Teoría y práctica de mecánica de Suelos
I. SUELO. ORIGEN Y FORMACIÓN. CLASES. TEXTURA Y ESTRUCTURA DE LOS SUELOS. I.1.
Definición de suel •
Es el estrato o estratos sueltos de material sin consolidar provenientes de la
• •
meteorización mecánica y descomposición química de la roca. Es una mezcla de partículas sólidas, líquidas y gaseosas. Es una pequeña capa formada por la desintegración y descomposición de los últimos niveles de la corteza terrestre de nuestro planeta tierra.
I. I.!!.
O"i# O"i#en en $ f"% f"%&c &ció ión n de ls ls suel suels s a corteza terrestre es atacada principalmente por el aire y las aguas, siendo los medios de acción de estas sustancias sumamente variadas. Todos Todos los mecanismos de ataque pueden incluirse en dos grupos! I. I.!. !.1. 1. De Desi sin' n'e# e#"& "&ci ción ón Mec(n Mec(nic ic&. &.)) Es la intemperización de las rocas por agentes físicos "figura #.#$, estos agentes son! • %am&ios de temperatura. • %ongelación del agua en las fisuras y grietas de la roca. • 'rganismos y raíces de plantas. Todos estos agentes llegan a formar el suelo "gravas, arenas, limos y solo en casos especiales arcillas$.
01234 #.#! Esquema de la descomposición mecánica de la roca
I. I.!.! !.!.. De Desc sc%* %*si sició ción n +u,%i +u,%ic&. c&.)) Se refiere a la acción de agentes que atacan a las rocas modificando su constitución mineralógica o química, el principal agente es el agua, siendo los mecanismos de ataque, la o(idación, la )idratación y la car&onatación, car&onatación, tal como se muestra en la figura f igura #.*. os efectos químicos de la vegetación +uegan un papel no desprecia&le. Estos mecanismos generalmente producen arcilla como último producto, todos los efectos anteriores suelen acentuarse con los cam&ios de temperatura, por lo cual es frecuente encontrar formaciones arcillosas de importancia en zonas
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)úmedas y cálidas, mientras que son típicas de zonas más frías formaciones arenosas o limosas, más gruesas. En los los desi desier erto toss cáli cálido dos, s, la falt falta a de agua agua )ace )ace que que los los fenó fenóme meno noss de descomposición no se desarrollen, por lo cual la arena predomina en estas zonas.
01234 #.*! Esquema de la descomposición química de la roca
01234 #.7! 8ista 8ista del origen y formación de suelos, carretera Tarapoto 5 amas
I.-.
01234 #.6! Esquema del producto del intemperismo físico químico y su relación con las eras geológicas
Cl&ses de Suels I.-.1 .1.. Suels ls Resid sidu&les es..5 Son producto del ataque de los agentes tes del intemperismo, suelen quedarse en el lugar directamente so&re la roca de la cual se derivan. I. I.-. -.!. !. Suel Suels s T"&n T"&ns* s*" "'& '&d dss.5 os os suel suelos os pued pueden en ser ser remo removi vido doss del del luga lugarr de formación, por los mismos agentes geológicos y redepositados en otra zona. 4sí se generan suelos que so&reyacen so&re otros estratos sin relación directa con ellos. E(iste E(isten n en la natura naturale leza za numero numerosos sos agent agentes es de transp transport orte e de los los cuales cuales podemos citar como principales los glaciares, el viento, los ríos y corrientes de
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)úmedas y cálidas, mientras que son típicas de zonas más frías formaciones arenosas o limosas, más gruesas. En los los desi desier erto toss cáli cálido dos, s, la falt falta a de agua agua )ace )ace que que los los fenó fenóme meno noss de descomposición no se desarrollen, por lo cual la arena predomina en estas zonas.
01234 #.*! Esquema de la descomposición química de la roca
01234 #.7! 8ista 8ista del origen y formación de suelos, carretera Tarapoto 5 amas
I.-.
01234 #.6! Esquema del producto del intemperismo físico químico y su relación con las eras geológicas
Cl&ses de Suels I.-.1 .1.. Suels ls Resid sidu&les es..5 Son producto del ataque de los agentes tes del intemperismo, suelen quedarse en el lugar directamente so&re la roca de la cual se derivan. I. I.-. -.!. !. Suel Suels s T"&n T"&ns* s*" "'& '&d dss.5 os os suel suelos os pued pueden en ser ser remo removi vido doss del del luga lugarr de formación, por los mismos agentes geológicos y redepositados en otra zona. 4sí se generan suelos que so&reyacen so&re otros estratos sin relación directa con ellos. E(iste E(isten n en la natura naturale leza za numero numerosos sos agent agentes es de transp transport orte e de los los cuales cuales podemos citar como principales los glaciares, el viento, los ríos y corrientes de
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agua superficial, los mares y fuerzas de gravedad9 estos factores actúan a menudo com&inadamente. En el siguiente esquema de un corte transversal podemos apreciar las formaciones de los suelos durante la vida geológica de la tierra.
