Características Básicas Del Suelo

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CARACTERÍSTICAS BÁSICAS DEL SUELOCARACTERÍSTICAS BÁSICAS DEL SUELO

TAREA 1TAREA 1

TABLA DE CONTENIDO

1. RESUMEN................................................................................................................................3

2.OBJETIVOS...............................................................................................................................3

3. DESARROLLO DE PROBLEMAS...................................................................................................4

4. BIBLIOGRAFÍA........................................................................................................................13

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RESUMEN

A continuación se presenta el desarrollo de la primera tarea, en la asignatura mecánica de suelos, en la cual se dio solución a los problemas asignados en clase correspondientes a los libros de Lambe & Whitman y de Braja M. Das, y que tienen como fin la ampliación de los conocimientos sobre las características básicas del suelo.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

La ampliación de nuestros conocimientos acerca de las características básicas del suelo.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

La solución de las preguntas del Libro de Lambe y Whitman, asignadas en clase sobre las características básicas del suelo.

La solución de los problemas del Libro de Brajan M. Das asignados en clase, sobre los temas de relaciones de fases y compactación.

DESARROLLO DE PROBLEMAS

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1. Resuelva las siguientes preguntas basadas en el texto “MECÁNICA DE SUELOS”, Lambe y Whitman.

PROBLEMA 2.4Enumere las posibles componentes de la deformación del suelo.

El suelo lo tomamos como un sistema de partículas, la deformación esta dada en el por distintos factores como son: El deslizamiento entre partículas individuales (resistencia al corte) y la deformación individual por aplastamiento, la cual produce, flexión si las partículas del suelo son laminares y compresión si son de cualquier otra forma. Otro factor de la deformación es la redistribución o la reorganización de partículas.

Analizando esto podemos decir que las componentes mas posibles de la deformación del suelo son:1. Deformación Normal2. Deformación Cortante3. Deformación a Flexión

La resistencia al esfuerzo cortante, a la compresión y la dilatación son propiedades consecuentes de la reorganización y deslizamiento entre partículas.

PROBLEMA 3.10 (B)El análisis granulométrico de un suelo ha dado los siguientes resultados:

TAMIZ % QUE PASA ESCALA SEGÚN TABLA 3.5

3” 1002” 951” 84½” 74 GRAVA#4 62 ARENA GRUESA

#10 55 ARENA MEDIA#20 44 ARENA MEDIA#40 32 ARENA FINA#60 24 ARENA FINA#100 16 ARENA FINA#200 9 FINOS

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(b) Comentar la idoneidad de este suelo como material de drenaje en el trasdós o respaldo de un muro de retención.

Indicaciones. a) Utilizar las tablas 3.5 – 3.7 para prever si el suelo será o no permeable, apto para utilizar como

material de construcción, etc.b) Un conocido criterio respecto a la susceptibilidad frente a la helada es que el porcentaje inferior

a 0.2 mm (Tamiz #60 a #70) debe ser menor del 3% para que un material no sea susceptible a la helada.

Primero debemos clasificar el suelo según los criterios del sistema USCS de la siguiente forma:

1. Determinamos que es un suelo de grano grueso debido a que el 50 % de los granos es mayor a 0.075mm.

2. Luego se puede deducir que es una arena ya que la fracción de arena es mucho mayor a la fracción de grava.

3. Después se entra a denotar que la porción de finos esta entre el 5 y 12 %, lo que nos obliga a determinar la relación entre las fracciones de arcilla y limo, lo cual es imposible debido a la información del problema. Pero si es posible clasificar la arena según la calidad de la gradación de la siguiente forma:

Diámetros característicos

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D10= 0.08 D30= 0.37 D60= 3.7

Coeficiente de uniformidad

Cu = D60/ D10 = 3.7/0.08 = 46.25

Coeficiente de curvatura

Cz = D302 /(D60*D10) = 0.372/(0.08*3.7) = 0.46

Nota:El suelo es una arena mal gradada (SP) ya que no cumple con las especificaciones del coeficiente de curvatura (según el SUCS).Cu > 41 < Cz < 3

Como podemos observar en la grafica de granulometría y la tabla de pasantes, tenemos que el porcentaje de pasa del tamiz 200 es el 9% y en el tamiz No 4 el 62%.

