Módulo 1 Origen y clasificación de suelos · 2 1. Orígenes, Formación y Composición del suelo 2. Tipos de suelo 3. Estructura de los suelos 4. Tamaño de partículas y distribución

Mecánica de Suelos

Semestre 2017-2

Facultad de Ingeniería y arquitectura

Departamento de Ingeniería Civil

Programa de Pregrado

Módulo 1Origen y clasificación de suelos

Adaptadas de Arcesio Lizcano

2

1. Orígenes, Formación y Composición del suelo2. Tipos de suelo3. Estructura de los suelos4. Tamaño de partículas y distribución de tamaños (Granulometría –

Laboratorio)5. Relaciones de peso y volumen6. Consistencia – Límites de Atterberg7. Clasificación del suelo – Límites de Atterberg

CONTENIDO MÓDULO 1


3

1. Formación y composición del suelo

https://bioygeologia.weebly.com/la-formacioacuten-del-suelo.html


https://bioygeologia.weebly.com/la-formacioacuten-del-suelo.html

4

ROCAS IGNEASEndurecimiento del magma porascensión o por enfriamiento

Enfriamiento enProfundidad

Enfriamiento enSuperficie

Proceso Lento Proceso Rápido

Rocas PlutónicasGranito, Sienita, Diorita, Gabro

Rocas VolcánicasBasalto, Andesita, Riolita

Granos gruesos Granos finos



5


6

ROCAS SEDIMENTARIASDeposición de productos de la meteorización

de rocas o fósiles de microorganismos + endurecimiento por presión de recubrimiento

Minerales cementantesSílice, carbonato de calcio

y óxidos de hierro

Limolitas, Dolomitas, areniscasConglomerados, Brecias, Lutitas,

Carbón, Carbón mineral, rocas calcáreas,



7


8

ROCAS METAMÓRFICASCambios de textura, estructura y composición

mineral y química debido a acciones de presión, temperatura y flujo plástico.

Rocas esquistosas

Esquistos:Orientación de los minerales, Perpendicularmente a la dirección del máximo

esfuerzo de compresión

Pizarra

Philita, Mica, Gneis, Cuarcita, Mármol



9


10

Meteorización, erosión, transporte, sedimentación (de-posición)



11

Definición de suelo

Producto de la meteorización (erosión) de las rocas y de la descomposiciónorgánica.

Meteorización Física: Cambios de temperatura, efectos de congelamiento, lluvia, aguasuperficial, viento, erosión, etc.

Meteorización Química: Reacción de los minerales de la roca con el oxigeno, el agua,ácidos, sales, etc. Procesos de oxidación, solución, carbonatación, hidrólisis,Lixiviación.



12

“ Soil is a natural aggregate of mineral grainsthat can be separated by such gentlemechanical means as agitation in water. Rock,on the other hand, is a natural aggregate ofminerals connec-ted by strong and permanentcohesive forces. Since the terms “strong” and“permanent” are subject to differentinterpretations the boundary between soil androck is necessarily and arbitrary one.

Terzaghi and Peck (1948)

Karl von Terzaghi(1883-1963)


13

Distribución de una característica del suelo


14

Suelos como un continuo


15

Suelos Residuales: Meteorización sin transporte de material. Yacen sobre laroca parental (ej. Lateritas en zonas tropicales). Características heredadas dela roca.

Suelos Transportados: Roca meteoriza en un sitio y las partículas son movidasa otros sitios. Medios de trans-porte: gravedad, agua, hielo, viento -depósitos gravi-tacionales, depósitos aluviales (lacustres y marinos; quickclay), depósitos glaciales y depósitos o suelos eólicos (Loess, dunas, cenizasvolcánicas).

Depósitos de suelos



16

Fase Gaseosa

Fase Líquida

Fase Sólida

Vacíos en el suelo

Partículas de suelo (Granos y Láminas)

Composición del suelo



17

Las propiedades mecánicas de los suelos están gobernadas por las fuerzasentre las partículas y por la interacción entre las fases (sólido, agua, aire).

El suelo es un medio particulado, pero usualmente se representa como unmedio continuo, con lo cual se puede perder el entendimiento de losprocesos de interacción física y electroquímica de las partículasobservados a una escala micro.



