Modulo de Mecanica 2015-I

MECNICA DE SUELOS

1 ING SHEYLA Y. CORNEJO RODRIGUEZ

FACULTAD DE INGENIERA

ESCUELA DE INGENIERA CIVIL

MDULO

MECNICA DE SUELOS

Presentado por:

Escuela de Ingeniera Civil

Facultad de Ingeniera UCV

Decano de la Facultad de Ingeniera.

Mg. Ricardo Delgado Arana.

Director de la Escuela de Ingeniera Civil.

Mg. Ricardo Delgado Arana.

Docente del Curso.

Ing. Sheyla Cornejo Rodrguez

2015-I

MECNICA DE SUELOS

Ing. SHEYLA CORNEJO RODRIGUEZ 2

DEFINICIN DE LOS TRMINOS MS USUALES

ABSORCION: Agua que es retenida en el suelo o roca, despus de 24 h.

ADHESION: Resistencia al corte entre el suelo y otro material cuando la presin que se

aplica externamente es cero.

AGREGADO: Un material granular duro de composicin mineralgica, usado para ser

mezclado en diferentes tamaos.

AGREGADO ANGULAR: Son aquellos que poseen bordes bien definidos formados

por la interseccin de caras planas rugosas.

AGREGADO BIEN GRADADO: Agregado cuya gradacin va desde el tamao

mximo hasta el de un relleno mineral con el objeto de obtener una mezcla bituminosa

con un contenido de vacos controlado y alta estabilidad.

AGREGADO DE GRADACION ABIERTA: Agregado que contiene poco o ningn

relleno mineral, y donde los espacios de vacos en el agregado compactado son

relativamente grandes.

AGREGADO DE GRADACION FINA: Agregado cuya gradacin es contina desde

tamaos gruesos hasta tamaos finos, y donde predominan estas ltimas

AGREGADO DE GRADACION GRUESA: Agregado cuya gradacin es contina

desde tamaos gruesos hasta tamaos finos, y donde predominan los tamaos gruesos.

AGREGADO DENSAMENTE GRADADO: Agregado con una distribucin de

tamaos de partcula tal que cuando es compactado, los vacos que resultan entre las

partculas, expresados como un porcentaje del espacio total ocupado, son relativamente

pequeos.

AGREGADO FINO: Agregado que pasa el tamiz (N4).

AGREGADO GRUESO: Agregado retenido en el tamiz (N4).

AGUA ABSORBIDA: Agua que es retenida mecnicamente en el suelo o roca.

ALMACENAMIENTO (estabilidad al): Ensayo que sirve para determinar si ha habido

un asentamiento en el almacenamiento de un asfalto modificado.

ALUVIAL (aluvional): Suelo que ha sido transportado en suspensin por el agua y

luego depositado sedimentndose.

ANALISIS MECANICO: Sirve para determinar la granulometria en un material o la

determinacin cuantitativa de la distribucin de tamaos.

MECNICA DE SUELOS


ANGULO DE FRICCION EXTERNA: (ngulo de la friccin con una pared o muro),

entre la abscisa y la tangente de la curva que representa la relacin de la resistencia al

corte entre el esfuerzo normal que acta entre el suelo y la superficie a otro material.

Nota: Se recomienda consultar un texto de Mecnica de Suelos.

ANGULO DE FRICCION INTERNA ROZAMIENTO INTERNO

(grados): (ngulo de resistencia al corte), es aquel que se produce entre la tensin

normal y la tangente de la envoltura del circulo de MOHR, en el punto que

representa una condicin de falla en un material slido.

ANGULO DE REPOSO, (grados): El que se produce entre lo horizontal y el talud

mximo que el suelo asume a travs de un proceso natural.

ARENA MOVEDIZA (quicksana): Condicin segn lo cual el agua fluye hacia arriba

con velocidad suficientemente como para reducir significativamente la capacidad de

soporte del suelo con un decrecimiento de su presin integranular.

ASENTAMIENTO: Efecto de descenso del terreno bajo la cimentacin de una

edificacin ocasionado por las cargas que se transmiten al mismo.

BANCO DE GRAVA: Material que se encuentra en depsitos naturales y usualmente

mezclada en mayor menor cantidad con material fino, como la arena o la arcilla,

resultando en diferentes combinaciones; por ejemplo arcilla gravosa, arena gravosa, grava

arcillosa, grava arenosa, etc.

BARRENO: Instrumento en forma de espiral, con un elemento helicoidal.

CAL- Oxido de calcio CaO : Adopta la denominacin de cal rpida e hidratada, segn

su proceso de produccin.

CALICATA (Perforacin): Que se realiza en un terreno, con la finalidad de permitir la

observacin de los estratos del suelo a diferentes profundidades y eventualmente obtener

muestras generalmente disturbadas.

CANTO RODADO: Partcula de roca redondeada o semi-redondeada que pasa la

zaranda de 3 y son retenidas en la malla N 4.

CARBURO DE CALCIO: Material utilizado en instrumentos destinados a medir el

porcentaje (%) de humedad de suelos, materiales, etc., en forma rpida y muy

aproximada.

CBR (California Bearing Ratio): Valor soporte de un suelo o material, que se mide por

la penetracin de una fuerza dentro de una masa de suelo.

CEMENTACIN: Proceso de endurecimiento que ocurre en ciertas arenas.

CHANCADO (Triturado): La porcin total sin tamizar que resulta de un triturador de

piedra.

MECNICA DE SUELOS


COHESION: La resistencia al corte de un suelo, a una tensin normal. Fuerza de

atraccin entre partculas adyacentes dentro de un mismo cuerpo

COHESION (aparente): En suelos granulares debido a fuerzas de capilaridad.

COLOIDALES (partculas): Tamao tan pequeos que ejercen una actividad

superficial apreciable sobre las propiedades del agregado.

COMPACTACION: Densificacin de un suelo por medio de una manipulacin

mecnica.

COMPRESION: Accin de comprimir un material aplicando una carga que puede ser

axial, existiendo variantes en ensayos como: no confinada, triaxial y entre estos el ensayo

consolidado no drenado; el ensayo drenado, el ensayo no consolidado no drenado y que

emplean en anlisis de estabilidad en estructuras (fundaciones), cortes, taludes, muros de

contencin, etc.

COMPRESION NO CONFINADA: Procedimiento para determinar la resistencia al

corte de un suelo.

CONSISTENCIA: Relativa facilidad con que el suelo puede fluir y deformarse.

CONSOLIDACION: Reduccin gradual en volumen de un suelo, como resultado de un

incremento de las tensiones de compresin.

Proceso de reduccin de volumen de los suelos finos cohesivos (arcillas y limos plsticos),

provocado por la actuacin de solicitaciones (cargas) sobre su masa y que ocurre en el

transcurso de un tiempo generalmente largo.

Es la reduccin gradual de volumen del suelo por compresin, debido a cargas estticas.

Tambin puede darse por prdida de aire o agua.

Puede haber:

Consolidacin Inicial (comprensin inicial)

Consolidacin Primaria.

Consolidacin Secundaria.

CONSOLIDACION (ensayo): Es una prueba en la cual el espcimen est lateralmente

confinado en una arcilla y es comprimido entre dos superficies porosas.

CONTRACCION: Esfuerzo lineal asociado con un decrecimiento en longitud.

CONTRACCION (factores): Parmetros relativos a cambios de volumen de un suelo.

CORTE (directo): Ensayo segn el cual un suelo sometido a una carga normal falla al

moverse una seccin con respecto a otra.

CUARTEO: Procedimiento de reduccin del tamao de una muestra.

MECNICA DE SUELOS


CURVA DE COMPACTACION (curva de Proctor): que relacione el peso unitario

seco (densidad) y el contenido de agua del suelo para un determinado esfuerzo de

compactacin.

DENSIDAD EN EL SITO (in situ): Procedimiento para determinar el peso unitario de

los suelos en el terreno.

ELASTICIDAD: Propiedad del material que hace que retorne a su forma original

despus que la fuerza aplicada se mueve o cesa.

DENSIDAD RELATIVA: Propiedad ndice de estado de los suelos que se emplea

normalmente en gravas y arenas, es decir, en suelos que contienen reducida cantidad de

partculas menores que 0.074 mm (tamiz # 200). La densidad relativa indica el grado de

compactacin del material y se emplea tanto en suelos naturales como en rellenos

compactados.

EMPUJE ACTIVO Empuje provocado debido a la deformacin lateral del suelo,

disminuyendo la tensin horizontal hasta un valor mnimo donde se alcance un estado

tensional de falla.

EMPUJE PASIVO Empuje provocado debido a la deformacin lateral del suelo,

aumentando la tensin horizontal hasta un valor mximo donde se alcance un estado

tensional de falla.

EMPUJE DE REPOSO: Empuje provocado debido a un confinamiento lateral total

de manera que un punto en el suelo se deforme libremente en sentido vertical mientras que

lateralmente la deformacin es nula.

ESFUERZO EFECTIVO: Esfuerzo transmitido a travs de la estructura slida del

suelo por medio de los contactos intergranulares. Se ha definido en forma cuantitativa como

la diferencia entre el esfuerzo total y la presin de poro.

ESFUERZO NORMAL Esfuerzo interno o resultante de las tensiones perpendiculares

(normales) a la seccin transversal de un prisma mecnico.

ESFUERZO ORTOGONAL: Esfuerzo perpendicular o en ngulo recto.

