MECANICA DE SUELOS I

MECNICA DE SUELOS I

UNIVERSIDAD AUTNOMA DEL ESTADO DE HIDALGO

INSTITUTO DE CIENCIAS BASICAS E INGENIERA

INGENIERA CIVIL

MECNICA DE SUELOS I

APUNTES

CONTENIDO DEL CURSOUNIDADTEMASSUBTEMAS

IIntroduccin a la Mecnica de Suelos1.1 Origen y formacin de suelos1.2 Factores geolgicos que influyen en las propiedades de los suelos.1.3 Caractersticas y estructuracin de los suelos.1.3.1 Tipos de estructuras de las arcillas.a) Simpleb) Panaloidec) Floculentad) Compuestae) Castillo de naipef) Dispersa1.4 Clasificacin de las arcillas, en base a su estabilidad.1.4.1 Arcillas caolinitas 1.4.2 Arcillas ilitas 1..4.3 Arcillas motmorilonitas.

IIExploracin y muestreo2.1 Mtodos de sondeos. 2.1.1 Mtodos de sondeos preliminares. 2.1.2 Mtodos de sondeos definitivos. 2.1.3.Mtodos geofsicos.2.2 Sondeos preliminares. 2.2.1 Pozo a cielo abierto con muestreo alterado e inalterado. 2.2.2 perforacin con posteadora y barrenos. 2.2.3 Mtodo de lavado.. 2.2.4 Penetracin estndar. 2.2.5 Penetracin cnica.2.3. Sondeos definitivos. 2.3.1 Pozo a cielo abierto con muestreo alterado. E inalterado. 2.3.2. Sondeo de tubo con pared delgada. 2.3.3 Perforacin rotatoria para rocas.2.4. Mtodos geofsicos. 2.4.1 Mtodo ssmico. 2.4.2. Mtodo de resistividad elctrica.

IIIRelaciones volumtricas y gravimtricas.3.1. Fases de un suelo. 3.1.1 Fase slida 3.1.2 Fase lquida. 3.1.3 Fase gaseosa.3.2 relaciones fundamentales de las propiedades mecnicas de los suelos. 3.2.1 Relacin de vacos. 3.2.2 Porosidad. 3.2.3 Grado de saturacin. 3.2.4 Contenido de agua.3.3. Formulas para determinar relaciones volumtricas y gravimtricas de suelos saturados y parcialmente saturados.3.4 Determinacin en el laboratorio del peso especifico relativo de slidos.

IVGranulometra4.1. Anlisis granulomtrico mecnico.4.2. Determinacin de los coeficientes de uniformidad y de curvatura.4.3 Anlisis de sedimentacin, mtodo del hidrmetro.

VPlasticidad5.1. Estados y lmites de consistencia de los suelos.5.2. Determinacin en el laboratorio de los lmites de consistencia. 5.2.1. Lmite lquido. 5.2.2. Lmite plstico. 5.2.3. lmite de contraccin.5.3 Carta de plasticidad de los suelos.

VIClasificacin e identificacin de suelos.6.1. Sistemas de clasificacin de suelos.6.2 Sistema Unificado de Clasificacin de Suelos (SUCS).6.3. Sistema AASHTO.

VIIPropiedades hidrulicas de los suelos.7.1. Flujo laminar y turbulento.7.2. Ley de Darcy y coeficiente de permeabilidad.7.3. Mtodos para medir el coeficiente de permeabilidad. 7.3.1. Mtodos directos. a) Permemetro de carga constante. b) Permemetro de carga variable. 7.3.2. Mtodos indirectos. a) A partir del anlisis granulomtrico.7.4 Factores que influyen en la permeabilidad de los suelos. 7.4.1. Relacin de vacos. 7.4.2. Temperatura. 7.4.3. Estructura y estratificacin. 7.4.4. existencia de agujeros y fisuras.

VIIIConsolidacin.8.1.Distribucin de presiones, efectivas, neutras y totales.8.2. Teora de consolidacin (analoga mecnica de Terzagui).8.3. Prueba de consolidacin unidimensional.8.4. Factores que influyen en el tiempo de consolidacin.8.5. Determinacin del 0%, 50% y 100% de consolidacin primaria en una curva de consolidacin, aplicando el mtodo del Dr. Casagrande.8.6. Determinacin de la carga de preconsolidacin en una curva de compresibilidad, aplicando el mtodo del Dr. Casagrande.8.7. Consolidacin primaria en un estrato arcilloso y determinacin de los coeficientes de compresibilidad, variacin volumtrica unitaria, consolidacin, permeabilidad y factor tiempo, necesarios para el anlisis de asentamientos.

IXResistencia al esfuezo cortante.9.1. Estados de esfuerzos y deformaciones planas.9.2. Circulo de Mohr.9.3. Relaciones de esfuerzos principales.9.4. Pruebas de laboratorio para determinar la resistencia al esfuerzo cortante. 9.5.1. prueba de compresin simple. 9.5.2. Prueba de corte directo. 9.5.3. Prueba UU (no consolidad, no drenada) 9.5.4. Prueba CU (Consolidada, no drenada) 9.5.5. Prueba CD (consolidada, drenada)9.5. Pruebas de campo para determinar la resistencia al esfuerzo cortante. 9.6.1. Prueba de la veleta. 9.6.2. Prueba con torqumetro. 9.6.3. Prueba con penetrmetro.9.7. Resistencia al esfuerzo cortante en suelos friccionantes9.7.1 Relacin de vacos crtica y licuacin de arenas.

XMejoramiento mecnico de los suelos.10.1. Determinacin de pozos volumtricos para de campo, para los mtodos de: 10.1.1. Cono de arena. 10.1.2. Baln de densidad. 10.1.3. Empleando aceite.10.2. Pruebas de compactacin en el laboratorio. 10.2.1. Prueba AASHTO estndar. 10.2.2. Prueba AASHTO modificada. 10.2.3. Prueba Porter.10.3. Factores que intervienen en el proceso de compactacin. 10.3.1. Contenido de agua. 10.3.2. Energa de compactacin. 10.3.3. La recompactacin. 10.3.4. La temperatura. 10.3.5. La velocidad de recompactacin.

INTRODUCCIN.

Karl Terzagui, reconocido universalmente como el Padre de la Mecnica de Suelos, naci en Praga el 2 de octubre de 1883, y muri el 25 de octubre de 1963, en Winchester Massachussets. Su carrera profesional la dedico a la bsqueda del mtodo racional, para bordar los problemas de la ingeniera de suelos y cimentaciones . Sus esfuerzos se vieron coronados, con la publicacin en 1925, de su famoso libro Erdbaumechanik, la cual se considera en la actualidad como el nacimiento de la Mecnica de Suelos.

En su trabajo prctico, el Ingeniero Civil, enfrenta diferentes problemas en los terrenos, sobre los cuales tiene la necesidad de construir estructuras. Por ello, en estos apuntes, se intenta enunciar en forma clara los principios fundamentales de las propiedades mecnicas de los suelos, como una forma terica, la cual se complementa con pruebas de laboratorio, que en su conjunto sern una herramienta en la introduccin a la Mecnica de Suelos para los alumnos de la carrera de Ingeniera civil.

Estos apuntes, se deben de considerar como tal, como las notas que debe escribir un alumno que cursa la materia de Mecnica de Suelos I. En cada uno de los temas se realiz un resumen, de tal manera que los apuntes tengan un alcance muy limitativo, con respecto al conocimiento de la Mecnica de Suelos como ciencia. Ya que nicamente abarca los fundamentos mas importantes de esta ciencia y con el intento de emplear un nivel descriptivo que sea de fcil comprensin para el alumno.

El contenido del curso, esta basado en el programa de la materia, autorizado en la curricula de la institucin, sin embargo se han realizado algunos cambios con fundamento en la aplicacin prctica de la Mecnica de Suelos.

UNIDAD I

INTRODUCCIN A LA MECNICA DE SUELOS.

1.1 Origen y formacin de suelos

Los suelos son producidos por el intemperismo y la erosin de las rocas, los cuales pueden ser residuales o transportados, los primeros, son aquellos que se localizan junto a la roca que le dio origen y los transportados, se consideran aquellos que son localizados lejos de las rocas que le dan origen, siendo el medio de transporte: el agua, el viento, los glaciares, los animales o la gravedad.

Los suelos por consecuencia son agregados ptreos que tienen una composicin mineral idntica a la roca que le dio origen, con la diferencia de que los suelos son partculas con un tamao mximo de tres pulgadas (7.5 cm). Las partculas con tamao mayor se consideran fragmentos de roca como se identifica en la siguiente tabla

TAMAODENOMINACIN

Mayores de 2.0 mts.Macizo rocoso

De 70.0 cm a 2.0 mts.Fragmentos grandes de roca.

De 20.0 cm a 70.0 cmFragmentos medianos de roca.

De 3 a 20.0 cm.Fragmentos chicos de roca

No. 4 a 3Suelos gruesos (Grava).

No. 200 a No.4Suelos gruesos (Arenas)

Pasa la malla No. 200Suelos finos

1.2. Factores geolgicos que influyen en las propiedades de los suelosNaturaleza de la formacin del suelo.

El globo terrestre, esta formado en su parte interna por una ncleo, el cual esta constituido por compuestos predominantes de hierro y nquel, un magma fluido rodea al ncleo y envolviendo al magma, se encuentra la corteza terrestre, formada sobre todo por silicatos, esta capa tiene un espesor de 30 a 40 kilmetros, en las plataformas continentales esta constituida por grandes masas heterogneas con depresiones ocupadas por los mares y ocanos.Sobre yaciendo a la corteza terrestre, existe una pequea capa, formada por la desintegracin y descomposicin de los ltimos niveles; esta pequea capa del planeta es el suelo, del cual se trata a Mecnica de Suelos.El suelo es un conjunto de partculas orgnicas e inorgnicas, con una organizacin definida y propiedades que varan vectorialmente. En la direccin vertical, las propiedades varan mucho mas rpido que en el sentido horizontal.Existen diferentes definiciones de suelo, segn sea la utilidad del mismo, por ejemplo, para los agrnomos tiene un significado, para los gelogos tiene otro significado, pero para fines de la Mecnica de Suelos, diremos que Suelo, es todo tipo de material terroso que tiene un tamao menor a tres pulgadas.

La corteza terrestre, es atacada principalmente por el aire y el agua, todos los mecanismos de ataque pueden incluirse en dos grupos ; desintegracin fsica y descomposicin qumica.La desintegracin mecnica, se refiere la intemperizacin de las rocas por agentes fsicos, tales como cambios peridicos de temperatura, accin de congelacin del agua en juntas y grietas de las rocas, efectos de organismos, plantas, etc. Por estos fenmenos, las rocas llegan a formar arenas, limos y solo en casos especiales arcillas.La descomposicin qumica, es la accin de agentes que atacan a las rocas modificando su composicin mineralgica o qumica. El agente mas importante, es desde luego el agua y los mecanismos de ataque mas importantes son: la oxidacin, la hidratacin, la carbonatacin y efectos qumicos de la vegetacin. Estos mecanismos generalmente producen arcillas como producto ltimo de descomposicin.