01234 #.?! Esquema transversal de las clases de suelos
I. I..
Es'"u s'"uc' c'u" u"&& $ 'e/ 'e/'u"& 'u"& de ls ls sue suel lss I..1 .1.. Es'"u s'"ucc'u"&.) &.) :efin :efinimo imoss como como estructura a la propiedad de los suelos que produce una respuesta a los cam&ios e(teriores y solicitaciones tales como el agua, agua, cargas cargas "edificio "edificios, s, paviment pavimentos, os, etc.$ respecti respectivame vamente. nte. Esta propieda propiedad d involucra tanto el arreglo geom;trico de las partículas como a las fuerzas que están so&re ellas, nvolucra conceptos como
01234 #.@! Esquema de la estructura de los suelos
&. Es'"uc Es'"uc'u" 'u"& & de de ls ls suels suels #"uess #"uess >redominan las fuerzas gravitacionales, depende en gran medida de la forma de las partí partícu cula las, s, de su tama tamaño ño y de cómo cómo está están n orga organi niza zada das. s. 4sí su resi resist sten enci cia a o
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comportamiento )idráulico se ven gradualmente afectados por circunstancias tales como la orientación de las partículas o la cantidad de vacíos e(istentes en su masa. En las figuras se muestran el arreglo de sus partículas. En el gráfico "a$ se o&serva el arreglo denominado estado más suelto y en el "&$ se o&serva el arreglo denominado estado más compacto.
01234 #.A! Esquema de los estados del suelo de estructura simple
otándose que la cantidad de vacíos en am&os es diferente es decir con relación de vacíos má(. y mín. en el arreglo de este tipo de partículas, como las partículas reales difieren de la forma esf;rica rara vez da un arreglo real y en consecuencia los diferentes tamaños y formas se com&inan para formar suelos muy densos o sueltos. 2tilizando am&as estructuras se puede concluir que la segunda "densa$ e(ige un arreglo me+or que la primera, es decir la resistencia que pueda tener el suelo es mayor y que las partículas menores contri&uyen al soporte de cargas y el tener menor cantidad de vacíos e(iste menos posi&ilidad de deformación. En la naturaleza el suelo se presenta en un estado intermedio donde la relación de vacíos podría denominarse estado natural 0en que en cierto modo representa el grado de acomodo entre partículas. Densid&d "el&'i2& 0D" 3 a densidad relativa es un t;rmino relacionado con el grado de acomodo de las partículas de un suelo. -atemáticamente puede calcularse con la ecuación!
Dr =
em á x −e nat . em á x − emí n
x 100
Si : e m á x = enat → D r=0 e mí n=e nat → Dr =100 0 ≤ D r ≤ 100
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a
Dr
, es sinónimo de que un suelo es de partículas gruesas,
correspondiendo en valores menores, menor será la resistencia9 si a mayor : r B, mayor será la resistencia.
%uadro #! Ta&la de valores de la densidad relativa TE-
413E14:'
:ES:4: 3E4T84 "B$
#
43E4 S2ET4
C 5 77
*
43E4 -E:4 :ES4
77 5 @@
7
43E4 %'->4%T4
@@ 5#CC
0uente! Tsc)e&otarioff 1regory
4. Es'"uc'u"& de ls suels c5esi2s El conocimiento de la composición interna de las láminas de arcilla es más importante a nivel &ásico que a nivel ingenieril, sin em&argo es útil comprender su composición a fin de esta&lecer su comportamiento. nvestigaciones recientes, señalan el am&iente electroquímico, que e(iste en el agua, en el momento de la formación del suelo como el factor más influyente en su futuro comportamiento y la sedimentación individual de tales estructuras, produce las denominadas estructuras! 0loculenta, >analoide, %astillo de naipes y :ispersa.
