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CURSO:
MECANICA
DE SUELO
INGENIERIA CIVIL
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EL SUELO: SU ORIGEN Y FORMEL SUELO: SU ORIGEN Y FORM
Mecánica de suelos I
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RocasSon agregados de diversos minerales, pero, en ocasione
formadas por un único mineral. Las rocas se pueden
diversas maneras y a distintas profundidades. Una vez for
se las encuentra por toda la superficie terrestre.
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ROCAS IGNEAS, SEDIMENTARIAS Y METAMÓR
Las rocas se dividen en tres grandes grupos, según
formado: ígneas, formadas por la solidificación
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,
acumulados en una zona concreta y metamórficas,
transformación de las ígneas y sedimentarias.
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• Las rocas intrusivas o plutónicasSe forman a partir de un enfriamiento lento del magma
de la corteza terrestre. Las rocas se enfrian
permitiendo así el crecimiento de grandes cristales de m
ejemplo: granito y sienita.
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• Las rocas extrusivas o volcánicas
Se forman por el enfriamiento rápido del magma y en la su
de ella, se forman al ascender el magma fundido desde la
llenando grietas próximas a la superficie, o al emerger ma
los volcanes. El enfriamiento y la solidificación posteriores s
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basalto, riolita, traquita.
traquita
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• Las rocas sedimentarias químicasSe forman por sedimentación química de materiales que
disolución durante su fase de transporte. En estos
sedimentación también puede influir la actividad de organis
cuyo caso se puede hablar de origen bioquímico u orgán
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yeso, anhidrita y calizas.
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Rocas metamórficasSon rocas ígneas y sedimentarias
que sufren un cambio o
transformación ocasionado por las
fuertes presiones y altas
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temperaturas; el metamorfismo se
caracteriza por el desarrollo de
textura y/o minerales nuevos.
El metamorfismo puede ser de dosclases: por contacto y regional.
cuarcita
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• El metamorfismo de contactose produce cuando un magma intruye una roca más frí
madre (la mas fría) se forma una zona de alterac
aureola de contacto. La aureola puede estar dividid
zonas metamórficas, ya que cerca del intrusivo s
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minerales de altas temperaturas como el granate mient
lejos se formaran minerales de bajo grado como la clori
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• El metamorfismo regional
Ocurre cuando grandes regiones de la corteza son comprim
deforman. Cuando los ríos acumulan sedimentos sobre las
sedimentarias por cientos de millones de años, la presión so
aumentando y la cuenca se hunde lentamente. Con el tiemp
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metamorfismo.
gneis
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• El metamorfismo regional
Otra forma de metamorfismo regional ocurre cuando las p
convergen. Una placa se sumerge bajo la otra hacia el
zonas de subducción se produce magma que asciende
provocando metamorfismo en grandes regiones de la co
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.
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Intemperismo de las rocas
Intemperismo o meteorización es la alteración de los m
expuestos al aire, la humedad y al efecto de la materia or
intemperismo mecánico o de desintegración, y
descomposición, pero ambos procesos, por regla genera
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intemperismo toda vez que afectan la roca desde el punto d
que el agua y el calor favorecen las reacciones químicas que l
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Intemperismo mecánico o físicoMencionado también como desintegración, es un proces
rocas se rompen en fragmentos más y más pequeños, co
la energía desarrollada por las fuerzas físicas. Por eje
agua se congela en una roca fracturada, la presión debida
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del agua congelada puede desarrollar suficiente energ
fragmentos de la roca.
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La meteorización física, se desarrolla fundamentalmente edesérticos y periglaciares. Los climas desérticos tie
diferencia térmica entre el día y la noche, y en los
periglaciares las temperaturas varían por encima y por deba
de fusión del hielo, con una periodicidad diaria o estacional.
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Los cambios de temperatura rápidos y elevados, pued
intemperismo mecánico de la roca, como así también l
bosques o de maleza, generan calor suficiente par
calentamiento rápido y violento de la zona exterior de la
expansión, y si ésta es bastante grande, se despren
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fragmentos más grandes de la roca.
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El hielo es mucho más efectivo que el calor para producirmecánico. Esta expansión del agua, a medida que pasa del
al estado sólido, desarrolla presiones dirigidas hacia fue
paredes interiores de la roca. Tales presiones son lo s
grandes como para desprender fragmentos de la superficie d
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Factores del intemperismo físico o mecánico
Son: insolación, gelivación, palpitación, exfoliación, acción
• La insolación
Fenómeno de expansión y contracción térmica del mater
de la tem eratura. Si la variación es súbita afectará la su
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si es lenta, toda la masa. En el segundo caso aparecerían
material es heterogéneo, (minerales con diferentes
contracción y dilatación), pueda generar respuestas difer
de esfuerzos. La insolación es más eficiente en los
sequedad ambiental permite que durante el día el calo
calentar la humedad de la atmósfera y durante la noche
atmosférica de calor para que disminuya la temperatura
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• Gelivación o acción de las heladas
Este factor es más eficiente que el anterior. Cuando el a
fracturas de las rocas para luego congelarse, aumenta su v
genera esfuerzos que fracturan el material. Con variacione
por arriba y abajo del punto de congelación y el nuevo abas
enetrando en el material a través de diaclasas oros el
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forma semejante a una cuña.
• Palpitación. Es el movimiento del suelo causado por ma
hielo, cuando el agua de lluvia que ha penetrado al su
durante el invierno aumentando su volumen. El mecanismo
fusión del agua, conforme la temperatura fluctúa por arriba y
fusión, da el particular movimiento que conduce a la alteració
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• ExfoliaciónEs una forma de meteorización que conduce, no a l
granular de la roca, sino a su descamación, pues se d
roca láminas o capas curvas. Se presentan dos product
los domos de exfoliación por despresurización de un ma
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peñascos intemperizados esferoidalmente, por exfoliació
• Acción de las raíces
Las raíces que crecen en las grietas de las rocas genera
tracción. Se trata de un efecto de cuña asociado al engro
raíz que se desarrolla y progresa, colaborando en la dislo
materiales rocosos.
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Intemperismo químico
Denominado descomposición, es un proceso más c
intemperismo mecánico. El intemperismo químico
transforma el material original en algo más diferente.
meteorización química denota cambios en las propiedad
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,nuevos minerales que sean más estables en las
presiones relativamente bajas existentes en la superficie t
El tamaño de las partículas de rocas es un factor e
importante en el intemperismo químico, dado que las sus
reaccionar químicamente sólo cuando se ponen en con
otros. Cuanto más grande es la superficie de una
vulnerable resulta el ataque químico.
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El clima también desempaña un papel en elintemperismo químico. La humedad,
particularmente cuando va acompañada de
calor, acelera la velocidad de intemperismo
químico; inversamente, la sequedad lo
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retarda. Finalmente, las plantas y los
animales contribuyen directamente o
indirectamente al intemperismo químico,
puesto que sus procesos vitales producen
oxígeno, dióxido de carbono y ciertos
ácidos que entran en reacciones químicas
con los materiales de la tierra.
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La meteorización química causa la disgregación de las roca
los minerales reaccionan con algunas sustancias pr
inmediaciones, principalmente disueltas en agua, para dar o
distintas composiciones químicas y más estables a las
exterior. En general los minerales son más susceptibles a e
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formación a las del ambiente en la superficie de la tierra.
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Factores del intemperismo químico
Los factores del intemperismo químico son: el intemperi
composición mineralógica original, la profundidad de los
variaciones de la temperatura y de la humedad.
El intemperismo mecánico
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,garantiza mayor área de exposición de los materiales.
• La profundidad.
Porque los materiales de la superficie están más expuestos a
temperatura y la humedad y por consiguiente al aire y la mat
superficie existen organismos vivos que favorecen la alteració
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La figura muestra l
planta formando arc
cargas eléctricas (-)
adherencia de iones
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+ ; a or oc asa eniones de potasio (K+).
En la figura se ilustra un proceso, de interacción planta
intercambio de cationes, el potasio pasa a alimenta
intercambiándose por el hidrógeno, que pasa a oxidarse
ígnea, donde se forma la arcilla.
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• La composición del mineral original
Este es un factor que alude a la génesis y tipo de roca,
ejemplo, entre los metales el hierro se oxida más rápida
silicatos, el cuarzo resiste más que los otros de la serie.
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• La temperatura y la humedadSon dos factores climáticos que condicionan la velocida
las reacciones químicas; la humedad favorece la prod
carbónico, además de proveer otros ácidos de reacció
degradan por ciclos de humedecimiento y secado an
humedad y temperaturas fijas; la intensidad en la var
factores es el aspecto fundamental.
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Es conveniente indicar la forma geométrica en que se rompe
pedazos, considerando únicamente las formas que
fragmentos rocosos.
• Las rocas compuestas de minerales de grano grueso,
generalmente grano a grano, dicha rotura se denomina
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granular.
Desintegración granular
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• La descamación es la formación de escamas u hojas cur
que se separan sucesivamente de la masa rocosa original
ésta a una forma esferoidal cada vez menor; el proceso re
meteorización física es la descompresión o sea, la disminu
de confinamiento a medida que la roca alcanza niveles m
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rocas formadas a gran profundidad están sometidas a un
contracción debido a la alta presión sufrida
Descamación
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• Al alcanzar la superficie, la roca se expande ligeramen
hojas se separan de la roca madre subyacente. En rocas
numerosas diaclasas producidas previamente por pre
contracción de un magma al enfriarse, da lugar a roturas
fragmentación en bloques
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Fragmentación en bloques
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• Por último, la fractura irregular es la desintegració
nuevas superficies de rotura masivas y duras, origin
angulares de agudos bordes y ángulos
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Fragmentación irregular
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La formación del suelo es un proceso en etapas en el qdividen en partículas menores mezclándose con mate
descomposición.
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Según el proceso de formación, el suelo puede ser sedim
residual y de relleno artificial.
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Sedimentario
En este tipo de suelo, las partículas se formaron en un lug
fueron transportadas y se depositaron en otro emplazamie
materiales rocosos son transportados por los agentes de
(agua corriente, hielo glaciar, olas y viento), y también son
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influencia de la gravedad para acumularse en otros lugare
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En la formación de los suelos sedimentarios se conside
proceso de: la formación del sedimento, el transporte y e
sedimentos.
a. Formación de sedimentos
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meteorización física y química de las rocas de la super
general las partículas de limo, arena y grava se
meteorización física de la roca, mientras que las partícu
formadas por procesos de alteración química de las mism
de partículas arcillosas a partir de las rocas puede
combinación de elementos en disolución o por la descom
de otros minerales.
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b. Transporte de los sedimentos
Los sedimentos pueden ser transportados por uno de los s
agua, aire, hielo, gravedad y organismos vivos. La forma d
los sedimentos principalmente de dos formas: a) modifica l
y la textura de las partículas por abrasión, desgaste, impa
roduce una clasificación o raduación de las artículas.
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c. Depósito de los sedimentos
Después de que las partículas se han formado y se ha
depositan para formar el suelo sedimentario. La causa de e
agua es la reducción de la velocidad, cuando una corriente
lago, océano, o un gran volumen de agua, pierde la m
velocidad, disminuye así la fuerza de la corriente y
sedimentación.
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Según sea el agente de transporte, los suelos sedimesubdividirse en las siguientes categorías:
• Aluviales o fluviales: son depositados por corrientes de a
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• Glaciales: depositados por la acción de los glaciares.
• Eólicos: depositados por la acción del viento.
• Coluviales: depositados por la acción de la gravedad.
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• Depósitos Aluviales
Los depósitos de suelo aluvial son generados por la acció
de agua y ríos. El tamaño de sus granos es de fino a m
forma es sub-redondeada.
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Los ríos acarrean materiales de muy diversas
depositándolos a lo largo de su perfil, según varia la veloci
al ir disminuyendo esta, la capacidad de acarreo de la co
menor depositándose los materiales más gruesos. De es
transporta y deposita suelos según sus tamaños
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próximos a su desembocadura. Otra característica impor
depositan en capas de espesores pequeños.
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• Suelos glaciares
Son suelos transportados por el hielo y el agua. Los de
están formados por suelos heterogéneos que van desde g
hasta materiales muy finamente granulados a causa
presiones desarrolladas y de la abrasión producida por e
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las masas de hielo. Las partículas presentan formas su
redondeadas, la permeabilidad y porosidad es alta.
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Los fragmentos rocosos desprendidos como consecuencia
abrasión se llaman tills. Tienen diferentes tamaños y so
englobados por la masa de hielo del glaciar. Cuand
acumulaciones de tills, se denominan morrenas.
Un glaciar también puede depositar los llamados bloques e
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enormes fragmentos rocosos de características diferentes ael que se asientan y que fueron transportados por el empuje
largo de varios kilómetros.
S
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• Depósitos Eólicos de Suelos
El viento también es un agente importante de transporte
formación de depósitos de suelos. Cuando grandes ár
encuentran expuestas, el viento puede desplazarlas y r
algún otro lugar. Se forma un depósito compacto de are
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expuesto al viento y un depósito suelto sobre el lado opue
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Las propiedades típicas de las dunas de arena son:
• La granulometría de la arena en una localid
sorprendentemente uniforme, lo cual puede ser atr
distribuidora del viento.
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• El tamaño general del grano decrece con la distanc
debido a , que el viento arrastra a las partículas pequeñ
las grandes.
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El loess es un depósito eólico que consiste en partículade tamaño de limo. La granulometría del loess es basta
cohesión se deriva generalmente de un recubrimiento a
partículas de tamaño de limo, lo que contribuye a genera
estable de suelo en un estado no saturado. La cohesió
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ser el resultado de la precipitación de productos químico
agua de lluvia. El loess es un suelo colapsable, porque c
pierde su resistencia adherente entre las partículas del sue
especiales deben tomarse al construir cimentaciones so
loess.
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• Suelos coluviales
Son suelos transportados por la gravedad. Sus carac
granulometría heterogénea: el tamaño de sus granos es
grueso, la forma de sus granos es angulosa, la forma
completamente irregular, no sufre desgaste por transport
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La combinación del escurrimiento de aguas en las l
colinas y montes y de las fuerzas del campo gravitato
depósitos de talud, en las faldas de las elevaciones, e
suelen ser heterogéneos, sueltos y predominantemente
materiales gruesos.
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F lt d d I i í A it t
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Suelos residuales (desarrollados in situ)Los suelos residuales se originan cuando los p
meteorización de las rocas no son transportados como
que se acumulan en el sitio en que se van formando. S
descom osición de la roca su era a la de arrastre de
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la descomposición se produce una acumulación de sue
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Los factores que influyen en la
velocidad de alteración de la
naturaleza de los productos de
la meteorización son:
• El clima (temperatura y
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lluvia),• La naturaleza de la roca
original
• El drenaje y la actividad
bacteriana.
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a) la zona superior, en la que existe un elevado
grado de meteorización, pero también cierto
arrastre de materiales, generalmente existe
material arcilloso o de arcillo limoso
b) la zona intermedia en cuya parte superior
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ex s e una c er a me eor zac n, pero am n
cierto grado de deposición hacia la parte
inferior de la misma, el suelo es limoso y/o
arenoso.
c) la zona parcialmente meteorizada que sirve
de transición del suelo residual a la roca
original inalterada
La te
factore
desar
import
residu
partes
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Depósitos artificiales
Los suelos sedimentarios y los residuales son suelos fo
naturaleza. Un depósito hecho por el hombre se denom
relleno. El terraplén constituye realmente un depósito sed
que el hombre realiza todos los procesos de formación
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g y q
El suelo se extrae, por excavación o voladura de unyacimiento cuyo material cumple con las especific
establecidas.
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g y q
se transporta mediante un vehículo que puede ser un por medio de barcazas o tuberías y se deposita e
predeterminado.
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El material puede dejarse tal como cae, o puede aco
compactarse, para alcanzar las características
deseadas.
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SUELO Y ROCA
Suelo
Sedimentos u otras acumulaciones
de partículas sólidas producidas por
Según ASTM (American Society for Testing Materials)
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la desintegración física y química de
las rocas, con o sin materia orgánica.
Roca
Materia sólida mineral que se
presenta en grandes masas o
fragmentos.
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Según Terzaghi
Suelo
Es todo agregado natural de partículas
minerales separables por medios
mecánicos de poca intensidad, como la
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agitación en agua.
Roca
Es un agregado de minerales unidos por
fuerzas cohesivas, poderosas y
permanentes .
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Suelo
Es el material terroso compuesto de distintas partículas
arenas y mezclas arcillosas y/o limosas, con gases
ocupan los espacios vacíos entre las partículas sólida
considera al suelo como un sistema multifase. El ag
Mecánica de Suelos I
suelo es parte integral del mismo porque juega un pape
su comportamiento mecánico.
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Suelo
Desde el punto de vista de la ingeniería,
suelo es el terreno de fundación donde
se construye las cimentaciones de las
estructuras, también es el material de
Mecánica de Suelos I
construcción para diversas obras civilesejemplo pavimentos, presas de tierra, por
esta razón el estudio de las de las
propiedades físicas, hidráulicas y
mecánicas del suelo es de importancia
fundamental, las cuales se determinan con
ensayos realizados en laboratorio.
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Suelo como terreno de fundación
El problema consiste en proyectar la cimentación de un
estribo de puente, de un muro de retención, etc. de f
y económica, teniendo en cuenta la naturaleza del
manera que se consiga seguridad suficiente con de
Mecánica de Suelos I
asentamientos compatibles con las tolerancias de la eso Condiciones de cimentación
Una vez conocida la naturaleza y propiedades d
elige la solución de cimentación más adecuada
teorías de la Mecánica del Suelo y la experiencia te
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Se define el tipo de cimentación, el nivel de apoyo (
cimentación), las presiones de trabajo y los asentamien
asociados con las mismas.
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El suelo como material de construcción
El suelo es el material de construcción más abundante
muchas zonas constituye, de hecho, el único ma
localmente.
Cuando el ingeniero emplea el suelo
Mecánica de Suelos I
como material de construcción debe
seleccionar el tipo adecuado de
suelo, así como el método de
colocación y, luego, controlar su
colocación en obra, porque el suelo
como material de construcción debe
cumplir especificaciones técnicas.
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La construcción de presas de tierra y vías terrestres im
suelos, pero un uso selectivo, juicioso y en lo posible científi
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ESTRUCTURA DE LOS SUELOS
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Estructura del suelo.
Es la forma de agregación natural de las partículas del sue
unidades de mayor tamaño con carácter más persistente.
se denominan agregados. Su formación se debe a la prese
eléctricas en la superficie de las arcillas, lo que da c
Mecánica de Suelos I
interacciones físico-químicas con los demás componentes
La estructura de los suelos condiciona diversas propied
como por ejemplo: porosidad, permeabilidad, etc. La
encuentra siempre cambiante, bajo la influencia de las fue
y del movimiento del agua originada por la lluvia, la e
congelación, la descongelación.
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La estructura del suelo es un estado y no una propiedad,
está seco se agrieta y se manifiesta la estructura, pero si
suelo se vuelve masivo, sin grietas y la estructura no
Debido que este estado varía según el contenido de humed
grado de estructura debe determinarse cuando el
Mecánica de Suelos I
exageradamente húmedo o seco.
En el suelo se presenta microestructrua y macroestructura
• Microestructura: es el arreglo de las partículas primaria
arcilla) para formar las secundarias.
• Macroestructura: se ve a simple vista y es el arreglo de
secundarias y primarias.
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Estructura primaria, microestructura o textura
Es la disposición y estado de agregación de las par
suelo en su estado natural, depende del am
meteorización en los suelos residuales, o del am
de osición en los suelos trans ortados. Esta es la fábr
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que hereda el suelo.
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La estructura primaria puede ser:
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La estructura primaria puede ser:
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Estructura secundaria o macroestructura
La estructura continua es frecuentemente alterada por
locales para producir la macroestructrura que lo
aspectos estructurales a mayor escala. Cuando la
individuales se a ru an toman el as ecto de artícula
Mecánica de Suelos I
se denominan agregados.
La estructura del suelo se define por la forma en que se
partículas individuales de arena, limo y arcilla.
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• Estructura laminar
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Estructura laminar
se compone de partículas de suelo agregadas en láminque se acumulan horizontalmente una sobre otra.
Los agregados tienen forma aplanada, con predominio
Mecánica de Suelos I
horizontal. A menudo las láminas se traslapan, l
notablemente la circulación del agua y del aire.
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• Estructuras en bloques angulares o bloques subangula
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Estructuras en bloques angulares o bloques subangula
Son partículas de suelo que se agrupan en bloques caangulares con los bordes más o menos pronunciado
relativamente grandes indican que el suelo resiste e
movimiento del agua. Los agregados tienen forma
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predominio de ninguna dimensión.
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Estructura angular Estructura subang
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• Estructuras prismáticas y columnares
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Son partículas de suelo que han formado columnas o pseparados por fisuras verticales diminutas, pero definidas
con mayor dificultad y el drenaje es deficiente.
- Prismática. Los agregados tienen forma de prisma, de
Mecánica de Suelos I
. .
- Columnar. Semejante a la estructura prismática, p
redondeada.
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Estructura prismática Estructura co
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Sin estructuraCondición en la que no existen agregados visibles o
ordenamiento natural de líneas de debilidad, tales como:
•
Mecánica de Suelos I
aparece cementado en una gran masa (masivos endure
La cementación puede considerarse una forma de
partículas de diferentes tamaños están unidas
cementante, por lo general un carbonato.
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( i h i ) d d l
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• Estructura de grano simple
(sin coherencia) donde l
individuales del suelo no muestran tendencia a agrupa
arena pura o partículas sueltas pulverulentas de suelo
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Arcilla
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No es un mineral sino un agregado de minerales y
coloidales que se han formado mediante la descomposici
rocas.
Mecánica de Suelos I
Las arcillas están constituidas básicamente por silica
hidratados, presentándose además en algunas ocasion
magnesio, hierro u otros metales, también hidratados.
tienen casi siempre, una estructura cristalina definida
disponen en láminas. Existen dos variedades de tales lám
la alumínica.
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• Lámina silícica está formada por un átomo de silic
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Lámina silícica está formada por un átomo de silic
cuatro de oxígeno, disponiéndose el conjunto en forma d
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Estos tetraedros se agrupan en unidades hexagonales, s
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de oxígeno de nexo entre cada dos tetraedros. Las unidrepitiéndose indefinidamente constituyen una retícula lam
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• Láminas alumínicas están formadas por partícula
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dispuestos con un átomo de aluminio al centro y s
alrededor. También ahora es el oxigeno el nexo e
octaedros vecinos para constituir la retícula
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De acuerdo con su estructura reticular, los minerales de a
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en tres grandes grupos: caolinitas, montmorilonitas e ilitas.
• Caolinitas
Están formadas por una lámina
silícica y otra alumínica, que se
Mecánica de Suelos I
superponen indefinidamente. La
unión entre todas las retículas es lo
suficientemente firme para no
permitir la penetración de
moléculas de agua entre ellas
(adsorción).
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En consecuencia las arcillas
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caoliníticas serán relativamente
estables en presencia del agua. Son
de color blanco.
Mecánica de Suelos I
Estas arcillas son de color blancomoderadamente plásticas, de mayor
permeabilidad y mayor fricción
interna. En la “Carta de Plasticidad”
las caolinitas están bajo la línea A,
están ubicadas como limos.
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• Montmorillonitas o bentonitas
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Están formadas por una láminaalumínica entre dos silícicas,
superponiéndose
indefinidamente. En este caso
Mecánica de Suelos I
la unión entre las retículas del
mineral es débil, por lo que las
moléculas de agua pueden
introducirse en la estructura con
relativa facilidad, a causa de las
fuerzas eléctricas generadaspor su naturaleza dipolar.
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Lo anterior produce un incremento en el
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volumen de los cristales lo que se traducemacro físicamente en una expansión. Las
arcillas montmorillonitas, especialmente en
presencia del agua presentarán fuerte
Mecánica de Suelos I
tendencia a la inestabilidad. Las bentonitas son
arcillas del grupo montmorillonitas, originadas
por la descomposición química de las cenizas
volcánicas y presentan la expansividad típica
del grupo en forma particularmente aguda, lo
que las hace sumamente críticas en sucomportamiento mecánico.
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Además de ser expansiva, la montmorillonita es mu
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contrae al secarse, mejorando su resistencia impermeable.
Estas arcillas aparecen desdichadamente, con frec
Mecánica de Suelos I
trabajos de campo, para cimentación de con
montmorillonita es uno de los terrenos en los que se de
precauciones debido a su carácter expansivo.
por otra parte, en ocasiones ayudan al ingeniero en l
ciertos problemas prácticos como el uso en los poztierra. Son de color pardo o gris
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• Ilitas
P l l tá t t d ál
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Por lo general están estructuradas análogamenmontmorillonitas, pero su constitución interna manifies
formar grumos del material, que reduce el área expues
unidad de volumen, por ello, su expansividad es meno
Mecánica de Suelos I
montmorillonitas y en general, las arcillas ilitas,
mecánicamente en forma más favorable para el ingeniero
El coeficiente de fricción interno y la permeabilidad son m
la caolinita y mayores que en la montmorillonita.
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Arcillas caolinitas, montmorillonitas e ilitas
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Los constituyentes químicos esenciales de los minerales
no solo en cantidad sino también en el modo en que
presentan en los diferentes minerales.
Mecánica de Suelos I
Los minerales arcillosos más importantes se encuentranlas caolinitas y de las montmorilinitas. Las arcillas e
sedimentos arcillosos son el resultado de la meteoriza
ígneas y metamórficas.
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En condiciones de escasa precipitación el magnesio
ígneas máficas permanecen en la zona de meteorizaci
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ígneas máficas permanecen en la zona de meteorizaciproducida es la montmorillonita.
Si la precipitación es considerable, se efectúa u
Mecánica de Suelos I
completa de la roca, el magnesio es separado y el p
meteorización es la caolinita.
A partir de una roca ígneas ácida se origina
montmorillonita en condición de meteorización con t
retención de potasio y magnesio, pero se formaríaprevalecer una lixiviación excesiva.
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Propiedades de las arcillas
C i i
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Consistencia
Se define como su resistencia al esfuerzo cortante; es la
presenta la masa de suelo a que se le deforme.
Mecánica de Suelos I
Sensibilidad o susceptibilidad de una arcilla
Es la propiedad por la cual, al perder el suelo su estr
cambia su resistencia, haciéndose menor, y su c
aumenta.
