qwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyui MECANICA DE SUELOS I 2010.
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ghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcMECANICA DE SUELOS I MECANICA DE
SUELOS I 2010. KARINA SANCHEZ CHAVEZKARINA SANCHEZ CHAVEZ
MECANICA DE SUELOS I 2010.INTRODUCCION En el trabajo practico el
ingeniero civil enfrenta diferentes problemas en los terrenos sobre
los cuales tienen la necesidad de construir estructuras por ello en
estos apuntes se intenta enunciar en forma clara los principios
fundamentales de las propiedades mecnicas de los suelos como una
forma terica la cual se complementa con pruebas de laboratorio que
con su conjunto sern una herramienta en la introduccin a la mecnica
de suelos para los alumnos de la carrera de ingeniera civil. UNIDAD
1. INTRODUCCION A LA MECANICA DE SUELOS ORIGEN Y FORMACIN DE LOS
SUELOS Los suelos son producidos el intemperismo y erosin de las
rocas las cuales pueden ser residuales o transportadas. Los
primeros son los que se localizan junto a la roca que le dio origen
y los transportados se consideran aquellos que son localizados
lejos de las rocas que le dan origen siendo el medio de transporte
el agua el viento, los animales o la gravedad. Los suelos por
consecuencia son agregados ptreos, que tienen una composicin
mineral idntica a la roca que le da origen con la diferencia de que
los suelos son partculas con un tamao mximo de 3 (7.5). Las
partculas con tamao mximo se consideran fragmentos de roca como se
indica en la siguiente tabla. TAMAO Mayores de 2.0m De 70m a 2m. De
20cm a 70cm. De 3 a 20cm. No. 4 a No.3 No. 200 a No. 4 Pasa la
malla No. 200 DENOMINACION Macizo rocoso Fragmentos grandes de roca
Fragmentos medianos de roca Fragmentos chicos de rocas Suelo
gruesos gravas Suelos gruesos arenas Suelos finos
1.2 FACTORES GEOLOGICOS QUE INFLUYEN EN LAS PROPIEDADES DE LOS
SUELOS NATURALEZA DE LA FORMACIN DEL SUELO. El globo terrestre est
formado en su parte interna por un ncleo el cual est constituido
por compuestos predominantes de hierro y nquel. Un magma fluido
rodea el ncleo y envolviendo el al magma se encuentra la corteza
terrestre. Formado sobre todo por silicatos. Esta capa tiene un
espesor de 30 a 40 km en las plataformas continentales, est
constituida por grandes masas heterogneas, con depresiones ocupadas
por los mares y ocanos.KARINA SANCHEZ CHAVEZ
MECANICA DE SUELOS I 2010.Sobre yaciendo a la corteza terrestre
existe una pequea capa formada por la desintegracin y descomposicin
de los ltimos niveles, esta pequea capa del planeta es el suelo del
cual se trata la mecnica de suelos. El suelo es un conjunto de
partculas orgnicas e inorgnicas con una organizacin definida y que
varan vectorialmente en la direccin vertical, las propiedades varan
mucho ms rpido en el sentido horizontal. Existen diferentes
definiciones de suelos segn sea la utilidad del mismo, ejemplo para
los agrnomos tiene un significado, para los gelogos tiene otro
significadlo pero para fines de la mecnica de suelos diremos que
suelo es todo tipo de material terroso que tiene un tamao menor a
3. La corteza terrestre es atacada principalmente por el aire y el
agua, todos los mecanismos se refieren a la intemperizacin de las
rocas por agentes fsicos, tales como cambios peridicos de
temperatura accin de congelacin de agua en juntas y grietas de las
rocas efectos de organizacin y plantas etc. Por estos fenmenos las
rocas llegan a formar arenas limosas y solo en casos especiales
arcillas. La descomposicin qumica es la accin de agentes que atacan
a las rocas modificando su composicin mineralgica o qumica. El
agente ms importante es desde luego el agua y efectos qumicos de la
vegetacin. Esos mecanismos generalmente producen arcillas como
producto ultimo de descomposicin. Los suelos deben a su origen a
una variedad de causas que excede todo poder de descripcin
detallada, el resultado de estas causas es una inmensa diversidad
de suelos resultantes. De acuerdo al lugar de origen de los suelos
estos se clasifican en suelos residuales y suelos transportados.
