TEORIA Suelos Definitivo

i

FUNDAMENTOS DE MECNICA DE SUELOS

Ing. Magno Armijos Molina Mg. Sc.

Facultad de Ingeniera Civil

UNIVERSIDAD TCNICA DE MACHALA

Formacin de los suelos por la erosin de la roca virgen

ii

AUTORA

Los criterios emitidos en este texto, as como los contenidos, ideas, anlisis, son de

exclusiva responsabilidad del autor, para el estudio de Mecnica de Suelos.

Machala, Julio 21 de 2010

EL AUTOR

Ing. Civ. Magno Armijos Molina. Mg. Sc.

iii

DEDICATORIA

Al ser ms maravilloso y divino de mi existencia, mi inolvidable madre Seora Carmen

Molina Romero, que desde el cielo gua mis pasos con su infinita ternura y sabias

bendiciones; querida Madre t sabes que vivirs eternamente en mi mente y en mi corazn.

A mi querido padre Juan Armijos, mi esposa Margoth, mis hijos: Jos Luis, Johanna Del

Carmen, Mara Fernanda y Magno Alejandro, a mis hermanos: Oscar, Dilma, Mery,

Piedad, Flor Mara, Hugo, Rita, Janet, Patricio y Freddy; a mis queridos nietos Jean Pierre

y Amy, a mis hijos polticos Eduardo y Carla. Todos Ustedes son la razn de mi existencia

y le doy gracias a Dios por tenerlos a mi lado y compartir con ellos momentos inolvidables

de nuestras existencias y para mis queridos estudiantes de la Facultad de Ingeniera Civil

de la Universidad Tcnica de Machala.

Magno Armijos Molina

iv

AGRADECIMIENTO

Expreso mi sincero y eterno agradecimiento a la Universidad Tcnica de Machala, a la

Facultad de Ingeniera Civil, al Centro de estudios de Postgrado de la FIC, Templos del

saber y el pensamiento.

v

NDICE GENERAL DE CONTENIDOS

INTRODUCCIN 1

CAPITULO I 3

GENERALIDADES 3

1.1 INTRODUCCIN 3

1.2 ORIGEN DE LOS SUELOS 6

1.3 COMPONENTES DEL SUELO 8

1.4 COMPOSICN MINERALOGICA DE LAS PARTICULAS 9

1.5 FORMA DE LAS PARTICULAS INDIVIDUALES 10

1.6 ESTRUCTURA DE LOS SUELOS 11

1.6.1 ESTRUCTURA GRANULAR SIMPLE 12

1.6.2 ESTRUCTURA PANALOIDE 12

1.6.3 ESTRUCTURA FLOCULENTA 12

CAPTULO II 15

RELACIN ENTRE LOS PESOS Y VOLUMENES 15

2.1 CONTENIDO DE AGUA O HUMEDAD 15

2.2 CONTENIDO NATURAL DE HUMEDAD 15

2.3 RAZON O RELACIN DE VACIOS 15

2.4 POROSIDAD 16

2.5 GRADO DE SATURACIN 17

2.6 PESO UNITARIO HUMEDO 17

2.7 PESO UNITARIO SECO 18

2.8 PESO UNITARIO SATURADO 18

2.9 PESO ESPECFICO DE LOS SLIDOS 18

vi

2.10 PESO ESPECFICO DEL AGUA 18

2.11 PESO ESPECFICO BOYANTE O FLOTANTE 19

2.12 GRAVEDAD ESPECFICA DE LA MASA 19

2.13 GRAVEDAD ESPECFICA DE LOS SLIDOS 19

2.14 GRAVEDAD ESPECFICA SECA 20

2.15 GRAVEDAD ESPACFICA DEL AGUA 20

2.16 COMPACIDAD RELATIVA DE ARENAS Y GRAVAS 20

2.17 CORRELACIN ENTRE FORMULAS GENERALES 23

2.18 PROBLEMAS DE APLICACIN 26

CAPTULO III 30

GRANULOMETRIA DE LOS SUELOS 30

3.1 ANLISIS GRANULOMETRICO 30

3.1.1 GENERALIDADES 30

3.2 REPRESENTACIN DEL ANLISIS GRANULOMETRICO 31

3.3 COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD 32

3.4 COEFICIENTE DE CURVATURA 33

3.5 UTILIDAD DEL ANLISIS GRANULOMETRICO 34

CAPTULO IV 35

PLASTICIDAD DE LOS SUELOS 35

4.1 GENERALIDADES 35

4.2 ESTADOS DE CONSISTENCIA 35

4.3 LIMITES DE CONSISTENCIA (LIMITES DE ATTERBERG) 36

4.4 DETERMINACIN DEL LMITE LQUIDO 37

4.5 DETERMINACIN DEL LMITE PLSTICO 40

4.6 INDICE DE PLASTICIDAD 40

4.7 INDICE DE CONTRACCIN 41

vii

4.8 INDICE DE LIQUIDEZ O DE FLUIDEZ 41

4.9 INDICE DE CONSISTENCIA O CONSISTENCIA RELATIVA 42

4.10 CURVA DE FLUJO 42

4.11 INDICE DE FLUENCIA 43

4.12 INDICE DE TENACIDAD 44

4.13 CONTRACCIN LINEAL 44

4.14 UTILIDAD DE LOS LMITES DE ATTERBERG 44

4.15 COMPRESIBILIDAD DE LOS SUELOS 45

CAPTULO V 46

CLASIFICACIN E IDENTIFICACIN DE LOS SUELOS 46


5.2 CLASEFICACIN MEDIANTE ANLISIS GRANULOMETRICO 47

5.3 CLASIFICACIN DE LA AASHTO 47

5.4 SISTEMA UNIFICADO DE CLASIFICACIN DE LOS SUELOS 52

5.4.1 CARTA DE PLASTICIDAD 55

5.4.2 SIMBOLOGIA DE LOS TIPOS DE SUELO 55

5.5 IDENTIFICACIN DE LOS SUELOS 56

CAPTULO VI 58

ESFUERZOS DEBIDOS A LA MASA DEL SUELO 58

6.1 INTERACCIN ENTRE LAS FASES DEL SUELO 58

6.2 ESFUERZOS GEOSTATICOS 62

6.3 PRESIN HIDROSTATICA Y ESZUERZO EFECTIVO 63

6.4 REPRESENTACIN DE LOS ESFUERZOS 65

CAPTULO VII 68

PROPIEDADES HIDRUALICAS DE LOS SUELOS 68

viii

7.1 LA CAPILARIDAD Y LA TENSIN SUPERFICIAL 68

7.2 LA PERMEABILIDAD 71

7.3 FLUJO LAMINAR Y TURBULENTO: NMERO DE REYNOLDS 72

7.4 LEY DE DARCY Y EL COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD 75

7.5 VELOCIDAD SUPERFICIAL Y VELOCIDAD DE FILTRACIN 77

7.6 MTODOS PARA MEDIR EL COEFICIENTE PERMEABILIDAD 79

7.7 PERMEAMETRO DE CARGA CONSTANTE 79

7.8 PERMEAMETRO DE CARGA VARIABLE 80

7.9 FACTORES QUE INFLUYEN EN LA PERMEABILIDAD 83

CAPTULO VIII 85

RESISTENCIA DE LOS SUELOS AL ESFUERZO DE CORTE 85


8.2 DETERMINACIN DEL ESFUERZO DE CORTE 88

8.3 PRUEBA DE COMPRESIN SIMPLE 88

8.3.1 CLCULOS Y GRFICOS 89

8.4 PRUEBA DE COMPRESIN TRIAXIAL 90


CAPTULO IX 93

COMPACTACIN Y ESTABILIZACIN DE LOS SUELOS 93


9.2 OBJETIVO DEL ENSAYO DE COMPACTACIN 93

9.3 MECANISMO COMPACTADOR 93

9.4 ENERGA DE COMPACTACIN 93

9.5 ENERGA ESPECFICA 93

9.6 ESPECIFICACIONES DE LOS ENSAYOS 94

ix

9.6.1 PROCTOR ESTNDAR NORMA AASHTO-T99 94

9.6.2 PROCTOR MODIFICADO NORMA AASHTO-T180 95

9.7 ENSAYO DE COMPACTACIN 95

9.7.1 METODO PROCTOR MODIFICADO 95

9.7.2 PREPARACIN DE LA MUESTRA 98

9.7.3 PROCEDIMIENTO 98


9.7.5 FORMULAS 100

9.8 DENSIDAD DE CAMPO POR MEDIO DEL CONO DE ARENA 101


9.8.2 EQUIPO 101

9.8.3 CALIBRACIN 101

9.9 DENSIDAD EN SITIO 103

9.9.1 CLCULOS 104

9.10 DENSIDAD DE CAMPO CON MEDIDOR VOLUMETRICO 105


9.10.2 EQUIPO 106

9.10.3 CHEQUEO DEL MEDIDOR VOLUMETRICO 106

9.10.4 PROCEDIMIENTO 107

9.10.5 CLCULOS 107

9.11 ENSAYO C.B.R. 108


9.11.2 DENSIDAD MXIMA Y HUMEDAD PTIMA 108

9.11.3 HINCHAMIENTO, ABSORCIN Y ESPONJAMIENTO 109

9.11.3.1 EQUIPO 109

x

9.11.3.2 PREPARACIN DE LA MUESTRA 109

9.11.3.3 PROCEDIMIENTO 110

9.11.4 ENSAYO DE PENETRACIN 111

9.11.4.1 EQUIPO 111

9.11.4.2 PROCEDIMIENTO 112

9.11.5 GRFICO DEL EQUIPO 112


9.11.7 CLCULOS DEL C.B.R. 116

9.11.8 C.B.R. DE DISEO 118

1. BIBLIOGRAFA 121

1

INTRODUCCIN

La Mecnica de Suelos, tambin llamada en la actualidad Geotecnia, es una

disciplina de la Ingeniera Civil, que tiene por objeto el estudio de los suelos, sobre los

cuales se van a construir las diferentes estructuras. El tratar de iniciar cualquier

construccin sin llevar a cabo, primero, un estudio del suelo, es quiz uno de los mayores

riesgos que pueden correrse en el campo de la ingeniera. Es imposible proyectar una

cimentacin adecuada para una estructura sin conocer el tipo de suelo que se encuentra

bajo de ella, ya que, en definitiva, es dicho suelo el que soportar la carga.

