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MECANICA DELMECANICA DEL
SUELO. CONCEPTOSSUELO. CONCEPTOS
Luis Ortuño
Uriel & Asociados
Prof. Asociado UPM
¿POR QUÉ ESTUDIAR EL SUELO?¿POR QUÉ ESTUDIAR EL SUELO?
1.1.-- Es un materialEs un material
á d l t tá d l t tmás de la estructuramás de la estructura
2.2.-- Es menosEs menos
i t t ái t t áresistente y másresistente y más
heterogéneo (noheterogéneo (no
manufacturado)manufacturado)a u actu ado)a u actu ado)
3.3.-- Cuando se carga,Cuando se carga,
se deforma e inducese deforma e induce
una interacción conuna interacción con
el resto de lael resto de la
estructuraestructuraestructuraestructura
Luis Ortuño
¿POR QUÉ ESTUDIAR EL SUELO?¿POR QUÉ ESTUDIAR EL SUELO?
El efecto de una construcción se hace
ti á llá d “lí it ti l ”sentir más allá de sus “límites verticales”
(puede afectar al vecino)
Luis Ortuño
LA COMPLEJA Y VARIADA FORMACIÓN DELLA COMPLEJA Y VARIADA FORMACIÓN DEL
SUELOSUELO
1.- El suelo es un sistema particulado
Tomada de González Vallejo, L. et al (2000)
Luis Ortuño
2.- Tiene una estructura (historia)
3.- Es bi o trifásico
METODOLOGÍAMETODOLOGÍA DEDE ESTUDIOESTUDIO DELDEL SUELOSUELO
1.- Identificación:
Distribución de partículas (tamaños)
Propiedades de retención de agua
Mineralogía
Sustancias químicas: CO3, SO4, M.O, etc.3 4
2.- Estado in situ:
”Reparto” de sólidos agua y aire (densidadReparto de sólidos, agua y aire (densidad,
humedad, saturación, índice de poros….)
3 Sit ió d l l3.- Situación del suelo en
su entorno
i l i d
Luis Ortuño
Presiones totales, presiones de
agua, presiones intersticiales.
METODOLOGÍAMETODOLOGÍA DEDE ESTUDIOESTUDIO DELDEL SUELOSUELO
4.- Propiedades geotécnicas relevantesg
Resistencia
Deformabilidad
Permeabilidad
Otras: Expansividad, colapsabilidad, compactabilidad…
5.- Variaciones del estado inicial
(problemas concretos) y respuesta del(problemas concretos) y respuesta del
suelo
CimentacionesCimentaciones
Taludes y laderas
Excavaciones, etc
Luis Ortuño
Excavaciones, etc
DISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍADISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍA
Se trata de estudiar la distribución de fracciones comprendidas entre
tamaños (diámetros) significativos ,con propiedades características( ) g p p
EN ISO 14688EN ISO 14688--11
Fracciones de suelo Subdivisiones Tamaño de partículas (mm)
Suelos muy gruesos
Grandes piedras > 630
Piedras 630 ‐ 200
Guijarros 200 ‐ 63
Grava 63 ‐ 2.0
Grava gruesa 63 ‐ 20
Suelos gruesos
Grava media 20 ‐ 6.3
Grava fina 6.3  2.0
Arena 2.0 ‐ 0.063
Arena gruesa 2.0 ‐0.63
Arena media 0.63 – 0.20Arena media 0.63  0.20
Arena fina 0.2 – 0.063
Suelos finos
Limos 0.063 – 0.002
Limos gruesos 0.063 ‐ 0.020
Limos medios 0.020 – 0.0063
Limos finos 0 0063 0 002
Tipos de suelo:
• Granulares o gruesos: gravas y arenas
(visibles a simple vista) Tamices
Limos finos 0.0063 – 0.002
Arcillas < 0.002
•(G) GRAVAS 63 mm > d > 2 mm
Luis Ortuño
(visibles a simple vista). Tamices
• Finos: limos y arcillas (no visibles).
Sedimentación.
•(S) ARENAS: 2 mm> d > 0.063 mm
•(M) LIMOS: 0.063 mm> d > 0.002 mm
•(C) ARCILLAS: < 0.002 mm
DISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍADISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍA
¿CÓMO SE NOMBRAN LOS SUELOS ?
Obviamente muchos suelos naturales no son simplemente una arena, una grava o una arcilla,
i ti tí l d di t ñ i i blsino que contienen partículas de diversos tamaños en proporciones variables.
Interesa conocer cómo se distribuyen los tamaños de partícula de los suelos que hemos de
investigar para nuestros problemas de ingeniería, dado que es razonable pensar que un suelo
compuesto por gravas, por ejemplo, no se comportará igual que uno constituido por limos.
Luis Ortuño
DISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍADISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍA
¿CÓMO SE NOMBRAN LOS SUELOS?¿CÓMO SE NOMBRAN LOS SUELOS?
De la necesidad de “poner nombre al suelo” nacen las “Clasificaciones
de suelos”. Puestos a elegir una (o a proponer una), lo ideal es que,
siendo ingenieros, las diferentes divisiones correspondan en la medida
de lo posible a cambios relevantes en las propiedades “ingenieriles” delp p p g
suelo, y que además sean fáciles de establecer mediante ensayos
sencillos.