18

Suelos granulares o NO cohesivos: Las partículas de suelo no tienden a juntarseni a adherirse. Partículas relativamente grandes (ej. grava y arenas)

Suelos cohesivos: Partículas muy pequeñas, predominan efectos electroquímicossuperficiales. Partículas tienden a juntarse (interacción agua partícula). Suelosplásticos (ej. limos finos, arcillas)

Suelos Orgánicos: Suelos esponjosos, con grumos, compresibles. Prohibitivos parasoporte de estructuras (humus, turbas)

2. Tipos de SuelosGrupos importantes y estructuras

Suelos granulares, suelos cohesivos, suelos orgánicos


19

Pueden ser separados mediante tamizado• Gravas (Gravel) : 2 mm < d < 60 mm• Arenas (Sand) : 0.06 mm < d < 2 mm• Limos (Silt) : 0.02 mm < d < 0.06 mm

Gravas y arenas con tamaños d > 0.075 mm (Tamiz 200): gradacióngruesa

Arenas y limos con tamaños d < 0.075 mm (Tamiz 200): gradación fina

Propiedades físicas dependen de: tamaño, forma, dis-tribución de tamaños,compacidad

2. Tipos de SuelosSuelos Granulares o suelos NO cohesivos


20

Gravas y arenas

Buena capacidad portante, pocos asentamientos (exceptuando arenas sueltas);buen material para soportar vías y estructuras; buenos para llenos deestructuras de retención (pocas deformaciones laterales); bueno paraterraplenes (alta resistencia al corte, fácil de compactar y de drenar)

Desventaja: Por su alta permeabilidad, en ocasiones inaceptables en diques detierra



21

En el límite entre los suelos arenosos y arcillosos

Presentan altas capilaridades

Susceptibles al congelamiento

Bajas permeabilidades y bajos pesos unitarios

Limos



22

Granos de diferentes tamaños y formas



23

Capa de agua difusa de un grano de cuarzo

Con agua de los poros y con cementante



24

Grano de cuarzo con capa de cal y contacto cementado



25

No pueden ser separados mediante tamizado• Limos finos• Arcillas: d < 0.002 mm• Arcillas, arcillas limosas, mezclas de arcilla y arena donde la arcilla es

predominante

Tendencia a tener resistencias al corte más bajas que las arenas

Pierden resistencia al corte por humedecimiento y por otros efectos físicos

Son plásticos y compresibles

2. Tipos de SuelosSuelos cohesivos


26

Pueden expandirse con el humedecimiento y contraerse con el secado

Suelos cohesivos pueden reptar (creep), especialmente cuando el esfuerzocortante está muy cerca de la resistencia al corte

Desarrollan grandes presiones laterales: no aptos para estructuras decontención

Poseen baja permeabilidad: aptos como material para núcleos de presas detierra y diques



27


Esquema

Arcillas


28

Capa doble difusa

2. Tipos de suelosMinerales arcillosos

Caolinita

Montmorillonita Vermiculita


29

Es una película de agua que se fija en las superficies de los minerales arcillosos debidoa la carga negativa superficial de éstos. El agua asociada a la capa doble difusa sueletener mayor viscosidad que el agua libre, viscosidad que disminuye con la distancia ala superficie de los minerales.

La capa doble difusa controla la plasticidad, la contracto-expansividad, lacompresibilidad y la resistencia al corte de las arcillas.

2. Tipos de SuelosSuelos cohesivos – Capa doble difusa


30

Caolinita (feldespato ortoclasa) Montmorillonita (feldespato plagioclasa)

2. Tipos de SuelosSuelos cohesivos Microscopio óptico

Arcillas


31


Corte TransversalArcillas


32

Configuraciones posibles de dos láminas de arcilla

2. Tipos de SuelosSuelos cohesivosArcillas


33


34


35

Fotografía de la superficie

3. Estructura de los suelosEstructura de suelos granulares


36

Fotografía de un corte transversal



37

Estructura sustituta de esqueletosgranulares en dos dimensiones



38

Densidad suelta y densa de granos



39


Limos medios


40

Fotografía de la superficiede una arena gravosa



41

Estructura paralela (a) y en panal (b) en láminas de arcilla

3. Estructura de los suelosEstructura de suelos cohesivos


42

Par estereográfico de una estructura en panal de una arcilla blanda



43

Estructura paralela de una arcilla dura



44

Estructura con diatomeas



45

Estructura de Grumo



46

Estructura en forma de panal de una arcilla blanda con granos de cuarzo

3. Estructura de los suelosEstructura de mezclas de suelos


47

Corte de un esqueleto granular con relleno de arcilla

3. Estructura de los suelosEstructura de mezclas de suelos


48

La importancia relativa de las fuerzas superficiales puede ser descrita por la superficie específica del suelo

4. Tamaños y distribución de tamaños de los suelosSuperficie específica


49

4. Tamaños y distribución de tamaños de los suelosSuperficie específica

Característica especial de los suelos cohesivos: los granos individuales son tanpequeños que las fuerzas entre las partículas sólidas y el agua existente entre ellasdeterminan la principales características del material.

