Geotecnia I - Fac. de Ing. U.N.L.P.
Ing. Augusto José Leoni 1
GEOTECNIA IGEOTECNIA IGEOTECNIA IGEOTECNIA I
CapCapCapCapíííítulo 1tulo 1tulo 1tulo 1
““““DepDepDepDepóóóósitos naturales de suelossitos naturales de suelossitos naturales de suelossitos naturales de suelos””””
Profesor: Ing. Augusto José Leoni
BIBLIOGRAFÍA:
-Apuntes publicados en la Página: www.ing.unlp.edu.ar/constr/labsuelos
-Apuntes publicados en el Centro de Estudiantes
Libros:-Principios de Ingeniería Geotécnica (Braja M. Das)
-Principios de Fundaciones en Ingeniería (Braja M. Das)
-Geotécnica y Cimientos (Jiménez Salas – Justo Alpañes)
-Mecánica de Suelos (Badillo – Rodríguez)
-La Ingeniería de Suelos (Rico – Rodriguez)
-Mecánica de Suelos en la Ingeniería Práctica (Terzaghi – Peck)
-Suelos, Fundaciones y Muros (Fratelli)
-Mecánica de Suelos (Berry – Reid)
-Fundamentos de Mecánica de Suelos (Roy Whitlow )
-Mecánica de Suelos (Lambe – Whitman)
-Foundations Analysis and Design (Bowles)
-Soil Mechanics Concepts and Applications (W. Powrie)
-Soil Mechanics (R. F. Craig)
-Foundation Engineering Handbook (Winterkorn - Fang)
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Origen y formación de los suelos:Es claro que las rocas con su aporte masivo de minerales resulta ser un aporte fundamental para la formación de los suelos que se suman a los aportes orgánicos de restos vegetales y animales de menor magnitud.
Existen lo que llamamos “factores formadores”que se combinan para la formación de los suelos. Esta idea fue plasmada en forma de ecuación de la siguiente forma:
Suelo = f(cl, o, r, p, t)
cl = Clima
o = Organismos
r = Relieve
p = Roca madre
t = Tiempo
Para analizar la influencia de cada uno de estos factores formadores, podemos mantener como constantes todos los demás y hacer variar uno solo de ellos.
Así por ejemplo manteniendo constantes los demás factores y variando solamente el tiempo tendremos un suelo que depende solamente de su edad.
De esta forma tendremos:
CRONOSECUENCIA: Variando solamente el tiempo
LITOSECUENCIA: Variando solamente la roca madre
TOPOSECUENCIA: Variando el relieve
CLIMOSECUENCIA: Variando el clima
BIOSECUENCIA: Variando los organismos
Origen y formación de los suelos:
LITOSECUENCIA:(Variando la roca madre)
CLIMOSECUENCIA(Variando el clima)
Composición mineralógica
Permeabilidad
Granulometría
La cantidad de arcilla en un suelo, aumenta con la temperatura
La cantidad de arcilla en un suelo, aumenta con las precipitaciones
El aumento de las precipitaciones provoca un aumento de la acidificación del suelo
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Origen y formación de los suelos:
BIOSECUENCIAVariando los organismos
CRONOSECUENCIAVariando el tiempo
Los organismos constituyen la fuente de material original para la formación de los suelos vegetales.
Ejercen una importante acción de los materiales edáficos y los transforman, al extraer los nutrientes esenciales para su ciclo vital
Producen una intensa mezcla de los materiales del suelo por acción de su actividad biológica.
La variación de todos los elementos anteriores en el tiempo dan como resultados distintos tipos de suelos.
