Propiedades índice de los suelos Mecánica de Suelos

SUELO Y ROCA

SUELO Y ROCA ROCA: Agregado natural de partículas minerales, unidas por fuerzas cohesivas permanentes. Arenisca: Roca sedimentaria formada por la Sedimentación de arena

SUELO Y ROCA SUELO: Agregado natural de partículas minerales, separables por fuerzas mecánicas de poca intensidad, como la agitación en agua. Arena: Suelo formado por partículas sueltas de minerales (cuarzo)

FORMACIÓN DEL SUELO

RELACIONES VOLUMÉTRICA Y GRAVIMÉTRICAS SUELO PROPIEDADES ÍNDICES RELACIONES VOLUMÉTRICA Y GRAVIMÉTRICAS Permiten definir cuantitativamente las propiedades de un suelo, sus condiciones y su comportamiento físico y mecánico RELACIONES FUNDAMENTALES: Relación de vacíos Porosidad VOLUMÉTRICAS: Grado de saturación Densidad relativa GRAVIMÉTRICAS: Humedad Peso especifico relativo de los sólidos o gravedad específica Peso específico seco Peso específico húmedo Peso específico saturado Peso específico sumergido

RELACIONES VOLUMÉTRICAS RELACIÓN DE VACÍOS Vv Vs e  Dónde: e : Relación de vacíos Vv : Volumen de vacíos Vs : Volumen de sólidos Rango: 0 < e < ¥ Valores característicos: Arenas muy compactas con finos: e = 0,25 Arcillas altamente compresibles: e = 15

RELACIONES VOLUMÉTRICAS POROSIDAD Vv Vt n (%)  100 Dónde: n : Porosidad (en porcentaje) Vv : Volumen de vacíos Vt : Volumen total Rango: 0 < n < 100 Algunos valores característicos: Arenas: n = 25 % a 50 % Arcillas: n = 30 % a 90 %

GRADO DE SATURACIÓN RELACIONES VOLUMÉTRICAS Vw Vv Sr (%)  100 Dónde: Grado de saturación (en %) Vw: Volumen de agua Vv : Volumen de vacíos Rango: 0 % £ Sr £ 100 % Algunos valores característicos: Suelo seco: Sr = 0 % Suelo húmedo: 0 % < Sr < 100 % Suelo saturado: Sr = 100 %

HUMEDAD RELACIONES GRAVIMÉTRICAS Ww Ws w (%)  100 Dónde: w : Humedad en porcentaje Ww: Peso de agua Ws : Peso de sólidos Rango: 0 % £ w Algunos valores característicos: Arenas: w = 12 % a 36 % (Sr = 100 %) Arcillas: w = 12 % a 325 % (Sr = 100 %)

PESO UNITARIO TOTAL HÚMEDO RELACIONES GRAVIMÉTRICAS PESO UNITARIO TOTAL HÚMEDO Wt g  t Vt Dónde: gt : Peso unitario total Wt: Peso total Vt : Volumen total Depende de: Peso de los granos individuales Cantidad total de partículas presentes (función de e) Cantidad de agua existente en los vacíos (función de w) Características: 0 % < Sr < 100 %

PESO UNITARIO SECO RELACIONES GRAVIMÉTRICAS Ws g  Vt Dónde: gd : Ws: Peso de sólidos Vt : Volumen total Características: Sr = 0 % Ww = 0 Vv = Vg GEOTECNIA - UNIDAD IV - Ing. M.Sc. Dante Bosch

GRAVEDAD ESPECÍFICA de los sólidos RELACIONES GRAVIMÉTRICAS GRAVEDAD ESPECÍFICA de los sólidos g g Ws Vsγ Gs  s  Dónde: Gs : Gravedad específica gs : Peso específico de los sólidos g0 : Peso específico del agua Algunos valores característicos: Arenas: Gs = 2,65 Arcillas: Gs = 2,7 a 2,9 Suelos con materia orgánica: Gs < 2,65 GEOTECNIA - UNIDAD IV - Ing. M.Sc. Dante Bosch

DENSIDAD RELATIVA RELACIONES GRAVIMÉTRICAS 100 e - e Dr  e - e max 0 e - e max min Dónde: Dr : Densidad relativa (en %) emax : Relación de vacíos máxima emin : Relación de vacíos mínima Algunos valores característicos: e0 : Relación de vacíos natural Características: Dr (%) Suelos granulares 0 - 15 Arena muy suelto Si e0 = emax => Dr = 0 % 15 - 35 Arena suelto Si e0 = emin => Dr = 100 % 35 - 65 Arena media 65 - 85 Arena compacta 85 - 100 Arena muy compacta GEOTECNIA - UNIDAD IV - Ing. M.Sc. Dante Bosch

Granulometría En cualquier masa de suelo, los tamaños de las partículas varían considerablemente. Para clasificar apropiadamente un suelo se debe conocer su distribución granulométrica, es decir, la distribución, en porcentaje, de los distintos tamaños dentro del suelo. La distribución granulométrica de partículas de tamaño superior a 0,08 mm. Se determina generalmente mediante un análisis granulométrico por tamizado.

Granulometría Para partículas de tamaño inferior al mencionado (0,08 mm.) se emplea la granulometría por sedimentación. El análisis granulométrico por tamizado se efectúa tomando una cantidad medida de suelo seco, bien pulverizado y pasándolo a través de una serie de tamices (cuyo tamaño de malla suele ir disminuyendo en progresión geométrica de razón 2), agitando el conjunto. La cantidad de suelo retenido en cada tamiz se pesa y se determina el porcentaje acumulado de material que pasa por cada tamiz.

