Asignatura: Mecánica de Suelos Avanzada.
Tema # 1: Propiedades físicas e hidráulicas de los
suelos. Relaciones fundamental...
Bibliografía Básica:
«Advanced Soil Mechanic» Braja M. Das (Third Edition)
«Fundamentos de Ingeniería Geotécnica» Braja M....
Karl von Terzaghi (1925):
«La mecánica de suelos es la aplicación de las leyes de la mecánica y la
hidráulica a los proble...
Fases del suelo: símbolos y definiciones.
Relaciones fundamentales.
En términos de volumen, el suelo se compone de:
Y las relaciones volumétricas fundamentales son:...
En términos de peso, el suelo se compone de:
Relaciones fundamentales.
Y las relaciones gravimétricas fundamentales son:
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Relaciones fundamentales.
Peso específico seco: 𝛾 𝑑 =
𝑊𝑠
𝑉
(F/L³ , concepto de «laboratorio»: 110ºC
durante 18 a 24 horas,...
Relaciones fundamentales.
Compacidad Relativa:
Relaciones fundamentales.
Ejercicios.
Estudio Individual: Ejemplos resueltos 2.1, 2.2 y 2.3 pág. 24 a 26 del LT.
Problemas propuestos 2.2 al 2.10 pá...
Respuesta al Problema 2.1 pág. 46
Respuesta al Problema 2.1 pág. 46
Generalidades sobre granulometría de los
suelos.
Generalidades sobre granulometría de los
suelos.
Generalidades sobre granulometría de los
suelos.
Arcillas:
Doble capa de
difusión
Iones disueltos
Cargas hidrostáticas de
...
Generalidades sobre granulometría de los
suelos.
Otros minerales menos frecuentes
Plasticidad y límites de consistencia.
El suelo se comporta
como un líquido viscoso
El suelo se
deforma sin
agrietarse
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Plasticidad y límites de consistencia.
Límite Líquido (LL): máxima cantidad de agua (%) que retiene el suelo
manteniendo s...
Límite Plástico (PL): mínima cantidad de agua (%) que retiene el suelo
manteniendo sus características plásticas. (En térm...
Índice de Liquidez y Actividad de las arcillas.
Índice de Liquidez: representa la “consistencia relativa” de los suelos co...
Índice de Liquidez y Actividad de las arcillas.
Actividad: facilidad con que la arcilla adsorbe agua: 𝐴 =
𝑃𝐼
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Ensayos de granulometría.
Análisis mecánico por «cribado»:
Gravas
Arenas
Arcillas y limos
Tamaño de mallas
según ASTM
Ensayos de granulometría.
Análisis «hidrométrico»
Resultados de los ensayos de granulometría.
Clasificación de suelos según AASHTO.
AASHTO: Asociación Americana de Funcionarios del Transporte y Carreteras
Estatales.
...
Clasificación de suelos según AASHTO.
Cálculo del Índice de Grupo (GI: su valor es inversamente a la calidad del
material ...
Clasificación de suelos según AASHTO.
Clasificación de suelos según AASHTO.
Tabla 2.4 Continuación.
Clasificación de suelos según AASHTO.
Estudio Individual: Ejemplo Resuelto 2.4 pág. 38
Problemas Propuestos 2.14, 2.16 y 2...
Respuesta al ejemplo AASHTO.
Clasificación de suelos según SUCS.
SUCS: Sistema Unificado de Clasificación de Suelos.
Características del Sistema: Cread...
Clasificación de suelos según SUCS.
baja compresibilidad
alta compresibilidad
Nota: en todos los textos de Braja M. Das, d...
Clasificación de suelos según SUCS.
Clasificación de suelos según SUCS.
arriba
Clasificación de suelos según SUCS.
Clasificación de suelos según SUCS.
SW-SC
Clasificación de suelos según SUCS.
Ventajas de la clasificación de suelos
Clasificación de suelos según SUCS.
Estudio Individual: Ejemplos Resueltos 2.5, 2.6 y 2.7 pág. 45 y 46
Problemas Propuesto...
Respuesta al ejemplo SUCS.
Clasificación de suelos según SUCS.
Clasificación de suelos según SUCS.
Clasificación de suelos según SUCS.
Clasificación de suelos según SUCS.
Tarea Extra-clases # 1.
Resolver y entregar los Problemas Propuestos 2.16 y 2.17 del libro de texto
«Fundamentos de Ingeni...
Tarea Extra-clases # 1.