Dos tradiciones básicas: La que establece una frontera en el 50% en peso
del material más fino y la que aboga por una frontera en el 35%. Entre las
primeras está la clasificación de Casagrande la de la USCS etc Laprimeras está la clasificación de Casagrande, la de la USCS, etc. La
segunda es la de la BS, el CTE, etc.
Ej l U l l 52% d l t ill íEjemplo: Un suelo con el 52% en peso de arena y el resto arcilla sería:
- (50%): Una arena arcillosa
- (35%): Una arcilla arenosa
Luis Ortuño
Lástima, porque de lo que se trata es de que “hablemos un mismo
idioma”
DISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍADISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍA
Descripción de suelos compuestos BS5930 1999Descripción de suelos compuestos BS5930 1999
Una tradición muy establecida y razonable: La del 35%:
Suelo predominantemente grueso o granular
Ejemplo: Arena o Grava
Descripción adicional % de arcilla o limo
Algo limosa o algo arcillosa 0 – 5
Limosa o arcillosa 5 – 10
Muy limosa o muy arcillosa 10 – 35
Suelo predominantemente fino
Ejemplo: Arcilla o Limo
Descripción adicional % de arena o grava
A / 35 65Arenosa/o con grava 35 – 65
(no se usa) 0 – 35
Ejemplos: 40% arena 36% arcilla 24% limo: Arcilla arenosa (con algo de limo)
Luis Ortuño
Ejemplos: 40% arena, 36% arcilla, 24% limo: Arcilla arenosa (con algo de limo)
30% arcilla, 45% limo, 18% arena, 7% grava Limo muy arcilloso con algo de
arena y grava (a falta de
plasticidad)
DISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍADISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍA
Una variante interesante: CanadianUna variante interesante: Canadian FoundationFoundation EngineeringEngineering ManualManual
De la tradición del 35%De la tradición del 35%
Ejemplo
Contenido en 
peso
> 35% y además
Nombre 
principal
Nombre
Grava, arena, limo, 
arcilla
> 35% y, además, 
ser la fracción 
principal
“y” “y grava” “y arena” < 35%
Nombres 
Secundario
y y grava ,  y arena … < 35%
adjetivo “arenoso”, “arcillosa”, … 20% ‐ 35%
“con  “con arena”… 10% ‐ 20%
“con indicios 
de”
“con indicios de 
arcilla”…
1% ‐ 10%
Ejemplos:
• 40% arena, 36% arcilla, 24% limo ………..Arenas y arcillas limosas
Luis Ortuño
•30% arcilla, 45% limo, 18% arena, 7% grava…Limo arcilloso con arena e indicios de grava
(aunque el mismo manual indica que este suelo se comportará más bien como una arcilla).
DISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍADISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍA
¿CÓMO SE OBTIENE LA GRANULOMETRIA?
1.- SUELOS GRUESOS: POR TAMIZADO.
Se cuartea el suelo, se deja secar y, j y
se tamiza. Se pesa la parte de suelo
retenida en cada tamiz. Se calcula el
% en peso que resulta ser menor que
Luis OrtuñoEste ensayo se hace siempresiempre. Es sencillo y barato.
cada apertura de tamiz.
DISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍADISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍA
SUELOS FINOS: POR SEDIMENTACIÓN
Se basan en la Ley de Stokes:y
La velocidad de caída de una esfera sumergida en un fluido es:
2ws
D
γγ − 2ws
D
η18
γγ
v =
γγs peso específico del material de la esfera
γw peso específico del agua
η coeficiente de viscosidad del aguaη coeficiente de viscosidad del agua
D diámetro de la esfera
Se mezcla fracción fina (< 0.063 mm) con una solución de agua y
dispersante. Se agita la probeta. Se introduce un densímetro y se
va midiendo su descenso con el tiempo.
Este ensayo no es muy frecuente y es algo más costoso Frecuentemente se
Luis Ortuño
Este ensayo no es muy frecuente y es algo más costoso. Frecuentemente se
echa en falta cuando se trata de estudiar arcillas.
DISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍADISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍA
REPRESENTACIÓN: CURVAS GRANULOMÉTRICAS
Ejemplos:
1.- Arena con gravas
•(G) GRAVAS 63 mm > d > 2 mm
•(S) ARENAS: 2 mm> d > 0.063 mm
Luis Ortuño
g
2.- Arena gruesa
3.- Arcilla limosa
•(M) LIMOS: 0.063 mm> d > 0.002 mm
•(C) ARCILLAS: < 0.002 mm
DISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍADISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍA
CONCEPTOS, DEFINICIONES Y PARÁMETROS ADICIONALES:CONCEPTOS, DEFINICIONES Y PARÁMETROS ADICIONALES:
1.- Di: Es el tamaño de partícula para el cual el (i%) en peso del suelo es menor que él.1. Di: Es el tamaño de partícula para el cual el (i%) en peso del suelo es menor que él.
