TEMA 1. PROPIEDADES ÍNDICES DE LOS SUELOS

TEMA 1: PROPIEDADES ÍNDICES
DE LOS SUELOS
Unidad Curricular: Mecánica de Suelos Junio 2015
Área de
Tecnología
Programa de
Ingeniería Civil
Departamento de
Ingeniería Civil
Facilitadora: María Eugenia Durán Subero

CONTENIDO
1. ¿Qué es la mecánica de suelos?
2. ¿Qué es el suelo?
2.1. Origen del suelo
3. ¿Por qué es importante la mecánica de suelos?
4. Principales tipos de suelos
5. Estructura del suelo
5.1. Fases del suelo: sólida, líquida y gaseosa
TEMA 1: PROPIEDADES ÍNDICES DE LOS SUELOS
Área de
Tecnología
Programa de
Ingeniería Civil
Departamento de
Ingeniería Civil

CONTENIDO
6. Propiedades índices
7. Relaciones volumétricas y gravimétricas
7.1. Ecuaciones fundamentales
7.2. Análisis en suelos saturados y parcialmente saturados
8. Clasificación de suelos
8.1. Ensayos de laboratorio
8.2. Sistema de Clasificación de suelos
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Ingeniería Civil

OBJETIVOS DEL TEMA
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Tecnología
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Ingeniería Civil
Departamento de
Ingeniería Civil
Conocer los
principios y
generalidades de
la Mecánica de
Suelos y del suelo.
Aprender las
propiedades
índices de los
suelos.
Clasificar un
suelo por
diferentes
métodos a partir
de los resultados
de los ensayos
que se realizan en
laboratorio.

1. ¿Qué es la Mecánica de Suelos?
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Tecnología
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Ingeniería Civil
Departamento de
Ingeniería Civil
A PROBLEMAS DE QUE TRATAN CON
INGENIERÍA
CIVIL
MECÁNICA
HIDRÁULICA
SEDIMENTOS Y
OTRAS
ACUMULACIONES
NO
CONSOLIDADAS
DE PARTÍCULAS
SÓLIDAS
APLICACIÓN DE LEYES
Juárez y Rico, 2005

2. ¿Qué es el suelo?
Ingeniería Civil
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ORGÁNICAS E
INORGÁNICAS
LA DESINTEGRACIÓN MECÁNICA O DE
LA DESCOMPOSICIÓN QUÍMICA DE
ROCAS PREEXISTENTES
ORGANIZACIÓN DEFINIDA Y CON PROPIEDADES QUE
VARÍAN VECTORIALMENTE. EN LA DIRECCIÓN
VERTICAL SUS PROPIEDADES CAMBIAN MUCHO MÁS
RÁPIDO QUE EN LA HORIZONTAL
CONJUNTO DE
PARTÍCULAS
Juárez y Rico, 2005
PRODUCTO
DE

2.1. Origen del suelo
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SUELO
ROCAS ÍGNEAS
ROCAS
METAMÓRFICAS
ROCAS
SEDIMENTARIAS

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OBRAS DE
INGENIERÍA CIVIL
DESCANSAN
SOBRE EL SUELO
SON
CONSTRUIDAS
CON SUELO
ESTABILIDAD
COMPORTAMIENTO
CONDUCTA DEL
SUELO

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Departamento de
Ingeniería Civil
LÍMITES DE
LA
CAPACIDAD
RESISTENTE
DEFORMACIONES
CONSIDERABLES
ESFUERZOS
SECUNDARIOS
EN MIEMBROS
ESTRUCTURALES
FISURAS,
GRIETAS, ALABEO
O DESPLOMOS
COLAPSO

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RESIDUALES TRANSPORTADOS DEPÓSITOS

COLUVIAL (GRAVEDAD)
EÓLICO (VIENTO)
ALUVIAL (AGUA)
GLACIAR (HIELO)
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AGENTE

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LUGAR
PALUSTRE
(PANTANOS)
MARINO
(MARES)
LACUSTRE
(LAGOS)

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ESTRUCTURA
CLÁSTICO
(FRAGMENTOS)
NO CLÁSTICO

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Suelos
Orgánicos
Turba Humus Fangos