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Conferencia # 1 propiedades físicas e hidráulicas de los suelos. relaciones fundamentales. análisis granulométrico y clasificación de suelos.

  1. 1. Asignatura: Mecánica de Suelos Avanzada. Tema # 1: Propiedades físicas e hidráulicas de los suelos. Relaciones fundamentales. Análisis granulométrico y clasificación de suelos. Dr. Ing. Yoermes González Haramboure yoermes@civil.cujae.edu.cu yoermes@gmail.com cel.: 5 332 3541
  2. 2. Bibliografía Básica: «Advanced Soil Mechanic» Braja M. Das (Third Edition) «Fundamentos de Ingeniería Geotécnica» Braja M. Das. «Principios de Ingeniería de Cimentaciones» Braja M. Das Bibliografía complementaria: «Mecánica de suelos» E. Juárez Badillo y A. Rico Rguez (Tomos 1 y 2). «Geotecnia y Cimientos» J.A. Jiménez Salas et al. (3 Tomos). «Introducción a la Mecánica de Suelos y Cimentaciones» Sowers & Sowers Introducción. Sumario del Tema 1: • Principales propiedades físicas e hidráulicas de los suelos. • Relaciones volumétricas y gravimétricas fundamentales. • Límites de consistencia. • Análisis granulométrico. • Clasificación de suelos según los sistemas AASHTO y SUCS. Sistema de Evaluación: • 5 Tareas Extra-clases (50% de la evaluación final del curso final). • Examen Final (50% de la evaluación del curso).
  3. 3. Karl von Terzaghi (1925): «La mecánica de suelos es la aplicación de las leyes de la mecánica y la hidráulica a los problemas de ingeniería que tratan con sedimentos y otras acumulaciones no consolidadas de partículas sólidas producidas por la desintegración mecánica y descomposición química de las rocas, independientemente de que tengan o no contenido de materia orgánica.» Definiciones básicas. Suelo: conjunto de partículas minerales resultantes de la desintegración mecánica o descomposición química de las rocas y sustancias orgánicas. Roca: material endurecido, cuyo grado mínimo de dureza se estima en una resistencia a compresión simple de 14 kN/cm² (140MPa), y en cuya excavación se requieren barrenas y explosivos.
  4. 4. Fases del suelo: símbolos y definiciones.
  5. 5. Relaciones fundamentales. En términos de volumen, el suelo se compone de: Y las relaciones volumétricas fundamentales son: Índice de vacíos o índice de poros: 𝑒 = 𝑉𝑣 𝑉𝑠 Porosidad: 𝑛 = 𝑉𝑣 𝑉 (e/ 0 y 1) Grado de Saturación: 𝑠 = 𝑉 𝑤 𝑉𝑣 × 100 (e/ 0% y 100%) Arenas: e = 0,3 - 0,8 Arcillas: e = 0,7 – 1.1 Cienos: e = 6 - 7
  6. 6. En términos de peso, el suelo se compone de: Relaciones fundamentales. Y las relaciones gravimétricas fundamentales son: Humedad o contenido de agua: ω = 𝑊 𝜔 𝑊𝑠 × 100 (%, y puede ser superior a 100%) Peso específico húmedo: γ = 𝑊 𝑉 = 𝑊𝑠+𝑊 𝜔 𝑉𝑠+𝑉 𝜔+𝑉𝑎 (F/L³) OJO: tenga en cuenta que DENSIDAD y PESO ESPECÍFICO no es lo mismo: DENSIDAD: 𝜌 = 𝑀 𝑉 (M/L³) PESO ESPECÍFICO: 𝛾 = 𝑊 𝑉 (F/L³) Luego: 𝛾 = 𝜌 ∙ 𝑔 donde g = 9,81 kN/m³
  7. 7. Relaciones fundamentales. Peso específico seco: 𝛾 𝑑 = 𝑊𝑠 𝑉 (F/L³ , concepto de «laboratorio»: 110ºC durante 18 a 24 horas, excepto orgánicos: 60ºC durante igual tiempo) Peso específico de la fase sólida: 𝛾𝑠 = 𝑊𝑠 𝑉𝑠 (F/L³) Peso específico relativo de la fase sólida: 𝐺𝑠 = 𝛾𝑠 𝛾 𝜔 = 𝑊𝑠 𝑉𝑠·𝛾 𝜔 (adim) En suelos saturados (𝑉𝑣 = 𝑉𝜔) En general: Gs=2,6 a 2,9 Peso específico saturado: 𝛾𝑠𝑎𝑡 = 𝑊 𝑉 = 𝑊𝑠+𝑊 𝜔 𝑉𝑠+𝑉 𝜔 (F/L³) Peso específico sumergido (suelo bajo el N.F.): 𝛾′ = 𝛾𝑠𝑎𝑡 − 𝛾 𝜔 Peso específico del agua: 𝛾 𝜔 = 9,81𝑘𝑁/𝑚³
  8. 8. Relaciones fundamentales. Compacidad Relativa:
  9. 9. Relaciones fundamentales.
