AULA DARQUITECTURA 44

El terreno

AULA DARQUITECTURA

EDICIONS UPC

El terreno

Matilde Gonzlez Caballero

La presente obra fue galardonada en el octavo concurso"Ajuts a l'elaboraci de material docent" convocado por la UPC.

Primera edicin: septiembre de 2001

Diseo de la cubierta: Manuel Andreu

Matilde Gonzlez, 2001

Edicions UPC, 2001Edicions de la Universitat Politcnica de Catalunya, SLJordi Girona Salgado 31, 08034 BarcelonaTel.: 934 016 883 Fax: 934 015 885Edicions Virtuals: www.edicionsupc.esE-mail: edicions-upc@upc.es

Produccin: C. Miracle S.A.Rector Ubach 6-10, 08021 Barcelona

Depsito legal: B-35.098-2001ISBN: 84-8301-530-7

Quedan rigurosamente prohibidas, sin la autorizacin escrita de los titulares del copyright, bajo las san-ciones establecidas en las leyes, la reproduccin total o parcial de esta obra por cualquier medio o pro-cedimiento, comprendidos la reprografa y el tratamiento informtico, y la distribucin de ejemplares deella mediante alquiler o prstamo pblicos.

Prlogo de El terreno 7

Prlogo

Este libro pretende ser gua y manual para todos los estudiantes universitarios, principalmente losrelacionados con la Arquitectura e Ingeniera, interesados en algunos temas de los expuestos en laasignatura El terreny; asignatura optativa de la que la autora, Matilde Gonzlez Caballero, esresponsable, y que sus contenidos se imparten desde el Departamento de Estructuras en laArquitectura, en la Escuela Tcnica Superior de Arquitectura de Barcelona, y algunos temasrelacionados con la cimentacin profunda (Fonamentacions-2) en la Escuela Tcnica Superior deArquitectura del Valls.

La autora es desde 1976 arquitecta por la Escuela Tcnica Superior de Arquitectura de Barcelona, yprofesora asociada y encargada de curso de la asignatura Mecnica del Suelo desde 1982 hasta 1990,en que ya como Titular de Escuela Universitaria contina impartiendo casi el mismo programa perocon el nombre de Geotcnia Bsica a lArquitectura, dependiendo entonces del Departamento deIngeniera del Terreno. Desde 1995, ya desde el Departamento de Estructuras en la Arquitectura y conel nombre de El terreny, el temario se concreta al estado actual y se ampla respecto a los anterioresen el aspecto estructural de los temas de cimentaciones, y se incluye el tema de elementos decontencin flexible o pantallas.

El objetivo principal de la asignatura, y por tanto de lo expuesto en este libro, se puede resumir en dara conocer las bases necesarias para entender y prever el comportamiento tenso-deformacional delsuelo, a lo largo de todo el proceso de adecuacin e interaccin de un proyecto arquitectnico con larealidad del suelo.

En los cuatro primeros temas se dan las pautas para poder, segn los casos, idealizar el suelo como unconjunto slido elstico o plstico, a la vez que se muestra su real complejidad como un conjuntocuatrifsico (partculas minerales, agua, aire y gas), y con la posible heterogeneidad yestratificaciones de potencia o espesor variables.

Tambin, tras la teora del tema 5 (tcnicas y medios para el reconocimiento de los suelos), sepotencia la aplicacin prctica: desde la interpretacin de unos estudios geotcnicos; con lasdeducciones de datos de inters geolgico-geotcnico necesarios para la decisin de un tipo u otro decimentacin, hasta manejar las frmulas y los clculos previsibles de resistencia y deformabilidad delsuelo en respuesta a las cargas y actuaciones de la propia estructura y de otras vecinas. (temas 2, 3, 4,8, 9 y 10).

As mismo, se pretende ayudar a adquirir los criterios bsicos que faciliten la toma de decisin entodo lo referente al suelo y al diseo y clculo de muros de contencin y cimentaciones superficiales yprofundas, (temas 6, 7, 8, 9 y 11). Con todo ello se conseguir ampliar lo ms posible elentendimiento entre el arquitecto, como principal responsable del hecho arquitectnico, y los tcnicosespecialistas en la informacin geotcnica o en cimientos que el proyecto arquitectnico requiera.

ndice de El terreno 9

ndice1 Origen y clasificacin del suelo1.1 Introduccin a la Mecnica del Suelo ................................................................................... 131.2 Clasificacin de suelos .......................................................................................................... 151.3 Consistencia de los suelos ...................................................................................................... 22

1.3.1 Lmites de Atterberg .................................................................................................. 221.4 Clasificaciones cientficas ...................................................................................................... 241.5 Propiedades ndice .................................................................................................................. 26

1.5.1 Caractersticas fsicas de volumen. Pesos especficos ............................................... 261.5.2 Humedad natural, w ................................................................................................... 271.5.3 ndice de poros, e ...................................................................................................... 281.5.4 Porosidad, n .............................................................................................................. 281.5.6 Densidad saturada, sat ............................................................................................... 28

1.6 Compactacin ........................................................................................................................ 301.6.3 Ensayo Proctor .......................................................................................................... 30

2 El agua en el suelo

2.1 Introduccin ........................................................................................................................... 332.2 Estados del agua en el suelo ................................................................................................... 332.3 Nivel fretico o nivel piezomtrico ........................................................................................ 342.4 Capilaridad ............................................................................................................................. 352.5 Humedad de contacto ............................................................................................................. 372.6 Movimiento del agua en el suelo. Permeabilidad .................................................................. 382.7 Coeficiente de permeabilidad: k ............................................................................................ 422.8 Medicin de la permeabilidad en laboratorio ........................................................................ 452.9 Otros movimientos no gravitatorios del agua: electrosmosis y termosmosis .................... 472.10 Otros factores que influyen en la permeabilidad ................................................................... 472.11 Determinacin de la permeabilidad in situ ........................................................................... 472.12 Tensin efectiva. Tensin neutra o tensin de poro .............................................................. 482.13 Gradiente hidrulico crtico, ic ............................................................................................... 512.14 Valores de permeabilidad y drenaje ....................................................................................... 552.15 Consideraciones sobre el sistema agua-suelo ........................................................................ 56

3 Compresibilidad de los suelos. Teora de la consolidacin

3.1 Introduccin ........................................................................................................................... 593.2 Relaciones tensin-deformacin con drenaje ........................................................................ 593.3 Suelos normalmente consolidados y sobreconsolidados ...................................................... 603.4 Compresibilidad de arcillas normalmente consolidadas ........................................................ 613.5 Mdulo edomtrico ................................................................................................................ 63

10 El terreno

3.5.1 Coeficiente de compresibilidad volumtrica: mv ...................................................................................... 633.6 Clculo de asiento de consolidacin ...................................................................................... 643.7 Compresibilidad de estratos preconsolidados de arcilla ........................................................ 663.8 Consolidacin de las capas de arcilla. Teora restringida de Terzaghi y Frlich .................. 683.9 Coeficiente de consolidacin, Cv ........................................................................................... 713.10 Ensayo de consolidacin. Edmetro ...................................................................................... 733.11 Limitacin de las deformaciones ........................................................................................... 763.12 Mtodos de mejora del terreno .............................................................................................. 77

4 Estados de equilibrio esttico de un suelo elstico y plstico

4.1 Problemas tensionales en Mecnica del Suelo ...................................................................... 814.2 Estados de equilibrio I y II; elstico y lmite ......................................................................... 84

4.2.1 Crculo de Mohr ........................................................................................................ 864.3 Tercera condicin de equilibrio para el estado I ................................................................... 914.4 Estado de equilibrio II (precede a la rotura) .......................................................................... 944.5 Tensiones en el semiespacio de Boussinesq .......................................................................... 98

4.5.1 Carga puntual ............................................................................................................ 994.5.2 Carga lineal ............................................................................................................... 99

4.6 Tensiones caractersticas ...................................................................................................... 1014.7 Equilibrio lmite .................................................................................................................... 105

4.7.1 Teora de equilibrio lmite de Rankine .................................................................... 1064.7.2 Introduccin al estado activo y pasivo ......................................................................106

4.8 Ensayos mecnicos ............................................................................................................... 1124.8.1 Ensayo de compresin simple o compresin no confinada ..................................... 1124.8.2 Ensayo de corte directo ............................................................................................ 1144.8.3 Ensayo triaxial .......................................................................................................... 115

5 Tcnicas y medios de reconocimiento del terreno

5.1 Introduccin .......................................................................................................................... 1195.2 Normativa ............................................................................................................................. 1195.3 Estudios geotcnicos ............................................................................................................. 1205.4 Campaas de reconocimiento ............................................................................................... 1225.5 Tcnicas manuales de reconocimiento ................................................................................. 1235.6 Tcnicas mecnicas de reconocimiento. Perforaciones. Sondeos ........................................ 124

5.6.1 Sondeos mecnicos .................................................................................................. 1245.6.2 Ensayos de penetracin esttica ............................................................................... 1265.6.3 Ensayo continuo de penetracin dinmica ............................................................... 1285.6.4 Ensayo estndar de penetracin dinmica: S.P.T. ................................................... 129

5.7 Otros medios de prospeccin ................................................................................................ 1325.8 Ensayos de laboratorio .......................................................................................................... 1355.9 Mtodos de prospeccin geofsica ........................................................................................ 136

6 Teora de empujes. Elementos de contencin rgidos. Muros6.1 Introduccin. Generalidades de los muros ........................................................................... 1396.2 Tipologa de muros ............................................................................................................... 1406.3 Interaccin tierras-muro. Empujes al reposo, activo y pasivo .............................................. 1436.4 Teoria de Coulomb para el empuje activo ............................................................................ 1486.5 Hiptesis de Rankine para el clculo de muros en estado activo ......................................... 151

ndice de El terreno 11

6.6 Sobrecargas ........................................................................................................................... 1536.7 Muros en L (o en cantilever) ................................................................................................ 1556.8 Muros de contrafuertes ......................................................................................................... 1566.9 Esquemas de armado para diferentes tipologas de muros ................................................... 1576.10 Accin del agua en los muros ............................................................................................... 1586.11 Predimensionado de los muros ............................................................................................. 1596.12 Accin total en muros ........................................................................................................... 1606.13 Diseo estructural del muro ................................................................................................. 162

