Geotecnia 1 Parte II

8/20/2019 Geotecnia 1 Parte II

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GEOTECNIA I

Año Académico 2014-2015

Dr. Lorenzo BorselliInstituto de Geología

Fac. De Ingeniería, UASLP

[email protected]

www.lorenzo-borselli.eu

Geotecnia I (2014/2015) – Docente: Dr. Lorenzo BorselliVersión 1.4 Last update 15-08-2014

mailto:[email protected]://www.lorenzo-borselli.eu/http://www.lorenzo-borselli.eu/mailto:[email protected]


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Parte II

Clasificación ingenieril

de los suelos y de losmacizos rocosos



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A) Clasificaciones de los Suelos

Foto: Hoyos Patiño 2006



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Objetivo de las clasificaciones de suelos:

• Desarrollar una forma sistemática de describir,

caracterizar y clasificar los suelos

• Agrupar suelos de características y

propiedades geotécnicas similares.

• Correlaciones entre categorías de clasificacióny propiedades geotécnicas relevantes.



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Clasificaciones de los SuelosHay dos sistemas de clasificación de suelos de uso común para

propósitos de ingeniería. 1) el Sistema Unificado de Clasificación del

suelo (SUCS o UCS) que se utiliza para casi todos los trabajos de

ingeniería geotécnica; 2) el sistema de clasificación AASHTO que se

usa por la construcción de carreteras y terraplenes.

Ambos sistemas utilizan los resultados del análisis granulométrico yla determinación de los límites de Atterberg para determinar la

clasificación del suelo.

Las fracciones texturales del suelo son: grava, arena, limo, arcilla. A

un suelo que comprende uno o más de estos componentes se le daun nombre descriptivo y una desi

gnación que consta de letras o

números y letras. Estas letras

dependen de las proporciones

relativas de los componentes y de las características

de plasticidad

del suelo.



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Arcilla Limo Arena Bloques

60

mm

2

mm

0.075

mm

Grava

0.002

mm

Mas finos Mas grueso

Fracción gruesaFracción fina

Clasificación MIT (separación en componente fina y gruesa.)

Diametro

de los granos

Diametro

de los granos



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El sistema de clasificación UCS o SUCS

El Sistema Unificado de Clasificación del suelo (UCS o SUCS) se

basa en el sistema de clasificación desarrollado por Casagrande durantela Segunda Guerra Mundial. Con algunas modificaciones fue aprobado

conjuntamente por varias agencias de gobierno de los EE.UU. en 1952.

Refinamientos adicionales fueron hechas y actualmente está

estandarizado como la norma ASTM D 2487-93.

Se utiliza en los EE.UU. y gran parte del mundo para trabajosgeotécnicos que no sean los caminos y carreteras.

los suelos de un sistema unificado se designan por un símbolo de dos

letras: el primero considera que el principal componente de la tierra, y

la segunda describe informaciónes de la curva granulometrica o

características de plasticidad.

Por ejemplo: la arena pobremente graduada se denomina SP y arcilla

con baja plasticidad es CL.



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SUCS – UCS: se utilizan los símbolos de cinco letras:G por grava (gravel )

S por arena (sand )

M por limo (silt )

C por arcilla (clay )

O por suelos organico (organic soil )

P for turba ( peat soils)

Regla n. 1

Si menor del 50% del suelo pasa la malla No. 200 (0.075 mm), el suelo es de

grano grueso, y la primera letra será G o S;

Regla. 2si más del 50% pasa la malla No. 200(0.075 mm), el suelo es de grano fino y

la primera letra será M o C

Regla n. 3Arenas y gravas limpias (con menos del 5% que pasa la malla No. 200): se les da una

segunda letra P si están mal graduadas o W si bien graduadas. Arenas y gravas, con

más de 12% en peso que pasa la malla No. 200: se les da una segunda letra M si sonlimosas o C, si son arcillosos.

Arenas y gravas que tienen entre 5 y 12%: se dan clasificaciones dual como SP-SM.