Los suelos deben su origen a una variedad de causas que excede todo poder de descripcin detallada. El resultado de estas causas, es una inmensa diversidad de suelos resultantes.De acuerdo al lugar de origen de los suelos, estos se clasifican en suelos residuales y suelos transportados.Los suelos residuales, son aquellos que se localizan en el lugar directamente sobre la roca de la cual se derivan.Los suelos transportados, son removidos del lugar de formacin, por los mismos agentes geolgicos y redepositarlos en otra zona, existiendo en la naturaleza numerosos agentes de transporte, como los glaciares, el viento, los ros, corrientes de agua superficial, los mares y las fuerzas de gravedad. En general un suelo transportado, queda descrito por un perfil estratigrfico, que resalta la secuencia de su colocacin y el espesor de sus estratos.

Deformacin del suelo.

El suelo como sistema de partculas. Si examinamos un puado de arena de playa, se advierte a simple vista que el suelo se compone de granos independientes, lo mismo sucede en todos los suelos, aunque muchas partculas son tan pequeas que se requiere de tcnicas microscpicas para distinguirlas.

Un recipiente lleno de suelo seco junto con un pistn, con el cual se le aplicar una carga vertical, aumentando la escala de esta seccin, hasta poder ver las partculas indivisibles, podemos imaginar la carga transmitida a travs del suelo que genera fuerzas de contacto sobre las partculas del suelo, las cuales se pueden descomponer en normales N y tangenciales T a la superficie de contacto.Las partculas individuales, se deforman como resultado de estas fuerzas de contacto, pudiendo ser esta deformacin del tipo elstica o plstica (dependiendo de su naturaleza mineralgica), la fractura y la deformacin, en ciertos casos puede ser importante. Estas deformaciones producen un aumento en el rea de contacto entre partculas, permitiendo as la aproximacin de los centros de gravedad de las partculas, en el caso de partculas de forma alargada (lajeada), se produce una flexin y un desplazamiento en las partculas adyacentes, por lo tanto la deformacin general de la masa del suelo es en parte el resultado de las deformaciones individuales.

Transmisin de fuerzas a travs del suelo

Causas del movimiento rotativo entre partculas del suelo

En suelos granulares, la deformacin es producida por el aplastamiento de partculas, por la deflexin de las mismas y por el movimiento relativo entre ellas (acomodo), por lo que no existe una deformacin total y por lo tanto no se puede hablar de una relacin de esfuerzo deformacin, por eso los suelos granulares compactos, reducen sus espacios para disminuir el desplazamiento y flexin de sus partculas.

Comportamiento de la fase intersticial

Interaccin qumica.

Los espacios que quedan entre las partculas de un suelo, se denominan vacos, huecos, poros, o intersticios, estos suelen estar ocupados por aire o por agua (con o sin materiales disueltos), as pues el suelo es un sistema formado por una face mineral, denominada esqueleto mineral, mas una fase fluida o fluido intersticial. Dicho fluido influye al deslizamiento entre dos partculas, segn la naturaleza qumica de los minerales que formen las partculas del suelo. En partculas muy pequeas al aplicar una carga se juntan las partculas por la disminucin de la face intersticial, encontrando una nueva causa que influye en la deformacin total y a esta interaccin entre fases, se le denomina interaccin qumica.

Partculas de lquido rodeando partculas de suelo

Interaccin fsica.

Volvamos al recipiente con suelo, pero ahora sus espacios estn ocupados totalmente por agua, es lo que se denomina un suelo saturado.En primer lugar, supongamos que la presin del agua es hidrosttica, es decir que la presin en los poros en cualquier punto, es igual al peso especfico del agua, por la profundidad del punto considerado bajo la superficie del agua, en este caso, no habr circulacin o flujo del agua.

Interaccin fsica, entre las fases mineral e intersticial, a). hidrosttico, el agua no circula, b). Pequeo flujo de agua, c). sifonamiento o ebullicin.

Suponiendo ahora, que aumenta la presin del agua, mientras el nivel del recipiente se mantiene constante por medio de un rebosadero, en este caso existir un flujo constante de agua y el caudal del lquido que fluya, estar en funcin de la sobrepresin aplicada al fondo del recipiente, generando una propiedad en el suelo denominada como permeabilidad.

Si la subpresin del agua aumenta, se alcanzar una presin para la cual la arena hierve bajo el flujo ascencional del agua, se dice que ha alcanzado el estado de ebullicin o sifonamiento, evidentemente a existido una interaccin fsica entre el esqueleto mineral y el agua intersticial.

El agua puede circular a travs del suelo, ejerciendo un efecto sobre el esqueleto mineral que modifica la magnitud de las fuerzas en los puntos de contacto entre partculas e influye sobre la resistencia del suelo a la compresin y al esfuerzo cortante.

SUELOS GRUESOSPropiedades de los suelos gruesos.

Los suelos gruesos definen su resistencia al esfuerzo cortante en funcin de dos propiedades, las cuales se consideran las mas importantes y las cuales son la Orientacin de las Partculas y la Composicin Granulomtrica.

1.- Composicin Granulomtrica.

La sucesin de tamaos que presentan los suelos gruesos es de vital importancia para definir el comportamiento de los mismos, esto se refiere a la cantidad de tamaos de sus partculas que lo componen. Un material que contiene una cantidad igual en todos sus tamaos, se dice que tiene una buena composicin granulomtrica, y por consecuencia una mejor resistencia al cortante.

Por otro lado, un suelo grueso que presenta una cantidad mucho mayor de un solo tamao de partculas o de la carencia de otros tamaos, se dice que presenta una mala composicin granulomtrica, y una mala resistencia al cortante.

Para que los materiales ptreos sean considerados con una buena composicin granulomtrica, se rrquiere que su curva granulomtrica quede comprendida dentro de los lmites establecidos en las zonas de especificacin general, para cada uno de los materiales en particular.

2.- Orientacin de las particulas.

Un suelo grueso debe tener una buena orientacin de sun particulas para tener una buena resistencia al esfuerzo cortante.Cuando las particulas de un suelo grueso presentan angulos en su perimetro, se dice que entre mas anglos forme en su periferia, mejor orientacin tiene la particula. Por el contrario se dice que la partcula de un suelo entre mas redondeada este presenta una peor orientacin de sus particulas.

Partcula de un agregado que forma varios ngulos en su periferia y con una buena orientacin de sus partculas.( Esta propiedad la genera el tratamiento de trituracin de los agregados)

Comparacin entre partcula triturada y redondeada

SUELOS FINOS

1.3 Caractersticas y estructuracin de los suelos.

Minerales constitutivos de los suelos gruesos.

Un mineral, es una sustancia inorgnica y natural, que tiene una estructura interna caracterstica determinada por un cierto arreglo especfico de sus tomos e iones. Sus propiedades fsicas para identificarlos, son el color, el lustre, la tonalidad de sus raspaduras, la forma de cristalizacin, la dureza, la forma de su fractura y disposicin de sus planos crucero, la tenacidad, la capacidad para permitir los rallos de luz y la densidad relativa.En los suelos formados por partculas gruesas, los minerales predominantes son: Silicatos Feldespatos de potasio, sodio o calcio. Micas. Olivino. Serpentina. Etc.xidos, cuyos exponentes son: El cuarzo (SiO2). La limonita. La magnetita. El corindon.Carbonatos, entre los que destacan: La calcita La dolomita.Y sulfatos, cuyos principales representantes son: La anhidrita. El yeso.

Minerales constitutivos de las arcillas.Los silicatos, se encuentran en las rocas gneas y metamrficas y los agentes de descomposicin qumica dan origen a las arcillas.La constitucin mineralgica de las arcillas, influye en forma directa sobre su comportamiento mecnico, estas estn constituidas en su mayora por silicatos de aluminio hidratados, presentando adems, en algunas ocasiones, silicatos de magnesio, hierro u otros metales tambin hidratados Estos minerales tienen casi siempre una estructura cristalina definida, cuyos tomos se disponen en laminas. Existiendo dos variedades de tales lminas: la slica y la alumnica.La slica, esta formada por un tomo de silicio, rodeado de cuatro de oxigeno, disponindose en forma de tetraedro, los cuales se agrupan en unidades hexagonales, sirviendo un tomo de oxigeno entre cada dos tetraedros

Esquema de una estructura de lamina slica

PROPIEDADES DE LOS MINERALES

SUBDIVISIN QUIMICANOMBRECOLORDUREZAFRACTURA Y TENACIDADBRILLORAYAFORMA CRISTALINAPESO ESPECIFICO

SILICATOSCLORITAVERDE2 -2.5NO ELSTICA, LAMINARPERLADOVERDE PLIDA A BLANCAMONOCLINICA2.7

FELDESPATOINCOLORO O BLANCO, ROJIZO, AMARILLENTO (SI ES IMPURO)6DESIGUAL, QUEBRADIZOVITREO CON EXFOLIACIN PERLADABLANCAMONOCLINICA O TRICLINICA2.54 A 2.76

CAOLINITABLANCO, TONOS DE AMARILLOA PARDO1.5 - 2REQUIEREN MICROSCOPIO PARA SU IDENTIFICACINMONOCLINICA

MICASBLANCO (MOSCOBITA), NEGRO (BIOLITA), COLORACIONES IMPURAS2 3FLEXIBLES , ELASTICASVITREO O SEDOSOMONOCLINICA A MENUDO COMO TABLILLAS APLASTADAS DE 6 LADOS2.76 3.2

OLIVINA6.5 7VITREOES COMUN EN LAS ROCAS OBSCURAS

PIROXENOSBLANCO, VERDE, NEGRO5 7QUEBRADIZOSVITREO APERLADOBLANCA A GRIS VERDEMONOCLINICA3.2 3.6

TALCOBLANCO A BLANCO VERDOSO1BLANDO, TACTO UNTUOSO COMO JABONPLATEADO A GRASOVITREO A APERLADOBLANCA A BLANCA DERDOSA MONOCLINICAMONOCLINICA2.7 2.8