7 Taludes y laderas

7.1 Introduccin y nomenclatura ................................................................................................ 1657.2 Anlisis para la estabilidad y el diseo ................................................................................. 1667.3 Causas de los movimientos de ladera ................................................................................... 1667.4 Mtodos de anlisis de la estabilidad de los taludes ............................................................. 1677.5 Rotura circular ...................................................................................................................... 171

7.5.2 Tipos de crculos de rotura.crticos .......................................................................... 1727.5.4 bacos de Taylor ..................................................................................................... 174

7.6 Talud indefinido .................................................................................................................... 1777.7 Medidas para incrementar la estabilidad de un talud ............................................................ 1787.8 Movimientos de ladera .......................................................................................................... 1787.9 Ejemplos de roturas y desprendimientos .............................................................................. 181

8 Cimentaciones superficiales

8.1 Generalidades ........................................................................................................................ 1878.2 Bases de diseo ..................................................................................................................... 1888.3 Carga de hundimiento de las cimentaciones ......................................................................... 1908.4 Carga admisible .................................................................................................................... 1918.5 Procedimientos tericos para determinar la carga de hundimiento ...................................... 1928.6 Carga descentrada ................................................................................................................. 1978.7 Influencia del agua fretica en la carga de hundimiento ...................................................... 1978.8 Suelo estratificado ................................................................................................................ 2008.9 Determinacin de la capacidad de carga mediante ensayos de placa de carga .................... 2048.10 Presin admisible a partir de datos del penetrmetro esttico ............................................. 2068.11 Presiones admisibles en la Norma NBE-AE/88 .................................................................... 207

9 Cimentaciones profundas

9.1 Introduccin .......................................................................................................................... 2099.2 Clasificaciones de los pilotes ................................................................................................ 2109.3 Diseo y clculo de cimentaciones profundas ...................................................................... 2119.4 Capacidad de carga del pilotaje ............................................................................................ 2119.5 Determinacin de la carga de hundimiento de un pilote ....................................................... 212

9.5.1 Terreno involucrado en la resistencia por punta ...................................................... 2139.5.2 Frmulas estticas .................................................................................................... 2149.5.3 Frmulas prcticas ................................................................................................... 216

9.6 Pruebas de carga de un pilote ............................................................................................... 2189.7 Proceso de diseo y clculo ................................................................................................. 2199.8 Rozamiento negativo ............................................................................................................. 2239.9 Pilotes hincados. Resistencia dinmica de pilotes ............................................................... 2289.10 Resistencia del grupo de pilotes ........................................................................................... 228

12 El terreno

9.11 Reparto de cargas en un pilotaje .......................................................................................... 2309.12 Comprobaciones que se deben considerar en un proyecto de pilotaje ................................. 2329.13 Asientos ............................................................................................................................... 2339.14 Resumen en organigrama del diseo de un pilotaje ........................................................... 235

10 Teora de asientos10.1 Introduccin. Generalidades ................................................................................................ 23710.2 Mtodos de clculo .............................................................................................................. 23810.3 Mtodos elsticos ................................................................................................................. 239

10.3.1 Asientos bajo carga rectangular (Scheleicher y Terzaghi) ...................................... 24010.3.2 Steinbrenner ............................................................................................................ 241

10.4 Mtodos edomtricos ........................................................................................................... 24310.5 Correcciones para la aproximacin a la realidad ................................................................. 24510.6 Determinacin de asientos a partir de ensayos de campo .................................................... 24710.7 Coeficiente de balasto .......................................................................................................... 24910.8 Asientos de pilotes y pilotajes .............................................................................................. 25110.9 Asientos diferenciales. Distorsin angular ........................................................................... 251

11 Pantallas

11.1 Introduccin ......................................................................................................................... 25511.2 Estructuras de contencin flexibles ...................................................................................... 25511.3 Informacin previa al diseo de pantallas ............................................................................ 25611.4 Anlisis de la informacin necesaria .................................................................................... 25711.5 Tipos de pantallas ................................................................................................................. 25711.6 Acciones en las pantallas ...................................................................................................... 25811.7 Anlisis del clculo de empujes en pantallas ....................................................................... 259

11.7.1 Influencia de los movimientos pantalla-terreno en los empujes .............................. 25911.8 Pantalla en voladizo .............................................................................................................. 26111.9 Influencia de la cohesin ...................................................................................................... 26511.10 Pantalla anclada ........................................................................................................... 267

11.10.1 Mtodo del soporte libre .......................................................................................... 26811.10.2 Mtodo del soporte fijo ............................................................................................ 271

11.11 Efecto de las sobrecargas ...................................................................................................... 27311.12 Efecto de la presin de agua y de la filtracin ...................................................................... 27411.13 Influencia de la compactacin .............................................................................................. 27511.14 Anclajes ................................................................................................................................ 27711.15 Entibaciones .......................................................................................................................... 28111.16 Rotura y levantamiento del fondo de una excavacin .......................................................... 284

Ejercicicios....................................................................................................................................... 287Anexo 1 Sistema Unificado de Suelos de la ASTM ........................................................................... IAnexo 2 Relaciones entre algunas unidades de medida de los sistemas ms habituales ..................... IIAnexo 3 Esquema de corte geolgico de Barcelona ........................................................................... III

Referencias bibliogrficas ............................................................................................................. V

1 Origen y clasificacin del suelo 13

1 Origen y clasificacin del suelo

1.1 Introduccin a la Mecnica del Suelo

De las definiciones existentes de esta materia se eligen las siguientes: segn Schulze, ciencia queestudia los esfuerzos en el terreno, y sus efectos, y segn Jimnez Salas, ciencia que se ocupa de lasmodificaciones que en los estados de equilibrio y de tensiones de la corteza terrestre producen lasconstrucciones humanas.

En resumen: la Mecnica del Suelo estudia problemas de equilibrio y deformacin de masas de tierra.Masas de tierra conformadas por varias capas de suelos de naturaleza y espesores diferentes. Suelosque en s ya no son homogneos ni monofsicos, sino que en cada uno de los diferentes tipos de suelo,nos encontramos con la fase slida de las partculas de suelo propiamente dicho, y con otras fasescomo aire, agua o hielo, e incluso gas; es decir, el suelo puede llegar a ser tetrafsico. Existenconexiones con otras ciencias y disciplinas, como la Qumica, la Geologa, la Hidrulica, etc. Lasmasas de tierras pueden estar sometidas a esfuerzos interiores y exteriores tambin de naturaleza eintensidad diferentes, como pueden ser acciones hidrulicas, vibratorias, ssmicas, gravitatorias, etc.

1.1.1 Historia. Antecedentes. Desarrollo

La Mecnica del Suelo es una ciencia relativamente joven; su nombre actual existe desde 1925, ao enel que el profesor checo Karl Terzaghi public en Viena su tratado Erdbaumechanik. Es evidente que,mucho antes de Terzaghi, los constructores, ingenieros y arquitectos se haban preocupado por elsuelo. Hay estudios del mismo, considerado desde el punto de vista constructivo, que se remontan apocas muy anteriores; los habitantes prehistricos construyeron ciudades lacustres sobre lagos, en loque ahora es Suiza e Italia. Erigieron habitculos sobre pilotes, los palafitos; esto implica ciertaexperiencia en el comportamiento del suelo.

Los pueblos de la Antigedad, persas, griegos y romanos, construyeron puentes, templosmonumentales, grandes obras hidrulicas como los acueductos, etc.

En la Edad Media, la construccin de las catedrales, con su gran peso, implica que ya tenanconocimientos importantes sobre el comportamiento de los suelos.

Pero es a partir del siglo XVIII cuando los estudios de las tierras tienen un desarrollo ms tcnico, seprecisan las nociones de equilibrio, empuje de tierras sobre muros, etc.

En 1704 el mariscal Vauban public el Tratado de ataque a las plazas, y en 1706 el Tratado de ladefensa de las plazas.

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Coulomb, en 1773, present una memoria de los principios de su teora sobre el empuje de tierras. Setitulaba Ensayo sobre una aplicacin de mximo y mnimo a algunos problemas de esttica relativos ala arquitectura.

El 21-3-1971, en Espaa, se publica una ley del Ministerio de la Vivienda que obliga a incluir en elproyecto de todo edificio un anejo de clculo de cimentacin y de las bases geolgico-geotcnicas enque se fundamenta dicho clculo.

El objeto de esta asignatura es el conocimiento y la aprehensin de experiencias de estructuras defundamentos o cimientos, y motivar su estudio para conseguir una correcta puesta en obra de unproyecto arquitectnico.

La Mecnica del Suelo en Arquitectura induce la aplicacin de los Principios de la mecnica clsica (yde la hidrulica) a un cuerpo complejo (con posibilidad de ser tetrafsico), como es el suelo, base de laconstruccin arquitectnica. La Mecnica del Suelo en el campo ingenieril se denomina Geotecnia.

1.1.2 Origen y clasificacin de los suelos

Los trminos suelo y roca tienen distinto significado, segn sea el campo profesional dondeintervengan.El significado de suelo para ingenieros y arquitectos es diferente del dado por gelogos o bilogos;stos no valoran las caractersticas de resistencia y deformacin.

El terreno desde el punto de vista constructivo y geotcnico, comprende la capa ms exterior de lacorteza terrestre, de espesor variable segn los casos; generalmente desde cerca de un metro a unasdecenas de metros. Se clasifica en dos principales categoras: suelo y roca.