13484S 43E4S 43%4S
01234 #.F! Esquema de la formación de suelos
•
Es'"uc'u"& flculen'& "arcilla$ %uando en el proceso de sedimentación, dos partículas de diámetros menores de C.CC*mm llegan a tocarse, se ad)ieren y se sedimentan +untas9 así otras partículas pueden 2nirse al grupo, formando un grumo, con estructura similar a un panal. %uando estos grumos llegan al fondo forman a su vez panales, cuyas &óvedas no están ya formadas por partículas individuales9 sino por los grumos mencionados. El mecanismo anterior produce una estructura muy &landa y suelta, con gran volumen de vacíos, llamada floculenta y a veces, panaloide de orden superior. as partículas menores de C,CCC* mm D C.* micra se consideran ya coloides9 estas partículas pueden permanecer en suspensión indefinidamente, pues en
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ellas el peso e+erce poca influencia en comparación con, las fuerzas el;ctricas desarrolladas entre las partículas cargadas negativamente, según ya se di+o y con las fuerzas moleculares e+ercidas por la propia agua9 cuando dos de estas partículas tienden a acercarse, sus cargas e+ercen una repulsión que las ale+a de nuevo9 las vi&raciones moleculares del agua, impiden que las partículas se precipiten9 el resultado es un movimiento característico en rápido zigzag, conocido como &roGniano " el &otánico ingl;s HroGn lo o&servó por vez primera al estudiar suspensiones de clorofila al microscopio$. >or este mecanismo, las partículas coloidales de suelo en suspensión no se sedimentarían +amás. as cargas el;ctricas de la partículas coloidales pueden, sin em&argo, neutralizarse &a+o la influencia de la adición de iones de carga positiva opuesta9 un electrolito, por e+emplo un ácido tal como el clor)ídrico, se disocia en agua en iones positivos y negativos "%5 y IJ$9 por el efecto de los iones IJ en solución, los coloides neutralizan sus cargas y c)ocan entre sí, quedando unidos por las fuerzas de ad)erencia desarrolladas. :e esta manera pueden empezar a formarse los flóculos de mayor masa, que ya tienden a depositarse. En las aguas de mar, sales contenidas actúan como electrolito )aciendo posi&le la generación del mecanismo antes descrito9 en otras aguas naturales la disociación normal de algunas mol;culas "IJ, 'I5$ que siempre se produce, la presencia de sales, etc.K, logra el mismo efecto. os flóculos se unen entre sí para formar panales, que se depositan con+untamente, formando al tocar fondo nuevos panales y dando lugar a una forma e(traordinaria difusa de estructura en la que el volumen del solidó puede no representar más de un ? 5#CB. %onforme aumenta el peso de&ido a la sedimentación continua, las capas inferiores e(pulsan agua y se consolidan
más. :urante este proceso, las
partículas y grumos se acercan entre sí y es posi&le que esta estructuración tan poco firme al principio, alcance resistencias de importancia.
01234 #.L! Esquema de la estructura floculenta
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Es'"uc'u"& *&n&lide Esta estructura considerada típica en granos de pequeño tamaño "C.CC*mm de diámetro o algo menores$ que se depositan en un medio continuo, normalmente agua y, en ocasiones aire. En estas partículas, la gravitación e+erce un efecto que )ace que tiendan a sedimentarse, pero su pequeña masa, otras fuerzas naturales pueden )acerse de magnitud compara&le9 concretamente, si la partícula antes de llegar al fondo del depósito, toca a otra partícula ya depositada, la fuerza de ad)erencia desarrollada entre am&as, puede neutralizar al peso, )aciendo que la partícula quede detenida antes de completar su carrera9 otra partícula puede a)ora añadirse y el con+unto de ellas podrá llegar a formar una celda, con cantidad importante de vacíos, a modo de panal mostrada en la figura. as fuerzas de ad)erencia, causantes de estas estructuras son fuerzas superficiales.
01234 #.#C! Esquema de la estructura panaloide
Es'"uc'u"& en c&s'ill de n&i*es as investigaciones realizadas en partículas de caolinitas, ilitas y montmorilonitas demuestran que la longitud de ellas es del mismo orden de magnitud que su anc)o y que el espesor varía de #M#CC de estas dimensiones, en las montmorilonitas, a #M#C en las caolinitas, ocupando las ilitas una posición intermedia. %on estos datos es posi&le estimar que la superficie especificada de estas partículas "metros cuadrados de área superficial por gramo de peso$ es el orden de #C en las caolinitas, FC en las ilitas y FCC en las montmorilonitas9 estas cifras co&ran toda su importancia al considerar la acción de las fuerzas superficiales como factor que interviene en la estructuración, no siendo difícil conce&ir que tal factor llegue a ser determinante. %orresponde a la naturaleza &ipolar de las láminas de arcilla donde e(iste atracción entre los e(tremos "5$ y las partes centrales "J$.
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01234 #.##! Esquema de la estructura en castillo de naipes
Es'"uc'u"& Difus& 4lgunas investigaciones modernas )an indicado que una )ipótesis estructural del tipo de Ncastillo de naipesN en la cual las partículas tienen contactos mutuos, si &ien puede aceptarse como real en muc)os casos, quizá no es la más esta&le en la que pudiera pensarse. %ualquier
pertur&ación que pueda e(istir, como
deformación por esfuerzo cortante, tiende en general a disminuir los ángulos entre las diferentes láminas de material. %onforme esto sucede actúan entre las partículas presiones osmóticas inversamente proporcionales al espaciamiento entre ellas. as presiones osmóticas tienden a )acer que las partículas se separen y adopten una, posición tal como la que, esquemáticamente se muestra. El fenómeno se origina cuando el peso de los estratos superiores, modifica el ángulo de contacto de las partículas.