  10. 10. Ejercicios. Estudio Individual: Ejemplos resueltos 2.1, 2.2 y 2.3 pág. 24 a 26 del LT. Problemas propuestos 2.2 al 2.10 pág. 46 del LT. Problema 2.1 pág. 46 (Ejercicio formulado a partir de resultados de ensayos de laboratorio)
  11. 11. Respuesta al Problema 2.1 pág. 46
  12. 12. Respuesta al Problema 2.1 pág. 46
  13. 13. Generalidades sobre granulometría de los suelos.
  14. 14. Generalidades sobre granulometría de los suelos.
  15. 15. Generalidades sobre granulometría de los suelos. Arcillas: Doble capa de difusión Iones disueltos Cargas hidrostáticas de la partícula de arcilla Partícula de arcilla Tipos de minerales arcillosos fundamentales: • Montmorillonitas: muy inestables en presencia de agua, se expanden o contraen (Ej. Suelos expansivos, colapsables, arcillas bentonitas, etc.) • Caolinitas: muy estables, gracias a su estructura cristalina. • Ilitas: estructura análoga a la montmorillonita, aunque más estable que esta.
  16. 16. Generalidades sobre granulometría de los suelos. Otros minerales menos frecuentes
  17. 17. Plasticidad y límites de consistencia. El suelo se comporta como un líquido viscoso El suelo se deforma sin agrietarse El suelo se deforma con agrietamiento El suelo se rompe frágil al deformarse
  18. 18. Plasticidad y límites de consistencia. Límite Líquido (LL): máxima cantidad de agua (%) que retiene el suelo manteniendo sus características plásticas. (En términos de laboratorio: humedad del suelo cuando con 25 golpes se cierra la grieta en la Copa de Casagrande).
  19. 19. Límite Plástico (PL): mínima cantidad de agua (%) que retiene el suelo manteniendo sus características plásticas. (En términos de laboratorio: humedad de los cilindros o «tabaquitos» de 3mm de diámetro de suelo cuando comienzan a agrietarse). Puede determinarse también por el método del cono de penetración (utilizado en Europa y Asia, normado por la British Standard BS-1377: Plasticidad y límites de consistencia. Índice Plástico: PI = LL – PL es el rango de humedad en que el suelo mantiene sus características plásticas.
  20. 20. Índice de Liquidez y Actividad de las arcillas. Índice de Liquidez: representa la “consistencia relativa” de los suelos cohesivos (arcillas). Donde: ωN es la humedad en estado natural del suelo. Así, por ejemplo, un suelo con humedad natural con LL ≥ ωN ≥ LP tiene 1 ≥ LI ≥ 0 En un depósito natural de suelos fino con ωN ≥ LL resulta que: LI ≥ 1 . Estos suelos son estables en estado inalterado, pero una carga aplicada de forma rápida puede llevarlas a un estado líquido, es decir, son “suelos licuables” (que estudiaremos más adelante).
  21. 21. Índice de Liquidez y Actividad de las arcillas. Actividad: facilidad con que la arcilla adsorbe agua: 𝐴 = 𝑃𝐼 (% 𝑑𝑒 𝑎𝑟𝑐𝑖𝑙𝑙𝑎,𝑒𝑛 𝑝𝑒𝑠𝑜) La “Actividad” de las arcillas es utilizado para identificar su “potencial de expansividad”, es decir, permite identificar presencia de “arcillas expansivas” (de las que también hablaremos más adelante). Grupo que incluye las montmorillonitas, muy expansivas Caolinitas, muy estables al cambio de volumen con la humedad
  22. 22. Ensayos de granulometría. Análisis mecánico por «cribado»: Gravas Arenas Arcillas y limos Tamaño de mallas según ASTM
  23. 23. Ensayos de granulometría. Análisis «hidrométrico»
  24. 24. Resultados de los ensayos de granulometría.
