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SESION III:SUELOS FINOS
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SUELOS LIMO ARCILLOSOSSUELOS LIMO ARCILLOSOS
El limo es inestable.El limo es inestable. Difícil de compactar, fácilmente erosionable y sujeto al fenómeno de tubificación.
La arcilla tiene adherencia, consistencia o La arcilla tiene adherencia, consistencia o cohesión que varía con la humedad.cohesión que varía con la humedad.Características asociadas a la físico-química de la partícula, mineralogía, capacidad de intercambio iónico (fuerzas de atracción y repulsión moleular).
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Las partículas que no puedan identificarse Las partículas que no puedan identificarse individualmente se denominan partículas finasindividualmente se denominan partículas finas
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IDENTIFICACION DE SUELOS LIMOARCILLOSOSIDENTIFICACION DE SUELOS LIMOARCILLOSOS
EN EL CAMPO CON EL MATERIAL QUE PASA LA MALLA No. 40EN EL CAMPO CON EL MATERIAL QUE PASA LA MALLA No. 40::
A. Dilatancia (Reacción a la agitación) B. Resistencia en estado seco (a la disgregación)C. Tenacidad (consistencia cerca del límite plástico)
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A. Dilatancia (Reacción a la agitación)
• Se prepara una pastilla de suelo húmedo.• Colóquese la pastilla en la mano.• Agítese golpeando varias veces. •• El limo en que la superficie de la pastilla, adquiereEl limo en que la superficie de la pastilla, adquiere
una consistencia brillante debido a la expulsión deluna consistencia brillante debido a la expulsión delaguaagua..
• Las arenas limpias dan la reacción más rápida.• Las arcillas no presenta reacción.
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Ensayo de dilatanciaEnsayo de dilatancia
Se evalúa la velocidad de aparición de agua en la Se evalúa la velocidad de aparición de agua en la superficie de la mezcla, al sacudir la palma de la mano superficie de la mezcla, al sacudir la palma de la mano
(nula, muy lenta, (nula, muy lenta, lentalenta, rápida)., rápida).
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B. B. Resistencia en Estado Seco (a la disgregación).Resistencia en Estado Seco (a la disgregación).
• Se prepara una pastilla de suelo húmedo.• Se deja secar la pastilla al sol, luego midiendo
su resistencia, desmoronándola con los dedos. •• La resistencia (en estado seco) aumenta con laLa resistencia (en estado seco) aumenta con la
plasticidad (presencia de arcilla).plasticidad (presencia de arcilla).• Una elevada resistencia es una arcilla CH. • Un limo posee una resistencia muy ligera. • Las arenas finas limosas tienen resistencia ligera.
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Ensayo de Resistencia en Estado SecoEnsayo de Resistencia en Estado Seco
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Se evalúa la resistencia ante Se evalúa la resistencia ante lala presión de los dedos, de presión de los dedos, de una una muestramuestra seca al aire (nula, ligera, media, alta, muy alta)seca al aire (nula, ligera, media, alta, muy alta)
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• Formar con una masilla de suelo un cilindro deaproximadamente 3 mm. de diámetro.
• Con el amasado la humedad se reduce y la muestra adquiere una consistencia dura.
•• Cuanto más tenaz es el rollito y cuanto más durosCuanto más tenaz es el rollito y cuanto más durosson los trozos al desmoronarse, mayor esson los trozos al desmoronarse, mayor esel contenido de arcillael contenido de arcilla..
C. C. Tenacidad (consistencia cerca del Tenacidad (consistencia cerca del L.PL.P.).)
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Ensayo deEnsayo de TenacidadTenacidad
Se evalúa la consistencia del suelo con humedad Se evalúa la consistencia del suelo con humedad cercana al límite plástico (nula, ligera, media, alta)cercana al límite plástico (nula, ligera, media, alta)
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CONTRACCION DE CONTRACCION DE ARCILLASARCILLAS
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CAMBIOSCAMBIOS VOLUMETRICOS Y LIMITE DE VOLUMETRICOS Y LIMITE DE CONTRACCIONCONTRACCION
L.CL.C..
L.PL.P..
L.LL.L..
CONCON VARIACIONVARIACIONVOLUMETRICAVOLUMETRICA
SIN VARIACIONSIN VARIACIONVOLUMETRICAVOLUMETRICA
ARCILLA DE BAGUAARCILLA DE BAGUA
(“CONTRACTIVO”)(“CONTRACTIVO”)
ARCILLA DE TALARAARCILLA DE TALARA
(“EXPANSIVO”)(“EXPANSIVO”)
A. ORDOÑEZ, 1999
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Suelos de comportamiento variable, generalmente compresibles y de baja capacidad de soporte.Resistencia : variable, bajaCohesión : variableFricción, φ’ : nulaPeso unitario : 1.6 a 1.8 ton/m2
Compresibilidad : variable, altaCapacidad de soporte : 0.5 a 2.0 kg/cm2
Módulo elástico : 10 a 150 kg/cm2
Suelos pueden ser malos como cimentación.Necesidad de ensayos de consolidación.Cimentación con zapatas conectadas o losas.Estructuras deben transmitir bajas presiones.