La velocidad de formación de un suelo es extraordinariamente lenta y dependen de los factores Formadores, así un suelo se genera más rápidamente a partir de materiales sueltos e inestables que a partir de rocas duras y constituidas por minerales estables
Toposecuencia (variando el relieve)Meteorización mecánica de las rocas
Descomposición química o por temperatura
Transporte por gravedad
Pié de Monte Fragmentos segregados de bloques
Tranporte Eólico
Transporte Fluvial
roca mezclados con gravas, arena y arcillas
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Descomposición química o por temperatura
Transporte por gravedad
Pié de Monte Fragmentos segregados de bloques
Tranporte Eólico
Transporte Fluvial
roca mezclados con gravas, arena y arcillas
Erosión Física o mecánica
Erosión in situ
Cambios de temperatura
Crecimientos de cristales
Tensiones y movimientos de la corteza terrestre
Erosión por transporte
Agua: Transporte fluvial y marítimo
Viento: Transporte eólico
Glaciares: Transporte y grandes presiones
TOPOSECUENCIA
Meteorización o erosión de las rocas(Fragmentación o disolución de la roca en trozos más pequeños o en minerales distintos)
Mecánica
Química
Disolución
Viento, agua, temperatura, congelamiento, glaciares
Alteración de los minerales de las rocas para formar minerales nuevos. Agentes: agua, oxígeno, ácidos orgánicos
Solubilidad de los minerales de las rocas que migran y dejan como residuo los minerales no solubles
Se producen en regiones moderadamente secas con topografía accidentada
Regiones cálidas y húmedas con topografía preferentemente planas
Regiones húmedas con presencia de rocas solubles
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Basamento Precámbrico
Cuarcitas
Sedimentos Pampeanos
EJEMPLO PRACTICO REGIONAL
N
Sierra La Barrosa
Autódromo J. M. Fangio
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Sierras de Balcarce:
Autódromo J. M. Fangio
Estratigráficamente, las rocas que conforman el cordón serrano de Tandiliason las más antiguas del territorio nacional, con edades entre 2.200 y 1.800 millones de años (Precámbrico)
Roca granítica totalmente alterada
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Alteración del feldespato de la roca granítica y formación de caolinita
Desarticulación del trozo de roca con una pequeña presión de las manos
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Problemas generados por una insuficiente o muy precaria investigación geotécnica
Primera división de los suelos, según el tamaño de los granos
Atendiendo a las distintos comportamientos de los suelos según su tamaño, se hace una primera clasificación de los mismos en:
Suelos Gruesos: Partículas mayores a los 74 µ (0,074 mm)
Suelos Finos: Partículas menores a los 74 µ
Suelos Gruesos: Las fuerzas que gobiernan su comportamiento son fundamentalmente las de gravedad. (gravas y arenas)
Suelos Finos: Las fuerzas que gobiernan su comportamiento son fundamentalmenteen las arcillas, las de atracción y repulsión de origen físico - químicas. (arcillas y limos)
Clasificación de los suelos
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Suelos Finos
Dentro de los suelos finos, conformados por partículas de tamaño menores a 74µ (tamiz N° 200) tenemos:
Limos: Partículas que van desde los 74 µ hasta los 2 µ
Arcillas: Partículas menores a los 2 µ
Partículas de arcilla (Kaolinita)
17 µ
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Partículas de bentonita (Monmorillonita)
7,5 µ
5 µ
µ
Atapulgita
Illita
Halloistita
2µ
7,5 µ
4,7 µ
Minerales de arcilla
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La superficie de toda partícula de arcilla conlleva una carga eléctrica negativa, cuya intensidad depende de sus características mineralógicas y de su tamaño.
Cargas negativas
Cargas positivas
La forma de lámina de las partículas de arcilla hacen que las mismas tengan una gran cantidad de cargas eléctricas.
Estas cargas eléctricas, se reducen en su cantidad a medida que el tamaño de las partículas aumenta y cambian de forma, partículas no laminares, esféricos o prismáticas y que presentan una menor superficie expuesta (superficie específica), conllevan una menor carga eléctrica.
Características físico - químicas de una partícula de arcilla
Estructura Ligazón del Hidrógeno
Solución salina
hidratación
Estructura de la molécula de agua
+
_
+
+
_
_
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Capacidad de adsorción de las arcillas
Las moléculas de agua forman un dipolo debida a la ubicación de sus átomos de H, por lo tanto las mismas se orientan y se “pegan” sobre la cara de las partículas de arcilla.
Esta capa de moléculas de agua orientadas sobre la lámina de arcilla tiene una viscosidad mayor a la del agua libre o de humedad (se piensa que tiene la viscosidad del hielo) tiene un espesor del orden de los 10 Å y no se elimina fácilmente.
1Å = 0,1 mµ = 10−7 mm
Iones de intercambio: Na+ Ca++ Mg++ Al+++ Fe+++
Absorción es un proceso físico ligado a la capilaridad y a la porosidad de la masa de arcilla.
Adsorción es un proceso químico ligado a la carga electroquímica de los cristales de arcilla que atraen las moléculas de agua dipolar en el espacio interlaminar
Dentro de este espacio y juntamente con el agua de contacto, van los Iones de Intercambio presentes en el agua libre que está en contacto con el suelo.
Dependiendo del ión que prevalezca en la solución, se puede predecir el comportamiento de la arcilla ya que la fuerza de fijación de los iones dependerá de la valencia del mismo
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La evaluación de la cantidad de cargas eléctricas de un suelo, expresado en función de su masa (peso) constituyen lo que se llama la CAPACIDAD DE CAMBIO y se mide en miliequivalente x 100 grs (m.eq.x100)
Cargas negativas
Cargas positivas
Iones de cambio: Fe+++, Al+++, Mg++, Ba++, Ca++, Na+, Li+
Estado seco
CationRadio no
hidratado (Å)Radio
hidratado(Å)
Li+ 0.68 3.8Na+ 0.95 3.6K+ 1.33 3.3Cs+ 1.69 3.3Be2+ 0.31 4.6Mg2+ 0.65 4.3Ca2+ 0.99 4.1Ba2+ 1.35Al3+ 0.5 4.8Fe3+ 0.6
A medida que la arcilla absorbe agua del exterior la misma se ubica en las caras de los cristales e hidrata a los cationes haciéndoles variar el diámetro y por lo tanto cambian la distancia entre las partículas. La cantidad de moléculas de agua que ingresará, dependerá de la cantidad de cargas negativas disponibles que tenga la partícula de arcilla
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Estructura laminar de las arcillas
Orientación paralelas de las láminas de arcillas, provocan una gran expansión al tomar contacto con el agua libre del terreno, tienen una menor relación de vacíos y es más compacta.