De acuerdo a estos antecedentes, el presente texto se estructur en nueve captulos

que contienen:

El primer captulo trata sobre las caractersticas de los diferentes tipos de suelos en

funcin de otros factores como carga y tiempo y suministra al ingeniero los medios para

evaluar su comportamiento que aseguren la estabilidad de las estructuras. Se analiza el

origen de los suelos, sus componentes, la forma de las partculas y la estructura de los

mismos.

El captulo dos se establece la relacin entre los pesos y los volmenes de los

elementos que constituyen a una masa de suelo, logrando determinar las formulas

generales y las correlaciones para obtener los pesos unitarios o pesos especficos,

contenido de humedad, saturacin, porosidad, relacin de vacios y gravedades especficas

de los suelos.

El captulo tres analiza la granulometra de una muestra de suelo, realizando el

anlisis granulomtrico, su representacin grfica, se obtiene los coeficientes de

uniformidad y curvatura y se determina si un suelo es uniforme (mal graduado) o no

uniforme (bien graduado).

En el captulo cuatro se refiere a la plasticidad de los suelos, sus estados y lmites

de consistencia y cul es la utilidad de los lmites de Atterberg.

2

En el captulo cinco se exponen aspectos importantes para la clasificacin e

identificacin de los suelos y su utilizacin en la Ingeniera Civil.

El captulo seis se refiere a los esfuerzos debidos a la masa del suelo, la interaccin

entre las diferentes fases, representacin de los esfuerzos y su aplicacin en la Ingeniera

Civil.

En el capitulo siete se analiza las propiedades hidrulicas de los suelos, los mtodos

y los factores que influyen en la permeabilidad de los suelos.

El capitulo ocho determina cul es la resistencia de los suelos al esfuerzo de corte y

los ensayos que se realizan para obtener la cohesin y el ngulo de friccin interna de un

suelo.

En el capitulo nueve se analiza la compactacin y la estabilizacin de los suelos,

determinando la densidad mxima, la humedad optima y el C.B.R, para realizar el

diseo de los pavimentos.

La educacin es un compromiso de todos para cambiar la historia.

3

CAPITULO I

GENERALIDADES

1.1 INTRODUCCION A LA MECNICA DE LOS SUELOS

La mecnica de los suelos analiza las caractersticas de los diferentes tipos de

suelos en funcin de otros factores como carga y tiempo y suministra al ingeniero los

medios para evaluar su comportamiento que aseguren la estabilidad de las estructuras.

En todos los problemas de la ingeniera prctica, el suelo es un factor que siempre

ha tenido que ser tomado en cuenta, sea como soporte de fundiciones, sea como material

de construccin o, en todo caso, como medio o liga entre el agua y las estructuras .Pero no

solamente el conocimiento de la Mecnica de suelos es suficiente para poder obtener los

datos que resuelvan los problemas, la Mecnica de suelos por si sola no sirve de gran

ayuda al ingeniero.

Si aceptamos los conceptos intuitivos de peso, movimiento, etc. podemos a

continuacin comprender la forma tan asidua en que la Mecnica de suelos sirve en los

problemas de la Ingeniera Civil.

Casi todas las estructuras u obras que el hombre construye, deben ser cimentadas

sobre un suelo o roca o a travs de uno de ellos; as, los edificios, las carreteras, los muros,

las presas, los tneles, etc., son construidos en contacto con los suelos y las rocas.

Entre los diferentes tipos de fundaciones tenemos aquellas llamadas superficiales y

profundas. Cuando el suelo donde se va a cimentar es resistente, generalmente

construimos el edificio sobre l. En caso de la figura 1a., el suelo resistente se encontr a

poca profundidad, donde el costo de la excavacin es muy pequeo con relacin al

edificio. Este es el caso de las cimentaciones superficiales.

En la fig. 1b, el suelo resistente se encontr a mucha profundidad, por lo que siendo

el costo de la excavacin muy alto con relacin al edificio, se tom como solucin ms

econmica trasmitir el peso del edificio a la capa de suelo firme mediante pilotes.

4

E D I F I C I O E D I F I C I OS u e l o b l a n d o

Z a p a t a a i s la d a

S u e l o f i r m e

F i g 1 a

R o c a o e s t r a c t o r e s i s t e n t e

F i g 1 b

S u e l o b l a n d o

P i l o t e

: : : :

: : : :

: : : :

: : : :

: : : :

: : : :

: : : :

: : : :

:

: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :

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: : : : : : :

: : : : : : :

: : : : : : :

: : : : : : :

:

: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :

En ambos casos, el problema que queda pendiente es saber cunto se hundir o

asentar el edificio, de tal manera que no produzca agrietamientos de las paredes,

inclinaciones peligrosas del edificio , que no solamente obligarn a ser reparados, si no

que alcance una gravedad tal que el costo sea muy alto, sea para repararlo o volverlo a la

posicin original.

Por otro lado, en el caso de la cimentacin superficial es importante a qu

profundidad debemos excavar para alcanzar el suelo resistente y en el otro caso, de qu

longitud sern los pilotes para que la estructura sea soportada en la capa resistente . Otros

problemas que el ingeniero deber resolver sern por ejemplo: Qu cantidad de agua

deber ser bombeada de las excavaciones? o, si este trabajo no ocasionar derrumbes de

las paredes de la excavacin. As mismo en ambos casos, de cimentaciones, el ingeniero

tendr que saber si la construccin del edificio no causar problemas a los edificios

vecinos. En el caso de las cimentaciones profundas tambin debe decidir previamente

sobre el dimetro o ancho, longitud y material de los pilotes, as como la manera que ellos

deban ser introducidos o colocados en un sitio.

Pero no todos los suelos resistentes son confiables. Ocurre, sobre todo, en la Costa

Ecuatoriana y en algunas zonas de la Sierra y en el Oriente, que existen suelos resistentes y

cuando se humedecen se expanden, generando durante la expansin, fuerzas muy grandes

que pueden levantar, sea los edificios con fundiciones superficiales o con fundiciones

profundas. Estos levantamientos no son iguales si no desiguales, los que ocasionan as

mismo agrietamientos de las paredes, pisos o tumbados, que pueden llegar a ser de tal

gravedad que el edificio tenga que ser abandonado.

5

La mecnica de suelos en este caso permite no slo descubrir estos suelos

peligrosos, si no evaluar las fuerzas con que ellos se expanden, de tal manera que el

ingeniero pueda tomar decisiones respecto a su cimentacin.

Pero el suelo no siempre es el soporte de la estructura sino que tambin sirve para

construir terraplenes de carreteras, presas, diques, etc. Los suelos como material de

construccin pueden ser permeables o impermeables, es decir, que dejan filtrar el agua con

facilidad con mucha dificultad. Pueden ser tambin los suelos, una vez trabajados, de

poca resistencia o de gran resistencia. Si por ejemplo vamos a construir una presa ( fig. 2a )

para almacenar agua, debemos saber qu materiales vamos a colocar en ella y en qu sitio

los vamos a ubicar para que el agua de ese embalse no se nos escape o que por el exceso

de filtracin se destruya la presa. Tambin debemos saber si la resistencia de esos suelos

es tal que no se derrumbe la presa, o en el caso de la carretera, por exceso de trfico o de la

humedad circundante, no se produzcan hundimientos de la superficie que destruyan el

pavimento.

P a v i m e n t o

A r e n a

F i l t r o d e g r a v a

E m b a l s e

A r c i l l a

R o c a

M a r e a A

M a r e a B

A n c l a j e

G r u a B l o q u e d e

a n c l a j e

R e l l e n o

A r c i l l a b l a n d a

A r c i l l a m e d i a

A r e n a: : : : : : .

: : . .

. : . : : : : :

: : : :

: : : :

: : : :

: : : :

:

: : : :

: : : :

: : : :

: : : :

: : : :

: : : :

F i g 2 a F i g 2 b

Pero en el caso de las presas tambin es importante saber cmo vamos a colocar el

material y hasta qu punto lo vamos a apisonar mecnicamente para lograr una mejor

resistencia. Otra pregunta que debemos hacernos es la cantidad de filtracin que deber

presentarse luego de construida la obra, o si esa filtracin no va ser perjudicial para la

estabilidad de la misma.

6

En las construcciones civiles tambin debemos cortar cerros para el paso de

carreteras o canales. Ocurre a menudo que estos cortes o taludes sufren deterioro con el

tiempo o simplemente fallan, sobre todo, en conexin con la poca de lluvias. La Mecnica

de suelos permite al ingeniero establecer los ngulos de los taludes que los estabilicen

relativamente, sin que ocasionen problemas o que tengan un costo de mantenimiento

relativamente bajo.

Los muros son otro tipo de obras que el ingeniero construye para contener rellenos,

generalmente en malecones o en zonas topogrficamente accidentadas. La Mecnica de

suelos nos permite evaluar la fuerza con que esos rellenos empujan a los muros, de

acuerdo a su calidad y a su dimensin, de tal manera que el ingeniero pueda disear el

espesor de estos muros, as como la calidad de sus materiales.

En los malecones de ros, o de puertos sin embargo, la construccin de muros de

hormign es mas complicado, por lo que corrientemente se hincan planchas metlicas

alargadas, llamadas tablestacas, a cierta profundidad ( Fig. 2b ) hasta alcanzar una longitud

tal que permitan su estabilidad debido al empuje de los materiales que estn del lado de la

tierra, sin embargo, estas tablestacas requieren ser ancladas para no permitir movimientos

peligrosos cuando los rellenos del lado de la tierra han sido construidos. El ingeniero

mediante la Mecnica de Suelos, puede determinar la longitud confiable de estas

tablestacas, su tipo, as como las dimensiones y calidad de los anclajes.

Hay muchos problemas ms que el ingeniero solamente puede resolverlos con el

conocimiento claro de la Mecnica de Suelos. Sin embargo, el conocimiento de la

Mecnica de Suelos no es suficiente. Es necesario conocer los mtodos de exploracin la

Geologa aplicada y sobre todo tener antecedentes de como se comportaron los suelos en

contacto con otras estructuras y estudiar las diferentes alternativas o soluciones para que la

obra, siendo estable, resulte econmica y construible, de acuerdo a los recursos con que se

disponen en la zona.

1.2 ORIGEN DE LOS SUELOS

Los suelos son producto de la descomposicin de las rocas por procesos fsicos-

qumicos. Entre los fenmenos fsicos podemos citar principalmente a la fatiga y el

7

desgaste; los cambios de temperatura, la accin del agua corriente, el viento, etc. son

fenmenos fsicos que dan lugar a la descomposicin de la roca por fatiga y desgaste.