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Actividad (A)
Propiedad plástica de los suelos que resulta del agua
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Propiedad plástica de los suelos que resulta del agua rodea a las partículas de arcilla, el tipo de minerales a
cantidades proporcionales en un suelo afectarán los lí
plástico. La actividad se usa como índice para identificar
Mecánica de Suelos I
expansión de los suelos arcillosos.
Tixotropía.
Fenómeno consistente en la pérdida de resistencia
cuando es amasada, y en la posterior recuperación de di
después de un cierto tiempo de reposo. Este fenómintenso en las proximidades del LL y casi nulo en el LP.
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Estructura del suelo
También se refiere a la forma en la que
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También se refiere a la forma en la queel suelo está compuesto y al modo en
que se encuentran dispuestas sus
diversas partes. El suelo en su
Mecánica de Suelos I
evolución natural origina una
estructura vertical, conocida como
perfil. En la estructura del suelo se
pueden observar diferentes capas que
es producto de su movimiento interno
y del transporte vertical, estas capasson conocidas como estratos.
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• Plasticidad, variación de consistencia del agregado e
contenido en agua.
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Los parámetros de estado
Fundamentales son la humedad y la densidad.• Contenido de humedad cantidad de agua en la ma
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• Contenido de humedad, cantidad de agua en la ma
• Densidad, referida al grado de compacidad que mue
partículas constituyentes.
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Parámetros geomecánicos
El comportamiento geomecánico del suelo está en funci
de los parámetros de identificación y de los parámetros
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de os pa á et os de de t cac ó y de os pa á et os
definiéndose así un segundo orden de parámetros tales
resistencia al esfuerzo cortante, la deformabilidad, la pe
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Cuando se realiza un análisis físico de una muestra de sdentro de ella variados tamaños de grano que se enma
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dentro de ella variados tamaños de grano que se enma
rangos específicos definidos por diversas entidades o agru
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Para clasificar a los constituyentes del suelo según
partícula se han establecido muchas clasificaciones g
Básicamente todas aceptan los términos de grava, aren
pero difieren en los valores de los límites establecidos p
clase.
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Grava
son fragmentos grandes de roca,
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fácilmente identificables a simple
vista.
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Arena
Están compuestas por partículas
de un tamaño considerable,
tienen un mayor espacio entre
partículas, el agua drena muyrápidamente a través de ella.
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Arcilla
Las arcillas son principalmente partículassubmicroscópicas en forma de escamas que
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p q
desarrollan propiedades de plasticidad
cuando se mezclan con agua. La arcilla
Mecánica de Suelos I
tiene la habilidad de retener el agua, se
caracteriza por un pobre drenaje y aireación.
La arcilla húmeda es difícil de trabajar,
mientras que cuando está seca es muy dura.
Las partículas se clasifican como arcilla con
base en su tamaño de grano y no contienenecesariamente minerales arcillosos.
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Determinación del tamaño de las partículas
Las partículas no están sueltas sino que forman agregadlo tanto necesario destruir la agregación para separar
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o ta to ecesa o dest u a ag egac ó pa a sepa a
individuales y poder determinar las diferentes tamaños qu
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Forma de las partículas del suelo
La forma de las partículas tiene tanta importancia comoque respecta al comportamiento del suelo, sin embargo
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pues es difícil medirla y describirla cuantitativamente.
granos puede ser de tres clases: redondeados, laminare
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aciculares
Forma redondeada
Cuando el largo, el ancho y el espesor de una partíc
orden de magnitud, se forman por la desintegración
rocas, rara vez son más finos que 0.001 mm d
características significativas de estos granos son: l
angulosidad.
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Las partículas pequeñas de arena cuando están cerca de s
tienden a ser muy angulosas, mientras que las gravas del m
entre sub redondeas y redondeadas
Las arenas del mar son entre subangulares y redondeadas
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g y
son transportas por el viento y se depositan en médanos so
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Forma laminar o escamosa
Son finas pero no necesariamente alargadas, parecen hoja
cuanto a sus dimensiones relativas. Pueden resistir los des
Forma acicular
Son partículas demasiado alargadas, son elásticas y se rombajo los efectos de la carga.
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• Estado líquido el suelo tiene las propiedades y aparie
suspensión.
Estado Semilíquido el s elo presenta las propiedade
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• Estado Semilíquido el suelo presenta las propiedade
viscoso.
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• Estado Plástico el suelo se comporta plásticamente.
• Estado semi sólido el suelo tiene la apariencia de un só
disminuye de volumen al estar sujeto a secado.
• Estado sólido el volumen del suelo no varia con el secad
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Los estados de consistencia están separados por los ll
de consistencia, los cuales son propiedades índices de
que se definen la plasticidad y se utilizan en la
clasificación de un suelo.
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Plasticidad de los suelos
La plasticidad es un fenómeno inherente a los suelos definas, limos y arcillas. En la periferia de las partículas
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fenómeno eléctrico superficial, ya que ésta posee carg
tanto atrae los iones ositivos del a ua. Debido a
Mecánica de Suelos I
electrostáticas, el fenómeno produce una interacción de la
lo que tienden a permanecer y moverse unidas. La plas
una consecuencia directa se estos fenómenos.
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El ingeniero que proyecta una cimentación sobre el suelo
expansivo necesita un dato importante: el valor de
expansión del suelo, determinado en laboratorio medi
edométrico
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Mecánica de Suelos I
levantadas o movidas por el suelo arcilloso expansivo, loen las vigas de cimentación.
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Propiedades ingenieriles de los componentes del suelo
La arenas y las materias orgánicas presentan buena perestado seco o húmedo. Las arcillas no, sobre todo
montmorillonita.
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Mecánica de Suelos I
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La estabilidad volumétrica de arenas, limos, es buena, mie
arcillas no, y en particular la de la montmorillonita que es m
La plasticidad y cohesión son muy altas en la montmorillon
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en los limos.
Mecánica de Suelos I
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La caolinita no es expansiva, es de baja plasticidad y baja co
que la illita y más aún la montmorillonita, son expansivas, de p
e impermeables. En ambas como en la clorita, hay que consid
D b l bl i i il
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Deben tenerse en cuenta suelos con problemas ingenieriles
Mecánica de Suelos I
expansivos, colapsables, desleibles y dispersivos. En el
puede haber sustancias activas y reactivas, y factores que provocándole daños de composición, químicos y mecáni
componentes constitutivos.
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La materia orgánica es de alta permeabilidad, difícilmen
rápidamente degradable por oxidación. No sirve cofundación y debe evitarse en la base de los rellenos
licuación de una arena aumenta cuando el material es fin
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existir un ambiente saturado y amenaza sísmica con eve
Mecánica de Suelos I
energía.
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PROPIEDADES FÍSICAS DEL SUELO
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Mecánica de suelos I
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• Contenido de humedad: W (%)
Esta propiedad física del suelo es de gran utilidad en la c
se obtiene de una manera sencilla, pues el comportamien
de los sueles en la construcción están regidos, por la can
contienen El contenido de humedad de un suelo se d
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contienen. El contenido de humedad de un suelo se d
Mecánica de suelos I
relación que existe entre el peso del agua ( Ww) contenid
el peso de su fase sólida (Ws). Se expresa en porcentaje
W(%) = Ww * 100Ws
El proceso de la obtención del contenido de humedad de un
hace en laboratorios
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Ensayo de contenido de humedad
Material
muestra alterada extraída del estrato en estudio
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Mecánica de suelos I
Equipo
• Balanza con aproximación de 0.01 gr.
• Estufa
• Taras
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Mecánica de suelos I
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• Densidad natural (Dh)
El poder determinar la densidad que posee un suelo en est
terraplén, ha sido siempre un gran reto para los investigado
suelos. Se realiza esta determinación para determin
gravimétricas y volumétricas de un suelo en estado natura
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Mecánica de suelos I
el grado de compactación en rellenos compactados artificial
La densidad del suelo es el peso del suelo (Wmh) correspovolumen determinado (Vmh)
Dh = Wmh
Vmh
Para determinar la densidad existe dos métodos, cada uno
acuerdo al tipo de material
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Procedimiento
• Determinar el peso (Wc), el diámetro ( y la altura (h)
muestreador cilíndrico.
• Extraer la muestra inalterada del estrato en estudio, con
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Mecánica de suelos I
cilíndrico, enrazar con la espátula y pesar ( Wm + c)
• Determinar el peso de la muestra inalterada Wm = (Wm• Determinar el volumen del molde cilíndrico (Vc), el cual
de la muestra (Vm)
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Procedimiento
a. primera parte: determinación de la densidad aparent
de reemplazo
• Obtener arena gruesa comprendida entre las mallas N
• Determinar el peso ( Wc) y el volumen ( Vc) del cilindr
Colocar sobre el cilindro la placa de base y el cilindro c
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Mecánica de suelos I
• Colocar sobre el cilindro la placa de base y el cilindro c
dejar pasar la arena hasta que se llene el cilindro
• Enrasar el cilindro con y pesar ( War + c)
• Determinar el peso de la arena que ingresó al cilindro
War = (War+c) – Wc
• Determinar la densidad de la arena Dar = War
Vc
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Mecánica de suelos I
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Densidad de arena
Peso recip. cil (gr) 2088.00
Peso recip. Cil + arena (gr) 3750.00
Altura recip. Cil (cm) 14.60
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Mecánica de suelos I
Diámetro recip. cil (cm) 10.40
Volumen recip.cil (cm3)
Peso de arena (gr)
Dar (gr/cm3)
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Peso de arena en el cono
Peso cil con cono+ arena i (gr) 9
Peso cil con cono + arena f (gr) 8
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Mecánica de suelos I
Peso cil con cono + arena f (gr) 8
Peso arena en el cono (gr)
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Mecánica de suelos I
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Peso de arena en el cono
Peso cil con cono+ arena i (gr) 9875
Peso cil con cono + arena f (gr) 8473
Peso arena en el cono (gr)
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Mecánica de suelos I
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Facultad de Ingeniería y Arquitectura
• Peso específico de la masa del suelo (densidad natural)
Es la relación entre el peso total y el volumen total de la mu
γ m = WmVm
• Peso específico seco: γ γγ γ d
s a re ac n en re e peso e as par cu as m nera es seca
total de la muestra de suelo
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Mecánica de suelos I
total de la muestra de suelo
γ m = Ws
Vm
Peso específico de sólidos: γ γγ γ s
Es la relación entre el peso y el volumen de las partículas m
γ s= Ws
Vs
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Peso específico de sólidos: γ γγ γ s
Para determinar el peso específico de sólidos de un s
procedimientos para suelos que se componen de partículas m
y para los que se componen de partículas mayores a 4.75 m
separado. El resultado será el promedio ponderado de ambas
γs: peso específico pond
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Mecánica de suelos I
% gruesos: porcentaje de
% finos: porcentaje de la
γs gruesos: peso específ
gruesa
γs finos: peso específico
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Ensayo: peso específico de grava gruesa o piedra
material
• Muestra de piedra seca
• Agua
equipo
• Balanza hidrostática
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Mecánica de suelos I
Balanza hidrostática
procedimiento
• Determinar el peso de la piedra en el aire para lo cual m
se cuelga la piedra en la palanca de la balanza y pesar
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• Determinar el peso específico
Determinar el peso de la piedra sumergida para lo cual s
recipiente con agua sobre el soporte respectivo de la bala
colgante se sumerge en el agua Wsumer
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Mecánica de suelos I
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Peso específico de grava
CalicataC23
EstratoE4
Peso muestra en el aire (gr)380.4
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Mecánica de suelos I
Peso muestra sumergida (gr) 232.7
γ s (gr/cm3)
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Ensayo: peso específico del material fino
Material
• Muestra seca menor que la malla N°4
•
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Mecánica de suelos I
Equipo• Balanza con aproximación de 0.01 gr
• Fiola de 500 ml.
• Bomba de vacíos
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Mecánica de suelos I
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• Porosidad: hhhh
La porosidad es la medición del volumen de los po
suelo. Es la combinación de aire y agua, o sea la relacentre el volumen de vacíos y el volumen total de una m
expresado en porcentaje. En otras palabras es la med
uecos oman o en como un a e comparac n e vo
muestra. Mientras mas poroso en el suelo, su por
t áti t i l t t d h
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Mecánica de suelos I
matemáticamente, si es completamente denso no hay
ende no hay vacíos, pero prácticamente esto no oc
porosidad de los suelos esta regularmente en un rang
noventa y cinco por ciento.
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Estudio de suelos
Calicatas Las calicatas permiten la
del suelo que se desea
tanto, es el método de
normalmente presenta la
confiable y completa. En
la calicata es el único me
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Mecánica de suelos I
que puede proporcio
confiable, y es un medio
exploración y muestreo
fundación y materiales de
costo relativamente bajo.
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Mecánica de suelos I
Facultad de Ingeniería y Arquitectura
Se dejarán plataformas o escalones de 0,30 a 0,40 met
estrato, reduciéndose la excavación. Esto permite una
efectuar la determinación de la densidad del terreno. Se
menos una de las paredes lo menos remoldeada y contam
En cada calicata se deberá realizar una descripción vis
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Mecánica de suelos I
En cada calicata se deberá realizar una descripción vis
estratigrafía comprometida.
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Mecánica de suelos I
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A cada calicata se le deberá realizar un registro adecuad
a formar parte del informe respectivo. La descripción visu
diferentes estratos se presentará en el formato y deberá
como mínimo, toda la información que allí se solicita.
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Mecánica de suelos I
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Mecánica de suelos I
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Facultad de Ingeniería y Arquitectura
Descripción de los suelos
Está basada en examen visual y ensayos manual
contener refinamientos que sólo pueden determinarse
laboratorio, aunque éstos sean contradictorios. Ocas
presentado es más confuso que esclarecedor; sin em
errar por el lado del exceso de detalles, que pueden se
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Mecánica de suelos I
presentar descripciones incompletas.
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- Tamaño: se describirá si son suelos granulares o sue
fracción gruesa comprende los tamaños de gravas y
fracción fina los limos y arcillas. En esta estimación s
partículas gruesas mayores a 80 mm (3");
- Color: Se debe indicar el color predominante.
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Mecánica de suelos I
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- Humedad: se registrará la humedad indicando si el
húmedo, húmedo, seco, muy seco.
- Cementación: Algunos suelos muestran definida
cementación en estado inalterado. Esto debe destaca
grado de cementación, descrito como débil o fuerte.
- Densificación: La compacidad o densidad relativa
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Mecánica de suelos I
p
cohesión puede ser descrita como suelta o densa,
Facultad de Ingeniería y Arquitectura
Estas descripciones visuales deberán contener como
siguientes antecedentes:
- Identificación de la calicata mediante un número, es
ubicación con respecto al kilometraje del eje o sus
nombre las laboratorista y fecha de la inspección.
- Profundidad total.
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Mecánica de suelos I
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- Profundidad de la napa de agua, referida al nivel del te
fecha de observación.
- Profundidad de los diferentes estratos por describir, re
del terreno natural.
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Mecánica de suelos I
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- Descripción del suelo empleando la según se trate de s
finos, respectivamente.
- Cantidad y tipo de las muestras tomadas en la calicata.
- Observaciones y otras características relevantes.
Desde las paredes y piso de las calicatas se deben obten
que serán llevadas a laboratorio.
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Mecánica de suelos I
Todas las muestras que se obtengan deberán ser
identificadas, incluyendo por lo menos los siguientes tópico
de la calicata; profundidad a la que fue tomada; nombre de
la tomo y fecha de obtención.
Facultad de Ingeniería y Arquitectura
Se distinguen dos tipos de muestras que se pueden obtener:
- Muestra perturbadas. Se obtienen en general de las pared
Estas muestras deben guardarse en bolsas impermeables y
adecuada. Cada bolsa debe identificarse clara e indeleblem
cualquier otra herramienta de mano conveniente y se coloc
tratar de mantener al suelo en forma inalterada, estas mues
· Análisis granulométrico
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Mecánica de suelos I
Análisis granulométrico.
· Ensayos de plasticidad.
· Ensayos de compactación – humedad óptima.
· Ensayos de compactación CBR en laboratorio.
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Facultad de Ingeniería y Arquitectura
- Muestra sin perturbar. Este tipo de muestra se recorta
de los pozos. Después de cortadas deben revestirse co
parafina sólida aplicada con brocha.
Una vez dado el tratamiento anterior, debe colocarse
madera con aserrín u otro producto que actúe como am
golpes.
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Mecánica de suelos I
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No deben escatimarse esfuerzos en el embalaje ade
muestras, ya que el grado de perturbación que se le o
muestra no perturbada es irrecuperable y lleva a resultadolas calicatas, es posible realizar ensayes en sitio tales co
de carga con placas, CBR, permeabilidades, medidas de de
Cada vez que sea necesario realizar un ensayo en sitio en
excavación deberá realizarse considerando este hecho, dad
de prueba obliga a tomar medidas especiales que determin
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Mecánica de suelos I
de prueba obliga a tomar medidas especiales que determin
excavación. Es así como la toma de densidades obliga a
medida que la excavación se realiza, o bien es necesari
intermedios.
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Número, tipo y profundidad de los sondeos
El número, tipo y profundidad de los sondeos que deban
programa de exploración de suelos depende fundamentde subsuelo y de la importancia de la obra. En ocasione
estudios anteriores cercanos al lugar, que permite tener u
aproximada de las condiciones del subsuelo y este cono
fijar el programa de exploración con mayor seguridad
veces, ese conocimiento apriorístico indispensable sobre
predominantes en el subsuelo ha de ser adquirido con los
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Mecánica de suelos I
predominantes en el subsuelo ha de ser adquirido con los
preliminar.
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Facultad de Ingeniería y Arquitectura
En general, los puntos básicos que la mecánica de suelos d
caso dado se refieren a la posibilidad y cálculo de ase
determinaciones de resistencia de los suelos.
Para fines de cimentación, ha sido frecuente la recomenda
explorar una profundidad comprendida entre 1,5B y 3B, sien
la estructura por cimentar.
Generalmente es suficiente detener la exploración al llegar a
ésta aparece en la profundidad estudiada; sin embargo, en c
se hará necesario continuar el sondeo dentro de la ro
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Mecánica de suelos I
rotatorios; por ejemplo, en cimentaciones de presas sería n
que la roca no presente condiciones peligrosas desde el p
infiltraciones de agua.
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• Programa de investigación
- Clase de estructura de las edificaciones
Clase de estructura Distancia
mayor entre
apoyos (m)
N° de pisos incluidos los sótanos
≤ 3 4 a 8 9 a 12
Aporticada de acero < 12 C C C
Pórticos y/o muros de concreto < 10 C C B
Muros portantes de albañilería <12 B A -
Bases de máquinas y similares Cualquiera A - -
Estructuras especiales Cualquiera A A A
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Mecánica de suelos I
Otras estructuras Cualquiera B A A
*cuando la distancia sobre pasa la indicada, se clasificará en el tipo de edificación in
Tanques elevados y similares ≤ 9 m de altura >9 m de altura
B
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• Número de puntos de investigación
Tipo de edificación N° de puntos de investigación
A 1 cada 225 m2
B 1 cada 450 m2
C 1 cada850 m2
Urbanizaciones para vivienda 3 por cada ha de terreno habili
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Mecánica de suelos I
unifamiliares de hasta 3 pisos
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- Edificación con sótanoP = h + Df + z
Z: 1.5 B, siendo B elancho de cimentaciónprevista de mayor área
En ningún caso p será
menor de 3 metros,excepto si se encontrararoca antes de alcanzar la
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Mecánica de suelos I
profundidad p
Facultad de Ingeniería y Arquitectura
Df: En una edificación sin sótano, es la distancia ver
superficie del terreno hasta el fondo de la cim
edificaciones con sótano, es la distancia vertical
de piso terminado del sótano y el fondo de ciment
h: distancia vertical entre el nivel de piso terminado d
superficie del terreno natural
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Mecánica de suelos I
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Cimentación profunda
La profundidad mínima de investigación, corresp
longitud del elemento que transmite la carga
profundidades (pilote, pilar, etc) más la profundidad z
P = h + Df + z
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Mecánica de suelos I
Facultad de Ingeniería y Arquitectura
Df: En una edificación sin sótano,
es la distancia vertical desde la
superficie del terreno hasta el
extremo de la cimentación
, , .
edificaciones con sótano, es la
distancia vertical entre el nivel
de piso terminado del sótano y
el extremo de la cimentación
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Mecánica de suelos I
profunda.
Facultad de Ingeniería y Arquitectura
h: distancia vertical entre el nivel de
piso terminado del sótano y la
superficie del terreno natural
Z = 6.00 m en el 80 % de los
sondeos
Z =1.5 B, en el 20 % de los
sondeos, siendo B el ancho de
i t ió d li it d l
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Mecánica de suelos I
cimentación delimitada por los
puntos de todos los pilotes o
las bases de todos los pilares.
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• Tipos de muestras
Tipo de muestra Norma aplicable Formas de
obtener y
transportar
Estado de la
muestra
Carac
Muestra inalterada
en bloque (Mib)
NTP 339. 151 (ASTM
D4220) Prácticasnormalizadas para la
preservación y transportes
de suelos
Bloques Inalterada Deben
propidel su
mome
solam
rocasMuestra inalterada NTP 33 . 16 ASTM Tubos de ared Inalterada
finos
para p
en tubo de pared
delgada (Mit)
D1587) Muestreo
geotécnico de suelos con
tubo de pared delgada
delgada
Muestra alterada enbolsa de plástico
(Mab)
NTP 339. 151(ASTMD4220) Prácticas
normalizadas para la
preservación y transportes
de suelos
Con bolsas deplástico
Alterada Debegranu
estado
mues
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Mecánica de suelos I
de suelos
Muestra alterada
para humedad en
lata sellada (Mah)
NTP 339. 151(ASTM
D4220) Prácticas
normalizadas para la
preservación y transportes
de suelos
En lata sellada Alterada Debe
conte
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• Ensayos de laboratorio
Ensayo Norma aplicada
Contenido de humedad NTP 339.127 (ASTM
Análisis granulométrico NTP 339.128 (ASTMLímite líquido y límite plástico NTP 339.129 (ASTM
Peso específico relativo de sólidos NTP 339.131 (ASTM
Clasificación SUCS NTP 339.134 (ASTM
Densidad relativa NTP 339.137 (ASTM
Peso volumétrico de suelo cohesivo NTP 339.139 (BS 13
Limite de contracción NTP 339.140 (ASTM
Ensayo de compactación proctor modificado NTP 339.141 (ASTMConsolidación unidimensional NTP 339.154 (ASTM
Compresión triaxial no consolidado no drenado NTP 339.164 (ASTM
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Mecánica de suelos I
Compresión triaxial consolidado no drenado NTP 339.166 (ASTM
Compresión no confinada NTP 339.167 (ASTM
Corte directo NTP 339.171 (ASTM
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Suelo parcialmente saturado
Presenta tres fases: sólida, líquida y gaseosa
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Mecánica de suelos I
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Suelo parcialmente saturado presenta tres fases
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Mecánica de suelos I
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La fase sólida
Los minerales constituyen la base del armazón sólido
suelo. La fase sólida representa la fase mas estable del
es la más representativa y la más ampliamente estudia
mu hetero énea formada or constitu entes inor ánico
Se forma por la meterorización de la roca debido a di
exógenos
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Mecánica de suelos I
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La fase líquida
Se caracteriza por su variabilidad en el espacio y por el tiem
cualitativo como cuantitativo. Esta variabilidad esta con
propiedades específicas de esa fase líquida, por las cara
es acios en ue se encuentra or las ro iedades d
sustenta.
La dinámica general del agua en el suelo, está relacionada
lo que se refiere a los aportes, como son las fuentes, la lluv
y en lo que se refiere a las pérdidas como son la e
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Mecánica de suelos I
y en lo que se refiere a las pérdidas, como son la e
alimentación de las aguas subterráneas (acuíferos y corrien
Facultad de Ingeniería y Arquitectura
La fase líquida circula a través del espacio poroso, quedan
los poros del suelo; está en constante competencia con la f
La fase gaseosa
Formado por el aire que ocupa los espacios que la fase liqu
en la porosidad de suelo.
Esta fase no se presenta en suelos saturados, ni sumergid
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Mecánica de suelos I
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Relación de pesos y volúmenes en suelos parcialmente
Volúmenes
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Mecánica de suelos I
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En el modelo de fases, se separan volúmenes (V) y pesos
Volúmenes
• Volumen total Vt
,
• Volumen de aire Va
• Volumen de agua Vw.
• Volumen de vacíos Vv
( Vv = Vw + Va )
Vt Vs + Va + Vw
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Vt = Vs + Va + Vw
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Pesos
• Peso total Wt
• Peso de sólidos Ws
• Peso del aire Wa = 0
• Peso del agua Ww
Wt = Ws + Ww
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Mecánica de suelos I
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Facultad de Ingeniería y Arquitectura
• Peso de la fase sólida: Ws
Se determina de dos maneras
- Forma directa
Toda la muestra se seca a una
temperatura de 105 ° C durante 24
horas y se lo pesa.
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Mecánica de suelos I
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• Peso de la fase gaseosa: Wa
Se considera que es igual a cero.
• Peso de la fase líquida: Ww
Se determina por diferencias de pesos
Ww = Wm – Ws
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Mecánica de suelos I
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Determinación del volumen total y de las fases de una m
• Volumen total de la muestra: Vm
- Suelo fino
Se utiliza el método volumétrico que
consiste en extraer una muestra del suelo
con un muestreador cilíndrico. El volumen
del cilindro es igual al volumen de la
muestra.
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Mecánica de suelos I
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Relaciones gravimétricas
• Contenido de humedad: W (%)
W = WwWs
• Peso específico de la masa del suelo (densidad n
Relaciones gravimétricas y volumétricas
γ m = Wm
Vm
• Peso específico seco: γ γγ γ dγ m = Ws
Vm
• Peso específico de sólidos: γ γγ γ s
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γ s= Ws
Vs
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Ejemplo 2
En una muestra de suelo se determinó los valores densi
contenido de humedad y peso específico, mediante
laboratorio. Se pide determinar los pesos y volúmenes
fases del suelo, la relación de vacios, el grado de satu
porosidad.