1 g Arena (d = 0,06 bis 2,0 mm): Superficie 50 cm2

1 g Limo (d = 0,002 bis 0,06 mm): Superficie 500 cm2

1 g Arcilla (d = 0,002 mm): Superficie 300x104 cm2

Superficie específica y el tamaño de los granos dependen directamente suelos sonclasificados de acuerdo con su tamaño y con la distribución de tamaños


50

DIAMETRO DE PARTICULAS d [mm] DENOMINACION

d <0.002 Arcilla

0.002 < d < 0.006 Limo fino

0.006 < d < 0.02 Limo medio

0.02 < d < 0.06 Limo grueso

0.06 < d < 0.2 Arena fina

0.2 < d < 0.6 Arena Media

0.6 < d < 2 Arena Gruesa

2 < d < 6 Grava fina

6 < d < 20 Grava media

20 < d < 60 Grava gruesa

d > 60 Piedras

4. Tamaños y distribución de tamaños de los suelos

El tamaño de los granos (o partículas) es la primera característica de diferenciación de suelos minerales


51

La distribución de tamaños de partículas en suelo se denomina granulometríao análisis granulométrico. La granulometría da el porcentaje en peso de losdiferentes tamaños de material existente en un suelo. Su determinación serealiza de acuerdo con normas (ASTM D 421-85).

Los resultados del análisis granulométricos se representan con una curvagranulométrica

4. Tamaños y distribución de tamaños de los suelosGranulometría


52

CURVA GRANULOMETRICA

4. Tamaños y distribución de tamaños de los suelosCurva granulométrica


53

4. Tamaños y distribución de tamaños de los suelosCurva granulométrica


54

4. Tamaños y distribución de tamaños de los suelosGranulometría mecánica – Laboratorio

Determinar mediante tamizado la distribución de tamaños de partículas de unamuestra de suelo, pasándola por una serie de tamices que disminuyen su tamaño ymidiendo el peso del suelo retenido en cada tamiz.

¿Qué mido? ¿Cómo mido? ¿Qué evalúo? ¿Cómo represento? ¿Cómo interpreto?

Objetivo


55


• Análisis granulométrico –granulometría mecánica–apropiado para tamañosde partícula mayores de 0,063 mm (según DIN) o para tamaños mayores de0,075 mm (según ASTM).

• Tamaños menores a 0,075 mm granulometría por hidrómetro• Granulometría seca Suelos con un contenido muy bajo (despreciable) de

material fino plástico (gravas y arenas limpias)• Granulometría húmeda Suelos con un contenido apreciable de finos

plásticos

Granulometría mecánica – Laboratorio


56


TamicesGranulometría mecánica – Laboratorio


57


TamicesGranulometría mecánica – Laboratorio


58

Granulometría mecánica –Laboratorio

No. tamizAbertura

tamizNo.

tamizAberturatamiz

[-] [mm] [-] [mm]4 4,750 45 0,3555 4,000 50 0,3006 3,350 60 0,2507 2,800 70 0,2128 2,360 80 0,18010 2,000 100 0,15012 1,700 120 0,12514 1,400 140 0,10616 1,180 170 0,09018 1,000 200 0,07520 0,850 230 0,06325 0,710 270 0,05330 0,600 325 0,04525 0,500 400 0,03840 0,425


Número y tamaño de tamices estandarizados en USA


59

Tamaño Máximode partícula

Masa mínimade la muestra

[g]7,5 cm 6000,05,0 cm 4000,02,5 cm 2000,01,0 cm 1000,0

más fino No. 4 200,0más fino No 10 100,0


Masa aproximada de muestra para el análisis granulométrico



60


Equipo

/ Cantidad ElementoVer cuadro

(acetato anterior)Geomaterial

1Juego de tamicesNo. 4, 8, 10, 12, ,16, 20, 30, 40, 50, 100, 200 y fondo

3 Bandejas1 Balanza con sensibilidad de 0.1 g



61


Procedimiento

1. Tome una muestra de suelo secado al horno a 105°C2. Lave el geomaterial colocado sobre el tamiz No.200 utilizando agua común.