Cuando se trata de D10 se llama “diámetro eficaz”.
2.- Coeficiente de uniformidad. 60D
C =
10
u
D
C =
Sirve para medir y calificar el grado de distribución de tamaños de las partículas de un
suelo. Por ejemplo, si todas las partículas son muy similares en tamaño, D60 y D10 nosuelo. Por ejemplo, si todas las partículas son muy similares en tamaño, D60 y D10 no
diferirán mucho, el coeficiente Cu será pequeño y el suelo se dice que es “uniforme” o
“mal graduado”.
Por el contrario, si el suelo tiene abundancia de tamaños intermedios entre el máximo y elPor el contrario, si el suelo tiene abundancia de tamaños intermedios entre el máximo y el
mínimo, D60 y D10 diferirán sustancialmente, el coeficiente Cu será grande y el suelo se
dice que esta “bien graduado”.
2
30D
3.- Coeficiente de curvatura
6010
30
·DD
D
cc =
Ayuda en la interpretación de cómo está graduado un suelo dando información sobre el
Luis Ortuño
Ayuda en la interpretación de cómo está graduado un suelo, dando información sobre el
equilibrio entre los diversos tamaños.
DISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍADISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍA
Ejemplos:Ejemplos:
1.- Arena con gravas. Suelo bien graduado.
Cu=25; Cc=1 (“con todos los tamaños
intermedios”)
f f C2.- Arena fina uniforme.. Cu=1,2,
(casi todas las partículas iguales)
3.- Arcilla limosa (bien graduada)
Otros adjetivos:
1.- Bien graduado
2.- Uniforme en la fracción gruesa de arenas
3 U if l f ió d fi3.- Uniforme en la fracción de arena fina
4.- Con falta de tamaños intermedios (casi sin
arena)
Luis Ortuño
DISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍADISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍA
CLASIFICACIÓN DE SUELOS USCS
Luis Ortuño
DISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍADISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍA
CLASIFICACIÓN UCSC. SUELOS GRANULARES
Luis OrtuñoTamiz Nº 4 = 4,76 mm; Tamiz Nº 40 =0,42 mm; Tamiz Nº 200 = 0,074 mm
DISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍADISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍA
CONCEPTOS, DEFINICIONES Y PARÁMETROS ADICIONALES:CONCEPTOS, DEFINICIONES Y PARÁMETROS ADICIONALES:
4.- LA FORMA DE LAS PARTÍCULAS TAMBIÉN PUEDE SER RELEVANTE:
Partículas redondeadas, angulosas, subredondeadas, subangulosas, lajosas,
etc. Todos estos términos son habituales y familiares
( Y se pueden medir !!!!)(……….. Y se pueden medir !!!!)
Luis Ortuño
Krumbein y Sloss (1955) (!Ojo a la “esfericidad”, traducida como
“forma” en G&CI!!).
DISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍADISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍA
CONCEPTOS, DEFINICIONES Y PARÁMETROS ADICIONALES:CONCEPTOS, DEFINICIONES Y PARÁMETROS ADICIONALES:
INDICE DE LAJAS: % en peso de partículas cuya dimensión mínima es inferior
3/5 l di ió dia 3/5 la dimensión media
INDICE DE AGUJAS: % en peso de partículas cuya dimensión máxima
(longitud) es superior a 9/5 la dimensión media( g ) p /
Luis Ortuño
DISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍADISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍA
APLICACIONES “A LA VIDA REAL”:
En muchas ocasiones las obras requieren el empleo de suelos, que frecuentemente se
extienden y compactan por tongadas (terraplenes de carretera, de ferrocarril, presas deextienden y compactan por tongadas (terraplenes de carretera, de ferrocarril, presas de
materiales sueltos, rellenos de trasdós de muros, etc). Dependiendo del cada caso, es
habitual que los Pliegos de Condiciones exijan ciertos husos granulométricos. Algunos
ejemplos:
GRANULOMETRÍA PARA ZAHORRA EN CAPAS DE FIRME DE CARRETERAS (PG 3)GRANULOMETRÍA PARA ZAHORRA EN CAPAS DE FIRME DE CARRETERAS (PG-3).
Luis Ortuño
DISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍADISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍA
Ejemplo de representación del huso: Zahorra artificial ZA-25 (PG-3)
Luis Ortuño
Y ADEMÁS:
INDICE DE LAJAS < 35
DISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍADISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍA
GRANULOMETRÍA PARA SUBBALASTO PGP-2008 (ADIF)
Y ADEMÁS:
El coeficiente de uniformidad C = D /D será mayor o igual que 14 (C 14)
Luis Ortuño
El coeficiente de uniformidad Cu = D60/D10, será mayor o igual que 14 (Cu ≥ 14).
El coeficiente de curvatura Cc = D30
2/ (D10 x D 60), estará comprendido entre 1,0 y 3,0
(1,0 ≤ Cc ≤ 3,0).
DISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍADISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍA
MÁSMÁS APLICACIONESAPLICACIONES …….. ESTIMACIÓNESTIMACIÓN DEDE LALA PERMEABILIDADPERMEABILIDAD..