ESFUERZO CORTANTE: Esfuerzo interno o resultante de las tensiones paralelas a la

seccin transversal de un prisma mecnico como por ejemplo, una viga o un pilar.

EQUIVALENTE DE ARENA: Determinacin del contenido de polvo fino nocivo

(sucio) en un material medidor de la cantidad de limo y arcilla segn el ensayo

respectivo.

MECNICA DE SUELOS


ESTABILIDAD: La habilidad de una mezcla asfltica de pavimentacin de resistir

deformacin bajo las cargas impuestas. La estabilidad es una funcin de la cohesin y la

friccin interna del material.

EXCENTRICIDAD: Distancia medida a partir del centroide de rea de la cimentacin

al lugar de aplicacin de la carga puntual.

FINOS: Porcin de suelo ms fino que la malla N 200.

FLUENCIA PLSTICA: Deformacin de un material plstico producida por una fatiga

superior al lmite elstico del material, que le produce un cambio permanente de su

forma. Tambin llamada deformacin plstica.

GRAVEDAD ESPECIFICA DEL SUELO: Determina el Peso Especfico de un suelo

con el Picnmetro, siendo la relacin entre el peso en el aire de un cierto volumen de

slidas a una temperatura dada.

HORIZONTE (suelo): Una de las capas de un perfil de suelos.

HUMEDAD: Porcentaje de agua en suelo o material

INDICE DE FORMA (agregados): Permite medir las caractersticas de forma y textura.

LIMITE LIQUIDO: Contenido de agua del suelo entre el estado plstico y el lquido de

un suelo.

LMITE PLASTICO: Contenido de agua de un suelo entre el estado plstico y el semi-

slido

LIQUEFACCION: Proceso de transformacin del suelo del estado slido al estado

lquido.

MALLA: La abertura cuadrada de un tamiz.

MATERIA ORGANICA (suelos): Elementos perjudiciales en un suelo o material:

turba, races, etc.

MUESTRAS DE CAMPO: Materiales obtenido de un yacimiento, de un horizonte de

suelo y que se reduce a tamaos, cantidades representativos y ms pequeas segn

procedimientos establecidos.

MUESTREADORES: Instrumentos que permiten obtener muestras, existiendo: los

muestradores de pistn y los de tubo abierto. Los primeros son los mejores.

PENETRMETRO Instrumento que sirve para evaluar el estado del terreno.

PERMEABILIDAD: Capacidad de la roca de conducir un lquido o un gas.

PESO ESPECIFICO (productos asflticos): Slidos y semislidos. Relacin del peso

de un volumen dado de material a 25C y el peso de un volumen aquel de agua a la

temperatura indicada.

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PRESIN DE PORO Presin del agua que llena los espacios vacos entre las

partculas de suelo. El fluido en los poros es capaz de transmitir esfuerzos normales pero no

cortantes por lo que es inefectivo para proporcionar resistencia al corte, por ello se le

conoce a veces como presin neutra.

PRESIN DE CONFINAMIENTO Presin aplicada por medio del agua en la cmara

para ensayo triaxial, con la finalidad de generar el efecto del suelo que rodea la muestra

en estado natural.

PREFABRICADO Se dice del elemento o pieza que han sido fabricados en serie, para

facilitar el montaje o construccin en el lugar de destino.

PH: Indice de acidez o alcalinidad de un suelo o concentracin de ion hidrgeno.

PH (emulsiones): Proceso por medio de diferencia de potencias.

PICNOMETRO: Recipiente de vidrio, forma cilndrica o cnica.

PIEZOMETRO: Aparato que mide la carga en un punto por debajo de la superficie.

POISE: Una unidad de centimetro-gramo-segundo de viscosidad absoluta,

correspondiente a la viscosidad de un fluido en donde un esfuerzo de una dina por

centmetro cuadrado es requerido para mantener una diferencia de velocidad de un

centmetro por segundo entre dos planos paralelos del fluido, orientados en la direccin

del flujo y separados por una distancia de un centmetro.

POROSIDAD - RELACION: Entre el volumen de vacos del agregado dentro de los

intersticios de la roca y el volumen total.

PUNZONAMIENTO Esfuerzo producido por tracciones en una pieza debidas a los

esfuerzos tangenciales originados por una carga localizada en una superficie pequea de

un elemento bidireccional alrededor de su soporte.

RELACIONES HUMEDAD/DENSIDAD (Proctor): Humedad vs. P.U. de suelos

compactados.

RELLENO MINERAL: Un producto mineral finamente dividido en donde ms del 70

por ciento pasa el tamiz de 0.075 mm (#200). La caliza pulverizada constituye el relleno

mineral fabricado ms comn. Tambin se usan otros polvos de roca, cal hidratada,

cemento Portland, y ciertos depsitos naturales de material fino.

SIFONAMIENTO Movimiento ascendente de las aguas subterrneas a travs de

drenajes o ascensin capilar. Como consecuencia produce una prdida de la capacidad

portante del suelo.

SOBRECARGA Carga extra aplicada.

MECNICA DE SUELOS


SUELO COHESIVO Suelo, que no estando confinado, tiene considerable resistencia

cundo se ha secado al aire, y tiene una cohesin importante cuando est sumergido.

SUELO CONSOLIDADO: Suelo arcilloso que nunca en su historia geolgica ha

soportado las cargas actuales. Es una arcilla generalmente compresible.

SUELO NO COHESIVO: Suelo que, cundo est confinado, tiene poca o ninguna

resistencia cundo est secada al aire, y que tiene poca o ninguna cohesin cuando est

sumergido.

SUELO PRECONSOLIDADO: Suelo arcilloso que recibe hoy en da cargas menores

de las que en su historia geolgica ha recibido. Es una arcilla generalmente dura.

MECNICA DE SUELOS


INTRODUCCIN A LA INGENIERA DEL TERRENO

APLICACION

En su trabajo prctico el Ingeniero Civil ha de enfrentarse con muy diversos e

importantes problemas planteados por el terreno.

El suelo (Terreno) le sirve de cimentacin para soportar estructuras y terraplenes

Emplea el suelo como material de construccin Proyectar estructuras para la retencin

o sostenimientos del terreno en excavaciones y cavidades subterrneas.

DIVERSOS PROBLEMAS DE APLICACIN DE LA MECANICA DE SUELO

1.1 CIMENTACIONES:

Edificios, puentes, carreteras, tneles, muros, torres, canales, presas deben

cimentarse sobre la superficie de la tierra o dentro de ella, Y ES NECESARIO UNA

ADECUADA CIMENTACION.

ZAPATAS CIMENTACIONES SUPERFICIALES CIMENTACIONES PROFUNDAS

TERRAPLENES: Empleado en rellenos-mejoramientos

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1.2 EL SUELO COMO MATERIAL DE CONSTRUCCION

El suelo es el material de construccin ms abundante del mundo y en muchas zonas

constituye el nico material disponible localmente.

Empleado en construccin de monumentos, tumbas, viviendas, vas de

comunicaciones y estructuras para retencin de agua.

Necesidad del Ingeniero de seleccionar el tipo adecuado de suelo, mtodo de

colocacin y control en la ejecucin de la obra. (Relleno)

1.3 TALUDES Y EXCAVACIONES

PRESA DE TIERRA

TALUD NATURAL

Estabilizacin de

suelos blandos Pared reforzada

Pendiente Pilar de un

puente

Terrapln

MECNICA DE SUELOS


EXCAVACIN DE SUELOS

CANALES DE IRRIGACION

1.4 ESTRUCTURAS ENTERRADAS Y DE RETENCION

Tuberas enterradas

Estructuras de retencin y/o sostenimiento

Ejecucin defectuosa

Carga de construcciones superiores a la proyectada

Flexin de la tubera por asentamiento de la cimentacin o hundimiento.

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1.5 PROBLEMAS ESPECIALES DE INGENIERIA DE SUELOS

Vibraciones

Explosiones/Terremotos

Almacenamiento de fluido industriales (En depsito de tierra)

Helada (Expansin)

Hundimientos Regionales

Tipos de problemas geotcnicos:

o Asentamientos del terreno

o Expansin del terreno

o Agrietamientos del terreno y las estructuras

o Deslizamientos

o Erosin del terreno

1.6 LOS PROBLEMAS GEOTCNICOS PUEDEN INDUCIR:

Prdida de vidas

Damnificados

Cierre y daos a vas de comunicacin

Daos a edificaciones y vehculos

Daos graves a servicios pblicos

En la mayora de los casos estos problemas son previsibles y evitables

Si se siguen instrucciones simples

Se recurre a expertos en la materia

1.7 INDICIOS DE PROBLEMAS GEOTCNICOS

Puertas y ventanas que se traban o estn descuadradas, o con dificultades para abrir o

cerrar.

Grietas nuevas o grietas visiblemente reparadas en la estructura y en obras exteriores.

Desniveles entre pisos y terreno. El terreno ha bajado dejando el piso al aire en

algunos sectores.

Depresiones en el terreno. Un jardn en reas planas o en pendiente, normalmente no

debe tener formas onduladas.

Levantamientos del terreno y de aceras. A veces estos levantamientos son debidos a

races de rboles. Si esto no es evidente, pueden ser por expansin del suelo.

Grietas en el suelo en forma de media luna. Las grietas en el terreno siempre son

indicio de algn problema geotcnico.