SERPENTINAVERDOSO EN VARIOS TONOS2 5A MENUDO FIBROSA A COMPACTA. LAMINARGRASO COMPACTOMONOCLINICA2.2 2.7

ZEOLITAS2.5 5.5VITREOINCOLORA A BLANCA

2.0 A 2.4

OXIDOSCORINDONTONALIDADES DE GRIS A AZUL9QUEBRADIZO A TENAZDIAMANTINO, VITREO A APAGADO Y GRASOHEXAGONAL4

HEMATITESGRIS A NEGRO5.5 6.5LAMINARMETALICO APAGADOROJAHEXAGONAL ROMBODRICA5.2

ILMENITAROJIZO A NEGRO PARDUSCO5 6CONCOIDEA QUEBRADIZASUBMETALICONEGRA A ROJA PARDOSCAHEXAGONAL4.5 - 5

LIMONITAPARDO A PARDO AMARILLENTO5.5 6APAGADO A SUBMETLICOPARDO AMARILLENTAAMORFA, MASAS TERROSAS3.6 4

MAGNETITAGRIS OSCURO A NEGRO5.5 6.5QUEBRADIZA EXFOLIACIN POBREMETLICOISOMETRICA5.2

CUARZOBLANCO, GRIS, NEGRO, ROSA7CONCOIDEA, DESIGUAL, ASTILLOSA, QUEBRADIZO A TENAZACEITOSO A VITREOBLANCAHEXAGONAL2.65

CARBONATOSCALCITAINCOLORO O BLANCO, PERO PUEDE ESTAR MANCHADO3VITREO Y APAGADO SI ES COMPACTOINCOLORA O BLANCAROMBOHEDRICA2.71

DOLOMABLANCO A MULTICOLOR3.5 4VITREO A A PERLADO APAGADOROMBODRICA (RARA EN FORMA DE CRISTAL)2.8 2.9

SULFATOSANHIDRITABLANCO PERO AVECES MANCHADO3 3.5HOJOSO, CONCOIDEAPERLADO, VITREO APAGADO COMPACTOMAS FRECUENTEMENTE DE GRANULAR A MASAS COMPACTAS2.95

YESOINCOLORO A BLANCO, PUEDE TEIRSE DE VARIOS COLORES1.5 2VITREO, BLANCO APERLADO, FIBROSO SATINADO. APAGADO COMPACTOMONOCLINICA2.32

Dureza.La dureza de un mineral se expresa por el nmero, que le corresponde por la comparacin con la escala de Mohs.

ESCALA MOHS DE DUREZA

TALCO1Marca los tejidos

YESO2Puede ser araado por la ua.

CALCITA3Puede ser rayado por una moneda de cobre.

FLUORITA4

APATITO5Puede ser rayado por una navaja.

ORTOSA6Araa los cristales de una ventana.

CUARZO7No se deja rayar por una lima de acero.

TOPACIO8

CORINDON9Raya la mayor parte de los metales, pero no al diamante.

DIAMANTE10Raya cualquier material pero no al diamante.

Crucero.Si un mineral se golpea con un objeto agudo, se rompe a lo largo de un determinado plano (plano crucero), el cual es paralelo a la cara del cristal, por lo general la cara del crucero constituye una superficie perfectamente lisa que parece estar pulida. Algunos minerales ofrecen lo que se llama crucero duro o difcil, el cual solo se puede determinar con la ayuda de un microscopio.

Fractura.La fractura de un mineral, se puede lograr mediante un golpe seco, los tipos de fractura, se denominan:Concoidal:- Semejante a una superficie suave, c{oncava o convexa.Desigual.- Superficie spera irregular, con salientes angulosas y redondeadas.Astilloza.- Forma astillas en su superficie.Mellada.- Superficie irregular, que asemeja la extremidad de una varilla de acero rota por compresin.

Tenacidad.La tenacidad, es la capacidad que presenta un mineral, para resistir aplastamiento, desgarre o flexin, a este respecto, los minerales suelen clasificarse como sigue:Quebradizos.- Saltan en fragmentos y son fciles de pulverizar.Maleables.- Pueden trabajarse con martillo, hasta reducirlos a laminas delgadas.Sectil.- Que puede cortarse en capas delgadas con una navaja.Dctil.- Susceptible a ser estirado en forma de hilo.Flexible.- (Inelstico) Puede ser doblado pero no recupera su forma original.Elstico.- Que puede doblarse, pero vuelve a su forma original cuando cesa la accin de la fuerza.

Forma cristalina.Excepto los minerales amorfos ( que no tienen forma definida), todos los demas tienen la forma de un cristal, limitado por varias o muchas caras.

Peso especfico o densidad.El peso especifico de un mineral, es la relacin existente entre la masa de un volumen de agua a la temperatura de 4C.

Brillo.La mayor parte de los minerales ofrecen cierta apariencia caracterstica (brillo) a la luz reflejada, el brillo puede ser metlico, submetlico o no metlico.

Los brillos no metlicos, pueden dividirse como:Vtreo.- Con apariencia de vidrio.Grasos.- Con aspecto graso o aceitoso.Diamantino.- Con un brillo seco, tan caracterstico de los diamantes.Perlado.- Con el aspecto caracterstico(iridiscente) de las perlas.Sedoso.- Muy semejante al matiz de la seda.Resinoso.- Con aspecto de resina.

Capacidad de transmisin de la luz (Diafaneidad).Los minerales de acuerdo a su capacidad de transmisin de la luz, se dividen en:Transparente.- Si a su travs, se pueden ver claramente objetos.Translcido.- Si transmite la luz, pero no permite ver los objetos a su travs.Opaco.- Si la luz no se transmite a travs del mineral o de sus aristas mas finas.

Prctica de laboratorio, en la cual se identificarn las propiedades de los minerales componentes de una roca o suelo y la clasificacin del mismo.Material:Una lima de acero.Una lupa.Una navaja de acero.Parafina.

Los suelos finos, los cuales estn constituidos por limos, turbas y arcillas, tienen propiedades mecanicas que definen su comportamiento, las cuales son estudiadas por la Mecnica de Suelos.

1.- Estructura. Los elementos principales de la naturaleza que forman los minerales arcillosos, son el Aluminio con una carga positiva de 3, el Silicio con una carga positiva de 4 y el Magnesio con una carga positiva de 2. Estos elementos al combinarse, forman a los minerales arcillosos como; la Motmorilonita que tiene una alta capacidad para absorber agua; la ilita que presenta una capacidad media para absorber agua y la Caolinita que tiene una capacidad baja para absorber agua. Esta capacidad de absorcin, se debe al tipo de elemento que los constituye, ya que los elementos con mayor valencia positiva, tienen mas uniones con los iones negativos del agua y por ende una mayor capacidad de absorber agua.Dependiendo de la cantidad y combinacin de elementos para formar un mineral de arcilla (Cristales o laminas), Estos tienen diferente capacidad de enlazarse con el hidroxido (Ionizarse), lo que produce que dichas laminas posan cargas electricas con diferente intensidad, lo que genera diferentes estructuras en las arcillas como las siguientes:

Floculenta Panaloide Castillo de naipes Dispersa Compuestas, Etc.

Por lo tanto se denomina como estructura al arreglo o desposicin que adopten sus particulas minerales.

1.3.1 Tipos de estructuras de las arcillas.

a) Estructura SimpleEs aquella que se produce cuando las fuerzas de gravedad son predominantes en la disposicin de las partculas, es por lo tanto una disposicin tpica de los suelos de granos gruesos como las gravas y arenas.Las partculas se disponen apoyndose directamente unas sobre otras y cada partcula posee varios puntos de apoyo. Desde el punto de vista ingeniera, su comportamiento mecnico queda definido por su compacidad y por la orientacin de las partculas.

Compacidad de un conjunto de esferas

Para medir la compacidad de un suelo de estructura simple, Terzaghi propuso la relacin emprica, determinable en el laboratorio, llamada compacidad relativa.

Cr (%) = e mx. - e nat.. e mx. - e mn. e max = Relacin de vacos correspondiente al estado mas suelto del suelo. e mn. = Relacin de vacos correspondiente al estado mas compacto del suelo. e nat. = Relacin de vacios del suelo en estado natural.

b).Estructura Panaloide

Esta estructura se considera tpica en suelos de partculas pequeas (0.02 mm de dimetro o algo menores), en estas partculas la gravedad ejerce un efecto que hace que tiendan a sedimentarse en un medio continuo acuoso. Pero dada su pequea masa, las partculas en el proceso de sedimentacin, son atradas por otras partculas de su tamao similar, ahora otras partculas se van aadiendo, formando celdas con una cantidad importante de vacos formando panales al llegar a su recorrido de sedimentacin.

Estructura panaloide

c) Floculenta

Cuando en el proceso de sedimentacin, dos partculas menores de 0.02 mm llegan a tocarse, se adhieren con fuerza y se sedimentan juntas; as otras partculas pueden unirse al grupo, formando un grumo, con estructura similar a un panal. El mecanismo anterior es una estructura muy blanda y suelta, llamada floculenta. Esta estructura es similar a la panaloide, pero sus cadenas de partculas son dobles.

Estructura floculenta

d) CompuestaLas estructuras anteriores, rara vez se presentan puras en la naturaleza, pues la sedimentacin comprende todo tipo de tamaos y tipos, formando esqueletos de granos gruesos y pequeos, que forman nexos entre ellos, que permiten la sedimentacin de particulas gruesas y finas simultneamente, esto ocurre frecuentemente en el agua de mar o lagos con contenido de sales apreciable donde el efecto floculante de las sales es generada por el viento y las corrientes de agua.

Estructura compuestae) Castillo de naipes.Goldschmidt y Lambe, proponen una interpretacin diferente para los floculos de la estructura, ya que las partculas de las arcillas, son laminas con diferente intensidad de carga y magnitud en la superficie como en las aristas, por ello las partculas tienen un acomodo parecido a un castillo de naipes o floculada.

Estructura castillo de naipes

f) DispersaAlgunos autores coinciden en que la estructura de los flculos de las arcillas, pueden separarse y orientarse, debido a las presiones osmticas que son generadas y eliminadas por el incremento o perdida de agua en el suelo, lo que concluye que el agua con la carga de sus iones, orienta a las laminas de arcilla en sus aristas.

Estructura dispersa

1.4. Clasificacin de las arcillas, en base a su estabilidad.

1.4.1 Arcillas caolinitas

Las arcillas caolinitas (Al2O3. 2SiO2. 2H2Oo), estn formadas por una lamina slica y otra alumnica, que se superponen indefinidamente. La unin entre todas las retculas, es lo suficientemente firme, para no permitir la penetracin de molculas de agua entre ellas (adsorcin). En consecuencia las arcillas caolinticas sern relativamente estables en presencia del agua.

1.4.2 Arcillas ilitas

Las iltas [(OH)4 Ky ((Si8-y Aly) (Al4 Fe4 Mg4 Mg6)O20por lo general estn estructuradas anlogamente que las motmorilonitas, pero su constitucin interna manifiesta tendencia a formar grumos de materia, que reducen el rea expuesta al agua, por unidad de volumen; por ello, su expansividad es menor que la de las motmorilonitas, y en general, las arcillas iltas, se comportan en forma mas favorable para el ingeniero.

1..4.3 Arcillas motmorilonitas.