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Según la granulometría, los suelos se clasifican en:
Clasificación En milímetros
Enrocamiento d > 200
Piedras 200 > d > 20
Grava 20 > d > 2
Arena gruesa 2 > d > 0,2
Arena fina 0,2 > d > 0,02
Limo 0,02 > d > 0,002
En micrones
Arcilla 2 a 0,2
Ultra arcilla 0,2 a 0,02

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Estructura
del suelo
Natural
Artificial

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5.1. Fases del Suelo
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Fase Sólida
• Partículas
minerales:
• Tamaño
• Color
• Forma
• Textura
• Composición
química: cargas
eléctricas y
capacidad de
intercambio
catiónico
Fase Líquida
• Agua libre o
gravitacional
• Agua capilar
• Agua adsorbida
(intercambio
eléctrico)
Fase Gaseosa
• Aire
• Vapor de agua
• Otros gases

5.1. Fases del Suelo
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•Grano grueso (gravas y
arenas)
•Compacidad relativa y
orientación de las
partículas
(permeabilidad)
Simple
•Granos finos (menores
0.002 mm)
•Fuerzas superficiales
(de adherencia) entre
partículas forman
panales.
Panaloide
•Granos fino (menores
de 0.02 mm)
•Fuerzas de adherencia
que conllevan a
formación de palanes
de orden superior
Floculenta
•Sedimentación de
partículas gruesas y
finas simultáneamente.
Combinación de las
anteriores
Compuesta
•Arcillas
•Cargas positivas de las
aristas se atraen a las
cargas negativas de
cualquier partícula
vecina.
Castillo de
Naipes
•Esfuerzo cortante y
presión osmótica
Dispersa

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Arcillas
Estructura general
Estructura cristalina
definida, cuyos átomos se
disponen en láminas
Constitución mineralógica
de las arcillas
Silicatos de aluminio
hidratados
Silicatos de magnesio
Hierro
Otros metales, también
hidratados

Silícica: 1 átomo de Silicio rodeado por 4 de Oxígeno
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Tetraedros Unidades Hexagonales
Retícula laminar

Alumínica: 1 átomo de Aluminio rodeado por 6 de Oxígeno
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Octaedros Unidades octaédricas
Retícula laminar

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Caolinita:
lámina silícica y
otra alumínica
se superponen
indefinidamente
Montmorilonita:
lámina silícica entre
dos alumínicas que se
superponen
indefinidamente
Ilita: análoga a la
montmorilonica pero
tienden a formar
grumos que reducen
el área expuesta al
agua por unidad de
volumen

• Gravedad específica del Suelo, Gs (Peso específico relativo)
Es la relación del peso al aire de un volumen dado de partículas de
suelo a una temperatura determinada, con respecto al peso al aire de
volumen igual de agua desaireada a esa misma temperatura.
Es un factor auxiliar para determinar las características índices de los
suelos, tales como la porosidad, la relación de vacíos, la saturación.
Se utiliza también en estudios de consolidación, gradiente hidráulico
crítico, hidrometría o densimetría.
Gs = ϒs/ϒw
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• Oquedad e = Vv/Vs
• Porosidad n = (Vv/Vm) x 100
• Grado de Saturación S = (Vw/Vs) x 100
• Contenido de agua (humedad) w = (Ww/Ws) x 100
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7. Relaciones volumétricas y gravimétricas
7.1. Ecuaciones fundamentales
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Humedad natural:
Es la relación entre el peso del agua y el peso de los
sólidos del suelo y ésta se puede expresar en
porcentaje. Su valor varía entre 0 - ∞
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Humedad
Natural
• Objetivo: Determinar el contenido de agua de un suelo
Métodos
•ASTM D 2216-05 (horno eléctrico)
•ASTM D 4643-00 (horno microondas)
•ASTM D 4944-04 (Speedy)
Resumen
• Pesar Wtara, Pesar Wtara + WH, Pesar Wtara + WS
• 𝑤 =
(Wtara + WH) – (Wtara+WS)
(Wtara + WS) – Wtara
∗ 100