Suspenda el lavado cuando el agua que pasa el tamiz sea transparente3. Coloque el material lavado en un recipiente desecador y séquelo al horno

(aprox. 1 día)



62


Procedimiento

4. Haga pasar la muestra a través de una serie de tamices que varíen de diámetrosmayores (arriba) a diámetros menores (abajo) durante 10 minutos. Si nodispone de un agitador mecánico, agite manualmente evitando un ritmo fijo

5. Quite la serie de tamices y pese el material retenido en cada tamiz. Evite lapérdida de material durante este paso. Use un cepillo metálico para remover losgranos retenidos en el tamiz.



63


Procedimiento

6. Sume los pesos retenidos y compare con el peso inicial. Una pérdida dematerial superior al 2% hace necesaria la repetición del experimento.



64


Evaluación

1. Masa de la muestra Mo [g]2. Determine la masa retenida en cada tamiz Mi [g]3. Sume las masas retenidas en los tamices Mtot [g]4. Determine la masa que pasa Mpi en cada tamiz: Mp1 = Mtot – M1 para i

= 1; Mpi = Mp(i-1) –Mi para i ≥ 25. Determine el porcentaje pi de suelo más fino que pasa el tamiz: pi =

(Mpi/M0)*1006. Grafique los valores obtenidos en 5 vs. el tamaño correspondiente en mm en

escala logarítmica



65


Evaluación



66

4. Tamaños y distribución de tamaños de los suelosGranulometría mecánica – Laboratorio


67

Se pide la curva de distribución granulométrica de una muestra de suelo (2000 g). Losdatos obtenidos del tamizado son los siguientes:

TAMAÑO DEL TAMIZABERTURA DEL TAMIZ

[mm]

PESO RETENIDO

[g]

3/4 in. 19.000 0

3/8 in. 9.500 158

No. 4 4.750 308

No. 10 2.000 608

No. 40 0.425 652

No. 100 0.150 224

No. 200 0.075 42

Bandeja 8

Análisis granulométrico – Ejercicio4. Tamaños y distribución de tamaños de los suelos


68

TAMAÑO DEL TAMIZABERTURA DEL TAMIZ

[mm]

PESO RETENIDO

[g]

PORCENTAJE

RETENIDO

PORCENTAJE

RETENIDO

ACUMULADO

PORCENTAJE

QUE PASA

3/4 in. 19.000 0 0.0 0.0 100.0

3/8 in. 9.500 158 7.9 7.9 92.1

No. 4 4.750 308 15.4 23.3 76.7

No. 10 2.000 608 30.4 53.7 46.3

No. 40 0.425 652 32.6 86.3 13.7

No. 100 0.150 224 11.2 97.5 2.5

No. 200 0.075 42 2.1 99.6 0.4

Bandeja 8 0.4 100.0 0.0

Porcentaje retenido = Peso retenido/Peso de la muestra

Porcentaje acumulado = % retenido + % retenido acumulado anterior

Porcentaje que pasa = 100 - % acumulado



69

Número de tamiz

Diámetro de los granos [mm](escala logaritmica)

Porce

ntaje

que p

asa [%

]

Curva Granulométrica



70

Sistemas de clasificación textural4. Tamaños y distribución de tamaños de los suelos

BS

Tamaño de Partículas (mm)

Tamices (U .S Standard)

No. 200

No. 40

No. 10

AASHTO

ASTM

USCS

No. 4

Cantos

4,75 300

3/4 "

3 "

Cantos

0,075 0,425 2,0 4,75 19 75 300

Fina Gruesa

GravaGuijarrosFinos (Arcillas y Limos)

Arena

GruesaMediaFina

Arcilla

0,005

Limo

0,075

Arena

Fina Gruesa

0,425 2,0

0,002 0,006

Grava Cantos

75

Arcilla Limo

20 60 200

2,0 75

Arena

Fina

0,2 0,6 2,0 6,00,02 0,06

Media

Limo Arena GravaGuijarros Cantos

Fina Media Gruesa

0,005 0,075 0,425

Gruesa

Grava

Fina Media Gruesa

Arcilla

Fino Medio Grueso

Guijarros


71

Parámetros de la curva granulométrica4. Tamaños y distribución de tamaños de los suelos