La descomposicin de la roca tambin ocurre por fenmenos qumicos de los

minerales constituyentes, las principales clases de esta descomposicin son:

desilicatizacion, disolucin directa en el agua, o la combinacin de estos procesos.

Las arenas, las gravas y ciertos limos inorgnicos son originados por fenmenos

fsicos y algunos limos y, en general todos los suelos arcillosos, son originados

generalmente por la meteorizacin qumica de los minerales de la roca.

Los materiales producto de la descomposicin de la roca, posteriormente son

transportados, por el agua por el viento a lugares distantes, formando a su vez depsitos

nuevos que cubren la corteza de las rocas originarias o anteriores. Estos suelos son

catalogados como suelos transportados .Los suelos transportados segn sea su mvil, el

agua o el viento, se clasifican en depsitos fluviales y depsitos elicos. Como ejemplo de

depsitos fluviales podemos citar los sedimentos recientemente localizados en el rea de la

Costa Ecuatoriana (arcillas, arenas, gravas etc.). Como depsitos elicos han sido

clasificados a las formaciones llamadas Cangahua, una arena limosa algo cementada, de

origen volcnico que rellena los valles y las laderas de la religin Interandina.

No todos los suelos son transportados a distancia de su roca originaria; Suelos

residuales son aquellos que permanecen sobre asociados a la misma roca que les dio

origen. En toda forma debe suponerse que los suelos residuales posteriormente debern ser

transportados a lugares distantes. Como ejemplo de suelos residuales podemos citar a los

suelos laterticos que se observan corrientemente sobre las rocas en las estribaciones bajas

de los Andes, y los que son generalmente de un color acre o caf rojizo.

Los depsitos lacustres, como turbas, arcillas orgnicas son producto de la

descomposicin de los vegetales que cubren las orillas de pantanos, lagunas y manglares

esteros. Los depsitos de turbas y suelos orgnicos generalmente estn asociados con

depsitos fluviales, y es tpica la existencia de los suelos turbosos embutidos entre estratos

arenosos.

8

El proceso de sedimentacin como se sabe est regulando por las caractersticas

hidrolgicas, topogrficas y geolgicas de la regin; segn esto podemos encontrar

depsitos con diferentes caractersticas an en distancias relativamente cortas. As mismo

podemos hablar de depsitos homogneos, heterogneos, estratificados y errticos

Los depsitos homogneos son aquellos que tienen un solo tipo de material, por

Ejemplo arcilla o arena, variando ciertas caractersticas locales como humedad ,

graduacin, pero que en general se trata de un mismo tipo de suelo. Los depsitos

heterogneos, son aquellos formados por estratos de varios tipos de suelos. Aquellos

depsitos heterogneos que presentan una disposicin rtmica de los diferentes suelos, se

los ha llamado depsitos estratificados. Esta estratificacin tambin puede presentarse a

manera de una micro-estratificacin, es decir, una disposicin armnica de extractos de

pocos milmetros de espesor. Depsitos errticos son aquellos que no presentan una

ordenacin simple, sino que varan tanto en sentido de profundidad como en sentido de

longitud. Estos depsitos son los ms tpicos en la zona baja de la cuenca del Guayas.

1.3 COMPONENTES DEL SUELO

Una masa de suelo se considera constituida por partculas slidas y espacios vacos

que pueden estar ocupados ya sea por agua o aire, o por ambos a la vez .

Fase gaseosa

Fase slida

Suelo parcialmente saturado Suelo saturado Suelo seco

Volumenes pesos

Wa = 0

Ww

Ws

Va

Vw

Vs

Vv

V W

Vw=Vv

Vs

Ww

Ws

W V

Va=Vv

Vs

Wa= 0

Ws

WV

::::::::::::::::

::::::::::::::::

Fase Gaseosa

Fase slidaFase slida Fase slida

Fase Gaseosa

..................................

.

..................................

.

..................................

.

..................................

.

Fase Lquida

.............................

.............................

.............................

.............................

.............................

..........

Fase Lquida

V= Volumen total de la muestra (Volumen de la masa)

Vs = Volumen de slidos de la muestra (Volumen de Slidos)

Vv = Volumen de vacos de la muestra (Volumen de vacos)

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

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

W = Peso total de la muestra de suelo (Peso de la Masa)

9

Ws = Peso de la fase slida de la muestra (Peso de los slidos)

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

Wa =Peso de la fase gaseosa de la muestra, convencionalmente considerado como nulo

(Wa =0) en Mecnica de suelos. Se considera que las partculas slidas forman una

verdadera red y entre ellas se encuentran los vacos de diferentes tamaos.

Aunque es imposible hacer una separacin de estos estados o fases del suelo, es

conveniente representar al suelo como se muestran en las figuras de arriba. Mientras que el

volumen de la materia slida es constante (invariable), para cada muestra de suelo, el

volumen de los vacos no lo es, ya que se puede hacer variar mediante diversas acciones.

El volumen de los vacos esta formado por el volumen del agua y por el volumen del aire.

Cuando el suelo tiene todos sus vacos ocupados por el agua, se dice que el suelo est

completamente saturado y en este caso el volumen de aire no existe, por lo cual se tendr

que: Vv =Vw.

Cuando el suelo est seco, es decir cuando no hay agua en sus vacos, se tendr que:

Vv=Va.

Como en la practica es ms sencillo medir el peso que el volumen, se consideran

los pesos correspondientes a cada volumen. En Mecnica de Suelos se considera que el

peso del aire es igual a cero, o sea que Wa=O

1.4 COMPOSICION MINERALOGICA DE LAS PARTICULAS

La composicin mineralgica de las partculas que constituyen el suelo es

sumamente importante. Un mineral es una sustancia inorgnica y natural, que tiene una

estructura interna, determinada por un cierto arreglo especfico de sus tomos y de sus

iones.

En los Suelos de partculas gruesas los minerales predominantes son:

a) SILICATOS, como los feldespatos y las micas,

b) OXIDOS, como el cuarzo

c) CARBONATOS, como la calcita, y

d) SULFATOS, como el yeso

10

En los suelos de partculas gruesas, la constitucin mineralgica tiene una

importancia secundaria en el comportamiento mecnico e hidrulico de los mismos.

En los suelos de partculas finas, el conocimiento de la constitucin mineralgica es de

suma importancia.

Las partculas que constituyen la fraccin fina de los suelos son casi siempre de

minerales cristalinos, siendo sus elementos principales el SILICIO, el ALUMINIO, el

OXIGENO y el AGUA.

El comportamiento mecnico de las arcillas ha influido decisivamente en la

constitucin mineralgica de sus partculas.

Segn cuales sean las combinaciones qumicas en que los diferentes elementos

constituyentes se unen, las arcillas pueden dividirse en tres clases principales

CAOLINITAS, MONTMORILONITAS e ILITAS.

LAS CAOLINITAS.- Tienen una estructura cristalina muy rgida, por lo cual no permiten

la penetracin de molculas de agua. Esto trae como consecuencia que las arcillas

caolinitas sean relativamente estables en presencia del agua.

LAS MONTMORILONITAS .- En cambio estas si permiten el paso del agua dentro de

su estructura, dando lugar a que se dilaten, por lo cual se produce un incremento en el

volumen de los cristales, es decir, una expansin; esta clase de arcilla en presencia del agua

presenta una gran inestabilidad, es decir son arcillas muy expansivas

LAS ILITAS.- Tiene una estructura anloga a las motmorilonitas, pero su constitucin

interna manifiesta tendencia a formar grumos, es decir, a apiarse y a apretarse entre si

cada una de sus partculas, lo cual reduce el rea expuesta al agua por unidad de volumen,

por cuyo motivo su expansividad es menor que el de las motmorilonitas.

1.5 FORMA DE LAS PARTICULAS INDIVIDUALES

La forma de las partculas individuales de los suelos frecuentemente es determinada

por el contenido mineralgico. Los granos de algunos minerales, como el cuarzo y el

11

feldespato, son amplios, mientras que los de otros, como la mica y el aluminio son planos y

delgados.

En los suelos gruesos la forma caracterstica es la equidimensioanal, es decir, las

tres dimensiones de las partculas son de magnitud comparable.

Las formas de partculas gruesas se pueden clasificar en: Redondeadas,

subredondeadas y angulosas o angulares.

La forma redondeada es prcticamente la esfrica, mientras que la angulosa

presenta aristas y vrtices.

La forma redondeada se presenta en las arenas de los ros y en las dunas de los

desiertos, mientras que la forma angulosa se presenta en las arenas residuales y en las

arenas marinas.

En los suelos finos la forma de las partculas tiende a ser aplastadas, pudiendo ser

laminares o filiformes.

Las partculas laminares son aquellas que tienen forma de escamas, y las partculas

filiformes son aquellas en las que predominan una dimensin sobre las otras dos (forma de

aguja).

La presencia de granos planos y delgados afecta la porosidad de los suelos. Un

suelo formado por partculas angulares tiene mayor trabazn y resistencia al deslizamiento

que otro semejante formado par partculas redondeadas. Un suelo formado por partculas

filiformes da como resultado una granulometria ficticia. En la compresibilidad la forma de

las partculas juega un papel preponderante. En los suelos finos la forma de las partculas

tiene una vital importancia en el sentido de que en los suelos coloidales laminares se

desarrollan con mayor intensidad los fenmenos electroqumicos que en los de otra forma.

1.6 ESTRUCTURA DE LOS SUELOS

La estructura de los suelos se refiere a la forma en que las partculas estn

dispuestas dentro de los mismos.

Los tres tipos fundamentales de la estructura de los suelos son:

1.) Estructura granular simple

2.) Estructura de nido de abejas panaloide

12

3.) Estructura floculenta.

1.6.1 ESTRUCUTURA GRANULAR SIMPLE

Es el tipo ms sencillo y se observa en materiales en los cuales existe muy poca

tendencia de adherirse unos a otros.

Estos materiales son llamados sin cohesin y estn representados por las arenas y

las gravas, esta falta de adherencia significa que en los procesos de sedimentacin las

nicas fuerzas que entran en juego sern los pesos de las partculas individuales, es decir

que en este tipo de estructura la fuerza gravitacional es superior a la fuerza de adherencia

intermolecular; estos se deben al gran tamao de las partculas, por lo cual su gran peso las

hace deslizar unas sobre otras.

1.6.2 LA ESTRUCTURA PANALOIDE

Ocurre en los suelos tan finos como para tener cohesin en los cuales la

adherencia intermolecular es por lo menos igual a la fuerza de gravitacin.