Esto es muy intuitivo: partículas grandes → huecos grandes → permeable (y viceversa)
Para arenas se pueden obtener órdenes de magnitud de la permeabilidad) a partir de la
granulometría (para material uniforme, Hazen: k(cm/s)=100D2
10 ) y, mejor aún, de su
combinación con la “densidad relativa” (el grado de empaquetamiento o estibación de los
granos del suelo (Ver más adelante)granos del suelo. (Ver más adelante).
Luis OrtuñoTomadas de Sowers, J.P. (2007)
DISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍADISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍA
MÁSMÁS APLICACIONESAPLICACIONES …….. CONTROLCONTROL DEDE LALA “EROSIÓN“EROSIÓN INTERNA”INTERNA”.. CONDICIONESCONDICIONES DEDE
FILTROFILTRO..
Esto es también intuitivo: Se trata de permitir el flujo pero evitar arrastres. Para ello se
interponen “capas filtro”. Obviamente ha de haber una cierta relación entre los tamaños de
los suelos contiguos.
Luis Ortuño
DISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍADISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍA
MÁSMÁS APLICACIONESAPLICACIONES …….. CONTROLCONTROL DEDE LALA “EROSIÓN“EROSIÓN INTERNA”INTERNA”.. CONDICIONESCONDICIONES DEDE FILTROFILTRO
515
<
D
EJEMPLOEJEMPLO:: BUREAUBUREAU OFOF RECLAMATIONRECLAMATION (PRESAS)(PRESAS)
ARRASTRE:
D
5
85
<
d
Suelo a b
Uniforme d60/d10= 3 a 4 5 40
ARRASTRE:
b
d
D
a <<
15
15
Uniforme d60/d10 3 a 4 5 40
No uniforme, granos redondeados 12 40
No uniforme, granos angulares 6 18
PERMEABILIDAD:
FORMA RELATIVA DE LAS CURVAS:
Aproximadamente paralelas yAproximadamente paralelas y
d
D
c << 50
Suelo c d
Uniforme d60/d10= 3 a 4 5 10
No uniforme granos redondeados 12 58
Luis Ortuño
d50
No uniforme, granos redondeados 12 58
No uniforme, granos angulares 9 30
DISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍADISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍA
TETONTETON DAMDAM (EROSIÓN(EROSIÓN INTERNA)INTERNA) 19761976..
ElEl 55 dede JunioJunio dede 19761976 aa laslas 88::3030 sese observaronobservaron dosdos fisurasfisuras enen lala margenmargengg
derechaderecha dede lala presapresa.. AA laslas 1010::0000 sese abrióabrió otraotra grietagrieta cercacerca dede lala
coronacióncoronación.. SeSe intentaronintentaron sellarsellar laslas grietasgrietas concon bulldozersbulldozers peropero elel
procesoproceso sese aceleróaceleró LosLos obrerosobreros huyeronhuyeron dede lala zonazona cuandocuando unauna nuevanuevaprocesoproceso sese aceleróaceleró.. LosLos obrerosobreros huyeronhuyeron dede lala zonazona cuandocuando unauna nuevanueva
grangran grietagrieta sese abrióabrió yy creócreó unun agujeroagujero queque sese tragótragó laslas máquinasmáquinas..
AA laslas 1111::5757 lala presapresa sese rompiórompió arrojandoarrojando todatoda elel aguaagua embalsadaembalsada aguasaguasAA laslas 1111::5757 lala presapresa sese rompió,rompió, arrojandoarrojando todatoda elel aguaagua embalsadaembalsada aguasaguas
abajoabajo..
Luis Ortuño
DISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍADISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍA
TETONTETON DAMDAM (EROSIÓN(EROSIÓN INTERNA)INTERNA) 19771977..
Luis Ortuño
DISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍADISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍA
TETONTETON DAMDAM (EROSIÓN(EROSIÓN INTERNA)INTERNA) 19771977..
Luis Ortuño
DISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍADISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍA
PRESA DE PUENTES (LORCA)
Finalizada en 1791. El mayor embalse de España en esa época.
Se pensaba cimentar la presa en roca competente pero al comenzar laSe pensaba cimentar la presa en roca competente, pero al comenzar la
excavación, la falta de medios y la idea de que la roca estaría bastante
profunda hicieron cambiar el proyecto. En los estribos, la presa terminó
apoyado en roca, pero en la parte central se pilotó atravesando una capa de
arenas (pilotes de 6 70 m encepados en 2 50 m de hormigón)
El 30 de Abril de 1802, tras dos días de intensas lluvias que llegaron a llenar casi totalmente el embalse
(47 m), se produjo la rotura. A las 2:30 el agua salía abundantemente con color “rojo intenso” por el pie
de la presa Hubo “varias explosiones” y se abrió un gran hueco (17 x 33 m) En una hora desembalsó
arenas (pilotes de 6,70 m encepados en 2,50 m de hormigón).
de la presa,. Hubo varias explosiones , y se abrió un gran hueco (17 x 33 m). En una hora desembalsó
casi 30 Hm3. Hubo al menos 600 muertos.