DEPOSITOS DE ARCILLAS
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Investigaciones Geotécnicas•Caracterización Física: Granulometría, Indices de Consistencia, Humedad Natural, Gravedad Específica.
•Calicatas y Sondajes con posteadora manual.
•Perforación “wash boring” o rotatoria (arcillas duras)
•Ensayos de consolidación.
•Ensayo de compresión simple ó triaxial UU.
•Ensayos de Penetración Standard (no recomendable).
•Ensayos de Penetración Estática o veleta (arcillas blandas).
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ENSAYO DE PENETRACION CUASI-ESTATICA DE SUELOS CON CONO Y
CONO DE FRICCION
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1. ALCANCES• DETERMINACION “IN SITU” DE LA
RESISTENCIA POR PUNTA Y POR FRICCIÓN LATERAL, ASTM D 3441
• USO DEL CONO HOLANDES MECANICO O ELECTRICO Y EL PIEZOCONO
• EN ARCILLAS BLANDAS Y ARENAS FINASES POSIBLE REALIZAR ENSAYOS HASTA PROFUNDIDADES DE 40m.
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2. TIPOS DE CONO
• CONO MECANICO EL DENOMINADO CONO HOLANDES
• CONO ELECTRICO DE FRICCION UTILIZA UNA DELDA DE CARGA PARA MEDIR LAS FUERZAS
• PIEZOCONO ELECTRICO UTILIZA UN DISCO POROSO PARA MEDIR LA PRESION DE POROS
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FIG. 1 CONO HOLANDESMECANICO
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FIG. 2 CONO ELECTRICO
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FIG. 3 PIEZOCONO ELECTRICO
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3. DEFINICIONES IMPORTANTES
• RESISTENCIA CONICA qc: LA FUERZA VERTICAL ENTRE LA PROYECCION DEL ÁREA DEL CONO
• RESISTENCIA POR FRICCIÓN fs: LA FUERZA VERTICAL APLICADA AL MANGO DIVIDIDO POR EL ÁREA DE LA SUPERFICIE.
• RELACION DE FRICCIÓN Rf: fs/qcEXPRESADA EN PORCENTAJE.
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4. PROCEDIMIENTO DE ENSAYO
• APLICAR UNA FUERZA VERTICAL AL CONO Y A LAS BARRAS EXTERNAS DE EXTENSION HASTA LA PROFUNDIDAD DE ENSAYO.
• APLICAR Y MEDIR LA FUERZA VERTICAL PERMANENTE A LA PUNTA CONICA A TRAVES DE LAS BARRAS INTERNAS.
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Continuación...
• MANTENER UNA VELOCIDAD DE PENETRACION CONICA DE 1 A 2 cm/seg.
• ES POSIBLE MEDIR LAS PRESIONES DE PORO GENERADAS EN LA PUNTA DURANTE LA PENETRACION (PIEZOCONO).
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Continuación...
• EN CONOS CON MANGOS DE FRICCIÓN APLICAR Y MEDIR LA FUERZA VERTICAL.
• APLICAR UNA FUERZA VERTICAL AL CONO Y A LAS BARRAS EXTERNAS A LA SIGUIENTE PROFUNDIDAD DE ENSAYO.
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FIG. 4 PROCEDIMIENTO
DE ENSAYO
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FIG. 5 RESULTADOS EN SUELOS
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FIG. 6 RESULTADOS EN SUELOS
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5. CORRELACIONES PARA ARCILLAS BLANDAS
• El valor qc es utilizado directamente en análisis y diseño.