La arena mal gradada SP de acuerdo a las tablas especificadas según las indicaciones del problema, es un suelo que tiene la propiedad de ser permeable o sea que es un material idóneo para drenaje, pero no cumple las condiciones para la susceptibilidad frente a la helada ya que el pasante del diámetro inferior a 0.2 mm es mayor al 3%.

PROBLEMA 4.1¿Puede esperarse que la arena que aparece en la figura 4.3ª (arenas de Libia, Terreno de una factoría, Brega.) presente una distribución granulométrica que dependa del tratamiento dada a la misma antes del tamizado? ¿Por qué?

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Figura 4.3 a

Si puede esperarse esto. Como se aclara en el texto de Lambe & Whitman, las arenas de Libia de la figura son de localidades cercanas a l mar Mediterráneo y contiene un 70 a 90% de carbonatos. Las arenas de base carbonatada presentan un elevado grado de cementación de las partículas, como se puede apreciar en la figura en donde se muestran que los granos se encuentran formados por otros mas pequeños.

La cementación puede ser destruida antes del tamizado debido a un tratamiento extremo, en el cual, las partículas de un tamaño definido puedan ser reducidas fácilmente a varias mas pequeñas, las cuales pasaran por un tamiz dado por el cual no pasaría la partícula cementada de donde se desprendieron. Todo estos nos llevaría a obtener una distribución granulométrica que no correspondería a la gradación de las arenas en su estado natural.

PROBLEMA 5.4Si se añadiera cloruro cálcico a la arcilla húmeda de la figura 5.16 b ¿las laminillas se juntarían o se separarían? ¿Por qué?

Las laminillas se juntarían, ya que la capa de agua sobre la partícula de arcilla se reduciría.

Una partícula de suelo, en la naturaleza, posee una carga eléctrica; para neutralizar su carga neta las partículas atraen iones. Estos iones atraídos, que se mantienen con un leve enlace sobre la superficie de la partícula, se denominan iones de cambio, entre los cuales podemos encontrar al sodio. Los iones absorbidos sobre las partículas de suelo pueden ser substituidos fácilmente, como se ilustra en la siguiente reacción:

La adición de cloruro cálcico a un sistema suelo-agua da por resultado la substitución del sodio por el calcio. La naturaleza del ion de cambio existente en la partícula de suelo tiene una influencia importante sobre el comportamiento del suelo. Una reacción como la indicada anteriormente, da por resultado una depresión de la doble capa en torno a la partícula de suelo, es decir, el espesor de la capa con agua en torno a la partícula se reduce (Lambe & Whitman).

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Esto ultimo se puede explicar de la siguiente manera: Cuando las partículas de arcilla se sumergen en agua, tanto las superficies minerales como los iones de cambio absorberán agua. Al hidratarse, el ion de sodio aumenta unas 7 veces, lo que los obliga a separase de la superficie de la partícula para formas lo que se denomina la doble capa. Cuando el sodio es remplazado por los iones de calcio, que no aumentan tanto al estar hidratados, la doble capa se reduce en su espesor.

2. BASADOS EN EL TEXTO “FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA”, BRAJA M. DAS.

a) Resuelva del capitulo 2

EJERCICIO 2.13Un suelo saturado con un volumen de 19.65 cm3 tiene una masa de 36 g. Cuando el suelo se secó, su volumen y masa fueron de 13.5 cm3 y 25g respectivamente. Determine el limite de contracción para el suelo.

Primero definimos un diagrama de fases para cada estado de la siguiente forma: De izquierda a derecha encontramos el estado inicial y el estado final asi:

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Basados en los estados de consistencia del suelo podemos decir que la masa de los sólidos nunca cambia, por lo tanto, el cambio de masas del estado inicial al seco corresponde a la masa del agua en el estado inicial, y que la masa final corresponde a la masa de los sólidos.

Para resolver este problema también debemos definir el limite de contracción como el contenido de humedad del suelo cuando en el estado seco remplazamos el contenido de aire por agua. También podemos hallar el limite de contracción (SL) quitando a la humedad del estado inicial el cambio de humedad que se presenta en el fenómeno.