Luis Ortuño

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Mecanica del suelo-1

  • 1. MECANICA DELMECANICA DEL SUELO. CONCEPTOSSUELO. CONCEPTOS Luis Ortuño Uriel & Asociados Prof. Asociado UPM
  • 2. ¿POR QUÉ ESTUDIAR EL SUELO?¿POR QUÉ ESTUDIAR EL SUELO? 1.1.-- Es un materialEs un material á d l t tá d l t tmás de la estructuramás de la estructura 2.2.-- Es menosEs menos i t t ái t t áresistente y másresistente y más heterogéneo (noheterogéneo (no manufacturado)manufacturado)a u actu ado)a u actu ado) 3.3.-- Cuando se carga,Cuando se carga, se deforma e inducese deforma e induce una interacción conuna interacción con el resto de lael resto de la estructuraestructuraestructuraestructura Luis Ortuño
  • 3. ¿POR QUÉ ESTUDIAR EL SUELO?¿POR QUÉ ESTUDIAR EL SUELO? El efecto de una construcción se hace ti á llá d “lí it ti l ”sentir más allá de sus “límites verticales” (puede afectar al vecino) Luis Ortuño
  • 4. LA COMPLEJA Y VARIADA FORMACIÓN DELLA COMPLEJA Y VARIADA FORMACIÓN DEL SUELOSUELO 1.- El suelo es un sistema particulado Tomada de González Vallejo, L. et al (2000) Luis Ortuño 2.- Tiene una estructura (historia) 3.- Es bi o trifásico
  • 5. METODOLOGÍAMETODOLOGÍA DEDE ESTUDIOESTUDIO DELDEL SUELOSUELO 1.- Identificación: Distribución de partículas (tamaños) Propiedades de retención de agua Mineralogía Sustancias químicas: CO3, SO4, M.O, etc.3 4 2.- Estado in situ: ”Reparto” de sólidos agua y aire (densidadReparto de sólidos, agua y aire (densidad, humedad, saturación, índice de poros….) 3 Sit ió d l l3.- Situación del suelo en su entorno i l i d Luis Ortuño Presiones totales, presiones de agua, presiones intersticiales.
  • 6. METODOLOGÍAMETODOLOGÍA DEDE ESTUDIOESTUDIO DELDEL SUELOSUELO 4.- Propiedades geotécnicas relevantesg Resistencia Deformabilidad Permeabilidad Otras: Expansividad, colapsabilidad, compactabilidad… 5.- Variaciones del estado inicial (problemas concretos) y respuesta del(problemas concretos) y respuesta del suelo CimentacionesCimentaciones Taludes y laderas Excavaciones, etc Luis Ortuño Excavaciones, etc
  • 7. DISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍADISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍA Se trata de estudiar la distribución de fracciones comprendidas entre tamaños (diámetros) significativos ,con propiedades características( ) g p p EN ISO 14688EN ISO 14688--11 Fracciones de suelo Subdivisiones Tamaño de partículas (mm) Suelos muy gruesos Grandes piedras > 630 Piedras 630 ‐ 200 Guijarros 200 ‐ 63 Grava 63 ‐ 2.0 Grava gruesa 63 ‐ 20 Suelos gruesos Grava media 20 ‐ 6.3 Grava fina 6.3  2.0 Arena 2.0 ‐ 0.063 Arena gruesa 2.0 ‐0.63 Arena media 0.63 – 0.20Arena media 0.63  0.20 Arena fina 0.2 – 0.063 Suelos finos Limos 0.063 – 0.002 Limos gruesos 0.063 ‐ 0.020 Limos medios 0.020 – 0.0063 Limos finos 0 0063 0 002 Tipos de suelo: • Granulares o gruesos: gravas y arenas (visibles a simple vista) Tamices Limos finos 0.0063 – 0.002 Arcillas < 0.002 •(G) GRAVAS 63 mm > d > 2 mm Luis Ortuño (visibles a simple vista). Tamices • Finos: limos y arcillas (no visibles). Sedimentación. •(S) ARENAS: 2 mm> d > 0.063 mm •(M) LIMOS: 0.063 mm> d > 0.002 mm •(C) ARCILLAS: < 0.002 mm
  • 8. DISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍADISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍA ¿CÓMO SE NOMBRAN LOS SUELOS ? Obviamente muchos suelos naturales no son simplemente una arena, una grava o una arcilla, i ti tí l d di t ñ i i blsino que contienen partículas de diversos tamaños en proporciones variables. Interesa conocer cómo se distribuyen los tamaños de partícula de los suelos que hemos de investigar para nuestros problemas de ingeniería, dado que es razonable pensar que un suelo compuesto por gravas, por ejemplo, no se comportará igual que uno constituido por limos. Luis Ortuño