Este tipo de estructura se presenta en los suelos limosos que tienen una masa muy

pequea, debido a lo cual la atraccin intermolecular es apreciable con relacin al peso del

grano. La tendencia a deslizarse las partculas en contacto existe pero es nulitada por la

atraccin intermolecular, la cual acta como un pegamento en el punto de contacto de los

granos; de esta manera se forma una estructura en la cual la cantidad de vacos es

apreciable y por lo tanto se trata de una estructura porosa que asemeja a un nido de abejas

de donde proviene su nombre.

1.6.3 ESTRUCTURA FLOCULENTA

Esta ocurre solamente en suelos de granos muy finos como son las arcillas,

cuando las partculas son muy finas la velocidad de asentamiento es

inapreciable, pero si dos o ms partculas llegan a tocarse y adherirse, las

dimensiones del conjunto se hacen apreciables por lo cual la mezcla llamada grumo se

sedimenta. Este grumo tiene una estructura panaloide y al ponerse en contacto con

otros grumos da origen a una estructura especial llamada floculenta, lo cual resulta

entonces mas porosa que la panaloide.

13

Las estructuras mencionadas rara ves se presentan solas en la naturaleza ya que los

suelos por lo general estn constituidos por partculas finas y gruesas. Lo ms comn es

encontrar una estructura compuesta o mixta, en la cual las diversas estructuras

mencionadas forman un esqueleto.

Actualmente se consideran nuevos tipos de estructuras, como por ejemplo.

Estructura en castillo de naipes.

Estructura dispersa.

En la naturaleza a veces se presentan cierto tipo de suelo que consiste en la

aglomeracin de granos gruesos con partculas de limo y arcilla, formando lo que se

conoce con el nombre de ESTRUCTURA EN CONGLOMERADO.

14

Arena del Ro Jubones Suelo Limoso

Suelo con grava, arena, limo y

arcilla: cantera Calichana

Grava triturada del Ro Jubones

Suelo arcilloso, Guanazn El

Oro

Suelo rocoso, Guanazn El

Oro

15

CAPITULO II

RELACION ENTRE LOS PESOS Y VOLUMENES DE LOS ELEMENTOS

CONSTITUTIVOS DE UNA MASA DE SUELO

2.1 CONTENIDO DE AGUA O HUMEDAD

El contenido de agua de una muestra de suelo es definido en mecnica de suelos

como la relacin entre el peso del agua contenida en los poros de una masa de suelo y el

peso de las partculas slidas de dicha masa. Se lo expresa en porcentaje y viene dado por

la frmula:

CONTENIDO DE HUMEDADPesodel agua

Pesode Solidos

100(%) x

sW

wW

Se usa el peso de los slidos, en vez del peso total, debido a que el primer valor es

invariable mientras que el segundo vara para diversas condiciones del suelo.

2.2 CONTENIDO NATURAL DE HUMEDAD

Es una relacin idntica a la anterior, pero en este caso la muestra se encuentra con

la misma cantidad de agua que tena en su depsito natural. Esta relacin es unas de las

ms utilizadas en Mecnica de Suelos, puesto que nos proporciona una buena indicacin de

la resistencia al esfuerzo cortante de las arcillas saturadas.

2.3 RAZON O RELACION DE VACIOS

Llamada tambin OQUEDAD o INDICE DE POROS, se define cono la relacin

entre el volumen de vacos y el volumen de las partculas slidas en una masa de suelo.

Es una expresin sin dimensiones y viene dada por la frmula.

16

RELACION DE VACIOSVolumendeVacios

Volumende Solidos

eVv

Vs

En el caso de suelos saturados se tiene: Vv = Vw

eV

V s

w

La razn de vacos es una medida de la densidad de un suelo, y es, por esto, unas

de las ms notorias caractersticas de un suelo, llamndose RAZON DE VACIOS

CRITICA a aquella que corresponde a la densidad crtica.

Adems de la densidad, diversas propiedades del suelo, tales como la permeabilidad y la

resistencia son referidas a la razn de Vacos

2.4 POROSIDAD

La porosidad se define como la relacin, entre el volumen de vacos y el volumen

total de una masa de suelo.

Se expresa por lo general en porcentaje y viene dada por la frmula:

TotalVolumen

VaciosdeVolumenPOROSIDAD

100(%) xV

Vvn

La porosidad es tambin una medida de la densidad de un suelo. La porosidad es

una medida menos conveniente de la deformacin volumtrica que la razn de vacos

debido a lo siguiente: Cuando un suelo se comprime o se hincha el volumen de vacos y el

volumen total cambian, mientras que el volumen de slidos permanece constante; por lo

tanto la fraccin Vv / V, tanto el numerador como el denominador son variables, mientras

que la fraccin Vv / Vs solo el numerador vara.

Es decir que en la determinacin de la deformacin volumtrica, usando la razn de

vacos solo el Vv es desconocido, mientras que Vs se lo puede determinar y permanece

17

constante para una muestra dada. En cambio, la porosidad es ms conveniente que la razn

de vacos en problemas de filtracin.

En el caso de suelos saturados se tiene Vv = Vw

nV

Vxw(%) 100

2.5 GRADO DE SATURACION

Es la relacin entre el volumen del agua contenida dentro de los vacos de una masa

de suelo y el volumen de vacos. Se expresa en porcentaje y viene dado por la siguiente

frmula:

SATURACIONVolumende Agua

VolumendeVacios

SV

Vxw

v

(%) 100

Sus valores varan desde el 0% para suelos secos, hasta 100%, para suelos

totalmente saturados.

El conocimiento del grado de saturacin es muy til, pues est caractersticas influye en

propiedades del suelo tan fundamentales como la permeabilidad, el esfuerzo cortante y la

compresibidad.

2.6 PESO UNITARIO HUMEDO O PESO ESPECIFICO DE LA MASA O

DENSIDAD APARENTE

Llamado tambin Peso volumtrico Hmedo, es la relacin entre el peso total

hmedo en el aire, de una masa de suelo, y su volumen total, sin tomar en cuenta el grado

de saturacin. Se lo expresa mediante la siguiente frmula.

PESOUNITARIO HUMEDOPesoTotal del Suelo

VolumenTotal

18

m tW

V

2.7 PESO UNITARIO SECO O PESO ESPECFICO SECO DE LA MASA.

Es la relacin que existe entre el peso de las partculas slidas de la muestra y su

volumen total. Es un caso particular de m cuando el grado de saturacin del suelo es

nulo, es decir, cuando no existe agua libre en los poros del suelo, se expresa mediante la

siguiente frmula.

dsW

V

2.8 PESO UNITARIO SATURADO O PESO ESPECIFICO SATURADO DE LA

MASA

Es el valor de m cuando el grado de saturacin es igual al 100 %, o sea cuando todos los

poros de la muestra estn ocupados por agua. Se lo designa por el smbolo sat

sat = m ; cuando S(%) = 100%

2.9 PESO ESPECFICO DE LOS SOLIDOS

Es la relacin entre el peso de las partculas slidas de una masa de suelo y su

volumen correspondiente. Se lo expresa por:

PESO ESPECIFICO DE SOLIDOSPesodelas Particulas Solidas

Volumen delos Solidos

Ss

s

W

V

2.10 PESO UNITARIO O PESO ESPECFICO DEL AGUA

Es la relacin entre el peso del agua y su volumen correspondiente se lo expresa

por:

PESO UNITARIO SECO =

Peso de Las Partculas Slidas

Volumen Total

19

PESO ESPECIFICO DEL AGUAPesodel agua

Volumendel Agua

ww

w

W

V

El valor del peso especfico del agua vara de acuerdo a la altura a la que se

encuentra el sitio donde se est procediendo a su medicin, con respecto al nivel del mar,

as como la temperatura del medio ambiente. En condiciones normales a 4C y al nivel del

mar su valor es exactamente 1gm / cm 3, 1000 kg / m

3 o 1 Ton/ m

3

En este caso se lo designa con el smbolo o = 1

2.11 PESO ESPECFICO BOYANTE O FLOTANTE

Es igual al peso especfico de la masa de suelo menos el peso especfico del agua, o sea:

m m w

2.12 GRAVEDAD ESPECFICA O PESO ESPECFICO RELATIVO DE LA

MASA

Se llama gravedad Especfica a la relacin entre el peso especfico de una sustancia

cualquiera y el peso especfico de otra sustancia de igual volumen usada como

comparacin. En la Mecnica de Suelos esta sustancia es el agua destilada a 4C o 1

La gravedad especfica de la masa es entonces la relacin entre el peso especfico de una

masa de suelo, y el peso especfico del agua w se lo expresa por:

PESO ESPECIFICO RELATIVO DEL SUELOPesoespecificodel suelo

PesoespecificodelAgua

Gmm

w

2.13 GRAVEDAD ESPECFICA O PESO ESPECFICO RELATIVO DE

LOS SOLIDOS

Es la relacin entre el peso especfico de los slidos y el peso especfico del agua a

la temperatura correspondiente. Se lo expresa por la siguiente formula:

PESO ESPECIFICO RELATIVO DE LOS SOLIDOSPesoespecificodelos solidos

Pesoespecificodel agua

20

Gss

w

Esta expresin es usada en los clculos de la mayora de los ensayos de laboratorio. Es

una expresin sin dimensiones.

La gravedad especfica de la mayora de los suelos est comprendida entre 2,5 y 2,9. As

las arenas cuarzosas tienen una gravedad especfica igual a 2,65; arcillas alrededor de 2,9.

Valores menores que 2,5 indican la posible presencia de sustancias orgnicas en

cantidades apreciables, mientras que valores mayores a 2,9 indican la presencia de

sustancias pesadas, tales como el hierro

2.14 GRAVEDAD ESPECFICA O PESO ESPECFICO RELATIVO SECO

Es la relacin que existe entre el peso especfico seco y el peso especfico del agua

a la temperatura correspondiente. Se lo expresa por medio de la siguiente frmula:

PESO ESPECIFICO RELATIVO SECOPesoespecifico o

Pesoespecificodel agua

sec

Gdd

w

2.15 GRAVEDAD ESPECFICA O PESO ESPECFICO RELATIVO DEL AGUA

Es la relacin que hay entre el peso especfico del agua a cualquier temperatura

w y el peso especfico del agua a 4C, se lo expresa por:

Peso Especificodel agua a cualquierTemperatura

Peso Especificodel agua a C4

Gww

0

PESO ESPECFICO RELATIVO DEL

AGUA

21

2.16 DENSIDAD O COMPACIDAD RELATIVA DE LAS ARENAS Y GRAVAS

Se lo denomina tambin ndice de densidad , y es la relacin entre la diferencia

de las relaciones de vacos de un suelo sin cohesin en el estado ms suelto y en un estado

cualquiera, y la diferencia entre sus relaciones de vacos en los estados ms suelto y ms

denso. Es una expresin sin dimensin y viene dada por la siguiente frmula:

Ce e

e exr

ma x

ma x min

100

Para poder comprender mejor esta definicin es necesario tener en cuenta lo

siguiente: en un estado cualquiera la razn de vacos viene dada por la frmula e = Vv/Vs,

a medida que se compacta o densifica el suelo sus vacos van disminuyendo, hasta que

llegue el momento en que dichos vacos no pueden disminuir, en ese momento el volumen

de vacos ser mnimo, debido a la cul tambin su razn de vacos ser mnima (e mn), ya

que el volumen de slidos permanece constante; este valor corresponde a la mxima

densidad o compacidad del suelo, ya que al compactar un suelo lo nico que vara son sus

vacos.