MECNICA DE SUELOS


Terreno con topografa original escalonada. Indicio de movimientos antiguos que

pueden reactivarse, o de un movimiento actual lento pero continuo.

Escarpas que muestran suelo fresco o escarpas viejos cubiertos por vegetacin

Estas son evidencias claras de deslizamientos.

Muros, cercas, postes, o cualquier otra cosa que no est aplomada o alineada en su

forma natural Estos son indicios de que el terreno se est moviendo, arrastrando o

empujando obras enterradas.

rboles inclinados: son indicadores menos confiables de movimientos, pues tienden

a doblarse en bsqueda de la luz solar. Cuando se presentan muy inclinados o

inclinados en diferentes direcciones, pueden ser indicio de deslizamientos o

reptacin superficial.

Taludes verticales o con pendientes abruptas. Los taludes pueden lucir estables, pero

la descomposicin con el tiempo de los materiales que los constituyen, puede

originar su deslizamiento.

1.8 INTRODUCCION A LA GEOLOGIA

El trmino suelo tiene un significado muy especfico para los ingenieros de diversas

especialidades:

Para el ingeniero agronomo-agricola el suelo es denominado como capa vegetal,

caracterizado por un estrato superficial de suelo altamente meteorizado, rico en

humus y capaz de soportar el crecimiento de la vegetacin, de espesor frecuente

inferior a los 0.50-1.00 mts.

Desde el punto de vista del Ingeniero Civil representa la roca fragmentada, de

todo tipo y representa la corteza terrestre visible, que no supera los 80 mts de

profundidad, hasta donde a la fecha han llegado sus cimentaciones.

Para el gelogo, el suelo lo denomina roca, es todo lo que constituye la corteza

terrestre.

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1.9 CONSTITUCION DE LA TIERRA:

El anlisis de las observaciones sismolgicas ha permitido estimase la composicin

interna de la tierra, sintetizada en:

Es importante reconocer que el conocimiento directo de la tierra es mnimo.

Se calcula que slo 8 elementos qumicos contribuyen con ms del 98% del peso de

la corteza terrestre, representando una simplicidad asombrosa:

Oxigeno 46.6% Silicio 27.7%

Aluminio 8.1% Hierro 5.0%

Calcio 3.6% Sodio 2.8%

Potasio 2.6% Magnesio 2.1%

Resto pequeos porcentajes de elementos raros: Titanio. Hidrogeno, fsforo y otros

La combinacin de los elementos qumicos forman una inmensidad de minerales,

que en el campo de la ingeniera civil son limitados, sintetizados como:

*Los cuarzos

*Los feldespatos

*Las micas

*Los carbonatos.

MECNICA DE SUELOS


Estos a su vez forman nuestros suelos:

SMBOLO DESCRIPCIN LEYENDA

Suelos Gruesos

G Grava

S Arena

Suelos Finos

M Limo

C Arcilla

Suelos con % de materiales

contaminados

O Limos orgnicos y arcilla

Pt Turba y suelos altamente orgnicos

Colores asociados con los componentes minerales y orgnicos del suelo

Color negro: Se asocia a la incorporacin de materia

orgnica que se descompone en humus que da la coloracin negra

al suelo, este color por lo general est asociado a la presencia de

Carbonatos de Ca2+ o Mg2+ ms materia orgnica altamente

descompuesta.

Otros cationes (Na+, K+) ms materia orgnica altamente descompuesta.

Color rojo: Se asocia a procesos de alteracin de los materiales

parentales bajo condiciones de alta temperatura, baja actividad del

agua, rpida incorporacin de materia orgnica, alta liberacin de

Fe de las rocas; En trminos generales se asocia con la presencia

de xidos de Fe3+.

MECNICA DE SUELOS


Color amarillo a marrn amarillento claro: Por lo general es

indicativo de meteorizacin bajo ambientes aerbicos

(oxidacin),se asocia con la presencia de

xidos hidratados de Fe3+

Color marrn: Este color est muy asociado a estados iniciales a intermedios de

alteracin del suelo;se asocia con la ocurrencia de

Materia orgnica cida parcialmente descompuesta.

Combinaciones de xidos de Fe ms materiales orgnicos.

Color blanco o ausencia de color: se debe

fundamentalmente a la acumulacin de ciertos minerales o

elementos que tienen coloracin blanca, como es el caso de

calcita, dolomita y yeso, as como algunos silicatos y sales,

se asocia con la presencia de

xidos de Al y silicatos (caolinita, gibsita, bauxita).

Slice (SiO2).

Tierras alcalinas (CaCO3, MgCO3)

Yeso (CaSO4. 2H2O).

Sales altamente solubles (cloruros, nitratos de Na+ y K+

Color gris: puede ser indicativo del ambiente anaerbico.

Este ambiente ocurre cuando el suelo se satura con agua,

siendo desplazado o agotado el oxgeno del espacio poroso

del suelo. Bajo estas condiciones las bacterias anaerbicas

utilizan el Fe frrico (Fe3+)

Color verde: en algunos suelos bajo condiciones de mal drenaje se genera este color,

estos suelos estn constituidos por materiales altamente calcreos, se asocia con la

ocurrencia de

xidos Fe2+ (incompletamente oxidados).

MECNICA DE SUELOS


Color azulado: en zonas costeras, deltaicas o pantanosas donde hay presencia del anin

sulfato, y existen condiciones de reduccin (saturacin con agua y agotamiento del

oxgeno), se asocia con la presencia de

xidos hidratados de Al (Aloisita).

Fosfatos ferrosos hidratados (Vivianita).

1.10 CLASIFICACIN DE LOS SUELOS

En base al tamao de los granos que componen una masa de suelo y tambin sus

caractersticas fsicas, tales como el lmite lquido, ndice de plasticidad, lmite de

contraccin, etc., se han ideado diferentes sistemas que permiten clasificar los suelos.

En los comienzos de la investigacin de las propiedades de los suelos se crey que

las propiedades mecnicas dependan directamente de la distribucin de las

partculas constituyentes segn sus tamaos.

Solamente en suelos GRUESOS, cuya granulometra puede determinarse por mallas,

la distribucin por tamaos puede revelar algo de la referente a las propiedades

fsicas del material.

Los sistemas de clasificacin de suelos nos permiten clasificar los suelos en grupos

determinados con cierta precisin, lo cual puede servir al Ingeniero de dos maneras.

a) Dado un suelo, clasificarlo en su grupo correspondiente de acuerdo con el

Anlisis Mecnico y las constantes fsicas que se obtenga en el laboratorio.

b) Conocido el grupo el que pertenece el suelo, predecir su posible comportamiento

en el terreno, lo cual permite seleccionar los materiales convenientes para la

construccin de caminos, represas de tierra, rellenos, etc.

SISTEMA DE CLASIFICACIN DE SUELOS BASADOS EN CRITERIO

GRANULOMTRICO (Tamao de los granos)

- Bsicamente los lmites de tamao de las partculas que constituye un suelo, ofrece un

criterio obvio para una clasificacin descriptiva del mismo.

- En la actualidad con la tcnica del cribado (Tamices), es factible contar con una mayor

divisin, lo que permite efectuar el trazo de CURVAS GRANULOMTICAS, contando

con agrupaciones de las partculas en mayor nmero diferente.

- Las partculas en general, que conforman un suelo, varan en un amplio rango y no hay

un criterio uniforme para clasificar las partculas por su tamao as:

MECNICA DE SUELOS


Nombre de la Organizacin Tamao del Grano

Grava Arena Limo Arcilla

Instituto tecnolgico de

Massachusetts (MIT) > 2mm 2 a 0.06mm 0.06 a 0.002 mm < 0.002 mm

Asociacin Americana de

Funcionarios del Transporte

y Carreteras Estatales (AASHTO)

76.2 a 2 mm 2 a 0.075 mm 0.075 a 0.002 < 0.002 mm

Sistema Unificado de Clasificacin

de Suelos (U.S Army Corps of

Engineers; U.S Bureau of Reclamation;

American Society for Testing and

Materials

76.2 a 4.75 mm 4.75 a 0.075 mm

Finos

(Es decir limos y arcillas

< 0.075 mm)

FORMA DE LOS AGREGADOS

Segn la forma de los agregados:

Prismtica. Los agregados tienen forma de prisma, de mayor altura que anchura. Es

tpico de suelos con mucha arcilla.

Columnar. Semejante a la estructura prismtica, pero con la base redondeada. sta

estructura es tpica de suelos envejecidos.

En bloques. Angulares o subangulares. Los agregados tienen forma de bloque, sin

predominio de ninguna dimensin.

Laminar. Los agregados tienen forma aplanada, con predominio de la dimensin

horizontal. Las races y el aire penetran con dificultad.

Granular. Los agregados son esferas imperfectas, con tamao de 1 a 10 mm de

grosor. Es la estructura ms ventajosa, al permitir la circulacin de agua y aire.

MECNICA DE SUELOS


TIPOS DE SUELOS

A) SUELOS EXPANSIVOS:

Son suelos que tienen la propiedad de contraerse o expandirse debido a cambios en

su contenido de humedad. Este proceso involucra grandes cambios volumtricos

generando esfuerzos considerables.

Caractersticas de estos suelos:

Son arcillas altamente plsticas y con alto contenido de montmorillonita en su

composicin.

Qu factores intervienen en el fenmeno de la expansin?

El potencial expansivo de un suelo (presin de hinchamiento y elevacin) dependen,

como mnimo, de las siguientes variables:

a) Naturaleza y tipo de arcilla.