1. Diámetro efectivo: en general d10; representativo para la permeabilidad y lacapilaridad, entre otras cosas

2. Coeficiente de uniformidad Cu o U: grado de desigualdad del material, pendientemedia de la curva granulométrica. Se emplea en la clasificación del suelo. Es unparámetro representativo de la capacidad de compactación, de su aptitudfriccionante, de la permeabilidad y resistencia filtrante. Se define como:

Cu = U := d60 / d10


72

d10: diámetro de partícula del material correspondiente al 10% del materialque pasad60: diámetro de partícula del material correspondiente al 60% del materialque pasa

U < 5 : Suelo de igual forma (Mal gradado o Uniforme)5 ≤ U ≤ 15: Suelo de formas desigualesU > 15 : Suelo de forma muy desigual (Bien

gradado, heterogéneo)



73


3. Coeficiente de curvatura Cc: trayectoria de la curva granulométrica entre el d10 y eld60. Es un parámetro determinar si la curva granulométrica presenta escalonesanchos, angostos o intermitentes se define como:

Cc := (d30)2 / (d60d10)

Escalones angostos: U < 6; Cc cualquier valorEscalones anchos: U ≥ 6; Cc = 1 – 3 Escalones intermitentes: U ≥ 6; Cc < 1 o Cc > 3


74



75



76

Cuando más del 50% en peso seco queda retenido en el tamiz No. 200 seconsidera que el suelo es granular.

Si más del 50% de la fracción gruesa pasa el tamiz No. 4 se considera queel suelo es arena (S) y si más del 50% de la fracción gruesa queda retenidaen el tamiz No. 4 se considera que el suelo es grava (G).

4. Tamaños y distribución de tamaños de los suelosClasificación preliminar


77

4. Tamaños y distribución de tamaños de los suelosGranulometría por hidrómetro – Laboratorio

El análisis por hidrómetro es usado para determinar la distribución de tamaños de suelos de gradación fina.

Objetivo

• El análisis por hidrómetro –granulometría por hidró-metro– se realiza en sueloscon diámtros de partículas menores de 0,075 mm (según ASTM 422-63) o entre0,001 mm y 0,125 mm (según DIN 18123)


78


• El análisis por hidrómetro se basa en:La diferencia de velocidades con que se precipitan granos de igual densidad y

diferente tamaño en agua en reposoLa reducción de la densidad de la suspensión (conformada por agua y

partículas) con el tiempo de precipitación• La relación entre tamaño de granos, densidad y velocidad de precipitación se

describe mediante la ley de STOKES


79


• La distribución de tamaños de granos se determina a partir de la densidadobtenida con la profundidad de penetración de un aerómetro

• Se mide:La temperatura de la suspensión fabricada mediante agitaciónLa profundidad de penetración de un aerómetro que flota libremente.

Esta profundidad depende de la temperatura y de la densidad de lasuspensión

• Debido a que la densidad de la suspensión depende del tiempo se debenrepetir las mediciones en intervalos de tiempo elegidos


80


Escala

Aerómetro

Plano de medición de rs

Suspensión

Centro de gravedad espacial del aerómetro

Cilindro de mediciónAdaptadas de Arcesio Lizcano

81



82

/ Cantidad Elemento50 – 100 g Geomaterial seco al horno tamiz 40

1 Hidrómetro1 Probeta 1000 ml y tapón1 Termómetro1 Balanza con sensibilidad de 0.1 g1 Batidora1 Cronómetro1 Espatula

NaPO3 (Hexametafosfato de sodio)


Equipo


83

Balanza con sensibilidad de 0.1 g


84

Geomaterial secado al horno


85

Triturador


86

Probeta 1000 ml y tapón


87

Tamiz # 40 y fondo


88

Espátulas


89

Termómetro


90

Cronómetro


91

Hidrómetro


92

NaPO3


93


Procedimiento

1. Tome 50 g de material pulverizado y mézclelo con 125 ml de solución deNaPO3 al 4% (mezcle 40 g de material con suficiente agua hasta completar1000 ml)

2. Deje la muestra en reposo durante una hora, aproximadamente3. Transfiera la muestra al vaso de la batidora y agregue agua común hasta llenar