Si por el contrario consideramos el suelo en su estado ms suelto, es decir lo menos

densificado posible, tendremos que el volumen de vacos ser mximo, debido a lo cual la

razn de vacos adquiere su mximo valor (e mx).

Este valor corresponde a la mnima densidad o compacidad del suelo.

Todo lo anterior expresado, se puede ilustrar mediante el siguiente diagrama lineal:

e mx

V

V

v ma x

s

e mnV

V

v min

s

*

x

j

*

xs

xg

xxx

0 e emx emin

emx

emx - emn

emx - e

Estado ms suelto

(menos denso)

Estado ms compacto

(ms denso)

d

22

d mins

ma x

W

V

d ma xs

min

W

V

Estado mas suelto - - - - - - - - - e mx - - - - - - - - d mn

Estado mas compacto - - - - - - e mn - - - - - - - - d mx

En este diagrama podemos darnos cuenta que un suelo se volver ms denso a

medida que el valor de e se acerca a e mn, es decir a medida que la distancia (e mx - e )

aumenta y por el contrario se volver menos denso a medida que e se acerca al emx , o

sea a medida que la distancia emx - e disminuye.

En el caso que e = emn, se tendr que Cr = 100%; cuando e = emx se tendr que

Cr = 0%

La frmula anterior se usa para determinar el grado de compacidad de los suelos

gruesos (arena o gravas o mezcla de ambas), mientras que el grado de densidad de los

suelos finos (limos y arcillas) se determina mediante la consistencia relativa, que se

determina con la ayuda de los lmites de Atterberg, los cuales veremos en los siguientes

captulos. Mientras que en los suelos gruesos sus partculas se pueden densificar mediante

una vibracin , en los suelos finos esto no se puede realizar, debido al obstculo de la

cohesin del material.

De acuerdo a las frmulas anteriormente estudiadas se puede obtener otra expresin

de la Densidad o compacidad Relativa. En efecto:

dS S

S V

S

S

S

S

V

S

SW

V

W

V V

W

V

V

V

V

V

e

1

Por lo cual e es d S d d: ; . 1

e eS d

d

S

d

d

d

S

d

S

d

1 1;

De acuerdo al diagrama anterior, se tiene que:

Para e mx ................................ d mn

Para e mn ............................... d mx

23

o sea podemos escribir:

e mx

s

d min

1 e mn

s

d ma x

1

Sustituyendo estos valores en la frmula de compacidad relativa de arenas y gravas

tenemos:

Cr x x

s

d min

s

d

s

d min

s

d ma x

s

d min

s

d

s

d min

s

d ma x

1 1

1 1

100

1 1

1 1

100

Cr x Cr x

s

d min d

s

d min d ma x

d min d

d min d ma x

1 1

1 1100

1 1

1 1100;

Cr x Cr x

d d min

d d min

d ma x d min

d min d ma x

d d min d ma x

d ma x d min d

.

.

;100 100

2.17 CORRELACION ENTRE LAS FORMULAS GENERALES

a) Determinar la correlacin que existe entre la razn de vacos (e) y la porosidad

(n)

24

eV

v

Vs

nV

v

V

Vv e Vs Vv n V

IGUALANDO TENEMOS

e Vs nV Pero V Vs Vv

e Vs n Vs Vv

e nVs

Vsn

Vv

Vs

e n n e

e n e ne

e

e n e n

e n n en

n

;

. .

. ;

.

.

;

.

;

11

11

b) Determinar la correlacin que existe entre el grado de saturacin, la razn de vacos, el

Contenido de Humedad y la Gravedad Especfica de las Partcula Slidas.

SV

Vx e

V

V

W

Wx Gw

v

v

s

w

s

s

s

w

100 100; ; ;

SabemosqueW

Vw

w

w

:

Pero WW

VS V

ws

wv:

.;

.

100 100

25

Re , :

.

.

.

.

: . ;. .

. .

.

.

..

; : . .

.;

.;

.;

.

emplazando en tenemos

W

S V

W

S V

Como V e VW

S e Vs S e

S e Por lo cual S e G

SG

eG

S ee

G

S

S e

G

w

w

s

v

s

v

v s w

s s

s

w

s

s

s

s

s

100

100

c.) Correlacin entre la Gravedad Especfica de la Masa y la gravedad

Especfica de las partculas slidas.

G GW

V

W

V

W

Wxm

m

w

ss

w

m ss

s

w

s

; ; ; ; 100

mw s

v s

W

V

W W

V V

;

s

s

s

v

s

ss

s

s

sv

sss

m

swsss

V

V

V

V

V

V

V

W

VV

VW

Luego

WWVWPero

..

..

:

.;.:

1

1;

1

1

1

.

eee s

msssm

1

1

es

m

26

Si al primer miembro, numerador y denominador dividimos para w , tenemos:

:;1

1Donde

e

w

s

w

m

1

1;

1

1

eG

G

eG

G

s

m

s

m

d) Correlacin entre el peso Especfico Hmedo y el Peso Especfico seco de una Masa

de Suelo.

m ds w

s

W

V

W

V

W

W ; ;

m

s w s s S

d

m

d

W W

V

W W

V

W

V

. 11

1

Si al primer miembro, numerador y denominador, dividimos para w, tenemos:

1

w

d

w

m

G

G

m

d

1

2.18 PROBLEMAS DE APLICACION

Una muestra de arcilla saturada pesa 1526 g y 1053 g despus de sacada al horno.

Calcular , considerando s 2.70 g/ cm3, calcular tambin e n, y m .

27

DATOS:

F a s e l q u i d a

F a s e s l i d a

S u e l o s a t u r a d o

V w = V v

v

V s

W w

W s

WV

P e s o s

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

W = Ws + Ww; Ww = W - Ws

Ww = 1526 g - 1503 g = 473 g

w

w

w

w

w

W

VV

W ;

Vg

g

cm

cmw 473

1473

3

3

sS

S

SS

S

W

VV

W :

Vg

g

cm

cmS 1503

2 70390

3

3

,

Por ser una arcilla saturada Vv = Vw

V = Vs + Vw = 390 cm3 + 473 cm

3 = 863 cm

3

Contenido de Humedad:

W

Wx

g

gx xw

s

100473

1503100 0 45 100 45%,

Relacin de Vacos:

W= 1526 g

Ws = 1053g

e=?

w = 1 g/cm3

n=?

s = 2.70 g/ cm3

m =? ?

Volmenes Pesos

28

eV

V

V

V

cm

cm

v

s

w

s

473

3901 21

3

3,

Porosidad:

nV

Vx

cm

cmx xv 100

473

863100 0 55 100 55%

3

3,

Peso especfico de la muestra de suelo:

mW

V

g

cm

gcm

1526

8631 773 3,

2. Un suelo parcialmente saturado Gs = 2,60; e = 1,00 y m = 1,6 Ton / cm3

Calcular: S, n , y d

DATOS:

F a s e

g a s e o s a

F a s e l q u i d a

F a s e s l i d a

S u e l o p a r c i a l m e n t e s a t u r a d o

V o lu m e n e s

W a = 0

W w

W s

V a

V w

V s

V v

V W

:

. . . . . . . .

V s

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Entonces:

Gss

w

s s wG .

s = 2,60 (1 Ton / m3 )

s = 2,60 Ton / m3

Suponiendo: Vs = 1m3

eV

VV e Vv

s

v s ; .

Pesos

G s = 2 . 6 0

e = 1 , 0 0

m = 1 , 6 T o n / m3

w= 1 T o n / m

3

S = ?

n = ?

= ? d

= ?

29

Vv = 1,00 (1 m3

) = 1 m3

ss

s

s s s

W

VW V ; .

Ws = 2,6 Ton / m3 ( 1 m

3 ) = 2,6 Ton

V = Vs + Vv = 1m3

+ 1m3

= 2 m3

m mW

VW V ; .

W = 1,6 Ton / m3

(2 m3 ) = 2,6 Ton

W = Ws + Ww ; Ww = W - Ws

Ww = 3,2 Ton - 2,6 Ton = 0,6 Ton

ww

w

ww

w

W

VV

W ;

VTon

Tonm

mw 0 6

10 6

3

3,

,

Vv = Vw + Va ; Va = Vv - Vw

Va = 1m 3

- 0,6 m 3 = 0,4 m

3

Saturacin:

SV

Vx

m

mX Xw

v

1000 6

1100 0 60 100 60%

3

3

,,

Porosidad:

nV

Vx

m

mx xv 100

1

2100 0 50 100 50%

3

3,

Contenido de Humedad:

W

Wx

Ton

Tonx xw

s

1000 6

2 6100 0 23 100 23%

,

,,

30

Peso Especfico Seco de la Masa:

dsW

V

Ton

m

Tonm

2 6

2

1 33 3

, ,

31

CAPITULO III

GRANULOMETRIA DE LOS SUELOS

3.1 ANALISIS GRANULOMETRICO

3.1.1 GENERALIDADES

El proceso de separar una muestra de suelo en sus diferentes fracciones

de tamaos distintos, se conoce con el nombre de Anlisis Granulomtrico.

Es imposible determinar el tamao de cada partcula de un suelo por lo que en la

practica se determina las cantidades de ellas que estn comprendidas entre una serie de

tamaos lmites, arbitrariamente definidos. Estos lmites se expresan como dimetros

equivalentes de las partculas, haciendo la suposicin de que las partculas son esfricas.

Se hace pasar un suelo por una serie de mallas o tamices de distintos tamaos y se

calcula el porcentaje en peso con respecto al peso total de la muestra que se retiene en cada

uno de ellos, se establece la granulometria de dicha muestra de suelo.