01234 #.#*! Esquema de la estructura difusa
I.6.
C%*sición de l&s &"cill&s Están compuestas por silicatos de Aluminio, 7ierro y Silicatos de Magnesio. %on estructura cristalina dispuestas en forma de )o+as de un li&ro con dos unidades elementales para armar la estructura de estos minerales. Están formados por! L(%in& sil,cic&.5 conformada por 6 átomos de o(igeno dispuestos en los puntos de un tetraedro, que encierran a un átomo de silicio.
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01234 #.#7! Esquema de la lámina silícica
L(%in& Alu%,nic&.5 %onformada por @ átomos de o(igeno con la configuración de un octaedro, que encierran a un átomo de aluminio.
01234 #.#6! Esquema de la estructura de la lámina alumínica
I.8.
9"inci*&les *"*ied&des de ls suels. 1.
Es'&4ilid&d 2lu%:'"ic&! os cam&ios de )umedad son la principal fuente! Se levantan los pavimentos, inclinan los postes y se rompen tu&os y muros.
!.
Resis'enci& %ec(nic&! a )umedad la reduce, la compactación o el secado la eleva. a disolución de cristales "arcillas sensitivas$, &a+a la resistencia.
-.
9e"%e&4ilid&d; a presión de poros elevada provoca deslizamientos y el flu+o de agua, a trav;s del suelo, puede originar tu&ificación y arrastre de partículas sólidas.
.
Du"&4ilid&d! El intemperismo, la erosión y la a&rasión amenazan la vida útil de un suelo, como elemento estructural o funcional.
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6.
C%*"esi4ilid&d; 4fecta la permea&ilidad, altera la magnitud y sentido de las fuerzas ínter partículas, modificando la resistencia del suelo al esfuerzo cortante y provocando desplazamientos.
8.
Sensi4ilid&d; %onocida como suscepti&ilidad de una arcilla, es la propiedad por la cual, al perder el suelo su estructura natural, cam&ia su resistencia, )aci;ndose menor, y su compresi&ilidad, aumenta.
<
Ti/'"*,&; >ropiedad que tienen las arcillas, en mayor o menor grado, por la cual, despu;s de )a&er sido a&landada por manipulación o agitación, puede recuperar su resistencia y rigidez, si se le de+a en reposo y sin cam&iar el contenido de agua inicial.
=.
Des"e#&ción! :eleznamiento o desintegración del suelo, dañando su estructura, anegando el material seco y someti;ndolo a calor.
as propiedades mencionadas anteriormente se pueden modificar o alterar de muc)as formas! por medios mecánicos, drena+e, medios el;ctricos, cam&ios de temperatura o adición de esta&ilizantes "cal, cemento, asfalto, sales, etc.$. I.<.
Definicines de &l#uns ':"%ins Ge'ecni&; Es la ciencia que se &asa en el conocimiento de la geología y la mecánica de los suelos. Gel#,&; Es la ciencia que estudia a la tierra y los fenómenos que ocurren durante la vida en el planeta. Mec(nic& de suels; Es la ciencia que estudia las propiedades y comportamiento del suelo, al cual se lo utiliza como material de construcción o soporte de estructuras "terreno de fundación$, &ásicamente de cimentaciones que son los elementos que transmiten las cargas de la estructura al terreno Suel #"ues 0#"&nul&"; Son los de mayor tamaño! %antos 3odados, gravas y arenas. Su comportamiento está go&ernado por las fuerzas de gravedad. Suels fin! Son los limos y arcillas. Su comportamiento está regido por fuerzas el;ctricas, fundamentalmente. Suels *ul2"ulen's 0desin'e#"&ds; Son los no co)esivos, o suelos gruesos, pero limpios "sin finos$9 es decir, los gruesos "granulares$ limpios. A"cill&s $ li%s; En estado seco o )úmedo, tiene más co)esión la arcilla. a arcilla seca es dura mientras el limo es fria&le o pulveriza&le. Iúmedos, la arcilla es plástica y el limo poco plástico. 4l tacto, la arcilla es más suave y a la vista el &rillo más dura&le. Suels e/*&nsi2s! Se denomina así a ciertos tipos de arcillas <1rasas= pega+osas que a&sor&en agua y se )inc)an. %uando se secan se contraen y se agrietan, a esta acción se le conoce como dilatación 5 contracción del Suelo. Estos suelos e(isten en muc)as zonas, generalmente en climas secos.
