CONEXIONES SERIE, PERALELO EN MÓDULOS FOTOVOLTAICOS.pdf
TEMA 1 - PARTE 1 - Relaciones Gravimétricas y Volumétricas.pdf
1. GEOTECNIA II
TEMA 1 – PARTE 1
GEOTECNIA
II
-
Ing.
E.
Castro
RELACIONES GRAVIMÉTRICAS
Y VOLUMÉTRICAS
2. GEOTECNIA
II
-
Ing.
E.
Castro
INTRODUCCIÓN
LA GEOTECNIA
Es la rama de la Ingeniería Civil que aplica las leyes de la mecánica y la
hidráulica a los problemas de ingeniería que interactúan con los materiales
naturales de la parte superficial de la corteza terrestre.
Comprende a la Mecánica de Suelos y de Rocas, apoyándose en la Geología
Estructural (solo de la corteza terrestre), tal de brindar suficiente información
técnica para el Proyecto y Construcción de Obras seguras.
LA GEOLOGÍA
Es la ciencia que estudia la composición y evolución de nuestro planeta.
3. GEOTECNIA
II
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Ing.
E.
Castro IMPORTANCIA DE LA GEOTECNIA EN LA INGENIERÍA
➢Los suelos y/o las rocas se utilizan en las obras de ingeniería como:
• Material de soporte: Proyecto y construcción de fundaciones.
• Materia prima: Ejecución de rellenos, terraplenes y taludes.
➢No existe ninguna obra que no se apoye en la superficie de la Corteza Terrestre.
La Geotecnia está directamente ligada con el diseño y construcción de proyectos
de Ingeniería, puesto que proporciona los parámetros necesarios para poder
llevar a cabo el análisis de las cimentaciones, que es la parte de la estructura
encargada de trasmitir las cargas al terreno.
➢Interesa más el comportamiento y respuesta estructural o hidráulico de los
suelos o rocas que su constitución mineralógica. Es importante su formación
geológica.
➢En la actualidad no se disponen de conocimientos científicos, teorías y
procedimientos adecuados para resolver los problemas Geotécnicos al mismo
nivel que los correspondientes al de las superestructuras.
8. GEOTECNIA
II
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Ing.
E.
Castro
LOS SUELOS Y LAS ROCAS
SUELO: Es un agregado natural de partículas minerales que pueden separarse
por medios mecánicos de poca intensidad (como agitación en agua).
ROCA: Es un agregado natural de partículas minerales unidos por fuerzas
poderosas y permanentes.
• Diferencia arbitraria y poco precisa. Se propone:
𝑞𝑢
𝑞𝑢
Si 𝑞𝑢 ≤ 14 Τ
kg cm2
→ Suelo
Si 𝑞𝑢 > 15 Τ
kg cm2 → Roca
➢ PARA INGENIEROS
9. GEOTECNIA
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Ing.
E.
Castro
➢ PARA AGRÓNOMOS
SUELO: es todo material superficial de la corteza terrestre capaz de sostener la
vida vegetal (excluyendo a las arenas y rocas de los desiertos). No son aptos para
las obras de Ingeniería.
➢ PARA GEÓLOGOS
SUELO: Es todo material de la corteza terrestre expuesto a la intemperie (No
diferencia entre suelo y roca). Se identifica en base a su conformación
mineralógica y proceso de formación.
LOS SUELOS Y LAS ROCAS
10. GEOTECNIA
II
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Ing.
E.
Castro LOS SUELOS Y LAS ROCAS
➢Los suelos responden a un conjunto de partículas independientes que en
general manifiestan un comportamiento no isótropo y plástico.
➢Las rocas pueden analizarse asimilándolas a los cuerpos rígidos o a los Suelos
cuando están muy fracturadas.
PARA ESTUDIAR LOS SUELOS
➢Es necesario determinar sus propiedades físicas, hidráulicas y mecánicas.
Aparte de conocer su origen y tipo de formación.
PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS SUELOS
➢Relaciones Gravimétricas y Volumétricas.
➢Estructura.
➢Textura y Granulometría.
➢Consistencia.
➢Color y olor.
11. GEOTECNIA
II
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Ing.
E.
Castro FASES DE LOS SUELOS
Fase es cada parte homogénea que conforma un suelo y que puede distinguirse a
simple vista.
Son tres:
➢Fase sólida: Formada por las partículas minerales
(incluyendo la capa solida de agua adsorbida).
➢Fase líquida: Formada por el agua libre presente en
los espacios entre las partículas (pueden existir otros
líquidos de menor importancia).