Granulometría:
Es la distribución de los tamaños de las partículas
de un suelo, y puede ser representada por la curva
granulométrica.
La determinación del rango del tamaño de las
partículas se realiza por un análisis mecánico,
expresado como un porcentaje del peso (o masa)
seco total.
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Granulometría por tamizado:
Norma ASTM C 136 / AASHTO T-27
Consiste en sacudir la muestra de suelo a
través de un conjunto de mallas que tienen
aberturas progresivamente más pequeñas.
Primero el suelo se seca al horno, y luego
todos los grumos se disgregan en partículas
pequeñas antes de pasar por las mallas.
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Granulometría por tamizado:
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Granulometría por hidrometría:
Se basa en el principio de la sedimentación de
granos de suelo en agua. Cuando un especímen
de suelo se dispersa en agua, las partículas se
asientan a diferentes velocidades, dependiendo
de sus formas, tamaños y pesos.
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Granulometría por hidrometría:
Por simplicidad, se supone que todas las
partículas de suelo son esferas y que la
velocidad de las partículas se expresa por la ley
de Stokes, según la cual la velocidad de
sedimentación de las partículas es función de
su tamaño.
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Granulometría por
hidrometría:
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Curva de distribución granulométrica
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Formas de la curva de distribución
granulométrica
I Suelo mal graduado
(mismo tamaño)
II Suelo bien graduado
(variedad de tamaños)
III Granulometría discontinua
(ausencia de tamaños)
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Diámetro efectivo, coeficientes de uniformidad y de
curvatura
D10 = diámetro correspondiente al 10% de finos
Cu = D60 / D10 Cu < 3 = uniforme
Cc = (D30 )2 / (D60*D10) Cc = 1 – 3 suelo bien gradado
D60 = diámetro en mm que corresponde al 60% más fino
D30 = diámetro en mm que corresponde al 30% más fino
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Gravedad específica: rango general de 2.6 a 2.9.
Arena aproximadamente 2.65. Arcillas y limos 2.6 y
2.9
Fracción gruesa: balanza hidrostática
Fracción fina: picnómetro
𝐆𝐬 𝐩𝐨𝐧𝐝𝐞𝐫𝐚𝐝𝐚 =
𝟏
𝑨
𝟏𝟎𝟎
+
𝑩
𝟏𝟎𝟎
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Límites de consistencia:
Los estados son las fases por las que pasa el suelo al irse
secando partiendo de una suspensión. Las fronteras entre
los estados son los límites.
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El volumen
cambia por
secado
Moldeable Fluido
viscoso
No hay
variación
de volumen
Índice de
Contracción
Índice de
Plasticidad

Límite Líquido (LL):
Se determina por el método de los puntos:
Método de 3 puntos (gráfico)
Método de 2 puntos 𝐿𝐿 = 𝑤%
𝑁
25
𝑡𝑔 𝛽
Método de 1 punto 𝐿𝐿 =
𝑤%
1,419 −0,30 log 𝑁
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Límite Líquido (LL):
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Límite Plástico (LP):
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Es el contenido de agua
de la muestra de un
suelo que al conformar
con ella cilindros, estos
se agrietan o
desmoronan cuando
alcanzan los 3 mm de
diámetro

Límite de Contracción (LC):
Es el contenido de agua que tendría una muestra
de suelo seca, si todos sus vacíos estuviesen llenos
de agua.
𝑳𝑪 =
𝑽𝒎−
𝑾𝒔
𝑮𝒔 𝜸 𝒘
∗𝜸 𝒘
𝑾𝒔
*100
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Índice de Plasticidad (IP):
IP = LL – LP
Índice de Contracción (IC):
IC = LP – LC
Índice de fluidez (IF):
𝑰𝒍 =
𝒘 − 𝑳𝑷
𝑰𝑷
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Carta de Plasticidad:
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FG = Granulometría
FF = Plasticidad, compresibilidad,
permeabilidad, cambios volumétricos
Materiales finos se dividen en dos
grupos:
a) De baja compresibilidad con LL < 50%
b) De alta compresibilidad con LL > 50%
Sobre la línea A: arcillas inorgánicas (C)
Bajo la línea A: limos inorgánicos (M)
A la derecha de A: suelos de alta
compresibilidad (H: CH, MH, OH)
A la izquierda de A: suelos de baja
compresibilidad (L: CL, ML, OL)
𝐼𝑃 − 0
22 − 0
=
𝐿𝐿 − 20
50 − 20
→ 𝐼𝑃 =
22
30
𝐿𝐿 − 20
𝐼𝑃 = 0,73 𝐿𝐿 − 20
Ecuación
de la
recta

8.2. Sistema de Clasificación de suelos
SUCS
ASSHTO
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