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%omo algunos suelos se dilatan o se contraen fundamentalmente de&ido a los cam&ios en el contenido de agua, esto se de&e a un tipo de arcilla que reci&e el nom&re de >Mn'%"illni'&? se dilatan o encogen, según se añada o se e(traiga u&, uno de los componentes que esta presente es un material llamado >@en'ni'&? Estas arcillas tienen una capacidad de e(pansión de F a #@ veces su volumen. Suels dis*e"si2s! En estos suelos ocurre una defloculación de las arcillas. El fenómeno químico es propio de suelos salinos, cuando, por presencia de sodio se desplaza el agua reci;n venida y adsor&ida, para romper los enlaces. El c)equeo del potencial dispersivo se )ace contando iones disueltos de aJ, -gJJ, %aJJ, OJ y comparando con el total de sales en t;rminos de concentración. El efecto de la dispersión es la erosión interna "tu&ificación$ y la p;rdida de resistencia por destrucción de la estructura del suelo. En un ensayo de eroda&ilidad, todos los suelos dispersivos son eroda&les. os suelos dispersivos son sódicos 5 cálcicos y el remedio es ec)ar cal viva para sacar el aJ. Se presentan en el Iuila y 1ua+ira "am&iente árido y suelo marino$ Suels cl&*s&4les; os suelos colapsa&les son aquellos que al ser )umedecidos o al aplicárseles una pequeña carga adicional, sufren una radical redistri&ución de sus partículas, reduciendo marcadamente su volumen, los grandes asentamientos que ocurren pueden causar diversos pro&lemas a las edificaciones, servicios pú&licos vitales y otras o&ras de ngeniería. a mayoría de los suelos colapsa&les que se presentan en estado natural son eólicos, es decir, arenas yMo limos depositados por el viento, tales como los loes, las playas eólicas y los depósitos de polvo volcánico, los cuales tienen altas relaciones de vacíos, pesos específicos &a+os y sin co)esión o solo ligeramente co)esivos, os depósitos de loes tienen partículas de tamaño de limo. a co)esión en los loes puede ser el resultado de la presencia de arcilla alrededor de las partículas de tamaño de limo, que las mantiene en una condición &astante esta&le en un estado no saturado. a co)esión tam&i;n es ocasionada por la presencia de precipitados químicos li(iviados por el agua de lluvia. %uando el suelo se satura, la ad)esión de la arcilla pierde su resistencia y por tanto sufre un colapso estructural. -uc)os suelos colapsa&les son suelos residuales producto del intemperismo de la roca madre. Este proceso produce suelos con un gran rango de tamaños de partículas. os materiales solu&les y coloidales son lavados por agentes de transporte, resultando grandes relaciones de vacíos y por consiguiente estructuras inesta&les. En los suelos potencialmente colapsa&les que no contienen sales solu&les, la mayor parte del asentamiento ocurre al producirse la saturación. En cam&io, en suelos con un porcenta+e significativo de estas, de&ido a que su p;rdida ocurre en el tiempo, el asentamiento es gradual y en algunos casos el lavado de suelos puede producir grandes agu+eros.
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Suels "#(nics; El primer producto de estos materiales es la tur&a, materia orgánica en descomposición. >or su porosidad, tiene alto contenido de )umedad, &a+a resistencia, alta compresi&ilidad e inesta&ilidad química "o(ida&le$. :e&en evitarse como material de fundación y como piso para rellenos. El )umus es de utilidad económica y am&iental, por lo que de&e preservarse. Suels slu4les! a disolución se presenta en suelos calcáreos "calizas P yesos$9 El ácido car&ónico producido, ataca de nuevo los car&onatos del suelo, por lo que es recomenda&le aislar la o&ra del flu+o de agua. %a %'7 J I*' J %'*5555555555555555555555 %a "'I$ * J I*%'7 El ácido car&ónico
II.
RELACIONES OLUMBTRICAS Y GRAIMBTRICAS
II.1.