Utensilios de uso general Envases apropiados para el manejo y secado de las muestras

El porcentaje de material que pasa por cada tamiz, determinado de la forma anterior, se representa en un gráfico semilogarítmico. El diámetro de la partícula se representa en una escala logarítmica (abscisas), y el porcentaje de material que pasa se representa en escala aritmética (ordenadas). En la figura siguiente se muestra un ejemplo de esta curva.

Granulometría Una vez determinada dicha curva granulométrica, existen dos coeficientes que se utilizan para una mejor descripción de la granulometría de un suelo. Estos coeficientes son: D 60 Coeficiente de uniformidad: Cu = D 15 2 D 15 Coeficiente de curvatura: Cc = D60 D10

Si Cu es menor que 5, el suelo tiene una granulometría uniforme. El coeficiente de uniformidad representa la relación entre el diámetro correspondiente al tamiz por el que pasa un 60% de material y el diámetro correspondiente al tamiz por el que pasa un 10%. Si Cu es menor que 5, el suelo tiene una granulometría uniforme. Si 5<Cu<20, el suelo es poco uniforme; y si Cu>20, se considera bien graduado. Cuanto más uniforme es el suelo, más uniforme es el tamaño de sus huecos y más difícil es su compactación, al no existir una cierta variación de tamaños que rellenen adecuadamente los huecos.

Granulometría • Gravas, con tamaño de grano entre unos 80 mm. y 4,75 mm. Los granos son observables directamente, existen grandes huecos entre las partículas y no retienen el agua. • Arenas, con partículas de tamaño entre 4,75 mm. y 0,075 mm. Estas son observables a simple vista y se mantienen inalterables en presencia de agua.

Granulometría • Limos, con partículas comprendidas entre 0,075 mm. y 0,002 mm Retienen el agua y si se forma una pasta limo-agua y se coloca sobre la mano, al golpear con la mano se aprecia cómo el agua se exhuda con facilidad. • Arcillas, cuyas partículas tienen tamaños inferiores a 0,002 mm. Son partículas de tamaño gel y están formadas por minerales silicatados. Por tanto, presentan una gran capacidad de retención de agua, con un porcentaje de huecos muy elevado (huecos pequeños pero con una gran superficie de absorción en las partículas).

Granulometría

Clasificación de suelos Con el objeto de dividir los suelos en grupos de comportamiento semejante, con propiedades geotécnicas similares, surgen las denominadas clasificaciones de suelos. La clasificación de suelos consiste, pues, en incluir un suelo en un grupo que presenta un comportamiento semejante. La correlación de unas ciertas propiedades con un grupo de un sistema de clasificación suele ser un proceso empírico puesto a punto a través de muchos años de experiencia.

Los dos sistemas principales de clasificación de suelos actualmente en uso son el sistema AASHTO (American Association of State Highway and Transportation Officials) y el USCS (Unified Soil Classification System). El sistema USCS clasifica los suelos en base a su granulometría, los Límites de Atterberg y el contenido en materia orgánica. A continuación se muestra dicha clasificación, junto con los símbolos empleados en la misma, así como una descripción de las propiedades esperables de los grupos diferenciados.

INTERPRETACIÓN DE LA CURVA GRANULOMÉTRICA Material bien clasificado es aquel en que todas las dimensiones de los granos están igualmente representados Material mal clasificado es aquel en el cual predominan uno ó varios diámetros

CARACTERÍSTICAS DE LA GRANULOMETRÍA Coeficiente de uniformidad Coeficiente de curvatura Clasificación decimal de Atterberg aplicable para suelos gruesos

LIMITES DE ATTERBERG Son propiedades índices de los suelos que corresponden a cuatro diferentes estados y que toman en cuenta el contenido de agua para pasar de un estado a otro. Estado sólido sin contracción Estado sólido con contracción Estado plástico Estado líquido

LIMITES DE ATTERBERG LÍMITE DE CONTRACCIÓN Lc Corresponde al contenido de agua alcanzado en el momento de secado de la muestra Los granos sólidos y el agua líquida pueden estar en contacto, lo que impide una contracción posterior

LIMITES DE ATTERBERG EL LÍMITE PLÁSTICO Lp Corresponde al contenido de agua que permite un cierto desplazamiento relativo de las partículas, pero demasiado débil para alejarlas EL LÍMETE LÍQUIDO LI Corresponde al contenido de agua que permite una separación de las partículas

ω (%) IP LL LC LP ESTADOS DE CONSISTENCIA ESTADO SOLIDO ESTADO LIQUIDO Sólido Semisólido Plástico Líquido LIMITES DE ATTERBERG: Son límites arbitrarios entre los diferentes estados

LIMITES DE ATTERBERG • LIMITE LIQUIDO (LL): es el contenido de humedad entre los estados de consistencia plástico y líquido. • Y es el contenido de humedad para el cual 2 secciones de una pasta de suelo, alcanzan a unirse en 12 mm al cabo de 25 golpes en el Cascador de Casagrande 40 30 LL 10 10 25 100 Número de golpes •Indice de fluencia: If =∆ w / ∆ log N

LIMITES DE ATTERBERG LIMITE PLASTICO: •Es el contenido de humedad entre los estados de consistencia plástico y semisólido. •Es el contenido de humedad para el cual el suelo comienza a agrietarse cuando es amasado en cilindros de 3 mm de diámetro.

LIMITES DE ATTERBERG 50 40 30 20 10 LC w Contenido de humedad (%) LIMITE DE CONTRACCION: •Es el contenido de humedad entre los estados de consistencia semisólido y sólido • Es el contenido de humedad por debajo del cual una pérdida de humedad no trae aparejado un cambio de volumen 50 40 30 20 10 LC w Contenido de humedad (%)