Extructura panaloide, más abierta que la primera, con más relación de vacios y que experimenta menos expansión al absorber agua libre
Doble capa difusa
Concentración
Distancia
Importancia del tipo de cationes:
Dos cationes de Na+ tienen un volumen de 390 Å3. Por lo tanto si están adheridos a una lámina de arcilla forman una doble capa difusa de un espesor importante y tienen una unión muy débil (monovalente).
En cambio Un catión Ca++ tiene un volumen de 288 Å3 con lo cual la doble capa disminuye y en la superficie del cristal de arcilla reemplaza a dos iones de Na+ con una unión mucho mayor
Concentración de agua dipolar con iones
El agua adsorbida juntamente con el agua absorbida junto a la partícula de arcilla, forman lo que se llama la “Doble Capa Difusa” que tiene una concentración de iones y de moléculas de agua dipolar, muy grande en las cercanías de la lámina y que despues decrece fuertemente hasta llegar a una distancia de 400 Å.
500Å
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Partícula de Caolinita de 10.000 Å x 1000 Å
Doble capa difusa 200 Å
30 Å
Doble capa difusa 400 Å
Partícula de Montmorillonita de 1000 Å x 10 Å
1000 A
Características especiales de partículas de algunas arcillas
Agua Adsorbida
Å = 0,1 mµ = 10µ = 10µ = 10µ = 10−−−−7777 mm
mµµµµ = 10-6 mm
µµµµ = 10-3 mm
Hinchamiento de 1333%
Hinchamiento de 80%
Asociación entre las cargas eléctricas y la superficie específica de los suelos finos
100 a 24020 a 35Sepiolita
80 a 900
50
60
15
m2/gr
Superficie específica
10 a 50Illita
80 a 200Montmorillonita
10 a 50Halloisita
2,2 a 15Caolinita
Miliequivalente x 100 gr
Capacidad de cambioTipo de Arcilla
Iones de intercambio: Na+ Ca++ Mg++ Al+++ Fe+++
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1°) Se prepara una solución patrón de 2 gr de AM diluido en 200 cm3 de agua destilada
2°) Se pesa aproximadamente 1 a 2 grs de suelo seco a estufa (105°C) durante 24 a 48 hrs y se mezclan en una probeta con 50 cm3 de agua destilada
3°) Se adiciona en forma sucesiva, a la probeta con el suelo en suspensión, 0,5 mlde la solución patrón con AM y se agita fuertemente
4°) Luego de cada adición de 0,5 ml de la solución patrón con AM, se coloca una gota de ésta nueva suspensión sobre un papel de filtro y se analiza la imagen que queda estampada en el papel. Si la mancha queda con un contorno externo bien definido, quiere decir que el suelo sigue absorbiendo los cationes de AM. Cuando la mancha se presenta con una aureola celeste y difusa, quiere decir que las láminas de la arcilla están todas cubiertas con los cationes de AM
Determinación de la superficie específica con la técnica de absorción de Azul de Metileno
En este proceso se aprovecha la cualidad del catión de “Azul de Metileno” de fijarse a las láminas de arcillas.
La superficie máxima cubierta por un catión de AM es ~130 Å2. Los cationes de una solución acuosa de azul de metileno (peso molecular 319,87 g/mol) son absorbidos por las cargas negativas de la superficie de las arcillas.
La Superficie específica “Se” es computada con la cantidad del AM absorbido por las láminas de arcilla. Los pasos a seguir en la técnica de absorción de AM son los siguientes:
Determinación de la superficie específica con solución de Azul de Metileno.
a) Gota de la suspensión mineral sobre papel de filtro tipo P5 antes del “punto final”.
b) Gota después del “punto final” cuando un halo azul claro se forma alrededor.
Donde: Ws(AM) es el peso en gr. de AM colocado en la suspensión patrón.
Vol(AM)sol. Es el volumen total utilizado en la solución patrón en ml.
N es el número de veces que se agregaron 0,5 ml de la solución patrón con AM.
Av = 6,02 x 1023 /mol es el Número de Avogadro.
Sup (AM) es el área cubierta por un catión de AM, asumida generalmente en 130 Å2.
Ws(arcilla) es el peso seco de la arcilla en gr. que se utilizóen el ensayo.