Suelo: tambin llamado roca en estado suelto, sedimento no muy consolidado o producto demeteorizacin, es todo agregado natural de partculas minerales resultado de la alteracin qumica ofsica de las rocas, separable por medios mecnicos de poca intensidad. Ejemplos de alteracinqumica: oxidacin, hidratacin, hidrlisis, disolucin...Ejemplos de alteracin fsica: variacin detemperatura, crioclastia o congelacin, erosin por el viento,...

Roca: agregado natural de partculas minerales (ms bien cristales) unidas por fuerzas cohesivaspotentes y permanentes. Se suele considerar roca si su resistencia a la compresin simple, sin drenaje,qu (o Ru ), ("u" del ingls undrained), es mayor que 5 kg/cm.En general las rocas duras y compactas constituyen un terreno de cimentacin excelente, siempre quela solera de excavacin est libre de material alterado y las posibles diaclasas se rellenen conhormign.

Las rocas se clasifican segn su origen en gneas, sedimentarias y metamrficas.Ejemplo de gneas: granitos, prfidos, sienita, diorita, gabro, diabasa, ofita, gneis, basaltos, pumicitaetc. Ejemplo de sedimentarias silceas: slex, jaspe, areniscas, etc. Ejemplo de sedimentarias arcillosas:arcillitas, margas, etc. Ejemplo de sedimentarias clcicas: calizas, dolomas, etc. Ejemplo demetamrficas: gneis, micacitas, pizarras, esquistos, cuarcitas, serpentinas, mrmoles, etc.

Normativa existente: NBE-AE, (Norma Bsica de la Edificacin), de obligado cumplimiento, y porahora slo recomendables NTE-CEG (Cimentaciones y Estudios Geotcnicos).Bsicamente, un Estudio geotcnico consiste en un informe de un experto, que tras prospecciones yensayos in situ y en laboratorio de muestras de suelo (y/o roca), extradas a distintas profundidades,determina los parmetros geotcnicos que caracterizan al subsuelo de cimentacin.

1 Origen y clasificacin del suelo 15

Con los parmetros geotcnicos determinados, junto a unos datos previos de la proyectada estructura,se podrn calcular los valores previsibles de las presiones admisibles, los empujes en la estructura decontencin, los asientos instantneos o diferidos y el tiempo en que stos se producirn, o cualesquierade los parmetros que se precisen de la interaccin suelo-estructura.

1.2 Clasificacin de suelos

En realidad se ha de pluralizar, ya que existen numerosas clasificaciones:

1.2.1 Clasificacin segn su origen

Segn el origen de sus elementos, los suelos se dividen en dos grupos:- Si el suelo es de descomposicin fsica y qumica de las rocas: inorgnico.- Si el suelo es de origen esencialmente orgnico: orgnico.

1.2.2 Clasificacin segn su situacin

- Si est en el mismo lugar de meteorizacin: suelo residual.- Si est en distinto lugar del de meteorizacin: suelo transportado.

Los principales agentes del transporte son: el agua, el hielo, la gravedad y el viento. Segn el mediode transporte se distinguen:

- suelos coluviales o coluviones: el producto de cierta meteorizacin (descomposicin otransformacin debida al viento, agua, sol, etc.) de la superficie de la roca madre que cae porgravedad. Tiene mezcla de tamaos. Un ejemplo tpico es el llamado pie de monte. El glacis es unsuelo coluvial que es adems transportado por el agua, por lo que ya no tiene tanta diferencia detamaos.

- suelos aluviales, o aluviones: el agua los transporta a distancias mayores y se vandepositando por degradacin de tamaos.

Por desgracia an hoy da se ven algunos informes de cimentaciones con descripciones muyimprecisas en cuanto al valor descriptivo geotcnico: por ejemplo, arena fina, arcilla blanda; hayque saber que con ese mismo adjetivo se hace referencia a un gran abanico de diferentes propiedadesmecnicas.

Se han buscado mtodos ms exactos para diferenciar distintos tipos de suelo segn sucomportamiento. Si se tiene en cuenta slo su naturaleza, se ve que sta se podra alterar por diferentesprocedimientos: una arena suelta se transforma en densa si se la vibra adecuadamente; si es suelocohesivo, aadiendo agua se altera su consistencia, etc.

1.2.3 Clasificacin vulgar de suelos

- Arcillas: Silicatos de aluminio. Agregado de partculas microscpicas, procedentes de ladescomposicin qumica de las rocas. Son plsticas entre lmites extensos dehumedad. Cuando estn muy secas son duras. No despegan polvo al frotarlaentre los dedos. Tienen muy baja permeabilidad.

- Arcillas orgnicas: Arcillas con presencia de materia orgnica finamente dividida. Cuando estnsaturadas son muy compresibles, pero cuando estn secas vuelven a ser duras ymuestran mayor resistencia. Colores: de gris a negro. Olor caracterstico.

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- Bentonitas: Arcillas con alto grado de contenido de montmorillonita (silicato alumnico congran capacidad de absorber agua e hincharse). La mayora se formaron poralteracin qumica de cenizas volcnicas. Con agua se esponjan mucho ms queotras arcillas, y cuando se secan se contraen tambin mucho ms.

- Caliches: Capas de suelo cuyos granos estn cementados por carbonatos calcreos. Estascapas se encuentran generalmente a poca profundidad. Su espesor vara depocos centmetros a varios metros. Se dan en climas semiridos. En Cataluatambin se conocen por tortor.

- Limo inorgnico: Suelo de grano fino con poca o ninguna plasticidad, generalmente conpartculas de cuarzo. Se conoce tambin por el nombre de polvo de roca. Esdiferente a la arcilla; se ve la diferencia mediante el ensayo de sacudimiento1 ode dilatancia (dilatancia = reaccin a la agitacin).

- Limo orgnico: Suelo de grano fino, ms o menos plstico, con mezcla de materia orgnicafinamente dividida. Color de gris a gris oscuro. A veces tiene sulfhdrico ycarbnico (H2S, CO2) y otros productos gaseosos originados por ladescomposicin de materia orgnica, lo que le da olor caracterstico. Tiene grancompresibilidad y baja permeabilidad. En Catalua a veces se le llama fetge devaca, pero esta denominacin se suele aplicar con ms acierto a ciertas arcillasverde-azuladas del Plioceno o a las del Valls (Mioceno).Los limos son relativamente impermeables. A veces suben del fondo de unaperforacin como si fuesen fluidos viscosos y espesos.

- Loess: Sedimentos elicos uniformes y cohesivos (existe un cementante calcreo oarcilloso). Partculas entre 0,01 y 0,05 mm. Es caracterstica la presencia deagujeros verticales debido a las antiguas races; eso lleva a gran permeabilidadvertical respecto a la horizontal. Si se satura, el cemento se disuelve y dagrandes colapsos o asentamientos rpidos importantes.

- Marga: Forma vaga de definir varios tipos de arcillas marinas calcreas compactas quetienen CO3Ca en proporcin mayor de 20%. Con unas gotas de cidoclorhdrico burbujea. Color verde amarronado, pero tambin hay coloresazulados, grises e incluso rojizos. (En Catalua, se da mucho en el Valls).

- Molasa: Arenisca con cementante calcreo (arenisca es una roca sedimentaria compuestade granos de cuarzo y/o feldespato y/o mica). Bastante dura. Puede tenercementante silceo o calcreo (calcita).

- Morrenas: Depsitos glaciares no estratificados de arcillas, limos, arenas, cantos rodados ybolos que estuvieron bajo los hielos en periodos de avance de los glaciares.

- Saul: Suelo residual producido por la descomposicin del granito. (En Menorca sellama as a una arenisca calcrea).

1Ensayo de sacudimiento: se toma una pasta de limo inorgnico, se satura, y se sacude en la palma de la mano; la pasta expele agua yhace la superficie brillante. Si la pasta se dobla o chafa se vuelve opaca. Si se seca la pasta, se torna frgil, y resulta fcil despegar polvo si sefrota con los dedos.

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- Tosco: Suelo de composicin variable con fuerte impregnacin calcrea. A menudo sonlimos de origen elico o lossico. Se da mucho en Madrid. Cuando se presentacomo incrustacin aislada calcrea en una base de loess se llama tortor. Es unsuelo que ha sufrido transporte por gravedad o lluvias o mantos de inundacin.

- Turbas: Agregados fibrosos y esponjosos de fragmentos de micro y macroscpicamateria orgnica descompuesta. Son extremadamente compresibles, lo queconduce a grandes asientos. Color de castao a negro. (En ingls peat, Pt).

- Zahorra arcillosa: Depsito de arena y grava en yacimiento natural con un contenido de arcillasuficiente para dar cohesin a la masa.

Esta clasificacin vulgar es bastante imprecisa, a veces incorrecta e incierta geotcnicamente; ya queexisten muchos suelos que presentan propiedades y comportamientos muy diferentes y que sinembargo, se conocen vulgarmente con alguno de esos determinados nombres.

Para tener datos representativos del comportamiento del suelo se debern efectuar varias pruebas oensayos; de lo que se deduce que para una acertada comprensin e interpretacin de los resultados esnecesaria una clasificacin cientfica de los suelos. La unificada se basa fundamentalmente en sucomposicin granulomtrica y en su consistencia.

La ordenacin de las diversas fracciones de los suelos en funcin del tamao de sus partculas sedenomina anlisis granulomtrico.

El Laboratorio de Transporte y Mecnica del Suelo tiene editada unanorma (NLT 104/58), en la que se describe el anlisis granulomtrico portamizado.

Granulometra: se define como relacin de porcentajes, en peso, de losdistintos tamaos de grano que se encuentran en un suelo, determinadospor tamizado, sedimentacin, u otros medios.