La composicin mineralgica de la arcilla (porcentajes de illita, caolinita y

montmorillonita) que est compuesto la arcilla resulta fundamentales en cuanto al

potencial expansivo del suelo.

Los suelos expansivos por excelencia son aquellos que tienen altos porcentajes de

montmorillonita.

b) Humedad inicial

Arcilla secas, con contenido de humedad por debajo del 15 % indican un riesgo de

expansin alto, pues fcilmente puede llegar absorber contenidos de humedad de

35% con los consecuentes daos estructurales.

Por el contrario, arcillas cuyo contenido de humedad est por encima del 30 % indica

que la mayora de la expansin ya ha tenido lugar y slo es esperable algn leve

hinchamiento remanente.

c) Peso especfico seco del suelo

La densidad seca de una arcilla se ve reflejada en valores altos en los resultados en el

ensayo de penetracin estndar. Valores de "N" inferiores a 15 indican densidades

secas bajas y riesgo expansivo bajo, aumentando significativamente estos a medida

que aumenta el valor de N.

d) Caractersticas plsticas del suelo

Las propiedades plsticas del suelo juegan un importante papel en el fenmeno

expansivo

MECNICA DE SUELOS


Cmo actuar frente a un suelo expansivo?

Actuar en el sentido de reducir o eliminar la expansin del suelo.

Las diferentes formas de accin sobre el suelo se pueden agrupar en:

- Inundar el suelo en el sitio de manera que se produzca una expansin antes de la

construccin.

- Reducir la densidad del suelo mediante un adecuado control de la compactacin.

- Remplazar el suelo expansivo por uno que no lo sea.

- Modificar las propiedades expansivas del suelo mediante diversos

procedimientos: estabilizacin mediante cal, cemento, inyecciones, etc.

- Aislar el suelo de manera que no sufra modificaciones en su contenido de

humedad.

Actuar sobre la estructura y a travs de la seleccin de un diseo de cimentacin

apropiado.

En lneas generales se acta en el sentido de rigidizar o flexibilizar de tal forma la

estructura que sea capaz de absorber o adaptarse a las deformaciones resultantes. En

el diseo del cimiento se tiende a una concentracin de cargas de manera que la

presin trasmitida al suelo sea capaz de controlar la deformacin.

Alternativa de solucin:

Pre-humectacin del suelo

La teora de pre-humectar el suelo antes de la construccin est basada en el hecho

de que si al suelo se le permite que se expanda antes de la construccin y si luego la

humedad del suelo es mantenida, no es de esperar cambios volumtricos y por lo

tanto no es esperable daos sobre la estructura.

Este mtodo de inundacin previa puede resultar til para la cimentacin mediante

losas, construccin de pavimentos, canales, etc., pero no es adecuado para

cimentaciones aisladas (tipo patn).

La razn es que el pre-humectar el suelo conlleva a reducir en una forma muy

significativa los parmetros resistentes del suelo, lo que lo hace inadecuado para el

apoyo de cimientos aislados.

Reduccin de la densidad del suelo:

Es naturalmente vlido cuando la cimentacin se debe hacer sobre un material a

terraplenar, o en aquellos casos en que se procede a la sustitucin del suelo.

MECNICA DE SUELOS


La magnitud del asentamiento en un relleno depende de la densidad alcanzada en la

compactacin, el contenido de humedad de la compactacin, el mtodo de

compactacin y la carga que se aplique sobre el relleno.

Sustitucin del Suelo Expansivo: Una alternativa simple de cimentar una losa o un

patn en un material expansivo es remplazar el material expansivo por otro que no lo

sea.

La experiencia indica que si el suelo natural sobre el que estamos apoyando nuestro

cimiento consiste en ms de 5 pies (aprox. 1.50 mts) de suelo granular del tipo (SC

SP), que a su vez se apoya en un suelo altamente expansivo no existe riesgo de

movimiento en la fundacin cuando apoyamos la misma sobre este material granular.

B) SUELOS COLAPSABLES:

Generalmente son suelos de origen elico, cuya estructura est ligeramente

cementada por sales acarreadas por la brisa marina, con lo cual adquieren una

resistencia aparente. Son suelos en estado meta estable, que generalmente se

presentan en reas desrticas.

Caractersticas de estos suelos: al contacto con el agua sufren cambios bruscos en

su volumen por efecto del lavado de sus cementantes (sales), debido al reacomodo de

sus partculas.

Alternativa de solucin:

Generacin del Colapso por Saturacin

Impermeabilizacin de suelos.

Evitar la construccin de jardines, diseando jardineras.

Estabilizacin del terreno mediante procesos fsicos o qumicos.

C) SUELOS ORGANICOS Y TURBAS

Son suelos que debido a su gran compresibidad y bajo esfuerzo cortarte conduce a

serios problemas de inestabilidad y asentamientos.

Caractersticas de estos suelos:

Altos contenidos de humedad.

Alta relacin de vacos.

MECNICA DE SUELOS


Contenido de materia orgnica. .

D) SUELOS DISPERSIVOS

Son aquellos suelos que por la naturaleza de su mineraloga y la qumica del agua en

ellos, son susceptibles a la separacin de las partculas individuales y a la posterior

erosin a travs de grietas en el suelo bajo la infiltracin de agua.

Son aquellos altamente erosivos a bajos gradientes hidrulicos de flujo. Incluso en

algunos casos con el agua en reposo.

Estas arcillas erosionan rpidamente en presencia del agua cuando las fuerzas

repulsivas que actan entre las partculas de arcilla exceden a las fuerzas de atraccin

(Van der Waals) de tal forma que las partculas son progresivamente separadas desde

la superficie entrando a una suspensin coloidal. Por esta razn estas arcillas son

llamadas arcillas defloculadas, dispersivas o erodibles.

Identificacin de los suelos dispersivos

- La presencia de quebradas profundas y fallas por tubificacin en pequeas presas.

- La erosin en grietas de los caminos.

- La erosin tipo tnel a lo largo de las quebradas o las arcillas unidas en roca.

- La presencia de agua nublada en presas pequeas y charcos de agua de la lluvia.

MECNICA DE SUELOS


PROPIEDADES FSICAS DE LOS SUELOS

a) ESTRUCTURA DEL SUELO (FASES/PARTES)

ESTRUCTURA PARTICULAS

DEL FORMADO AGUA

SUELO POR: VACIOS

AIRE

MODELO DE CASAGRANDE

Va= Volumen de la fase gaseosa de la muestra (Volumen de aire).

Vw= Volumen de la fase liquida contenida en la muestra (Volumen de agua).

Vs= Volumen de la fase slida de la muestra (Volumen de slidos).

Vm= Volumen total de la muestra del suelo (Volumen de masa).

Vv= Volumen de vacos

Wa= Peso total de la fase gaseosa de la muestra

Ws = Peso total de la fase slida de la muestra de suelo (Peso de slidos).

Ww = Peso total de la fase lquida de la muestra (Peso de agua)

Wm = Peso total de la muestra de suelo.

Vm= Va + Vw + Vs Wm= Wa + Ww + Ws

Vm= Vv + Vs

MECNICA DE SUELOS


b) CARACTERISTICAS DE LAS FASES/PARTES DEL SUELO

b-1) PARTE SOLIDA:

La fase solida puede ser mineral u orgnica; la mineral est compuesta por partculas

de distintos tamaos, formas y composicin qumica; la orgnica est compuesta por

residuos vegetales en diferentes etapas de descomposicin y organismos en estado de

vida activa.

b-2) PARTE LIQUIDA

Factor importante en el comportamiento de un suelo, es la cantidad de agua o

humedad que contiene (varias segn el clima de tiempo en tiempo).

Se clasifican en: (Base de su comportamiento)

ESTADO Secado al

horno Secado al aire

Saturado con

superficie seca

Con humedad

superficial

HUMEDAD

TOTAL Ninguna

En su interior

contiene

humedad.

Contiene

humedad en

todo su interior

Contiene tambin

humedad

superficial

EL AGUA DE GRAVEDAD: Es el agua que est en masas suficientemente

grandes, como para obedecer la accin de la gravedad

AGUA CAPILAR: Existente en los pequeos vacos de manera que la tensin

superficial del agua se convierte en un factor importante, considerando que

predomina sobre la accin de la gravedad. Se mueve a travs del suelo, en especial

en aquellos de granos finos denominado. MOVIMIENTO CAPILAR

El agua capilar es la fraccin del agua que ocupa los microporos, se mantiene en el

suelo gracias a las fuerzas derivadas de la tensin superficial del agua. Esta fraccin

del agua es utilizable por las plantas, es la reserva hdrica del suelo. La capacidad de

algunas sustancias de absorber o ceder humedad al medio ambiente tambin es

sinnimo de higrometra.

AGUA HIGROSCPICA O MOLCULA: Es el agua que envuelve y est

ntimamente asociada con los granos individuales del suelo (No puede ser evaporado

simplemente secndola al aire)

MECNICA DE SUELOS


La cantidad de agua Higroscpica se supone que es igual a la diferencia de pesos

entre el de una muestra secada al aire y el de la muestra secada dentro de un horno a

la temperatura de 110C durante 24 horas.