In'"ducción
En un suelo se distinguen tres fases! sólid&, l,uid& y #&ses&. a fase sólida está formada por las partículas minerales del suelo "incluyendo la capa sólida adsor&ida$. a fase líquida formada por el agua li&re específicamente, aunque en el suelo pueden e(istir otros líquidos de menor significación. a fase gaseosa comprende so&re todo el aire, pero pueden estar presentes otros gases "vapores sulfurosos, an)ídrido car&ónico, etc.$ as fases líquida y gaseosa del suelo suelen comprenderse en el volumen de vacíos "8 v$, mientras que la fase sólida constituye el volumen de sólidos "8 s$. Se dice que un suelo es totalmente saturado cuando todos sus vacíos están ocupados por agua. 2n suelo en tal circunstancia consta, como caso particular de solo dos fases, sólida y líquida. Es importante considerar las características morfológicas de un con+unto de partículas sólidas en un medio fluido. as relaciones entre las diferentes fases del suelo "sólida, líquida y gaseosa$, permiten avanzar so&re el análisis de la distri&ución de las partículas por tamaños y so&re el grado de plasticidad del con+unto. En los la&oratorios de mecánica de suelos puede determinarse fácilmente el peso de las muestras )úmedas, el peso de las muestras secadas al )orno y el peso específico relativo de las partículas que conforman el suelo, entre otras. as relaciones entre las fases del suelo tienen una amplia aplicación en la -ecánica de Suelos para el cálculo de esfuerzos o llamados tam&i;n presiones yMo tensiones. a relación entre las fases, la granulometría y los límites de 4tter&erg se utilizan para clasificar el suelo, orientar la de la investigación específica, así como estimar su comportamiento.
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-odelar el suelo es colocar fronteras que no e(isten. El suelo es un modelo discreto y eso entra en la modelación con dos parámetros, relación de vacíos "e$ y la porosidad "n$, con las fases. El agua ad)erida a la superficie de las partículas entra en la fase sólida. En la líquida sólo el agua li&re que podemos sacar a #C? Q% cuando, despu;s de *6 )oras el peso del suelo ya no disminuye permanece constante. II.!.
F&ses del Suel
En el suelo puede o&servarse la e(istencia de una fase sólida formada por las partículas minerales, una fase líquida que sería el agua intersticial li&re y una parte gaseosa que reúne al aire o vapores producto de la descomposición orgánica atrapados entre los sólidos.
V m=Volumen de muestra
W m = Peso de lamuestra
V a=Volumen de aire
W a = Peso del aire
V =Volumende a ua 01234 *.#! Esquema de las fases del suelo
En -ecánica de Suelos, se relaciona el peso de las distintas fases del suelo con sus volúmenes correspondientes, por medio del concepto del peso específico. 9es es*ec,fic &*&"en'e 0 %; %onocido como peso volum;trico, densidad aparente, peso específico de masa
γ m=
W m V m
=
W s+ W ω V m
… … … … … … … … … … … … … … … … … … … .. ( 1)
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9es es*ec,fic del u& 0 ; En condiciones prácticas! El peso específico del agua destilada es igual al peso específico del agua en condiciones naturales " γ o D γ G$ γ 0= γ ω=
W ω V ω
El peso específico del agua destilada " γ o$! a 6Q% y a >.4. n. m. en sistemas derivados del m;trico decimal es igual a # ó a la potencia de #C. 9es es*ec,fic de ls sólids 0 s; γ s=
W s V s
… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . ( 2)
8ariación de los pesos específicos en los suelos! 2.4 ≤ γ s ≤ 2.9 gr / cm
3
En los la&oratorios de -ecánica de Suelos puede determinarse fácilmente el peso de las muestras )úmedas y secas en el )orno o estufa y el peso específico relativo de los suelos. Estas magnitudes no son las únicas cuyo cálculo es necesario, es preciso o&tener relaciones volum;tricas y gravim;tricas para poder determinar otras magnitudes en t;rminos de estas. 9es es*ec,fic "el&'i2 de l& %ues'"& 0S%; 8iene )acer la relación entre el peso específico de la sustancia y el peso específico del agua destilada a 6 Q% y su+eta a una atmósfera de presión. S m=
γ m γ o
=
W m V m γ o
… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . ( 3)
9es es*ec,fic "el&'i2 de ls sólids 0Ss; Ss =
II.-.
γ s γ o
=
W s V s γ o
… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . (4 )
Rel&cines Fund&%en'&les *&"& el %&ne de l&s 9"*ied&des Mec(nic&s de ls Suels. •
Rel&ción de 2&c,s 0e; Tam&i;n conocido como proporción de vacíos
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e=
V v V s
. … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . ( 5)
C R e R ∞ .KKKKKKKKKvariación .KKKKKKKKKvariación teórica C.*? R e R #?KKKKKKKK..variación practica C.*?, para arenas muy compactas y #? para arcillas altamente compresi&les. 9"sid&d 0 3; n=
V v V m
100 KKKKKKKKKKKKKKKKKKKKK. "@$
C Rη R #CC #CC KKKKKKKKK.varia KKKKKKKKK.variación ción teórica teórica "suelos "suelos con fase sólida$ sólida$ *CB RηR *?BKKKKKKKKKKvariación *?BKKKKKKKKKKvariación práctica. •
G"&d de s&'u"&ción 0G 3; G ω=
V ω V v
100
KKKKKKKKKKKKKKKKKKKKK "A$
0 < Gω< 100
CKKKKKKK.Suelos secos #CCKKKKKK.suelos #CCKKKKKK.suelos saturados Cn'enid de 5u%ed&d 03; ω=
II II.. ..