)(1
).(.).5,0.(.)(
)(/87,319
1arcillaWs
AMSupAvmlNsolAMVol
AMWs
molgrSe =
Ejemplo: Para
Ws(AM) = 2 gr. Vol(AM)sol.= 200 ml N = 70 Av = 6,02 x 1023 /mol. Sup (AM) = 130 Å2 = 1,30 10-14 cm2
. Ws(arcilla) = 1 gr
Tendremos Se = 856,3 m2/gr
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Suelo Húmedo
Estufa a 105°C (8 hs)
Vapor de agua
Suelo seco
1°) Se coloca la muestra húmeda en una cápsula de aluminio de peso conocido y se la pesa. Se obtiene asíel peso Wh = Wsuelo húmedo + peso de la cápsula
2°) Se lleva la cápsula a la estufa y se la deja durante 8 hs a 105° C
3°) Se pesa la cápsula con el peso seco (Ws) y por diferencia de pesada Wh –Ws = Wa se obtiene el peso del agua evaporada
100(%)Ws
Waw =Porcentaje de humedad
Humedad del sueloLa humedad del suelo representa en forma porcentual, la cantidad de agua que tiene una masa de suelos comparada con el peso seco de la misma.
Distintos estados del suelo en función de la humedad
Suelo
Agua
Suelo Seco Límite líquidoLímite plástico
Humedad (w) = = peso del agua / peso suelo seco
Límite de contracción
Ws
Ww
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Distintos estados de la estructura del suelo en función de la humedad
Suelo
Agua
wc wp wLIp
Límites de Atterberg
Límite Líquido “wL”
Límite Plástico “wP”
Indice plástico “IP” = (wL – wP)
LÍMITES DE ATTERBERGLímite Líquido
Cascador de Casagrande
Cápsula
Acanalador
Pesafiltro
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Regulación de la altura de caída = 10 mm
Colocación de la muestra para el ensayo
Nota: la muestra colocada en la cápsula del cascador debe tener una superficie horizontal
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Cortamos la muestra con el acanalador
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Si luego de efectuar 25 golpes del cascador, el suelo se junta en una longitud de ½”. La humedad del suelo correspondiente al límite líquido
Nota: La muestra nunca debe deslizarse sobre la cápsula del cascador, siempre debe fluir desde los costados del corte efectuado con el acanalador.
Si la muestra se desliza sobre la cápsula debe clasificarse como:
No Plástica
La muestra debe fluir desde la pared del corte efectuado y no debe deslizar sobre el Cascador
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Cálculo del Límite Líquido
Humedad (%)
Log. N (N° de golpes)
20 30 40
wL
50
βtan
25
=
Nww
nL
β
Tan β = 0.121
1.009427
1.013828
1.022330
1.018229
1.004826
1.0025
0.995124
0.990023
0.984722
0.979221
0.972420
CorrecciónN
Límite Plástico:
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Se amasa el suelo con una humedad baja conformando cilindros de 3 mm de diámetro, sobre una superficie lisa no absorbente, hasta que los mismos se fisuren transversalmente
Valores del “wP” y “wL” para distintas arcillas típicas
• Montmorillonita wP = 50 a 100; wL = 100 a 900
• Illita wP = 35 a 60; wL = 60 a 120
• Kaollinita wP = 25 a 40; wL = 30 a 110
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Ensayo granulométrico, Tamices
88,903 ½”
76,203”
Abertura
mm
Denominación del tamiz
3,171/8”
6,35¼”
12,70½”
19,05¾”
25,401”
31,751 ¼”
38,101 ½”
44,451 ¾”
50,802”
63,502 ½”
100,04”
Cobertura lateral
Malla de alambre de distintas aberturas
Tamices más utilizados en la práctica
0,425N° 40
0,250N° 60
4,75N° 4
2,36N° 8
2,00N° 10
1,18N° 16
0,850N° 20
0,600N° 30
Abertura
mm
Denominación del tamiz
0,032N° 450
0,053N° 270
0,075N° 200
0,150N° 100
Ensayo granulométrico
100..Re% Re
Total
t
Ws
Wst =
Suelo seco a pasar por el tamiz
Peso seco total conocido “WsTotal”
Peso de suelo seco retenido por el tamiz Ws Ret
Peso de suelo seco que pasa el tamiz Ws Pasa
Porcentaje retenido
Porcentaje que pasa
100.%Total
Pasa
Ws
WsPasa =
% Pasa = 100 - % Retenido
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Po
rce
nta
je q
ue
pa
sa
1 10 100 1000 10000 100000
Abertura Libre de Malla ( micrones)
CURVA GRANULOMETRICA
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Granulometría de las partículas más pequeñas
Análisis hidrométrico o método del hidrómetro (ASTM D-422-63)
Sirve para conocer la composición granulométrica aproximada de las partículas que pasan por el tamiz # 200 de(0,075 mm de abertura de malla hasta aproximadamente el tamaño de 1µ = 0,001 mm).
v
El método es absolutamente aproximado y utiliza la Ley de Stokes que define la velocidad de caída de una esfera de diámetro “D” dentro de un líquido de viscosidad “µ” conocida.