➢Fase gaseosa: Comprende al aire de los espacios
intergranulares no ocupados por el agua.
La fase líquida y gaseosa del suelo comprenden el Volumen de Vacíos, mientras
que la fase sólida constituye el Volumen de las partículas Sólidas.
Fase
Gaseosa
Fase
Líquida
Fase
Sólida
Agua adsorbida: Se encuentra íntimamente ligada a las partículas sólidas (suelo
o roca) por efecto de fuerzas electro-químicas, y cuyas propiedades pueden diferir
de las propiedades del agua en los poros a la misma presión y temperatura. No
puede ser removida por calentamiento a 110°C.
12. GEOTECNIA
II
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Ing.
E.
Castro REPRESENTACIÓN ESQUEMÁTICA
𝑉
𝑚: Volumen de la masa (Volumen total).
𝑉
𝑣: Volumen de vacíos.
𝑉
𝑎: Volumen de aire.
𝑉
𝑤: Volumen de agua.
𝑉
𝑠: Volumen de los sólidos.
𝑊
𝑚: Peso de la masa (Peso total).
𝑊
𝑎: Peso del aire (≅ 0).
𝑊
𝑤: Peso del agua.
𝑊
𝑠: Peso de los solidos.
𝑉
𝑚 = 𝑉
𝑣 + 𝑉
𝑠
𝑊
𝑚 = 𝑊
𝑤 + 𝑊
𝑠
𝑉
𝑚
𝑉
𝑣
𝑉
𝑎
𝑉
𝑤
𝑉
𝑠
𝑊
𝑎
𝑊
𝑤
𝑊
𝑠
𝑊
𝑚
𝑉
𝑣 = 𝑉
𝑎 + 𝑉
𝑤
𝑊
𝑎 ≅ 0 (En Mecánica de Suelos)
FASE GASEOSA
FASE LÍQUIDA
FASE SÓLIDA
Área unitaria
Volúmenes Pesos
Cuando los datos son independientes del
peso o del volumen, se puede adoptar:
𝑉
𝑠 = 1 cm3
ó 𝑊
𝑠 = 1 g
13. GEOTECNIA
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Ing.
E.
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Absolutos
Relativos
Absolutos Relativos
𝛾 =
𝑊
𝑉
𝑊 = 𝑚𝑔 𝑆 =
𝛾
𝛾0
𝛾0: Peso Específico del agua destilada a 4°C y 1 atm de presión.
PESO ESPECÍFICO O UNITARIO Tipos
Reales
Aparentes
𝜌 =
𝑚
𝑉
Densidad
En Geotecnia la Densidad y el Peso Específico se toman indistintamente.
Los reales se refieren a cada fase, el único interesante es de las partículas sólidas
(ya que los otros son conocidos siendo el del agua 𝛾𝑤 ≅ 1 Τ
g cm3 y el del aire ≅ 0).
➢PESO ESPECÍFICO REAL DE LAS PARTÍCULAS SÓLIDAS
𝛾0 = 1 Τ
g cm3
𝛾𝑠 =
𝑊
𝑠
𝑉
𝑠
2,30 Τ
g cm3
< 𝛾𝑠 < 3,00 Τ
g cm3
RELACIONES GRAVIMÉTRICAS
14. GEOTECNIA
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Ing.
E.
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➢PESO ESPECÍFICO APARENTE DE LA MASA DE SUELO
𝛾𝑚 =
𝑊
𝑚
𝑉
𝑚
=
𝑊
𝑠 + 𝑊
𝑤
𝑉
𝑚
1,40 Τ
g cm3 < 𝛾𝑚 < 2,15 Τ
g cm3
• Valores particulares de 𝜸𝒎:
𝛾𝑚 = 𝛾𝑑 =
𝑊
𝑠
𝑉
𝑚
𝛾𝑚 = 𝛾𝑠𝑎𝑡 =
𝑊
𝑠 + 𝑊
𝑤
′
𝑉
𝑚
Peso específico aparente del Suelo Seco
Peso específico aparente del Suelo Saturado
𝑊
𝑤
′
: Peso del agua con los vacíos completamente
llenos.
𝑊
𝑤 = 0
RELACIONES GRAVIMÉTRICAS
15. GEOTECNIA
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Ing.
E.
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➢PESO ESPECÍFICO APARENTE SUMERGIDO
𝐸 = 𝑊
𝑤 desalojado = 𝛾𝑤𝑉
𝑚
𝑊
𝑚
′ : Peso de la masa de suelo sumergida.