Las motmorilonitas [ (OH)4 Si8 Al4 O20 nH2O], estn formadas por una lmina alumnica entre dos silcicas, superponindose, indefinidamente. En este caso la unin de las retculas del mineral es dbil, por lo que las molculas de agua, pueden introducirse en la estructura con mayor facilidad, a causa de las fuerzas elctricas, generadas por su naturaleza bipolar. Lo anterior produce un incremento en el volumen de los cristales, lo que se traduce macrofisicamente en una expansin. Las arcillas motmorilonitas , especialmente en presencia de agua, presentarn fuerte tendencia a la estabilidad.Las bentonitas, son arcillas del grupo de las motmorilonitas, originadas por la descomposicin qumica de las cenizas volcnicas, y presentan la expansividad tpica del grupo en forma particularmente aguda, lo que las hace sumamente crticas en su comportamiento mecnico.

Fsico - qumica de las arcillas.

La forma de las laminas o tambien denominados como coloides de una arcilla, son de forma aplastada, que en dos de sus dimenciones son incomparablemente mayores que las otras dos dimencines o espesor de la lamina, lo que genera una relacion entre el rea de su superficie con el peso de las laminas (Superficie especifica), alcanzando valores de consideracin, que generan fuerzas electromagneticas desarrolladas en la superficie de los compuestos minerales, esta propiedad se conoce como la Fsico Qumica de las Arcillas.Las laminas de arcilla poseen cargas negativas en las partes planas y cargas electricas positivas en sus aristas y la intensidad de dichas cargas, depende de la estructuracin y composicin mineral de la arcilla.La parte las plana de la arcilla posee cargas negativas que atraen los iones positivos del agua que les rodea H+, y a cationes de diferentes elementos quimicos como Na+, K+, Ca++, Mg++, Al++ Fe+++, Etc. Esto genera que cada partcula de arcilla se ve rodeada de una estructura denominada agua adsorbida, esta agua solo se puede retirar de la arcilla elevando su temperatura a cuando menos 600C.El agua adsorbida y el enlace cationico con otros elementos, genera fuerzas de atraccin y de repulsin conocidas como Fuerzas de Van Der Waals.

ESQUEMA DE LA PRUEBA DE INMERSIN DEL GRUMO EN AGUA(Mtodo Australiano)

UNMERSIN EN AGUA DESTILADA, DEL GRUMO SECADO AL AIRE

EL GRUMO NO SE AFLOJAEL GRUMO SE AFLOJA Y SE DISGREGA PARCIALMENTE

DISPERCIN PARCIAL HALOS* (Ilitas salinas) DISPERSIN TOTAL HALOS* (Motmorilonitas salinas, frecuentemente tambin carbonatos)NOSE PRESENTA EXPANSIN, (Arcilla latertica)NO SE PRESENTA ESPANSIN, (Suelos orgnicos)

SE TOMAN GRUMOS INALTERADOS HUMEDOS, SE REMOLDEAN LIGERAMENTE Y SE SUMERGEN EN AGUA.

NO SE PRESENTA DISPERSINSE PRESENTA DISPERSIN (Ilitas)

AUSENCIA DE CARBONATOS Y YESO, SE AGITA VIGOROSAMENTEPRESENCIA DE CARBONATO Y YESO** (Ilita ca/Mg, motmorilonita ca/Mg)

NO SE PRESENTA DISPERCIN (Caolinita)SE PRESENTA DISPERCIN (Ilitas)

* .- La dispersin se detecta mediante la formacin de halos nebulosos finos alrededor de cada grumo, fcilmente visibles contra un fondo oscuro, mientras mas pronunciado sean los halos, mas ms alta ser la dispersin. El asentamiento del suelo en el lquido que permanece claro durante menos de 10 minutos ser un signo de la ausencia de dispersin.

** .- Si no se reconoce fcilmente la presencia de carbonatos, esta se puede verificar mediante la efervescencia del suelo al colocar una gota de acido en este. ( El acido de una batera puede ser suficiente).

UNIDAD II

EXPLORACIN Y MUESTREO.

Para obtener unos resultados confiables en el laboratorio de Mecnica de suelos, es importante realizar en forma adecuada la etapa anterior e imprescindible referente a la obtencin de las muestras de suelo que las propiedades naturales intactas para su anlisis en el laboratorio. 2.1 Mtodos de sondeos.Los tipos de sondeos que se emplean con mayor frecuencia en la Mecnica de Suelos, para fines de muestreo y reconocimiento del subsuelo, en general se engloban en dos tipos: Preliminares , definitivos y geofsicos.

2.1.1 Mtodos de sondeos preliminares.1. Pozos a Cielo Abierto, con muestreo alterado o inalterado.2. Perforaciones con posteadora, barrenos helicoidales o mtodos similares.3. Mtodos de lavado.4. Mtodos de Penetracin Estndar.5. Mtodo de Penetracin Cnica.6. Perforaciones en boleos y gravas con barretones.

2.1.2 Mtodos de sondeos definitivos.1. Pozos a Cielo Abierto, con muestreo o inalterado.2. Mtodos con tubos de pared delgada.3. Mtodos rotatorios para rocas.

2.1.3. Mtodos geofsicos.1. Ssmico.2. De resistencia elctrica.3. Magntico y gravimtrico.

2.1.1 Pozo a cielo abierto con muestreo alterado e inalterado.

Este es el mtodo mas adecuado para conocer las condiciones del subsuelo, el cual consiste en excavar en pozo de dimensiones suficientes para que el personal tcnico pueda trabajar y examinar los diferentes estratos del suelo en su estado natural, as como darse cuenta de las condiciones precisas referentes al agua contenida en el suelo. Desafortunadamente, este tipo de sondeo no puede llevarse a grandes profundidades, por el flujo de agua bajo el nivel fretico, adems se encrese mucho cuando sean necesarios ademes y se requiera demasiado traspaleo a causa de la profundidad. En estos pozos, se pueden tomar muestras alteradas e inalteradas, de los diferentes estratos que se hayan encontrado.Las muestras alteradas, son porciones de suelo que se protegern contra perdidas de humedad empaquetadas en sacos de lona.Las muestras inalteradas son extradas mediante el labrado de la misma en la pared o en el piso de la excavacin, la muestra debe protegerse contra perdidas de humedad, envolvindola, en una o varias capas de manta debidamente impermeabilizada con brea y parafina, manteniendo siempre su posicin vertical y horizontal de acuerdo a la posicin original del suelo.

Pozo a cielo abierto2.2.2 perforacin con posteadora y Barrenos helicoidales.En estos sondeos, la muestra es completamente alterada, pero es representativa del suelo con respecto a su humedad. La perforacin se realiza, haciendo girar ya sea el barreno o la posteadora, siendo mas adecuado una herramienta mas serrada para suelos arenosos y una mas abierta para suelos arcillosos, el mas utilizado en Mxico es la posteadora, que se hace penetrar en el suelo mediante un giro sobre el maneral, adaptando el extremo superior de la tubera de perforacin.

Posteadora

En el caso de arenas colocadas bajo el nivel fretico, es necesario el empleo de cucharas muestreadotas para extraer el suelo.

Cuchara muestreadora

2.2.3 Mtodo de lavado.

Este mtodo es econmico y rpido para conocer la estratigrafa del suelo, aun cundo se pueden tener errores hasta de 1.0 metro para definir la frontera de los estratos, tambin puede ser auxiliar de otros mtodos par avances ms rpido Las muestras obtenidas por este mtodo, son tan alteradas que no se deben analizar en el laboratorio.La perforacin, se lleva acabo con un contrapeso de 150 kg. suspendido sobre un trpode, por una polea, cuya funcin es hincar el tubo que sirve de ademe para inyectar un chorro de agua, el cual desestabiliza el suelo y sale con el agua en el espacio entre el tubo y el ademe.

Dispositivo para el sondeo por lavado

2.2.4 Penetracin estndar.De los mtodos anteriores, este es el que ms informacin nos brinda con respecto al subsuelo, siendo el mayormente empleado en Mxico. En suelos friccionantes, permite conocer la compacidad de los estratos, en suelos plsticos permite darse una idea de la resistencia a la compresin, adems el mtodo lleva implcito el muestreo de muestras alteradas representativas del suelo.

El equipo, consta de un muestreador o penetrmetro estndar, el cual se hace penetrar con un martinete de 63.5 kg (140 lb), que cae desde 76 cm. (30 plg.), contando el nmero de golpes necesario para lograr una penetracin de 30.0 cm.(1 pie) El martinete es hueco y guiado por la tubera, es elevado por un cable que pasa por la polea del trpode, en cada avance de 60.0 cm debe retirarse el penetrmetro, removiendo el suelo de su interior el cual constituye la muestra. El fondo del pozo debe ser limpiadote manera cuidadosa usando posteadora o cuchara muestreadota, seguidamente, a golpes se hace que el penetrmetro entre 15 cm dentro del suelo. Desde ese momento deben contarse los golpes para lograr la penetracin de los siguientes 30 cm, continuando con la penetracin del muestreador en toda su longitud.

Penetracin estndar

2.2.5 Penetracin cnica.Este mtodo consiste en hacer penetrar una punta cnica en el suelo y medir la resistencia que el suelo ofrece, existen diversos tipos de conos.Dependiendo de la forma en que se hinquen los conos, estos pueden ser dinmicos o estticos .En el caso de los estticos, se hace penetrar el cono con un gato, en el cual se mide la presin requerida para la penetracin, relacionando as la energa requerida con la resistencia del suelo a ser penetrado.En el caso de los dinmicos, el mas empleado es el que se penetra con el equipo de penetracin estndar, con el mismo martinete y a la misma altura de caida.

Penetrmetos cnicosa.- Tipo Danesb.- Tipo Holandesc. Tipo para ensaye dinmicod. Tipo de inyeccin

2.3. Sondeos definitivos.Estos mtodos tienen por objetivo el emplearlos para extraer muestras inalteradas de los estratos del subsuelo, para determinar la compresibilidad y resistencia, adems de obtener muestras de roca. Los mtodos anteriormente vistos, se considerarn definitivos, cuando de ellos se extraigan las muestras requeridas para obtener la informacin deseada, pero si aun despus de las exploraciones anteriores, se requiere de mayor informacin, se pueden realizar los siguientes mtodos de exploracin.

2.3.1 Pozo a cielo abierto con muestreo inalterado.Este mtodo ya se describi anteriormente, pero se considerar definitivo si el especialista obtiene toda la informacin requerida con el sondeo realizado.

2.3.2. Sondeo de tubo con pared delgada.Este mtodo, es el mas adecuado para extraer muestras inalteradas o que conserven en lo mayor posible sus propiedades, el cual consiste en hincar un tubo con una presin esttica (nunca a golpes), el cual con una velocidad adecuada envuelve al material dentro del tubo, el cual es sellado y extrado para su traslado en al laboratorio, este mtodo es costoso y funciona nicamente en suelos blandos y finos.