2
18
.2Dv ws
µ
γγ −=
z
t
to
2
18
.2D
t
z ws
µ
γγ −=
Por lo tanto, conociendo para distintos tiempos la concentración de la solución suelo-agua, podremos obtener el diámetro de las partículas y el peso total de las mismas y con ello obtener un punto en el gráfico granulométrico.
La ley de Stokes es aplicable solamente a partículas esféricas por lo tanto los diámetros medidos son “diámetros equivalentes” a partículas de suelos que sedimntan a la misma velocidad que una esfera del mismo peso específico.
Este procedimiento es aplicable solamente a partículas de limo 75 µ a 2 µ ya que partículas mayores pueden producir turbulencias y las menores de 2 m pueden no sedimentar porque los efectos gravitatorios quedan superados por los efectos electroquímicos. (movimiento browniano)
L
Donde: γs = 2,65 gr/cm3; γw = 1 gr/cm3; µ = 9,12 x 10-6gr.seg/cm2 por lo tanto a un tiempo “t”y a una profundidad L no se encontrarán partículas mayores a D
)(. mmt
LCteD =
Porcentaje pasa Diámetro %µµµµ
99.3150.0
80.075.0
46.730.7
39.226.1
26.822.2
20.118.9
15.615.9
12.913.9
10.411.7
6.99.7
3.28.2
2.56.8
2.04.5
Resultado de un ensayo hidrométrico
0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
70.00
80.00
90.00
100.00
Po
rce
nta
je q
ue
pa
sa
1 10 100 1000
Abertura Libre de Malla ( micrones)
CURVA GRANULOMETRICA
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0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Po
rce
nta
je q
ue
pa
sa
1 10 100 1000 10000 100000
Abertura Libre de Malla ( micrones)
CURVA GRANULOMETRICA
2 µ Tamiz N° 200 = 0,075 mm Tamiz N° 4 = 4,75 mm
Clasificación de suelos1°) por tamaños: curva granulométrica
Limo Arena GravaArcilla
Suelos Finos Suelos Gruesos
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Po
rce
nta
je q
ue
pa
sa
1 10 100 1000 10000 100000
Abertura Libre de Malla ( micrones)
CURVA GRANULOMETRICA
Cu =D60/D10
Cc =(D30)2/(D10 . D60)
1 < Cc < 3 Cu > 4 Gravas Cu > 6 ArenasSuelos granulares bien graduados
Coeficiente de uniformidad
Coeficiente de curvatura
D10 D30 D60
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Clasificación de suelos finosSistema Unificado de Casagrande (SUC)
Carta de plasticidad:Mud: Limos Clay: Arcillas
• ML : Suelos limosos de baja compresibilidad
• CL : Suelos arcillosos de baja compresibilidad
• CL-ML : Suelos limo – arcillosos
• MH : Suelos limosos de alta compresibilidad
• CH : Suelos Arcillosos de alta compresibilidad
Carta de clasificación de Suelos Finos (SUC)
Ip
WL50
CL-ML
CL
ML
CH
MHCL
CH
ML
MH
10 30
10
20
30Línea
“A”
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Clasificación de los suelos gruesos y finos
Suelos gruesos
(Pasa # 200 < 50%)
Suelos finos
(Pasa # 200 > 50%)
Gravas más del 50 % de la fracción gruesa es retenida en el # Nº 4 (Pasa # 4 < 50%)
Arenas más del 50 % de la fracción gruesa pasa el # Nº 4 (Pasa # 4 > 50%)
Nº 4
Nº 4
Arcillas y limos
con WL > 50 %
Arcillas y limos
con WL < 50 %
Arriba de la línea A: “CH”
Debajo de la línea A: “MH”
Arriba de la línea A: “CL”
Debajo de la línea A: “ML” o “CL-ML”
(Fracción gruesa: Es la retenida en el # Nº 200)
< 50%
> 50%
Arenas
Clasificación de las arenas
Pasa # 200
< 5 %
(Cu > 6) y (1 < Cc < 3)
Arenas bien graduadas
(Cu < 6) y/o (Cc < 1 o Cc > 3)
Arenas mal graduadas
SW
SP
Pasa # 200
< 12 % y > 5 %
(Cu > 6) y (1 < Cc < 3)
Arenas bien graduadas
(Cu < 6) y/o (Cc < 1 o Cc > 3)
Arenas mal graduadas
SW
SP
Finos ML o MH
Finos CL o CH
SW-SM
SW-SC
Finos ML o MH
Finos CL o CH
SP-SM
SP-SC
Pasa # 200
> 12 %
SM
SC
Clasificación de los Finos ML o MH
Clasificación de los Finos CL o CH
Clasificación de los Finos CL-ML SC-SM
).( 6010
230
DD
DCc =
10
60
D
DCu =
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Gravas
Clasificación de las gravas
Pasa # 200 < 5 %
(Cu > 4) y (1 < Cc < 3)
Gravas bien graduadas
(Cu < 4) y/o (Cc < 1 o Cc > 3)
Gravas mal graduadas
GW
GP