  25. 25. Clasificación de suelos según AASHTO. AASHTO: Asociación Americana de Funcionarios del Transporte y Carreteras Estatales. Características del Sistema: Enfocado a la construcción de carreteras, explanaciones y terraplenes, mide los suelos por su utilidad para este tipo de obras. Considera suelos finos (malos para rasantes de terraplenes y carreteras) aquellos que más del 35% pasa el tamiz 200. Suelos granulares: Grupos A-1, A-2 y A-3 Suelos Finos: Grupos A-4 al A-7 Suelos Orgánicos: Grupo A-8 Incluye el cálculo del Índice de Grupo, indicador de la calidad del material dentro de su grupo.
  26. 26. Clasificación de suelos según AASHTO. Cálculo del Índice de Grupo (GI: su valor es inversamente a la calidad del material como rasante de carreteras). GI = (F - 35) [0,2 + 0,005 (LL - 40)] + 0,01 (F – 15) (PI - 10) (2.30) Donde: F = porciento que pasa el tamiz 200. LL = Límite Líquido. PI = Índice Plástico. GI = 0,01 (F – 15) (PI – 10) (2.31)
  27. 27. Clasificación de suelos según AASHTO.
  28. 28. Clasificación de suelos según AASHTO. Tabla 2.4 Continuación.
  29. 29. Clasificación de suelos según AASHTO. Estudio Individual: Ejemplo Resuelto 2.4 pág. 38 Problemas Propuestos 2.14, 2.16 y 2.18 pág. 47 a 49. Ejemplo: Clasifique el siguiente suelo según los resultados del análisis granulométrico a través del sistema AASHTO. Respuesta: A-7-6 (31) Tamiz % que pasa 10 100 40 100 200 97 -------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------- LL (%) 45 PI (%) 23
  30. 30. Respuesta al ejemplo AASHTO.
  31. 31. Clasificación de suelos según SUCS. SUCS: Sistema Unificado de Clasificación de Suelos. Características del Sistema: Creado por Arthur Casagrande, enfocado a la construcción de todo tipo de obras (incluyendo las hidráulicas). Considera suelos finos aquellos en que el 50% o más pasa el tamiz 200. El sistema utiliza un símbolo de dos letras como clasificación de los suelos (la primera indica la granulometría predominante), y doble símbolo cuando el % que pasa el tamiz 200 está entre 5% y 12%. Suelos granulares: Gravas (G: gravel): % de material retenido en el tamiz 4 (100% - % pasa el tamiz 4) Arenas (S: sand): % de material retenido entre los tamices 4 y 200 (% pasa el tamiz 4 - % pasa el tamiz 200) Suelos Finos: Limos (M: silts) y Arcillas (C: clay): se identifican en la Carta de Plasticidad. Suelos Orgánicos: (O: organic o Pt: peat).
  32. 32. Clasificación de suelos según SUCS. baja compresibilidad alta compresibilidad Nota: en todos los textos de Braja M. Das, dice “baja plasticidad” y “alta plasticidad”, lo cual es un error.
  33. 33. Clasificación de suelos según SUCS.
  34. 34. Clasificación de suelos según SUCS. arriba
  35. 35. Clasificación de suelos según SUCS.
  36. 36. Clasificación de suelos según SUCS. SW-SC
  37. 37. Clasificación de suelos según SUCS.
  38. 38. Ventajas de la clasificación de suelos
  39. 39. Clasificación de suelos según SUCS. Estudio Individual: Ejemplos Resueltos 2.5, 2.6 y 2.7 pág. 45 y 46 Problemas Propuestos 2.15, 2.17 y 2.19 pág. 47 a 49. Ejemplo: Clasifique los siguientes suelos según los resultados del análisis granulométrico a través del sistema AASHTO. Tamiz % que pasa A B C D 4 42 72 95 90 10 33 55 90 - 40 20 48 83 - 100 18 42 71 - 200 14 38 55 8 LL (%) 35 39 55 39 PL (%) 22 27 24 31 Cu - - - 3,9 Cz - - - 2,1
  40. 40. Respuesta al ejemplo SUCS.
  41. 41. Clasificación de suelos según SUCS.
  42. 42. Clasificación de suelos según SUCS.
  43. 43. Clasificación de suelos según SUCS.
  44. 44. Clasificación de suelos según SUCS.
  45. 45. Tarea Extra-clases # 1. Resolver y entregar los Problemas Propuestos 2.16 y 2.17 del libro de texto «Fundamentos de Ingeniería Geotécnica» de Braja M. Das. Fecha de Entrega: Domingo 7 de junio de 2015.
  46. 46. Tarea Extra-clases # 1.

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