Muestreadotes de pared delgadaa. Tipo Shelbyb. B. De pistnc. Dispositivo de hincado por presin de un diferencial

2.3.3 Perforacin rotatoria para rocas.Cuando el sondeo alcanza una capa de roca, con las herramientas antes descritas no pueden penetrar la roca, se requiere de maquinas rotatorias de penetracin con brocas de diamante o de tipo cliz.En las primeras, en el extremo de la tubera de perforacin va colocado un muestreador especial, llamado corazn, en cuyo extremo inferior se acopla una broca de acero duro con incrustaciones de diamante industrial, que facilitan la perforacin.En el tipo cliz, los muestreadotes son de acero duro y la penetracin se facilita por medio de municiones de acero que se echan a travs de la tubera hueca hasta la perforacin y que actan como abrasivo En rocas muy fracturadas, se corre el riesgo de que las municiones se pierdan, estas se han construido con dimetros muy grandes, hasta para hacer perforaciones de tres metros, en estos casos la mquina penetra al suelo con la misma broca.

Equipo para muestreo en rocaa. Mquina perforadorab. Muestreador para broca de diamantec. Muestreador tipo clizd. Algunos tipos de brocas

2.4. Mtodos geofsicos.

Los mtodos geofsicos, se emplean para determinar las variaciones en las caractersticas fsicas de los estratos del subsuelo o de las rocas que subyacen a estratos sedimentarios, estos mtodos se emplean en forma mas usual en la geologa o la minera y en mucho menor escala en la Mecnica de Suelos.Para realizar investigaciones preliminares sobre estratos, los mtodos son rpidos y abarcan grandes reas, pero nunca proporcionan informacin suficiente para realizar proyectos de cimentaciones.A continuacin, se describen los s mtodos geofsicos que han resultado los ms importantes:

2.4.1 Mtodo ssmico.

Este mtodo se basa en la diferente velocidad de propagacin de las hondas vibratorias de tipo ssmico a travs de diferentes tipos de materiales, La velocidad de propagacin para diferentes medios, varia de 150 a 200 m/seg , en rocas sanas, la velocidad flucta de 2000 a 8000 m/seg y el agua tiene una propagacin de 1400 m/seg.El mtodo consiste en provocar una explosin en un punto determinado del rea a explorar usando una pequea carga de explosivo, que generalmente es nitroamonio. En la zona por explorar, se colocan gefonos o registradores de ondas, separados entre si de 15 a 30 m. La funcin de los gefonos es captar la vibracin que se transmite en forma aumentada a un oscilgrafo central, que marca varias lneas para cada gefono. Se realiza una grfica en la cual se indica la distancia a la cual se coloca el gefono y el tiempo que tarda en recibir la seal, en la cual se puede identificar el cambio de material es el subsuelo y la correlacin de que tipo de material se trata.

Exploracin geofsica, por el mtodo ssmico2.4.2. Mtodo de resistividad elctrica.Este mtodo, se basa en el principio de que los suelos presentan diferente resistividad elctrica, cuando una corriente es inducida a travs del mismo. Su principal empleo es en la minera, pero en la Mecnica de Suelos se emplea para determinar la profundidad de los estratos de roca en el subsuelo.La resistividad elctrica en el suelo, se mide colocando cuatro electrodos igualmente espaciado sen la superficie y alineados, los dos exteriores conectados en serie a una batera, que son los electrodos de corriente la cual es medida por un ampermetro, en tanto que los interiores son de potencial y estn conectados a un potencimetro que mide la diferencia de potencial de la corriente circulante.Los electrodos de corriente son varillas afiladas, mientras que los de potencial son recipientes porosos llenos de una solucin de sulfato de cobre que al filtrarse al suelo garantiza un buen contacto elctrico.

Exploracin geofsica por el mtodo de resistividad elctrica.

Mtodos Magnticos y gravimtricos.Estos mtodos en forma general funcionan con el principio de los mtodos elctricos, variando nicamente en el tipo de variable que se mida. En los Magnticos, se mide el campo magntico terrestre de la zona que se trate, por medio de un magnetmetro.En el caso de los gravimtricos, se mide el campo gravitacional en diversos puntos de la zona a explorar. Estos mtodos no han sido empleados con fines ingenieriles dentro de la Mecnica de Suelos.

UNIDAD III

RELACIONES VOLUMTRICAS Y GRAVIMTRICAS.

3.1. Fases de un suelo.En un suelo, se distinguen tres fases constituyentes, la slida, lquida y gaseosa.

3.1.1 Fase slidaLa fase slida, esta constituida por las partculas minerales del suelo (incluyendo la capa slida adsorbida).

3.1.2 Fase lquida.La fase lquida est formada por el agua libre que existe dentro del suelo, aunque pueden existir dentro del suelo, otros lquidos de menor importancia.

3.1.3 Fase gaseosa.La fase gaseosa comprende sobre todo el aire, si bien pueden estar presentes otros gases como (vapores, sulfuros, anhdrido, carbnico, etc.).La capa viscosa de agua adsorbida, presenta propiedades intermedias entre la fase lquida y slida.

Las fases lquidas y gaseosas del suelo, constituyen el volumen de vacos, mientras los slidos, constituyen el volumen de slidos.Se dice que un suelo es totalmente saturado cuando todos los vacos estn ocupados por el agua, en tal caso el suelo consta solo de dos fases, una slida y una lquida.Algunos suelos contienen adems materia orgnica, en diversas formas y cantidades. En las turbas, estas materias predominan y consisten en residuos vegetales parcialmente descompuestos.

Fases de un suelo

3.2 relaciones fundamentales de las propiedades mecnicas de los suelos.

En la Mecnica de Suelos se relaciona el peso de las distintas fases con los volmenes correspondientes, por medio del concepto de peso especifico es decir, de la relacin entre el peso de la sustancia y su volumen, se distinguen los siguientes pesos especficos:

o = Peso especifico del agua destilada a 4C.

w = Peso especifico del agua en condiciones de trabajo.

m = Peso especifico de la masa del suelo.

Wm Ws +Ww Pm = ______ = ___________ Vm Vm

s = Peso especifico de la fase slida del suelo. Ws s = ________ Vs

El peso especfico relativo, se define como la relacin del peso especifico de la sustancia, entre el peso especfico del agua, a 4C, destilada y sujeta a una atmsfera de presin.

Pm = Peso especfico relativo de la masa del suelo.

m Wm m = _______ = __________

o Vm Po

Ps = Peso especfico relativo de la fase slida del suelo. s Ws s = _______ = __________

o Vs o

Las siguientes relaciones son importantes, para comprender las propiedades de los suelos.

3.2.1 Relacin de vacos.

Se denomina relacin de vacos, oquedad o ndice de poros, a la relacin entre el volumen de los vacos y el de los slidos de un suelo. Vv e = __________

Vs

3.2.2 Porosidad.

Se llama porosidad de un suelo, a la relacin entre su volumen de vacos y el volumen de su masa, y se expresa como porcentaje: Vv n (%) = __________ X 100

Vm

Esta relacin, puede variar de 0 en un suelo ideal con solo fase slida a 100 (espacio vaco), los valores reales suelen oscilar de 20 a 95 %.

3.2.3 Grado de saturacin.

Se denomina grado de saturacin de un suelo a la relacin entre su volumen de agua y el volumen de sus vacos. Vw Gw (%) = __________ X 100

Vv

Esta relacin, vara de 0 en un suelo seco a 100 en un suelo totalmente saturado.

3.2.4 Contenido de agua.

Se conoce como contenido de agua o humedad de un suelo, la relacin entre el peso del agua contenida en el mismo y el peso de su fase slida.

Ww w (%) = __________ X 100

Ws

Este valor vara tericamente de cero a infinito, ya que en la naturaleza la humedad de los suelos, vara entre lmites muy amplios.

3.3. Formulas para determinar relaciones volumtricas y gravimtricas de suelos saturados y parcialmente saturados.

Considrese una muestra de suelo en representacin esquemtica, conteniendo las tres fases constitutivas de un suelo.

Wg = 0Ww WsVgVwVsVvWm Vm PESOSVOLUMENES

Considerando que el gas o are, no tiene masa, por lo tanto Wg = 0.El peso total de la muestra, quedar de la siguiente manera:

Wm = Ww + Ws

El volumen total de la muestra quedara como:Vm = Vg + Vw + V s

Pero los vacos, estn constituidos por el aire y el agua:

Vv = Vw + Vg

Entonces tambin el volumen total, se puede expresar como:

Vm = Vv + V s

Sabiendo que la relacin de vacos, es:

Vv e = __________

Vs

Se establece, la relacin que existe entre los vacos y la porosidad:

Vv e = __________

Vt - Vw

Si dividimos los trminos entre Vm,, nos queda la siguiente formula:

Vv e = ___Vm_______

Vt - Vw Vm Vm

Y como la porosidad es = al Vv / Vm, nos queda la siguiente relacin:

n e = __________

1 - n

Con respecto a la porosidad: Vv n (%) = __________

Vm

Substituyendo el volumen de la muestra:

Vv n (%) = __________

Vs + Vv

Si dividimos los trminos entre Vs,, nos queda la siguiente formula

Vv n (%) = __Vs________

Vs + Vv Vs Vs

Y como la relacin de vacos es = al Vv/Vs, nos queda la siguiente relacin:

e n = __________

1 + e

La densidad absoluta de slidos, esta definida por: Ws ds = __________

Vs

Por lo tanto, peso de los slidos es igual a Ws = ds x Vs

Peso volumtrico seco.El peso volumtrico del suelo en estado seco, queda definido de la siguiente manera.

Wm s = __________

Vm

Considerando que al estar seco el suelo, no existe agua en su masa .

Ws s = __________

Vm

Substituyendo el peso de los slidos, en funcin de su densidad, quedara:

Ds . Vs s = __________

Vm

Substituyendo el volumen de la muestra en sus componentes:

Ds . Vs s = __________

Vv +Vs

Si dividimos los trminos entre Vs,, nos queda la siguiente formula

Ds . Vs s = ____Vs______

Vv + Vs Vs Vs

Ds . Vs s = ____Vs______

Vv + Vs Vs Vs

Ds . 1 s = __________

e + 1

Ds s = __________

1 + e

Peso volumtrico saturado.El peso volumtrico del suelo en estado saturado total, queda definido de la siguiente manera.