Entonces resolviendo el problema por la definición de perdida de humedad tenemos:

SL = Humedad inicial – Cambio Humedad Humedad inicial = Masa Agua inicial / Masa SólidosCambio de Humedad = (Cambio de Volumen en Agua)*densidad del agua / Masa de SolidosMasa agua inicial = Masa final – Masa inicialMasa de sólidos = Masa final

Por lo tanto:

Humedad inicial = (36g-25g)/25g *100 = 44%

Cambio de Humedad = (V inicial – V final)*densidad del agua/ Masa de sólidosCambio de Humedad = (19.65 cm 3 – 13.5 cm3) * 1g/cm3 /25g * 100Cambio de Humedad = 24.6 %

Para terminar:

SL = 44 % - 24.6 % = 19.4 %

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Pero, por recomendaciones del Ing. Juan Carlos García lo resolveremos por medio de las relaciones del diagrama de fases, tomando la primera definición del limite de contracción que se menciono anteriormente.

El objetivo es hallar el volumen de aire en el estado seco de la siguiente forma: Lo esencial es hallar el volumen de los sólidos:

Hallamos Volumen del agua = (masa inicial – masa final) /1g/cm3

Volumen de agua = (36g-25g)/1 = 11cm3

Por lo tanto el volumen de sólidos es:

Volumen inicial – Volumen de agua = 19.65cm3 –11cm3

Volumen de sólidos = 8.65 cm3

Entonces hallamos el volumen del aire en el estado seco:

Volumen total – Volumen de Sólidos = 13.5 cm3 – 8.65 cm3 Volumen aire = 4.85 cm3

Para terminar hallamos la humedad cuando el material se encuentra saturado pero en el estado final, es decir, remplazamos el volumen de aire por agua y hallamos la humedad.

Limite de contracción = masa agua / masa sólido

Limite de Contracción = (4.85 g) / 25g * 100 = 19.4%

PROBLEMA 3.7

Una prueba para la determinación del peso especifico de campo para el suelo descrito en el problema 3.5 dio los siguientes datos: Contenido de agua = 15% y peso especifico húmedo = 16.8 kN/m3.

A) DETERMINE LA COMPACTACIÓN RELATIVA.

Primero hallamos el peso especifico húmedo para cada prueba del Proctor:

= (Peso del suelo Húmedo *9.81 / (Volumen del Proctor) en KN / m3

Luego obtenemos con ayuda de la Humedad, el peso especifico seco:

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Entonces para cada prueba se resumen los resultados así:

VOLUMEN DEL MOLDE PROCTOR

PESO DEL SUELO HÚMEDO EN EL

MOLDE (KG)

CONTENIDO DE AGUA, W (%)

PESO ESPECIFICO HÚMEDO (KN/M3)

PESO ESPECIFICO SECO (KN/M3)

943.3 1.65 10 17.16 15.60943.3 1.75 12 18.20 16.25943.3 1.83 14 19.03 16.69943.3 1.81 16 18.82 16.23943.3 1.76 18 18.30 15.51943.3 1.70 20 17.68 14.73

Para hallar el peso especifico seco máximo en el laboratorio debemos obtener el punto máximo de la grafica que nos muestre el comportamiento de la curva humedad VS Peso especifico seco, de la siguiente forma:

Entonces deducimos que el peso especifico seco máximo del laboratorio es 16.69 KN/m3.NOTA: Este ultimo resultado no concuerda con las respuestas del libro Braja M. Das. Debido a que el peso especifico máximo del laboratorio es obtenido de una forma muy objetiva de la grafica de contenido de agua VS peso especifico seco.

Como ya sabemos la compactación relativa es:

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Donde el peso especifico seco de campo es:

d = 14.6 KN/m3

De esta forma la compactación relativa es:

%R = (14.6 / 16.69)*100 = 87.48 %

B) SI GS ES DE 2.68 ¿CUÁL FUE EL GRADO DE SATURACIÓN EN EL CAMPO?

Como sabemos según el diagrama de especifico unitario (Volumen de sólidos equivalente a 1):

1. Saturación * Relación de Vacíos = Humedad * Gravedad especifica

2.

Peso especifico seco = (G. Especifica * Peso Especifico del agua)/ (1+ Relación de vacíos)

Despejando de (2) a “e” o Relación de vacíos: y remplazando en (1) obtenemos:

Grado de saturación =

Remplazando cada variable en la anterior formula obtenemos:

Por lo tanto el grado de saturación en campo es de 50.2%.

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BIBLIOGRAFÍA

1. BRAJA M. DAS. “Fundamentos de Ingeniería Geotécnica” Editorial Thomson Learning. Bogota 2001

2. LAMBE & WHITMAN. “Mecánica de Suelos”. Editorial Limusa – Wiley S.A. México 1972.

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