W ω W s
x 100 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … .. ( 8 )
C""e C""el& l&ció ción n en'"e en'"e l& ""el& el&ció ción n de &c &c, ,s s $ 9" 9"sid sid&d &d.. Si consideramos una muestra de suelo, adoptando el valor de la unidad "#$ para el volumen de sólidos se o&tiene!
01234 *.*! Esquema de suelo
Slución; #. %omo da dato! to! V s= 1 *. %onsider %onsideremos emos como como conocido conocido peso peso específic específico o relativo relativo de los sólidos sólidos "S s$.
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Ss=
W s V s γ o
→ W s= Ss γ o
7. :e la la ecuac ecuació ión n "F$, "F$, se se o&tie o&tiene ne!! ω=
W ω W s
→W ω=ωS s γ o
6. :e la la ecuac ecuació ión n "?$, "?$, se se o&tie o&tiene ne!! e=
V v V s
→ V v =e
?. 4plicand 4plicando o la defin definició ición n de poros porosidad idad o&tenemos o&tenemos!!
¿
V v
= e … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . ( 9 ) V m 1 + e
Si consideramos una muestra de suelo, adoptando el valor de la unidad "#$ para el volumen de la muestra se o&tiene!
Slución; #. :e la la ecuac ecuació ión n "@$, "@$, se se o&tie o&tiene ne!! n=
V v V m
→ V v = n
*. :e la la ecuac ecuació ión n "?$, "?$, se se o&tie o&tiene ne!! 1−¿ … … .. … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … .( 10 )
e=❑
¿
II.6.
Fó"%ul&s *&"& suels s&'u"&ds $ *&"ci&l%en'e s&'u"&ds. •
Suels s&'u"&ds.
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
Se considera un suelo con dos fases! a sólida y líquida, en otras pala&ras los vacíos vacíos están están ocupados ocupados íntegramen íntegramente te por el líquido "agua$. "agua$. En el esquema 0& 1 y en 04 consideramos 04 consideramos % 1 consideramos s 1 y
01234 *.7! Esquema de suelo "a y &$
Solución 0igura "a$!
Solución 0igura "&$
#. :e la la fo formula "6 "6$ '& '&tenemos!
#. :e :e la la fo formula "@ "@$ o& o&ten tenemos!
Ss=
W s V s γ o
→ W s= Ss γ o
n=
*. :e la for formula "?$ o&tenemos! e=
V v V s
→V v = e
W ω V ω
V m
SiV Si V ω =V v = e
→ n =V v
*. :e la formula "6$ o&ten tenemos. Ss=
7. :el :el conc concep epto to de C o&tenemos! γ o=
V v
W s V s γ o
→ W s=( 1−n ) S s γ o
7. :el concepto de C o&tenemos! γ o=
W ω V ω
→ W ω =n γ o
→ W ω=e γ o
. :e la formula "F$ o&tenemos; o&tenemos ;
ω=
W ω W s
=
e γ o S s γ o
→ e = ω S s … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . (11)
?. :e la la formu formula la "#$ "#$ y "7$, "7$, o&tene o&tenemo mos! s!
S m=
S m=
γ m γ o
… ( 3 ) γ m =
S s γ o + e γ o
( 1 + e ) γ o
γ m= S m γ o =
=
W m V m
…(1 )
S s + e S s ( 1+ ω ) = =n + ( 1− n ) S s … … … … … ( 12 ) 1 +e 1+ S s ω
( Ss +e ) ( 1 +e )
γ o= S s γ o
( 1 + ω) =n γ o +( 1 −n ) S s γ o .. … .. ( 13 ) 1+ e
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
•
Suels 9&"ci&l%en'e S&'u"&ds
01234 *.6! Esquema de suelo parcialmente saturado "a y &$
Solución 0igura "a$!
Solución 0igura "&$
#. :e la formula "?$ '&tenemos!
