edificaciones

Clase de estructura Distancia mayor entre apoyos (m)

N° de pisos incluidos los sótanos≤ 3 4 a 8 9 a 12 >12

Aporticada de acero < 12 C C C BPórticos y/o muros de concreto < 10 C C B AMuros portantes de albañilería <12 B A - -Bases de máquinas y similares Cualquiera A - - -

Estructuras especiales Cualquiera A A A A

Otras estructuras Cualquiera B A A A

*cuando la distancia sobre pasa la indicada, se clasificará en el tipo de edificación inmediato superiorTanques elevados y similares ≤ 9 m de altura >9 m de altura

B A



• Número de puntos de investigación

Tipo de edificación N° de puntos de investigación

A 1 cada 225 m2

B 1 cada 450 m2

C 1 cada850 m2

Urbanizaciones para vivienda 3 por cada ha de terreno habilitado unifamiliares de hasta 3 pisos



• Técnicas de investigación

Técnica Norma aplicable

Método de ensayo de penetración standar NTP 339.133 (ASTM D 1586)

Método para la clasificación de suelos con propósito de ingeniería, sistema SUCS

NTP 339.134 (ASTM D 2487)

Densidad in situ mediante el método de cono de arena NTP 339.143 (ASTM D 1556)

Densidad in situ mediante métodos nucleares NTP 339.144 (ASTM D 2922)

Descripción e identificación de suelos (procedimiento visual manual)

NTP 339.150 (ASTM D 2488)

Norma práctica para la investigación y muestreo de suelos por perforaciones con barrena

NTP 339.161 (ASTM D 1452)

Guía normalizada para la caracterización de campo con fines de diseño de ingeniería y construcción

NTP 339.162 (ASTM D 420)



• Profundidad mínima a alcanzar en cada punto de investigación

� Cimentación superficial- Edificación sin sótano

P = Df + z

Z: 1.5 B, siendo B el ancho decimentación prevista de mayorárea

En ningún caso p será menorde 3 metros, excepto si seencontrara roca antes dealcanzar la profundidad p



- Edificación con sótanoP = h + Df + z

Z: 1.5 B, siendo B elancho de cimentaciónprevista de mayor área

En ningún caso p serámenor de 3 metros,excepto si se encontrararoca antes de alcanzar laprofundidad p



Df: En una edificación sin sótano, es la distancia vertical desde la

superficie del terreno hasta el fondo de la cimentación. En

edificaciones con sótano, es la distancia vertical entre el nivel

de piso terminado del sótano y el fondo de cimentación.

h: distancia vertical entre el nivel de piso terminado del sótano y la

superficie del terreno natural



� Cimentación profunda

La profundidad mínima de investigación, corresponderá a la

longitud del elemento que transmite la carga a mayores

profundidades (pilote, pilar, etc) más la profundidad z

P = h + Df + z



Df: En una edificación sin sótano,

es la distancia vertical desde la

superficie del terreno hasta el

extremo de la cimentación

profunda (pilote, pilar, etc). En

edificaciones con sótano, es la

distancia vertical entre el nivel

de piso terminado del sótano y

el extremo de la cimentación

profunda.



h: distancia vertical entre el nivel de

piso terminado del sótano y la

superficie del terreno natural

Z = 6.00 m en el 80 % de los

sondeos

Z =1.5 B, en el 20 % de los

sondeos, siendo B el ancho de

cimentación delimitada por los

puntos de todos los pilotes o

las bases de todos los pilares.



• Tipos de muestras

Tipo de muestra Norma aplicable Formas de obtener y transportar

Estado de la muestra

Características

Muestra inalterada en bloque (Mib)

NTP 339. 151 (ASTM D4220) Prácticas normalizadas para la preservación y transportes de suelos

Bloques Inalterada Deben mantener inalteradas laspropiedades físicas y mecánicasdel suelo en su estado natural almomento del muestreo, aplicablesolamente a suelos cohesivos,rocas blandas o suelos granularesfinos suficientemente cementadospara permitir su obtención

Muestra inalterada en tubo de pared delgada (Mit)

NTP 339. 169 (ASTM D1587) Muestreo geotécnico de suelos con tubo de pared delgada

Tubos de pared delgada

Inalterada

Muestra alterada en bolsa de plástico (Mab)

NTP 339. 151(ASTM D4220) Prácticas normalizadas para la preservación y transportes de suelos

Con bolsas de plástico

Alterada Debe mantener inalterada lagranulometría del suelo en suestado natural al momento delmuestreo

Muestra alterada para humedad en lata sellada (Mah)

NTP 339. 151(ASTM D4220) Prácticas normalizadas para la preservación y transportes de suelos

En lata sellada Alterada Debe mantener inalterado elcontenido de agua



• Ensayos de laboratorio

Ensayo Norma aplicada

Contenido de humedad NTP 339.127 (ASTM D 2216)

Análisis granulométrico NTP 339.128 (ASTM D 422)

Límite líquido y límite plástico NTP 339.129 (ASTM D 4318)

Peso específico relativo de sólidos NTP 339.131 (ASTM D 854)

Clasificación SUCS NTP 339.134 (ASTM D 2487)

Densidad relativa NTP 339.137 (ASTM D 4253)

Peso volumétrico de suelo cohesivo NTP 339.139 (BS 1377)

Limite de contracción NTP 339.140 (ASTM D 427)

Ensayo de compactación proctor modificado NTP 339.141 (ASTM D 1557)

Consolidación unidimensional NTP 339.154 (ASTM D 2435)

Compresión triaxial no consolidado no drenado NTP 339.164 (ASTM D 2850)

Compresión triaxial consolidado no drenado NTP 339.166 (ASTM D 4767)

Compresión no confinada NTP 339.167 (ASTM D 2166)

Corte directo NTP 339.171 (ASTM D 3080)


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