𝑊
𝑚
′ = 𝑊
𝑚 − 𝐸
𝑁𝐴
𝑊
𝑚
𝐸
Es aquel que tiene en cuenta la influencia del Empuje Hidrostático.
Suelo Saturado ⇒ 𝛾𝑚 = 𝛾𝑠𝑎𝑡
Dividiendo m. a m. por 𝑉
𝑚
𝑊
𝑚
′
𝑉
𝑚
=
𝑊
𝑚
𝑉
𝑚
−
𝛾𝑤𝑉
𝑚
𝑉
𝑚
𝛾′ = 𝛾𝑠𝑎𝑡 − 𝛾𝑤
RELACIONES GRAVIMÉTRICAS
16. GEOTECNIA
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Ing.
E.
Castro
➢PESO ESPECÍFICO RELATIVO REAL DE LAS PARTÍCULAS SÓLIDAS
𝑆𝑠 =
𝛾𝑠
𝛾0
➢PESO ESPECÍFICO RELATIVO APARENTE DE LA MASA DE SUELO
𝑆𝑚 =
𝛾𝑚
𝛾0
RELACIÓN DE ORDEN DE LOS PESOS ESPECÍFICOS
𝛾′ ≤ 𝛾𝑤 < 𝛾𝑑 ≤ 𝛾𝑚 ≤ 𝛾𝑠𝑎𝑡 < 𝛾𝑠
RELACIONES GRAVIMÉTRICAS
17. GEOTECNIA
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Ing.
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➢CONTENIDO DE HUMEDAD
𝐻 % =
𝑊
𝑤
𝑊
𝑠
100%
Valor Teorico: 0%
……………
∞
Valor Real: 0%
……………
150%
Es la relación entre el peso de agua contenida en un suelo y el peso de su fase
sólida. Se expresa en porcentaje.
Teóricamente puede variar de 0 a ∞. En la naturaleza la humedad de los suelos
varía entre limites muy amplios, normalmente el entorno de variación es de 0% a
150% (excepcionalmente puede alcanzar valores superiores). Suelos raros o
atípicos varían de 200% a 300% de humedad.
Normalmente para un suelo saturado su 𝐻[%] no es del 100%, solo ocurre cuando
𝑊
𝑤 = 𝑊
𝑠.
El contenido de humedad que tiene un suelo In Situ se denomina Humedad
Natural.
El contenido de agua que queda adherida a las partículas secando el suelo al aire
es la Humedad Higroscópica (agua adsorbida).
RELACIONES GRAVIMÉTRICAS
18. GEOTECNIA
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Ing.
E.
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➢RELACIÓN DE VACÍOS
𝑒 =
𝑉
𝑣
𝑉
𝑠
Valor Teorico: 0
……………
∞
Valor Real: 0,25
……………
15
Es la relación entre el volumen de vacíos y el de los sólidos de un suelo.
Teóricamente puede variar de 0 a ∞, en la practica varia entre 0,25 (arenas muy
compactas con finos) y 15 (arcillas altamente compresibles).
➢POROSIDAD
Es la relación entre el volumen de vacíos y el volumen de la masa de un suelo. Se
expresa en porcentaje.
𝑛 % =
𝑉
𝑣
𝑉
𝑚
100%
Esta relación puede variar entre 0% (suelo ideal con solo fase sólida) y 100%
(espacio vacío). Los valores reales suelen oscilar entre 20% y 95%.
Valor Teorico: 0%
……………
100%
Valor Real: 20%
……………
95%
RELACIONES VOLUMÉTRICAS
19. GEOTECNIA
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Ing.
E.
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• Correlacion entre 𝒆 y 𝒏:
Para 𝒏:
𝑛 =
𝑉
𝑣
𝑉
𝑚
=
𝑉
𝑣
𝑉
𝑠 + 𝑉
𝑣
Dividiendo numerador y
denominador por 𝑉
𝑠
𝑛 =
𝑉
𝑣
𝑉
𝑠
1 +
𝑉
𝑣
𝑉
𝑠
⇒ 𝑛 =
𝑒
1 + 𝑒
Para 𝒆:
𝑒 =
𝑉
𝑣
𝑉
𝑠
=
𝑉
𝑣
𝑉
𝑚 − 𝑉
𝑣
Dividiendo numerador y
denominador por 𝑉
𝑚
𝑒 =
𝑉
𝑣
𝑉
𝑚
1 −
𝑉
𝑣
𝑉
𝑚
⇒ 𝑒 =
𝑛
1 − 𝑛
RELACIONES VOLUMÉTRICAS
20. GEOTECNIA
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Ing.