Pasa # 200
< 12 % y > 5 %
(Cu > 4) y (1 < Cc < 3)
Gravas bien graduadas
(Cu < 4) y/o (Cc < 1 o Cc > 3)
Gravas mal graduadas
GW
GP
Finos ML o MH
Finos CL o CH
GW-GM
GW-GC
Finos ML o MH
Finos CL o CH
GP-GM
GP-GC
Pasa # 200 > 12 %
).( 6010
230
DD
DCc =
10
60
D
DCu =
GM
GC
Clasificación de los Finos ML o MH
Clasificación de los Finos CL o CH
Clasificación de los Finos CL-ML GC-GM
Carta de clasificación de la American Ass. of State Highway Officials
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Abaco para clasificar por HRB a los Suelos Finos
Indice de Grupo
La suma de las ordenadas de 1 y 2 da el valor del “IG”
a = Número que resulta de restar al % pasa # 200 el valor de 35 hasta un máximo de 75 %. Varía entre 0 y 40
b = Número que resulta de restar al % pasa # 200 el valor de 15 hasta un máximo de 55 %. Varía entre 0 y 40
c = Número que resulta de restar al Límite Líquido un valor de 40 hasta un máximo de 60%. Varía entre 0 y 20.
d = Número que resulta de restar al Límite Plástico un valor de 10 hasta un máximo de 30%. Varía entre 0 y 20.
IG = 0,2 a + 0,005 a.c + 0,01 b.d
Es un número que penaliza la calidad del suelo para ser utilizado como material en la ingeniería vial
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El agua en el sueloAgua adsorbida
Capilar
Agua libre
La ascensión capilar y el efecto de un menisco ubicado entre dos partículas de arcilla
R R
r
r
h
wr
Tsh
γ
α
.)cos(..2
=
Ts = Tensión superficial
Ley de Jurin h = f(1/r)
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Efectos de los meniscos capilares entre los granos de suelosPrincipio de la cohesión aparente
Secos Húmedos
Granos de arcilla
Granos de arena
Seco Húmedo
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Menor humedad
Meniscos más pequeños
Mayor Humedad
Meniscos más grandes
Ejemplo práctico de la tensiones capilares en los suelos
Resistencia al corte en función de la humedad para distintos tipos de suelos finos
Suelo
Agua
Suelo 1: WL = 70 % Ip = 40 % Wn = 30 %
Suelo 2: WL = 35 % Ip = 15 % Wn = 30 %
30% 70 %35 %20 %
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Límite de Contracción
ViWh
Tara
Vf
Ws
100..100.w
TaraWs
VfVi
TaraWs
WsWhLc γ
−
−−
−
−=
wi ∆∆∆∆w
0 Lc Wp WL
%w
∆w wi
Límite de Contracción = Lc = wi - ∆∆∆∆w
Densidad de un suelo
La densidad de un suelo es la relación entre el peso de su masa y el volumen que ocupa y se expresa con la letra “γ”
Volumen
Peso=γ
La densidad puede ser expresada como
densidad húmeda “γγγγh”
densidad saturada “γγγγsat”
densidad seca “γγγγd”
En el Laboratorio la densidad de los suelos inalterados se mide con el método del mercurio, que consiste en determinar el volumen de un trozo irregular, sumergiendo el mismo en un recipiente con mercurio
Supongamos que tenemos un trozo de suelos del que queremos conocer su densidad.
Primero lo pesamos y obtenemos Wh (peso húmedo)
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Tomamos un recipiente, lo llenamos con mercurio lo enrasamos con un vidrio que tiene unos tarugos soldados en la parte inferior y lo pesamos.(1)
Posteriormente colocamos el trozo de suelo sobre el mercurio y lo forzamos a sumergirse con los tarugos del vidrio. (2)
Esto provocará que el mercurio se derrame en la misma cantidad que el volumen del trozo de suelos pero como esto lo hacemos dentro de una bandeja podemos recoger el mercurio derramado y pesarlo Wgh. (3)
Como conocemos el pesos específico del mercurio podemos obtener su volumen(1)
(2) (3)
gh
gh
gh
WV
γ= γgh = 13,6 gr/cm3
Wh
gh
hV
Wh=γ
Si posteriormente secamos el trozo de suelo, podremos obtener su densidad seca
gh
dV
Ws=γ
La densidad húmeda del suelos será entonces
Peso Específico:
Se define al peso específico relativo como la relación entre el peso específico de una sustancia y el peso específico del agua destilada a 4º C sujeta a una atmósfera de presión.
