Similar a Conferencia # 1 propiedades físicas e hidráulicas de los suelos. relaciones fundamentales. análisis granulométrico y clasificación de suelos.
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Conferencia # 1 propiedades físicas e hidráulicas de los suelos. relaciones fundamentales. análisis granulométrico y clasificación de suelos.
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. 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. 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.
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. 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. 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
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)
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.
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. 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. 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. 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. 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
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. 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)
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
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. 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.
41. 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
47. 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.