Vhoyo (cm3) 1217.75
Wmh (gr) 1660.00
W% 11.13
gs (gr/cm3) 2 40
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gs (gr/cm3) 2.40
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Ejemplo 4
En una muestra de suelo se realizó los ensayos de: d
contenido de humedad y peso específico. Se pide determin
vacios, el grado de saturación y la porosidad.
a. a os e a ens a e arena
Peso molde cilind (gr) 2088.00
Peso arena + molde cilind (gr) 3750.00Altura molde cilind. (cm) 14.60
Diámetro molde cilind. (cm) 10.40
b. Datos del peso
Peso cil+ar inicia
Peso cil+ar final
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c. Datos de la densidad natural
Peso cil+ areena inic (gr) 9360.00
Peso cil+arena final (gr) 6170.00
Peso muestra del hoyo (gr) 2630.00
d. Datos del ensayo de
Peso suelo seco (gr)
Peso fiola + agua (gr)
Peso fiola+agua+suel
e. Contenido de humedad
Identificación tara 1 2
Peso tara (gr) 24.50 37.80
Peso tara+muest.humeda (gr) 83.20 90.50
Peso tara+muestra seca (gr) 69.80 78.60
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(g )
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• Grado de saturación
Gw = w * Ss
e
W: contenido de humedad
s: peso espec co re a vo e s os
e : relación de vacios
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FASES DE UN SUELO SATURADO Y DE UN SUELO S
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Determinación del peso total y de las fases de la muest
saturado
• Peso total de la muestra: Wm
Se determina pesando la muestra
inmediatamente después que se
extrae del estrato en estudio
• Peso de la fase sólida: Ws
Se determina de dos maneras
- Forma directa
Toda la muestra se seca a una
temperatura de 105 °C durante
24 horas y se lo pesa.
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- En forma indirecta
Determinando el peso de la fase sólida y
el peso especifico de sólidos mediante
la fiola para suelos finos y mediante la
balanza hidrostática para suelos
granulares de las muestras
representativas
Vs = Ws
γ s
Ws: peso de la fase sólida
γ s: peso específico de los sólidos
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• Volumen de vacíos: Vv
El volumen de vacíos comprendesolo el volumen de la fase líquida
Vv = Vw
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Relaciones gravimétricas y volumétricas
Relaciones gravimétricas
• Contenido de humedad: W (%)W = Ww
Ws
• Peso específico de la masa del suelo (densidad na
γ m = Wm
Vm
• Peso específico seco: γ γγ γ d
γ m = Ws
Vm
• Peso específico de sólidos: γ γγ γ s
γ s= Ws
Vs
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Relaciones volumétricas
• Relación de vacíos: e
e = Vw * 100 (%)
Vs
• Grado de saturación: Gw
Gw = Vw * 100 = 100%
Vw
• Porosidad:
= Vw *100
Vm
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Ejemplo
De una muestra de suelo saturado,
mediante ensayos de laboratorio se
determinó los siguientes datos:
- Peso total de la muestra: 1526 gr
Mecánica de suelos I
- Peso seco de la muestra: 1053 gr
- Peso específico de sólidos: 2.70
gr/cm3
Determinar relación de vacios,
porosidad, contenido de humedad y
densidad natural
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Suelo sumergido
Se encuentra bajo el nivel freático por lo tanto todos su
ocupados por agua. Estos suelos al igual que los suelos
presentan dos fases, la sólida y la líquida.
Mecánica de suelos I
Los pesos y volúmenes se determinan igual que los sue
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Relaciones gravimétricas de suelos sumergidos
• Peso específico de sólidos
’s = s - 1
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• Peso específico de la masa del suelo
’m = m - 1
γ ’m = (Ss-1) γ d
Ss
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Mecánica de suelos I
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Ejemplo
Una muestra de suelo sumergido, mediante ensayos de lab
determinó los siguientes datos
-Peso total de la muestra: 1530 gr
- Volumen total de la muestra 870 cm3
Mecánica de suelos I
-Peso específico de sólidos: 2.72 gr/cm3, sin considerar su
-Contenido de humedad: 46.42 %
Determinar peso especifico de la masa del suelo y peso es
sólidos
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Los terrenos están expuestos a agentes externos e in
aportan una característica determinada, lo cual se debe c
proyectar una construcción, ya que va a condicionar alg
de la misma: esto es la agresividad.
Mecánica de suelos I
La agresividad o ataque químico del terreno puede
estructuras que están en contacto con él, en mayor o
afectando por tanto la durabilidad de esas estructurasresistencia y estabilidad a lo largo del tiempo
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Facultad de Ingeniería y Arquitectura
El principal agente agresivo del
hormigón es el agua, bien
directamente o bien como
vehículo de transporte de los
a entes a resivos a ue en el
Mecánica de suelos I
terreno se puede encontrar
agua en forma de niveles
freáticos estables o colgados,condensaciones bajo
cimentaciones o escorrentía
subterránea por riego o lluvia.
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Facultad de Ingeniería y Arquitectura
Contaminación por sales solubles
En cuanto a su composición, estas sales son el resultado de
de unos pocos elementos químicos, fundamentalmente: O,
S, C, N. Estos elementos necesarios para la formación de lafrecuentes en la corteza terrestre.
Mecánica de suelos I
Las sales proceden fundamentalmente de la meteorizac
ígneas y se acumulan en rocas sedimentarias, suelos y ag
sus iones constituyentes, fundamentalmente cloro y azufre
emanaciones volcánicas.
En general, la solubilidad de la sales aumenta con la tempe
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Cloruros
El cloruro sódico
Es la sal más frecuente en los suelos salinos, junto c
sódico y magnésico, y suele formar parte de las eflores
que aparecen en la superficie del suelo durante la esta
Mecánica de suelos I
toxicidad es alta.
El cloruro magnésico
Se acumula en suelos que tienen una salinidad extremad
una sal de toxicidad muy elevada y se puede formar en
contenido en NaCl,
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El cloruro cálcico
Si bien su solubilidad es muy alta, es una sal muy poc
suelos debido a la mayor estabilidad de otras sales cálc
sulfatos o los carbonatos:
Mecánica de suelos I
El cloruro potásico
Presenta unas propiedades análogas a las del NaCl, a
frecuente en los suelos debido a que el K se inmovilizen en la estructura de las arcillas de tipo ilita
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Sulfatos
El ataque de sulfatos ocurre donde hay concentraciones rela
sulfatos de sodio, potasio, calcio o magnesio, tanto en suelo
subterráneas, superficiales o en aguas de mar.
Mecánica de suelos I
El sulfato magnésico
Es una sal frecuente en los suelos salinos, muy soluble y alta
El sulfato potásico
Es escaso, en general, en los suelos salinos, por lo q
responsable de salinizaciones en condiciones naturales .Ju
las sales menos tóxicas.
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El sulfato sódico
Es frecuente en los suelos salinos. Sus eflorescencias ti
jabonoso-salado. Su solubilidad se ve afectada fuerte
temperatura, lo que hace que tienda a concentrarse en la
suelo, ya que durante el período cálido asciende a la supe
Mecánica de suelos I
formando parte de las eflorescencias (rasgo muy típico
salinos) y durante el período húmedo, se lava menos que l
Mucho menos tóxica que el sulfato magnésico.
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Los sulfatos son muy solubles en agua y penetran co
estructuras de hormigón expuestas a los mismos.
El elemento que provoca la alteración y disgregación de
de construcción de naturaleza étrea cerámica o i
Mecánica de suelos I
materiales artificiales, como los morteros de agarre y rev
el agua, en colaboración o no con las sales que co
materiales.
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Carbonatos y bicarbonatos
Los carbonatos y bicarbonatos sódicos presentan una s
aunque dependiendo de la temperatura. Su presencia en s
relativamente elevadas implica condiciones de alcalinidad (
Mecánica de suelos I
La presencia de otras sales solubles en la solución del suel
formación del carbonato y bicarbonato sódico, por lo que es
ser abundantes cuando la salinidad total es baja, ya que se
reacciones
En presencia de NaCl, la solubilidad del carbonato y bicarbo
disminuye igualmente por efecto del ión común.
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El contenido de materia orgánica del suelo puede afe
cualquiera de las propiedades inducidas por tratamiento
muy ricos en materia vegetal descompuesta, que co
tánicos, no son adecuados para la estabilización con cem
Mecánica de suelos I
Los sulfatos y nitratos pueden proceder de la presen
orgánica, bacterias, del terreno y de la lluvia acida.
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Los daños producidos por el terreno a las estructuras de h
en contacto con él, tales como elementos de cimentació
losas, pilotes), muros de contención u otros son:
Desagregación o destrucción química del hormigón
Mecánica de suelos I
• Cambio de coloración en la superficie de los elem
cemento va perdiendo su carácter conglomeran
consiguiente los áridos libres de la unión que les pro
Inicialmente suele presentar aspecto poroso, c
eflorescencias o manchas.
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• Fisuras.
• Abarquillamiento de las capas
externas del hormigón
• Desintegración de la masa del
hormigón.
Mecánica de suelos I
Pérdida de resistencia, pudiendo
llegar a la ruina del elemento
Ataque fueen base de
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Reducción de los recubrimientos:
• Manchas de óxidos en paramentos
• Fisuración longitudinal según el trazado de las
afectadas por la corrosión.
• Menor resistencia al fue o.
Mecánica de suelos I
• Acortamiento de la vida útil.
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De menor a mayor intensidad de ataque al hormigón
marino:
• Corrosión de armaduras con pérdidas de sección
principales del 1%. Aparecen ligeras fisuras longitesquinas coincidiendo con la situación de las ba
Mecánica de suelos I
fisuras transversales en el plano de los estribos.
• Corrosión de las armaduras principales con pérdida
5%. Salta el hormigón en las esquinas y quedan
acero principales al aire. Aparecen fisuras en el
estribos. La capa de óxido hace que las arma
adherencia con el hormigón.
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• Corrosión de las barras principales con pérdida de secc
desprende el hormigón en las zonas de los estribos y
aire. Pérdida de anclaje frente a pandeo y de adherencia
supone que el hormigón, por efecto de la corrosión seuna profundidad de 1 cm.
Mecánica de suelos I
• Rotura de estribos. La sección de acero que queda
principales no trabaja. Las barras principales pandean.
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Mecánica de suelos I
Fisuras en muro de hormigón, situado en ambient
marino, originadas por la entrada de cloruros deb
una deficiente ejecución del mismo.
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Contra el ataque de sulfatos se utiliza cementos
sulforresistente en morteros y hormigones o se
hormigones de alta resistencia a compresión simple (baja porosidad), por supuesto siempre en las zonas
Mecánica de suelos I
acción de dichos sulfatos disueltos y cuantificándose la
Previamente se deberá determinar o cuantificar
agresividad, mediante la elaboración de los correspond
en el estudio geotécnico.
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GRANULOMETRÍA DE LOS SUELOS
Mecánica de suelos I
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Granulometría
Se refiere a las proporciones relativas en que se encuentra
partículas minerales del suelo (grava, arena, limo y arcilla)
base al peso seco del suelo (en porcentaje) después de la
los agregados.
Mecánica de suelos I
La granulometría estudia la
distribución de las partículas que
conforman un suelo según su tamaño,
lo cual ofrece un criterio obvio para
una clasificación descriptiva. La
variedad del tamaño de las partículas
casi es ilimitada.
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TAMAÑO DE LAS PARTÍCULAS DE SUELO
Independientemente del origen del suelo, los tamaños de
en general, que conforman un suelo, varían en un amp
suelos en general son llamados grava, arena, lim
dependiendo del tamaño predominante de las
Mecánica de suelos I
ocasionalmente puede tener materia orgánica.
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La textura y propiedades físicas del suelo
dependerán del tamaño de ellas. Mayores
tamaños de partículas significará mayor
espacio entre ellas, resultando un suelomás poroso; menor tamaño de partículas
Mecánica de suelos I
tendrán menor espacio entre ellas
dificultando el paso del aire y el agua, por
lo tanto este suelo será menos poroso.
Los tamaños de grano se han clasificado
con base en las dimensiones dada en
determinados estándares
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Cuando se realiza un análisis físico de una muestra de su
dentro de ella variados tamaños de grano que se enma
rangos específicos definidos por diversas entidades o agrup
Para clasificar a los constituyentes del suelo según su tama
Mecánica de suelos I
se han establecido muchas clasificaciones granulométrica
todas aceptan los términos de grava, arena, limo y arcilla, p
los valores de los límites establecidos para definir cada clas
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Las fracciones tendrán denominaciones, según el sistem
BRITÁNICO AASHTO ASTM
Φ (mm) Φ (mm) Φ (mm)
Grava 60 – 2 75 – 2 > 2
– – –
Mecánica de suelos I
, , ,
Limo 0,06 – 0,002 0,05 – 0,002 0,075 – 0,005 <
Arcilla < 0,002 < 0,002 < 0,005
AASHTO: American Association of State Highway and TOfficial
ASTM : American Society for Testing and Materials
SUCS: Unified Soil Clasification System
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Grava
son fragmentos grandes de roca, fácilmente
identificables a simple vista.
Arena
Mecánica de suelos I
renas son aque os ragmen os os cua es
en muchas ocasiones son apreciables sin
necesidad de ayuda de equipos adicionales
(lupa, microscopio). Están compuestas porpartículas de un tamaño considerable, tienen
un mayor espacio entre partículas, el agua
drena muy rápidamente a través de ella.
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Limo
Compuesto por partículas intermedias entre la arcilla
estado húmedo es difícil de
Los limos son fracciones microscópicas del suelo qu
granos muy finos de cuarzo y algunas partículas en form
Mecánica de suelos I
que son fragmentos de minerales micáceos.
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Arcilla
Las arcillas son principalmente partículas submicroscópica
escamas. Es un suelo compuesto por partículas muy pe
muy poco espacio entre ellas. La arcilla tiene la habilidad
agua, pero el aire no puede penetrar en estos espacios, e
Mecánica de suelos I
.
Las partículas se clasifican como arcilla con base
en su tamaño de grano y no contiene
necesariamente minerales arcillosos, las arcillas
se definen como aquellas partículas que
desarrollan propiedades de plasticidad cuando se
mezclan con una cantidad limitada de agua.
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Relación partículas finas y agregados
Suelos granulares sin finos
• Contacto grano a grano
• Peso volumétrico variable.
Mecánica de suelos I
.
• No susceptible a las heladas.
• Alta estabilidad en estado confinado.
• Baja estabilidad en estado inconfinado.• No afectable por condiciones
hidráulicas adversas.
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Suelos granulares con finos suficientes para
obtener una alta densidad.
• Contacto grano a grano con incremento en la
resistencia.• Resistencia a la deformación.
Mecánica de suelos I
• Mayor peso volumétrico.
• Permeabilidad más baja.
• Relativa alta estabilidad (confinado o no
confinado).
• No muy afectable por condiciones hidráulicas
adversas.
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Suelos granulares con gran cantidad definos.
• No existe contacto grano a grano
• Los granos están dentro de una matriz definos
Mecánica de suelos I
• Este estado disminuye el peso
volumétrico.
• Baja permeabilidad.
• Baja estabilidad (confinado o no).
• Afectable por condiciones hidráulicas
adversas
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Principales propiedades demandadas por el ingeniero
1. Estabilidad volumétrica
Los cambios de humedad son la principal fuente para
se levantan los pavimentos, se inclinan los postes y se
muros.
Mecánica de suelos I
2. Resistencia mecánica
La humedad la reduce, la compactación o el secado la
3. Permeabilidad
La presión de poros elevada provoca deslizamientos y
a través del suelo, puede originar tubificación y arras
sólidas.
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4. Durabilidad
El intemperismo, la erosión y la abrasión amenazan la
suelo, como elemento estructural o funcional.
5. Compresibilidad
Mecánica de suelos I
Afecta la permeabilidad, modifica la resistencia del su
cortante y provoca desplazamientos.
Las propiedades anteriores se pueden modificar o alteformas: por medios mecánicos, drenaje, medios eléctri
temperatura o adición de estabilizantes (cal, cemento
etc.).
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Determinación del tamaño de las partículas
Las partículas no están sueltas sino que forman agregad
lo tanto necesario destruir la agregación para separar
individuales. Por ello antes de proceder a la sepa
diferentes fracciones hay una fase previa de preparación d
Mecánica de suelos I
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Después de preparar la muestra, se realiza el análisis
que consiste en determinar el el tamaño de pa
tamizado o por sedimentación.
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Método del tamizado.
Después que el suelo está seco y se pulveriza, se hace pa
serie organizada de tamices, de orificios con tamaños de
conocidos, desde arriba hacia abajo. El primer tamiz, es
tamaño y es donde inicia el tamizado. Se tapa con el f
Mecánica de suelos I
recipiente (cazoleta) de forma igual a uno de los tamices
material más fino no retenido por ningún tamiz.
Con sacudidas horizontales y golpes verticales,mecánicos o manuales, se hace pasar el suelo por
la serie de tamices, de arriba abajo, para luego
pesar por separado el suelo retenido en cada malla.
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Cada tamiz está identificado con un número, por
ejemplo, malla #40, malla #100, malla #200, este
número indica el número de aberturas en una
pulgada, sin embargo, debido a que el espesor delalambre de la malla uede variar se ha o tado
Mecánica de suelos I
por dar el tamaño de los orificios en milímetros.
El cribado por mallas se usa para obtener las
fracciones correspondientes a los tamaños
mayores del suelo, generalmente se llega hasta el
tamaño de 0.074 mm. (malla N°200).
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Dentro de este método existen dos procedimientos: el ta
y el tamizado por lavado. En general sólo algunas mallas
para definir convenientemente una curva granulométrica.
Mecánica de suelos I
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Métodos de sedimentación
El análisis de una suspensión del suelo se basa en el
velocidad de sedimentación de las partículas en un líquido
tamaño. Dentro de este método existen dos proced
granulométrico por sifonaje y análisis granulométrico por s
Mecánica de suelos I
el densímetro.
• Método de sifonaje
Se toma una probeta con agua, se agrega el
suelo que pasa la malla N°10, se agita hastaque sea uniforme la suspensión; luego se
deja en reposo y posteriormente se extrae el
agua con el material en suspensión.
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• Método del hidrómetro.
Se toma una probeta con agua, se
agrega el suelo que pasa la malla
N°200, se agita hasta que seauniforme la suspensión; luego se
Mecánica de suelos I
deja en reposo para ir midiendo, con
hidrómetro (para distintos tiempos
transcurridos) la densidad de la
suspensión, la que disminuye a
medida que las partículas se
asientan.
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En conclusión para los suelos granulares, el diámetro e
referido al orificio cuadrado de la malla. Para los finos
una esfera.
Mecánica de suelos I
,
complementa siempre la granulometría con el ensayo
Atterberg, que caracterizan la plasticidad y consistencia
función del contenido de humedad.
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Distribución de tamaño de partículas
Se denomina distribución granulométrica de un suelo a
mismo en diferentes fracciones, seleccionadas por el ta
partículas componentes. La gráfica de la distribución g
Mecánica de suelos I
sue e u arse con porcen a es como or ena as y a
partículas como abscisas. Las ordenadas se refieren
en peso, de las partículas menores que el tamaño corre
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La representación en escala semilogarítmica resulta
simple presentación natural, pues en la primera se disp
amplitud en los tamaños finos y muy finos, que en
resultan muy comprimidos.
Mecánica de suelos I
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La distribución granulométrica proporciona un criterio de
forma de la curva da idea inmediata de la distribución g
suelo; un suelo constituido por partículas de un solo
representado por una línea vertical, una curva muy tenvariedad en tamaños (suelo bien graduado)
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Como una medida simple de la uniformidad en suelos g
Hazen propuso el coeficiente de uniformidad (Cu)
complementario, se define el coeficiente de curvatura (Cc)
Cu = D60D10
Mecánica de suelos I
Cc = (D30)2
D60 * D10
Para gravasSi Cu > 4 y 1< Cc < 3, el suelo es bien gradado
Para arenasSi Cu > 6, y 1< Cc < 3, el suelo es bien graduado
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D60: tamaño de las partículas correspondientes al 60
menor o igual a dicho tamaño.
D30: tamaño de las partículas correspondientes al 30
menor o igual a dicho tamaño.
D10: tamaño de las partículas correspondientes al 10
Mecánica de suelos I
menor o igual a dicho tamaño, llamado por Hazen d
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Utilidad de la información granulométrica
• La información obtenida del análisis granulométrico pued
utilizarse para predecir movimientos del agua a través
cuando los ensayos de permeabilidad se utilizan más com
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• La susceptibilidad de sufrir la acción de las heladas
consideración de gran importancia de climas muy
predecirse a través del análisis granulométrico del suelo.
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• Los suelos muy finos son fácilmente arrastrados en s
el agua que circula a través del suelo y en los
subdrenaje usualmente se colman con sedimentos
menos que sean protegidos adecuadamente por filtr
Mecánica de suelos I
.
materiales, denominados filtros, puede ser establec
su análisis granulométrico.
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Diseño de filtros para sistemas de subdrenaje
El sub drenaje es una metodología muy eficiente de remedia
de deslizamientos, su utilización es muy frecuente y ex
análisis y diseño que se basan en el flujo de agua subterrán
Mecánica de suelos I
Los métodos de estabilización de deslizamientos que cont
del agua subterránea, son muy efectivos y son ge
económicos que la construcción de grandes obras de cont
tienden a desactivar la presión de poros, considerada celemento desestabilizante de los taludes. El subdrenaje red
masa y al mismo tiempo, aumenta la resistencia del talu
presión de poros.
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Subdrenaje
Las técnicas de drenaje subterráneo o subdrenaje son un
más efectivos para la estabilización de los deslizamie
subterráneo tiene por objeto disminuir las presiones de po
éstas aumenten. A menor presión de poros la resistencia d
Mecánica de suelos I
y se eliminan las fuerzas hidrostáticas desestabilizantes y s
de seguridad de las superficies de falla por debajo del nivel
El diseño de los sistemas de subdrenaje es complejo
mayoría de los taludes no son homogéneos desde el pdrenaje subterráneo y es muy difícil aplicar principios sen
de obras de subdrenaje. El movimiento de las aguas en
general, es irregular y complejo.
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Materiales de filtro o filtros
Son los materiales encargados de la doble misión de
franco del agua hacia el exterior y de impedir el
partículas del suelo protegido. Muchos son los mutilizan ero or razones de economía sobre to
Mecánica de suelos I
terrestres es predominante la utilización de agregado
tamaño de la arena y de la grava. Su utilización suele
con tubos manufacturados perforados o no los qu
proporcionan la canalización y eliminación de las aguas
requerimientos que se imponen a los materiales d
naturaleza granulométrica y se refieren a su gradación
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Los filtros deben cumplir dos requerimientos contradictorios
1. Los espacios entre las partículas del filtro en contacto
por proteger deben ser suficientemente pequeños como
finos de aquel no ingresen en él.
Mecánica de suelos I
2. Los espacios entre las partículas del filtro de
suficientemente grandes como para que el conjun
permeabilidad necesaria para que el agua puede movery fluir rápidamente hacia el exterior, sin generar presio
indeseables.
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La confrontación de estos dos criterios conducen a
conste de más de una capa, y que cada una va tenie
permeabilidad, según va quedando más lejos del
proteger. Estos son los filtros compuestos o graueden lle ar a exi ir tres a cuatro ca as.
Mecánica de suelos I
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Requerimientos para los filtros
a) Prevención de la erosión interna y de la tubicación
Investigaciones dirigidas por Terzaghi y Casagrande h
siguiente regla para relacionar al material de filtro co
proteger:
Mecánica de suelos I
D15 del filtro < 4 ó 5 < D15 del filtro
D85 del suelo D15 del suelo
Con la primera desigualdad se evita la migración de la
del material por proteger hacia los poros del material filtr
La segunda desigualdad garantiza la suficiente perme
como para que no se desarrollen en él fuerzas
importante o presiones de poro indeseables
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El U.S Army corps of Engineers estableció además la
adicional:
D50 del filtro ≤ 25
D50 del suelo
Mecánica de suelos I
fugas de partículas finas del filtro a través de ellas.
En los sistemas de subdrenaje es muy frecuente que
los filtros haya tubería perforada con huecos circulares
el objeto de recolectar o eliminar rápidamente el agu
necesidad de que el material de filtro sea lo suficie
como para que no ingrese a través de las perforacione
las obstruya.
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Según el U.S. Corps of Engineers:
Para ranuras.
D85 del filtro > 1.2
Ancho de la ranura
Mecánica de suelos I
Para perforaciones circulares
D85 del filtro > 1.0
Diámetro del agujero
El U.S. Bureau of Reclamation proporciona la siguiente
D85 del filtro (en la vecindad del tubo ≥ 2.0
Máxima perforación del tubo
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c) Requerimientos de permeabilidad en el material del
El material debe garantizar suficiente capacidad de
para eliminar rápida y eficazmente las aguas que se
generen fuerzas de filtración o presiones perjudiciales
Mecánica de suelos I
D15 del filtro > 4 ó 5
D15 del suelo
En general deben buscarse que los filtros sean por loveces más permeables que el suelo por proteger.
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d) Requerimientos de segregación
Para evitar este peligro se requiere
D60 del filtro ≤ 20
D10 del filtro
Mecánica de suelos I
Adicionalmente se exige que la curva granulométr
filtrante sea suave, sin discontinuidades.
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e) Disposiciones de las perforaciones en tubería
No se debe perforar la parte superior del tubo pues el
ingreso de partículas finas del material de filtro, tam
colocar perforaciones en la parte más baja del tubo pla salida del a ua ca tada cuando s velocidad disminu
Mecánica de suelos I
gasto baje.
La mayor parte de las instalaciones de subdrenaje u
10 a 20 cm, de diámetro. Las perforaciones suelen ten
5 a 10 mm.
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f) Materiales de filtro estándar
En ocasiones, es difícil encontrar un material natural
condiciones del material de filtro para un determina
requiere fabricarlo mediante tamizado y/o mezcla de ma
Mecánica de suelos I
La antigua Secretaría de Obras Públicas de
recomendaba un filtro general básico en todo tipo d
subdrenes de carreteras, que cumpla con la siguiente gr
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Granulometría de material para filtro
Malla (ASTM) % que pasa
1 ½” 100
1” 80 - 100” -
Mecánica de suelos I
3/8” 40 - 80
No. 4 20 - 55
No. 10 0 - 35
No. 20 0 - 20No. 40 0 - 12
No. 100 0 - 7
No. 200 0 - 5
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Además se tiene la siguiente granulometría
Malla % que pasa
1” 100
3/4” 90 - 100
Mecánica de suelos I
3/8” 40 - 100
N°4 25 - 40
N°8 18 - 33
N°30 5 -15
N°50 0 - 7
N°200 0 - 3
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Forma de la Partículas
La forma de las partículas tiene tanta importancia como
que respecta al comportamiento del suelo, sin embargo
pues es difícil medirla y describirla cuantitativamente.