Un suelo puede estar constituido por partculas de tamaos semejantes (Suelo

uniforme o mal graduado), o bien puede tener una gran variedad de tamaos, que pueden

ir desde partculas que no se pueden ver ni con microscopio hasta partculas de 3 a 4

pulgadas de dimetros (En estas condiciones se dice que el suelo es poco uniforme pero

bien graduado).

Los suelos como se sabe son mezclas de grava, arenas, limos y arcillas como una

generalidad. Aunque las arenas y las gravas y algunos limos inorgnicos pueden

presentarse individualmente en la naturaleza, sin embargo las arcillas y algunos limos estn

siempre mezclados principalmente con arena; la arcilla y el limo constituyen la parte activa

de los suelos y las arenas y gravas constituyen la parte inerte. Este concepto es bastante

similar al de agregados y cemento en el hormign, cuyas propiedades estn determinadas

por el constituyente de menor dimensin, es decir el cemento, mientras que la parte gruesa,

sea la arena y la grava, se la considera inerte. En el suelo sus caractersticas estn

determinadas en un gran porcentaje, por la fraccin fina, es decir por el limo, la arcilla y

32

los coloides, y en un menor porcentaje por la fraccin gruesa, es decir la grava y la arena.

As por ejemplo, la resistencia de los suelos depende de la cohesin de la parte activa y de

la friccin de la parte inerte. Mediante la granulometria podemos determinar que

porcentaje de material fino y material grueso existe en un suelo cualquiera.

El tamao de las partculas de la parte gruesa se lo determina mediante tamizado y

el de la parte fina mediante sedimentacin, por lo general usando Hidrmetros. Casi

siempre en la naturaleza, los suelos poseen tanto fraccin fina como fraccin gruesa por lo

cual hay que realizar los dos tipos de ensayo en una muestra de suelo cualquiera.

3.2.- REPRESENTACION DEL ANALISIS GRANULOMETRICO

Los resultados del anlisis granulomtrico pueden representarse de dos maneras,

mediante una tabla en la cual se expresan los porcentajes de la muestra total que han

pasado un tamiz cualquiera, seleccionando de antemano, o mediante un grfico en el cual

las abscisas representan el dimetro de las partculas y las ordenadas el porcentaje de la

muestra que pasa dicho dimetro. Si se cuenta con suficiente nmero de puntos la

representacin grfica es preferible a la representacin mediante tablas.

En la representacin grfica se acostumbra usar una escala logartmica en el eje de las

abscisas, pues de esta manera se dispone de mayor amplitud en la fraccin fina, que la que

se dispone en la escala natural. En el eje de las ordenadas se usa una escala natural.

33

C U R V A G R A N U L O M E T R I C A

d i a m e t r o ( m m )

0

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

9 0

1 0 0

e s c a l a l o g a r t m i c a

%

qu

e

pa

sa

es

ca

la

na

tu

al

%

re

te

nid

o

1 0

3 0

6 0

1 0 0

2 0

4 0

5 0

7 0

8 0

9 0

3.3.- COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD.

De la forma de la curva granulomtrica obtenemos una idea de la distribucin de

tamaos de las partculas que constituyen el suelo. As un suelo constituido por partculas

de un solo tamao estar representado por una lnea vertical; se dice entones que el suelo

es uniforme. Si el suelo est constituido por una gran variedad de tamaos, su

representacin ser una curva; cuanto mas tendida sea esta curva, mayor variedad de

tamaos existir y el suelo se podr considerar bien graduado. Si las curvas

granulomtricas presentan tramos horizontales o verticales, esto nos indica que en el

material predominan o faltan ciertos tamaos y por ende que el material es mal graduado.

Es decir que un suelo puede ser uniforme, mal graduado o bien graduado. Para

determinar el grado de uniformidad de un suelo se emplea el Coeficiente de

Uniformidad, que viene expresado por la siguiente relacin.

CD

Du

60

10

D60 D30 D10

0

34

En la cual: D60 es el tamao de partculas que corresponden al 60% de las partculas

menores a el, es decir que el 60% son mas finas que D60 y el 40% son mas gruesas que

dicho dimetro.

D10 Es el tamao de partculas que corresponde al 10% menores a dicho tamao, es decir

que el 10% son mas finas que D10 y el 90% son ms gruesas que dicho dimetro.

El D10 se denomina tamao efectivo a causa de la influencia de los tamaos de granos

mas pequeos sobre las propiedades del suelo.

El valor del coeficiente de uniformidad decrece a medida que la uniformidad

aumenta, es decir que en realidad es un coeficiente de no uniformidad.

Los suelos con coeficiente de uniformidad menor de 3 (Cu < 3), se consideran muy

uniformes y por lo tanto mal graduados. Los suelos con coeficientes de Uniformidad

mayor de 4 (Cu > 4), se consideran poco uniformes y por lo tanto bien graduados.

3.4.- COEFICIENTE DE CURVATURA

Otro Coeficiente empleado para determinar la buena o mala graduacin de un

material es el llamado Coeficiente de Curvatura, que se lo expresa por la siguiente

relacin:

CD

D Dc

( )

.

30

2

10 60

En la cual: D30 es el tamao de partculas que corresponden al 30% de las partculas

menores a el, es decir que el 30% son ms finos y el 70% son mas grandes que dicho

tamao.

Cuando el coeficiente de curvatura esta comprendido entre 1 y 3, se trata de un

suelo bien graduado, es decir suelo no uniforme (1< cC < 3).

35

3.5.- UTILIDAD DEL ANALISIS GRANULOMETRICO

El anlisis granulomtrica sirve para tener una idea del grado de permeabilidad de

un suelo (es decir la facilidad con que un fluido fluir a travs del suelo); tambin sirve

para tener una idea de la capilaridad del mismo (es decir, la atraccin o retencin del agua

por arriba de la capa fretica); es tambin importante para la estabilizacin de los suelos y

para el diseo de bases y sub-base; pero la mayor aplicacin del Anlisis Granulomtrico

se encuentra en la clasificacin de los suelos.

Tamices para realizar el anlisis granulomtrico

36

CAPITULO IV

PLASTICIDAD DE LOS SUELOS

4.1 GENERALIDADES.

La plasticidad es la propiedad de los suelos mediante la cual soportan

deformaciones rpidas, sin recuperacin elasticidad, sin variacin volumtrica apreciable y

sin desmoronarse ni agrietarse.

La plasticidad es una caracterstica tpica de los minerales arcillosos en estado fino,

que al variar su contenido de humedad y luego ser amasados, adquieren una consistencia

caracterstica denominada plstica, (El trmino consistencia se refiere a la cohesin

grado de adherencia entre las partculas del suelo y a la resistencia ofrecida a las fuerzas

que tienden a destruir la estructura del suelo).

La plasticidad es un fenmeno electro-qumico de las partculas finas arcillosas; la

partcula de arcilla est constituida por un ncleo slido alrededor del cual se encuentra

una pelcula de agua, en estado viscoso, llamado agua absorbida y la cual est adherida

elctricamente al ncleo de arcilla, por lo que a bajas temperaturas no puede ser evaporada;

dicha pelcula de agua absorbida atrae mas agua lo cual determina aumento de volumen de

la masa del suelo. Esta propiedad electroqumica produce la cohesin y la expansin de las

arcillas.

Por otro lado se ha probado que la plasticidad de un suelo se debe tambin a la

forma laminar que caracterizan a ciertas partculas finas, lo cual origina alta

compresibilidad y baja permeabilidad.

4.2 ESTADOS DE CONSISTENCIA.

Para medir la plasticidad de las arcillas se han desarrollado varas teoras, siendo la

mas importante la de Atterberg quien estableci que la plasticidad no es una propiedad

permanente de las arcillas, sino circunstancial y que dependa de su contenido de agua.

Una arcilla en estado seco puede tener una consistencia tan dura que sus propiedades

37

plsticas desaparecen, pero esa misma arcilla, aumentando su contenido de agua, puede

presentar una alta plasticidad e incluso llegar a un estado de suspensin lquida. Entre estos

dos extremos, est el intervalo del contenido de agua en que la arcilla se comporta

plsticamente.

Segn su contenido de agua, un suelo plstico puede estar en cualquiera de los

siguientes estados de consistencia.

ESTADO LQUIDO: El suelo tiene las propiedades y apariencia de una

suspensin.

ESTADO SEMI-LIQUIDO: El suelo tiene las propiedades de un fluido

viscoso.

ESTADO PLSTICO: El suelo se comporta plsticamente

ESTADO SEMI-SOLIDO: El suelo tiene la apariencia de un slido, pero

disminuye su volumen al ser secado.

ESTADO SLIDO: El suelo no vara de volumen al ser secado.

El contenido de humedad con el que se produce el paso de un estado al otro es muy

distinto para las diferentes arcillas y por ello dichos contenidos de humedad pueden

utilizarse para identificar las diferentes clases de arcillas.

4.3 LIMITES DE CONSISTENCIA (LIMITES DE ATTERBERG).

La transicin de un estado al otro no ocurre en forma abrupta, tan pronto se alcanza

un contenido de humedad crtico, sino en forma muy gradual por esta razn no existen

criterios estrictos para distinguir las fronteras entre los diferentes estados; estas fronteras se

las ha establecido en forma convencional. El mtodo ms apropiado fue tomado de la

Agronoma y se conoce con el nombre de mtodo de Atterberg, por lo cual los contenidos

de humedad que corresponde a los lmites entre los diferentes estados de consistencia se

conocen con el nombre de Lmites de Consistencia o Lmites Atterberg.

La frontera convencional entre los estados semi-lquido y plstico fue llamada

Lmite Lquido (LL WL) y se la puede obtener mediante un proceso de laboratorio.

38

La frontera convencional entre los estados plsticos y semi-slido fue llamada

LIMITE PLASTICO (LP o WP) y tambin se lo puede obtener en el laboratorio.

Atterberg tambin defini la frontera convencional entre los estados de consistencia

Semi-Slido y Slido que la llamo LIMITE DE CONTRACCION (Lc o Ws) y que se

define como el contenido de agua por debajo del cual el suelo ya no disminuye de volumen

al seguirse secando, la saturacin ya no es completa y el suelo cambia de color, tornndose

mas claro.

Podemos decir que el lmite lquido es el contenido de agua en el cual el suelo tiene

una resistencia al cortante tan pequea que fluye hasta cerrar un surco de ancho estndar,

cuando es vibrado de una manera especfica; esta pequea resistencia es un valor definido,

por lo cual todos los suelos tienen la misma resistencia en sus respectivos lmites lquidos.