Los tamices son una serie de recipientes cilndricos (a modo de cacerolasmetlicas, con bases de enrejado de alambre de distinto tupido), quesirven para seleccionar los tamaos, por medio del entramado o rejilla omalla de alambre de aberturas distintas y normalizadas (figura 1.1).Existe una serie de tamices normalizados por la ASTM (American Societyof Testing Materials):

serie gruesa (designacin / abertura de malla en mm),

ejemplos: 4/ 101,6; 2/ 50,8; (1/4) / 6,35

serie fina (designacin / abertura de malla en mm),

ejemplos: 4 / 4,76; 8 / 2,38; 10 / 2,0; 100 / 0,14; 200 / 0,074Fig. 1.1 Tamices

Tanto la preparacin de muestras de suelo para los distintos ensayos, como los ensayos que se debenrealizar, estn normalizados (NLT-101/58).

18 El terreno

El anlisis granulomtrico del suelo que se quiere estudiar se hace por tamizado hasta un tamao detamiz de 0,074 mm, (n 200), y se puede continuar, si es preciso, por sedimentacin -este mtodo sedescribir ms adelante-.

El tamizado consiste fundamentalmente en disponer una serie de tamices normalizados, uno sobre otroy de mayor a menor abertura de malla (figura 1.1), y tamizar o cribar una determinada cantidad desuelo, del que se ha consignado su peso inicial, por ejemplo 1 kg; tras someter al conjunto a vibrado,ya sea manual o mecnico, se pesa la cantidad de suelo retenida en cada uno de los tamices, y con esosdatos se calculan -por diferencia del peso total con el retenido- los porcentajes que pasan por cada unode los tamices, o sea el tanto por ciento de suelo con partculas menores que la abertura del tamizconsiderado. Con esos resultados se pueden grafiar curvas granulomtricas (figura1.2): se dispone eneje de abscisas el tamao en mm de las partculas y/o el n del tamiz (en escala logartmica), y en el deordenadas, el % del peso de suelo que pasa.

Se cometern graves errores si slo a partir de estos estudios granulomtricos se quiere sacarconsecuencias generales del comportamiento del suelo, como por ejemplo, relacin con lapermeabilidad; ya que esta depende en gran medida de la forma de los granos, y por lo tanto puede serdiferente para suelos de igual granulometra. Igualmente, falla la relacin con el parmetro ngulo defriccin interna, muy importante en Geotecnia, ya que tambin es funcin de la forma de los granos.

Fig. 1.2 Ejemplos de curvas granulomtricas

1.2.4 Principales clasificaciones granulomtricas

La mayora de normas internacionales tienden a coincidir en ensayos y clasificaciones, por ejemplo enla serie de tamices para el anlisis granulomtrico.

Designacin de los tamices A.S.T.M. (American Society of Testing Materials) y su correspondienteabertura de malla en mm:

Tamiz n 200 40 10 4 2 4 en mm 0,074 0,42 2,0 4,76 50,3 100

3070 grava

con

arenosa

Arcilla

100908070605040

102030405060

6020620,60,20,060,020,0060,0020,001

aren

osa

Grava

Arena

Grav

a

Aren

a

arcil

loso

Limo Lim

o

Arcilla 20

100

8090

100

ArcillaGruesaMediaFina Fina Media GruesaGruesaMediaFina

Sedimentacin

Dimetro de las partculas d, en mm

% re

tenid

o en

pe

so

% q

ue

pasa

en

pe

so

TamizadoLimo Arena Grava

1 Origen y clasificacin del suelo 19

a) Segn la International Society of Soil Science:

Denominacin Tamao de partculas

Gravas entre 60 mm y 2mm

Arena gruesa entre 2 mm y 0,2 mm

Arena fina entre 0,2 mm y 0,02 mm

Limo entre 0,02 mm y 0,002 mm

Arcilla menor de 0,002 mm (< 2 )

b) Segn la normativa espaola, N.T.E.- C.E.G.:

Denominacin Tamao de partculas.Bolos mayor de 63 mm

Gravas gruesas de 63 mm a 20 mm

Gravas medias de 20 mm a 6 mm

Gravas finas de 6 mm a 2 mm

Arenas gruesas de 2 mm a 0,6 mm

Arenas medias de 0,6 mm a 0,2 mm

Arenas finas de 0,2 mm a 0,08 mm

Limos y arcillas menor de 0,08 mm

c) Clasificacin usual segn el tamao de los granos; (coincide con la mayora de clasificacionesinternacionales):

Tipo Denominacin Tamao de partculas

Suelos Bolos de 200 mm a 60 mm(ripios, bloques, cantos rodados)

no Gravas de 60 mm a 20 mm y de 20 a 2 mm(gruesas y finas -gravilla-)

cohesivos Arenas de 2 a 0,2 mm y de 0,2 a 0,06 mm(gruesas y finas)

Limos de 0,06 mm (60) a 2Suelos

cohesivos Arcillas menores de 2

20 El terreno

La identificacin de suelos por medio de sus tres elementos principales (tres rdenes de tamao departculas: porcentajes de arena, limo y arcilla), se simplifica en el diagrama triangular o de Feret,(del Burau of Public Road) (figura 1.3).

Fig. 1.3 El suelo se representa por un punto situado en el interior del tringulo

d) Clasificacin segn la Norma Bsica de Edificacin, N.B.E:

Los terrenos de cimentacin se clasifican en consideracin a su comportamiento frente a las cargas decimentacin, y a efectos de determinar las presiones admisibles, del siguiente modo:- Rocas.- Terrenos sin cohesin.- Terrenos coherentes.- Terrenos deficientes.

Las rocas se subdividen en:

- Rocas istropas, como granitos, dioritas, etc.- Rocas estratificadas, como pizarras, esquistos, etc.

Dentro de los terrenos sin cohesin se consideran tres tipos:

- Terrenos de graveras, si predominan gravas y gravillas al menos en un 30%.- Terrenos arenosos gruesos, si predominan las arenas gruesas y medias y contienen menos del 30% de

gravas y gravillas y menos del 50% de arenas finas y limo inorgnico.- Terrenos arenosos finos, si predominan las arenas finas y limos inorgnicos en ms del 50% y

contienen menos del 30% de gravas y gravillas.

Los terrenos coherentes, formados fundamentalmente por arcillas, se clasifican segn su consistenciay resistencia a compresin simple, Ru. (resistencia obtenida sin confinar ni drenar el suelo, Ru = qu):

- Terrenos arcillosos duros: resistencia a compresin simple, Ru > 4kg/cm.- Terrenos arcillosos semiduros: Ru entre 2 y 4 kg/cm.

Aren

a en

%

Arcilla en

%

Limo en %

limo-arcillosaTierra

arcillosaTierra

areno-arcillosaTierra

aren

osa

Arcil

lalimosaArcilla

Arcilla

Tierra limosaarenosaTierra

Arena

010

30

10090

8070

6050

40

200

100908070605040302010

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1 Origen y clasificacin del suelo 21

- Terrenos arcillosos blandos: con humedad natural se amasan fcilmente y permiten obtener entre lasmanos cilindros de 3 mm de dimetro. Su Ru est entre 1 y 2 kg/cm.

- Terrenos arcillosos fluidos: los terrones, con su humedad natural, presionados en la mano cerrada,fluyen entre los dedos. Su resistencia a la compresin simple, Ru, es inferior a 1 kg/cm.

Los terrenos deficientes, en general no son aptos para la cimentacin, y se subdividen en tres tipos:

- Fangos inorgnicos; limos inorgnicos y arcillas con gran cantidad de agua.- Terrenos orgnicos.- Terrenos de relleno o echadizo.

1.2.5 Diferencias entre suelos de similar granulometra

Dado que diferentes tipos de suelo pueden tener una granulometra bastante similar, se han de tener encuenta otros aspectos que muestran ms claramente sus diferencias.

Diferencias entre limos y arcillas:

Limos Arcillas (entre 0,06 mm y 0,02 mm) (< 0,002 mm)

- Tacto spero. - Tacto suave.- Se secan con relativa rapidez - Se secan lentamente y y no se pegan a los dedos. se pegan a los dedos.- Los terrones secos tienen una cohesin - Los terrones secos se pueden apreciable, pero se pueden reducir partir, pero no reducir a polvo a polvo con los dedos. con los dedos.

Diferencias entre arenas y limos:

Arenas Limos (entre 2 mm y 0,06 mm) (entre 0,06 mm y 0,002 mm)

- Partculas visibles. - Partculas invisibles.- En general, no plsticas. - En general, algo plsticos.- Los terrenos algo secos tienen - Los terrenos secos tienen una ligera cohesin, pero se una cohesin apreciable, pero reduce a polvo fcilmente se pueden reducir a polvo con entre los dedos. los dedos.

Diferencias entre gravas y arenas:

Gravas Arenas (>2 mm) (entre 2mm y 0,06 mm)

- Los granos no se apelmazan - Los granos se apelmazan si aunque estn hmedos, estn hmedos, debido a la debido a la pequeez de importancia de las tensiones las tensiones capilares. capilares.

22 El terreno

1.3 Consistencia de los suelos

Un suelo que posea algo de cohesin (trabazn, coherencia...), segn su naturaleza y la cantidad deagua que tenga, puede presentar propiedades que lo incluyan en el estado slido, semislido plstico ysemilquido o viscoso. As, se ve que su consistencia puede ser variada con la humedad. El contenidode humedad que produce el paso de un estado a otro es distinto para diferentes suelos arcillosos. (Estapropiedad se utiliza para clasificar las arcillas). La transicin natural no es brusca: ante posiblesarbitrariedades se vio la necesidad de definir unos lmites. Atterberg, agrnomo, en 1911 estableci lostres lmites que separan la consistencia en 4 estados.