El agua higroscpica o molecular es la fraccin del agua absorbida directamente de

la humedad del aire. Esta se dispone sobre las partculas del terreno en una capa de

15 a 20 molculas de espesor y se adhiere a la partcula por adhesin superficial. El

poder de succin de las races no tiene la fuerza suficiente para extraer esta pelcula

de agua del terreno. En otras palabras esta porcin del agua en el suelo no es

utilizable por las plantas.

b-3) PARTE GASEOSA

Constituido por el aire encerrado en los vacos que no son ocupados por el agua (se

supone que este aire est sa-turado con vapor de agua y que su composicin es algo

diferente del aire exterior)

VACIOS

En el suelo cualquiera se llama vaci a los espacio libres que existen entre las

partculas que estn completamente llenos de agua, llenos completamente de aire

o ambos a la vez. Esto determina que:

Suelo saturado: Cuando los vacos estn llenos de agua

Suelo seco. Cuando los vaci estn completamente lleno de aire

Suelo con contenido de humedad: Cuando estn llenos de aire y agua

MECNICA DE SUELOS


PROPIEDADES:

El peso especfico representa la fuerza con que la Tierra atrae a un volumen unidad

de la misma sustancia considerada.

El peso especfico de una sustancia es el peso de la unidad de volumen.

Se obtiene dividiendo un peso conocido de la sustancia entre el volumen que ocupa.

Llamando W al peso y V al volumen, el peso especfico , vale:

=

Densidad Se obtiene dividiendo una masa conocida de la sustancia entre el volumen

que ocupa. Llamando m a la masa, y v al volumen, la densidad, D, vale:

=

Relacin entre el peso especfico y la densidad.

El peso especfico y la densidad son evidentemente magnitudes distintas como se ha

podido comparar a travs de las definiciones que se dieron en la parte de arriba, pero

entre ellas hay una ntima relacin, que se va a describir a continuacin.

Se recordar que el peso de un cuerpo es igual a su masa por la aceleracin de la

gravedad:

W= m. g

Pues bien, sustituyendo esta expresin en la definicin del peso especfico y

recordando que la densidad es la razn m/V, queda:

=W

V=

m . g

V=

m

V. g = D. g

El peso especfico de una sustancia es igual a su densidad por la aceleracin de la

gravedad.

A) Peso especfico de la masa del Suelo ()

=

(g/cm3, tn/m3, kg/m3)

B) Peso especfico de la parte solida () llamado peso volumtrico de los slidos

=


C) Peso especfico de la parte liquida ()

MECNICA DE SUELOS


=


= Peso especfico del agua en condiciones reales de trabajo, su valor difiere un poco

del o , en la prctica se toma igual que o.

D) Peso especfico del agua destilada ()

= Peso especfico del agua destilada, a 4 C. y a la presin atmosfrica correspondiente al

nivel del mar. o = 1 g/ cm

E) Peso Especfico Relativo de la Masa del suelo ()

=mo

=

o=

+ o

F) Peso especfico relativo de los slidos ()

=so

G) Densidad absoluta: (Da)

Es la masa de dicho cuerpo contenido en la unidad de volumen, sin incluir sus

vacos.

=

H) Densidad aparente: (Da)

Es la masa de dicho cuerpo contenido en la unidad de volumen, incluyendo sus

vacos.

=

I) Densidad relativa: (Dr)

=

J) Contenido de Humedad ()

El contenido de humedad de un suelo, es el peso del agua que contiene expresado

como porcentaje del peso seco de la muestra, puede definirse como la relacin del

peso de agua presente al total del peso de la muestra secada al horno. En mecnica de

MECNICA DE SUELOS


suelos el contenido de humedad est referido al peso del material seco y se expresa

en porcentaje.

(%) =

(%) =

100

K) Humedad Relativa: (Grado De Saturacin)

Proporcin de los vacos llenos de agua al total de vacos que tiene la masa del suelo

. (%) =

Los suelos se clasifican segn su humedad relativa (H.R.):

TIPO H.R. SITUACION

SUELO SECO 0 SECO

LIGERAMENTE HUMEDOS 0-0.25

PARCIALMENTE SATURADO HUMEDO 0.25-0.50

MUY HUMEDO 0.50-0.75

MOJADO 0.75-1.00

SATURADO 1.00 SATURADO

L) Porosidad:

Es la relacin que muestra entre los espacios

vacos y el volumen total de la masa del

suelo.

Los huecos que dejan entre s las partculas

slidas del suelo pueden ser:

Poros. Huecos que dejan las partculas y los agregados. Tienen contornos

irregulares y estn conectados entre ellos, lo que favorece la circulacin de

agua y aire.

En el suelo hay varios tamaos de poros y cada uno ejerce una funcin

diferente:

MECNICA DE SUELOS


Los poros grandes y medianos.

permiten que el suelo se ventile y que se

filtre el agua.

Microporos. Son los poros de menor

tamao, capaces de retener agua.

Macroporos. Son los poros de mayor

tamao, por los que el agua circula pero

no es retenida, conducen el agua a

niveles ms profundos del suelo.

Normalmente los macroporos estn

ocupados por aire, excepto cuando el

agua est circulando por ellos.

Canales. Huecos comunicantes que se forman por la actividad de la fauna del

suelo.

Fisuras o grietas. Huecos intercomunicados que se forman como

consecuencia de la retraccin del suelo.

Denominado como a la relacin que hay entre el volumen de vacos que tiene una

masa de suelo y el volumen total que tiene una masa de suelos.

Se expresa en tanto por ciento (%), y est condicionada por la textura y la estructura

del suelo.

Los suelos de textura fina tienen mayor porosidad que los de textura gruesa.

Los suelos arcillosos tienen gran nmero de poros pequeos (microporos),

mientras que los arenosos tienen un nmero escaso de poros grandes (macroporos)

comunicados entre s.

MECNICA DE SUELOS


La porosidad (n) lo hace con un valor que vara en el tiempo (por cargas,

desecamiento, o humectacin)

(%) =

Vv= Volumen total de vacos de masa de suelo

Vm = Volumen total de la masa de suelo

M) Proporcin de Vacos: o relacin de vacos (e)

Es la relacin que hay entre el volumen total de vacos y el volumen de la parte

solida de una masa de suelo.

Proporcin de vacos (e) vincula el volumen de vacos con una magnitud constante,

para un determinado tipo de suelo, en el tiempo

=

=

+

Vv= Volumen total de vacos de masa de suelo

Vs = Volumen de solidos

En la prctica, 0.25 e 15

N) Relaciones de vacos (e) y porosidad (n) (Considerando Vs=1)

= SS . O

= . SS . O

= e + 1

=n

1 n

=e

1 + e

O) Expresiones referentes a suelos saturados. (Considerando Vs=1)

=Vv

Vs= Vv

MECNICA DE SUELOS


= o . e

= .

=e + SSe + 1

Expresin del peso especfico relativo de masa en funcin del contenido de humedad

=( + 1)

+ 1

Expresin del peso especfico relativo de masa en funcin de la porosidad

= [SS (1 n) + n]o

P) Expresiones referentes a suelos parcialmente saturados. (Considerando Vs=1)

= o.SS [ + 1]

= {[SS (1 + )]

+ 1} o

= . SS

=(%) . SS

Q) Expresiones referentes a suelos totalmente secos. (Considerando Vs=1)

MECNICA DE SUELOS


Sabemos que el peso especfico de la masa es igual al peso especfico seco.

=Ws

=Ws + Ww

=

+ 1

R) densidad relativa de suelos o compacidad relativa

El estado de densidad de los suelos arenosos, puede ser expresado numricamente

por la frmula emprica de TERZAGHI, determinable en laboratorio.

Donde:

emax. = Relacin de vacos del suelo en su estado ms suelto.

emin. = Relacin de vacos del suelo en el estado ms compacto.

e = Relacin de vacos del suelo en el estado natural.

Por otra parte, tenemos segn el Bureau of Reclamation la frmula emprica

siguiente:

Donde:

d mx. = Peso Especfico seco, en su estado ms compacto.

d min. = Peso Especfico seco del suelo en su estado ms suelto.

d = Peso Especfico seco in situ.

S) Otras expresiones

=Da

1

=Da

1 + e

=h

1 +w

100

= w. Dr

e

= Wm

1+ Donde est dado en forma decimal.

MECNICA DE SUELOS


Ejercicios

1. Se tiene una muestra que pesa 3345g, se coloca al horno y su peso es de 2887g. Si el peso

especfico de la parte solida es de 1.98g/cm3, as como el volumen de la muestra es de

1838cm3. Determinar el peso especfico de la masa del suelo, humedad, proporcin de

vacos y porosidad.

2. Un recipiente tiene 2.4m3 de capacidad y contiene una muestra de suelo seco que pesa

3400 kg, que cantidad de agua en litros debe aadirse para que el suelo este saturado.

Considerar el peso especfico de los slidos igual a 2.7Tn/m3.

3. Una muestra inalterada de arcilla tiene una humedad del 8%, una densidad absoluta de

2.66g/cm3, un peso de solidos igual a100g y un peso especfico de 1.9g/cm3 Determinar

relacin de vacos y porosidad.

4. Se determina de un suelo los siguientes valores; peso especfico hmedo de 1.9g/cm3, un

contenido de humedad del 13%, una densidad relativa de 2.7.

Se desea calcular, peso volumtrico seco, porosidad, relacin de vacos, y grado de

saturacin.

5. Una muestra de arcilla saturada pesa 1526g, un volumen de 863cm3. Despus de colocada

y secada en el horno su peso pasa a ser de 1053g. Si el peso especfico de los slidos es

de 2.7g/cm3.Calcule la proporcin de vacos, porosidad, contenido de humedad, peso

especfico de la masa, y la densidad aparente.