2/3 del vaso. Mezcle la muestra durante 1 min



94


Procedimiento

4. Transfiera el contenido del vaso a un cilindro de se-dimentación. Adicioneagua hasta completar 1000 ml

5. Prepare un cilindro patrón de control con solución dispersante como lausada en el primer paso

6. Tape la boca del cilindro con un tapón y agite la muestra cuidadosamentedurante un minuto



../../../../../03%20Laboratorio/Videos/Hidr%C3%B3metro/Laboratorio.ppt

95


Evaluación


t

hd

ws

35,18

)(:cmg

20msN0010019,0;cos:msN

:]cm[

:s

:cmg

:]mm[

3

22

3

atemperaturladeedependientsuspensiónladeDensidad

CTparadinámicaidadVis

hidrómetroelconmedidaAlturah

ensayodelTiempot

partículaslasdeDensidad

partículadeTamañod

w

s


96


EvaluaciónGranulometría mecánica – Laboratorio

A partir de la concentración de partículas de diámetro d a una profundidad h en untiempo t se determina el porcentaje que pasa:

W0: peso de sólidos por litro de suspensiónCd: corrección por agente dispersantem: corrección por temperaturaR’=h +Cm (menisco). Gs: Gravedad de sólidos

1001

'6226.0

0

s

s

G

GmCdR

Wp


97


Correcciones


• Corrección por menisco• Corrección por temperatura• Corrección del agente dispersivo


98

M : Masa del suelo [g]

W : Peso del suelo húmedo [kN]

F = m·a [kg·m/seg2 = N]

Wd : Peso del suelo seco [kN]

Wr : Peso del suelo saturado [kN]

Ww : Peso del agua en el suelo [kN]

Gas

Líquido

Sólido

5. Relaciones de peso y volumen


99

V : Volumen del suelo [cm3, m3]

Vv : Volumen de vacíos del suelo [cm3, m3]

Vs : Volumen de las partículas sólidas del suelo [cm3, m3]

VW : Volumen del agua del suelo [cm3, m3]

Va : Volumen de aire (o gas)

V = Vv + Vs

VV = Vw + Va

Gas

Líquido

Sólido



100

Densidad [g/cm3]V

M

V

W

V

Wdd

Peso unitario del suelo húmedo [kN/m3]

Peso unitario del suelo seco [kN/m3]

Peso unitario de las partículas

sólidas [kN/m3]

Peso unitario del suelo saturado [kN/m3]V

Wrr

s

ss

V

W



101

Gravedad específica [-]

Peso del volumen de agua que ocupa el mismo volumen de los sólidos. Sedetermina con el picnómetro.

Es un parámetro independiente del tipo de fábrica o estructura, pero indicativodel tipo de minerales

'W

W

V

WG s

ws

ss

SreGs



102

s

V

V

Ve

Porosidad del suelo [-]

Probabilidad de encontrar vacíos en el suelo

Relación de vacíos del suelo [-] (emin,emax)

Es una variable de estado, cambia con los esfuerzos

V

Vn V

vVV

Vne

neen

V

VeVen v

n

ne

1 e

en

1



103

Volumen específico [-]: variable volumétrica de conveniencia matemáticaev 1

Aire

Agua

Partículas de suelo

e

1

n

gg ev 1

nosvolumen

arcillavolumenvacíosdevolumeneg

gra

Volumen específico granular [-]:

Aire

Partículas de arcilla

Partículas granulares

e

1ng

Agua eg

1


104

s se determina por medio del picnómetro

s es generalmente conocido para los minerales más frecuentes en suelos

Para materiales granulares s = 26.5 kN/m3

V

Vn V

V

Vn s1

V

VVn s

s

ss

WV

WVn 1

s

dn

1 1

d

se



105

Material Mineral Principal s [kN/m3] d [kN/m3] r [kN/m3]

Grava gruesa Cuarzo y feldespato 26-27 16 - 19

Arena gravosa (U > 10) Cuarzo 26.5 16 - 20

Arena (U < 5) Cuarzo 26.5 15 - 17

Limo Cuarzo 26.5 16 - 19

Limo Cal 26 - 28 16 - 20

Arcilla, saturada, plástica blanda Caolinita e Illita 27 - 28 15 - 17

Arcilla, plástica dura Caolinita e Illita 27 - 28 17 - 19

Arcilla, rígida Caolinita e Illita 27 - 28 19 - 21

Fuente: Bodenmechanik, G. Gudehus, 1981, Enke Verlag, Stuttgart.