Tabla 1.1 Diagrama de consistencias de suelos finos, de Atterberg

Humedad, w, creciente

Estados: slido semislido plstico semilquido

Lmites: wr wp wl

1.3.1 Lmites de Atterberg

wL: lmite lquido. Contenido de humedad, en % respecto del peso de suelo seco, segn el cual seconsidera que el suelo pasa de la consistencia plstica a la lquida, de acuerdo con el ensayonormalizado de Casagrande (NLT-105/72, y UNE 7-377-75): dos secciones de una pasta de suelo(figura 1.4) alcanzan a tocarse cuando la taza o cuchara que las contiene es sometida a un nmero deimpactos. Se experimenta con diferentes humedades, anotando los diferentes nmero de impactos. Ellmite lquido se considera el correspondiente a 25 impactos

Fig. 1.4 Cuchara de Casagrande y grfico del ensayo

wP: lmite plstico (o lmite inferior del estado plstico). Contenido de humedad, en % respecto delpeso de suelo seco, por el cual el suelo deja de tener consistencia plstica, segn se determina en elcorrespondiente ensayo: la fraccin de suelo que pasa por el tamiz 40 (# 0,42 mm), amasado y

Consistencia: dura semidura plstica fluida

o

40

0,30

0,35 0,20

o

o

o

20

25

10

30o

0,25WL

Humedad

Nm

ero d

e gol

pes

1 Origen y clasificacin del suelo 23

transformado en cilindros de unos 8 g de masa y 3 mm de dimetro, empieza a resquebrajarse ofracturarse -se rueda entre la palma de la mano y una superficie lisa que no absorba humedad, (normaNLT 106/58), se efectan varios cilindritos de suelo, y a continuacin en un pesa-filtros tarado sedetermina su humedad, y el promedio de sta se toma como valor resultado-.

wR: lmite de retraccin. Contenido de humedad por debajo del cual una prdida de humedad no traeaparejada una reduccin de volumen; si baja la humedad del suelo, ste se torna de color ms claro.

Se suelen relacionar esos valores de humedad para distinguir diferentes comportamientos de los sueloscon finos. As, los valores ms utilizados son:

- ndice de plasticidad: Ip = wL - wP

- ndice de consistencia: B Ic w wIL

p

= =

- ndice de fluidez o liquidez: I I w wIf l

p

p

= =

La consistencia en el dominio o estado plstico se puede considerar pastosa, blanda o firme, segnvaya reducindose su grado de humedad. Los valores del ndice de consistencia y el de fluidez, en esoscasos son:B = 0----- 0,5---- 0,75-----1, correspondiendo: If = 1----- 0,75---- 0,5------0.

(Cuando If = 0, w = wP, B = 1; cuando If = 1, w = wL, B = 0)

Muchas de esas relaciones se representan en el grfico de plasticidad de Casagrande (figura 1.5):

Fig 1.5

LWLmite lquido

=30LW

baja compresibilidadLimos inorgnicos de

cohesivosSuelos no

plasticidadcas de baja Arcillas inorgni- plasticidad

de medianainorgnicasArcillas

Pnd

ice d

e pla

stici

dad

I

de alta plasticidadArcillas inorgnicas

arcillas orgnicasalta compresibilidad yLimos inorgnicos de

y limos orgnicoscompresibilidad Limos inorgnicos de mediana

=50LW

-

20)L

= 0.7

3( W

P

Lnea

"A"

I

0

10

20

30

40

50

60

20 10090807060504030100

24 El terreno

Tabla 1.2 Valores tpicos de lmite lquido e ndice de plasticidad (segn Costet)

Tipo de suelo Lmite lquido ndice de plasticidad

arena WL 35 IP 35

limo 20 WL 60 5 IP 25

arcilla WL 35 IP 15

Otro valor utilizado para evaluar el comportamiento de suelos arcillosos es el llamado ndice deactividad, A, que relaciona al ndice de plasticidad con el porcentaje de partculas de tamao arcilla:

( )2%

1 Origen y clasificacin del suelo 25

Ahora bien, si el porcentaje de finos es mayor del 12%, la segunda letra ser funcin de los finos:

GC: Si los finos que hay en la grava son plsticos, arcillosos.GM: Si las gravas tienen ms finos (12%) que no son plsticos.

De la segunda divisin, la otra posibilidad con los de grano grueso es que pase ms del 50%, en peso,por el tamiz n 4 (# = 5 mm):

S: Si pasa ms del 50% por el tamiz n 4, de abertura de malla de medio centmetro, se denominanarenas, smbolo S, (del ingls sand).

Como antes se hizo con las gravas, tambin en funcin del porcentaje de finos se distinguen con unasegunda letra:

SW: Arenas con casi ningn fino (0 a 5%) y bien graduadas.SP: Arenas mal graduadas con poco o nada de finos.SM: Arenas con ms finos (12%) no plsticos.SC: Arenas arcillosas, o sea que la fraccin fina (12%) es plstica.

La segunda divisin de los de grano fino se hace en relacin con su lmite lquido y plstico, y serepresenta en el diagrama de plasticidad de Casagrande (figura 1.5).

Los smbolos se establecen con el siguiente criterio: la primera letra corresponde al tipo de suelo fino(M, C, O), y la segunda a su caracterstica de plasticidad, baja o alta (L o H):

M: Corresponde a limo inorgnico, (del sueco moh y del ingls mud), suelo de poca a casi nulaplasticidad.

C: Corresponde a arcillas inorgnicas de plasticidad media a alta, (clay en ingls).O: Corresponde a limos o arcillas con gran componente orgnico.

La segunda letra asignada en la segunda divisin (ver diagrama de plasticidad), ser:L: Si el wL 50, (lmite lquido bajo, del ingls Low).H: Si el wL 50, (lmite alto, del ingls: Height).

Hazen vio que la permeabilidad de las arenas, en estado suelto, dependa de dos cantidades, Cu y Cc(coeficiente de uniformidad y coeficiente de curvatura), deducidas de su curva granulomtrica:

1060

230

10

60 ;DD

DCDDC cu

=

Para ser GW se debe cumplir Cu 4, y para ser SW Cu 6. (Paradoja: cuanto mayor es el coeficientede uniformidad Cu, menos uniforme es el suelo).

La curvatura suave y cncava determina que para G y S, Cc debe ser entre 1 y 3. Estos valores sediferencian segn los autores; as, para Caquot granulometra abierta ser si Cu 2, y en Normas DINgranulometra abierta ser si Cu 5. Cuanto ms cerrada es la granulometra de un suelo, mspronunciada es la pendiente de la parte central de la curva.

Otro dato importante que se deduce del estudio granulomtrico es el D10 =Dimetro eficaz de AllenHazen = dimetro de partculas correspondientes al 10% del peso del suelo, en la curvagranulomtrica; es decir, el 10% del peso de suelo seco que tiene un tamao menor que ese dimetro(o si se quiere, el 90% del suelo est formado por partculas mayores que ese dimetro).

26 El terreno

Sedimentacin es el proceso que se sigue para clasificar los suelos finos (suelos que pasan por tamiz200, de abertura de malla 0,074 mm), proceso que fundamentalmente se basa en la ley de Stokes. Lavelocidad de cada (v) de una esfera (dimetro D) con peso especfico s, sumergida en un fluido depeso especfico w y viscosidad es:

2

18Dv ws

=

Para partculas de densidad 2,65g/cm3, en agua a 20C, la viscosidad = 1cP0 0,001 Pa.s v (cm/s) = 9000 D (cm).

En el laboratorio se opera en una suspensin de dbil concentracin (15 a 20 g/litro de suelo en agua).En el proceso de sedimentacin la velocidad de cada de las partculas ser funcin de su dimetro, porlo cual, a una determinada profundidad (z) y al cabo de un tiempo (t) desde el inicio del proceso, laspartculas que all se encuentren sern de dimetro menor o igual al D (deducido al despejar en lafrmula anterior).

Se calculan en determinados tiempos y a determinada profundidad las dimensiones de las partculas:siguiendo el mtodo de la pipeta o el del hidrmetro, se determina la relacin entre el peso (enconcentracin, C(z,t)), de las partculas en la profundidad z al cabo del tiempo t, y el peso (en laconcentracin C(z, t = 0)) de las partculas que existan en el momento inicial en esa profundidad; conello se deduce el porcentaje, en peso, de partculas con dimetro menor que D respecto al total; losdatos calculados se llevarn a la grfica de la curva granulomtrica (figura 1.2).

- Clasificacin de Burmister: es otra clasificacin bastante utilizada, la cual es descriptiva. Se sueleemplear an en muchas informaciones geotcnicas. Describe un determinado suelo que pueda tenerdiferentes porcentajes de dos o ms tipos de suelo, con una regla de denominacin, primero nombra eltipo de suelo que est en mayora, el principal, usado como sustantivo y, a continuacin, expresa condeterminadas palabras la existencia y cantidad del otro u otros componentes o tipos de suelo, deacuerdo con los porcentajes siguientes:

-y (si tiene un 50% del otro componente),-con algo (si tiene de un 20 a un 35% del otro componente),-con poco (si tiene de un10 a un 20% del otro componente),-con trazas (si tiene menos del 10% del otro componente).

1.5 Propiedades ndice

1.5.1 Caractersticas fsicas de volumen. Pesos especficos

Peso especfico aparente de un suelo in situ, no sumergido (por encima del nivel fretico), serepresenta por , , y equivale a decir: peso de la muestra de suelo que ocupa un volumen unitario. Estoimplica tambin el agua comprendida entre sus partculas slidas:

talvolumen tosuelodel totalpeso

==T

T

VP

En Mecnica del Suelo se utiliza indistintamente el concepto de peso especfico o de densidad, (no sedistingue entre kg peso o kg masa).

Peso especfico absoluto del slido o densidad de las partculas slidas:

s

ss

VP

=

1 Origen y clasificacin del suelo 27

Valores tipo de densidad de partculas slidas:- s de suelos arcillosos: 2,5 a 2,9 2,7 t/m3 o g/cm3- s de suelos arenosos: 2,5 a 2,65 2,6t/m3 o g/cm3

La densidad de las partculas slidas vara poco, pues en general stas son componentes de xidos deSi y Al (SiO2, Al2O3) 70% de los minerales del suelo. El aluminio y el silicio son elementos queocupan los lugares 13 y 14 en la tabla de clasificacin de pesos atmicos: p.a. = 26,98 y 28,09; ellonos conduce a constatar que las partculas slidas minerales constitutivas de los suelos tienen unadensidad entre 2,4 y 2,9 t/m3.