6. Se desea compactar un suelo que tiene un porcentaje de humedad del 9%, un volumen de

310m3, en estado suelto. Que cantidad de agua se debe agregar para llevarlo a su optimo

contenido de humedad del 20%, si el peso especfico del material es de 1.35kg/m3

MECNICA DE SUELOS


LMITES DE CONSISTENCIA

LMITES DE CONSISTENCIA

- Debemos definir la consistencia de un suelo a su grado de humedad. Entre ciertos lmites

de consistencia, un suelo se puede comportar ms o menos como un slido, otro lmite

puede representar un comportamiento plstico y en caso extremo como un lquido

viscoso.

- En 1911 estableci los LMITES DE ATTERBERG, Albert Mauritz Atterberg observ

que la plasticidad no era una propiedad permanente en las arcillas, sino circunstancial y

dependiente de su contenido de agua.

Cuando mezclamos polvo de arcilla con mucho agua, obtenemos una pasta arcillosa

fluida. Con menos agua la pasta fluye pero es ms densa. Evaporando el agua, la arcilla

pasa gradualmente a una masa pegajosa (se pega a los dedos, madera o metales).

Luego desaparece la pegajosidad y la arcilla puede ser fcilmente moldeada sin pegarse

a los dedos, este es el denominado estado plstico. Con un desecamiento an mayor, la

masa de suelo puede desmenuzarse, y los pedazos pueden ser unidos nuevamente bajo

presin considerable (friable). Finalmente se pierde incluso sta condicin (masa dura y

rgida).

Ejemplo: ARCILLA

1. Supongamos primero que el suelo est mezcla con un gran exceso de agua, de modo

que esta mezcla se comporte como un lquido viscoso

2. Si quitamos gradualmente el agua a esta mezcla, se realiza la contraccin del suelo.

MECNICA DE SUELOS


FORMA DE DETERMINAR LMITES DE CONSISTENCIA

PLASTICIDAD: Se define a la plasticidad, como la propiedad de un material por la cual es

capaz de soportar deformaciones rpidas sin rebote elstico, sin variacin volumtrica

apreciable y sin demorarse ni agrietarse.

Bsicamente a travs de diversas pruebas arbitrarias, que la podemos resumir en:

1. LMITE LQUIDO: Es el contenido de humedad en el cual el suelo fluir

suficientemente como para cerrar una ranura de ancho determinado hecha en la muestra

del suelo cuando un recipiente especificado es golpeado en nmero fijado de veces.

=

100

El resultado del porcentaje de humedad, se dar con aproximacin a un nmero entero.

Siguiente rango: 25 a 35 golpes; 20-30 golpes; 15-25 golpes.

Para entender el significado del ensayo mediante el dispositivo desarrollado por

Casagrande, se puede decir que para golpes secos, la resistencia al corte dinmica de los

taludes de la ranura se agota, generndose una estructura de flujo que produce el

deslizamiento (ver Fig.). La fuerza resistente a la deformacin puede considerarse como

la resistencia al corte de un suelo. La resistencia al corte de todos los suelos en el lmite

lquido es constante y tiene un valor aproximado de 2,2 kPa.

MECNICA DE SUELOS


LA CURVA DE FLUJO

Casagrande observ que el nmero de golpes necesarios para cerrar la ranura dependa

del contenido de agua del suelo y que cuando una serie de resultados de un suelo se

representaba en un grfico donde el eje de la humedad era aritmtico y el eje del nmero

de golpes era logartmico, esos resultados formaban una lnea recta. Esa curva fue

llamada curva de flujo y permite la obtencin del Lmite Lquido segn el Mtodo A, es

decir la humedad para 25 golpes a partir de tres ensayos con sus respectivos pares

humedad-golpes, que permitan ajustar una lnea recta en el grfico semilogartmico.

2 mm

10 mm

MECNICA DE SUELOS


Por qu 25 golpes para el Lmite Lquido?

Como es sabido, la resistencia a esfuerzo cortante, o cohesin, no es un valor intrnseco del

suelo, depende de las tensiones soportadas en el pasado y de la humedad. Al aumentar la

humedad disminuye la cohesin, es intuitivo, si se sigue aadiendo agua al final el conjunto

deja de ser plstico y pasa a ser lquido.

Pues bien, justo en ese punto, cuando la humedad coincide con el Lmite Lquido, "casi

todos" los suelos presentan la misma cohesin o resistencia a corte: 2,50 KN/m. Por esa

razn da 25 golpes en la Copa de Casagrande, porque est diseada para crear un esfuerzo

de 0,1 KN/m en cada golpe, es decir, que si el suelo rompe a 25 golpes es que est en su

Lmite Lquido.

LO MALO DEL MTODO: No todos los suelos son iguales ni la resistencia a corte es

exactamente de 2,50 KN/m, digamos que oscila entre 1,10 y 3,20 KN/m. Se puede decir

que casi todos los suelos presentan la misma cohesin o resistencia a corte: 2,50 kN/m.

Por esa razn da 25 golpes la cuchara (tambin llamada cazo o copa) de Casagrande, porque

est diseada para crear un esfuerzo de 0,1 kN/m en cada golpe, es decir, que si el suelo

rompe a 25 golpes es que est en su Lmite

Arthur Casagrande, el mismo que propuso el "invento" en 1932, plante en 1958, tras 25

aos de pruebas, cambiarlo por algn otro ensayo que presentara menos errores,

desafortunadamente, por ahora no existe ningn ensayo que remplace al actual".

LO BUENO DEL MTODO: que confirma algo muy interesante; Si la cohesin de un

suelo natural depende de su humedad y del historial de tensiones, como al molerlo y

amasarlo para hacer el ensayo se rompe toda su estructura anterior, la cohesin ya slo

tendra que depender de la humedad.

Y eso es justamente lo que ocurre, si representamos la cohesin remoldeada frente al ndice

de fluidez (ese que nos indica en qu posicin real nos encontramos respecto de los lmites),

se observa esa dependencia (que todava se ajusta mucho mejor si se usa el mtodo del cono,

con menor dispersin). La resistencia al corte de una arcilla amasada depende slo de

su ndice de fluidez

MECNICA DE SUELOS


CARACTERSTICAS DEL LMITE LQUIDO

Elevado LL Alto contenido de arcilla; Bajo LL Alto contenido de arena.

Elevado LL Baja capacidad portante; Bajo LL Elevada capacidad portante.

Suelo tpico rico en arcilla --> LL = 40-60%; no obstante puede ser > 100% (ms de la

mitad de la masa es agua).

LL y (tan ) estn inversamente relacionadas.

= 30 > LL = 40%.

= 6 > LL = 80%.

Arcillas duras son aquellas con bajo LL (y elevado IP).

Arcillas blandas son aquellas con elevado LL (y bajo IP).

La relacin entre el Lmite Lquido y el ndice de Plasticidad ofrece importante informacin

sobre la composicin granulomtrica, comportamiento, naturaleza y calidad de la arcilla.

MECNICA DE SUELOS


ECUACIN DE LA CURVA DE FLUIDEZ.

w = Contenido de agua, porcentaje del peso seco.

IL = ndice de Fluidez, pendiente de la curva de fluidez, igual a la variacin del contenido de

agua, correspondiente a un ciclo de la escala logartmica.

N = Nmero de golpes.

C = Constante que representa la ordenada en la abscisa de 1 golpe; se calcula prolongando el

trazado de la curva de fluidez.

INDICE DE FLUIDEZ

El ndice de fluidez tambin conocido como ndice lquido, define la consistencia de un

suelo.

CONSISTENCIA DEL

SUELO COHESIVO IL COMPORTAMIENTO DEL SUELO

DURA < 0.2

Se puede penetrar solo con instrumentos

filosos; el suelo forma terrones que

ofrecen gran dificultad a ser pulverizados.

MUY FIRME 0.2 a 0.35 Se penetra con gran esfuerzo

FIRME 0.35 a 0.50 Se penetra a manos con dificultad

MEDIANA 0.50 a 0.65 Difcilmente moldeable

BLANDA 0.65 a 0.80 Se moldea fcilmente a mano

MUY BLANDA 0.8 a 1 Se escurre entre los dedos cuando se la

presiona

FLUIDA >1 Suelo saturado. Se comporta como

liquido viscoso.

NDICE DE TENACIDAD

S1 = 25 gr./cm3; resistencia al esfuerzo cortante de los suelos plsticos, en el Lmite

Lquido.

= . +

I = LP

IP

T =

= log

2

1

I = LP

IP

I =(%) LP

IP

I = LP

IP

MECNICA DE SUELOS


S2 = Resistencia al esfuerzo cortante correspondiente al lmite plstico, cuyo valor puede

usarse para medir la tenacidad de una arcilla.

El ndice de tenacidad vara entre el rango siguiente:

1 < TW < 3

Es rara la vez que alcanza valores de 5 menores que 1.

2. LMITE PLSTICO: Es el ms bajo contenido de humedad en el cual el suelo puede

desarrollar con la mano en hilos de 1/8 de dimetro o 3mm sin que estos hilos se

desmorone o se partan.

El resultado del porcentaje de humedad, se dar con aproximacin a un nmero entero.

=

100

Nota

Entonces podemos decir:

Si se fisura antes de llegar de llegar a los 3mm el suelo est seco.