Pesos unitarios de sólidos, pesos unitarios secos y pesos unitarios saturados (valores típicos)



106

Para el cálculo de d (sólo guías):

d se puede determinar por el método del reemplazo:

Plástico



107




Arena (U < 5) Cuarzo 26.5 15 - 17


Limo Cal 26 - 28 16 - 20





Pesos unitarios de sólidos, pesos unitarios secos y pesos unitarios saturados (valores típicos)



108

CargaTenedor

emax: Relación de vacíos máxima Mínima cantidad de suelo granular con la que se puede llenar un recipiente

emin: Relación de vacíos mínimaMáxima cantidad de suelo granular con la que se puede llenar un recipiente

CargaTenedor



109

minmax

max:nn

nnIn

minmax

max:ee

eeIe

Densidad Relativa Dr, ID, Ie, In

• Ie = 0 : Bien suelto

• Ie = 1 : Bien denso

• Ie < 1/3 : Material granular suelto

• 1/3 Ie 2/3 : Densidad media• Ie > 2/3 : Material granular denso



110

Contenido de Agua o humedad:Relación entre componentes incompresibles

s

w

W

W

Humedad máxima:(o de saturación)

ss

w

G

ee

max

Para todos los poros llenos de agua:

VnVW wvww VnVW ssss )1(

s

w

n

n

1max

Grado de saturación: Probabilidad de agua en los vacíos

v

wr

V

VS

max

:



111

Contenido de Agua o humedad:

%100sec

sec

recipienteo

ohumedo

WW

WW

Tipo de suelo Peso

Arcillas y Limos 30 g

Granulares medios 300 g

Granulares gruesos 3000 g



112

Peso unitario húmedo: 1d

ns 11

e

s

1

1

Peso unitario saturado: max1 dr

wdr n

e

e wsr

1

w

s

sr w

1

1


113




Arena (U < 5) Cuarzo 26.5 15 - 17


Limo Cal 26 - 28 16 - 20





Pesos unitarios de sólidos, pesos unitarios secos y pesos unitarios saturados (valorestípicos)



114

Suelo d

[KN/m3]

n

[-]

e

[-]

max

[-]

r

[KN/m3]

Arcilla blanda 12 0.54 1.17 0.45 17

Arcilla rígida 17 0.35 0.53 0.2 20

Limo (cuarzo) 16-19 0.27-0.38 0.37-0.62 0.14-0.24 20-22

Limo (calcáreo) 16-20 0.23-0.38 0.30-0.62 0.12-0.24 20-22

Arena suelta 14 0.46 0.86 0.33 19

Arena densa 19 0.27 0.37 0.14 22

Grava grues 16-19 0.27-0.38 0.37-0.62 0.14-0.24 20-22

Valores típicos de algunos parámetros del suelo

Fuente: Geotechnik - Bodenmechanik und Grundbau, Kolymbas, Springer Verlag



115


masa del suelo

masa del agua desplazada por el suelosG

Determinación de Gs:

W1: peso del picnómetro vacío

W2: peso del picnómetro + suelo seco

W3: peso del picnómetro + suelo + agua

W4: peso del picnómetro + agua

2314

12

WWWW

WWGs


116

Dependiendo de su contenido de humedad los suelos finos puedenalcanzar cuatro estados físicos de consistencia: sólida, semisólida, plásticay líquida.

Los límites de consistencia son humedades de saturación que fijan lasfronteras convencionales entre dichos estados físicos.

6. Límites de consistencia – Límites de ATTERBERG


117

Límite líquido (wL): Contenido de agua para el cual una ranura hecha en unsuelo requiere 25 golpes para cerrarse en una longitud de 1/2 pulgada(13 mm). Aparato: Cazuela de Casagrande wL se determina mediante interpolación del número de golpes

obtenidos para cerrar la ranura en suelos con contenidos de aguacrecientes.

Significado: Límite entre estado líquido y el estado plástico del suelo



118

Cazuela de CASAGRANDE

6. Límites de consistencia – Límites de ATTERBERGLímite Líquido


liquid.mov

119

Determinación de wL



120

Límite líquido: Fall cone test



FallCone_Movie.mov

121

Límite plástico (wp): Contenido de agua para el cual el suelo comienza adesmoronarse cuando se hacen rollos de 3 mm de diámetro.

Significado: Límite entre estado plástico y el estado semisólido del suelo



plastic.mov

122

Límite de contracción (ws): Contenido de agua por debajo del cual un suelono experimenta cambios de volumen. Marca el cambio entre estado sólido ysemisólido del suelo.