Peso especfico seco o densidad seca:

d equivale al peso de las partculas minerales secas (desprovistas de agua intersticial -secar en estufa a110-), en relacin al volumen total de la muestra de suelo:- En arenas oscila entre 1,4 y 1,8 t/m3.- En arcillas oscila entre 0,8 y 2 t/m3.

La densidad del agua es 1 g/cm3, o 1 t/m3, o 103 kg/m3, a 4C. (En U.S.I.= 9,8 kN/m3).

1.5.2 Humedad natural, w

El contenido en agua de un suelo, o humedad natural, w, es la relacin de pesos (en porcentaje) deagua respecto al suelo seco (puede variar entre 0 y tendiendo a infinito).

s

w

PP

w =

Puede tener valores de 600% o ms en casos de suelos tipo piedra pmez, o suelos orgnicosprocedentes de lagunas, etc.

Valores tipo de w:- arena de 20 a 30%- arcilla de 20 a 60%- turba o suelo orgnico de 200 a 2000%

Esquema de las fases del suelo (figura 1.6):

Fig. 1.6 Relacin entre las fases de un suelo. a) elemento de suelo natural;b) divisin del anterior elemento en fases.

1+e

Lquida

Slida

Volmenes Pesos(b)(a)

Gaseosa

Vw

Vg

Vv

Vs1

e

VT

PgPw

Ps 1-n

n

1

P

T

Sd V

P=

28 El terreno

1.5.3 ndice de poros, endice de huecos, ndice de poros, o relacin de vacos, es la relacin volumtrica de huecos respecto ala parte slida; se da en tanto por uno. Vara de 0 a casi :

Tabla 1.3 Valores de emx, y emin .de los principales tipos de suelo

tipos de suelo emx. emn.arena 0,9 0,2limo 1,1 0,4

arcilla blanda 2,3 0,6turba 2,5 2,0

1.5.4 Porosidad, n

Otra manera de valorar los poros o volumen de vacos del suelo (de una muestra representativa delmismo) es relacionndolo con el volumen total del suelo considerado. Es la fraccin del volumen totalocupada por poros (que pueden estar llenos de aire, o de agua, o de mezcla de ambas):

T

V

VV

n =

Vara de 0 a 1. Se da en % o en decimal. Para arena de un mismo tamao vara entre 0.48 y 0.26 (slopor vibrado).

Valores tipo de la porosidad:- En suelos no cohesivos (arenas), de 0,26 a 0,48.- En suelos cohesivos (arcillas), de 0,30 a 0,70 (pueden excepcionalmente llegar a 0,90).

Relacin entre la porosidad y el ndice de poros (figura 1.6):n

e

ee

n

n=

+=

1 1 ;

1.5.5 Densidad hmeda, h n

Es la densidad natural, con la humedad natural que tiene en ese momento, o aparente n. Suele valeralrededor de 2 t/m3:

( )wwPP

VP

Vs

P

VPP

ddds

s

T

w

TT

wsh +=+=+=

+= 1

1.5.6 Densidad saturada, sat

Tambin es el peso especfico aparente o natural del suelo saturado. El peso del agua que contiene, Pw,es mximo; es decir, se suponen todos sus poros ocupados con agua. Es el valor mximo que puedealcanzar la densidad hmeda:

( )wd

ws

T

wSsat n

nn

VPP +=+=+=

11

s

v

VV

e =

1 Origen y clasificacin del suelo 29

1.5.7 Densidad sumergida, '

Es el peso especfico aparente del suelo cuando est bajo el nivel fretico y, por tanto, experimenta elempuje de Arqumedes. Su valor es el de la densidad saturada menos la densidad del agua:

( ) ( )nn' wdwwdwsat =+== 1

1.5.8 Humedad de saturacin, wsat

Es la humedad mxima que puede tener el suelo. Se determina por la relacin entre pesos de lacantidad mxima de agua que puede tener el suelo (saturado), y el peso de las partculas slidas:

( ) ( ) sdssw

s

wsat

e

n

n1n

n1n

PP

w ==

=

==

Relacin importante entre d , y s en la que se constata que siempre:d es menor que s:

d ST

SS

S

PV

PV

= =, ,

Si se opera con las anteriores relaciones: sVs = dVt, y si se considera Vt = 1, y Vs = 1 - n,entonces:

( )nVVV

ssst

ssd ==

= 1

1.5.9 Grado de saturacin, Sr

Relacin entre el volumen de agua que tenga el suelo y el volumen de huecos del mismo. Tambin sepuede expresar como la relacin entre la humedad natural de la muestra representativa del suelo y lahumedad de saturacin que tendr esa muestra si se satura:

S VV

w

w

w

e

w

nr

w

v sat

s d= = = =

Estos datos sirven para clasificar las arenas segn su grado de saturacin:si Sr es 0: arena secade 1 a 25% ligeramente hmedade 25 a 50% hmedade 50 a 75% muy hmedade 75 a 99% mojaday si es cercano al 100% saturada

1.5.10 Densidad relativa de las arenas, Dr

Tambin se le llama grado de compacidad del suelo granular, ID ,o Dr: se determina relacionando ladiferencia entre el ndice de huecos mximo de ese suelo y el ndice de huecos que realmente tiene enlas condiciones de estudio, con respecto a la diferencia mxima de ndices de huecos o vacos quepueda tener ese suelo:

Las arenas tambin se clasifican segn su densidad relativa, que vara de 0 a 1:

minmx

mxr

ee

eeD

=

30 El terreno

Clasificacin segn la densidad relativa:si Dr es menor de 1/3 - arena floja,si Dr va de 1/3 a 2/3 - arena media,si Dr es mayor de 2/3 - arena compacta.

1.6 Compactacin

Proceso mecnico por el cual se reajustan ms ntimamente las partculas del suelo; se consigue, entreotros efectos, ms densidad, menos permeabilidad, se reducen las posibilidades de deformacin delterreno y, entre otras cosas, mejora su capacidad portante.1.6.1 Densidad seca mxima, d(max)De un suelo se puede obtener su densidad seca mxima cuando se compacta en unas condicionesdeterminadas de humedad y energa de compactacin.

1.6.2 Humedad ptima, wopt

wopt es la humedad para la cual una compactacin determinada produce una densidad seca mxima.

Fig. 1.7

1.6.3 Ensayo Proctor

El ensayo normalizado de esta experiencia de compactacin (la d vara con la energa decompactacin y con la humedad) se denomina Proctor, en honor al ingeniero americano que lodesarroll.

876

54

3

2

1

8 Arena mal graduada 94 8 - - -7 Arcilla homognea 6 22 72 67 406 Limo de loess 5 85 10 26 25 Arcilla limosa 5 64 31 36 154 Arcilla limo arenosa 5 33 35 28 9

graduacin media 3 Marga arenosa de 73 9 18 22 42 Marga arenosa bien graduada 72 15 13 16 - 1 Arena bien graduada 88 10 2 16 -

% Arcilla LL IP% Limo% ArenaN Descripcin

Tipos de suelo

Lnea de saturacin

Den

sidad

se

ca (t

/m3)

Humedad ( % )

1,60

1,75

1,90

2,05

o

5 10 15 20 25

1 Origen y clasificacin del suelo 31

El ensayo Proctor (NLT-107/72) consiste bsicamente en conseguir unas relaciones entre humedades ydensidades, que se plasman en puntos del grfico cartesiano -en ordenadas la densidad seca, y enabscisas la humedad- (figura 1.7).

El proceso, normalizado, se puede resumir como sigue: la muestra de suelo, con poca o casi nulahumedad, se subdivide en tres partes, cada una de las cuales se somete al apisonado (pisn de 2,5 kg y5 cm de dimetro, y altura de cada de 30,5 cm), con 26 golpes distribuidos por la superficie. Al repetirel proceso de apisonado para las otras dos partes, se obtiene el conjunto de las tres partes del suelocompactado en el molde estandarizado (molde de cilindro metlico de 1 litro de capacidad). Sedetermina su densidad y humedad, con lo que se obtiene un punto de la grfica. Aumentando algo lahumedad del suelo, un 2 3%, se repite el proceso tantas veces como puntos se quieran obtener(generalmente de 5 a 7 puntos), que determinan, al unirlos, una curva caracterstica, en la quefcilmente se observa el valor de la densidad seca mxima, a la que le corresponder un valor dehumedad llamada ptima (ver grficos de las figuras 1.7 y 1.8).

Fig. 1.8

Cuando el suelo tiene partculas de tamao superior a 3/4 ( 1,9 cm) se suele emplear el ensayoProctor Modificado, en el cual el molde es mayor (2,32 l), y el nmero de golpes para cada una de lascapas es de 60, y tambin, son mayores las dimensiones del pisn; en una proporcin adecuada paraque la energa de compactacin por unidad de volumen sea aproximadamente igual en ambos ensayos(5,7 kp.cm/cm3).

Entre las conclusiones del estudio del ensayo Proctor, destaca la relacin entre la resistencia y ladeformabilidad, observable al verificar que para una misma energa de compactacin la resistencia a ladeformacin aumenta al aumentar la densidad y disminuye al aumentar el valor de la humedad ptima.