La forma de las partículas minerales tiene importancia e
Mecánica de suelos I
al comportamiento mecánico del suelo, así como una g
las propiedades físicas del mismo.
La forma de los granos puede ser de tres clases; equidim
y acicular. La primera es característica de los suelos gr
principalmente en granos minerales de cuarzo y felde
últimas típicas de suelos finos.
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Partículas Equidimensionales:
Estas partículas presentan tres dimensiones, las cuales
comparable. Las características significativas
equidimencionales o redondeados son dos: la esfericida
Mecánica de suelos I
• a es er c a : describe las diferencias entre el largo,
• La angulosidad: se describe cualitativamente
-angulares: partículas redondeadas que se forman po
la roca
- Subangulares: las aristas afiladas se han suavizado
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- Subredondeadas: Cuando las áreas entre las a
suavizadas y los vértices comienzan a desgastarse.
-Redondeadas: Cuando las irregularidades está
suavizadas, pero se debe apreciar la forma original.
Mecánica de suelos I
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Partículas Laminares:
Se encuentran presentes en importantes cantidades e
finos. La forma de estas tiende a ser aplastada, de
pero no necesariamente alargada; presentan dos dim
mayores que la tercera, siendo además flexibles y e
Mecánica de suelos I
.
Partículas Aciculares:
Estas partículas se presentan en algunas formas mine
comunes. Presenta una mayor dimensión de la partícu
otras dos, o sea el alargamiento puede llegar a ser ma
elásticas y pueden romperse con facilidad bajo lo
cargas.
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Efecto de la forma de las partículas
Los suelos compuestos de granos redondeados s
estáticas pesadas con pequeña deformación, espec
granos son angulosos, sin embargo por efecto de
vibraciones se desplazan fácilmente.
Mecánica de suelos I
Los suelos compuestos por granos laminares se compri
fácilmente bajo el efecto de cargas estáticas, e
relativamente estables a los efectos de los choques y
pequeño porcentaje de partículas laminares es suficien
el comportamiento de un suelo y hacer que se comport
laminar.
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Análisis granulométrico por tamizado
Mecánica de suelos I
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Análisis granulométrico por tamizado
El análisis granulométrico es un intento
de determinar las proporciones relativas
de los diferentes tamaños de grano
presentes en una masa de suelo dada.
Mecánica de suelos I
Como no es físicamente posible
determinar el tamaño real de cada
partícula independiente del suelo, la
práctica solamente agrupa los
materiales por rangos de tamaño.
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Para lograr esto se obtiene la cantidad de
material que pasa a través de un tamiz con
una malla dada pero que es retenido en un
siguiente tamiz cuya malla tiene diámetros
ligeramente menores a la anterior y se
Mecánica de suelos I
relaciona esta cantidad retenida con el total
de la muestra pesada a través de los
tamices.
El proceso de tamizado no proveeinformación sobre la forma de los granos de
suelo, si son angulares o redondeados.
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Ensayo: análisis granulométrico mediante tamizado en
Se utiliza cuando el material es granular (gravo arenoso, are
Material
Muestra seca aproximadamente 1000 gr.
Mecánica de suelos I
qu po
Juego de mallas
Balanza con aproximación de 0.1 gr.
Taras
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Procedimiento
- Secar la muestra al aire
- Pesar la muestra seca Wms
- Pasar la muestra seca por el juego de tamices, agitando e
o mediante e ui o vibrador.
Mecánica de suelos I
- Determinar los porcentajes de los pesos retenidos en cad
mediante la siguiente expresión
% R.P. = P.R.P. * 100
Wms
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- Determinar los porcentajes retenidos acumulados en cad
P.RA, para lo cual se sumarán en forma progresiva los P.
decir
% R.A.1 = % R. P.1
Mecánica de suelos I
. . = . . . .
% R.A.3 = % R. P.1 + % R.P.2 + % R.P.3
- Determinar los porcentajes acumulados que pasan en ca
% que pasa = 100 % - % R. A.
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- Dibujar la curva granulométrica en papel semilogarítm
abscisas se registrará la abertura de las mallas en mil
logarítmica, y en el eje de ordenadas se registrará
acumulados que pasan en las mallas que se utilizan en es
Mecánica de suelos I
- Determinar el coeficiente de uniformidad y de curvatura
Cu = D60D10
Cc = (D30)2
D60 * D10
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Mecánica de suelos I
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MUESTRA : 7737.00 gr.TAMIZ PRP %RP %RA
N° ABER.(mm) (gr)3" 75.00
2 1/2" 63.002" 50.00 340.0
1 1/2" 38.10 222.0
1" 25.00 1057.0"
Mecánica de suelos I
. .1/2 12.50 926.03/8" 9.50 495.0N°4 4.75 1044.0N 10 2.00 783.8N 20 0.85 447.2
N 40 0.43 360.7N 60 0.25 433.6N 100 0.15 92.2N 200 0.075 125.6
CAZOLETA -.- 849.9TOTAL
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Mecánica de suelos I
D10 D30 D60 Cu Cc
0.07 2.00 13.00 185.71 4.40
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Ensayo: análisis granulométrico mediante tamizado por
Se utiliza cuando el material es fino (arcillo arenoso, limo are
un material granular contiene finos.
Material
Muestra seca aproximadamente 200 gr. si es material arci
Mecánica de suelos I
limo arenoso y 500 gr. si es material granular que contien
Equipo
Juego de mallas
Balanza con aproximación de 0.1 gr.|
Estufa
Taras
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Procedimiento
- Secar la muestra al aire
- Pesar la muestra seca Wms
- Colocar la muestra en un recipiente, cubrir con agua y deja
horas dependiendo del tipo de material
- °
Mecánica de suelos I
- La muestra retenida en la malla N°200 se retira en u n reci
secar al aire
- Pasar la muestra seca por el juego de tamices, agitando e
mediante equipo vibrador.
- Determinar los porcentajes de los pesos retenidos en cada
mediante la siguiente expresión % R.P. = P.R.P. * 100
Wms
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- Determinar los porcentajes retenidos acumulados en cada
lo cual se sumarán en forma progresiva los P.R.P., es deci
% R.A.1 = % R. P.1
% R.A.2 = % R. P.1 + % R.P.2
% R.A.3 = % R. P.1 + % R.P.2 + % R.P.3,
Mecánica de suelos I
- Determinar los porcentajes acumulados que pasan en cada
% que pasa = 100 % - % R. A.
- Dibujar la curva granulométrica en papel semilogarítm
abscisas se registrará la abertura de las mallas en mil
logarítmica, y en el eje de ordenadas se registrará
acumulados que pasan en las mallas que se utilizan en es
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Mecánica de suelos I
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Mecánica de suelos I
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Mecánica de suelos I
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MUESTRA : 2961.00 gr.
TAMIZ PRP %RP %RA
N° ABER.(mm) (gr)
2" 50.00
1 1/2" 38.10
1" 25.00 164.10
3/4" 19.00 117.90
Mecánica de suelos I
. .
3/8" 9.50 82.20
N°4 4.75 154.20
N 10 2.00 359.70
N 20 0.85 425.40
N 40 0.43 412.50
N 60 0.25 330.00N 100 0.15 43.20
N 200 0.08 108.90
CAZOLETA -.- 606.90
TOTAL
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MUESTRA : 1201.60 gr.
TAMIZ PRP %RP %RA
N° ABER.(mm) (gr)
1" 25.00
3/4" 19.00
1/2 12.50 20.00
Mecánica de suelos I
3/8" 9.50 4.40
N°4 4.75 6.60
N 10 2.00 18.20
N 20 0.85 58.40
N 40 0.43 76.20
N 60 0.25 87.40
N 100 0.15 12.20
N 200 0.075 42.60
CAZOLETA -.- 875.60
TOTAL
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Análisis granulométrico por sedimentació
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Métodos de sedimentación
Estos métodos se basan en que la velocidad de sedim
partículas en un líquido es función de su tamaño.
Existen dos métodos: análisis granulométrico por sifo
Mecánica de suelos I
granulométrico con densímetro.
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Ensayo: análisis granulométrico por sifonaje
Se utiliza cuando el material es fino (arcillo limoso). Con
determina la cantidad de limo y la cantidad de arcilla q
muestra de suelo.
Equipo
-
Mecánica de suelos I
- Probeta de 5 ml.
- Probeta de 100 ml
- Disco metálico o de madera
- Manguera para sifonear
- Estufa
- Tamices N°10, N°40, N°200
- Cápsula de porcelana
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Procedimiento
- Secar la muestra
- Pesar la muestra seca (Ws)
- Separar el material mediante la malla
N°10, el material retenido es grava, el
Mecánica de suelos I
,
arcilla.
- Pesar el material que pasa la malla N°
10 (Wi), colocar en el dispersador
eléctrico agregar agua y 5 ml. de
silicato de sodio, luego mezclar durante
15 minutos.
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- Vaciar la mezcla del dispersador
a una probeta de 1000 ml. luego
agregar agua hasta una altura de
20 cm., agitar durante 1 minuto.
Mecánica de suelos I
- Dejar reposar la probeta con la
muestra durante 30 minutos
considerando que el tamaño de
las partículas del limo están
comprendidas entre 0.075 mm y
0.002 mm. (AASHTO)
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- Colocar el disco metálico en la
probeta hasta donde se encuentra
el material sedimentado, luego
sifonear con la manguera el agua
con el material que ha quedado en
Mecánica de suelos I
suspensión.
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- Sacar la muestra sedimentada, secar en la estufa durante 24
- Pesar la muestra seca (Wf)
- Determinar la cantidad de arcilla por diferencia de pesos Wa
- La muestra sedimentada seca se tamiza en las mallas N°40
- El material retenido en la malla N°40 es arena grue sa
Mecánica de suelos I
- El material que pasa la malla N°40 y se retiene en l a malla N
fina
- El material que pasa la malla N°200 es limo.
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Ejemplo: determinar la cantidad de arena gruesa, aren
arcilla de un suelo que fue sometido al ensayo
granulométrico por sifonaje, obteniéndose los siguientes re
Peso total de la muestra seca que pasa N°10 80.4 g
Mecánica de suelos I
Peso de material retenido en la malla N°40 5.8 g
Peos de material retenido en la malla N°200 26.5 g
Peos de material que pasa la malla N°200 17.3 g
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Ws:80.4 gr.
Malla Malla(mm) P.R.P (gr) % R.P. % R.A
Mecánica de suelos I
.
N°200 0.074
Limo 0.002
Arcilla 0.0002
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Ensayo: análisis granulométrico utilizando dens
Se utiliza en material fino
(arcillo limoso). Con este
método se determina el
tamaño de las partículas de
Mecánica de suelos I
limo y de las partículas de
arcilla que contiene una
muestra de suelo. Además se
puede dibujar la curva
granulométrica.
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Ensayo: análisis granulométrico utilizando densímetr
Este ensayo se realiza por sedimentación, consta
calibración del densímetro, corrección de las lecturas de
menisco y defloculante y ejecución del ensayo.
Mecánica de suelos I
Calibración del densímetro Equipo
- Densímetro
- Probeta de vidrio de 1000 ml.
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Procedimiento
• Determinar el área de la probeta de 1000 ml. (Ap)
- Medir el volumen entre 2 graduaciones (Vp)
Mecánica de suelos I
- e r a s anc a compren a en re as
graduaciones (L)
- Determinar el área Ap = VpL
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• Determinar el volumen del
bulbo del densímetro (Vb)
- Colocar un volumen
determinado de agua en la
probeta (Vi)
Mecánica de suelos I
- Sumergir el densímetro en la
probeta y determinar el nuevo
volumen (Vf)
- Determinar el volumen del
bulbo Vb = Vf – Vi
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• Medir la longitud del bulbo (h)
• Medir la distancia entre el
extremo superior del bulbo y
las distintas graduaciones del
Mecánica de suelos I
vástago, las cuales
pertenecen a las diferentes
lecturas del peso especifico
relativo (H1)
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Mecánica de suelos I
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• Calcular las alturas H que corresponden
a las alturas del peso específico relativo
de la suspensión.
H = H 1 + 1 / 2 * ( h – V b / A p )
Mecánica de suelos I
• Estos valores H se anotan en el lado
derecho del nomograma lo cual viene
hacer la escala para el densímetro en
uso (por lo que se precisa un
nomograma para cada densímetro)
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Mecánica de suelos I
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Corrección de las lecturas del densímetro por deflocu
• Corrección de las lecturas del densímetro por deflocul
Material
- 5 ml. de defloculante (silicato de sodio)
Mecánica de suelos I
- Agua
Equipo
- Probeta de 1000 ml. (debe ser la misma que se utilizó pa
densímetro.
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Procedimiento
- Colocar agua en la probeta de 1000 ml,
añadir 5 ml de defloculante, agregar agua
hasta la marca de 1000 ml. y determinar
Mecánica de suelos I
densímetro (c’d)
- Determinar la corrección por defloculante.
Cd = (C’d – 1)*1000
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• Corrección de las lecturas del densímetro por meniscoEquipo
- Probeta de 1000 ml.
- Densímetro
Procedimiento
- Colocar agua en la probeta hasta la marca de
Mecánica de suelos I
1000 ml. luego colocar el densímetro
- Realizar una lectura en la parte superior del
menisco (Ls)
- Realizar una lectura en la parte inferior del
menisco (Li)
- Determinar la corrección por menisco mediante
la siguiente expresión: Cm = ( Ls – Li) *1000
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Ensayo de sedimentación
Material
- 5 ml. de defloculante (silicato de sodio)
- muestra seca cuyas partículas pasen la malla N°80,
generalmente se trabaja con material que pasa la m
(0.074 mm.)
Mecánica de suelos I
Equipo
- Probeta de 1000 ml. (debe ser la misma que se utiliz
calibrar el densímetro)
- Densímetro
- Dispersador eléctrico
- Estufa con control de temperatura
- Cápsula de porcelana
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Procedimiento
- Secar la muestra en la estufa a
50 °C.
- Pesar la muestra seca (Ws)
Mecánica de suelos I
aproximadamente 40 a 60 gr.
- En el dispersador eléctrico
colocar la muestra, agregar agua
y 5ml de defloculante, mezclar
durante 15 minutos.
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- Vaciar la mezcla del dispersador a la probeta,
agregar agua hasta la marca de 1000 ml, luego
agitar durante 1 minuto.
- Colocar la probeta en reposo y empezar a tomar las
Mecánica de suelos I
lecturas con el densímetro (g), de acuerdo a los
siguientes tiempos (t) 15”, 30”, 1’, 2’, 4’, 8’, 15’, 30’,
1h, 2h, 4h, 8h,16h, 24h, 48h, etc. así mismo se
registra la temperatura (T) en cada lectura realizada
con el densímetro.
NOTA: Después de cada lectura se sacará el densímetr
y secarlo, excepto hasta lecturas de los 2 primeros minu
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- Determinar el coeficiente
de corrección por
temperatura (Ct) según
ábacos o tablas (existen
Temperatura(° C) Densímetro c15° C
10 - 0.5
11 - 0.4
12 - 0.3
13 - 0.2
14 - 0.1
15 0.0
16 + 0.1
Mecánica de suelos I
densímetros calibrados
a 15°C y a 20°C.)
17 + 0.2
18 + 0.4
19 + 0.5
20 + 0.7
21 + 0.9
22 + 1.1
23 + 1.324 + 1.5
25 + 1.8
26 + 2.0
27 + 2.2
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- Determinar el diámetro de las partículas según ábaco.
- Determinar los porcentajes correspondientes a cada diám
partículas:
% = 100 * γ s * (R + Ct – Cd – Cm)
Mecánica de suelos I
s γ s –
R = (g- 1)*1000
Ws: peso de la muestra seca
γ s : peso específico de la muestra (se determina median
Cd : corrección de la lectura del densímetro por deflocula
Ct : coeficiente de corrección por temperatura
Cm: corrección de la lectura del densímetro por menisco
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- Si es un análisis granulométrico combinado (método de
método de suspensión) se debe determinar el porcentaj
muestra, mediante la siguiente expresión:
% del total = X * Y
Mecánica de suelos I
100
X: % material pasa malla N°200 determinado en
granulométrico por lavado
Y: % averiguado en el ensayo de sedimentación.
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Ejemplo dibujar la
curva granulométrica
de un suelo que ha
sido sometido al
ensayo de
A. Calibración del densíme
a.1 Area de la probeta
Vp (cm3) 30L (cm) 10Ap (cm2)
Mecánica de suelos I
sedimentación con
densímetro. Se utiliza
densímetro calibrado a
20°C.
a.2 Volumen del bulbo del d
Vi (cm3) 800.0Vf (cm3) 828.0Vb (cm3)
a.3 Longitud del bulbo del
h (cm) 12.0
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a.4 Valores de H1 y H
Graduaciones H1 H
Densímetro
1.00 13.00
1.01 11.80
H = H 1 + 1 / 2 * ( h –
Mecánica de suelos I
. .
1.03 9.40
1.04 8.20
1.05 7.00
1.06 5.80
1.07 4.601.08 3.40
1.09 2.20
1.10 1.00
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B. Corrección de las lecturas del densímetro por defloc
b.1 Corrección de las lecturas por defloculante
C'd 1.0030Cd
Mecánica de suelos I
b2. Corrección de las lecturas del densímetro por m
Ls 0.999Li 0.998
Cm
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C. Ensayo de sedimentación Densímetro calibWs = 50 Cm = 1.0
Cd = 3 γ s = 2.53
Tiempo(t)
Densidad(g)
Temp. (°C)
Ct R(g-1)*100
R + Ct -Cd -Cm
Díam
15 " 1.0345 16.030 " 1.03 16.0
'
% = 100 * γ γγ γ s * (R
Ws (γ γγ γ s – 1 )
Mecánica de suelos I
. .02 ' 1.023 16.005 ' 1.018 16.015 ' 1.0165 16.030 ' 1.015 16.001 h 1.0145 16.002 h 1.0135 17.0
04 h 1.0115 17.008 h 1.0105 17.016 h 1.010 17.024 h 1.009 16.048 h 1.008 16.0
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ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO CON DENSIMETRO
100
)
Fina Media Grue Fina G
Arena Grava
Arcilla y limo
N° 200 N° 40 N° 10 N° 4 3/4
Mecánica de suelos I
0
20
40
60
80
0.001 0.010 0.100 1.000 10.000
Diámetro de partículas (mm)
P o r c e n t a j e q u e p a s a (
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Ejemplo: Los siguientes datos del ensayo por tamizado víamuestra de suelo que fue sometida al ensayo por sedimentac
del ejemplo anterior. Se pide dibujar la curva granulométrica to
MUESTRA : 500.00 gr.TAMIZ PRP %RP %RA
N° ABER.(mm) (gr)
3/4" 19.00 40.8
Mecánica de suelos I
1 /2 " 12.70 6.301/4" 6.35 19.70N°4 4.75 4.00
N°10 2.00 15.30N°20 0.85 7.70N°30 0.59 8.20N°40 0.42 10.80N°60 0.25 26.70
N°100 0.15 119.20N°200 0.075 43.20
CAZOLETA -.- 198.10TOTAL
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C. Ensayo de sedimentaciónWs = 50 % pasa N° 200 =
Cd = 3 Cm = 1.0 γ s =
Tiempo(t)
Densidad(g)
Temp. (°C)
Ct R R + Ct -Cd-Cm
Díametro
15 " 1.0345 16.030 " 1.03 16.0
'
Mecánica de suelos I
. .02 ' 1.023 16.005 ' 1.018 16.015 ' 1.0165 16.030 ' 1.015 16.001 h 1.0145 16.002 h 1.0135 17.0
04 h 1.0115 17.008 h 1.0105 17.016 h 1.010 17.024 h 1.009 16.048 h 1.008 16.0
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ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO COMBINADO
80
100
a ( % )
Fina Media Gruesa Fina Grue
Arena Grava
Limo y arcilla
N° 200 N° 40 N° 10 N° 4 3/4 "
Mecánica de suelos I
0
20
40
60
0.001 0.010 0.100 1.000 10.000
Diámetro de partículas (mm)
P o r c e n t a j e q u e p a s
por lavado por sedimentación
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PLASTICIDAD DE LOS SUELOS
Mecánica de suelos I
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Plasticidad de los suelos
Existen suelos que al ser
remoldados, cambiando su
contenido de agua si es necesario,
Mecánica de suelos I
característica, que desde épocas
antiguas se ha denominado
plasticidad. Estos suelos han sido
llamados arcillas, originalmente,
por los hombres dedicados a la
cerámica.
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La plasticidad es, en este sentido, una
propiedad tan evidente que ha servido
para clasificar suelos en forma
puramente descriptiva. Al tratar de
definir en términos simples la plasticidad
Mecánica de suelos I
de un suelo, no resulta suficiente decir
que un suelo plástico puede deformarse
y remoldearse sin agrietamiento, pues
una arena fina y húmeda tiene esas
características cuando la deformación seproduce lentamente y sin embargo, no es
plástica.
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La plasticidad es un fenómeno inherente a los suelos definas, limos y arcillas. En la periferia de las partículas
fenómeno eléctrico superficial, ya que ésta posee carga
tanto, atrae los iones positivos del agua. Debido a
electrostáticas, el fenómeno produce una interacción de
Mecánica de suelos I
por lo que tienden a permanecer y moverse unidas. La
pues, una consecuencia directa se estos fenómenos.
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Por lo tanto la plasticidad puede definirse como la pro
material por la cual es capaz de soportar deformacione
rebote elástico, sin variación volumétrica aprec
desmoronarse ni agrietarse. Con esta definición se log
la propiedad a las arcillas en ciertas circunstancias.
Mecánica de suelos I
Los suelos arcillosos, especialmente los muy plástic
mucho cuando se secan y se expanden cuando se h
decir hay cambio de volumen en el suelo.
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Estados de consistenciaLa consistencia de un suelo se define como su resisten
cortante; es la oposición que presenta la masa de suelo a qu
Para medir la plasticidad de las arcillas se han desarrollado
Mecánica de suelos I
de los cuales se menciona el desarrollado por Atterberg, q
que la plasticidad no es una propiedad permanente de la
circunstancial y dependiente de su contenido de agua.
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Una arcilla muy seca puede tener la consistencia de plasticidad nula, y esa misma, con gran contenido de agua, p
las propiedades de un lodo semilíquido o, inclusive, las de
líquida. Entre ambos extremos, existe un intervalo del conte
que la arcilla se comporta plásticamente.
Mecánica de suelos I
El contenido de agua con que se produce el cambio de est
suelo a otro y en mecánica de suelos interesa fundamentalm
rango de humedades, para el cual el suelo presenta un c
plástico, es decir, acepta deformaciones sin romperse (plastic
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Según su contenido de agua en forma decreciente, un sude ser plástico puede estar en cualquiera de los siguien
consistencia, definido por Atterberg.
• Estado líquido el suelo tiene las propiedades y apar
Mecánica de suelos I
suspensión.
• Estado Semilíquido el suelo presenta las propiedad
viscoso.
• Estado Plástico el suelo se comporta plásticamente.
• Estado semi sólido el suelo tiene la apariencia de un sdisminuye de volumen al estar sujeto a secado.
• Estado sólido el volumen del suelo no varia con el seca
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Mecánica de suelos I
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Límites de consistencia o de Atterberg
Los estados de consistencia son fases generales por las q
al irse secando y los límites de consistencia son
convencionales entre estos estados y están definidos por
humedad.
Mecánica de suelos I
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Los límites de consistencia que se estudia y son de im
ingeniería son: límite líquido, límite plástico y límite de
método usado para medir estos límites de humedad
Atterberg a través de ensayos que definen los lím
lástico.
Mecánica de suelos I
Los límites de Atterberg son propiedades índices de
que se definen la plasticidad y se utilizan en la
clasificación de un suelo.
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Límite líquidoEs el contenido de humedad que corresponde a la fr
estados de consistencia semilíquido y plástico de un s
Mecánica de suelos I
El límite líquido se determina cerrando una
ranura practicada en una muestra de suelo en
un dispositivo llamado copa de casagrande
golpeándola mediante una manivela, un golpe
representa la resistencia al esfuerzo cortante
de 1 gr/cm2.
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por consiguiente como el límite líquido corresponde al cieren 25 golpes, entonces el límite líquido indica el contenido
el cual el suelo tiene una resistencia al corte de 25 gr/cm2
La ranura se realiza con un dispositivo de
Mecánica de suelos I
,por caída de 8 mm a 10 mm de la copa a razón
de 2 golpes/s, la ranura deberá cerrarse en el
fondo de la copa a lo largo de 13 mm.
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Un suelo cuyo contenido de humedad sea aproximadamensu límite líquido tendrá una resistencia al corte prácticamen
Las arcillas tienen LL > 40 % y las arenas y limos tienen LL
Mecánica de suelos I
La resistencia al corte en el límite líquido de los sue
constante e igual a 25 gr/cm2, en cambio en el límite plásti
sino que puede variar ampliamente.
Los suelos cohesivos cuya curva de fluidez es más tendíndice de fluidez y mayor resistencia en el límite plástico.
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El límite líquido se determina con el ensayo de límite líq
varios puntos o con un solo punto.
En el ensayo de límite líquido se determina 3 o más pun
se dibujan en papel semilogarítmico, al unir estos pun
Mecánica de suelos I
una recta llamada curva de fluidez cuya ecuación es la s
W = - Fw * log N + C
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W = - Fw * log N + C
W : contenido de humedad
Fw: índice de fluidez, es la pendiente de la curva igual a contenido de humedad a un ciclo de la escala logarítm
Mecánica de suelos I
N: número de golpes correspondiente al contenido de hu
C : constante que representala ordenadacorrespondiente a 1
golpe, se calculaprolongando la recta
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Ensayo: límite líquidoMaterial
Suelo seco al aire y que pasa la malla N°40
Equipo
• °
Mecánica de suelos I
• Copa de Casagrande y ranurador o acanalador
• Balanza con aproximación de 0.01 gr.
• Estufa con control de temperatura
• Espátula
• Probeta de 100 ml.
• Cápsula de porcelana
• Taras
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Procedimiento
• En una cápsula de
porcelana mezclar el suelo
con agua mediante una
espátula hasta obtener una
Mecánica de suelos I
pas a un orme.
• Colocar una porción de la
pasta en la copa de
Casagrande, nivelar
mediante la espátula hasta
obtener un espesor de 1 cm.
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• En el centro hacer una ranura conel acanalador de tal manera que la
muestra queda dividida en dos
partes.