E.
Castro
➢GRADO DE SATURACIÓN
Es la relación entre el volumen de agua y el volumen de vacíos. Se expresa en
porcentaje.
𝐺𝑤 % =
𝑉
𝑤
𝑉
𝑣
100%
Cuando el volumen de agua ocupa totalmente el volumen de vacíos, se dice que
el suelo esta Saturado.
Valor Teórico y Real: 0%
……………
100%
Cuando no existe agua en los poros, el suelo esta completamente Seco.
𝑉
𝑤 = 0 ⇒ 𝐺𝑤 % = 0%
𝑉
𝑤 = 𝑉
𝑣 ⇒ 𝐺𝑤 % = 100%
RELACIONES VOLUMÉTRICAS
21. GEOTECNIA
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Ing.
E.
Castro
➢COMPACIDAD RELATIVA
Es una medida del grado de compacidad (grado de acomodo alcanzado por las
partículas) que presentan los suelos (sea en estado natural o modificado).
𝐶𝑟 % =
𝑒𝑚𝑎𝑥 − 𝑒
𝑒𝑚𝑎𝑥 − 𝑒𝑚𝑖𝑛
100% Valor Teórico y Real: 0%
……………
100%
Suelo Suelto: 𝑒 = 𝑒𝑚𝑎𝑥 ⇒ 𝐶𝑟 % = 0%
Suelo Compacto: 𝑒 = 𝑒𝑚𝑖𝑛 ⇒ 𝐶𝑟 % = 100%
Este aspecto esta relacionado con la estructura del suelo, según sea el tamaño,
forma y organización de sus partículas sólidas.
Particularmente depende del volumen de vacíos del suelo (sin considerar la
cantidad de agua contenida en dichos vacíos).
𝑒: Relación de vacíos en estado natural.
𝑒𝑚𝑎𝑥: Relación de vacíos en estado más suelto.
𝑒𝑚𝑖𝑛: Relación de vacíos en estado más compacto.
RELACIONES VOLUMÉTRICAS
23. GEOTECNIA
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Ing.
E.
Castro EJEMPLO TEÓRICO
Si el suelo esta seco → 𝛾𝑑 =
𝑊
𝑠
𝑉
𝑚
⇒ 𝛾𝑑 =
𝛾𝑠
1 + 𝑒
⇒ 𝛾𝑑 =
𝛾𝑚
1 +
𝐻 %
100%
Si el suelo esta saturado 𝑉
𝑣 = 𝑉
𝑤 = 𝑊
𝑤
′ = 𝑒 → 𝛾𝑠𝑎𝑡 =
𝑊
𝑠 + 𝑊
𝑤
′
𝑉
𝑚
⇒ 𝛾𝑠𝑎𝑡 =
𝛾𝑠 + 𝑒
1 + 𝑒
Si el suelo esta suelto 𝑒 = 𝑒𝑚𝑎𝑥 →
Si el suelo esta compacto 𝑒 = 𝑒𝑚𝑖𝑛 →
𝛾𝑑𝑚𝑖𝑛
=
𝛾𝑠
1 + 𝑒𝑚𝑎𝑥
𝛾𝑑𝑚𝑎𝑥
=
𝛾𝑠
1 + 𝑒𝑚𝑖𝑛
𝐶𝑟 % =
𝛾𝑑 − 𝛾𝑑𝑚𝑖𝑛
𝛾𝑑𝑚𝑎𝑥
− 𝛾𝑑𝑚𝑖𝑛
𝛾𝑑𝑚𝑎𝑥
𝛾𝑑
100%
24. GEOTECNIA
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Ing.
E.
Castro ENSAYOS DE LABORATORIO
➢Cantidad de Ensayos mínima: tres (3).
➢Si los tres son de valores similares, el representativo es el promedio.
➢Si dos son similares y el tercero con significativa diferencia, se descarta al
tercero. Se promedia a los dos resultados válidos.
➢Si los tres presentan resultados con diferencias significativas debe repetirse el
ensayo.
TIPO DE MUESTRAS
➢Extraídas en el Terreno
• Muestras Inalteradas: Preparación y Tallado de Probetas.
• Muestras Alteradas: Cuarteo, División de partes y Suelo Ligante.
➢En Ensayos
• Inalteradas: Pesos Específicos Aparentes, Permeabilidad, Consolidación,
Resistencia al corte, etc.
• Alteradas: Contenido de Humedad, Pesos Específicos Reales, Curva
Granulométrica, Limites de Consistencia, Proctor, etc.