Wm sat = __________

Vm

Considerando que al estar saturado el suelo, el volumen del agua ocupa todo el volumen de los vacos Vw = Vv . y el peso del agua es igual a su volumen, considerando que su densidad es de 1.0 ; Vw = Vv = Ww = Wv

Ws + Ww sat = __________

Vs +Vv Ws + Ww sat = __________

Vm

Substituyendo el peso de los slidos, en funcin de su densidad, quedara: Ds . Vs + Ww sat = _____ _ ____

Vs +Vv

Si dividimos los trminos entre Vs,, nos queda la siguiente formula: Ds . Vs + vw sat = _Vs____ Vs _ ____

Vs + Vv Vs Vs

Ds1 + e sat = _ ____ _ ____

1 + e Ds . 1 + e sat = _ ____ _ ____

1 + e

3.4 Determinacin en el laboratorio del peso especifico relativo de slidos.El peso especfico relativo de slidos (Densidad absoluta de slidos) de un suelo, se determina en el laboratorio, haciendo uso de un matraz con marca de enrase. (ver pruebas de laboratorio)

El matras se llena hasta su marca, primero con agua y despus con agua y la muestra de suelo. El aire atrapado entre las partculas de suelo, se desaloja por ebullicin, o exponiendo la suspensin al vaco. Si la temperatura del agua, es la misma que la de la suspensin, puede utilizarse una formula para determinar el ds, utilizando los siguientes esquemas:

Siendo:Wfw = Peso del matraz lleno de agua.

Wfsw = Peso del matraz con suelo y agua.

Entonces se tiene:

Wfsw - W fw = Ws - Peso del agua desplazada por los slidos.

El peso del agua desplazada por los slidos vale: Ws Ww = Vs . Po = ________ Ds

Por lo tanto:

Ws Wfsw - Wfw = Ws . - ________ Ds

De donde

Ws ds = __________________ Wfw + Ws + Wfsw

UNIDAD IV

GRANULOMETRA

La granulometra de un suelo, se define como la cantidad de tamaos que tienen sus partculas, en los suelos gruesos, cuando se tiene un nmero suficiente de todos los tamaos se dice que esta bien graduado, y presenta un mejor comportamiento con respecto a su comportamiento mecnico e hidrulico.En los suelos finos, por el contrario las propiedades mecnicas e hidrulicas, estn definidas por la estructuracin de sus partculas, por lo que la composicin granulomtrica resulta intil.

4.1. Anlisis granulomtrico mecnico.El anlisis granulomtrico mecnico, se refiere a la separacin de las partculas de un suelo por tamaos, empleando coladeras o mallas, en las cuales se deposita el material y se vibra hasta clasificar las partculas por su tamao en las que pasan la criba y las que se retienen. Primero se usa para obtener las fracciones de los tamaos mayores del suelo, llegando generalmente hasta el tamao de la malla No. 200.La muestra se suelo se hace pasar por a travs de un juego de tamices en aberturas descendentes, hasta la malla No. 200; (0.074 mm), los retenidos en cada malla se pesan y el porcentaje que representan con respecto al peso de la muestra total, se suma a los porcentajes retenidos en todas las mallas de mayor tamao; el complemento a 100 % de esa cantidad, da el porcentaje del suelo que es menor al tamao representado por la malla en cuestin.As puede tenerse un punto de la curva granulomtrica correspondiente a cada abertura. El mtodo se dificulta cuando las partculas son de un tamao pequeo, por ejemplo, las partculas que pasan la malla No. 200, requieren deagua para ayudar al paso de la muestra(procedimiento de lavado)

a. Arena uniformeb. Suelo bien graduadoc. y d Arcillas

4.2. Determinacin de los coeficientes de uniformidad y de curvatura.Hallen Hazen, propuso el Coeficiente de Uniformidad D60 Cu = _______________ D10

Donde:D60 : Tamao tal, que el 60 % en peso del suelo, sea igual o menor.D10 : Llamado por Hazen dimetro efectivo; es el tamao tal que sea igual o menor que el 10 % en peso del suelo. En realidad el Cu, es un coeficiente de no uniformidad, pues su valor numrico decrece cuando la uniformidad aumenta. Los suelos con Cu < 3, se consideran muy uniformes: aun las arenas naturales muy uniformes, raramente presentan Cu < 2.Como dato complementario, necesario para definir la graduacin, se define el Coeficiente de Curvatura del suelo con la siguiente expresin.

( D30) Cc = _______________ D10 X D60

D30 ; se define como el Tamao tal, que el 30 % en peso del suelo, sea igual o menorEl Cc tiene un valor entre 1 y 3, en suelos bien graduados, con amplio margen de tamaos de partculas y cantidades apreciables de cada tamao intermedio.

La curvas granulomtricas, se representan en una escala logartmica, para su mejor y ms fcil interpretacin, ya que en este caso, la curva se acerca notablemente a una lnea recta en muchos suelos naturales.

4.3 Anlisis de sedimentacin, mtodo del hidrmetro.El Dr. r Casagrande propuso el Hidrmetro Aerodinmico, calibrado en pesos especficos relativos, mejorando as en mtodo del Hidrmetro (densmetro), el cual es hoy el mas empleado para determinar el tamao de las partculas de los suelos finos.El mtodo, se basa en la velocidad de sedimentacin de las partculas en un lquido, esta en funcin de su tamao. La ley en la que se basa este principio, es en la de Stokes, la cual relaciona la velocidad de sedimentacin de acuerdo al tamao de las partculas. Esta relacin puede establecerse empricamente con la observacin en un microscopio, o bien por procedimientos tericos.Con la Ley de Stokes, se obtiene el dimetro equivalente de la partcula, que es el dimetro de una esfera Ss, que se sedimenta con la velocidad de una partcula de suelo real, sin embargo en las partculas de arcillas que son de forma laminar, el largo de las mismas puede ser de cuatro veces el dimetro nominal, lo cual presenta problemas, ya que dos granulometras de similares pueden corresponder a un polvo de roca y a una arcilla con estructura floculenta.

UNIDAD V

PLASTICIDAD

5.1. Estados y lmites de consistencia de los suelos.

Estado lquido.- Es el que presentan los suelos cuando manifiestan las propiedades de una suspensin.

Estado Semilquido.- Cuando los suelos tienen el comportamiento de un fluido viscoso.

Estado Plstico.- Cuando los suelos mantienen una deformacin producida por un esfuerzo, sis agrietarse, desmoronarse o sufrir cambios volumetricos apreciables.

Estado Semislido.- Es cuando el suelo tiene la apariencia de un slido, sin embargo al secarse disminuyen su volumen.

Estado Slido.- Es cuando un suelo ya no varia su volumen aun cuando se someta a secado.

5.2. Determinacin en el laboratorio de los lmites de consistencia.

Las fronteras entre los estados de consistencia, se conocen como los lmites de consistencia

5.2.1. Lmite lquido.Lmite Lquido.- Es el contenido de agua que marca la frontera entre los estados Semilquido y Plstico.

5.2.2. Lmite plstico.Lmite Plstico.- Es el contenido de agua que marca la frontera entre los estados Plstico y Semislido

5.2.3. lmite de contraccin.Lmite de Contraccin. Es el contenido de agua que marca la frontera entre los estados semislido y slido.

ndice Plstico.- Es la diferencia aritmtica entre el Lmite Lqudo y el Lmite Plstico.

Prueba de laboratorio para obtener los Lmites de Consistencia.

A).Limite LquidoEquipoCpsula de porcelana.Esptula de acero flexible de 7.5 cm de largo por 2.0 cm de ancho.Gotero.Copa de Casagrande.Balanza de 200 g.Horno con termostato.Desecador de cristal.Vaso con capacidad de 500 ml.Pao absorbente-.Vidrio de reloj.Placa de vidrio.Moldes de lamina galvanizada de 2 por 2 por 10 cm. calibrador con vernier.Grasa grafitada.

Procedimiento

1.-se toma una muestra de 150 g. de material que pasa la malla no 40 saturado, y se coloca en la cpsula de porcelana y se homogeniza la humedad con la esptula.2.-se coloca en la copa de Casagrande el material suficiente y se extiende con la esptula en un espesor de 8 a 10 mm en la parte central de la muestra colocada.

3.-se efecta una ranura en la parte central con una pasada del ranurador.

4.-se acciona la manivela del aparato para hacer caer la copa, a razn de dos golpes por segundo, durante 25 golpes, y se ajusta el contenido de dad hasta que la longitud de contacto de la muestra sea de 13 mm.5.-se toman 10 g. de material y se colocan en un vidrio de reloj.

6. - se determina el contenido de humedad y se reporta el lmite lquido

b). Limite plstico.

1.-se toma una muestra de material preparado, y se le da forma de una esfera de 12 mm de dimetro, que deber moldearse con los dedos para que pierda la humedad y se forma un cilindro manipulndola sobre la palma de la mano.

2.-se rola el cilindro con los dedos sobre la placa de vidrio reduciendo su dimetro ligeramente mayor de 3 mm.

3.-si al alcanzar dicho dimetro el cilindro se rompe en varias secciones, precisamente a los 3mm, se dice que esta en el lmite plstico.

4.-se colocan en un vidrio de reloj los fragmentos del cilindro y se determina el contenido de humedad reportando as el lmite plstico.

c).- Contraccin lineal.

1.-Se toma material con la humedad correspondiente al lmite lquido.

2.-Con el material se llena el molde de prueba, al cual se le habr aplicado una capa delgada de grasa . el llenado se efecta en tres capas golpendolo entre cada capa contra una superficie dura

3.-Se enrasa el molde con la esptula y se deja orear a la sombra hasta que cambie ligeramente su color y se pone a secar al horno, 18 hrs a 105 c

4.-Se extrae del horno el molde y se deja secar al ambiente.

5.-Finalmente se mide con el calibrador la longitud del espcimen y se calcula la contraccin lineal.

5.3 Carta de plasticidad de los suelos.

UNIDAD VI

CLASIFICACIN, E IDENTIFICACIN DE SUELOS

6.1. Sistemas de clasificacin de suelos.Dada la gran variedad de suelos que se presentan en la naturaleza, por ello la Mecnica de suelos, ha desarrollado mtodos para su clasificacin, los cuales en general estn basados en la granulometra y en su plasticidad, de los cuales se destacan: Sistema de Clasificacin de Aeropuertos. Sistema AASHTO. Sistema Unificado de Clasificacin de Suelos

6.2 Sistema Unificado de Clasificacin de Suelos (SUCS).

Este sistema cubre los suelos gruesos y los suelos finos, distinguiendo ambos por el cribado de la malla 200, las partculas gruesas son mayores que ella y las finas son menores, Un suelo se considera grueso s mas del 50 % de sus partculas son gruesos, y finas si mas de la mitad de sus partculas son finas.Suelos gruesos.El smbolo de cada grupo est formado por letras maysculas, que son las iniciales de los nombres ingleses de los suelos mas tpicos de ese grupo.

a). Gravas y suelos que predominen estas. Smbolo G (gravel)b). Arenas y suelos arenosos. Smbolo S (sand).

Las gravas y arenas, se subdividen en cuatro grupos:1.- Material prcticamente limpio de finos, bien graduado. Smbolo W (well graded), en combinacin con los signos genricos, se obtiene GW y SW.

2.- . Material prcticamente limpio de finos, mal graduado. Smbolo P (poorly graded), en combinacin con los signos genricos, se obtiene GP y SP.