γγγγo : Peso específico del agua destilada, a 4º C. y a la presión atmosférica correspondiente al nivel del mar. γo = 1,000 gr/ cm³
γγγγw : Peso específico del agua en condiciones reales de trabajo, su valor difiere un poco del γo , en la práctica se toma igual que γo.
γγγγs : Peso específico, también llamado peso volumétrico de los sólidos.
Vs
Wss =γ
Arenas γ = 2,65 gr/cm3
Arcillas γ = 2,5 a 2,9 gr/cm3
En general podemos decir
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Peso específico de las partículas de un suelo
Picnómetro con tapa capilar para enrase seguro, de peso conocido
Picnómetro lleno de agua destilada y desairada con tapa de enrase.
Se debe tarar para distintas temperaturas
Se seca perfectamente el Picnómetro.
Se le adiciona un peso de suelos seco del orden de los 15 a 20 grs.
Se le coloca algo de agua destilada desairada y se lo conecta a una bomba de vacíos mientras se agita suavemente.
Bomba de vacío
Peso específico de las partículas de un suelo
Se lo llena de agua destilada y desairada
Se le coloca la tapa capilar y se seca perfectamente para pesarlo.
Se conocen los siguientes valores:
-Peso del picnómetro vacío Wp
-Peso del picnómetro lleno de agua Wp+a
-Peso del suelo seco colocado Ws
-Peso del picnómetro + agua + suelo Wp+a+s
Esto nos permite calcular el peso del agua desplazada haciendo:
Wa (desplazada) = (Wp+a) + Ws – (Wp+a+s)
Volumen del agua desplazada Va = Wa/γw
El volumen del suelo es igual al volumen del agua desplazada por lo que el peso específico de los granos es:
Va
WsGs s == γ
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Proporciones Proporcionesen Volúmenes en Peso
Vt
Va
Vw
Vs
Vv
Wa
Ww
Wv
Ws
Wt
Fase gaseosa
Fase líquida
Fase sólida
Vt : volumen total de la muestra del suelo. ( volumen da la masa)
Vs: volumen de la fase sólida de la muestra ( volumen de sólidos)
Vωωωω: volumen de la fase líquida ( volumen de agua)
Va: volumen de la fase gaseosa ( volumen de aire o de los gases)
Vv: volumen de vacíos de la muestra de suelo ( volumen de vacíos).
Vv = Vω + Va
Vt = Vv + Vs
Vt = Vω + Va + Vs
Wt : Peso Total de la muestra de suelo. (Peso de la Masa).
Ws : Peso de la fase sólida de la muestra.
Wωωωω: Peso de la fase líquida (peso del agua).
Wa : Peso de la fase gaseosa, convencionalmente considerado como nulo en Geotecnia
Relaciones volumétricas y gravimétricas
Densidad o Peso por Unidad de Volumen.
* Con una humedad diferente a la correspondiente a su saturación
Convencionalmente Wa = cero
* Para ω = ω sat Humedad de saturación (Va = 0 )
* Cuando Wω = 0 (Totalmente seco) Vv = Va
VvVs
WwWs
VvVs
WaWwWs
Vt
Wth
+
+=
+
++==γ
VvVs
WwWs
Vt
Wtsat
+
+==γ
VvVs
Ws
Vt
Wtd
+==γ
Vt
Wt=γ
Vt
Va
Vw
Vs
Vv
Wa
Ww
Wv
Ws
Wt
Fase gaseosa
Fase líquida
Fase sólida
γγγγd < γγγγh < γγγγ sat
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Vt
wVsWs γγ
.´
−=
γγγγ´= γγγγsat - γγγγw
Peso sumergido = Ws – Vs . γw
Sumando y restando (Vω.γw)
Vt
wVwwVwwVsWs γγγγ
...´
−+−=
Vt
wVwVsWwWs γγ
).()(´
+−+=
Vt
wVwVs
Vt
WwWs γγ
).(´
+−
+=
Peso del sólido sumergido = peso del sólido – pesos del agua que desplaza
Vt
Vs
Vv Ww
Ws
Wt
Fase líquida
Fase sólida
100.(%)Ws
Www =
100.(%)Vv
VwS =
Humedad de un suelo
Vt
Va
Vw
Vs
Vv
Wa
Ww
Wv
Ws
Wt
Fase gaseosa
Fase líquida
Fase sólida
Grado de saturación
100
%1
w
WhWs
+
=
Obtención del peso seco del suelo a partir de su peso húmedo y de su humedad
WwWsWh +=
100.(%)Ws
Www = 100
%.wWsWsWh +=
)100
%1(
wWsWh +=
Humedad Grado de Saturación, Peso seco y Pesos húmedo
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RELACIONES FUNDAMENTALES
Relación de vacíosVs
Vve = Porosidad
Vt
Vvn =
VvVt
Vv
Vs
Vve
−==
Vt
VvVt
Vv
e
−
=
1 n
ne
−=
1
VvVs
Vv
Vt
Vvn
+==
Vs
VvVs
Vv
n
−
=
1 e
en
+=
1
Formación geológica de los suelos de la Ciudad de Bs. As.