Limos, arcillas y suelos orgánicos se les da la segunda letra H o L para designar a la

plasticidad de alta o baja.

Las normas específicas para la clasificación se describen detalladamente en la norma

ASTM D 2487 (se vea también la sucesiva imagen..)



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Segunda letraPrimera letra

Símbolos que se usan en el sistema SUCS

Suelos altamente

organico con turba



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Suelos finos – Carta de Casagrande –con y características de plasticidad

I n d i c e p

l a s t i c o

( I P )

( LL )

OH

Alta

plasticidadBaja

plasticidad

Limos, arcillas y suelos orgánicos se les da la segunda letra H o L para indicar la

plasticidad alta (H) o baja (L) dependiendo si el valor de LL es >=50% o


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Grafico de clasificación de suelos finos (en ingles)



12/61Geotecnia I (2014/2015) – Docente: Dr. Lorenzo BorselliVersión 1.4 Last update 15-08-2014


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Grafico de clasificación de suelos finos - ORGANICOS (en ingles)

Se indican como Suelos orgánicos de grano fino en

el USCS cuando el límite líquido LL del suelo

secado en horno (24h a 105°C) es inferior al 75

por ciento del límite líquido del suelo no secado

en horno

75.0

Hornoensecado No

Hornoensecado

LL

LL



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Grafo de clasificación de suelos finos y orgánicos

Se indican como Suelos orgánicos de grano fino en

el USCS cuando el límite líquido LL del suelo

secado en horno (24h a 105°C) es inferior al 75

por ciento del límite líquido del suelo no secado

en horno

75.0

Hornoensecado No

Hornoensecado

LL

LL



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Suelos gruesos : menor del 50% de suelo pasa la malla No. 200 (0.075 mm)

10

60

D

DCu

El coeficiente de

uniformidad Cu

1060

2

30

D D DCc

EL coeficiente

de curvatura

Cc

100

50

0

Distribución cumulada % en masa pasante a dato tamizado d en mm

D60D30D10

Log d (in mm)

60%

30%

(%)

10%



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Graficoo de clasificación de suelos gruesos (en ingles)



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Grafico de clasificación de suelos gruesos



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F I N O S

G R U E S O S



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F I N O S

G R U E S O S


Ej l lt 1


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Ejemplo resuelto 1

Clasificar el suelo de la muestra D que tiene esto valores de propiedad índice :

LL=55, IP=32


Ejemplo 1


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Ejemplo 1

LL=55, IP=32

Arriba de linea A

I n d i c e

p l a s t i c o (

I P )

( LL )

OH

Alta

plasticidadBaja

plasticidad

% finos


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Ejemplo resuelto 2

Clasificar el suelo de la muestra A que tiene esto valores de propiedad

índice : LL=25, IP=10


Ejemplo 2


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Ejemplo 2

LL=25, IP=10

abajo de línea A

I n d i c e

p l a s t i c o (

I P )

( LL )

OH

Alta

plasticidadBaja

plasticidad

% finos


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Muestra 1

(LL= 22 ; IP=8)

Muestra 2

(LL= 28 ; IP 15)

Ejercicio propuesto 1Clasificar e suelo de las

muestras 1 y 2


Ejercicio propuesto 2


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Muestra 3

(LL= 45 ; IP 20)

Ejercicio propuesto 2

Clasificar el suelo de la

muestra 3

Sugerencia: para ejercicios adicionales .. estudiar y ver ejercicios en el capitulo

3 (Holtz & Kovacs 1997) (en las sección 3.1 y 3.2 y ejemplo 3.1 y ejercicio 3.4)



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B) Clasificaciones de los macizos rocosos


P i d d i fl l t i t á i d


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Propiedades que influyen en el comportamiento mecánico de

un macizo rocoso:

Da:

http://lmrwww.epfl.ch/en/.../ Rock .../ENS_080312_EN_JZ_Notes_Chapter_6.pdf

Parámetros discontinuidades

• Numero de discontinuidades

• Orientación

• Espaciado

•

Abertura• Rugosidad

• Alteración (intemperismo)