En el control de compactacin de rellenos bajo edificios, se recomienda que la humedad decompactacin est comprendida en un entorno de 2% de la wop, para suelos del tipo ML, en 3% dewop, para los CL y MH, y en 5% de wop para suelos CH (con potencial de moderado a bajo deexpansividad). Para esos suelos cohesivos una densidad seca correspondiente al 95% del Proctor sueleser suficiente.

s=2,80s=2,70

s=2,60Suelo2(arena)

Suelo 1(arena limosa)

curvas tericas con los suelos totalmente saturados

dens

idad

seca

, t/m

w, humedad en % del peso del suelo seco

1,11,2

1,3

1,4

1,5

1,6

1,7

1,8

1,9

2,0

2,1

2,2

2,3

35302520151050

3

Suelo3(arcilla)

2 El agua en el suelo 33

2 El agua en el suelo

2.1 Introduccin

Despus de haber analizado las propiedades ms importantes y necesarias para una identificacin yclasificacin de los suelos, se sigue con el estudio de las propiedades mecnicas relacionadas con una desus fases, la fase lquida, que generalmente se refiere al agua en sus diferentes formas o estados. Se cieal rea de aplicacin y control que corresponde a un arquitecto.

2.2 Estados del agua en el suelo

Se distinguen fundamentalmente dos estados:

-1) de unin ntima o combinacin qumica: agua de constitucin (por ejemplo, en el yeso:SO4Ca.2H2O), la cual forma parte de la estructura qumica de las partculas slidas del suelo, ejemplo deello es el agua de cristalizacin, que no se puede drenar, y que slo es eliminable por procedimientosque alteraran su composicin. Esto no interesa en el presente nivel de Mecnica del Suelo.

- 2) de unin fsica. En este estado se distinguen:

-2.a) agua retenida por fuerzas no capilares, retenida principalmente por atraccin elctrica, dado elcarcter dipolar de sus molculas, las cuales tienen una atraccin fsico-qumica. Esta es el agua deadherencia en las arcillas, a la cual deben su plasticidad. Tambin se llama agua pelicular, pues rodea laspartculas del suelo como una fina piel, y queda sujeta a l por fuerzas de adhesin, de atraccin fsico-qumica. Ejemplo de ello es el caso de arenas con cierta humedad de contacto, que presentan unfenmeno parecido a la cohesin (cohesin aparente, que se explica en el apartado 2.5). Estas aguasde retencin no pueden desplazarse por gravedad. No se captan mediante los sistemas de drenaje.

-2.b) agua retenida por fuerzas capilares. Se encuentra en los canalillos que dejan entre s las partculasdel terreno, llamados conductos capilares. Se mantiene en ellos por las fuerzas de la capilaridad. El aguaen los capilares continuos proviene del agua de gravedad, (agua de la zona saturada, en el interior delterreno), estando sostenida por ella y siendo la aportacin permanente mientras haya agua en el acufero.El agua en ese estado se llama capilar continua o sostenida. Ese tipo de agua acompaa a la fuente dealimentacin, (agua de gravedad), en sus fluctuaciones.

Cuando un terreno recibe una aportacin exterior de agua (lluvia o nieve), se produce una saturacin delos huecos en las capas superiores, y el agua desciende por gravedad. Al cesar la aportacin, transcurridoun cierto tiempo, desaparece el estado de saturacin pero parte del agua queda retenida en el terreno por

34 El terreno

fuerzas capilares; la distribucin es irregular y por ello se le da el nombre de agua capilar aislada osuspendida. Esta es el agua que las plantas aprovechan por succin en sus races.

-2.c) agua no retenida por el suelo: es la que tras una aportacin de agua meterica1 se introduce ydesciende en el terreno, sometida fundamentalmente a la accin de la gravedad y alcanza un fondoimpermeable o una zona ya saturada, y satura a su vez la zona suprayacente; por eso se le llama agua degravitacin o de saturacin; satura todo el terreno, llenando todos los huecos, poros, intersticios ofisuras. Sigue la ley de la gravedad y transmite la presin hidrosttica. Este agua puede circular por elterreno y puede captarse por mtodos de drenaje y adems arrastrar al agua capilar continua.

2.3 Nivel fretico o nivel piezomtrico

Se define como el lugar geomtrico de los niveles que alcanza la superficie del agua en pozos deobservacin en libre comunicacin con los vacos del suelo in situ. Tambin se define como lugargeomtrico donde la tensin del agua es nula respecto a la atmosfrica.En la figura 2.1 se esquematizan las diferentes zonas de saturacin, y el hecho de que el N.F. (nivelfretico) tienda a mantenerse bastante paralelo al nivel topogrfico.

Fig. 2.1

Si se introducen en el suelo tubos agujereados de observacin, el nivel alcanzado por el agua estticacorresponder al nivel del agua en el suelo, o sea, se obtendr el nivel fretico, por debajo del cual elsuelo y la roca estn sumergidos y, por encima del cual el agua se puede elevar por capilaridad.

El nivel fretico puede alimentar un lago o ro, o puede ser alumbrado por l, segn su situacin envalles o en cumbres. En la figura 2.2 se resumen esos dos casos:

a) nivel fretico alimentando un lago o ro (zona hmeda).b) nivel fretico alimentado por un ro (zona rida)

Fig. 2.2

1 Las capas freticas estn generalmente alimentadas por las lluvias y nieves. Esta agua se llaman metericas

Zona de aireacin

Zona de saturacinparcial (intermitente)

Zona de saturacin total (permanente)

Nivel fretico

N.F.

a) b)

N.F.

2 El agua en el suelo 35

Tambin se puede encontrar un nivel fretico suspendido, como se ve en el esquema de la figura 2.3.

Fig. 2.3

Se recuerda el trmino acufero, nombre que se da al terreno por el cual circula el agua. El lmiteimpermeable inferior del acufero se llama muro y el superior techo.

Cuando un acufero tiene pendiente, el agua situada en su parte baja puede estar sometida a presin alta,y dar origen al agua artesiana.

Si atravesando el acuicluso (capa impermeable -cerrada al agua-) se abre un pozo que penetre en elacufero (pozo artesiano), el agua saldr con gran velocidad hacia la superficie (figura 2.4).

Fig. 2.4

2.4 Capilaridad

El contacto de dos fluidos no miscibles -caso del agua y del aire- produce una atraccin entre susmolculas que se llama tensin superficial. Esto, unido a la tendencia de las molculas a adherirse a losslidos, hace que el agua sea retenida por los finos canalillos que existen en el suelo (conductoscapilares), a veces llenos de aire. Estas fuerzas de retencin constituyen las llamadas fuerzas capilares.

N.F.

N.F. Acufero

Acuicluso

Pozo artesiano

Acuicluso

permeable (acufero)

(capa fretica colgada)Nivel fretico suspendido

Zona seca (hmeda)

(acuicluso)Capa impermeable inferior

Zona saturada en la capaNivel fretico principal

N.F.

N.F.

Capa impermeable (acuicluso)

36 El terreno

2.4.1 Altura de ascensin capilar

Para el estudio de la ascensin capilar se observa lo que ocurre en un tubo de vidrio de dimetro pequeosumergido en el agua, que contiene una cubeta. Las fuerzas capilares provocan la ascensin del nivel deagua en el tubo hasta una altura hc: altura de ascensin capilar. La suma de fuerzas horizontales se anula(por estar diametralmente opuestas), y la suma de fuerzas verticales se compensa con el peso de lacolumna de agua ascendida (figura 2.5). As se tiene Ts cos a lo largo de todo el permetro circular deltubo en esa seccin y a la altura hc, o sea:

Ts cos 2 r = r2 hc wde donde se deduce la hc:

hc = 2 Ts cos / r wdonde:

TS: tensin superficial, en (g/cm), la cual disminuye al aumentar la temperatura (a 15o C, la tensinsuperficial es TS = 0,075 g/cm);w: peso especfico del agua, que a temperatura ambiente (ms de 4o) se considera igual a 1 g/cm3;: ngulo de contacto de la superficie del agua con las paredes del tubo, superficie llamadamenisco, generalmente cncava -aunque con mercurio el menisco es convexo- El valor de depende de los materiales puestos en contacto. En los suelos se suele considerar el valor de cos entre 0,5 y 0,9.

Esto resume la ley de Jurn, que expresa que la ascensin capilar es inversamente proporcional al radiodel tubo.

Fig. 2.5 Estado de tensiones del agua en el tubo capilar

En los suelos, la ley de Jurn se traduce en que cuando disminuye el tamao de los huecos, que tambinva ligado a una disminucin del tamao efectivo, la ascensin capilar crece. As se establece:

10DeC

ch

=

donde:hc: altura de ascensin capilar, en cm;e: ndice de huecos o relacin de vacos,

wC

w

w

C

cos

STsenS

SS

Hz

2r

h

- h

0

z

T

T T

- H

S

VVV

e =

2 El agua en el suelo 37

D10: tamao efectivo de Alen Hazen; definido como el tamao del dimetro correspondiente al10% en la curva granulomtrica (significa que ese suelo tiene un 10% de su peso, conpartculas menores a ese dimetro, en cm);

C: constante emprica que oscila entre 0,1 y 0,5, en cm2. Depende de la forma de los granos y deimpurezas superficiales.

En la figura 2.6 se esquematiza la ascensin capilar del agua en arena seca.

Fig. 2.6

2.5 Humedad de contacto

Si la arena est slo hmeda, existe una humedad de contacto. Las fuerzas producidas se puedenrepresentar como en el grfico de la figura 2.7. Entre dos partculas slidas que contactan en un punto M,las fuerzas de la humedad de contacto tienen una resultante vertical, P, que tiende a mantener unidos losgranos con un efecto similar al de la cohesin. Por eso a este fenmeno se le llama cohesin aparente delas arenas. Hay que recalcar lo de aparente, ya que si se sumerge el suelo, o se seca, esa tensinsuperficial (aparente) desaparece y produce la consiguiente desintegracin del esqueleto o conjunto departe slida de la arena.