Contenido de agua más bajo, en el cual el suelo se comporta plásticamente Contenido de agua para el volumen mínimo alcanzado por secado El menor contenido de agua en el cual el suelo puede estar saturado Presión, temperatura y humedad relativa: influencian proceso de

contracción ws no es una medida completa



123

Curva típica de contracción de un suelo (HEAD, 1984)



124

En limos: límite de contracción similar límite plásticoCambio de humedad por debajo de ws : no produce cambio en el

volumen del sueloCambio de humedad por encima de ws : produce cambio en el volumen

del sueloDiferencia w - ws : medida de la tendencia a la contracción de un suelo

naturalGrietas de tracción (contracción): evaporación desde la superficie en

climas secos y abatimiento del nivel freático



125

Indice de consistencia:PL

LcI

PLPI • IP: Indice de plasticidad: rango de humedad dentro del cual el suelo se comporta como un material plástico.• IL: Indice de liquidez: rango efectivo de plasticidad de un suelo con respecto al rango de humedades del estado plástico

I c Consistencia

I c < 0.5 líquida

0.5 < I c < 0.75 blanda

0.75 < I c < 1 rígida

I c > 1 dura

cL II 1



126

Variación de la consistencia de un suelo fino con el contenido de agua



127



128

Capacidad de absorción de agua (wA): Contenido de agua alcanzado en un sueloseco (polvo) mediante succión del agua de una pipeta Aparato: de ENSLIN

Muestra

Menisco



129

Incremento del contenido de agua con el tiempo

Significado: Entre mayor sea wA mayor será la tendencia a la hinchazón



130

Material Mineral Principal L

[%]

P

[%]

A

[%]

s

[%]

Limo Cuarzo * * 30 * Arcilla limosa Caolinita y Cuarzo 30 – 60 10 – 20 60 10 Arcilla Caolinita 60 – 80 20 80 20

Arcilla Montmorillonita Ca 200 40 300 30 Arcilla Montmorillonita Na 500 60 700 40 Turba Acido de Humus * * 500 *

*: No son determinables de manera confiable Fuente: Bodenmechanik, G. Gudehus, 1981, Enke Verlag, Stuttgart.

Valores típicos de límites líquidos, límites plásticos, capacidad de absorción de agua, límite de contracción



131


Actividad de las arcilla (A): Relación entre el índice de plasticidad y el porcentaje dearcilla

Límites de Atterberg: efectos combinados de tamaños de partículas y composiciónmineral

Skempton (1953): a) Indice de plasticidad depende de la fracción de arcilla, b)Relación índice de plasticidad/fracción de arcilla = constante para un mineral dearcilla dado

%

%

arcilladeFracción

IA P


132

Relación entre el índice de plasticidad y la fracción de arcilla (Skempton, 1953)

Actividad Descripción

< 0.75 Inactiva

0.75 - 1.25 Normal

1.25 - 2.00 Activa

> 2.0 Altamente activa



133

American Association of State Highway and transportation Officials (AASHTO)

Unified Soil Classification System (USCS)

SISTEMA DE CLASIFICACION USCS(desarrollado por Casagrande)

G: Grava O: OrgánicoS: Arena PT: TurbaM: Limo W: Bien gradadoC: Arcilla P: Mal gradado

7. Clasificación del suelo


134


135

7. Clasificación del suelo – Carta de Plasticidad


136

7. Clasificación del suelo – Carta de Plasticidad

7

Indic

e d

e P

lasticid

ad, IP

Límite Líquido, wl

90 10070 8040 50

20

30

CL-ML

ML

0

10

4

6010

CL

20 30

50

60

CH

40

Arcilas inorgánicas

de baja plasticidad,

arcillas arenosas y

limosas

Limos inorgánicos y

orgánicos y arcillas limosas

de baja plasticidad, polvo de

roca, arenas finas limosas y

arcillosas

IP = 0,9 (wl - 8)

IP = 0,73 (wl - 20)

Arcillas limosas y

limos arcillosos

ML & OL

Arenas finas y limos

micáceos y diatomáceos,

limos elásticos, limos

orgánicos, arcillas y arcillas

limosas

OH & MH

Arcillas inorgánicas de

alta plasticidad


137

Localización de minerales comunes de arcilla en la carta de plasticidad7. Clasificación del suelo


138

Aproximación de ws a partir de wL y IP

43.4338.46

53.4538.46

P

Ls

I


Documents

Módulo 1 Origen y clasificación de suelos · 2 1. Orígenes, Formación y Composición del suelo 2. Tipos de suelo 3. Estructura de los suelos 4. Tamaño de partículas y distribución