Mecánica de suelos I
• Elevar y caer la copa mediante la
manivela a razón de 2 caídas por
segundo hasta que las dos mitades
de suelo se pongan en contacto
en la parte inferior de la ranura y alo largo de 1 /2 “ ( 1.27 cm),
registrar el número de golpes.
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• Mediante la espátula retirar la porción de suelo que scontacto en la parte inferior de la ranura y colocarlo en
determinar su contenido de humedad.
• Retirar el suelo remanente de la copa de Casagrande
Mecánica de suelos I
cápsula de porcelana, agregar agua si el número de go
anterior ha sido alto, o agregar suelo si el número de
bajo. (el número de golpes debe estar comprendido ent
• Repetir el ensayo mínimo 2 veces más, de esta ma
como mínimo 3 valores del número de golpes corres
diferentes contenidos de humedad.
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• Dibujar la curva de fluidez ( es una recta) en escala semiloeje de abscisas se registrará el número de golpes en esc
en el eje de ordenadas los contenidos de humedad en esc
• Determinar la ordenada correspondiente a los 25 golpes
Mecánica de suelos I
fluidez, este valor será el límite líquido del suelo.
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Ejemplo 1 . Determinar el límite líquido del siguiente sue
Tara LL1 LL2
W t (gr) 28.27 18.10
W mh + t (gr.) 38.60 29.70
Mecánica de suelos I
. . . W w (gr.)
W ms (gr.)
N° golpes 12 19
W %
LL
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Mecánica de suelos I
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Límite líquido con un solo puntoEn lugar de determinar puntos comprendidos entre 6 y
puede determinar un punto comprendido entre 20
determinar el límite líquido con la siguiente expresión
Mecánica de suelos I
LL = K * WN
LL : límite líquido
K : factor de límite líquido dado en tabla según numer
WN : contenido de humedad correspondiente a un detenúmero de golpes
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Límite plásticoFrontera convencional entre los estados semisólido y
se determina alternativamente presionando y en
pequeña porción de suelo plástico hasta obtener un d
mm en el cual el pequeño cilindro se desmorona
Mecánica de suelos I
continuar siendo presionado ni enrollado. El contenido
se encuentra se registra como límite plástico.
La resistencia
cortante en el lím
una medida de la
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Ensayo: límite plástico
Una porción de la mezcla preparada para el límite líquid
Equipo
• Balanza con a roximación de 0.01 r.
Mecánica de suelos I
• Estufa
• Espátula
• Cápsula de porcelana
• Placa de vidrio
• Taras
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Procedimiento• A la porción de la mezcla preparada
par el límite líquido agregar suelo
seco de tal manera que la pasta baje
su contenido de humedad.
Mecánica de suelos I
• Enrollar la muestra con la mano sobre
una placa de vidrio hasta obtener
cilindros de 3 mm. de diámetro y que
presenten agrietamientos, determinarsu contenido de humedad.
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• Repetir el ensayo una vez más.
• El límite plástico es el promedio de los 2 valores d
humedad, si la diferencia entre estos 2 valores es mayor
de porcentaje, repetir el ensayo.
Ejemplo determinar el límite plástico del siguiente suelo
Mecánica de suelos I
Tara LP 1 LP2
W t (gr.) 28.90 25.80W mh + t (gr.) 32.90 30.60W ms + t gr.) 32.00 29.50W w (gr.)
W ms (gr.)W %LP (%)
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Ejemplo 1. Determinar el límite líquido y el limite plástico dsuelo
LÍMITE LÍQUIDO LÍMI
Wt (gr) 16.30 15.53 15.71 15.
Wmh + t (gr) 41.30 49.08 48.24 20.
Mecánica de suelos I
Wms + t (gr) 37.45 44.19 43.68 19.
Wms (gr)
W w (gr)
W(%)
N.GOLPES 16 23 30
L.L - LP
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Facultad de Ingeniería y Arquitectura
17
18
19
I D O
D E
H U M E D A D
( % )
LÍMITE LÍQUIDO
Mecánica de suelos I
15
16
1 10
C O N T E N
NÚMERO DE GOLPES
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Ejemplo 2. Determinar el límite líquido y el limite plástico del suelos
LÍMITE LÍQUIDO LÍMIT
Wt (gr) 14.39 14.18 14.17 14.4
Wmh + t (gr) 48.33 44.41 46.08 22.1
Mecánica de suelos I
Wms + t (gr) 39.46 36.84 38.33 20.5
Wms (gr)
W w (gr)
W(%)
N.GOLPES 15 24 33
L.L - LP
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34
35
36
D O
D E
H U M E D A D
( % )
LÍMITE LÍQUIDO
Mecánica de suelos I
31
32
33
1 10
C O N T E N
NÚMERO DE GOLPES
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Ejemplo 3. Determinar el límite líquido y el limite plástico desuelos
LÍMITE LÍQUIDO LÍMI
Wt (gr) 16.67 15.53 14.59
Wmh + t (gr) 49.89 46.81 48.05
Mecánica de suelos I
Wms + t (gr) 39.92 37.84 38.76
Wms (gr)
W w (gr)
W(%)
N.GOLPES 17 25 32
L.L - LP
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41
42
43
44
D O
D E
H U M E D A D
( % )
LÍMITE LÍQUIDO
Mecánica de suelos I
38
39
40
1 10
C O N T E N I
NÚMERO DE GOLPES
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Límite de contracciónEs el contenido de humedad que corresponde a la front
estados de consistencia sólido y semisólido.
Mecánica de suelos I
Es el máximo contenido de agua de un suelo para el cual u
de la humedad no causa disminución de volumen de la mas
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Ensayo : límite de contracciónMaterial
• Muestra seca que pasa la malla N°40
• Mercurio
Equipo
Mecánica de suelos I
• Equipo de límite de contracción: un molde cilíndrico con b
dos recipientes de vidrio de diferentes dimensiones, una p
con 3 puntas de metal
• Balanza con aproximación de 0.1 gr.
• Estufa con control de temperatura.
• Cápsula de porcelana
• Espátula
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Procedimiento
• Mezclar el suelo con agua hasta obtener
una pasta uniforme
• Pesar el recipiente de contracción (Wt)
• Recubrir el interior del recipiente de
Mecánica de suelos I
contracción con vaselina para evitar laadherencia de la muestra.
• Colocar en el recipiente de contracción la
muestra en tres capas, en cada capa
golpear el recipiente hasta que el suelo
este compactado y se eliminen las
burbujas.
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Procedimiento
• Pesart el recipiente de contracción (Wt)
• Pesar la muestra húmeda con el recipiente de
contracción (Wt + mh).
Mecánica de suelos I
• Secar la muestra al aire durante 6 horas, luego
colocar a en la estufa a 105 ° C durante 18
horas y pesar (Wt + ms)
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• Determinar el volumen de la muestrahúmeda (Vh) , la cual es igual al volumen
del recipiente de contracción.
- Llenar con mercurio el recipiente de
contracción y enrazar con la placa de
Mecánica de suelos I
vidrio
- Vaciar el mercurio en un recipiente
graduado para determinar el volumen o
de lo contrario pesar el mercurio que
ocupó el recipiente y dividirlo entre sudensidad.
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• Determinar el volumen de la muestra seca
- Llenar con mercurio el recipiente de vidrio ,
enrasar con la placa de vidrio.
- Colocar el recipiente de vidrio con mercurio
dentro del recipiente de acero.
Mecánica de suelos I
- umerg r a mues ra en ro e rec p en e evidrio con mercurio presionándola con la
placa de vidrio.
- Pesar el recipiente para el mercurio
desplazado (Wr)
- Pesar el mercurio desplazado y recogido en
el recipiente (Wr + Hg)
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• Determinar el peso del mercurio desplazado WHg = (W
• Determinar el volumen del mercurio desplazado (V Hg
volumen de la muestra seca (Vs).
Mecánica de suelos I
Vs = V Hg = W Hg , γ Hg: 13
γ Hg
Este volumen también se puede determinar midiendo la
mercurio desplazado en un recipiente graduado .
• Determinar el peso de la muestra húmeda Wh = (Wt +
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• Determinar el peso de la muestra seca Ws = (Wt + ms) -
• Determinar el contenido de humedad w = (Wh – Ws) *
Ws
• Determinar el límite de contracción
Mecánica de suelos I
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Ejemplo: Determinar el límite de contracción del sigu
Descripción DatosWt (gr) 25.00Wt + mh (gr) 85.20Wt + ms (gr) 75.80Wh (gr)
Mecánica de suelos I
s grV h (cm3) 32.40W r (gr) 347.00W r + Hg (gr) 685.70W Hg (gr)γ Hg (gr/cm3) 13.56Vs = V Hg (cm3)
w (%)LC. (%)
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Clasificación de la plasticidad según límite líquid
Plasticidad Límite Líquid
Baja plasticidad < 35%
Mecánica de suelos I
Plasticidad intermedia 35% - 50%
Alta plasticidad 50% - 70%
Plasticidad muy alta 70% - 90%
Plasticidad extremadamente alta > 90%
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Clasificación de la plasticidad según índice p
Plasticidad Índice plástic
No plástico 0%
Mecánica de suelos I
Baja plasticidad < 7%
Medianamente plástico 7% - 17%
Altamente plástico > 17%
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Índice plástico (IP)
Se define como la diferencia entre el límite líquido y el lími
para un suelo dado.
IP = LL – LP
LL: límite líquido
Mecánica de suelos I
LP: límite plástico
Esta diferencia cuantifica la amplitud o extensión del estad
un suelo.
Cuando no puede determinarse uno de los límites o la
negativa, entonces no existe índice de plasticidad y se ind
(no plástico)
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Índice líquido (IL)
IL = w – LP
IP
W : contenido de humedad natural
LP: límite plástico
Mecánica de suelos I
Índice de consistencia (IC)
IC = LL – w
IP
LL: límite líquido
W : contenido de humedad
IP: índice plástico
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Consistencia Relativa (Cr)
La consistencia relativa en los suelos finos es el h
densidad relativa en los suelos granulares. Está definida
expresión:
Mecánica de suelos I
Cr = (LL - w) / (LL - LP)Cr = (LL - w) / IP
LL: límite líquido
W : contenido de humedad natural.
LP: límite plástico
IP: índice plástico
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Para distintos valores de w, se obtiene los siguienteconsistencia relativa
W > LL, Cr < 0
W = LL Cr = 0
Mecánica de suelos I
W = LP, Cr = 1
W < LP, Cr > 1
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La consistencia relativa es un parámetro de los suelo
permite evaluar las condiciones de soporte y mantenimiento
Supongamos que se desea realizar el dragado de un cana
proyecto de un puerto. Antes de empezar la ejecución
contratista requerirá de los servicios de un ingeniero d
Mecánica de suelos I
procederá a extraer muestras del lecho submarino. A estasdeterminará su contenido de humedad en estado natur
líquido (LL) y el límite plástico (LP). Aplicando la fórmula d
relativa, si se obtuviera un valor negativo, este nos
contenido de humedad natural está por encima del límite lí
tanto, el suelo no conservaría la forma propia, e
imposibilitando el corte y por tanto la ejecución de la obra.
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Carta de Plasticidad de Casagrande
La carta de plasticidad elaborada por el profesor Arturo C
un elemento básico en la identificación y clasificación de
labor que realizó Casagrande fue llevar a un gráfico un
muestras con sólo dos parámetros, el límite líquido y el
Mecánica de suelos I
Observó que los materiales homólogos se agrupaban, posiciones y fronteras para los distintos tipos de suelo.
En la carta de plasticidad, hay seis zonas claramente d
Estas zonas se encuentran delimitadas por tres líneas de
B, y C.
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La línea A se define por la ecuación IP = 0.73* (LL-20)
correspondencia con puntos que se encuentran por encim
se clasificarán como arcillas inorgánicas. De manera aná
inorgánicos que correspondan a puntos que se encuentra
la línea A se clasificarán como limos.
Mecánica de suelos I
Las líneas B y C se encuentran paralelas al eje de las or
puntos 30 y 50 % del eje de la abscisas, respectivamen
dividen la carta en tres franjas verticales correspondiente
derecha a materiales de baja, mediana y alta plasticidad. L
indicadas en la carta que se muestra, tienen el inconv
clasifican también limos orgánicos y arcillas orgánicas res
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Afortunadamente los materiales orgánicos son fácilmen
por su color oscuro, estructura esponjosa y a veces olor
De esta manera, quedan definidas las zonas de la forma
I: Limo inorgánico de baja plasticidad
II: Limo inorgánico de mediana plasticidad o limo orgánic
Mecánica de suelos I
III: Limo inorgánico de alta plasticidad o arcilla orgánicaIV: Arcilla inorgánica de baja plasticidad
V: Arcilla inorgánica de mediana plasticidad
VI: Arcilla inorgánica de alta plasticidad
En algunos textos se emplea la palabra compresibili
plasticidad en las clasificaciones, ya que lo que es plástic
también es comprensible.
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Mecánica de suelos I
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IDENTIFICACIÓN Y CLASIFICACIÓN DE S
Mecánica de suelos I
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• Identificación de suelos
La identificación de un suelo se realiza en ca
observación directa de la textura, color, y mediante m
determinar la plasticidad
Mecánica de suelos I
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Mecánica de suelos I
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• Clasificación de suelos
Se realiza mediante ensayos de granulometría y ensayo
Atemberg y con los datos mediante tablas de c
determina la clase de suelo
Mecánica de suelos I
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Propiedades índice de los suelos gruesos y finos para s
• Suelos gruesos
La granulometría es la propiedad índice con la qu
distribución de las partículas del suelo
Mecánica de suelos I
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• Suelos finosLos límites de Atterberg son propiedades índices,
definen la plasticidad
L. Contracción L. Plástico L. Líquido
Mecánica de suelos I
0 W%
Semi - Sólido PlásticoSólido s
Las propiedades índice se utilizan en la identificación y
un suelo.
F lt d d I i í A it t
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En las clasificaciones basadas en las características gra
los suelos, es costumbre distinguir las distintas fraccione
de algunos tipos de suelos como son: limo, arcilla, etc
Todo sistema de clasificación basado solamente en
Mecánica de suelos I
puede conducir a errores, pues las propiedades físicas dfina de los suelos dependen de otros factores ajenos a
granos.
Si los términos: limo o arcilla son utilizados para indi
partículas, entonces deben ir acompañados de la pala
expresiones tales como "partículas de tamaño de arcilla“.
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Salvo pocas excepciones, los suelos naturales consisten e
o más fracciones granulométricas, de modo que egranulometría, un suelo natural puede identificarse con lo
componentes principales, tales como: "arcilla limosa" o
bien se le puede asignar al mismo un símbolo que lo iden
Mecánica de suelos I
La identificación de un suelo dado, por comparación con m
puede efectuarse rápidamente por medio de curvas granul
Los suelos debido a la plasticidad se identifican como sude baja plasticidad, de plasticidad intermedia, de alt
plasticidad muy alta, de plasticidad extremadamente alta.
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Ensayos de clasificación de suelos
• Métodos de análisis granulométrico.Comprende dos clases de ensayos: El de tamizado par
granulares (gravas, arenas) y el de sedimentación para la
suelo (limos, arcillas), pues no son discriminables por tami
Mecánica de suelos I
- se usa para o ener
correspondientes a los tamaños mayores del suelo, g
llega hasta el tamaño de 0.074 mm. (malla N° 200).
método existen dos procedimientos: el tamizado en sec
por lavado.
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- El análisis de una suspensión del suelo se basa en e
la velocidad de sedimentación de las partículas en
función de su tamaño. Dentro de este métod
procedimientos: análisis granulométrico por sifone
granulométrico por sedimentación con el densímetro.
Mecánica de suelos I
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g y q
• Métodos para límites de consistencia
- Límite líquido
Se determina cerrando una ranura practicada en u
suelo en un dispositivo llamado copa de Casagrande
veces mediante una manivela. El contenido de
Mecánica de suelos I
determina se registra como límite líquido
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g y q
- Límite plástico
se determina alternativamente presionando y enrollaporción de suelo plástico hasta obtener un diámetro d
el pequeño cilindro se desmorona, y no puede
presionado ni enrollado. El contenido de agua que
Mecánica de suelos I
.
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Sistemas de Clasificación de suelos
Un Sistema de Clasificación de los Suelos es una agrupaci
características semejantes. El propósito es estimar en
propiedades de un suelo por comparación con otros del mi
características se conocen. Son tantas las propiedades y co
Mecánica de suelos I
los suelos y múltiples los intereses ingenieriles, que lasestán orientadas al campo de ingeniería para el cual se desa
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a: valor correspondiente al porcentaje que pasa el tamiz Ncomprendido entre 35 % como mínimo y 75 % como má
Mecánica de suelos I
b: valor correspondiente al porcentaje que pasa el tamiz N
comprendido entre 15 % como mínimo y 55 % como má
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c: valor correspondiente parte al límite líquido comprendidocomo mínimo y 60 % como máximo
Mecánica de suelos I
d: valor correspondiente al índice plástico comprendido en
como mínimo y 30 % como máximo
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El grupo de clasificación, incluyendo el índice de grupo
determinar la calidad relativa de suelos de terraplene
subrasante, subbases y bases. Disponiendo de los res
ensayos requeridos, se procede en la tabla de izquierda
grupo correcto se encontrará por eliminación. El primer
Mecánica de suelos I
izquierda que satisface los datos de ensayo es la clasificTodos los valores límites son enteros, si alguno de los da
se debe aproximar al entero más cercano.
El valor del índice de grupo debe ir siempre en paréntes
símbolo del grupo, ejemplo: A-2-6 (3), A-7-5 ( 17), etc
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Este sistema define:
- Grava: material que pasa por 80 mm (3”) y es retenido (N°10)
- Arena gruesa: material comprendido entre 2 mm (N°10) y 0,
- Arena fina: material comprendido entre 0,5 (N°40) y 0,075 m
Mecánica de suelos I
- ,
El término material granular se aplica a aquellos con 35% o
N°200 (0.075); limoso a los materiales finos que tienen un índ
de 10 o menor; y arcilloso se aplica a los materiales finos qu
plasticidad 11 o mayor. Materiales limo arcilla contienen m
tamiz N°200 (0.075).Cuando el suelo es no plástico (NP) o cuando el límite líqu
determinado, el índice de grupo se debe considerar (0).
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Mecánica de suelos I
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Sistema SUCS (Unified Soil Clasification System ) (Sist
de clasificación de suelos)
El Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS) der
desarrollado por A. Casagrande para identificar y agrupar
rápida en obras militares durante la guerra.
Mecánica de suelos I
Este sistema divide los suelos primero en dos grandes g
gruesos y de granos finos. Los primeros tienen más del 50 p
de granos mayores que N°200 (0.075 mm). Se representan
si más de la mitad, en peso, de las partículas gruesas son re
N° 4 (4.75 mm), y por el símbolo S sí más de la mitad pas
(4.75 mm)
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A la G o a la S se les agrega una segunda letra que describ
W, buena gradación con poco o ningún fino; P, gradación p
o discontinua con poco o ningún fino; M, que contiene limo
C, que contiene arcilla o arena y arcilla.
Mecánica de suelos I
Los suelos finos, con más del 50 % bajo tamiz N°200 (0dividen en tres grupos, las arcillas (C), los limos (M) y l
orgánicos (O).
Estos símbolos están seguidos por una segunda letra que
magnitud del límite líquido e indica la compresibilidad re
límite líquido es menor a 50 % y H, si es mayor.
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Para mayor comprensión describiremos el procedimiento de
Procedimiento de Clasificación de Suelos de granos gr
50% retenido en malla N°200 (0.075 mm)
Mecánica de suelos I
Una vez efectuados los ensayos de clasificación, determin
acumulativa de los tamaños de las partículas y clasifique la
grava (G), si el 50%, o más de la fracción gruesa (> 0,075 m
en tamiz 4.75 mm (N°4), y clasifíquela como arena (S), si m
la fracción gruesa (> 0,075 mm) pasa por tamiz 4.75 mm (N
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Si menos del 5% en peso de la muestra pasa por tamiz 0,0
Cu = D60 y Cc = (D30)2
D10 D10 * D
Clasifique la muestra como grava bien gradada (GW), o ar
Mecánica de suelos I
, s u es mayor que para as gravas y mayor que
y Cc está comprendido entre 1 y 3.
Clasifique la muestra como grava pobremente gradad
pobremente gradada (SP), si no se satisfacen simultánea
de Cu y Cc para bien gradada.
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Si á l 12% d l t d
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Si más que el 12%, en peso, de la muestra de ensayo pas
(N°200), analice los valores del límite líquido (LL) e índice(IP) mediante la línea "A" de la carta de plasticidad).
Clasifique la muestra como grava limosa (GM), o arena lim
Mecánica de suelos I
resultados de los límites de consistencia muestran que
limosos, es decir, si al dibujar LL versus IP, este punto cae
o el IP es menor que 4.
Clasifique la muestra como grava arcillosa (GC), o arena a
los finos son arcillosos, es decir, si al dibujar el LL versus línea "A" y el IP es mayor que 7.
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Si el punto del límite líquido versus índice de p
prácticamente en la línea "A" o está sobre esta línea, pe
plasticidad está comprendido entre 4 y 7, la clasificaci
como GM-GC o SM-SC.
Mecánica de suelos I
Si pasa por tamiz 0,075 mm (N°200) del 5% al 12% desuelo llevará clasificación doble, basada en los criterios
límites de consistencia, tales como GW-GC o SP-
dudosos, la regla es favorecer a la clasificación de menos
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P di i d l ifi ió d l d
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Procedimiento de clasificación de suelos de granos
más pasa por 0,075 mm)
Clasifique el suelo como una arcilla inorgánica (C), si al d
del límite líquido versus índice de plasticidad, éste cae so
y el índice de plasticidad es mayor que 7.
Mecánica de suelos I
Si el límite líquido es menor que 50% y el punto LL versus
línea "A" y el IP es mayor que 7, se clasifica como arcilla
baja a media plasticidad (CL), y como arcilla de alta plasti
Limite Líquido es mayor que 50% y el punto LL versus
línea A (Carta de plasticidad), lleva doble simbología.
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En caso que el límite líquido exceda a 100% o el IP
expanda la carta de plasticidad manteniendo las mis
pendiente de la línea "A“.
Mecánica de suelos I
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Mecánica de suelos I
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Cl ifi l l li i á i (M) i l dib j
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Clasifique el suelo como limo inorgánico (M), si al dibuja
versus IP cae bajo la línea "A" o el IP es menor que 4%, a
sospeche que hay materia orgánica presente en cantidad
como para influir en las propiedades del suelo (suelo de c
olor orgánico cuando está húmedo y tibio), en cuyo c
Mecánica de suelos I
efectuar un segundo límite líquido con la muestra de enshorno a una temperatura de 110 ± 5°C durante 24 horas
como limo o arcilla orgánicos (O), si el límite líquido despu
al horno, es menor que 75% del límite líquido de la mu
determinado antes del secado.
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Clasifique el suelo como limo inorgánico de baja plast
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Clasifique el suelo como limo inorgánico de baja plast
como limo o limo arcilla orgánicos de baja plasticidad (O
líquido es menor que 50% y al dibujar LL versus IP cae ba
o el IP es menor a 4.
Mecánica de suelos I
Clasifique el suelo como limo inorgánico de media a a
(MH), o como una arcilla o limo arcilla orgánico de
plasticidad (OH), sí el LL es mayor que 50% y el punto d
versus IP cae bajo la línea "A" o el IP es menor a 4%.
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Con el fin de indicar sus características de borde algu
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Con el fin de indicar sus características de borde, algu
grano fino deben clasificarse mediante simbología dobl
dibujado del LL versus IP cae prácticamente en la línea
línea "A" donde el Índice de Plasticidad tiene un rango d
suelo debe tener clasificación doble tales como CL-ML o
Mecánica de suelos I
punto dibujado de LL versus IP cae prácticamente en la l
líquido igual a 50%, el suelo deberá tener clasificación do
CL-CH o ML-MH.
En casos dudosos la regla de clasificación favorece al má
ejemplo, un suelo fino con un LL= 50 y un índice de plasticdeberá clasificar como CH-MH en lugar de CL-ML.
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Este sistema fue adoptado por el U S Army Corps of Engin
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Este sistema fue adoptado por el U.S. Army Corps of Engin
en 1947 le introdujo algunos límites para evitar doble c
1952, el Cuerpo de Ingenieros en conjunto con el Bureau
y asesorados por el Dr. Casagrande efectuaron
modificaciones.
Mecánica de suelos I
Basados en observaciones de terreno y ensayos de
materiales de base para caminos y aeropuertos, el Cuerpo
subdividió los grupos GM y SM en dos grupos, designado
"d" y "u", que han sido escogidos para representar a mate
convenientes o no, respectivamente, para ser empleado
caminos y aeropuertos. Símbolos típicos son GM, y SM.
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Se emplea el sufijo "d" cuando el límite líquido es menory el índice de plasticidad menor o igual a 5%.
Mecánica de suelos I
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Mecánica de suelos I
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Mecánica de suelos I
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Ejemplos: clasificar los siguientes suelos por el sistema sistema SUCS, se proporciona los datos de los ensayos
granulometría y límites de consistencia.