3.- Material con cantidad apreciable de finos no plsticos. Smbolo M (del sueco mo y mjala), en combinacin con los signos genricos, se obtiene GM y SM.

4.- Material con cantidad apreciable de finos plsticos. Smbolo C (del sueco mo y mjala), en combinacin con los signos genricos, se obtiene GC y SC.

Suelos finos.

a). Limos inorgnicos , de smbolo genrico M.b).- Arcillas inorgnicas, de smbolo C.c).- Limos y arcillas orgnicas , de smbolo genrico O.

Cada de uno de estos tipos, se dividen segn su lmite lquido en dos grupos. Si este es menor de 50, el suelo es de compresibilidad baja o mdia y se le agrega el smbolo L (low compresibiliti), y obteniendose por esta combinacin los siguientes grupos ML, CL y OL.

Los suelos finos con lmite mayor de 50, o sea de alta compresibilidad llevan el smbolo H (high compresibilite), tenindose as los grupos MH, CH y OH.

Identificacin de campo de suelos finos

El criterio para identificar a los suelos finos en campo, es la tenacidad, la dilatancia y la resistencia en estado seco.

Dilatancia.Es la reaccin al agitado, prepare una muestra de suelo de aproximadamente 10 cm3, adale agua suficiente para dejarlo manejable pero no pegajoso.Coloque la muestra en la palma de la mano y agtese horizontalmente, golpeando vigorosamente contra la otra mano varias veces. Despus del agitado, se observa la aparicin brillosa del agua en la superficie y el tiempo en que se opaca la muestra por la introduccin del agua libre de la superficie, en las arenas y limos, el tiempo es mas rpido que en las arcillas.

Resistencia en estado secoMoldese una porcin de suelo hasta alcanzar una consistencia de masilla, djela secar al sol y al aire y despus desmornela entre los dedos, considerando que la resistencia en estado seco aumenta con la plasticidad. Los limos y arenas presentan poca resistencia y las arcillas tienen mayor resistencia por su cohesin.

UNIDAD VII

PROPIEDADES HIDRULICAS DE LOS SUELOS

Aguas subterrneasLas aguas que se hallan por debajo del terreno natural, pueden encontrarse en estado lquido, gaseoso o slido, los suelos y las rocas, poseen la propiedad de permitir que el agua pase a su travs, y cuando esto sucede, se dice que son permeables a este determinado fluido, las arenas gruesas y limpias son permeables a prcticamente todos los fluidos, no siendo as los suelos finos..

Orgenes de las aguas subterrneasProceden principalmente de la infiltracin de las aguas metericas tales como; lluvia, hielo o nieve, infiltrados por los cursos del agua, como lagos, ros, canales mares, presas, etc. Las aguas profundas no son qumicamente puras, ya que contienen gases y aire por medio de burbujas.Existen aguas subterrneas, de otras dos procedencias, las juveniles que proceden de los magmas y las aguas connotas, que son las que quedaron subterrneas al mismo tiempo que las rocas.A diferentes profundidades del terreno natural existen zonas de saturacin en la que el agua llena todos los poros de los suelos y todas las cavidades de las rocas, esta agua se designa como agua fretica y superficie superior es el nivel fretico.

Las aguas existentes por encima del nivel fretico, son aguas retenidas por atraccin (absorcin) y las que estn por debajo del nivel fretico son aguas libres o de gravitacin, es decir que se mueven obedeciendo las leyes de la gravedad.

En el caso de las arcillas o los limos puede ser nula por completo las fuerzas gravitatorias, ya que se ejercen fuerzas de atraccin entre las cargas elctricas de las partculas y los iones elctricos del agua del agua.

Los suelos saturados, por encima del nivel fretico poseen una capacidad de succin que produce el movimiento capilar de agua.

La humedad atrada por encima del nivel fretico y de la orla capilar, estas quedan cubiertas por partculas de humedad higroscpica, por ello las aguas subterrneas se clasifican en tres tipos:Aguas gravitativas.Aguas capilares.Aguas giroscpicas.

Nivel fretico.El nivel de aguas freticas, no es horizontal, ni en el sentido longitudinal, su nivel sigue en el mayor de los casos el perfil del terreno natural superficial y el nivel vara con respecto a la temporada de lluvias.

7.1. Flujo laminar y turbulento.Los Problemas relativos al flujo de lquidos en general, pueden dividirse en dos grupos principales: los que se refieren al flujo laminar y aquellos que tratan con un flujo turbulento.Un flujo se define como laminar cuando las lneas de flujo permanecen sin juntarse entre s en toda su longitud.

Flujos laminar y turbulento

El flujo turbulento, ocurre cuando la condicin anterior no se cumple. Se sabe que a velocidades bajas ocurre un flujo laminar, mientras que al aumentarlas se transforma en turbulento, si en ese punto, la velocidad se reduce, el flujo volver a ser laminar.

7.2. Ley de Darcy y coeficiente de permeabilidad.El flujo de agua a travs de medios porosos es de gran inters en la Mecnica de Suelos, est gobernada por la ley descubierta experimentalmente por Henri Darcy en 1856, el investig las caractersticas del flujo de agua a travs de filtros formados con materiales trreos, o cual es afortunado para la investigacin en la Mecnica de suelos. Darcy encontr que para velocidades pequeas el gasto queda expresado por:

dV cmQ = _____ = kAi ____ Dt seg

Donde A es el rea de la seccin transversal e i es el gradiente hidrulico del lquido.

Esquema del dispositivo experimental de Darcy

Darcy construyo sus filtros con arenas finas, de lo cual se deduce que en estos suelos el flujo es laminar y en limos y arcillas de grano mas fino, el agua circula a velocidades menores, por lo que la ley de Darcy nicamente es aplicable a suelos de partculas no muy gruesas, quedando excluidas las gravas limpias , cantos rodados etc.En la ecuacin anterior aparece una constante fsica de proporcionalidad (k), llamada el coeficiente de permeabilidad.En trminos simples, el coeficiente de permeabilidad de un suelo es la velocidad del agua a travs del mismo, pero esta depende de las propiedades fsicas del suelo y tambin de algunos factores, tales como temperatura y otros.

7.3. Mtodos para medir el coeficiente de permeabilidad.Hay varios mtodos para determinar la permeabilidad de los suelos , unos directos llamados as por que se basan en pruebas cuyo objetivo fundamental es la medicin de tal coeficiente, otros indirectos , proporcionados en forma secundaria, por tcnicas que primeramente persiguen otros fines. Estos mtodos son los siguientes:

Directos.1.-Permemetro de carga constante.2.- Permemetro de carga variable.3.- Prueba directa de los suelos en el lugar.Indirectos.1.- Calculo a partir de la curva granulomtrica.2.- Calculo a partir de la prueba de consolidacin.3.- Clculo con la prueba horizontal de capilaridad.

7.3.1. Mtodos directos.a) Permemetro de carga constante.Es el mtodo mas simple para determinar el coeficiente de permeabilidad. Una muestra de suelo de rea transversal A y longitud L, confinada en un tubo, se somete a una carga hidrulica h.

Permemetro de carga constante

El agua fluye a travs de la muestra, midindole la cantidad en cm3, que pasan en el tiempo t en seg., aplicndose la ley de Darcy.

El gradiente hidrulico vale i=h/L, entonces k = VL/hAt.

b) Permemetro de carga variable.En este tipo de Permemetro se mide la cantidad de agua que atraviesa una muestra de suelo, por diferencia de niveles en un tubo alimentador. En la figura aparecen dos dispositivos tpicos , el (a) usado en suelos predominantemente finos, y el (b) apropiado para materiales mas gruesos.

Permemetro de carga variable

Al ejecutar la prueba, se llena de agua el tubo vertical del Permemetro, observndose su descenso a medida que el agua atraviesa la muestra.

7.3.2. Mtodos indirectos.a) A partir del anlisis granulomtrico.Existe una correlacin entre la composicin granulomtrica y la permeabilidad de un suelo arenoso grueso, ya que los poros entre las partculas minerales son relativamente grandes y por ello la permeabilidad puede ser alta, ya que en los suelos finos, los poros y canalculos son mas pequeos, por lo cual estos materiales son de menor permeabilidad. Este procedimiento sin embargo, debe tomarse con reserva para conocer la permeabilidad, dado que existen otros factores que afectan la permeabilidad que no se consideran en este mtodo. K = CD10 (cm/seg)

Donde k = constante de permeabilidad y D10 = dimetro efectivo del suelo.Allen Hazen obtuvo su formula con arenas uniformes, con dimetro efectivo entre 0.1 y 0.3 mm, en estos suelos C varia de 41 a 146, El valor de C = 116, suele considerarse como un valor aceptable.Terzaghi, propuso la formula siguiente, en la cual involucra la temperatura, ya que al aumentar la temperatura, se desminuye la viscosidad del agua.

K = C D10 (0.7 + 0.003t) (cm/seg)

7.4 Factores que influyen en la permeabilidad de los suelos.7.4.1. Relacin de vacos.La relacin entre la cantidad de vacos de un suelo y su permeabilidad, nos indica que entre mas vacos tenga un suelo, mayor permeabilidad se manifiesta en el mismo, por la cantidad de espacios que permiten el desplazamiento del agua a travs del suelo.

7.4.2. Temperatura.La temperatura que posea el agua libre que fluye a travs de un suelo, influye en su facilidad de drenar por los poros del mismo, ya que al aumentar su temperatura, disminuye su viscosidad y aumenta la facilidad de pernear el agua a travs del suelo.

7.4.3. Estructura y estratificacin.La estructura, sobre todo en los suelos finos, juega un papel importante en la permeabilidad de un suelo, ya que una estructura dispersa, permite con mayor facilidad el paso del agua, que una estructura floclenta.

7.4.4. existencia de agujeros y fisuras.Otro factor muy importante en la permeabilidad de los suelos, es la existencia de agujeros y fisuras en las partculas de los suelos arenosos, ya que por estos elementos se permite el paso del agua, que sera una permeabilidad adicional a propia del suelo.

UNIDAD VIII

CONSOLIDACIN

Puesto que los suelos, no tienen resistencia a la tensin, las caractersticas de deformacin bajo compresin, son las de mayor inters Al observar los suelos suaves, se nota que el suelo reduce su volumen conforme pasa el tiempo y aumenten las cargas que tiene encima por sedimentacin sucesiva .

Consolidmetro de anillo flotante

Al proceso de disminucin de volumen, que tenga lugar en un lapso, provocado por el aumento de las cargas sobre el suelo, se le llama proceso de consolidacin.

El asentamiento que sufrir un edificio construido sobre un material consolidable, se puede estimar por medio de la prueba de consolidacin unidimensional, sobre especimenes representativos del suelo, extrados de una forma tan inalterada que sea posible, se puede calcular as la magnitud y la velocidad de los asentamientos probables, debido a las cargas aplicables.