Si al llegar a los 3mm y no se fisura el suelo est muy hmedo.

3. LMITES DE CONTRACCIN: : Es la temperatura a partir de la cual el volumen de

la muestra cesa de disminuir cuando su contenido de humedad decrece; es decir al llegar

a un cierto contenido, el fenmeno de reatraccin cesa y aunque el suelo siga perdiendo

agua, su volumen permanece constante; al contenido de humedad en este momento,

expresado en porcentaje de suelo seco se llama Lmite de Contraccin.

METODO DE PUBLIC ROADS ADMINISTRATION

V1 = Volumen de la muestra hmeda.

V2 = Volumen de la muestra seca.

W1 = Peso de la muestra hmeda.

WS = Peso de la muestra seca.

MECNICA DE SUELOS


Ensayo del laboratorio

Muestra De Ensayo

Tome una muestra aproximada de 30 gr, pasante del tamiz N 40, mezcle

completamente de acuerdo al procedimiento para el ensayo de lmite lquido AASHTO

T 89, es decir el suelo debe tener una consistencia que se aproxime a dicho lmite.

Procedimiento

Recubra el interior del recipiente de contraccin con vaselina o cualquier otra grasa

pesada que evite la adherencia del suelo y la cpsula.

Registre la masa del recipiente de contraccin vaco (Mt).

Coloque en el centro del recipiente de contraccin una cantidad de suelo hmedo

aproximadamente igual al tercio del volumen de ste, golpee el recipiente sobre una

superficie firme, recubierta con varias capas de papel secante o material similar, el

suelo fluir hacia los bordes.

Agregue una cantidad de suelo aproximadamente igual a la primera porcin y golpee

el plato hasta que el suelo este compactado y todo el aire atrapado suba a la

superficie.

Registre la masa del recipiente de contraccin ms la muestra

hmeda (Mw).

Deje secar la pastilla de suelo al aire hasta que su color pase de

oscuro a claro (aproximadamente de 6 a 8 horas).

Seque la muestra al horno hasta alcanzar una masa constante.

Si al sacar la muestra del horno, sta no se encuentra fisurado o quebrada, entonces

se deber registrar la masa del recipiente de contraccin ms la muestra seca

(MD) g.

Realizacin Del Ensayo

Determinar el volumen del plato de contraccin.

Coloque el recipiente de contraccin en el plato de

evaporacin, y llene el recipiente de contraccin con

mercurio.

Luego cubra el recipiente con la placa de vidrio plana para

remover el exceso de mercurio. Para registrar el volumen del

recipiente (V), se debe asegurar que al momento de remover el

exceso de mercurio, no existan burbujas de aire dentro del

MECNICA DE SUELOS


recipiente.

Registre el recipiente de contraccin ms el mercurio (M) g.

Existe dos maneras de determinar el volumen del recipiente contraccin, la primera

es midiendo el volumen de mercurio que contiene sta en el recipiente, graduado, y

la segunda, pesando el mercurio y utilizando la densidad de ste ltimo.

Colocar el recipiente de vidrio en el plato de evaporacin y llenarlo con mercurio.

Remover el exceso de mercurio del recipiente de vidrio presionando en la parte

superior la placa de vidrio de tres puntas. Verifique que no exista aire atrapado en el

mercurio.

Registrar la masa del mercurio ms el recipiente de vidrio (Lleno) g.

Coloque la muestra de suelo seco sobre el mercurio.

Cuidadosamente sumerja la pastilla de suelo dentro del mercurio con la ayuda de la

placa de vidrio de tres puntas presionando firmemente sobre el borde de la copa y

cuidando que no se forme burbujas de aire entre la placa y el mercurio.

Registre la masa del mercurio sobrante ms el recipiente de vidrio (W sobrante) g.

Clculos

Los datos obtenidos despus de realizado el ensayo son los siguientes:

Masa del recipiente contraccin vaco, Wt.

Masa del recipiente de contraccin ms el suelo hmedo, Ww.

Masa del recipiente con la muestra de suelo seco, WD.

Volumen de mercurio que llena el recipiente de contraccin, V.

Masa del mercurio ms recipiente de vidrio, (W) lleno.

Masa del mercurio ms recipiente de vidrio, (W) sobrante.

Los clculos son los siguientes:

Calcule la masa inicial de suelo hmedo.

Calcule la masa de suelo seco.

Calcule el contenido de humedad inicial, W, como porcentaje de masa seca.

tw WWW

tDo WWW

100*

o

o

W

WWw

MECNICA DE SUELOS


Calcule la masa de mercurio desplazada por la muestra de suelo

Calcule el volumen desplazado por la muestra de suelo

Donde Hg es la densidad del mercurio, con valor de 13.55 g/cm3

Calcule el lmite de contraccin como contenido de humedad de suelo expresado en

porcentaje de masa seca.

Adicionalmente puede calcularse el ndice de contraccin.

Este ndice da una idea del contenido de volumen respecto al cambio de contenido de

humedad.

4. NDICE DE PLASTICIDAD

Segn Atterberg, el ndice de Plasticidad, corresponde a un rango de contenido de

humedad en el cual el suelo es plstico y fue el primero en sugerir que ste poda ser til

en la clasificacin de suelos.

El ndice de plasticidad de un suelo es la diferencia numrica entre los valores del lmite

lquido y el lmite plstico de un mismo suelo.

Es decir:

IP: ndice plstico del material (%), con aproximacin a la unidad

IP = LL LP

sobrantellenodesplazado WWW

Hg

desplazado

o

WV

100*o

o

W

VV

wS

o

o

V

WR

MECNICA DE SUELOS


LL: Lmite liquido del material obtenido (%)

LP: Lmite plstico del material obtenido (%)

Nota

Cuando el material sea muy arenoso y no pueda determinarse el lmite plstico, se

reportan el lmite plstico y el ndice plstico como NP (no plstico)

Acorde al valor del ndice de plasticidad, distingui los siguientes materiales:

Suelos friables o desmenuzables (IP

MECNICA DE SUELOS


Peso de Suelo seco (g)

Peso del Agua (g)

Humedad (%)

Lmite plstico (%)

Calcule: LL LP., IP., Il y Tw

PROBLEMA N 2.- En una prueba de L. L. se obtuvieron los siguientes resultados

N de golpes 28 22 15 17

W (%) 51.6 52.2 53.8 51.2

Se encontr, L. P. = 25%

Calcule: L. L., IP., Il y TW

MECNICA DE SUELOS


CLASIFICACIN DE LOS SUELOS

SISTEMA UNIFICADO DE CLASIFICACIN DE SUELO (SUCS)

Suelos divididos en:

1. Suelos de grano grueso

2. Suelos de grano fino

3. Suelos altamente orgnicos

Delimitados por:

Ensayo del anlisis granulometra

Lmites de Atterberg

Recomendacin:

Debe ejecutarse en muestra representativas.

Clasificacin simbologa

SMBOLO DESCRIPCIN LEYENDA

Suelos Gruesos

G Grava

S Arena

Suelos Finos

M Limo

C Arcilla

Suelos con %

de materiales

contaminados

O Limos orgnicos y arcilla

Pt

Turba y suelos altamente

orgnicos

H Alta plasticidad (Limite liquido

MECNICA DE SUELOS


mayor que 50)

L

Baja plasticidad (Limite liquido

menor que 50)

W Bien graduados

P Mal graduados

DIVISIONES

MAYORES

SMBOLO

DESCRIPCIN SUCS GRAFICO

Suel

os

gra

nula

res

GW

Gravas bien mezclas arena, con poco o nada de

material fino, variacin en tamaos granulares

GP

Grava mal graduadas, mezcla de arena grava con

poco o nada de material fino.

GC

Grava arcillosas, mezclas de grava-arena arcilla

gravas con material fino cantidad apreciable de

material fino.

Arena y

suelos

arenosos

SW

Arena bien graduados, arenas con grava, poco o nada

de material fino. Arenas limpios poco o nada, amplia

variacin en tamao granulares de partculas en

tamao intermedios.

SP

Arena mal graduados con grava poco o nada de

material fino, un tamao predominante o una serie de

tamaos con ausencia de partculas internas.

SM

Materiales finos sin plasticidad o con plasticidad muy

baja.

MECNICA DE SUELOS


SC

Arenas arcillosas, mezclas de arena-arcillosa. S

uel

os

finos

Limos y

arcillas

(LL50)

MH

Limos orgnicos y arcillas limosas orgnicas, baja

plasticidad.

CH

Arcillas inorgnicas de elevada plasticidad, arcillas

grasosas.

OH

Arcillas orgnicas de mediana o elevada plasticidad,

limos orgnicos.

Suelos altamente

orgnicos Pt

Turba, suelos considerablemente orgnicos.

MECNICA DE SUELOS


0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000

10

20

30

40

50

60

47

BAJA MEDIA ALTA

CL-ML

LIN

EA "A

"

I.P=0

.73

(L.L

-20)

OH

MH

CL

CH

OL

MLML

CL

LMITE LQUIDO %

ND

ICE

PL

S

TIC

O

CARTA DE PLASTICIDAD

Para la clasificacin de suelos de partculas finas en Lab.