As mismo el lmite plstico es el contenido de agua con el cual el suelo comienza a

desmoronarse cuando es enrollado en cilindros de tamaos especficos.

En cambio el lmite de Contraccin es el contenido de agua que es justamente el

suficiente para llenar los poros cuando el suelo est con el volumen mnimo que se obtiene

por secado. Aunque los Lmites Lquidos y Plstico son necesariamente determinados en

los suelos en los cuales su estructura natural ha sido completamente destruida por

amasamiento o remoldeo, el Lmite de Contraccin puede obtenerse en suelos sin

disturbar o en suelos remoldeados. La diferencia entre los Lmites de Contraccin en

suelos sin disturbar y en suelos remoldeados puede ser una indicacin de cuan natural es la

estructura de un suelo.

E s t a d o

l i q u i d o

E s t a d o

S e m i - L i q u i d o

E s t a d oP l a s t i c o

E s t a d oS e m i - S o l i d o

E s t a d os o l i d o

L L o W L L P o W P L C o W S

4.4 DETERMINACION DEL LMITE LQUIDO

Para la determinacin del Lmite Lquido se utiliza la copa de Casagrande, que es

un recipiente de bronce o latn con un tacn solidario del mismo material; el tacn y la

copa giran en torno a un eje fijo unido a la base. Una excntrica hace que la copa caiga

peridicamente, golpendose contra la base del dispositivo, que es de hule duro o micarta

39

221. La altura de cada de la copa, es por especificacin, de 1cm, medido verticalmente

desde el punto de la copa que toca la base al caer, hasta la base misma, estando la copa en

su punto ms alto.

La copa es esfrica, con radio interior de 54mm, espesor 2mm y peso de 200 20 g

incluyendo el tacn.

Sobre la copa se coloca el suelo y se procede a hacerle una ranura trapecial con las

dimensiones mostradas en la siguiente figura:

1 1 m m

8 m m

2 m m

Dimensiones de la ranura en la Copa de Casagrande.

Equipo que se emplea para realizar el ensayo de Limite Lquido

40

Para hacer la ranura debe usarse un ranurador laminar estndar. La copa se sostiene

con la mano izquierda, con el tacn hacia arriba y el ranurador se pasa a travs de la

muestra, mantenindolo normal a la superficie, a lo largo del meridiano que pasa por el

centro del tacn, con un movimiento de arriba hacia abajo. En una arcilla bien mezclada,

sin partculas gruesas, es fcil hacer la ranura.

En mezclas no uniformes o con partculas gruesas, los bordes de la ranura tienden a

rasgarse, cuando esto sucede el suelo ha de volver a remoldearse con la esptula,

colocndolo de nuevo y formando otra vez la ranura. En los suelos con arena o con materia

orgnica no se puede formar la ranura con el ranurador, debiendo usarse entonces la

esptula, utilizando el ranurador slo para verificar las dimensiones.

La tcnica de laboratorio consiste en colocar el suelo remoldeado en la Copa de

Casagrande, formando en l como ya se dijo una ranura, procediendo a manipular la Copa,

contabilizando el nmero de golpes con el cual se logra cerrar la ranura.

El grfico se lo obtiene conociendo, tres o cuatro contenidos de agua con sus

correspondientes nmeros de golpes y trazando de esta manera la curva, Contenido de agua

- Nmero de Golpes.

Los resultados obtenidos en el laboratorio se proceden a graficarlos, colocando en

el eje de las ordenadas en escala natural el contenido de agua (Contenido de Humedad), y

el eje de las abscisas se coloca el nmero de golpes en escala logartmica.

La ordenada del grfico correspondiente a la abscisa de 25 golpes es el contenido

de agua correspondiente al Lmite Lquido.

En el siguiente grfico se ilustra la manera de obtener el Lmite Lquido a travs de

la curva de fluidez, utilizando un papel semilogartmico.

41

L

L

DETERMINACION DEL LIMITE LIQUIDO

Nmero de Golpes

205 6 7 8 9 10 25 3040 50

L

L Co

nte

nid

o d

e h

um

edad e

n %

LL

4.5 DETERMINACION DEL LIMITE PLASTICO

Para la determinacin del Lmite plstico se revuelve el suelo y se obtiene cilindros

del suelo requerido, con un dimetro de 3mm. La formacin de los rollitos se hace

usualmente sobre una hoja de papel totalmente seca, para acelerar la prdida de humedad

del material, tambin es frecuente efectuar el rolado sobre una placa de vidrio. Cuando los

rollitos llegan a los 3mm, se doblan y se presionan, formando una plastilla que vuelve a

rolarse, hasta que en los tres milmetros, ocurra el desmoronamiento y agrietamiento; en

ese momento se determinar rpidamente su contenido de agua, que es el Lmite Plstico.

Se han realizado varios intentos para sustituir el rolado manual por la accin

mecnica de algn aparato, pero sin resultados satisfactorios, debido, en primer lugar, a

que la experiencia a demostrado que en esta prueba la influencia del operador no es

importante y, en segundo lugar, hasta la fecha, no ha podido desarrollarse ningn aparato

en que la presin ejercida se ajuste a la tenacidad de los diferentes suelos ; en el rolado

manual, el operador, guiado por el tacto, hace el ajuste automticamente.

4.6 INDICE DE PLASTICIDAD

A las dos fronteras, Lmite Lquido y Lmite Plstico, que definen el intervalo

plstico del suelo, se las llama Lmite de Plasticidad y la diferencia entre ambos se

denomina Indice de plasticidad (IP), que se puede definir como el rango de contenido

de humedad en el cual un material est en el estado plstico - o sea :

IP LL LP

42

La cantidad de agua que debe aadirse para cambiar un suelo desde su Lmite

plstico hasta su lmite lquido es una indicacin de la plasticidad del suelo, de aqu la

importancia del ndice de plasticidad.

De acuerdo al valor de IP, los suelos pueden tener el siguiente grado de plasticidad:

IP = 0 % Suelo No Plstico (NP)

0 % < IP < 7 % Suelo de baja plasticidad

7 % < IP < 17 % Suelo de mediana plasticidad

IP > 17 % Suelo de alta plasticidad

4.7 INDICE DE CONTRACCION

La diferencia entre los Lmites Plsticos y de contraccin se denomina ndice de

contraccin ( IC ), que permite conocer el rango de contenidos de humedad en el cual un

suelo est en el estado semi-solido

IC = LP - LC

4.8 INDICE DE LIQUIDEZ O DE FLUIDEZ

Llamada tambin Contenido de agua Relativo o Relacin Agua - Plasticidad, es

la relacin, expresada como un porcentaje, entre el Contenido de humedad de un suelo

menos el Lmite Plstico y el ndice de plasticidad, sea:

NaturalHumedad

xIP

LPx

LPLL

LPRI WL

100100

Este ndice sirve para comparar el contenido de agua de un suelo cohesivo sin disturbar

con los Lmites lquidos y plstico. As cuando el ndice de liquidez es del 100% el suelo

est en su lmite lquido, mientras que un ndice de liquidez de 0% indica que el suelo se

encuentra en su Lmite plstico. As mismo el ndice de Liquidez nos permite conocer en

que estado de consistencia se encuentra el suelo, pues si su valor resulta negativo, el suelo

tendr una consistencia Semi-Slida o Slida; si ese valor se encuentra entre el 0% y 100%

el suelo tendr consistencia plstica; mientras que valores mayores que 100% nos indica

que el suelo se encuentra en estado lquido.

43

El ndice de liquidez nos da una idea de la prdida de resistencia que un suelo cohesivo

puede sufrir al ser remoldeado.

4.9 INDICE DE CONSISTENCIA O CONSISTENCIA RELATIVA.

Es la relacin que existe entre el lmite lquido menos el contenido de humedad y el

ndice de plasticidad. Generalmente se lo expresa en porcentaje, sea:

100100 xIP

LLx

LPLL

LLCr

= Humedad natural

Este ndice nos permite conocer la consistencia de un suelo en un estado natural. La

consistencia relativa de las arcillas es anloga a la densidad relativa (Dr) de las arenas y

gravas.

Si el contenido de humedad de un suelo coincide con el lmite plstico, la

consistencia Relativa ser del 100%, pero si dicho contenido es igual al lmite liquido el

valor de la Consistencia Relativa ser de 0%. Contenidos de humedad por debajo del lmite

Plstico dan valores de la Consistencia Relativa mayores que el 100% y el suelo no puede

ser amasado. Contenidos de humedad mayores del lmite lquido dan valores de la

Consistencia Relativa Negativos.

4.10 CURVA DE FLUJO.

Es una curva que se forma uniendo los puntos obtenidos a partir del ensayo de

lmite lquido estndar y que son marcados sobre un grfico, en el cual el contenido de

agua se representa como ordenada sobre una escala aritmtica (normal) y el nmero de

golpes como abscisa sobre una escala logartmica.

44

4.11 INDICE DE FLUENCIA

Llamado tambin ndice de Flujo, es la pendiente de la curva de flujo en un ciclo

de la escala logartmica. Se lo designa con los smbolos IF o FW.

Se lo expresa como la diferencia del contenido de agua, por ejemplo entre 10 y 100 golpes

o entre 5 y 50 golpes.

I FLog Log

F w

1 2 1 2

1 2100 10 2 1

El ndice de fluencia expresa la relacin entre el cambio de agua y el cambio

correspondiente en el esfuerzo cortante.

Cuando dos suelos plsticos tienen los mismos Lmites de Plasticidad o el mismo ndice

de Plasticidad, pero diferentes curvas de fluidez, el suelo cuya curva sea ms tendida es

decir, el de menor ndice de fluencia, tendr mayor resistencia en el Lmite de Plstico.

4.12 INDICE DE TENACIDAD.

Llamada tambin ndice de Dureza es el cociente del ndice de Plasticidad para el

ndice de fluencia. Se lo designa con los smbolos It o Tw.

La tenacidad es la unin o trabazn de las partes de un mineral y la dificultad en

separarlas debido a su textura. La resistencia al esfuerzo cortante de una arcilla en el

Lmite Plstico es una medida de su tenacidad, por lo cual puede decirse que la tenacidad

de las arcillas, de igual ndice de plasticidad, crece a menor ndice de fluencia.

Se lo expresa as:

IIP

IFt

45

4.13 CONTRACCION LINEAL

La contraccin lineal (CL), se define como el porciento de contraccin, con

respecto a la dimensin original, que sufre una barra de suelo de: 2 cm X 2cm X 10 cm, al

secarse en un horno a 100 110 oc, desde una humedad equivalente a la humedad del

lmite lquido hasta el lmite de contraccin.