KARL VAN TEZRZAFHI (2 de octubre de 1883 Estados Unidos 25 de
octubre de 1963.). Ingeniero reconocido como el padre de la mecnica
de suelos y de las ingenieras geotecnia. Desde su carrera dedico
sus esfuerzos a buscar con mtodo racional para resolver los
problemas relacionados con la ingeniera de suelos y cimentaciones.
De 1925 a 1929 inicia el primer programa sobre mecnica de suelos, y
consigui que esta ciencia fuera importante en la materia de
ingeniera civil. En 1938 desarrollo y expuso su curso sobre la
geologa aplicada a la ingeniera y se retiro a los 10 aos 1953. Y
fue uno de los mejores ingenieros civiles del siglo XX.KARINA
SANCHEZ CHAVEZ
MECANICA DE SUELOS I 2010.ARTHUR CASAGRANDE Fecha: 1902 - 1981,
Titulo: Ingeniero Geotcnico, Logros Principales: Contribuidor mayor
de los desarrollo de la Mecnica de Suelo.
El hombre. Arthur Casagrande naci el 28 de agosto de 1902 en
Austria. l viaj a los Estados Unidos en 1926 y se asent por
conveniencia. Trabaj en la Oficina de Caminos Pblicos y como
ayudante de investigaciones bajo el mando de Terzaghi en MIT. l fue
"la mano derecha" de Terzaghi durante varios aos e hizo, o
contribuy en la creacin, de los fundamentos de la Mecnica de Suelo.
Ms tarde se hizo Profesor de Mecnica de Suelos. Tambin sirvi como
presidente del ISSMFE en los aos 1960.
Maestro. El profesor Casagrande comenz el programa de Mecnica de
Suelo en la Universidad de Harvard en 1932. Este ha sido el modelo
para todos otros programas que vinieron ms tarde. Muchos de sus
estudiantes fueron inspirados por Casagrande y entraron en el campo
de la Mecnica de Suelos; estos hombres ms tarde se convirtieron en
los creadores del campo de la Ingeniera Geotcnica como es conocido
hoy. Su trabajo en Harvard, que dur aproximadamente cuatro dcadas
ha producido numerosas publicaciones.
Investigador. Siendo un pionero, el profesor Casagrande trabaj
sobre los problemas fundamentales de la Mecnica de Suelo, como la
clasificacin de suelo, la filtracin a travs de la tierra, y la
fuerza cortante. Es seguro asumir que la "lnea A" en la carta de
plasticidad es por el nombre " Arthur". La mayor parte de los
ingenieros geotcnicos, no ha visto la mitad de las tantas presas
sobre las que l trabaj. Para honrar sus contribuciones duraderas en
esta rea de la ingeniera geotcnica sus antiguos estudiantes han
creado el " Volumen Casagrande-Ingeniera de Presas de
terrapln".
Honores. Las contribuciones de Casagrande en la profesin fueron
reconocidas otorgndole los honores de Rankine por la Institucin de
Ingenieros civiles (el Reino Unido), y el Conferenciante Terzaghi
por la Sociedad americana de Ingenieros civiles. l fue el primero
en recibir el Premio de Terzaghi de la ASCE. l escribi ms de cien
notas de investigacin e informes, sobre muchos grandes temas, desde
heladas en suelos a las cargas dinmicas y todo lo intermedio.KARINA
SANCHEZ CHAVEZ
MECANICA DE SUELOS I 2010.