  • 9. DISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍADISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍA ¿CÓMO SE NOMBRAN LOS SUELOS?¿CÓMO SE NOMBRAN LOS SUELOS? De la necesidad de “poner nombre al suelo” nacen las “Clasificaciones de suelos”. Puestos a elegir una (o a proponer una), lo ideal es que, siendo ingenieros, las diferentes divisiones correspondan en la medida de lo posible a cambios relevantes en las propiedades “ingenieriles” delp p p g suelo, y que además sean fáciles de establecer mediante ensayos sencillos. Dos tradiciones básicas: La que establece una frontera en el 50% en peso del material más fino y la que aboga por una frontera en el 35%. Entre las primeras está la clasificación de Casagrande la de la USCS etc Laprimeras está la clasificación de Casagrande, la de la USCS, etc. La segunda es la de la BS, el CTE, etc. Ej l U l l 52% d l t ill íEjemplo: Un suelo con el 52% en peso de arena y el resto arcilla sería: - (50%): Una arena arcillosa - (35%): Una arcilla arenosa Luis Ortuño Lástima, porque de lo que se trata es de que “hablemos un mismo idioma”
  • 10. DISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍADISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍA Descripción de suelos compuestos BS5930 1999Descripción de suelos compuestos BS5930 1999 Una tradición muy establecida y razonable: La del 35%: Suelo predominantemente grueso o granular Ejemplo: Arena o Grava Descripción adicional % de arcilla o limo Algo limosa o algo arcillosa 0 – 5 Limosa o arcillosa 5 – 10 Muy limosa o muy arcillosa 10 – 35 Suelo predominantemente fino Ejemplo: Arcilla o Limo Descripción adicional % de arena o grava A / 35 65Arenosa/o con grava 35 – 65 (no se usa) 0 – 35 Ejemplos: 40% arena 36% arcilla 24% limo: Arcilla arenosa (con algo de limo) Luis Ortuño Ejemplos: 40% arena, 36% arcilla, 24% limo: Arcilla arenosa (con algo de limo) 30% arcilla, 45% limo, 18% arena, 7% grava Limo muy arcilloso con algo de arena y grava (a falta de plasticidad)
  • 11. DISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍADISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍA Una variante interesante: CanadianUna variante interesante: Canadian FoundationFoundation EngineeringEngineering ManualManual De la tradición del 35%De la tradición del 35% Ejemplo Contenido en  peso > 35% y además Nombre  principal Nombre Grava, arena, limo,  arcilla > 35% y, además,  ser la fracción  principal “y” “y grava” “y arena” < 35% Nombres  Secundario y y grava ,  y arena … < 35% adjetivo “arenoso”, “arcillosa”, … 20% ‐ 35% “con  “con arena”… 10% ‐ 20% “con indicios  de” “con indicios de  arcilla”… 1% ‐ 10% Ejemplos: • 40% arena, 36% arcilla, 24% limo ………..Arenas y arcillas limosas Luis Ortuño •30% arcilla, 45% limo, 18% arena, 7% grava…Limo arcilloso con arena e indicios de grava (aunque el mismo manual indica que este suelo se comportará más bien como una arcilla).
  • 12. DISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍADISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍA ¿CÓMO SE OBTIENE LA GRANULOMETRIA? 1.- SUELOS GRUESOS: POR TAMIZADO. Se cuartea el suelo, se deja secar y, j y se tamiza. Se pesa la parte de suelo retenida en cada tamiz. Se calcula el % en peso que resulta ser menor que Luis OrtuñoEste ensayo se hace siempresiempre. Es sencillo y barato. cada apertura de tamiz.
  • 13. DISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍADISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍA SUELOS FINOS: POR SEDIMENTACIÓN Se basan en la Ley de Stokes:y La velocidad de caída de una esfera sumergida en un fluido es: 2ws D γγ − 2ws D η18 γγ v = γγs peso específico del material de la esfera γw peso específico del agua η coeficiente de viscosidad del aguaη coeficiente de viscosidad del agua D diámetro de la esfera Se mezcla fracción fina (< 0.063 mm) con una solución de agua y dispersante. Se agita la probeta. Se introduce un densímetro y se va midiendo su descenso con el tiempo. Este ensayo no es muy frecuente y es algo más costoso Frecuentemente se Luis Ortuño Este ensayo no es muy frecuente y es algo más costoso. Frecuentemente se echa en falta cuando se trata de estudiar arcillas.