Mecánica de suelos I
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MUESTRA :1834 00 grEjemplo 1
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MUESTRA :1834.00 gr.TAMIZ PRP %RP %R
N° ABER.(mm) (gr) 2" 50.00 85.00
1 1/2" 38.10 55.501" 25.00 264.25
3/4" 19.00 140.00
Mecánica de suelos I
1/2 12.50 231.50
3/8" 9.50 82.50N°4 4.75 261.00N 10 2.00 195.95N 20 0.85 111.80N 40 0.43 90.18N 60 0.25 110.90
N 100 0.15 23.05N 200 0.075 31.40
CAZOLETA -.- 150.98TOTAL 1834.00
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CURVA GRANULOMÉTRICA
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60
80
100
E Q U E P A S A ( % )
Mecánica de suelos I
0
20
40
0.01 0.10 1.00 10.00 10
P O R C E
N T A
DIÁMETRO DE PARTÍCULAS (mm)
D10 D30 D60 Cu Cc
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LÍMITE LÍQUIDO LÍMITE PL
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LÍMITE LÍQUIDO LÍMITE PL
Wt (gr) 16.30 15.53 15.71 15.10
Wmh + t (gr) 41.30 49.08 48.24 20.48
Wms + t (gr) 37.45 44.19 43.68 19.81
Mecánica de suelos I
Wms (gr)W w (gr)
W(%)
N.GOLPES 16 23 30
L.L - LP
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19(
% )
LÍMITE LÍQUIDO
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16
17
18
T E N I D O
D E
H U M E D A D
(
Mecánica de suelos I
15
1 10
C O N
NÚMERO DE GOLPES
% PASA LL LP IP CLAS
MALLA 200 ( % ) ( % ) ( % ) AASHT
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MUESTRA : 383.35 gr-Ejemplo 2
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TAMIZ PRP %RP %RN° ABER.(mm) (gr)
3/4" 19.00 35.001/2 12.50 7.753/8" 9.50 7.53
Mecánica de suelos I
N°4 4.75 13.15
N 10 2.00 26.35N 20 0.85 20.45N 40 0.43 22.50N 60 0.25 20.00
N 100 0.15 4.90N 200 0.075 11.50
CAZOLETA -.-TOTAL
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CURVA GRANULOMÉTRICA
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60
80
100
U E P A S A ( % )
Mecánica de suelos I
0
20
40
0.01 0.10 1.00 10.00
P O R C E N T
A J E
DIÁMETRO DE PARTÍCULAS (mm)
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LÍMITE LÍQUIDO LÍMITE Wt (gr) 16.77 16.49 16.23 22.24
Wmh + t(gr)
53.87 56.11 55.47 29.49
Wms + t (gr) 43.96 45.86 45.83 28.39
Mecánica de suelos I
Wms (gr)
W w (gr)
W(%)
N.GOLPES 18 24 37
L.L - LP
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38 ( % )
LÍMITE LÍQUIDO
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33
34
35
36
37
T E N I D O
D E
H U M E D A D
Mecánica de suelos I
31
32
1 10
C O N
NÚMERO DE GOLPES
CLASIFICACI N DEL SUELO POR AASHTO Y SU
% PASA LL LP IP CLASIMALLA 200 ( % ) ( % ) ( % ) AASHTO
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PROPIEDADES HIDRÁULICAS DE LOS SUEL
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Mecánica de suelos I
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Capilaridad
El proceso de capilaridad es el ascenso que tiene el agua
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cuando se introduce verticalmente un tubo de vidrio de
diámetro pequeño (desde unos milímetros hasta micras
de tamaño) en un depósito lleno de agua, el agua sube
Mecánica de suelos I
menisco cóncavo, esta altura es inversamente
proporcional al diámetro del tubo.
La altura capilar que alcanza el agua en el suelo, se
determina considerando una masa de suelo con una
gran red de tubos capilares formados por los vacíosexistentes en su masa.
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capilaridad en suelos
Al contrario de los tubos capilares, los vacíos en
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suelos tienen ancho variable y se comunican entre sí
formando un enrejado. Si este enrejado se comunica
por abajo con el agua, su parte inferior se satura
Mecánica de suelos I
.
vacios pequeños y los mayores quedan con aire.
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El agua capilar es la fracción del agua que ocupa los m
mantiene en el suelo gracias a las fuerzas derivadas d
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superficial del agua. Es aquella que se eleva sobre el n
libre gravitacional, es decir por encima del nivel en el cu
es igual a la atmosférica, hasta la zona de aireación no sa
Mecánica de suelos I
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En conclusión podemos decir que la capilaridad del ag
suelo produce unos esfuerzos de tensión los cual
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suelo, produce unos esfuerzos de tensión, los cualcompresión de este. Para que se presente la capilaridad
en un suelo, se debe tener en cuenta que el suelo deb
manera que los poros que haya entre las partes sólidas d
Mecánica de suelos I
pequeño como un tubo capilar. Si tenemos un suelo
gruesa, no se producirá el fenómeno de capilaridad,
suelos se utilizan en la construcción cuando se tienen
altos.
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problemas de capilaridad en la construcción
Una de los grandes problemas que tiene el proceso de
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Una de los grandes problemas que tiene el proceso de
agua freática en la construcción, es que al subir e
humedecen los cimientos de las diferentes estructuras,
corrosión del acero de refuerzo en los cimientos, y algun
Mecánica de suelos I
agua freática, cuando los niveles son muy altos, alcan
capilaridad a las paredes de la edificación, generándose
los ladrillos y los acabados de la edificación. Una so
problema es cambiar el suelo sobre el que descansa e
un suelo más grueso, que no permita la capilaridad del a
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Mecánica de suelos I
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En la construcción de calles, carreteras, autopistas
aterrizaje es importante tener en cuenta el agua capilar
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j p g p
el terreno de fundación que queda encima de la napa f
solución al problema es colocar capas granulare
subrasante, lo cual impide la capilaridad del agua freátic
Mecánica de suelos I
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Mecánica de suelos I
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En suelos de granulometría fina (limos, arcillas) los
diámetro reducido por lo tanto la altura capilar es mayo
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de granulometría gruesa la altura capilar es menor.
Mecánica de suelos I
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Fuerzas de cohesión y de adhesión
Las moléculas superficiales del líquido abierto al aire, qul i m di t i d d l d ólid tá
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en la inmediata vecindad con la pared sólida están
fuerzas de 2 tipos: cohesión y adhesión.
• La cohesión: atracción entre moléculas
Mecánica de suelos I
iguales (en este caso es debida a laacción de las restantes moléculas del
líquido).
• La adhesión: atracción entre moléculas
diferentes (en este caso es ejercida por
las moléculas de las paredes del
recipiente).
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Si las fuerzas de adhesión son mayores que las de cohe
los meniscos cóncavos, en cambio si las fuerza de cohesi
que las de adhesión se forman los meniscos convexos
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que las de adhesión, se forman los meniscos convexos.
La forma de los meniscos (cóncavos o convexos) d
Mecánica de suelos I
por ejemplo el agua forma meniscos cóncavos con el vidr
mercurio forma meniscos convexos con el vidrio.
El ángulo que forma el menisco con la
pared del recipiente se denomina ángulo
de contacto y se representa por α
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Ángulo de contacto α
El ángulo de contacto es el ángulo en el cual entran e
i t f lí id / fi i ólid
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interfase líquida/gaseosa con una superficie sólida,
contacto es específico para un sistema dado y está dete
interacciones entre las interfaces participantes. El ángu
Mecánica de suelos I
se mide con un aparato llamado goniómetro.
Si α < 90°el menisco es cóncavo,
y si α > 90° el menisco es
convexo. El valor de α se
aproxima a 0°entre el vidrio limpio
húmedo y agua destilada
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La capilaridad es el fenómeno debido a la tensión sup
virtud del cual un líquido asciende por tubos de
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diámetro y por entre láminas muy próximas.
Mecánica de suelos I
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Tensión superficial
Las moléculas de la capa superior del agua están por unaentre si y por otra parte atraídas por las moléculas de la
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entre si y por otra parte atraídas por las moléculas de la
formándose en la superficie como una película que es dif
La energía necesaria para romper esta capa por unida
Mecánica de suelos I
conoce como tensión superficial.
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La tensión superficial es responsable de la resistencia q
presenta a la penetración de su superficie, de la tendenc
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esférica de las gotas de un líquido, del ascenso de los lí
tubos capilares y de la flotación de objetos u organ
su erficie de los lí uidos.
Mecánica de suelos I
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Tensión superficial
Se denomina tensión superficial al fenómeno por el cual la
un líquido tiende a comportarse como si fuera una de
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q p
elástica . La superficie, en vez de aplanarse, tiende a curv
toda ella contenga el mínimo posible de energía.
Mecánica de suelos I
A nivel microscópico, la tensión superficial se debe a que l
afectan a cada molécula son diferentes en el interior del
superficie. Así en el seno de un líquido cada molécula e
fuerzas de atracción que en promedio se anulan. Esto
molécula tenga una energía bastante baja. Sin embargo,
hay una fuerza neta hacia el interior del liquido.
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Rigurosamente, si en el exterior del líquido se tiene un ga
mínima fuerza hacia el exterior, aunque en la realidad edespreciable debido a la gran diferencia de densidades en
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despreciable debido a la gran diferencia de densidades en
el gas.
La tensión su erficial tiene como rinci al
Mecánica de suelos I
efecto la tendencia del líquido a disminuir
en lo posible su superficie para un
volumen dado, de aquí que un líquido en
ausencia de gravedad adopte la forma
esférica, que es la que tiene menor
relación área/volumen.
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Energéticamente, las moléculas situadas en la superficie
energía promedio que las situadas en el interior, por lo tant
sistema será a disminuir la energía total, y ello se logra
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número de moléculas situadas en la superficie, de ahí la
hasta el mínimo posible.
Mecánica de suelos I
La tensión superficial es la fuerza que actúa paralelamente
agua, esta tensión es debida a la atracción molecular
encuentra desequilibrada en la superficie de separación
agua en los pros del suelo.
El valor de la tensión superficial se considera 0.075 gr/cm
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La fuerza que jala hacia arriba es la componente vert
superficial Ts. La tensión superficial es la fuerza qu
superficie de un liquido en contacto con un gas actúa p
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superficie de un liquido en contacto con un gas actúa p
área. Si el ángulo entre el menisco y la pared del tubo e
fuerza hacia arriba es Ts * Cos.
Mecánica de suelos I
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El agua en la arena se mueve hacia arriba de la superficie
columna de arena. Las trayectorias entre los granos
capilares. De esto se sigue que el agua puede fluir haci
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que la presión en estas zona es menor que la atmosférica
Mecánica de suelos I
Materiales con componentes finos ocasionan que el agu
arriba mas allá que lo que podría hacer el agua en m
componentes mas gruesos
Si un suelo tiene una mezcla de componentes de distinto
tendencia del agua será moverse mas arriba en la zo
componentes sean más finos
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Tension superficial
El trabajo necesario para aumentar el área de una sup
resulta ser experimentalmente proporcional al aumento
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p p p
como coeficiente de tensión superficial la relación
conceptos.
Mecánica de suelos I
Ts = dw /dA
dw = diferencial de trabajo
dA = diferencial de área
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Cuando un líquido presenta al aire una superficie curva,
menisco curvo un desnivel de presión, de modo que la convexo es siempre menor que la existente en el lado cón
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En el lado convexo del tubo existe la presión p, mientr
Mecánica de suelos I
existe la presión pa (presión atmosférica), de modo que:
P = pa – 2Ts
R
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Ascensión capilar
La ascensión capilar del agua en un suelo que se enc
nivel freático subterráneo se debe al efecto combinad
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capilar y la presión hidrostática. Luego la altura capila
igualando la presión hidrostática y la tensión capilar máxim
Mecánica de suelos I
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La presión P2 en el punto M antes de
que el agua ascienda es:
La altura capilar del agua en un tubo capilar de vidrio se
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P2 = pa – 2TsR
Mecánica de suelos I
Además se sabe que
Cos α = rR
R = rcosα
P2 = pa – 2Ts cos αr
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pero cuando asciende y se alcanza el equilibrio la presión en
atmosférica, luego se tendrá:
Presión en M1 es P2 + γ w h
P P h
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Pa = P2 + γ w h
Luego reemplazando P2 ,se tiene
Mecánica de suelos I
pa = pa – 2Ts cos α + γ w h
ru = h γ w esfuerzo de tensión
El esfuerzo de tensión del agua en cualquier punto de la col
por el producto de la distancia vertical del punto a la sup
líquido y el peso específico del mismo.
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h = 2Ts cos α
r γ w
h = altura que debe ascender el agua en el tubo capilar
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Ts = tensión superficial
r = radio del tubo ca ilar
Mecánica de suelos I
α= ángulo de contacto
γ w = peso específico del agua
En el caso del contacto agua –aire, la tensión s
considera Ts = 0.074 gr/cm. ( Ts = 73 dinas/cm)
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En realidad Ts varía con la temperatura del agua y no tie
el valor anterior corresponde aproximadamente a 20°
parte en el lado de agua sobre vidrio húmedo se vio que
contacto α es nulo luego:
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contacto α es nulo, luego:
Mecánica de suelos I
=
r
h = 2 Ts * 2 = 4 Ts = 4 Tsr * 2 2 r D
si Ts = 0.074
h = 4 * 0.074 = 0.3D D
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Altura capilar en el suelo
La altura capilar de un suelo, se puede estimar hc en cefunción de la relación de vacios y del diámetro efectivo de l
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hc = c .
Mecánica de suelos I
e D10
C: constante que varía de 0.1 a 0.5
e : relación de vacíos
D10: tamaño efectivo
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Contracción de suelos finos por efecto de la capilaridad
Si el suelo está saturado, el agua ejerce una fuerza de sepapartículas sólidas del suelo (presión hidrostática). Luego e
a secarse por cualquier causa que generalmente es el ca
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a secarse por cualquier causa, que generalmente es el ca
el sol, y el agua que hay en el suelo se evapora, la masa d
Mecánica de suelos I
tomar su nivel freático normal, de esta manera las agu
bajar, creándose una presión capilar dentro del suelo,
esfuerzos de compresión en el suelo, pasando este
hidrostática (cuando el suelo estaba saturado), a un esfu
superficial (al tener el fenómeno de capilaridad del agua).
el suelo entra en un proceso de contracción.
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Hay que tener en cuenta que el suelo debe ser un su
poder producir el proceso de capilaridad, y de esta ma
tensión superficial necesaria para que el suelo se contraig
de la retracción del agua hacia el interior no se hará sim
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g
en toda la masa de suelo, debido a que la masa de
Mecánica de suelos I
diferentes diámetros de poros, produciendo tubos
diferentes diámetros, bajando primero el agua que se en
canalículos más gruesos (Especie de tubos capilares for
poros del suelo).
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PERMEABILIDAD O CONDUCTIVIDAD HIDRÁULIC
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Mecánica de suelos I
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Permeabilidad
Es la propiedad de un suelo que permite el paso del agua
a través de el, bajo la aplicación de una presión
hidrostática, esto implica una posibilidad de recorrido y
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hidrostática, esto implica una posibilidad de recorrido y
exige la existencia de vacios o huecos continuos.
Mecánica de suelos I
El agua ejerce una presión sobre el material poroso através del cual circula, esta presión se conoce como
presión de filtración, esto es como un roce que produce
el agua con las paredes de los granos o componentes
sólidos del suelo que conforman los canalillos por los que
el agua se mueve.
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En esos casos el escurrimiento o filtración, o sea, el mo
partículas fluidas, se produce a lo largo de caminos muy aj
llamadas líneas de corriente o líneas de filtración in
transcurso del tiempo.
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La permeabilidad de una masa de suelo es importante en:
Mecánica de suelos I
1. Evaluación de la cantidad de filtración a través de presas
pozos de agua.2. Evaluación de subpresión bajo estructuras para
estabilidad.
3. Control de velocidad de filtración para evitar erosión de u
suelo.
4. Velocidad de consolidación de suelos.
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Coeficiente de permeabilidad (k)
Es la velocidad del agua a través del suelo, cuando esgradiente hidráulico unitario. En el valor “K” se refleja
físicas de los suelos e indica con cuanta facilidad fluye e
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físicas de los suelos e indica con cuanta facilidad fluye e
del suelo
Mecánica de suelos I
La permeabilidad o coeficiente de permeabilidad, k,
propiedades más interesantes de los materiales que
hidrogeólogos y especialistas en aguas subterráneas debe
Su significado real puede ser difícil de entender y por
malos entendidos pueden existir respecto a lo que e
“permeable”, lo que es un “buen material de drenaje” material “impermeable”.
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Al tratar esta propiedad de los suelos y rocas debemos
importancia y tener un conocimiento muy práctico parde las futuras obras civiles y en especial de las vías qu
comunicación interna y que tanto se ven afectadas por
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comunicación interna y que tanto se ven afectadas por
buena cultura en la in eniería de drena e.
Mecánica de suelos I
En el estudio de la mecánica de suelos un material e
permeable si contiene poros interconectados, grietas u
través de las cuales el agua pueda fluir.
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Una roca podría ser virtualmente impermeable, aunque c
o juntas que origine una formación altamente permeable
La permeabilidad de la mayoría de estribos rocosos y ci
presas está determinada casi por completo por los patro
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juntas; y en el caso de muchas arcillas que son e
Mecánica de suelos I
resistentes al flujo de agua, las grietas reducidas o inter
arena podrían aumentar sus permeabilidades en miles de
El coeficiente de permeabilidad (k) usado en estas notas
de ingenieros, o coeficiente de Darcy, el cual es defi
velocidad de descarga.
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Amenaza del agua atrapada
Muchos de nuestros problemas de diseño y construcción
estructuras hidráulicas y otros trabajos de ingeniería inv
drenaje son causados por el desequilibrio de las permeab
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masas de suelo y roca.
Mecánica de suelos I
Frecuentemente el agua ingresa por los espacios detrás ddebajo de los pavimentos, revestimientos de canales, y otr
agua puede escapar más rápido creando así condicione
para la seguridad y funcionamiento de nuestra infraestructu
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El agua que llega a estar atrapada en las masas de
contribuye al deslizamiento y es una seria amenaza paradurante los sismos ya que puede producir “licuefacción”.
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“
Mecánica de suelos I
materiales de construcción es tan variable como la perm
gravas gruesas, juntas abiertas, y fallas permiten
rápidamente y en gran cantidad; pero, en el otro extremo
arcillas grasas que son tan impermeables que la veloc
través de ellas y el drenaje de agua fuera de ellas son Infin
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El estudio de juntas o estratos de alta permeabilidad en lo
importante debido a que al no detectarlos causará en las
de presas graves problemas de levantamiento y filtración.
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El coeficiente de permeabilidad de los depósitos de suelo
Mecánica de suelos I
terraplenes hechos por el hombre pueden variar en un
miles de millones de veces, desde un valor alto de más dgravas limpias a un valor bajo alrededor de 1x10-9 cm/s pa
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El coeficiente de permeabilidad es una constante que t
unidades que la velocidad y expresa la facilidad con que e
un suelo.
El fi i t d bilid d d d d di f t
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El coeficiente de permeabilidad depende de diversos fact
Mecánica de suelos I
del tamaño de poros, distribución del tamaño de gran
vacíos, estructura y estratificación del suelo, existenchuecos en el suelo, el grado de saturación del suelo, temp
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Valores típicos del coeficiente de permeabilidad
Tipo de suelo k (cm/seg) k (pie/mi
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Grava limpia 1,00 - 100 2,00 - 200
Mecánica de suelos I
Arena gruesa 1,00 - 0,01 2,00 - 0,02
Arena limpia 0,01 - 0,001 0,02 - 0,002
Limo 0,001 - 0,00001 0,002 - 0,000
Arcilla Menor 0,000001 Menor 0,0000
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Conclusiones sobre el uso de correlaciones empíric
• Cualquier relación empírica sirve solo para estimacion• La magnitud de k es un parámetro altamente variable.
• k en realidad depende de muchos factores.
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p
• -
Mecánica de suelos I
• La permeabilidad es aproximadamente proporcional a
de vacíos al cuadrado (e2)
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Flujo laminar
Cuando las líneas de flujo permanecen sin juntarse entr
longitud, las velocidades son bajas. En suelos limosos y a
circula a velocidades menores que en los suelos arenos
laminar En suelos arenosos el flujo del agua es lamina
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laminar. En suelos arenosos el flujo del agua es lamina
Mecánica de suelos I
mientras las cargas hidráulicas no sean excesivas.
El movimiento laminar corresponde a la mayoría de los pro
de agua en los suelos. Su estudio se hace aplicando la ley
Flujo turbulento
Cuando las líneas de flujo se juntan entre si
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Ley de Darcy
Darcy estudió el flujo del agua en los suelos usando un dis
de la figura, colocó una muestra de longitud L, y área tran
tubo que se ajustaba perfectamente a la muestra y que te
abiertos a cada extremo del tubo se conectó un depósito de
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abiertos, a cada extremo del tubo se conectó un depósito de
Mecánica de suelos I
La diferencia entre los niveles del agua en
ambos depósitos era la distancia h(pérdida de carga). Determinó por los
experimentos que el gasto del agua q en
cm3/seg, era directamente proporcional al
área A y a la relación h/ L (gradiente
hidráulico y se designa por la letra i).
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q = K * i * A
q : gasto en cm3/seg
K :coeficiente de proporcionalidad denominado coeficiente
conductividad hidráulica.
i : gradiente hidráulico
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i : gradiente hidráulico
Mecánica de suelos I
A: área de la muestra
L: longitud de la muestra a través de la cual atraviesa el ag
Esta fórmula es correcta siempre que el flujo sea lamina
todos los suelos más finos que las gravas y siempre
hidráulico sea menor que 5.
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Darcy concluyó, por tanto, que esa constante era propia
de cada arena.
Sabemos que en cualquier conducto por el que circu
cumple que: Caudal = Sección * Velocidad
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Mecánica de suelos I
Si aplicamos esta consideración al cilindro del permeám
calculamos la velocidad a partir del caudal y de la seconocidos, obtendremos una velocidad falsa, puesto q
circula por toda la sección del permeámetro, sino sola
pequeña parte de ella. A esa velocidad falsa (la que lle
circulara por toda la sección del medio poroso) se deno
Darcy” o “velocidad de flujo”: Velocidad Darcy = Cauda
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La parte de la sección total por la que puede circular
porosidad eficaz; si una arena tiene una porosidad del
agua estaría circulando por el 10% de la sección total d
que el mismo caudal circule por una sección 10 ve
velocidad será 10 veces mayor. Por tanto, se cumplirá que
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Mecánica de suelos I
Velocidad lineal media = Velocidad Darcy / me
(me = porosidad eficaz)
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Denominamos velocidad lineal media, y no velocidad r
siguiente: esa fórmula refleja correctamente la velocid
partículas en una sección cualquiera del medio poroso, p
mostrada en la figura . Pero no es exacta para calcular c
de recorrido entre dos puntos.
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p
Mecánica de suelos I
En la figura se muestra un tubo de longitud L1 lleno de arehace circular agua. Calculamos la velocidad lineal med
expresion anterior y con esa velocidad evaluamos el tiemp
lo largo del tubo de dicha figura (tiempo= L1 /velocidad).
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Si después medimos experimentalmente ese tiempo de reco
colorante al agua, obtendríamos un tiempo ligeramente s
distancia recorrida ha sido mayor: no L1 sino L2 (que es desc
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Mecánica de suelos I
Si llamamos velocidad real a la registrada a lo largo de un re
de un medio poroso, sería igual a:
Velocidad Real = Velocidad lineal media * coeficiente
Ese coeficiente depende de la tortuosidad del me
aproximadamente puede ser de 1,0 a 1,2 en Arenas.
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Velocidad de descarga (v) se deduce directamente de la ley
v = k * i
Velocidad de filtracion (v1) es la que toma en cuenta la exisólida impermeable y es la velocidad media de avance del ag
del flujo. Esta velocidad supone que el agua tiene trayectoria
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Mecánica de suelos I
V1 = (1 + e ) * v e: relación de vacíos
e
velocidad media real (v2)
Considera que el agua al atravesar el suelo recorre una longit
irregular de longitud Lm y las variaciones del área de los poro
canal V2 = v1 * LmL
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La Ley de Darcy puede no cumplirse por las siguientes raz
En algunas circunstancias, la relación entre el caudal
hidráulico no es lineal. Esto puede suceder cuando el valbajo o cuando las velocidades del flujo son muy altas.
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Mecánica de suelos I
, ,
el flujo a través de una formación arcillosa, el caudal qu
sería bajísimo, pero en la realidad, si no se aplican unos
elevados, el agua no llega a circular, el caudal es 0.
En el segundo caso, si el agua circula a gran velocida
directamente proporcional a la sección y al gradiente, peroproporcional, sino que la función sería potencial.
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Determinación del coeficiente de permeabilidad
El coeficiente de permeabilidad de un suelo es un dato d
importancia para la formación del criterio del proyecti
problemas de Mecánica de Suelos y en muchos casos par
de cálculos. Hay dos tipos de procedimientos para
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Mecánica de suelos I
permeabilidad de los suelos: directos e indirectos.
Procedimientos directosse basan en pruebas cuyo objetivo fundamental es la
coeficiente, son los siguientes:
• Ensayos de carga constante
• Ensayos de carga variable
• Prueba directa de los suelos en el lugar.
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Procedimientos indirectos
El coeficiente es proporcionado en forma secundaria por
técnicas que persiguen otros fines.
• Ensayo granulométrico (para suelos granulares)
• Ensayo de consolidación ( para arcillas)
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Mecánica de suelos I
• Prueba horizontal de capilaridad
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Métodos directos
Ensayo de carga constante
Se utiliza el permeámetro manteniendo constante la cacoeficiente de permeabilidad se determina con la sigu
K = Q * L
* *
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Mecánica de suelos I
Q: Cantidad de agua en cm3 que fluye a través de la m
tiempo determinado
L: longitud de la muestra en cm
h: carga hidráulica constante cm.
A: sección transversal de la muestra en cm2
t: tiempo en seg. durante el cual pasa la cantidad de aanteriormente
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Mecánica de suelos I
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Ejemplo 1. Determinar el coeficiente de permeabilidad
arenoso, el cual fue sometido al ensayo de permeabilida
constante
Descripción Dato
Volumen de agua que fluye, Q (cm3) 415
Diá t d l t D ( ) 6
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Diámetro de la muestra, D (cm) 6
Longitud de la muestra, L (cm) 9Área de la muestra, A (cm2)
Carga hidráulica constante, h (cm) 37
Tiempo en el que fluye el caudal, t(min)
2
Coeficinte de permeabilidad, K
(cm/min)
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Ejemplo 2. Determinar el coeficiente de permeabilida
arenoso, el cual fue sometido al ensayo de permeabil
constante
Descripción Dat
Volumen de agua que fluye, Q (cm3) 47
metro e a muestra, cm
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Mecánica de suelos I
,
Longitud de la muestra, L (cm) 1
Área de la muestra, A (cm2)
Carga hidráulica constante, h (cm) 3
Tiempo en el que fluye el caudal, t(min)
Coeficinte de permeabilidad, K
(cm/min)
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Ensayo de carga variable
Se utiliza el permeámetro con carga hidráulica variable.
permeabilidad se determina con la siguiente expresión:
K = 2.3 * a*L * log 10 ho
A*t h1
a: Sección transversal del tubo capilar en cm2
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a: Sección transversal del tubo capilar en cm2
L: longitud de la muestra en cmA: sección transversal de la muestra en cm2
T: tiempo que transcurre en recorrer el agua desde el ni
el nivel final h1 en minutos
ho: nivel inicial del agua en el tubo capilar en cm.