Fig. 2.7

El efecto de esa cohesin aparente debido a la presin de contacto depende de la densidad relativa, ID oDr, que se expresa:

(Dr vara de 0 a 1)

Satur

ada Agua

Aire

Slid

o

hCC

l-n n

C

CC

C

Seca

h

h

posicin de equilibriohmeda se acerca a lala superficie de la zonacon la que se manifiesta quecurva de velocidad

tiempo

l

h

ms oscuro

color oscuro

color cada vez

color claro

N.F.

h Hm

eda

P

2 r

P

M

Prr

.mn.mx

.mxr

ee

eeD

=

38 El terreno

Si la arena es densa, esa cohesin aumenta a tal punto su resistencia al corte que existen taludesverticales de bastante altura los cuales permanecen estables. Baste pensar en las construcciones conarena hmeda que hacen los nios jugando en las playas.

Si la arena hmeda se deposita de forma suelta, por ejemplo es volcada sin compactacin posterior, lacohesin impide que las partculas se asienten en formas ms estables y esto reduce la capacidad decarga casi a cero.

El volumen de esa arena hmeda puede ser del 20 al 30 % mayor que el que tendra si estuviese seca,aunque tambin estuviera suelta. Este fenmeno, que se suele producir en los 30 60 cm superiores, sellama entumecimiento.

Si esa arena se mojara suficientemente se eliminara la tensin superficial y la porosidad se reducira a lade la arena saturada en estado suelto, o tambin, si se secara o redujera a la porosidad de la arena secasuelta, se producira colapso. De ello se sigue la conveniencia de saturar los rellenos que se prev queluego van a estar inundados.

a) b)Fig. 2.8

La porosidad, n, de la arena, puede variar (figura 2.8) segn la distribucin de sus granos, o sea segn sugrado de compactacin. El valor mnimo es del orden de n = 26% (caso a), y el valor mximo es delorden de n = 46% (caso b). Los valores extremos tpicos de ndice de huecos en los tipos de suelo arenay arcilla son los de la tabla 2.1.

Tabla 2.1 valores tpicos de ndice de huecos en suelos tipo arena y arcillandice dehuecos e

arenas arcillas

emx. 0,9 2,3emn. 0,3 0,6

2.6 Movimiento del agua en el suelo. Permeabilidad

El hecho del movimiento del agua en el suelo lleva al concepto de permeabilidad.

Se entiende por permeabilidad la capacidad de un material para ser atravesado por un lquido.Permeabilidad de un suelo es la propiedad que tiene ese suelo de dejar pasar el agua a travs de l. Estoimplica una posibilidad de recorrido, y exige la existencia de vacos o huecos continuos.

La permeabilidad de los suelos tiene un efecto decisivo sobre el coste y las dificultades en laconstruccin (por ejemplo, en excavaciones a cielo abierto bajo nivel fretico), y en la velocidad deconsolidacin de los estratos de arcillas blandas bajo el peso de una cimentacin.

El agua ejerce una presin sobre el material poroso a travs del cual circula. Esta presin se conocecomo presin de filtracin o tensin de filtracin. Esto es como un roce que produce el agua con lasparedes de los granos o componentes slidos del suelo que conforman los canalillos por los que el aguase mueve.

2 El agua en el suelo 39

Bsicamente se estudian las circulaciones correspondientes a regmenes no variables, o sea, permanentes(las lneas de corriente coinciden con las trayectorias de las partculas elementales del fluido) oestacionarios (no turbulentos).

En esos casos el escurrimiento o filtracin, o sea, el movimiento de las partculas fluidas, se produce a lolargo de caminos muy ajustados a curvas, llamadas lneas de corriente o lneas de filtracin, invariablesen el transcurso del tiempo.

A lo largo de esas lneas de corriente la presin y la velocidad del agua varan segn ciertas leyes. En elcaso particular de un lquido perfecto (incompresible y no viscoso) en movimiento, bajo la sla accin dela gravedad, el teorema de Bernoulli se expresa segn la siguiente ecuacin:

zu

gvh

w

+

+=2

2

donde:h: carga hidrulica total;v

2/2g: carga de velocidad (en los suelos es prcticamente despreciable);v: velocidad de filtracin;g: aceleracin de la gravedad;u: presin de agua;z: carga debida a la altura geomtrica respecto a un nivel de referencia z= 0;w: densidad del agua.

La carga hidrulica representa la energa de una partcula fluida de peso unitario.

El primer trmino [v2/2g] corresponde a la energa cintica por unidad de peso, y el conjunto formadopor el segundo y tercer trmino, [u/w+ z], corresponde a la energa potencial, desglosada en

[u/w ], que es la carga de presin, y[z ], que es la carga de altura o geomtrica.

Para el estudio del flujo de agua es conveniente expresar la energa, tanto la potencial como la cintica,en trminos de alturas. Esto es, por la dimensin de la energa por unidad de peso.

Sin embargo, el agua no siempre puede considerarse fluido perfecto y, adems, la carga hidrulica varaa lo largo de la lnea de corriente; exactamente decrece, porque con el movimiento se produce un roceque disipa la energa, bien en la propia agua, o bien por contacto con los granos del suelo. En realidadhay una prdida de carga.

Tambin se suele considerar [v2/2g] despreciable, pues para una velocidad de 10 cm/s, que en la prcticanunca se alcanza, el valor de esa carga de velocidad es de 0,5 mm.

Con todo ello la ecuacin de Bernoulli quedara:

El medir la presin de agua, u, se hace a partir de la referencia inicial de la presin atmosfrica. Paramedirla en el propio terreno, o sea in situ se colocan piezmetros (medidores de presin de agua) endistintos puntos de ubicacin de sondeos o perforaciones y a distintas profundidades.

zw

uh +

=

40 El terreno

Tambin se suelen hacer pozos de observacin,2 as se podr concretar la distribucin de las presiones deagua en el terreno.

Los principios hidrulicos que interesan en la filtracin lineal son los siguientes (se siguen en el esquemade la figura 2.9):Sean a y b los puntos extremos de una lnea de filtracin, puntos que estn bajo el nivel fretico a diferentescotas.

En cada punto extremo se ha instalado untubo piezomtrico. El nivel de agua sobre bda el nivel piezomtrico en b, y a la distanciavertical hpb desde ese nivel piezomtrico alpunto b, se le llama altura o cargapiezomtrica en b. Anlogamente, a ladistancia hpa se le llama altura o cargapiezomtrica en a. En general esa cargapiezomtrica, (hp) se expresa como la presindel agua dividida por su peso especfico:

hp = pw /. wFig. 2.9

La carga de altura o geomtrica (z) es la distancia a un plano horizontal de referencia (z=0).

La carga total (h) es la suma de la carga de altura y la de presin.

Si el agua tuviera un mismo nivel piezomtrico en los dos pozos, que estn situados en a y b, no habrafiltracin, cualesquiera que fuesen las cotas reales de a y b. La filtracin slo se produce si existediferencia de niveles piezomtricos, h, o sea, si existe una diferencia piezomtrica h entre a y b,llamada carga hidrulica de a respecto a b.

La ecuacin de Bernoulli para los puntos a yb queda:

hbzwbpazwap ++=+ //

Si los puntos a y b estn a la misma cota onivel, entonces la carga de presin en a(segn el dibujo de la figura 2.10) ser,respecto a la de b, superior en una cantidad,p:

p = u = (hpa - hpb ). wu = h w

Fig. 2.10 (p= sobrepresin o diferencia de carga total).

(pw y u expresan lo mismo).

Algunos geotcnicos (Lambe) definen la carga piezomtrica como la carga de presin ms la cargageomtrica.

2 Los pozos de observacin consisten, bsicamente, en un tubo ranurado que se instala en el interior de un sondeo. El nivel del agua en elinterior del tubo se mide mediante una sonda que se introduce por la boca del mismo. Este sistema no permite medir variaciones de presionesintersticiales sino variaciones de nivel fretico; adems, en terrenos poco permeables su tiempo de respuesta es muy alto. Se aconseja su usopara medir niveles freticos en terrenos permeables y cuando no existan capas artesianas o acuferos colgados.

a

muestra

h

pb

b

L

a b

paa

z

N.F.

h

z

h

ba

h = u /h

z = 0 Plano horizontal de referencia

z = 0 Plano horizontal de referencia

muestra

z

h

a h = u /

a

b

L

pa

zb

h = u /bpbhb

a

a

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z

N.F.

(O DJXD HQ HO VXHOR

VLQXRVD UHDO

OLQHDO LGHDOL]DFLyQ

7UD\HFWRULD PLFURVFySLFD

7UD\HFWRULD PDFURVFySLFD

+D\ TXH REVHUYDU TXH OD GLIHUHQFLD SLH]RPpWULFD 'K VHUi LJXDO D OD GLIHUHQFLD HQWUH DOWXUDV

SLH]RPpWULFDV HQ D \ E VyOR HQ HO FDVR HQ TXH HVWRV SXQWRV D \ E HVWpQ VLWXDGRV D LJXDO QLYHO

6L ]

D

]

E

HQWRQFHV

'K K

D

K

E

K

SD

K

SE

]

D

]

E

\ HVWD ~OWLPD VXPD ]

D

]

E

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X

D

J

Z

X

E

J

Z

'K

R OR TXH HV LJXDO

'XJ

Z

'K

(V LQWHUHVDQWH REVHUYDU TXH VL J

Z

HQ XQLGDGHV WDOHV FRPR WP

R JFP

HQWRQFHV VH FXPSOH OD

LJXDOGDG HQ YDORU QXPpULFR 'X 'K

*UDGLHQWH KLGUDXOLFR L

L VH GHILQH FRPR OD SpUGLGD GH FDUJD SRU XQLGDG GH ORQJLWXG GH FDPLQR UHFRUULGR R VHD

KJUDG

GO

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O

K

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O

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'

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8Q IOXLGR FLUFXOD SRU HO VXHOR VLJXLHQGR FDPLQRV PiV R PHQRV WRUWXRVRV D WUDYpV GH ORV SRURV ILJXUD

(Q JHQHUDO ORV JHRWpFQLFRV QR HVWiQ

LQWHUHVDGRV HQ HVH PRYLPLHQWR

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