  • 14. DISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍADISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍA REPRESENTACIÓN: CURVAS GRANULOMÉTRICAS Ejemplos: 1.- Arena con gravas •(G) GRAVAS 63 mm > d > 2 mm •(S) ARENAS: 2 mm> d > 0.063 mm Luis Ortuño g 2.- Arena gruesa 3.- Arcilla limosa •(M) LIMOS: 0.063 mm> d > 0.002 mm •(C) ARCILLAS: < 0.002 mm
  • 15. DISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍADISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍA CONCEPTOS, DEFINICIONES Y PARÁMETROS ADICIONALES:CONCEPTOS, DEFINICIONES Y PARÁMETROS ADICIONALES: 1.- Di: Es el tamaño de partícula para el cual el (i%) en peso del suelo es menor que él.1. Di: Es el tamaño de partícula para el cual el (i%) en peso del suelo es menor que él. Cuando se trata de D10 se llama “diámetro eficaz”. 2.- Coeficiente de uniformidad. 60D C = 10 u D C = Sirve para medir y calificar el grado de distribución de tamaños de las partículas de un suelo. Por ejemplo, si todas las partículas son muy similares en tamaño, D60 y D10 nosuelo. Por ejemplo, si todas las partículas son muy similares en tamaño, D60 y D10 no diferirán mucho, el coeficiente Cu será pequeño y el suelo se dice que es “uniforme” o “mal graduado”. Por el contrario, si el suelo tiene abundancia de tamaños intermedios entre el máximo y elPor el contrario, si el suelo tiene abundancia de tamaños intermedios entre el máximo y el mínimo, D60 y D10 diferirán sustancialmente, el coeficiente Cu será grande y el suelo se dice que esta “bien graduado”. 2 30D 3.- Coeficiente de curvatura 6010 30 ·DD D cc = Ayuda en la interpretación de cómo está graduado un suelo dando información sobre el Luis Ortuño Ayuda en la interpretación de cómo está graduado un suelo, dando información sobre el equilibrio entre los diversos tamaños.
  • 16. DISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍADISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍA Ejemplos:Ejemplos: 1.- Arena con gravas. Suelo bien graduado. Cu=25; Cc=1 (“con todos los tamaños intermedios”) f f C2.- Arena fina uniforme.. Cu=1,2, (casi todas las partículas iguales) 3.- Arcilla limosa (bien graduada) Otros adjetivos: 1.- Bien graduado 2.- Uniforme en la fracción gruesa de arenas 3 U if l f ió d fi3.- Uniforme en la fracción de arena fina 4.- Con falta de tamaños intermedios (casi sin arena) Luis Ortuño
  • 17. DISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍADISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍA CLASIFICACIÓN DE SUELOS USCS Luis Ortuño
  • 18. DISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍADISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍA CLASIFICACIÓN UCSC. SUELOS GRANULARES Luis OrtuñoTamiz Nº 4 = 4,76 mm; Tamiz Nº 40 =0,42 mm; Tamiz Nº 200 = 0,074 mm
  • 19. DISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍADISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍA CONCEPTOS, DEFINICIONES Y PARÁMETROS ADICIONALES:CONCEPTOS, DEFINICIONES Y PARÁMETROS ADICIONALES: 4.- LA FORMA DE LAS PARTÍCULAS TAMBIÉN PUEDE SER RELEVANTE: Partículas redondeadas, angulosas, subredondeadas, subangulosas, lajosas, etc. Todos estos términos son habituales y familiares ( Y se pueden medir !!!!)(……….. Y se pueden medir !!!!) Luis Ortuño Krumbein y Sloss (1955) (!Ojo a la “esfericidad”, traducida como “forma” en G&CI!!).
  • 20. DISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍADISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍA CONCEPTOS, DEFINICIONES Y PARÁMETROS ADICIONALES:CONCEPTOS, DEFINICIONES Y PARÁMETROS ADICIONALES: INDICE DE LAJAS: % en peso de partículas cuya dimensión mínima es inferior 3/5 l di ió dia 3/5 la dimensión media INDICE DE AGUJAS: % en peso de partículas cuya dimensión máxima (longitud) es superior a 9/5 la dimensión media( g ) p / Luis Ortuño
  • 21. DISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍADISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍA APLICACIONES “A LA VIDA REAL”: En muchas ocasiones las obras requieren el empleo de suelos, que frecuentemente se extienden y compactan por tongadas (terraplenes de carretera, de ferrocarril, presas deextienden y compactan por tongadas (terraplenes de carretera, de ferrocarril, presas de materiales sueltos, rellenos de trasdós de muros, etc). Dependiendo del cada caso, es habitual que los Pliegos de Condiciones exijan ciertos husos granulométricos. Algunos ejemplos: GRANULOMETRÍA PARA ZAHORRA EN CAPAS DE FIRME DE CARRETERAS (PG 3)GRANULOMETRÍA PARA ZAHORRA EN CAPAS DE FIRME DE CARRETERAS (PG-3). Luis Ortuño
  • 22. DISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍADISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍA Ejemplo de representación del huso: Zahorra artificial ZA-25 (PG-3) Luis Ortuño Y ADEMÁS: INDICE DE LAJAS < 35
  • 23. DISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍADISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍA GRANULOMETRÍA PARA SUBBALASTO PGP-2008 (ADIF) Y ADEMÁS: El coeficiente de uniformidad C = D /D será mayor o igual que 14 (C 14) Luis Ortuño El coeficiente de uniformidad Cu = D60/D10, será mayor o igual que 14 (Cu ≥ 14). El coeficiente de curvatura Cc = D30 2/ (D10 x D 60), estará comprendido entre 1,0 y 3,0 (1,0 ≤ Cc ≤ 3,0).