DIVISIN MAYOR

SMBOLO

NOMBRES TPICOS

CRITERIO DE CLASIFICACIN EN EL LABORATORIO

S

UE

LO

S D

E P

AR

TC

UL

AS

GR

UE

SA

S

Ms

de

la m

itad

del

mat

eria

l es

ret

enid

o e

n l

a m

alla

nm

ero 2

00

Las

par

tcu

las

de

0.0

74 m

m d

e di

met

ro (

la m

alla

No.2

00)

son, ap

roxim

adam

ente

, la

s m

s p

eque

as v

isib

les

a si

mple

vis

ta.

GR

AV

AS

Ms

de

la m

itad

de

la f

racc

in g

rues

a es

ret

enid

a por

la

mal

la N

o.

4

PA

RA

CL

AS

IFIC

AC

IN

VIS

UA

L P

UE

DE

US

AR

SE

c

m. C

OM

O E

QU

IVA

LE

NT

E A

LA

AB

ER

TU

RA

DE

LA

MA

LL

A N

o.

4

GR

AV

AS

LIM

PIA

Poco

o n

ada

de

par

tcu

las

finas

GW

Gravas bien graduadas, mezclas de grava y arena

con poco o nada de finos

DE

TE

RM

NE

SE

LO

S P

OR

CE

NT

AJE

S D

E G

RA

VA

Y A

RE

NA

DE

LA

CU

RV

A G

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NU

LO

M

TR

ICA

, D

EP

EN

DIE

ND

O D

EL

PO

RC

EN

TA

JE D

E

FIN

OS

(fr

acci

n q

ue

pas

a por

la m

alla

N.

200)

LO

S S

UE

LO

S G

RU

ES

OS

SE

CL

AS

IFIC

AN

CO

MO

SIG

UE

:

Men

os

del

5%

: G

W, G

P,

SW

, S

P;

ms

del

12%

: G

M, G

C,

SM

, S

C. E

ntr

e 5%

y 1

2%

: C

asos

de

fronte

ra q

ue

requie

ren e

l uso

de

sm

bolo

s doble

s **

COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD Cu: mayor

de 4.COEFICIENTE DE CURVATURA Cc: entre

1 y 3.

Cu = D60 / D10 Cc = (D30)2 / (D10 * D60)

GP

Gravas mal graduadas,

mezclas de grava y arena

con poco o nada de finos

NO SATISFACEN TODOS LOS REQUISITOS DE GRADUACIN PARA GW.

GR

AV

A

CO

N F

INO

S

Can

tidad

apre

ciab

le d

e par

tcu

las

finas

*

GM

d

Gravas limosas, mezclas

de grava, arena y limo

Lmites de Atterberg

abajo de la lnea A

o I.P. menor que 4.

Arriba de la lnea A y

con I.P. entre 4 y 7 son

casos de frontera que

requieren el uso de

smbolos dobles.

u

AR

EN

AS

Ms

de

la m

itad

de

la f

racc

in g

rues

a pas

a por

la m

alla

No.

4

GC

Gravas arcillosas, mezclas de gravas, arena y arcilla

Lmites de Atterberg

arriba de la lnea a

con I.P. mayor que

7.

AR

EN

A L

IMP

IA

Poco

o

nad

a de

par

tcu

las

finas

SW

Arenas bien graduadas,

arena con gravas, con poca o nada de finos.

Cu = D60 / D10 mayor de 6 ; Cc = (D30)2 / (D10)

(D60) entre 1 y 3.

SP

Arenas mal graduadas, arena con gravas, con poca

o nada de finos.

No satisfacen todos los requisitos de graduacin

para SW

AR

EN

A C

ON

FIN

OS

Can

tidad

apre

ciab

le d

e par

tcu

las

finas

*

SM

d Arenas limosas, mezclas

de arena y limo.

Lmites de Atterberg

abajo de la lnea A

o I.P. menor que 4.

Arriba de la lnea A y con I.P. entre 4 y 7 son casos de frontera que

requieren el uso de smbolos dobles.

u

SC

Arenas arcillosas, mezclas

de arena y arcilla

Lmites de Atterberg

arriba de la lnea

A con I.P. mayor

que 7.

SU

EL

OS

DE

PA

RT

CU

LA

S F

INA

S

+

Ms

de

la m

itad

del

mat

eria

l pas

a por

la m

alla

nm

ero 2

00

LIM

OS

Y A

RC

ILL

AS

Lm

ite

Lq

uid

o

men

or

de

50

ML

Limos inorgnicos, polvo de roca, limos arenosos o

arcillosos ligeramente plsticos.

G Grava, S Arena, O Suelo Orgnico, P Turba, M Limo C Arcilla, W Bien Graduada, P Mal Graduada, L Baja Compresibilidad, H Alta Compresibilidad

CL

Arcillas inorgnicas de

baja o media plasticidad, arcillas con grava, arcillas

arenosas, arcillas limosas, arcillas pobres.

OL

Limos orgnicos y arcillas limosas orgnicas de baja

plasticidad.

LIM

OS

Y A

RC

ILL

AS

Lm

ite

Lq

uid

o

May

or

de

50

MH

Limos inorgnicos, limos micceos o diatomceos,

ms elsticos.

CH

Arcillas inorgnicas de alta

plasticidad, arcillas francas

OH

Arcillas orgnicas de

media o alta plasticidad,

limos orgnicos de media

plasticidad

SUELOS ALTAMENTE ORGNICOS

P

Turbas y otros suelos altamente orgnicos.

MECNICA DE SUELOS


** Clasificacin de frontera- los suelos que posean las caractersticas de dos grupos se

designan con la combinacin de los dos smbolos; por ejemplo GW-GC, mezcla de arena

y grava bien graduadas con cementante arcilloso.

Todos los tamaos de las mallas en esta carta son los U.S. Standard.

* La divisin de los grupos GM y SM en subdivisiones d y u son para caminos y

aeropuertos nicamente, la sub-divisin est basada en los lmites de Atterberg el sufijo d

se usa cuando el L.L. es de 28 o menos y el I.P. es de 6 o menos. El sufijo u es usado

cuando el L.L. es mayor que 28.

MECNICA DE SUELOS


ANLISIS GRANULOMTRICO

DEFINICIONES

- SUELO BIEN GRADUADO: Relacionado a la grava/arena, es una composicin

granulomtrica de tamaos de partculas

perfectamente graduadas, es decir sin

predominio ni defecto marcado de ningn

tamao particular.

- SUELO MAL GRADUADO:

Igualmente relacionado a grava y arenas,

tiene una composicin granulomtrica

con exceso de algunos tamaos

particulares y defecto de otros.

- SUELO CON GRADUACION

DISCONTINUA: Existe una graduacin

discontinua de tamaos.

La medicin de los tamaos de las partculas en un suelo se hace por medio de la

granulometra, usando unas serie de tamices, que son recipientes cilndricos con fondo

de malla (el tamao de los granos en los materiales de base de roca triturada, tambin se

miden con tamices). Las mallas tienen diferentes tamaos de aberturas, permitiendo que

cualquier material ms pequeo que las aberturas, pase a travs de ellas.

Se toma una muestra de suelo, se seca en un horno, se pesa y se echa en el tamiz ms

grueso, que se ha colocado sobre los dems tamices, cuya finura aumenta a medida que

descienden. Los tamices arrumados se agitan juntos. Cada uno bloquea un tamao

especfico (o mayor) de partcula, para que no pase al prximo tamiz, ms pequeo.

El material que queda en cada tamiz se pesa. Este peso se resta del peso total de la

muestra. La diferencia se divide por el peso total de la muestra y se obtiene el

porcentaje que pasa un tamao dado de tamiz.

MECNICA DE SUELOS


COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD: Proporcin obtenida por divisin del mximo

tamao de la partcula que estn debajo del 60% (D60) en la curva granulomtrica por el

tamao efectivo (D10)

10

60

D

DCu

COEFICIENTE DE CURVATURA O GRADO DE CURVATURA: Obtenido por la

expresin:

6010

)30( 2

xDD

DCc

MECNICA DE SUELOS


Tamices

ASTM

Abertura

(mm)

Peso retenido

(g)

% Retenido

parcial

%

Retenido

Acumulado

% Que

Pasa

A

100 = H 100-H

B

100 = H+I=N 100-N

C

100 = N+J=O 100-O

D

100 = O+K=P 100-P

E

100 = P+L=Q 100-Q

Plato F

100 = Q+M=R 100-R

SUMA (A+B+C+E) 100

Tamao de Malla

Tamices

(ASTM)

Abertura en

mm.

Tamices

(ASTM)

Abertura en

mm.

3" 76.2 N 10 2.00

2 1/2" 63.5 N 16 1.180

2" 50.6 N 20 0.850

1 1/2" 38.10 N 30 0.600

1" 25.40 N 40 0.425

3/4" 19.05 N 50 0.300

1/2" 12.70 N 60 0.250

3/8" 9.525 N 80 0.180

1/4" 6.350 N 100 0.150

N4 4.75 N 200 0.075

N 8 2.36 Pasa N 200

MECNICA DE SUELOS


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.01 0.10 1.00 10.00 100.00

PA

SA

(%

)

ABERTURA DE TAMIZ (mm)

CURVA GRANULOMETRICA

ARENA ARENA ARENA GRAVA GRAVA

N200 FINA N40 MEDIANA N10 GRUESA N4 FINA 3/4" GRUESA 3"

MECNICA DE SUELOS


SISTEMA UNIFICADO DE CLASIFICACIN, SMBOLOS DE GRUPO PARA SUE

Documents

Modulo de Mecanica 2015-I