SUELOS RESIDUALES Son aquellos que se localizan en el lugar
directamente sobre la roca la cual se deriva. Los suelos
transportados son removidos del lugar de formacin por los mismos
agentes biolgicos y re depositados en otra zona existiendo en la
naturaleza numerosos agentes del transporte como los glaciales, el
viento, los ros, corrientes de agua superficial los mares y las
fuerzas de gravedad. En general un suelo transportado queda
descripto por un perfil estratigrfico que resulta de la secuencia
de su colocacin y el espesor de sus extractos. Caractersticas y
estructuracin de los suelos Minerales constitutivos de los suelos
gruesos Un mineral es una sustancia inorgnica y natural que tiene
una estructura interna caracterstica determinada. Por un cierto
arreglo especifico de sus tomos e iones. Sus propiedades fsicas
para identificarlos son el color lustre, la tonalidad de sus
raspaduras, la forma de cristalizacin la dureza, la forma de su
fractura y disposicin de sus planos crucero, la tenacidad para
permitir los rayos de la luz y la densidad relativa. En los suelos
formados por partculas gruesos los minerales predominantes son:
Silicatos Feldespatos de potasio Sodio o calcio Micas Olivino
Serpentina
OXIDOS CUYOS EXPONENTES CUARZO La limonita La magnetita El
corindn Carbohidratos entre los que se destacan. Calcitas La dolo
mita
KARINA SANCHEZ CHAVEZ
MECANICA DE SUELOS I 2010. Sulfatos cuyos principales
representantes son: la anhidrita y el yeso.
MINERALES CONSTITUTIVOS DE LAS ARCILLAS Los silicatos se
encuentran en las rocas gneas y metamrficas y los agentes de
descomposicin qumica dan origen a las arcillas. La constitucin
mineralgica de las arcillas influye en forma directa sobre su
comportamiento mecnico. Estas estn constituidas en su mayora por
silicatos de aluminio hidratos presentando de ms de algunas
ocasiones silicatos de magnesio, hierro u otros materiales tienden
casi siempre una estructura cristalina definida cuyos tomos se
disponen en lamina. Existiendo dos variedades de tales lminas: la
sindica y la a lumnica. La slica est formada por un tomo de silicio
rodeado del cuadro de oxigeno disponindose en forma de tetraedro
las cuales se ocupan en unidades hexagonales sirviendo en un tomo
de oxigeno entre cada tetraedro. Estructura de las arcillas Un
suelo nunca es un mero agregado desprovisto de organizacin; al
contrario, sus partculas se disponen siempre en forma organizada,
siguiendo unas leyes fijas y segn las fuerzas naturales
susceptibles de anlisis. Los suelos formados por partculas
relativamente grandes (gravas y arenas) las fuerzas que intervienen
para formar la estructura son bien conocidas y sus efectos son
relativamente simples de calificar. En los suelos formados por
partculas ms pequeas (limos y arcillas), las fuerzas que
intervienen en los procesos de estructuracin son de un carcter
mucho ms complejo y las estructuras resultantes son slo
parcialmente verificables por mtodos indirectos, relativamente
complicados y aun en plena etapa de desarrollo. ESTRUCTURA SIMPLE
Es aquella producida cuando las fuerzas debidas al campo
gravitacional terrestre son claramente predominantes en la
disposicin de las partculas; es tpica de suelos de grano de grueso
(gravas y arenas limpias) de masa comparativamente importante. Las
partculas se disponen apoyndose directamente una con otras y cada
partcula posee varios puntos de apoyo. El comportamiento mecnico e
hidrulico de un suelo de estructura simple. Queda definido
principalmente por dos caractersticas: la compacidad del manto y la
orientacin de sus partculas.KARINA SANCHEZ CHAVEZ
MECANICA DE SUELOS I 2010.Compacidad se refiere al grado de
acomodo alcanzado por las partculas de suelo, dejando ms o menos
vacos entre ellas.