  • 24. DISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍADISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍA MÁSMÁS APLICACIONESAPLICACIONES …….. ESTIMACIÓNESTIMACIÓN DEDE LALA PERMEABILIDADPERMEABILIDAD.. Esto es muy intuitivo: partículas grandes → huecos grandes → permeable (y viceversa) Para arenas se pueden obtener órdenes de magnitud de la permeabilidad) a partir de la granulometría (para material uniforme, Hazen: k(cm/s)=100D2 10 ) y, mejor aún, de su combinación con la “densidad relativa” (el grado de empaquetamiento o estibación de los granos del suelo (Ver más adelante)granos del suelo. (Ver más adelante). Luis OrtuñoTomadas de Sowers, J.P. (2007)
  • 25. DISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍADISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍA MÁSMÁS APLICACIONESAPLICACIONES …….. CONTROLCONTROL DEDE LALA “EROSIÓN“EROSIÓN INTERNA”INTERNA”.. CONDICIONESCONDICIONES DEDE FILTROFILTRO.. Esto es también intuitivo: Se trata de permitir el flujo pero evitar arrastres. Para ello se interponen “capas filtro”. Obviamente ha de haber una cierta relación entre los tamaños de los suelos contiguos. Luis Ortuño
  • 26. DISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍADISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍA MÁSMÁS APLICACIONESAPLICACIONES …….. CONTROLCONTROL DEDE LALA “EROSIÓN“EROSIÓN INTERNA”INTERNA”.. CONDICIONESCONDICIONES DEDE FILTROFILTRO 515 < D EJEMPLOEJEMPLO:: BUREAUBUREAU OFOF RECLAMATIONRECLAMATION (PRESAS)(PRESAS) ARRASTRE: D 5 85 < d Suelo a b Uniforme d60/d10= 3 a 4 5 40 ARRASTRE: b d D a << 15 15 Uniforme d60/d10 3 a 4 5 40 No uniforme, granos redondeados 12 40 No uniforme, granos angulares 6 18 PERMEABILIDAD: FORMA RELATIVA DE LAS CURVAS: Aproximadamente paralelas yAproximadamente paralelas y d D c << 50 Suelo c d Uniforme d60/d10= 3 a 4 5 10 No uniforme granos redondeados 12 58 Luis Ortuño d50 No uniforme, granos redondeados 12 58 No uniforme, granos angulares 9 30
  • 27. DISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍADISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍA TETONTETON DAMDAM (EROSIÓN(EROSIÓN INTERNA)INTERNA) 19761976.. ElEl 55 dede JunioJunio dede 19761976 aa laslas 88::3030 sese observaronobservaron dosdos fisurasfisuras enen lala margenmargengg derechaderecha dede lala presapresa.. AA laslas 1010::0000 sese abrióabrió otraotra grietagrieta cercacerca dede lala coronacióncoronación.. SeSe intentaronintentaron sellarsellar laslas grietasgrietas concon bulldozersbulldozers peropero elel procesoproceso sese aceleróaceleró LosLos obrerosobreros huyeronhuyeron dede lala zonazona cuandocuando unauna nuevanuevaprocesoproceso sese aceleróaceleró.. LosLos obrerosobreros huyeronhuyeron dede lala zonazona cuandocuando unauna nuevanueva grangran grietagrieta sese abrióabrió yy creócreó unun agujeroagujero queque sese tragótragó laslas máquinasmáquinas.. AA laslas 1111::5757 lala presapresa sese rompiórompió arrojandoarrojando todatoda elel aguaagua embalsadaembalsada aguasaguasAA laslas 1111::5757 lala presapresa sese rompió,rompió, arrojandoarrojando todatoda elel aguaagua embalsadaembalsada aguasaguas abajoabajo.. Luis Ortuño
  • 28. DISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍADISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍA TETONTETON DAMDAM (EROSIÓN(EROSIÓN INTERNA)INTERNA) 19771977.. Luis Ortuño
  • 29. DISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍADISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍA TETONTETON DAMDAM (EROSIÓN(EROSIÓN INTERNA)INTERNA) 19771977.. Luis Ortuño
  • 30. DISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍADISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. GRANULOMETRÍA PRESA DE PUENTES (LORCA) Finalizada en 1791. El mayor embalse de España en esa época. Se pensaba cimentar la presa en roca competente pero al comenzar laSe pensaba cimentar la presa en roca competente, pero al comenzar la excavación, la falta de medios y la idea de que la roca estaría bastante profunda hicieron cambiar el proyecto. En los estribos, la presa terminó apoyado en roca, pero en la parte central se pilotó atravesando una capa de arenas (pilotes de 6 70 m encepados en 2 50 m de hormigón) El 30 de Abril de 1802, tras dos días de intensas lluvias que llegaron a llenar casi totalmente el embalse (47 m), se produjo la rotura. A las 2:30 el agua salía abundantemente con color “rojo intenso” por el pie de la presa Hubo “varias explosiones” y se abrió un gran hueco (17 x 33 m) En una hora desembalsó arenas (pilotes de 6,70 m encepados en 2,50 m de hormigón). de la presa,. Hubo varias explosiones , y se abrió un gran hueco (17 x 33 m). En una hora desembalsó casi 30 Hm3. Hubo al menos 600 muertos. Luis Ortuño