H1: nivel final del agua en el tubo capilar en cm
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Mecánica de suelos I
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Ejemplo 1. Determinar el coeficiente de permeabilidad
limoso, el cual fue sometido al ensayo de permeabilid
variableDescripción
Diámetro del tubo capilar, d (cm)
Diámetro de la muestra, D (cm)
Longitud de la muestra, L (cm)
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Área del tubo capilar, a (cm2)
Área de la muestra, A (cm2)
Tiempo, t (min)
Nivel inicial del agua, ho cm)
Nivel final del agua, h1 (cm)
Coeficiente de permeabilidad, K
(cm/min)
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Ejemplo 2. Determinar el coeficiente de permeabilidad d
el cual fue sometido al ensayo de permeabilidad con ca
Descripción Da
Diámetro del tubo capilar, d (cm)
Diámetro de la muestra D cm
Longitud de la muestra L (cm)
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Longitud de la muestra, L (cm)
Área del tubo capilar, a (cm2)Área de la muestra, A (cm2)
Tiempo, t (min)
Nivel inicial del agua, ho cm)
Nivel final del agua, h1 (cm)
Coeficiente de permeabilidad, K (cm/min)
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Métodos indirectos
Ensayo granulométrico
Método de HazenLa conductividad hidráulica de sedimentos areno
estimada a partir de la curva granulométrica o de
.
id El ét d d H d tili d l
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Mecánica de suelos I
idea. El método de Hazen puede ser utilizado en el
cuyo diámetro efectivo (D10) se encuentra entre 0
aproximación de Hazen es:
K = C * (D10)2
K: es la conductividad hidráulica (cm/s)
D10: es el tamaño efectivo de los sedimentos (cm)C : es un coeficiente que se describe a continuación
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Arena muy fina, mal distribuida: 0. 40 - 0.80
Arena fina con una gran cantidad de material fino: 0. 4
Arena media, bien distribuida: 0.80 – 1.20Arena gruesa, mal distribuida: 0.80 – 1.20
Arena gruesa, bien distribuida, limpia: 1.20 – 1.50
Kenny, Lau y Ofoegbu
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Mecánica de suelos I
En 1984 trabajaron con arenas gruesas y gravas (0.025.4mm), bajo condiciones de flujo laminar
k (cm / seg) = (0.05 a 1) D5 2
Donde:
D5 = diámetro correspondiente al 5% que pasa el ma
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Ensayo de consolidación
Se utiliza para suelos arcillosos
: coe c en e e permea a .
a : coeficiente de compresibilidad correspondiente a la
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Mecánica de suelos I
av : coeficiente de compresibilidad correspondiente a la
Cv: coeficiente de consolidación correspondiente a la ca
γ w: peso específico el agua (gr/ cm3)
e: relación de vacíos correspondiente a la carga aplic
t50: tiempo correspondiente al 50 % de consolidación pr
la curva de consolidación de laboratorio
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Esfuerzo geostático en la masa del suelo
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Mecánica de suelos I
Facultad de Ingeniería y Arquitectura
Los esfuerzos al interior del suelo se aplican por dos razone
• El peso propio del suelo
• El efecto de las cargas exteriores aplicadas al suelo.
Los esfuerzos geostáticos (verticales) son los debidos al
sue o y pue en var ar con a pro un a , cuan o var a e
suelo
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Mecánica de suelos I
suelo.
v = * z
Si varía con la profundidad se tienen dos casos
Variación continua
Variación discontinua
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Principios del esfuerzo efectivo
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Mecánica de suelos I
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Facultad de Ingeniería y Arquitectura
• El esfuerzo efectivo ’ se define como el valor de la dif
esfuerzo total y la presión de poros (p.p.) U.
’ = – u
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Mecánica de suelos I
• En la masa de suelo existen esfuerzos dentro del esquque actúan interpartícula, y existen esfuerzos neutro
fluido intersticial que ocupa los poros. La suma de am
esfuerzo total .
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• En las caras del elemento A, de área a2, las partí
ejercen fuerzas en dirección normal y tangencial, N
muestra en la figura.
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Mecánica de suelos I
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• Los esfuerzos serán, en ambas caras:
v = Nv h = Nh v = Tv h = Th
a2 a2 a2 a2
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Mecánica de suelos I
• Si se carga súbitamente el terreno, toda la masa de su
agua recibirá las nuevas fuerzas, empezará a fluir, los es
poco a poco, al esqueleto mineral, y cuando drene
disminuido y aumentado ’.
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Esfuerzo total, neutro y efectivo
• Esfuerzo total o presión total
La presión total que tiene un suelo a una cierta profundi
su peso propio, es igual al producto de la profundidad
específico de masa ( densidad natural)
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Mecánica de suelos I
σ = Z * γ m
σ: esfuerzo total
Z: profundidad
γ m: peso específico de la masa del suelo
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• Esfuerzo neutro o presión neutra
Es la presión en los poros o presión intersticial incap
esfuerzo cortante. En el nivel freático este esfuerzo tie
sobre el nivel freático este esfuerzo es negativo y bajo el n
positivo. Este esfuerzo es igual al producto de la distan
nivel freático por el peso específico del agua.
µ = d * γ w
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Mecánica de suelos I
µ γ
µ : esfuerzo neutro
d: distancia a partir del nivel freático
γ w: peso específico del agua, su valor es 1 gr/cm3
Facultad de Ingeniería y Arquitectura
• Esfuerzo efectivo o presión efectiva
Es el esfuerzo correspondiente a la fase sólida del su
gobierna los cambios volumétricos o la resistencia
Este esfuerzo es igual a la diferencia de la presión to
neutra. σ’ = σ - µ
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Mecánica de suelos I
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Ejemplo 1
Determinar y dibujar la distribución de presiones total, n
debido al peso propio del terreno, a 3m y 7 m. de profundi
estrato de suelo arenoso cuyo peso específico de masa e
nivel freático está a 3 m. de profundidad.
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Mecánica de suelos I
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Ejemplo 2
Determinar y dibujar la distribución de presiones total, ne
debido al peso propio del terreno a 2.1 m , a 3.9 m
profundidad del siguiente perfil estratigráfico. El nivel freátic
a 3.2 m de profundidad. Las potencias y los pesos específ
del suelo de los estratos se indican en el perfil.
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Mecánica de suelos I
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Filtración y teoría de flujo
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Mecánica de suelos I
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El escurrimiento o filtración, es el movimiento de las partíc
produce a lo largo de caminos muy ajustados a curvas, lla
corriente o líneas de filtración, invariables en el transcurso
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Mecánica de suelos I
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Flujo Unidimensional
En estos casos, el gasto de filtración, el gradiente y la
punto se obtienen utilizando la ley de Darcy y otros princla hidráulica.
-Gasto de filtración q = K * i * A
K = Q * L
A * h * t
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Mecánica de suelos I
- Velocidad de filtración V1 = K * i * (1 + e )
e
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Filtración en suelos heterogéneos (estratificados)
Se puede extender la Ley de Darcy bajo ciertas hipótesis
una permeabilidad equivalente del conjunto (ke) en sentid
knormal a capas≠
kparalelo a capas
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Mecánica de suelos I
knormal a capas kparalelo a capas
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Flujo en dirección paralela a los estratos
• h: Dique p
• q: ga
ancho
• Gradi
único
capas
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Mecánica de suelos I
H
Hk
k
HL
hk H
L
hk iAk q
ii
h
iihh
i
∑
∑
∑
⋅
=
===
=
capas
kh equiva
parale
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Flujo en dirección normal a los estratos
=
vk
Kv eq
• h: Diferencia de carga que produce el flujo
Hi ót i d T b j
sees
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Mecánica de suelos I
• Hipótesis de Trabajo:
– El flujo es sólo vertical y no hay acumulación de
ningún estrato entonces en cada estrato es cons
– as áreas son iguales entonces la velocidad d
todos los estratos es constante.cte
A
qv ==
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Flujo Bidimensional
Este problema se presenta en cualquier estructura que ten
el agua (presas, puertos, etc.) En estos flujos, los principque se resuelven los problemas unidimensionales no bast
recurre al concepto de red de flujo.
El flujo del agua a través del
suelo no es en una sola
di ió i t
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Mecánica de suelos I
dirección, ni tampoco es
uniforme en toda el área
perpendicular al flujo. Por ello se
usa la red de flujo para
calcularlo.
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Flujo bidireccional
Deberá definirse un modelo general del flujo de agua en el su
generalizando la Ley de Darcy a flujos en dos y tres direccionutilizado será la Red de Flujo
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Mecánica de suelos I
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Red de Flujo para filtración bidireccional
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Mecánica de suelos I
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Mecánica de suelos I
• Las Líneas Equipotenciales siguen siendo normales a la
• Punto crítico para el sifonamiento: Punto d
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Mecánica de suelos I
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Mecánica de suelos I
• En la zona donde las líneas de flujo son horizontal
equipotenciales son verticales
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Mecánica de suelos I
• Caída de carga entre equipotenciales = ∆z entre puntos
de equipotencial con línea de saturación
• El flujo en el talud aguas abajo no es ni línea de flujo n
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Métodos de Resolución de Problemas de Redes
• Dibujo de la Red de Flujo
• Métodos Analíticos
• Modelos
• Métodos Analógicos
• Métodos Numéricos
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Mecánica de suelos I
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Dibujo de la Red de Flujo
• Método primario propuesto por Forchheimer y desarrolla
Casagrande (1937)
• La Red de Flujo se dibuja:
–
– Cumpliendo la condición de ortogonalidad entre líne
equipotencialesV j D id di d bl
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Mecánica de suelos I
• Ventaja: Da una idea directa de problema
• Desventaja: Dificultad del dibujo de la red
• La literatura de Mecánica de Suelos presenta dibujos de
para muchos casos prácticos
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Red de Flujo:Red de Flujo: Malla compuesta por Líneas de Flujo y
Equipotenciales
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Mecánica de suelos I
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Red de flujo
Sistema de cuadrados o rectángulos formados por la inter
de flujo y líneas equipotenciales o de igual ca(perpendiculares).
Línea de flujo
Línea a lo largo de la cual una partícula de agua puede v
arriba hacia aguas abajo.
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Mecánica de suelos I
Línea equipotencial
Línea a lo largo de la cual la carga potencial de todos
misma.
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red de flujo
Es la combinación de líneas de flujo y líneas equip
construyen para calcular el flujo de aguas subterráneas y ttrazo específicas.
Las dos familias de curvas son ortogonales solo para suelos
Los suelos anisotrópicos necesitan transformarse para ser
isotrópicos.
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Mecánica de suelos I
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• El espacio entre cualquier par de líneas de flujo se denomin
• El espacio entre cualquier par de líneas equipotenciales seequipotencial Nd
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Mecánica de suelos I
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El gasto de filtración para un suelo isotrópico está dado po
expresión:
Q = k * ∆h * Nf
Nd
Q: gasto de infiltración
∆h: pérdida de carga Nd: número de caídas
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Mecánica de suelos I
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Propiedades de las redes de flujo:
• El caudal que fluye entre dos líneas consecutivas es el m
de ancho.
• Las líneas equipotenciales no pueden cortarse entre sí, de
fluido, tampoco las líneas de corriente pueden cortarse ent
.
Se trata entonces de definir en cada caso las condiciones específicas del problema y trazar, cumpliendo con estas, la
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Mecánica de suelos I
p p y p
de curvas ortogonales, obteniendo así una verdadera imag
problema, que si a sido realizada con cuidado podrá ser lo
buena para los fines ingenieriles.
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Para el trazo de una red de flujo se tienen los siguientes pa
• Dibujar los limites del dominio
• Fijar tentativamente 3 ó 4 líneas de corriente.
• Trazar tentativamente equipotenciales, ortogonales a
corriente
• Ajustar
• Comprobar la bondad del ajuste si al trazar las líneas dicuadros se obtienen también curvas suaves, formando u
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Mecánica de suelos I
a s s b a b as s a s, a
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Q = K *
K: coeficiente de permeabilidad
Nf: número de canales de flujo
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Mecánica de suelos I
Nf: número de canales de flujo
Nd: número de caidas
n: razón ancho (B) /longitud (L)
hmáx: Diferencia en el nivel de agua entre los lados aguas a
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Mecánica de suelos I
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Métodos Analíticos
• Existen soluciones teóricas para algunos problemas de
• Filtración a través de una presa de tierra:
– Solución de Kozeny (1933) para equipotencial de a
parabólica y dren de pie horizontal
– Casagrande: Modificaciones a Kozeny
• Flujo bajo un tablaestacado
D j P bl l j d fl j i
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Mecánica de suelos I
• Desventaja: Problemas complejos de flujo no tienen so
satisfactoria
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Modelos
• Útiles para representar los fundamentos del flujo de fluidde Laboratorio)
• Desventaja:
– Requieren mucho tiempo y trabajo – Dificultades creadas por la capilaridad
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Mecánica de suelos I
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Métodos Analógicos
• El flujo de agua es similar al flujo eléctrico y de calor
• Los más utilizados son los modelos analógicos eléctrico
– Voltaje = Carga Hidráulica
– Conductividad = Permeabilidad
– Intensidad de Corriente = Velocidad de flujo de agu
• Permiten resolver problemas complejos
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Métodos Numéricos
• Se resuelve Ecuación de Laplace por métodos de numérico
Método de Elementos Finitos
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Mecánica de suelos I
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Control y manejo de filtraciones mediante redes d
En las presas de tierra hay filtraciones de aguaterraplén y de la fundación, por lo que se debe dise
i i i i t bilid d d
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Mecánica de suelos I
para prevenir supresiones excesivas, inestabilidad d
abajo, sifonamiento o erosión interna.
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Control y manejo de las filtraciones a través del terrap
Existen los siguientes métodos:
• Zonificación gradual del terraplén de fino a grueso.
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• Chimeneas verticales o inclinadas y/o colchones ho
subdrenaje.
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Control y manejo de filtraciones por la fundación
• Deben analizarse los diversos métodos utilizando rede
métodos aproximados.• Deben analizarse los factores de seguridad contra sub
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Mecánica de suelos I
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• colchones de drenaje
- Manejan la filtración tanto a través de terraplén como
fundación.- Previenen las subpresiones excesivas en el pie de la
- Los colchones de drena e aumentan los caudales de
debajo del terraplén.
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• Zanja o pantalla impermeabilizante
Pueden ser de suelo impermeable compactado, rellen
concreto
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Mecánica de suelos I
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La pantalla impermeabilizante puede ser:
1. Pantalla total (atravesando el manto permeable).
2. Pantalla parcial, su efectividad pende de la profundidque sea efectiva bajar a un manto menor permeabil
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Mecánica de suelos I
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2. Índice CBR determinado in situ
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Facultad de Ingeniería y Arquitectura
• Luego de la colocación del
pistón y a una presión de
tal manera que semantenga vertical se va
colocando los anillos de
sobrecarga
• Una vez colocado el
equipo de CBR, se
encuentra listo para iniciar
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Mecánica de suelos I
encuentra listo para iniciar
el ensayo.
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• Se realiza el ensayo con
una persona que realiza el
giro de la manivela y controla
las lecturas de
e ormac ones, o ra persona
apunta las lecturas de carga
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Mecánica de suelos I
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Ejemplo Determinar
el valor de CBR, el
diámetro del pistónque transmite la
carga es de 5.0 cm,
Deformación Deformación Carga (mm) (pulgadas) (Kg)
0 00.05 1000.1 150
0.2 2000.4 3500.5 4000.6 5000.7 550
los datos son los
siguientes:
0.9 6501.0 7002.0 8003.0 9005.0 10506.0 11607.0 12808.0 13209 0 1400
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9.0 140010.0 146011.0 150012.0 1550
13.0 1600
Facultad de Ingeniería y Arquitectura
Penetració
( pulg.)
0.1 0.2 0.3
. 0.5
Esfuerzo a 0.1 " (kg/cm2)
Esfuerzo a 0.2 " (Kg/cm2)
CBR 0 1" (%)
CBR (%)
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Mecánica de suelos I
CBR 0.1" (%)
CBR 0.2" (%)
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CRB de diseño de subrasantes
Para determinar la capacidad portante de la subrasante
método CBR. Las muestras se obtienen lo más cerca pos
subrasante.
En el suelo en estudio se programa
un número suficiente de ensayos
CBR para determinar
estadísticamente el valor de diseñode la resistencia de la subrasante,
para el efecto se recomienda que en
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Mecánica de suelos I
cada tramo se realicen 6 a 8
pruebas.
Facultad de Ingeniería y Arquitectura
El CBR de diseño encada tramo
se determina a partir de los
valores obtenidos de los 6 u 8
ensayos y se tiene un valor tal
ue debe ser su erado or
determinado porcentaje de los
valores individuales, este
porcentaje se denomina Valor
Percentil y se relaciona con el
tráfico previsto como se muestra
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Mecánica de suelos I
tráfico previsto como se muestra
en la siguiente tabla.
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Valor percentil CBR de diseño
Tráfico EAL % de ensayo con CBR
igual o mayor
,
10,000 - 1'000,000 75
1'000,000 ó más 87.5
Los valores CBR deben ser los correspondientes a las
previstas.
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Mecánica de suelos I
Facultad de Ingeniería y Arquitectura
Ejemplo
En el estudio de suelos de un tramo de carretera, los res
pruebas de CBR en la subrasante son los siguientes5.3, 4.0, 4.4 y 4.7. Determinar el CBR de diseño para
tráfico EAL de 10,000, 100,000 y 1’000,000
Solución
Ordenando en forma decreciente los valores de CB
siguiente:
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Mecánica de suelos I
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Valores de CBR
Número igual o % igual o mayoCBR mayor que que
1
2
3
4
5
6
7
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Se grafica los valores de CBR con los porcentajes igual o
se obtienen la curva.
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De la tabla Valor percentil - CBR de diseño, para
volúmenes de tráfico se obtienen los correspondi
percentil con los cuales finalmente se determina los Cpara estos valores de tráfico
EALValor percentil de
diseñoCBR dediseño
10,000 60
100,000 75
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1'000,000 87.5
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A. Determinación de CBR en laboratorio para suelos re
• CBR para suelos cohesivos
A estos suelos les afecta la humedad de compactaci
densidad obtenida, por lo que se ensaya cada mues
de colocarlas en agua durante 4 días.
• CBR para suelos no cohesivos
Tal como arenas limpias y gravas arenosas, no se vepor la humedad de compactación dados que estos s
compactan grandemente, bajo el tráfico. El ensayo s
i di t t d é d t l d
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inmediatamente después de compactarlas a su dens
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Equipo
• Equipo CBR.(3 moldes cilíndricos con placa de base y co
extensión, 3discos espaciadores, 3 placas de expansión, 3
cada una de 4.5 kg. de peso y 3 trípodes)
• Pisón proctor modificado
• a anza con prec s n e gr.
• 3 diales de expansión.
• Estufa con control de temperatura.
• Probeta de 1000 ml.
• Recipiente de 6 kg. de capacidad.
• Espátula.
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• Taras identificadas
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Material
Muestra alterada seca.
Papel filtro
Procedimiento
Consta de 3 fases:
• Ensayo de compactación CBR (determinación de la
humedad del suelo• Ensayo de hinchamiento (Determinación de las
expansivas del material)
• Ensayo carga – penetración (determinación de la re
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Ensayo carga penetración (determinación de la re
penetración)
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a. Ensayo de compactación CBR
• Preparar la muestra con el contenido óptimo de
humedad determinado en el ensayo de
compactación proctor modificado.
• Compactar la muestra en 5 capas en cada uno
de los 3 moldes CBR, el primero con 13 golpes,
el segundo con 27 golpes y el tercero con 56
golpes por capa.• Determinar la densidad humedad y el contenido
de humedad de las muestras de cada molde.
• Determinar la densidad seca de las muestras de
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cada molde.
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b. Ensayo de hinchamiento
• Invertir las muestras de tal manera que la superficie li
parte superior cuando se ensambla nuevamente los
placas de base.
• Colocar sobre cada muestra el papel
filtro, la placa de expansión, la
sobrecarga, el trípode y el dial de
expansión.• Colocar los tres moldes debidamente
equipados en un tanque de agua
durante 4 días (96 horas), registrar las
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lecturas de expansión cada 24 horas.
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• Después de los 4 días sacar los moldes del
tanque de agua y de cada uno de ellos retirar
el dial, el trípode, la sobrecarga y la placa de
expansión, dejarlos drenar durante 15
c. Ensayo de carga - penetración
minutos.
• Colocar la sobrecarga en cada molde, llevar
a la prensa hidráulica, proceder al ensayo depenetración aplicando un pisón a una
velocidad de 0.05 pulg/min., registrar las
lecturas de carga de cada muestra en las
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siguientes lecturas de penetración:
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Lecturas de penetraciónPulgadas Milímetros
0.000 0.000.025 0.64
0.050 1.270.075 1.910.100 2.540.125 3.180.150 3.810.175 4.45
0.200 5.080.250 6.350.300 7.620.350 8.890.400 10.160 450 11 43
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0.450 11.430.500 12.70
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• Determinar nuevamente la densidad humedad y el con
humedad de las muestras de cada molde.
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• Calcular esfuerzo aplicado correspondiente a cada carga
P/A
: esfuerzo
P : carga aplicada
A: Área del pisón
• Dibujar las 03 curvas esfuerzo – deformación corre
muestras de cada molde, en escala natural, los valores dregistrará en el eje de abscisas y los valores de los esf
ordenadas. Si es necesario se debe corregir las curvas
origen.
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• Determinar los esfuerzos correspondientes a 0.1 “ y 0
penetración de cada una de las curvas esfuerzo – defo
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• Determinar los índices CBR para 0.1 “ y 0.2” de penetrac
se obtienen dividiendo cada valor de esfuerzo correspon
0.2” de la muestra ensayada entre el esfuerzo patrón cor
0.1 “ y 0.2”.
CBR = σ t * 100
σ p
σt : esfuerzo de la muestra ensayada
σp : esfuerzo patrón
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• Dibujar las curvas densidad seca versus CBR correspond
0.2” de penetración.
• El indice CBR de diseño es el valor correspondiente a
enetración ex resado en orcenta e de su res ectivo va
El número CBR usualmente se basa en la relación de c
penetración de 2.54 mm (0,1”), sin embargo, si el valoruna penetración de 5.08 mm (0,2”) es mayor, dich
aceptarse como valor final de CBR.
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Si el valor de CBR correspondiente a 0.2” es muy super
CBR correspondiente a 0.1” deberá repetirse el ensayo pa
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ENSAYO: COMPACTACIÓN CBR
Molde N° 1 2
N° capas 5 5N° golpes por capa 13 27Condición de muestra antes empapar después antes empapar después a
Peso molde (gr) 4303.00 4303 4342.00 4342.00 4Pmh + molde (gr) 8301.00 8333 8714.00 8737.00 9Pmh (gr)
m . cm . . . .Densidad húmeda(gr/cm3)CONTENIDO DE HUMEDADEnsayo N° 1 - A 1 - B 1 – C 2 - A 2 - B 2 - CPt (gr) 45.20 46.00 44.80 45.30 48.50 46.70Pmh + t (gr) 150.24 153.28 165.22 152.05 155.13 172.15Pms + t (gr) 133.48 136.14 144.64 134.95 138.08 150.90Pw ( gr)Pms (gr)W ( % )W prom ( % )
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p ( )Densidad seca (gr/cm3)
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ENSAYO: HINCHAMIENTO
TIEMPO ACUMULADO MOLDE N° 1 MOLDE N° 2 MO
hinchamiento hinchamiento hinch
(horas) (días) (mm) (%) (mm) (%) (mm
. . .
24 1 3.578 4.458 4.
48 2 4.235 5.428 5.
72 3 4.835 6.138 6.96 4 5.125 6.625 7.
Altura de moldes = 12.50 cm
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Penetración MOLDE N° 1 MOLDE N° 2carga esfuerzo carga esfuerzo car
(mm) (pulg) (Kg) (Kg/cm2) (Lb/pulg2) (Kg) (Kg/cm2) (Lb/pulg2) (K0.00 0.000 0.00 0.00 00.64 0.025 9.00 18.01 35
1.27 0.050 18.00 32.00 711.91 0.075 23.00 47.00 1042.54 0.100 27.09 57.00 122. . . .
3.81 0.150 30.00 67.00 1344.45 0.175 31.00 70.00 1385.08 0.200 32.00 73.00 1436.35 0.250 34.00 78.00 149
7.62 0.300 37.00 83.00 1538.89 0.350 38.00 86.00 158
10.16 0.400 40.00 90.00 16211.43 0.450 42.00 96.00 16812.70 0.500 44.00 99.00 173
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Diámetro del pisón =2” 1 libra = 0.45359237
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ESFUERZOS PARA 01" Y 02" DE PENETRACIÓN
MOLDE N° MOLDE N° 1 MOLDE N° 2
Penetración ( " ) 01 " 02 " 01 " 02 "
Esfuerzo terreno (lb/pg2)
Esfuerzo patrón (lb/pg2) 1000 1500 1000 1500
C.B.R. Y DENSIDAD SECA
MOLDE N° MOLDE N° 1 MOLDE N° 2 M
Penetración ( " ) 01 " 02 " 01 " 02 " 01 "
CBR ( % )
Ds(GR/CM3)
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Ds Máx CBR (0.1")
95 % Ds máx CBR (0.2")
C! de dise"o =
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C! de dise"o
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Diseño del espesor del pavimento
• Con el valor de CBR de la subrasante se diseña el espeso
• Con el valor de CBR de la subbase se diseña el espesor d
• Con el valor de CBR de la base se diseña el espesor de larodadura.
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B. Determinación de CBR en laboratorio para suelos in
El CBR de muestras inalteradas se determina cua
construir un pavimento sobre el terreno natural exist
trabajos previos de compactación.Mediante este método, se determina el CBR de un s
.
que los pasos para determinar las propiedades expansiv
a la penetración son similares a l método de muestras re
• Obtención de muestras
- Se emplea cilindros metálicos con bordes cortante
presión a la capa en estudio.
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• Determinación de la densidad húmeda y contenido
- Se determinan in situ, en un lugar muy próximo de d
las muestras para CBR.
• Determinación del índice CBR
- Las muestras obtenidas con los cilindros metálicos, se
sus respectivas placas de base, se ensambla el collarín
y se coloca la placa de expansión, la sobrecarga y el trídial de expansión.
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- Se coloca los tres moldes debidamente
equipados en un tanque de agua durante
4 días (96 horas), para registrar las
lecturas de expansión cada 24 horas.
- Se somete al ensayo de penetración y
se determina el CBR.
- Se continua con los mismos pasos
aplicados en las muestras remoldeadas.
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California Bearing Ratio (C.B.R.)