En el marco de consolidacin, se coloca la muestra inalterada y se van aplicando cargas que var repartidas uniformemente en toda su superficie.Las cargas se van aplicando en periodos de tiempo suficiente para que la velocidad de deformacin se reduzca prcticamente a cero. En cada incremento de carga, se hacen lecturas del extensmetro para conocer la deformacin correspondiente a diferentes tiempo, los datos de estas lecturas, se dibujan en una grafica que tenga por abscisas los valores de los tiempos transcurridos en escala logartmica, y como ordenadas las correspondientes lecturas del extensmetro en escala natural, estas curvas se llaman de consolidacin y se obtienen una para cada incremento de carga.

Forma tpica de consolidacin en arcillas

Una Vez que el suelo alcanza su mxima deformacin, bajo un incremento de carga, su relacin de vacos llega a un valor menor, y que puede determinarse con las lecturas del extensmetro, as para cada incremento de carga se tiene una reduccin en la relacin de vacos. En suma de toda la prueba, una vez aplicados todos los incrementos de carga, se tienen valores para construir una grfica, en cuyas abscisas se ponen los valores de presin actuante, en escala natural o logartmica y en cuyas ordenadas se anotan las relaciones de vacos y a esta curva se le denomina de compresibilidad.

Forma tpica de curva de compresibilidad de suelos compresibles

Generalmente en una curva de compresibilidad, se obtienen tres tramos, el A es un tramo curvo que comienza casi en forma horizontal y cuya curvatura es progresiva, alcanzando su mximo en su unin con el tramo B.El tramo B es generalmente un tramo recto y con el se llega al final de la prueba. A partir de este punto es comn someter a la prueba de consolidacin a una segunda etapa, ahora de descarga, en la que se somete al espcimen a pruebas de descarga, permaneciendo en cada decremento de carga, el tiempo suficiente para que la velocidad de deformacin se reduzca prcticamente a cero, si bien nunca llega el suelo a su relacin de vacos inicial; El tramo C, corresponde a esta segunda etapa, con el espcimen llevado a carga final nula, como es usual.

Curvas de compresibilidad para dos procesos de carga y descarga

8.1. Distribucin de presiones, efectivas, neutras y totales.Para analizar las presiones que se presentan en un suelo durante el fenmeno de consolidacin, y en general en la Mecnica de Suelos.Considrense dos partculas en contacto, con una superficie plana de rea A, representativa de todas las reas de contacto en la masa del suelo

Equilibrio de fuerzas actuantes en una masa de suelo

Puede definirse la relacin de reas de contacto como:

As A = _________ A A

Si la fuerza total normal al plano de contacto es P y la cortante total es T. Los esfuerzos totales normales y cortantes se definen como.

T = _________ A

Los esfuerzos en la superficie interfacial son diferentes a los anteriores y de acuerdo con un criterio semejante, se definen como

Ts s = _________ As

Ps s = _________ As

Ps y Ts, son las fuerzas normal y tangencial actuantes entre las dos partculas slidas.Considrese el equilibrio en la direccin normal al plano de contacto.

P = Ps + (A As) un

un, en la ecuacin anterior, es la presin en el agua intersticial.

Un = w Z

8.2. Teora de consolidacin (analoga mecnica de Terzagui).

El modelo mecnico propuesto por Terzaghi, para explicar el fenmeno de consolidacin, se basa en un cilindro, provisto de un pistn sin friccin, con una pequea perforacin en l, tal como aparece en la figura.El pisn est soportado por un resorte unido al fondo del cilindro, este esta totalmente lleno de un fluido incompresible. Si se coloca sobre el pistn una carga P, manteniendo el orificio cerrado, es evidente que el resorte no puede deformarse nada y, as, toda la carga P estar soportada por el fluido.Pero si se permite que el fluido salga por el orificio, abriendo ste tambin es evidente que habr una transferencia gradual de carga del fluido al resorte.

Esquema del modelo mecnico de Terzaghi, para explicar el fenmeno de consolidacin

8.3. Prueba de consolidacin unidimensional.Durante la prueba se aplican incrementos de carga axial y por efectos de estas, el agua tiende a salir del suelo, a travs de piedras porosas colocadas en sus caras, el cambio de volumen se mide con un micrmetro colocado en el marco de carga sobre la piedra porosa superior.Para cada incremento de carga aplicada, se miden los cambios de volumen, los datos registrados conducen a la obtencin de la curva de consolidacin.Dibujando las lecturas del micrmetro como ordenadas ,en escala natural y los tiempos como abscisas en escala logartmica , se logra que la curva de consolidacin obtenida en laboratorio, sea fcilmente comparada con la curva terica

8.4. Factores que influyen en el tiempo de consolidacin.

El tiempo es un factor importante en el tiempo de consolidacin, sobre todo el tiempo en que permanezca la aplicacin de la carga. El espesor del estrato, es tambin un factor importante en el fenmeno de consolidacin por la distancia que tiene que recorrer el agua para drenarse, durante el proceso.El fenmeno de permeabilidad, tambin es un factor importante en el proceso de consolidacin, en virtud de que un estrato con mayor constante de permeabilidad permite un menor tiempo en el drenaje del agua.La compresibilidad de un suelo consolidable, es un factor que influye en el proceso, aunque se debe hacer la aclaracin que el coeficiente de compresibilidad de un suelo, depende de la estructuracin y la composicin mineralgica del suelo. 8.5. Determinacin del 0%, 50% y 100% de consolidacin primaria en una curva de consolidacin, aplicando el mtodo del Dr. Casagrande.Al iniciar la prueba de consolidacin, no se sabe si las primeras deformaciones se deben a ajustes del material o representan el inicio del fenmeno de consolidacin, la curva para la primera mitad del proceso, es prcticamente una parasol, en la cual puede determinarse el 0% de consolidacin, con la aplicacin de una propiedad de las curvas.Es mas difcil, determinar el punto terico que corresponde al 100 % dela consolidacin primaria, de los varios mtodos propuestos para este fin, se describe a continuacin el propuesto por el Dr. A Casagrande, que requiere la graficacin de la curva en una escala semilogartmica.

En la curva de consolidacin presenta generalmente un tramo recto, en el cual se hace notable la consolidacin secundaria, esto permite definir por simple inspeccin la zona en la cual se completa la consolidacin primaria, esta zona es la correspondiente a la transicin entre la parte inclinada de amplia curvatura y el tramo recto final. Empricamente, se ha observado que la interseccin del tramo recto de compresin secundaria y la tangente a la parte curva en su punto de inflexin, que adems representa la transicin de la consolidacin primaria y la secundaria, se localiza el 100 % de consolidacin primaria.La lnea del 0%, se obtiene escogiendo un tiempo arbitrario t1, tal que el punto correspondiente B, en la curva observada est situado antes del 50 % de consolidacin, de un modo notorio. Obtngase el punto C, correspondiente a un tiempo t/4 y determnese la diferencia de ordenadas, a de los puntos.Puesto que entre estos dos puntos hay una relacin de abscisas de cuatro y que se advierte que son puntos de una parbola,se sigue que su relacin de ordenadas ha de ser de raz cuadrada de 4=2. Es decir, el origen de una parabola estar a una distancia a arriba de C. Es aconsejable repetir esta construccin simple varias veces, partiendo de puntos diferentes y situar el 0% de consolidacin a una elevacin promedio de las obtenidas.En la figura anterir puede verse en la parte derecha, la escala U (%)trazada a partir de los lmites encontrados, es evidente as encontrar el tiempo necesario para que la muestra de suelo alcance el50 % de consolidacin (t50)

8.6 Consolidacin secundaria.Es el fenmeno de fluido viscoso, el cual se atribuye al deslizamiento progresivo entre las partculas del material que se reacomodan, tendiendo a estados mas compactos, para adaptarse a su nueva condicin de carga, puede contribuir tambin alguna clase de flujo plstico de las partculas laminares constitutivas de los suelos arcillosos, Cuando las deformaciones plsticas o los deslizamientos entre ellas, se hacen comparables a la velocidad de expulsin del aguay del volumen decreciente de vacos entre las partculas, es cuando el efecto se hace notable y se refleja en la curva de consolidacin, dando lugar al tramo final tpico, sensiblemente recto en un trazado semilogartmico.

8.7. Determinacin de la carga de preconsolidacin en una curva de compresibilidad, aplicando el mtodo del Dr. Casagrande.El doctor Terzaghi durante sus investigaciones sobre el fenmeno de consolidacin de suelos finos, lo condujeron al importante descubrimiento de que el tramo virgen de una curva de compresibilidad, es usualmente recto en un trazado semilogartmico. Esto se atribuye generalmente a variaciones de carga del suelo a lo largo de su historia geolgica y al inevitable remoldeo de las muestras de suelo extradas para efectuar las pruebas.En la siguiente figura de la curva de compresibilidad, se muestra en la a), se presenta en escala aritmtica, en la b), en escala semilogartmica. En el segundo se muestra se presta para un anlisis fcil de la historia de la muestra.

Curvas detalladas de compresibilidad.

Ejemplo de una prueba de consolidacin:

Un edificio con un peso total de 1000 toneladas, se pretende construir sobre un estrato de arcilla plstica, que presenta un espesor de 12.0 metros. Se obtuvo una muestra inalterada para su anlisis en el laboratorio, a la cual se le realiz la prueba de consolidacin unidimensional. Calcular los siguientes incisos?:1. Las grficas de consolidacin.2. El 0, 50 y 100 % de consolidacin.3. La carga de preconsolidacin.4. El asentamiento total sobre el estrato de arcilla.5. El tiempo en aos en el cual se manifestar dicho asentamiento.6. El coeficiente de compresibilidad.7. El coeficiente de consolidacin.8. La constante de permeabilidad.12.0 M.10.0 M.15.0 M.

CARACTERSTICAS DE LA ARCILLA.

PESO VOLUMTRICO NATURAL=910KG/M3

HUMEDAD=29.3%

RELACIN DE VACIOS=1.479

PESO DE LOS SLIDOS =79.5GRS.

DENSIDAD ABSOLUTA DE SLIDOS:2.21

CARACTERSTICAS DEL CONSOLIDMETRO

DIAMETRO DEL ANILLO=7.5CM.

REA DEL ANILLO =50.0CM2.

ALTURA DE LA MUESTRA=15.0mm.

Registros de carga de la prueba de consolidacin unidimensional.

CARGA=0.125KGS/CM2

FECHATIEMPO EN HRS : MIN.TIEMPO TRANSCURRIDO .MIN. O SEG.LECTURA DEL MICRMETRO EN MM.

28/04/0609:000.00SEG.19.671

5.00SEG.19.631

10.00SEG.19.623

15.00SEG.19.618

30.00SEG.19.608

09:011.0MIN. 19.594

09:022.0MIN. 19.582

4.0MIN. 19.5