Fm. Pampeano
Fm. Puelche
Fm. Post PampeanoRiachuelo
Suelos conformados por arcillas muy plásticas y arenas limosas con materia orgánica, por lo general de color gris oscuro, blandos y muy sueltos
Suelos arcillosos y limosos en algunos casos con concreciones calcáreas, peden ser preconsolidados o normalmente consolidados, por lo general de color castaño
Arenas límpias mal graduadas de granulometría fina, muy densas y de color amarillo claro
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Planilla de resumen de un estudio de suelo en la Fm. Post Pampeano
Sondeo D Ubicación: Avenida Del Barco Centenera y Av. Roca
Nro Prof. Descripción del Suelo E.N.P.Clasif. Wn, Wl, Wp, Ip, Granulometría Fricc.
10 20 30 40 50 60 70 80 90 10 20 30 40
Humedad Natural Límite Plástico Límite Líquido Indice Plasticidad
Pasa tamiz 4 Pasa tamiz 10 Pasa tamiz 40 Pasa tamiz 100
1 1,00 CL
2 2,00 CL
3 3,00 ML
4 4,00 ML
5 5,00 ML
6 6,00 SM
7 7,00 SM
8 8,00 SM
9 9,00 SM
10 10,00 SM
11 11,00 SM
12 12,00 SM
13 13,00 ML
14 14,00 ML
15 15,00 ML
16 16,00 CL
17 17,00 CL
18 18,00 CL
19 19,00 CL
20 20,00 CL
21 21,00 CL
22 22,00 CL
23 23,00 SM
24 24,00 SM
Arcilloso
castaño
Limo arenoso
gris verdoso
Arena limosa
gris oscura
Limo arcilloso
castaño
Arcillo arenoso
castaño claro
Arcillo limoso
castaño|
Arena limosa
castaña
No Plástico
No Plástico
No Plástico
No Plástico
No Plástico
No Plástico
No Plástico
No Plástico
No Plástico
No Plástico
Planilla de resumen de un estudio de suelo de 75 m
Obra: Investigación en el Río de La Plata 06/12/99
Sondeo XX Ubicación: Río de La Plata Napa: -
Nro Prof. Descripción del Suelo E.N.P.Clasif . Wn, Wl, Wp, Ip, Granulometría
10 20 30 40 50 60 70 80 90 10 20 30 40
Humedad Natural Límite Plástico Límite Líquido Indice Plasticidad E.N.P.
Pasa tamiz 4 Pasa tamiz 10 Pasa tamiz 40 Pasa tamiz 100 Pasa tamiz 200
1 1,00 CH
2 2,00 CH
3 3,00 CH
4 4,00 CH
5 5,00 CH
6 6,00 CH
7 7,00 CH
8 8,00 CH
9 9,00 CH
10 10,00 CH
11 11,00 CH
12 12,00 CH
13 13,00 CH
14 14,00 CH
15 15,00 CH
16 16,00 CH
17 17,00 CH
18 18,00 CH
19 19,00 CH
20 20,00 CL
21 21,00 CL
22 22,00 CH
23 23,00 CH
24 24,00 CL
25 25,00 SM
26 26,00 ML
27 27,00 SP
28 28,00 SP
29 29,00 SP
30 30,00 SP
31 31,00 SP-SM
32 32,00 SP-SM
33 33,00 SP-SM
34 34,00 SP-SM
35 35,00 SP-SM
36 36,00 SP-SM
37 37,00 SP
38 38,00 SP
39 39,00 SP-SM
40 40,00 SP-SM
41 41,00 SP-SM
42 42,00 CH
43 43,00 CH
44 44,00 CH
45 45,00 CH
46 46,00 CH
47 47,00 CH
Lecho del Río a - 4 ,50 m
Post. Pampeano
Arcilloso
gris oscuro
*con conchillas
Arcilloso
Gris oscuro
Arcilloso
gris oscuro
Arena limosa gris amarillenta
Limo arenoso gris amarillento
Arena mal graduada
Gris amarillenta
Arena limosa mal graduada
Amarilla
Arena límpia mal graduada
amarilla
Arena limosa mal graduada
amarilla
Arcilloso
Verdoso
Fm. Paraná
No Plástico
No Plástico
No Plástico
No Plástico
No Plástico
No Plástico
No Plástico
No Plástico
No Plástico
No Plástico
No Plástico
No Plástico
No Plástico
No Plástico
No Plástico
No Plástico
No Plástico
<1
<1
<1
<1
<1
<1
<1
<1
<1
<1
<1
<1
<1
<1
>50
>50
>50
>50
>50
>50
>50
Fm. Post Pampeano
Fm. Puelche
Fm. Paraná
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