Parámetros del material

• Resistencia a la

compresión

• Modulo de

elasticidad (odeformación)

Condiciones en

alrededor

• Flujo de agua y

presión de agua

•

Presión geostatica ensitio (stress)



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Distribución de tamaño de bloques en un macizo rocoso

Discontinuidades y términos técnicos…




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Discontinuidades y escala de medición

Las frecuencia de discontinuidad tienes una grande

efecto en la características mecánica y hidráulica de unmacizo rocoso



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Unas de las características mas importante es la medición de frecuencia de la

discontinuidad y esto está relacionados inmediatamente a la dimensión de

bloque de rocas intacta.

Generalmente hay varias familias de discontinuidades:




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Familias de discontinuidad:

Afloramiento con 3

familias principales

de discontinuidad

1

23



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Modelo de clasificaciones que vamos a tratar:

• RMR (rock mass rating, Beniawski (1989)

• GSI (Geological Strenght Index , Hoek 1994, 2002, 2006)

Modelo RMRRMR= suma de puntuación de 5 factores que son

los parámetros base la clasificación :

Nota bien: La suma de estos factores es entre 0 y 100

• Resistencia a compresión simple de la roca intacta

• RQD

• Espaciado de las discontinuidades

• Condición de las discontinuidades (continuidad , rugosidad y

alteración)

• Condiciones de agua subterránea• Orientación de las discontinuidades



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34/61



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Clasificacion final RMR y propriedades mecanicas promedia



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Da:

http://lmrwww.epfl.ch/en/.../ Rock .../ENS_08031

2_EN_JZ_Notes_Chapter_6.pdf

Tablas de clasificaciónRMR (en ingles)



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Dos ejemplos de aplicación



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RMR Ejemplo 1


RMR Ejemplo 2


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j p



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RMR Ejemplo 3



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Em = 10(RMR − 10) / 40

Correlación …. simplificada

El RMR está correlacionado empíricamente con el

módulo de deformación del macizo rocoso - Em:

l ió


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Correlación

estadística mas

precisa

El RMR está

correlacionadoempíricamente

con el módulo de

deformación del

macizo rocoso

Em (roca intacta

y discontinuidad )

Por RMR>55 (demedia a alta

calidad

En este caso se

considera el

modulo de

elasticidad de laroca intacta

http://en.wikipedia.org/wiki/Rock_mass_rating


http://en.wikipedia.org/wiki/Rock_mass_ratinghttp://en.wikipedia.org/wiki/Rock_mass_ratinghttp://en.wikipedia.org/wiki/Rock_mass_rating


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Ejercicio propuesto 3: calcular el índice RMR

usando las tablas RMR de clasificación:

• Resistencia a compresión simple = 65 MPa

• RQD=41%

• Espaciado promedio discontinuidad =0.05 m

• Discontinuidad continuas y abertura 1-5 mm

•Flujo de agua 50 l/min

Sugerencia: para ejercicios adicionales

.. estudiar y ver ejemplos en el capitulo

12 (Hudson & Harrison 1997) (en las

secciones 12.1 y 12.4)

Y Hunt (2007), capitulo 1 (secciones1.2.6 y 1.2.7)


Clasificación GSI (Hoek 1994; Hoek et al. 1995;Hoek et al. 2002)


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Sugerencia descargar y instalar el software gratis:

Roclab 1.0 – software freeware pera la classificacion GSI

en:

http://www.rocscience.com/products/14

Clasificación GSI (Hoek, 1994; Hoek et al. 1995;Hoek et al. 2002)

El GSI es un sistema para la estimación de las propiedades

geomecánicas del macizo rocoso a partir de observaciones

geológicas de campo.

Las observaciones de campo miran a la apariencia del macizo a nivel

de estructura y a nivel de condición de la superficies de

discontinuidad.