a) Estado ms suelto Cr (%) = Donde:
b) Estado ms compacto
= Relacin de vacios correspondiente al estado ms suelto del
suelo. = Relacin de vacos correspondiente al estado ms compactado
del suelo. = Relacin de vacos del suelo en estado natural. =
Compacidad relativa. ESTRUCCTURA PANALOIDE Se considera tpica en
granos de pequeo tamao (0.002mm de dimetro o algo menores), que se
depositan en el medio continuo, normalmente agua y, en ocasiones
aire. En estas partculas, la gravitacin ejerce un efecto que hace
que tiendan a sedimentarse, pero dada su pequea masa. Otras fuerzas
naturales pueden hacerse de magnitud comparable; correctamente, si
la partcula ya depositada, la fuerza de adherencia desarrollada
entre ambas puede neutralizar al peso. ESTRUCTURA FLOCULENTA Se da
cuando el proceso de sedimentacin, dos partculas de dimetro menores
de 0.02 mm llegan a tocarse, se adhieren con fuerza y se sedimentan
juntas; as, otras partculas pueden unirse al grupo, formando un
grumo, con estructura similar a un panal. Cuando estos grumos
llegan al fondo forman a su vez panales cuyas bvedas no estn ya
formadas por partculas individuales, sino por los grumos
mencionados. El mecanismo anterior produce una estructura muy
blanda y suelta, con gran volumen de vacios, llamada floculenta y,
a veces, panaloide de orden superior. ESTRUCTURA COMPUESTAKARINA
SANCHEZ CHAVEZ
MECANICA DE SUELOS I 2010.Se considera que las estructuras
anteriores rara vez se presentan puras en la naturaleza, pues la
sedimentacin comprende partculas de todos los tamaos y tipos, para
las que rigen las leyes de la naturaleza de modo diferente. Lo comn
seria encontrar en los suelos reales. En estas formaciones se
define un esqueleto constituido por los granos gruesos y por masas
coloidales de flculos que proporcionan nexos entre ellos.
ESTRUCTURA EN CASTILLO DE NAIPES Algunos investigadores como
Goldschmidt y Lambe han sugerido una interpretacin diferente sobre
la gnesis de un estructura floculenta y la estructura resultante en
s. Las investigaciones realizadas en partculas de caolinitas,
ilitas y montmorilonitas demuestran que la longitud de ellas es del
mismo orden de magnitud que su ancho y que el espesor vara de
1/100. De estas dimensiones, en las montmorilonitas, a 1/10, en las
caolinitas, ocupando las ilitas una posicin intermedia. ESTRUCTURA
DISPERSA Algunas investigaciones modernas han indicado que una
hiptesis estructural del tipo de catillo de naipes, en la cual las
partculas tienen contactos mutuos, si bien puede aceptarse como
real en muchos casos, quizs no es la ms estable en la que pudiera
pensarse. Cualquier perturbacin que pueda existir, como deformacin
por esfuerzo a la cortante, tiende en general a disminuir los
ngulos entre las diferentes lminas de material. UNIDAD III
Relaciones volumtricas y gravimtricas. Fases de un suelo. En un
suelo se distinguen tres fases constituyentes: 1. Fase solida: est
constituida por las partculas minerales del suelo (incluyendo la
capa solida absorbida). 2. Fase liquida: est conformada por el agua
libre que existe dentro del suelo, aunque pueden existir dentro del
suelo otros lquidos de menor importancia (residuos orgnicos,
qumicos, etc.). 3. Fase gaseosa: comprende sobre todo el aire, si
bien, pueden estar presentes como vapores, sulfuros, anhdrido,
carbnico, etc. La capa viscosa de agua absorbida presentan
propiedades intermedias entre la fase liquida y solida. Las fases
liquidas y gaseosas del suelo, constituyen el volumen de vacios
mientras los slidos constituyen el volumen de slidos.KARINA SANCHEZ
CHAVEZ
MECANICA DE SUELOS I 2010.Se dice que un suelo es totalmente
saturado cuando todos los vacios estn ocupados por el agua en tal
caso el suelo consta solo de dos fases, solida y liquida. Algunos
suelos contienen adems materia orgnica en diversas formas y
cantidades. En las turbas ests materias predominan y consisten en
residuos vegetales parcialmente descompuestos.Volmenes Va Vv Vm Vw
Fase lquida Ww Wm Fase gaseosa Wa Pesos
Vs
Fase slida
Ws
Relaciones fundamentales de las propiedades mecnicas de los
suelos. En la mecnica de suelos se relaciona el peso de las
distintas fases con los volmenes correspondientes por medio del
concepto de peso especfico, es decir, de la relacin entre el peso
de la sustancia y su volumen; se distinguen los siguientes pesos
especficos:: Peso : Peso : Peso
especifico del agua destilada a 4C especifico del agua en
condiciones de trabajo especifico de la masa del suelo
: Peso
especifico de la fase solida del suelo
El peso especifico relativo se define como la relacin del peso
especifico de la sustancia entre el peso especifico del agua a 4C
destilada y sujeta a una atmosfera despreciable.: Peso
especifico relativo de la masa del suelo
KARINA SANCHEZ CHAVEZ
MECANICA DE SUELOS I 2010.Se denomina relacin de vacios o quedad
o ndice de poros a la relacin entre el volumen de los vacios y el
de los slidos de un suelo.