• su es obtenido a partir de (Bowles, 97):su = (qc-po)/Nk
donde:
po : presión de “tapada”, γzNk : 13 + 5.5 IP/50 (+/- 2)
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6. CORRELACIONES PARA ARENAS
• Densidad Relativa, DR para depósitos de arenas n.c. (Ko=0.45) y o.c. (Bowles, 1997):
DR = 1/2.38 ln[ qc/(248 σ,ho
0.55)]
qc, σ,ho en kPa
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ENSAYO DE VELETA
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º
c = qult/2
qult : Presión Vertical Máximac : Cohesión o resistencia no
drenada
qultCOMPRESION SIMPLE
NO CONFINADA
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EQUIPOTRIAXIAL
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Ensayo de Compresión TriaxialEnsayo de Compresión TriaxialNo Consolidado No DrenadoNo Consolidado No Drenado
TXTX-- UUUU
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ENSAYO TRIAXIAL UU
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TRIAXIAL UU
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Ensayo Triaxial UU(no consolidado- no drenado)
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Ensayo de Compresión TriaxialEnsayo de Compresión TriaxialConsolidado No Drenado con Consolidado No Drenado con Medición de Presión de PorosMedición de Presión de Poros
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ENSAYO CONSOLIDADO NO DRENADO
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INFLUENCIA DE LA PRE-CONSOLIDACION EN ENSAYOS TX-CU
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ENSAYO DE CONSOLIDACION ASTM D-2435
CONSOLIDOMETRO UNI
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celda de consolidación
deform ación
contrapeso de viga
parte superior de carga
plata form a
pórtico
Superfic ie fijaapoyo
pesos
polea s in fricción
cable
gata
cruceta
pesa corrediza
celda de consolidación
deform óm etro
b). PO R TIC O D E C O N SO LID AC IO NTIPO C ASA G R AN D E
a). PO R TIC O D E C O N SO LID AC IO NTIPO PLATAFO R M A D E BALANZA
SISTEMA DE CARGA DEL CONSOLIDOMETRO
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8.88
8.75
8.78
8.65
8.68
8.558.1
CURVA TIPICA DE CONSOLIDACION
RELA
CION
DE
VACI
OS (e
)
CARGA ( kg/cm2)1 18
σoσf
∆e∆h=∆e/(1+eo).H
σo=presión inicial
eo=relación de vacíos inicial
σf=presión inicial + presión transmitida
∆e=Variación de relación de vacíos
H=espesor del estrato de arcilla
∆h=asentamiento del estrato
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TIPOS DE ARCILLAS
ee
Log pLog p
1.51.5
1.01.0
0.50.5
Arcilla Blanda Normalmente Consolidada
Arcilla Pre-consolidada
Arcilla Dura Sobreconsolidada
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Log pLog p
1.51.5
1.01.0
0.50.5
Arcilla Pre-consolidada
ee
p´p´cc
p´p´cc : Presión de : Presión de PrePre--consolidaciónconsolidación
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PREDICCION DE LAS PREDICCION DE LAS PRESIONES DE POROPRESIONES DE PORO
Utilizar parámetros Utilizar parámetros no drenadosno drenados conducen conducen a determinación de valores de a determinación de valores de FS bajosFS bajos o o
conservadores. conservadores.
En En grandes obrasgrandes obras se recomiendan utilizar se recomiendan utilizar parámetros drenadosparámetros drenados y medir o predecir los y medir o predecir los
valores de las valores de las presiones de poro.presiones de poro.
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PARAMETROS DE PRESION DE POROS A y BPARAMETROS DE PRESION DE POROS A y B
SkemptonSkempton 19541954
∆u = B∆σ3 + AB(∆σ1-∆σ3) = B∆σ3 + A(∆σ1-∆σ3)
[ ]
Donde: A = AB
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VALORES DE BVALORES DE B
Para suelos saturados : B=1Para suelos secos : B=0
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Relación entre B y Grado de Saturación
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Factores que influyen en A
1.1. Estado de Esfuerzos de Consolidación Estado de Esfuerzos de Consolidación inicial (inicial (isotrópicoisotrópico o o anisotrópicoanisotrópico))
2.2. Historia de esfuerzos (grado de preHistoria de esfuerzos (grado de pre--consolidación)consolidación)
3.3. Proporción del esfuerzo de falla aplicado Proporción del esfuerzo de falla aplicado (deformación de la muestra)(deformación de la muestra)
4.4. Tipo de cambio de esfuerzos (carga o Tipo de cambio de esfuerzos (carga o descarga) descarga)
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Parámetro BParámetro B
B = (B = (∆∆uuoo + + ∆∆uu11)/)/∆σ∆σ11 = B [ 1 = B [ 1 -- (1 (1 -- A)(1 A)(1 -- ∆σ∆σ33//∆σ∆σ11)])]
Con la variación del esfuerzo principal mayor se puede obtener una coeficiente global:
Donde B se obtiene con una deformación lateral unitaria constante, manteniendo la misma relación σ3/σ1, pues σ1 y σ3 se incrementan en forma simultánea.
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PRESION DE POROSPRESION DE POROSFINAL DE LA CONSTRUCCIONFINAL DE LA CONSTRUCCION
La construcción de terraplenes de gran tamaño La construcción de terraplenes de gran tamaño suele ser de gran duración, es probable que se suele ser de gran duración, es probable que se presenten una disipación de presión de poros.presenten una disipación de presión de poros.
u = uo + ∆u = uo + B ∆σ1
uo : presión de poros inicial∆u : variación de u debido a un cambio
del esfuerzo principal mayor ∆σ1
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Utilizando:
ru = u/γh ⇒ ru = uo/γh + B ∆σ1/γh
Sin embargo:
∆σ1 = γh
Entonces: ru = uo/γh + B
Utilizando:
ru = u/γh ⇒ ru = uo/γh + B ∆σ1/γh
Si: uo = 0 (%Sr < OCH) ⇒ rruu = = BB