A nivel de estructura se tiene en cuenta el nivel de alteración que

sufren las rocas, la discontinuidades, la alteración y así la resistenciaa la compresión uniaxial (UCS) . Para las condiciones de la superficie,

se tiene en cuenta si esta ésta alterada. Si considera también si he

sufrido disturbo mecánico (excavación mecánica , acción de

explosivos etc.)


P t

http://www.rocscience.com/products/14http://www.rocscience.com/products/14


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Parametro

GSI



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Parametro GSI por formaciones geologicas en facies de flysh

( Facies turbiditica con estratos alternos ad es. de arenisca y lutite..)



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da Cai et al. (2003)

GSI da volume promediode los bloques


da Cai & Kaiser (2006)


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da Cai & Kaiser (2006)



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Granodoriorite

muy alterada

Motozintla – CHIAPAS

Mexico, 2003

GSI 30

1 m



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Contacto tectonico graniti /micascisti

Breccia di falla

GSI = 15

1 m


Tonalite roca ignea


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Tonalite roca ignea

muy resistente

Pero muy fracturada

GSI= 45



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GSI= 45

Matriz fina cementada

bloques

GSI=??

Block and ash flow deposit

Volcan Tacanà Chiapas :

Depositos volcanoclastico



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C) Identificación de suelos en campo


Método determinación rápida del contenido de arena, arcilla y limo del sueloMaterial necesario:


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Material necesario:

Un puñado de tierra seca.

Un poco de agua.

Forma de hacerlo:a) Toma la cantidad de tierra que cabe en el puño y desmenúzala con un cuchillo o espátula

b) Añade muy poco a poco agua, amasándola simultáneamente con la espátula o cuchillo, hasta llegar al punto

de adherencia o pegasidad, (no debe tener exceso de agua)

c) Con las manos intenta hacer un churro de 3 milímetros de diámetro.

Si esto no es posible la muestra contiene mas de del 80% de arena, no es plástica ni se pega cuando está

húmeda.

d) Si se han conseguido hacer el cilindro de 3 mm, intenta reducir su diámetro a un 1 mm de diámetro.

Si es imposible crear el de 1 mm la muestra tiene entre un 65 y un 80% de arena.

e) Si se puede crear el cilindro de 1 mm, intenta formar un circulo con el cilindro de 3 mmm y 10 centímetros de

longitud.

Si el aparecen grietas en la superficie del circulo, la muestra tiene entre un 40 y un 65% de arena.

f) Si se puede crear un anillo de 3 mm es posible, intenta formar un anillo con el de 1 mm. Si el anillo se agrieta,la muestra tiene un mas limo que arcilla en caso contrario mas arcilla que limo

g) Si dejamos secar el anillo, en los de arcilla el circulo es mas duro y consistente, y al romperlo no se tiende a

disgregarse, cosa que si ocurre con los que tienen predominancia de limo Si predomina el limo, es untuosa. Al

humedecerla no es plástica y cuando se seca no se endurece tanto como la arcilla. La arcilla en seco forma

agregados muy duros que no se rompen entre el pulgar y el índice. Cuando está húmeda es muy plástica,

adherente entre los dedos.


Método para calcular la textura de una manera aproximada

á


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Material didáctico audiovisual:

[1] http://www.youtube.com/watch?v=GWZwbVJCNec&NR=1

[2] http://www.youtube.com/watch?v=IOyaBxj767s&feature=related


http://www.youtube.com/watch?v=GWZwbVJCNec&NR=1http://www.youtube.com/watch?v=IOyaBxj767s&feature=relatedhttp://www.youtube.com/watch?v=IOyaBxj767s&feature=relatedhttp://www.youtube.com/watch?v=IOyaBxj767s&feature=relatedhttp://www.youtube.com/watch?v=GWZwbVJCNec&NR=1


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SUCS clasificación sistema de identificación de campo de fracción dominante

gruesa



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SUCS clasificación sistema de identificación de campo de fracción dominante

fina

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