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California Bearing Ratio (C.B.R.) (Relación de Soporte C
Mide la resistencia al corte de un suelo bajo Condicione
densidad controlada. El ensayo permite obtener un número
soporte, que no es constante para un suelo dado sino que
estado en el cual se encontraba el suelo durante el ensayo.
C.B.R. es el índice de resistencia
del terreno, se aplica para la
evaluación de la la capacidad desoporte de suelos de subrasante,
de los materiales de sub bases,
bases granulares y afirmado de
un pavimento.
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Número CBR
El número CBR (o simplemente CBR), se obtiene de la
carga unitaria (lbs/pulg2.) necesaria para lograr una cier
de penetración del pistón de 19.4 cm2 de área dentro
compactada de suelo a un contenido de humedad y densid
respecto a la carga unitaria patrón (lbs/pulg2.) requerida p
misma profundidad de penetración en una muestra estánd
triturado.
El CBR de un suelo es la carga unitaria correspondiente a
penetración, expresada en por ciento en su respectivo valo
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σ 0.1” muestra : esfuerzo de la muestra ensayada a 0.1” de
σ 0.1” patrón : esfuerzo de material patrón: piedra triturada o
California de la que se conoce las tensiones
producir penetraciones preestablecidas
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Penetración
(mm.)
Esfuerzo patrón
( Kg /cm2 )
Penetración
( pulg.)
Esf
(
2.54 70.31 0.1 5.08 105.46 0.2
. . .
10.16 161.71 0.4
12.70 182.80 0.5
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Valores referenciales de CBR, usos y suelos.
Sistema d
CBR Clasific. general Usos Unificado
0 – 3 Muy pobre Sub rasante OH, CH, MH, OL
3 – 7 Muy pobre a regular Sub rasante OH, CH, MH, OL
7 – 20 Regular Sub base OL, CL, ML, SC, S, M, SP
20 - 50 Bueno Sub base y base GM, GC, SW, SM, SP, GP
> 50 Excelente Base GW, GM
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Con el resultado del CBR se puede clasificar el suelo med
siguiente tabla
C BR Clasificación
0 -5 Subrasante muy mala
5 - 10 Subrasante mala
10 - 20 subrasante regular a buena
20 - 30 Subrasante muy buena
30 -50 Subbase buena
50 - 80 Base buena
80 - 100 Base muy buena
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Ensayos de CBR
El objetivo del ensayo de CBR es establecer una rel
comportamiento de los suelos principalmente utilizados
subrasantes bajo el pavimento de carreteras y aeropistas,
la relación entre el valor de CBR y la densidad seca que se
campo.
se hacen sobre muestras compactadas al contenido de hupara un suelo específico, utilizando el ensayo de compact
o modificado, de acuerdo al requerimiento
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Mecánica de suelos I
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El comportamiento de los suelos varía de acuerdo a su gra
(inalterado y alterado) y a su granulometría y carac
(granulares, finos, poco plásticos). El método a seguir pa
CBR será diferente en cada caso y se determina en laborato1. Determinación del CBR en laboratorio
M á i d l I
.
1. Gravas y arenas sin cohesión.
2. Suelos cohesivos, poco plásticos y poco o nada expa
3. Suelos cohesivos y expansivos.
B. Determinación del CBR de suelos inalterados.
2. Determinación del CBR in situ.
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Determinación del CBR en laboratorio Determinación
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CONTROL DE COMPACTACIÓN
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Mecánica de suelos I
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3. Control de compactación
Método del Cono de Arena
- Se excava un hoyo dentro del orificio de la placa
equipo de densidad de campo. La profundidad lo espesor de suelo compactado.
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- Se pesa el suelo extraído (Wmh).
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- Se determina el contenido de humedad del suelo extra
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- El cono con arena uniforme y
densidad conocida se coloca sobre el
hoyo y éste se llena con arena
- Se determina el peso de la arena que
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ingresa al hoyo (Warh)
- Se determina el volumen del hoyo el
cual es igual al volumen de la
muestra extraída (Vm) = Warh/Dar
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- Se determina la densidad húmeda del suelo (Dh =
- Se determina la densidad seca (Ds = Dh/ 1+w).
- La densidad seca obtenida (Ds) se compara co
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seca máxima obtenida en laboratorio Dsmáx,
grado de compactación:
G = Ds campo * 100
Ds máx laboratorio
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Ensayo N° 1 2
Ubicación ensayo IZQUIERDA CENTRO D
Fecha ensayo C/ 09/07/02 C/ 09/07/02 C/
Profundidad ensayo ( cm.) -0.15 -0.15
Wmh total ( gr) 4805.00 4080.00
Wh piedra (gr) 1320.00 930.00
Wm neta (gr). piedra (gr/cm3) 2.60 2.60
Vpiedra (cm3)
Wf + ar. Inic. (gr) 7820.00 7475.00
Wf + ar. Fin. (gr) 3440.00 3505.00
War. usada (gr) 4380.00 3970.00 War. cono (gr) 1540.00 1540.00
War. hoyo (gr)
. . .
Vm total (cm3)
Vm neta (cm3)
Dh total (gr/cm3)
Dh neta (gr/cm3)
Wt (gr) 28.20 34.20
Wmh + t (gr) 118.90 125.70 Wms + t (gr) 115.90 123.10
Wms (gr)
Ww (gr)
W %
Ds total (gr/cm3)
Ds neta (gr/cm3)
Dsmáx. ensayo compact.(gr/cm3) 2.19 2.19
Grado compactación ( %)
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Método del Densímetro Nuclear.
Opera con el principio de que los suelos densos
radiación que los suelos sueltos. El densímetro se c
suelo a probar y se conecta para que funcione.
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Los rayos Gamma de una fuente radiactiva penetran
según sea el número de huecos que existan, un núme
reflejan y vuelven a la superficie.
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Mecánica de suelos I
La densidad seca obtenida se compara con la d
obtenida en laboratorio, obteniendo el grado de compac
G = Ds campo * 100
Ds máx laboratorio
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Método del Globo de Hule
ASTM D 2167
El procedimiento es similar al del
método del Cono de arena; se hace
un hoyo de prueba y se determinan
Mecánica de suelos I
el peso húmedo del suelo retirado
del hoyo y su contenido de agua.
Sin embargo, el volumen del hoyo
se determina introduciendo a éste
un globo de hule con agua de un
recipiente calibrado, del cual el
volumen se lee directamente.
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COMPACTACIÓN EN CAMPO
Mecánica de suelos I
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2. compactación del suelo en el terreno
Los métodos empleados para la compactación de suelos
tipo de materiales con que se trabaje en cada caso; en
puramente friccionantes como la arena, los métodos vibra
más eficientes, en
tanto ue en suelos
Mecánica de suelos I
plásticos el
procedimiento de
carga estática resultael más ventajoso. Se
emplean cuatro
métodos principales
de compactación
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Compactación estática o por presión
La compactación se logra utilizando una máquina pesada
comprime las partículas del suelo, sin necesidad de mov
Por ejemplo : Rodillo Estático o Rodillo Liso
Mecánica de suelos I
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Compactación por impacto
La compactación es producida por una placa apisonad
y se separa del suelo a alta velocidad.
Por ejemplo : Un apisonador
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Compactación por vibración
La compactación se logra aplicando al suelo vibracione
frecuencia . Por ejemplo : Placa o rodillos vibratorios
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Compactación por amasado
La compactación se logra aplicando al suelo altas pres
en áreas mas pequeñas que los rodillos lisos.
Por ejemplo : Un rodillo “Pata de Cabra”
Mecánica de suelos I
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La elección del equipo de compactación
Depende del tipo de suelo
• Rodillos lisos: se utilizan en gravas y arenas me
estables.
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• Rodillos neumáticos: se usa en arenas uniformes y su
humedad cercana a limite plástico.
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• Rodillos “pata de cabra”: suelos finos, humedad entre
debajo del limite plástico.
Mecánica de suelos I
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• Rodillo vibratorio: se utiliza especialmente en suelo
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Selección del tipo de equipo en función del tipo de suel
clasificación AASHTO ( Dujisin y Rutland, 1974 )
Equipo A -1-a A -1-b A-3 A -2-4 A -2-5 A -2-6 A -2-7 A -
Rodillo liso 1 2 2 1 1 1 2 2
Rodillo neumático 2 2 2 1 1 1 1 2
Mecánica de suelos I
Rodillo pata cabra 5 5 5 4 4 3 2 2
Pisón impacto 2 2 1 2 2 2 4 4
Rodillo vibratorio 1 1 1 1 1 3 4 3
Comportamiento del equipo
1 Excelente
2 Bueno
3 Regular
4 Deficiente
5 Inadecuado
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Compactación de prueba
• Se aconseja en obras de cierta importancia.
• Permite Determinar el nº de pasadas y humedad más co
la exigencia de la obra y a la economía de la empresa
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El número de pasadas del equipo de compactación
Tiene la misma función que el número de golpes del ma
próctor: proporcionar energía de compactación. En con
mayor sea el número de pasadas mayor será el peso
obtenido, independientemente del tipo del material, pe
Mecánica de suelos I
óptimo en que mayor número de pasadas es inneces
ocasionar en algunos casos el aflojamiento del suelo com
Existen datos de número de pasadas recomendados p
rodillo compactador, entendiéndose que se trata de inform
puesto que el número definitivo de pasadas estará dado p
prueba que se ejecute en obra.
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Tipo de rodillo N°de pasadas
Liso estático 6 - 8
Pata de cabra > 8
Mecánica de suelos I
Neumático 6 - 8
Vibratorio < 6
Entiéndase por “una pasada” al paso consecutivo
del rodillo compactador sobre una misma franja.
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Velocidad de compactación
La velocidad de operación de un equipo compac
parámetro muy importante, tanto en el aspecto de l
compactación como en el de los rendimientos.
Mecánica de suelos I
Para un equipo determinado y ciertas exigencias de c
una velocidad óptima que lleva al rendimiento más
función de la calidad del material y el espesor de la capa
Existen algunos rangos de velocidades recomendad
diferentes tipos de rodillos compactadores.
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Tipo de rodillo Rango de velocida
de operación (Km
Pata de cabra 10 - 15
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Lisos 4 - 10
Vibratorios 2 - 5
Neumáticos 5 - 40
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Uso de geomallas
Las geomallas tienden a reducir el espesor de las capas
pavimento, mejorar las especificaciones de las mismas, red
de huellas y fallas por esfuerzo cortante y asentamientos d
pavimento, conferir mayor durabilidad de la estructura
Mecánica de suelos I
mejorar la capacidad portante.
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COMPACTACIÓN DE SUELOS
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• Aumenta la capacidad de soporte del suelo.
Los vacíos producen debilidad del suelo e incapacidad
cargas pesadas. Si disminuyen los vacios, el suelo pu
cargas mayores debido que aumenta la densidad.
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• Impide el hundimiento del suelo
Si la estructura se construye en el suelo sin compactar,
hunde dando lugar a que la estructura se deforme (asen
diferenciales). Donde el hundimiento es mas profundo e
en una esquina, por lo que se producen grietas o un der
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• Reduce la permeabilidad del suelo.
Un suelo compactado reduce el ingreso del de agu
masa
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• Reduce el esponjamiento y la contracción del suelo
Si hay vacíos, el agua puede penetrar en el suelo y llenar
El resultado seria el esponjamiento del suelo durante l
lluvias y la contracción del mismo durante la estación sec
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• Impide los daños de las heladas
El agua se expande y aumenta el volumen al co
acción a menudo causa que el pavimento se hinche,
paredes y losas del piso se agrieten. La compactació
cavidades de agua en el suelo
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Por lo general, las
técnicas de
compactación se
Aplicación de las técnicas de compactación
Mecánica de suelos I
aplican a rellenos
artificiales tales como
cortinas de presas de
tierra, terraplenespara carreteras,
pavimentos, etc.
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El agua juega un papel importante en los suelos especi
finos. Es así como existe un contenido de humedad óptima
cual el proceso de compactación dará un peso máximo de s
de volumen, es decir, un peso específico máximo (Dsmax)
Teoría de la Compactación
Mecánica de suelos I
Para bajos contenidos de humedad, el agua
está en forma capilar produciendo
compresiones entre las partículas
constituyentes del suelo, lo cual tiende a laformación de grumos difícilmente
desintegrables en suelos finos que dificultan la
compactación
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El aumento del contenido de humedad hace disminui
capilar en el agua, haciendo que una misma energía de
produzca mejores resultados. El agua añadida des
atrapado, actuando además como lubricante entre partícupasan a ocupar un mayor volumen.
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Si se agrega agua de tal manera que el suelo tiende
saturada, el agua no puede desplazar mas aire porqu
comienza a desplazar partículas sólidas que pasan a
volumen.
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La secuencia práctica para la compactación de s
1. cuando se va a realizar una obra en la que el suelo
vaya a ser compactado, se obtienen muestras de
suelo que se van a emplear, sometiéndolas en
Mecánica de suelos I
.
2. En terreno se reproducen las condiciones de
laboratorio adoptadas para el proyecto con equipo
adecuado.
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3. Finalmente una vez iniciada la construcción se verifica
la compactación lograda en terreno con muestras
elegidas al azar para comprobar si se estánsatisfaciendo los requerimientos del proyecto.
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Las variables que afectan a la compactación en suelos co
son las siguientes:
• Contenido de agua
• Tipo de suelo
• Energía de Compactación
Mecánica de suelos I
Ec = N * n * W * h
V
N: número de golpes por capa
n: número de capas de sueloW: peso del martillo (Kg)
h: altura de caída del martillo (cm)
V: volumen del suelo compactado (cm3)
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Las variables que afectan a la compactación en suelos con
las siguientes:
• Contenido de agua
• Tipo de suelo
• Energía de Compactación
Mecánica de suelos I
Ec = N * n * W * h
V
N: número de golpes por capa
n: número de capas de sueloW: peso del martillo (Kg)
h: altura de caída del martillo (cm)
V: volumen del suelo compactado (cm3)
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• Con cierta humedad, el suelo llega a su densidad máxima
una cantidad específica de energía .
• La densidad máxima que se obtiene bajo estas cond
densidad Proctor 100%.
• El valor de la humedad en el punto
Mecánica de suelos I
de densidad máxima se llama
humedad Óptima
• El valor Proctor 100% se utiliza
como base para medir el grado decompactación del suelo, por lo
tanto, es la medida estándar para la
compactación.
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Pruebas de compactación en laboratorio
Actualmente existen muchos métodos para reprodu
teóricamente, en laboratorio las condiciones dadas de co
terreno. Históricamente, el primer método, respecto a la
utiliza actualmente, es el proctor estándar. El más emplead
Mecánica de suelos I
es el denominado proctor modificado en el que se aplica m
compactación que el estándar siendo el que está más de a
solicitaciones que las modernas estructuras imponen al sue
Todos ellos consisten en compactar el suelo, con condic
que se especifican a continuación:
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Tipo de ensayo PROCTOR ESTÁNDAR ASTM D698.91 (98) PROCTOR MO
Método A B C A
Condiciones para la elección% Ret.Acum.N°4
≤ 20%% Ret.Acum.3/ 8"
≤ 20%% Ret.Acum.3/ 4"
≤ 30%% Ret.Acum.N°4
≤ 20%
del método% Ret.Acum.N°4
> 20%% Ret.Acum.3/ 8"
> 20%
Tipo de material utilizado Pasante lamalla N°4 Pasante lamalla 3/8" Pasante lamalla 3/4" Pasante lamalla N°4
°
Mecánica de suelos I
N°de golpes (N) 25 25 56 25
Diámetro de molde (cm) 10.16 ± 0.04 10.16 ± 0.04 15.24 ± 0.07 10.16 ± 0.04
Altura del molde (cm) 11.64 ± 0.05 11.64 ± 0.05 11.64 ± 0.05 11.64 ± 0.05
Volumen del molde V (cm3) 944 ± 0.14 944 ± 0.14 2124 ± 0.25 944 ± 0.14
Peso del martillo W (Kg) 2.5 ± 0.01 2.5 ± 0.01 2.5 ± 0.01 4.54 ± 0.01
Altura caída del martillo h (cm) 30.48 ± 0.13 30.48 ± 0.13 30.48 ± 0.13 45.72 ± 0.16
Diámetro del martillo (cm) 5.08 ± 0.025 5.08 ± 0.025 5.08 ± 0.025 5.08 ± 0.025
Energía de compactación(Kg/cm)cm3)
6.054 6.054 6.027 27.485
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ENSAYO : COMPACTACIÓN PROCTOR MODIFICADO Referencias: ASTM D1557, AASHTO T180, MTC 115 - 1999
Material
Muestra alterada seca aproximadamente 30 kg.
Mecánica de suelos I
Equipo
• Equipo proctor modificado (molde cilíndrico, placa de base y
• Pisón proctor modificado.
• Balanza con precisión de 1 gr.
• Estufa con control de temperatura.
• Probeta de 1000 ml, recipiente de 6 kg. de capacidad, espátu
identificadas
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Procedimiento
• Obtener aproximadamente 30 kg. de muestra seca para e
acuerdo al método a utilizar (método A, B o C).
• Preparar 5 muestras (cada una de ellas aproximadamente
determinada cantidad de agua, de tal manera que el conte
Mecánica de suelos I
de cada una de ellas varíe aproximadamente en 1 ½ % en
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• Ensamblar el molde cilíndrico con la placa de base y det
• Colocar el collar de extensión y el papel filtro para coloc
que se va a compactar.
Mecánica de suelos I
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• Compactar cada muestra en 5 capas y cada capa con
(depende del método A, B ó C), al terminar de compactar
se retira el collar de extensión, se enrasa con la espátula
la densidad húmeda (Dh).
Mecánica de suelos I
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• Determinar el contenido de humedad de cada mues
(w%), utilizando muestras representativas de la parte su
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•Determinar las densidad seca de cada muestra compactada
Ds = Dh .
(1+ w % /100)
• Dibujar la curva de compactación enescala natural, los datos de
Mecánica de suelos I
contenido de humedad se registra en
el eje de abscisas y los datos de
densidad seca en el eje de
ordenadas.
• Determinar la máxima densidad seca
y el óptimo contenido de humedad.
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ENSAYO: COMPACTACI N - PROCTOR MODIFICADONORMA ASTM D1557 METODO A
Molde N° 1 2 3Peso molde (gr) 3723 3723 3723
Pmh + molde (gr) 5400 5528 5578Pmh (gr)
Mecánica de suelos I
. . .Dh ( gr/cm3)Recipiente N° a b c d e fPt (gr) 69.4 73.2 81.2 76.4 59.3Pmh + t (gr) 364.0 342.7 388.5 366.4 471.3 3
Pms + t (gr) 342.3 323 359.4 339.2 423.6Pw ( gr)Pms (gr)w (%)w prom (%)Ds (gr/cm3)
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1.741.76
1.78
1.80
1.82
1.84
S E C A
( g r / c m 3 )
Mecánica de suelos I
1.68
1.70
1.72
4 6 8 10 12 14 16 18
D E N S I D A
CONTENIDO DE HUMEDAD (%)
Dsmáx =
Wop =
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ENSAYO: COMPACTACIÓN - PROCTOR MODIFICADONORMA ASTM D1557 METODO C
Molde N° 1 2 3Peso molde (gr) 5208 5208 5208
Pmh + molde (gr) 9811 10067 10234Pmh (gr)
Mecánica de suelos I
Dh ( gr/cm3)Recipiente N° a b c d e fPt (gr) 69.1 74.2 73.5 68.8 67.2Pmh + t (gr) 476.8 448.7 449.1 439.4 400 4
Pms + t (gr) 469.1 441.8 436.4 426.6 381.8 4Pw ( gr)Pms (gr)w (%)w prom. (%)Ds (gr/cm3)
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2.20
2.22
2.24
2.26
2.28
E C A (
g r / c m 3 )
Mecánica de suelos I
2.12
2.14
2.16
.
0 2 4 6 8
D E N S I D A D
S
CONTENIDO DE HUMEDAD (%)
Dsmáx =
Wop =
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SISTEMA UNIFICADO DE CLASIFICACIÓN DE SUELOSINCLUYENDO IDENTIFICACIÓN Y DESCRIPCIÓN
DIVISIÓN MAYOR NOMBRES TÍPICOS CRITERIO DE CLA
F I N A S
a l l a n ú m e r o 2 0 0
S U E L O S
D E P A R T C U L A S G R U E S A S
M á s d e l a m i t a d d e l m
a t e r i a l e s r e t e n i d o e n l a m a l l a n ú m e r o 2 0 0
á m e t r o ( l a m a l l a N o . 2 0 0
) s o n , a p r o x i m a d a m e n t e , l a s m á s p e q u e ñ a s v i s i b l e s a s i m p l e v i s t a .
I M O S Y A R C I L L A S
L í m i t e L í q u i d o
m e n o r d e 5 0
A R E N A S
M á s d e l a m i t a d d e l a f r a c c i ó n g r u e s a
p a s a p o r l a m a l l a N o . 4
G R A V A S
M á s d e l a m i t a d d e l
a f r a c c i ó n g r u e s a e s
r e t e n i d a p o r l a m a l l a N o . 4
P A R A C L A S I F I C A C I
N V I S U A L P U E D E U S A R S E ½
c m . C O M O
E Q U I V A L E N T E A
L A A B E R T U R A D E L A M A L L A N o . 4
A R E N A C O N F I N O S
C a n t i d a d a p r e c i a b l e d e
p a r t í c u l a s f i n a s
A R E N A L I M P I A
P o c o
o n a d a d e
p a r t í c
u l a s f i n a s
G R A V A S L I M P I A
P o c o o n a d a d e
p a r t í c u l a s f i n a s
G R A V A
C O N
F I N O S
C a n t i d a d a p r e c i a b l e d e
p a r t í c u l a s f i n a s
GW
GP
*GM
GC
*SM
SP
SW
Gravas bien graduadas,mezclas degrava y arena con poco o nada d e
finos
Gravas mal graduadas,mezclasde grava y arena con poco o
nada de finos
Gravas limosas, mezclas degrava, arena y limo
d
u
d
u
SC
ML
CL
Gravas arcillosas,mezclas degravas,arena y arcilla
Arenas bien graduadas, arenacon gravas, con poca o nada
de finos.
Arenas mal graduadas, arenacon gravas, con poca o nada de
finos.
Arenas limosas, mezclas dearena y limo.
Arenas arcillosas, mezclas dearena y arcilla.
Limos inorgánicos, polvo deroca, limos arenosos o arcillososligeramente plásticos.
Arcillas inorgánicas de baja omedia plasticidad, arcillas con
grava, arcillas arenosas, arcillaslimosas, arcillas pobres.
Limos orgánicos y arcillasli i d b j
D E T E R M
N E S E L O S P O R C E N T A J E
S D E G R A V A Y A R E N A D E L A C U R V A G R A N U L O M
T R I C A ,
D E P E N D I E N D O D E L P O R C E N T A J E
D E F I N O S ( f r a c c i ó n q u e p a s a p o r l a m a l l a N o . 2 0 0 ) L O S S U E L O S
G R U E S O S
S E
C L A S I F I C A N
C O
M O
S I G U E :
M e n o s
d e l
5 % : G W , G P , S W , S P ;
m á s
d e l
1 2 % :
G M , G C , S M , S C . E n t r e 5 % y 1 2 % : C a s o s d e f r o n t e r a q u e r e q u i e r e n e l u s o d e s í m b o l o s d o b l e s * *
COEFICIENCOEFICIEN
Cu =
NO SA
L MITES DABAJO DE
O I.P. ME
L MITES DARRIBA DECON I.P. M
Cu = D60 / D1
No satis
LÍMITES DARRIBA DECON I.P. M
LÍMITES DABAJO DE
O I.P. ME
G – Grava, S – Arena, OC – Arcilla, W – Bien GrCompresibilidad, H – Alt
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S U E L O S D E P A R T C U L A S F
á s d e l a m i t a d d e l m a t e r i a l p a s a
p o r l a m a
L a s p a r t í c u l a s d e 0 . 0 7 4 m
m d e d i á
L I M O S Y A R C I L L A S
L í m i t e L í q u i d o
M a y o r d e 5 0
L
OL
MH
CH
OH
limosas orgánicas de baja plasticidad.
Limos inorgánicos, limosmicáceos o diatomáceos, máselásticos.
Arcillas inorgánicas de alta plasticidad, arcillas francas.
Arcillas orgánicas de media oalta plasticidad, limos orgánicos
de media plasticidad.
ENSAYO COMPACTACIÓN PROCTOR . . . . . . . . . . .
NORMA ASTM D1557 MÉTODO :
Molde N° 1 2 3
Peso molde (gr)
Pmh + molde (gr)
Pmh (gr)
h (cm)
F (cm)
Vmh (cm3)
Dh ( gr/cm3)
Tara N° a b c d e f g
Pt (gr)
Pmh + t (gr)
Pms + t (gr)
Pw ( gr)
Pms (gr)
w (%)
w prom (%)
Ds (gr/cm3)
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Tipo de ensayo PROCTOR ESTÁNDAR ASTM D698.91 (98) PROCTOR M
Método A B C A
Condiciones para laelección
% Ret.Acum.N° 4 ≤ 20% % Ret.Acum.3/ 8" ≤ 20% % Ret.Acum.3/ 4" ≤ 30% % Ret.Acum.N° 4 ≤ 20% % R
del método % Ret.Acum.N° 4 > 20% % Ret.Acum.3/ 8" > 20% % R
Tipo de material utilizado Pasante la malla N°4 Pasante la malla 3/8" Pasante la malla 3/4" Pasante la malla N°4
N° de capas (n) 3 3 3 5
N° de golpes (N) 25 25 56 25
Diámetro de molde (cm) 10.16 ± 0.04 10.16 ± 0.04 15.24 ± 0.07 10.16 ± 0.04
Altura del molde (cm) 11.64 ± 0.05 11.64 ± 0.05 11.64 ± 0.05 11.64 ± 0.05
Volumen del molde V(cm3)
944 ± 0.14 944 ± 0.14 2124 ± 0.25 944 ± 0.14
Peso del martillo W (Kg) 2.5 ± 0.01 2.5 ± 0.01 2.5 ± 0.01 4.54 ± 0.01
Altura caída del martillo h(cm)
30.48 ± 0.13 30.48 ± 0.13 30.48 ± 0.13 45.72 ± 0.16
Diámetro del martillo(cm)
5.08 ± 0.025 5.08 ± 0.025 5.08 ± 0.025 5.08 ± 0.025
Energía de compactación(Kg/cm)cm3)
6.054 6.054 6.027 27.485
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