La prueba se ejecuta de la siguiente manera:

1.- Con la misma pasta utilizada para realizar el ensayo de lmite lquido por el mtodo

directo de los 25 golpes, se llena el molde en tres capas, golpeando contra un lugar duro, a

fin de expulsar el aire atrapado. Teniendo lleno el molde se enrasa y se deja al aire libre

secar un tiempo y luego introducimos al horno por 24 horas, a fin de garantizar un

completo secado.

2.- Estando el material seco, se extrae la barra y se mide su longitud final (L2).

3.- La relacin entre la longitud que se contrajo (L1 L2), y la longitud inicial (L1) de la

barra de suelo hmedo y multiplicada por 100, da el porciento de contraccin o

contraccin lineal del suelo.

4.14 UTILIDAD DE LOS LMITES DE ATTERBERG.

Los lmites se usan a menudo en especificaciones para el control del suelo que se va

a usar en rellenos y tambin en mtodos de diseo semiempricos, pero la principal

aplicacin est en la clasificacin e identificacin de los suelos de grano fino. Es decir que

an cuando los lmites nos suministran nmeros que puedan sustituirse directamente en

frmulas deducidas cientficamente, ellos son sumamente tiles para el Ingeniero de

Suelos.

4.15 COMPRESIBILIDAD DE LOS SUELOS.

Un valor que se emplea bastante en el clculo de asentamientos de las estructuras

para suelos normalmente consolidados, esta dado por la siguiente formula y que tambin se

lo conoce como ndice de compresin.

1001

21 xL

LLCL

46

Cc = 0.009(LL 10)

LL = Lmite Liquido

La compresibilidad de los suelos puede expresarse as:

Baja compresibilidad 0.0 < Cc < 0.19

Madia compresibilidad 0.20 < Cc < 0.39

Alta compresibilidad Cc > 0.40

47

CAPITULO V

CLASIFICACION E IDENIFICACION DE LOS SUELOS

5.1 GENERALIDADES

Como en la formacin de los suelos intervienen diversos factores que pueden actuar

simultneamente o en forma alternada, con muy distintos grados de intensidad, las

propiedades fsicas de los suelos varan de un lugar a otro. Esta caracterstica ha hecho

indispensable el desarrollo de sistemas de clasificacin que permiten catalogar a los suelos

en grupos de propiedades fsicas semejantes, con objeto de poderlos estudiar y adoptarlos a

los diversos usos. La determinacin de las propiedades de un suelo puede ser difcil, cara y

requerir mucho tiempo, debido a lo cual se divide a los suelos en grupos con

comportamiento semejante, es decir se los clasifica.

La clasificacin de los suelos consiste, pues, en incluir un suelo en un grupo que

presenta un comportamiento semejante, lo cual nos permite resolver muchos tipos de

problemas sencillos y sirva de gua para preparar el programa de investigacin, en caso de

que se necesite una investigacin mas profunda.

Las clasificaciones de suelos utilizan pruebas sencillas para obtener las

caractersticas del suelo, necesarias para asignarlo a un determinado grupo, siendo las mas

utilizadas la granulometra y la plasticidad en el transcurso de los aos varios sistemas de

clasificacin han sido desarrollados, de acuerdo con la finalidad a que se han de determinar

los suelos estudiados. Los Ingenieros Civiles se han servido de los conocimientos de los

cientficos agrcolas para establecer las diversas clasificaciones que se conocen:

5.2 CLASIFICACION MEDIANTE EL ANALISIS GRANULOMETRICO

La separacin de tamaos entre los diferentes componentes de los suelos se ha

establecido convencionalmente, tomando diferentes lmites, segn las diferentes

Instituciones que se han dedicado al estudio del suelo. En la actualidad la ms aceptada

internacionalmente es la clasificacin del Instituto Tecnolgico de Massachusetts (MIT), la

cual tiene la gran ventaja de que los lmites entre los diferentes componentes de un suelo

tienen relacin con los nmeros 2 y 6. As:

48

Arcilla .....................................................tamaos menores de 0,002 mm

Limo Fino .............................................................. de 0,002 a 0,006 mm

Medio ...............................................................de 0,006 a 0,02 mm

Grueso .............................................................. de 0,02 a 0,06 mm

Arena Fina .............................................................. de 0,06 a 0,2 mm

Media ..............................................................de 0,2 a 0,6 mm

Gruesa..............................................................de 0,6 a 2 mm

Grava Fina ..............................................................de 2 a 6 mm

Media ..............................................................de 6 a 20 mm

Gruesa..............................................................de 20 a 60 mm

Piedra Bola o canto Rodado ...................................... mayor a 60 mm

Actualmente ha disminuido la importancia de las clasificaciones basadas slo en la

Granulomtrica debido por una parte a las contradicciones que existen entre los diversos

sistemas de clasificacin, en lo que respecta a las fronteras de los diversos tipos de suelo, y

por otra parte a que en estos sistemas tanto el limo como la arcilla se definen

exclusivamente por tamaos, sin tomar en cuenta otras propiedades, por lo cual se comete

el error de clasificar como arcilla un polvo de roca constituido por cuarzo.

5.3 CLASIFICACION DE LA AASHTO

En 1928 la Public Roads Administratin de los Estados Unidos, desarroll un

sistema que clasifica a los suelos segn su estabilidad bajo la carga de una rueda cuando se

los emplea como superficies de rodamiento o como base de pavimentos bituminosos.

De acuerdo con este sistema los suelos se dividen en ocho grupos que se designan

con los smbolos A-1, A-2, A-3, .......A-8, correspondiendo el primer smbolo a suelos

gruesos de buena graduacin y el ltimo a suelos turbosos.

Posteriormente este sistema ha sido varias veces modificado, hasta que la

Asociacin Americana de Agencias Oficiales de carreteras y Transportes Estatales

(AASHTO) introdujo algunas modificaciones al sistema, estableciendo subdivisiones en

cada uno de los grupos que ahora quedan reducidas a 7. En la clasificacin de la AASHTO

los suelos que tienen aproximadamente la misma capacidad de carga son agrupados juntos

49

para formar 7 grupos bsicos. Los mejores suelos para subrasantes de carreteras son

clasificados como A-1, despus A-2 , y as sucesivamente hasta llegar a los suelos ms

deficientes para subrasantes que se clasifican como A-7. De este modo puede asumirse

generalmente que los requisitos del espesor estructural del pavimento se incrementan

progresivamente a medida que el grupo de clasificacin del suelo se incrementa desde A -1

hasta A - 7.

En este sistema se requiere reconocer solamente la granulometra, y los lmites

lquido y plstico. Un aspecto importante del sistema AASHTO es l ndice de grupo

que es un nmero emprico con el cual se ha correlacionado el comportamiento de

muchos suelos como material de caminos. Un ndice de grupo es usado no para colocar un

suelo en un grupo especfico, sino como un medio de evaluar los suelos como materiales

de subrasantes dentro de sus grupos. Dicho nmero permite predecir en forma un poco

ms precisa el comportamiento que puede esperarse de un suelo dado y se lo emplea en el

diseo de pavimentos para determinar el espesor total de la base y el pavimento que se

requiere para el suelo en cuestin.

El ndice de grupo es una funcin del lmite lquido, del ndice de plasticidad y de

la cantidad de material que pasa por el Tamiz # 200.

El ndice de grupo se define por la siguiente ecuacin:

IG = 0.2 a + 0.005 ac + 0.01 bd

a= Aquella porcin del porcentaje que pasa el Tamiz # 200, mayor que el 35%

pero que no excede de 75%, expresada como un nmero entero positivo que

vara de 0 a 40.

b= Aquella porcin del porcentaje que pasa el Tamiz # 200 %, mayor que el 15%

pero que no excede de 55%, expresada como un nmero entero positivo que

vara de 0 a 40.

c= Aquella porcin del lmite lquido mayor que el 40% pero no excede de

60%; expresada como un nmero entero positivo que vara de 0 a 20.

d= Aquella porcin del ndice plasticidad mayor que el 10% pero no excede de

30%, expresada como un nmero entero y positivo que vara de 0 a 20.

50

Para una fcil determinacin del ndice de grupo se utilizan bacos:

De acuerdo al sistema AASHTO los suelos se dividen en dos grupos principales:

Los materiales granulares con un 35% o menos que pasa el Tamiz #200 y los materiales

limo - arcilla con ms del 35% que pasa el Tamiz #200.

Adems, en las descripciones de un material, son reconocidas y usadas a menudo 5

clases de suelo que son:

PIEDRA BOLA O CANTO RODADO.- Material retenido en el Tamiz de 3. Este

material debe ser excluido de la porcin de una muestra en la cual se va a realizar la

clasificacin, pero debe registrarse el porcentaje de tal material respecto a la muestra total.

GRAVA.-.Material que pasa el Tamiz de 3 pero que es retenido en el tamiz # 10

ARENA GRUESA.- Material que pasa el Tamiz #10 y que es retenido en el #40

ARENA FINA.- Material que pasa el Tamiz #40 y que es retenido en el #200

ARCILLA Y LIMOS (MEZCLADOS).- Material que pasa el Tamiz #200. La palabra

limoso es aplicada al material fino que tiene un ndice de plasticidad de 10 menos y la

palabra arcilloso es aplicada al material fino que tiene un ndice de plasticidad mayor a 10.

51

SISTEMA AASHTO DE CLASIFICACION DE LOS SUELOS

CLASIFICACION MATERIALES GRANULARES MATERIALES LIMO-ARCILLOSOS

GENERAL 35% o menos pasa el tamiz No 200 Mas del 35% pasa el tamiz No 200

A-1 A-3 A-2 A-4 A-5 A-6 A-7

Clasificacin de A-7-5

grupo A-1a A-1b A-2-4 A-2-5 A-2-6 A-2-7 A-7-6

Anlisis del tamizado

porcentaje que pasa

No. 10 50 mx.

No. 40 30 mx. 50 mx. 51 mim.

No. 200 15 mx. 25 mx. 10 mx. 35 mx. 35 mx. 35 mx. 35 mx. 36 min. 36 min. 36 min. 36 min.

Caractersticas de la

fraccin que pasa

la No. 40

Lmite Liquido 40 mx. 41 min. 40 mx 41 min. 40 mx. 41 min. 40 mx. 41 min.

ndice de Plasticidad 6 mx N.P. 10 mx. 10 mx.

Documents

TEORIA Suelos Definitivo