Se llama porosidad de un suelo a la relacin entre su volumen de
vacios y el volumen de su masa y se expresa como porcentaje. ( )
Esta relacin puede variar de 0 en un suelo ideal con solo fases
solidas a 100 (espacio vaco) los suelos reales suelen oscilar de 20
a 95%.
FORMULARIO
Relaciones de pesos y volmenes
KARINA SANCHEZ CHAVEZ
MECANICA DE SUELOS I 2010.
Relacin de vacios
Porosidad ( ) Grado de saturacin ( ) Contenido de humedad ( )
Grado de saturacin del aire ( ) Correlacin entre la relacin de
vacos y la porosidad SiKARINA SANCHEZ CHAVEZ
MECANICA DE SUELOS I 2010.
Frmulas ms tiles referentes a suelos saturaos
(( )
)
(
)
[
(
) ]
Formulas ms tiles referentes a suelos parcialmente saturados
Peso especifico seco y saturado
Suelos sumergidos
KARINA SANCHEZ CHAVEZ
MECANICA DE SUELOS I 2010.
KARINA SANCHEZ CHAVEZ
EJERCICIOS. En un suelo saturado se conoce un suelo especifico
hmedo . Encontrar la densidad del suelo de dicho sueloFase
lquida
0.6
0.23
0.37
Fase slida
1 ton
(
)(
)
En un suelo parcialmente saturado se conoce e=0.60, Ss=2.75,
Gw=70%. Encuentre: , en kg/m3 y en kg/m3.
MECANICA DE SUELOS I
2010.
Una muestra de arcilla saturada pesa 1526 gr despus de secada al
horno su peso pasa a ser de 1053 gr. Si el peso especifico relativo
de la fase solida pesa 2.70. calcule e, n, , m y d. ( ) ( )
Ww=1526-1053=473 ( ) ( )( )
En una muestra de suelo parcialmente saturado se conoce 95g,
75g, 2.68; encontrar , e, n, , y
50
,
(
)( )
(
)
(
) ( ( )( ) )
KARINA SANCHEZ CHAVEZ
MECANICA DE SUELOS I ( )( )
2010.
(
)
(
)
(
)(
)
El volumen de una muestra irregular de suelo parcialmente
saturado se ha determinado cubriendo la muestra con cera y pesndola
al aire y bajo el agua; se conocen:
( (
) )
(( )
) (
)
KARINA SANCHEZ CHAVEZ
MECANICA DE SUELOS IUNIDAD IV
2010.
GRANULOMETRIA. La granulometra de un suelo se define por la
cantidad de tamaos que tienen sus partculas en los suelos gruesos
cuando se tiene un nmero suficiente de todos los tamaos se dice que
esta graduado y presenta un mejor comportamiento con respecto a su
comportamiento mecnico e hidrulico. En los suelos finos por el
contrario las propiedades mecnicas e hidrulicas estn definidas por
la estructuracin de sus partculas por lo que la composicin
granulomtrica resulta intil. ANALISIS GRANULOMETRICO MECANICO. Se
refiere a la superacin de las partculas de un suelo por tamaos
empleando coladeras o mallas en los cuales se deposita en el
material y se vibra hasta clasificar las partculas por su tamao en
los que pasan la criba y las que se retienen primero; se usa para
obtener las flacciones de los tamaos mayores del suelo. Negando
generalmente hasta el tamao de la malla #200. La muestra de un
suelo se hace pasar a travs de un juego de tamices en aberturas
descendentes hasta la malla #200 (0.074mm) los retenidos en cada
malla se pesan y el peso que presentan. Al peso de la muestra total
se suma a los % retenidos en todas las mallas de mayor tamao, el
complemento al 100% de esta cantidad del % del suelo que es menor
al tamao representado por la malla en cuestin. As puede tenerse un
punto de la curva granulomtrica correspondiente a cada abertura. El
mtodo se dificulta cuando las partculas son de un tamao pequeo, por
ejemplo: las partculas que pasan la malla #200 requieren de agua
para ayudar al paso de la muestra (procedimiento de lavado).
EJERCICIOS:KARINA SANCHEZ CHAVEZ
MECANICA DE SUELOS IMalla No. Abertura Recipiente mm 76.2 50.8
25.4 19.1 12.7 4.76 Tara gr Tara ms suelo retenido gr
2010.
3'' 2'' 1'' No. 4 pasa No.4 suma Malla No.
Peso Porcentaje Retenido Porcentaje suelo retenido acumulado que
pasa retenido gr % % % 0.000 0.000 0.000 100.000 0.000 0.000 0.000
100.000 16.700 1.670 1.670 98.330 46.900 4.690 6.360 93.640 179.000
17.900 24.260 75.740 274.000 27.400 51.660 48.340 483.400 48.340
100.000 0.000 1000.000 100 Peso Porcentaje Retenido Porcentaje
suelo retenido acumulado que pasa retenido gr % % % 30.000 7.468
7.468 40.872 57.000 14.188 21.656 26.684 46.900 11.674 33.330
15.010 11.900 2.962 36.292 12.048 32.000 7.965 44.258 4.082 16.400
4.082 48.340 0.000 194.200 48.340
Abertura Recipiente mm 2.000 0.840 0.420 0.250 0.149 0.074
Tara gr
Tara ms suelo retenido gr
10 20 40 60 100 200 suma
120.000 100.000 80.000 60.000 Series1 40.000 20.000 0.000
KARINA SANCHEZ CHAVEZ
MECANICA DE SUELOS ICALCULOS DE CU, CC.
2010.
D10=
(( )
)(
)
D30= 0.66
D60=
( ( )(
) )
KARINA SANCHEZ CHAVEZ
MECANICA DE SUELOS I
2010.
Malla No. Abertura Recipiente mm 1 38.1 1 25.4 19.1 / 9.52 No. 4
4.76 pasa No.4 suma
Tara gr
Tara ms Peso suelo suelo Porcentaje Retenido Porcentaje retenido
retenido retenido acumulado que pasa gr gr % % % 0.000 0.000 0.000
100.000 818.100 10.037 10.037 89.963 212.100 2.602 12.639 87.361
2030.200 24.907 37.545 62.455 1272.700 15.614 53.159 46.841
3818.100 46.841 100.000 0.000 8151.200 100 Tara ms Peso suelo suelo
Porcentaje Retenido Porcentaje retenido retenido retenido acumulado
que pasa gr gr % % % 23.500 7.338 7.338 39.503 20.700 6.464 13.802
33.038 21.800 6.808 20.610 26.231 16.500 5.153 25.763 21.078 18.000
5.621 31.383 15.458 14.900 4.653 36.036 10.805 34.600 150.000
10.805 46.841 46.841 0.000
Malla No. Abertura Recipiente mm 10 2.000 20 0.840 40 0.420 60
0.250 100 0.149 200 0.074 pasa No. 200 suma
Tara gr
120.000 100.000 80.000 60.000 Series1 40.000 20.000 0.000
KARINA SANCHEZ CHAVEZ
MECANICA DE SUELOS ICALCULOS DE CU, CC. INTERPOLAR
2010.
(( )
)(
)
D10=
(( )
)(
)
D30=
(( )
)(
)
D60=
(
( ) )(
)
KARINA SANCHEZ CHAVEZ