#. :e la formula "6$ o&tenemos!
e=
V v V s
→V v = e
Ss=
*. :e la formula "6$ '&tenemos! Ss=
W s V s γ o
→ W s= Ss V s γ o
7. :e la formula "F$ '&tenemos! ω=
W ω W s
→W ω=ω S s γ o
W s V s γ o
→ V s =
1 S s γ o
*. :e la formula "F$ o&tenemos! ω=
W ω W s
→W ω=ω
7. :e la formula "*$ o&tenemos! γ s=
W s V s
=
→V v =
V v 1 → e= V s V s
e S s γ o
. De l&s f"%ul&s 01H 0- $ 0< 4'ene%s; De 01 γ m=
W s+ W ω V m
m=¿
Ss=
=
S s γ o + ω S s γ o 1 +e
1+ ω γ … … … … … … … … … ….. … … … … … … … … … … … ….. ( 14 ) 1+ e s → γ ¿
γ s γ o
→ γ s = S s γ o
γ s+ ω γ s
+ = 1 ω γ s … … … … … … … … … … … … .. ( O ) 1+ e 1+ e
De 0-H en l& fi#u"& 04
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
S m=
S m=
( 1 +ω ) S s … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … .. ( 15 ) 1+ e
γ m γ o
=
( 1+ ω ) γ o S s (1 + ω ) S s = … … … … … … ( O ) ( 1 + e ) γ o ( 1 +e )
De 0<
Gω =
Gω =
Gω =
II.8.
ω Ss e
x 100 … … … … … … … .. … … … … … … … … … … … … … … … .. (16 )
V ω
x 100 → >ero V v
ω Ss e
γ 0=
W ω V ω
→
V ω=
W ω γ 0
=
ω S s γ 0 γ 0
x 100 KKKK'O
9es 2lu%:'"ic sec Densid&d sec& 0 d En el esquema "a$ de suelos saturados! W s+ W ω S s γ 0 ( 1 + ω ) = … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . ( 17 ) 1+ e V s + V v
γ m=
W W s +
W s S γ (¿¿ ω= 0 ) = = s 0 … … … … … … … … … … … … … … … … . ( 18 ) V s + V v V s + V v 1+ e γ d=¿
>eso volum;trico en función de la )umedad, de las ecuaciones #A y #F γ d =
γ m 1 +ω
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
:ónde! γ m , es el peso volum;trico o densidad natural,
ω , es el contenido de
)umedad. II.<.
Suels su%e"#ids 0 Esto supone considerar el suelo saturado y sumergido, según la ley de 4rquímedes, el suelo e(perimenta un empu+e )idrostático )acia arri&a, igual al peso del agua desalo+ada.
01234 *.?! Esquema de los suelos sumergidos
W suelo sumergido =V s γ sat −V agua γ ω Si : V s =V aguades!la"ada γ (¿ ¿ sat −γ ω) W suelo sumergido =V s ¿
Entonces despe+ando! W sumergido V s
= γ # =γ sat − γ ω
>eso específico de sólidos sumergido γ # = γ sat − 1
γ # = γ sat −γ ω
9 como γ o D # grMcm7
"En grMcm7$.......................................................... KK "#L$
>eso Específico de la -asa Sumergida " γ m$ γ # m= γ m −1
"En grMcm7$KKKKKKK..KKKKK.KKK..K "*C$
En suelos &a+o el nivel freático "suelo sumergido$ el empu+e )idrostático influye en los pesos específicos tal como se anota, ya que los suelos sufren un empu+e ascensional que en magnitud es igual al volumen del líquido desplazado. En el cálculo del peso
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
específico aparente de&e contemplarse la posi&ilidad de que este se encuentre totalmente saturado. Ss D Ss P #KKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKK... "*#$ Sm D Sm P #KKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKK. KKKKK "**$ γ sat . =
γ sat . =
W s + W ω V s + V v W s + W ω V s + V v
=
γ 0 ( S s + e ) … … … … … … … … … … … … … … … … … … … .( 23 ) 1 +e
=[ ( 1− n ) S s + n ] γ 0
%uadro *! Ta&la de valores del >eso específico de algunos suelos Suelo 4rena de cuarzo 1rava imo 4rcilla arenosa 4rcilla gravosa
γ d (
gr cm
3
)
γ d (
Suelo
*.@? *.*? 5 *.6C *.@? 5 *.@F *.@F 5 *.A* *.A7 5 *.A?
-ontmorillonita %aolinita %uarzo %alcita -ica
gr cm
3
)
*.6# *.@ *..@@ *.A* *.FC 5 *.LC
%uadro 7! Ta&la de valores de la >orosidad y relación de vacíos de algunos suelos Suelo
>orosidad "ηB$
3elación de vacíos "U$
Grava Grava Arenosa Arena Limo arenoso Limo Arcilla compacta Arcilla ravosa Arcilla r"ida Arcilla pl#stica $ano
40 - 45 15 - 40 20 - 50 20 - 30 40 - 65 20 - 40 40 - !0 30 -50 40 -70 70 - !0
0.67 - 1.22 0.187-0.67 0.75 - 1.00 0.25 - 0.43 0.67 - 1.85 0.25 - 0.67 0.67 - 2.00 0.43 -1.00 0.67 - 2.33 2.33 - 2.!0
%uadro 6! Ta&la de valores de >esos específicos de algunos suelos Estado
Suelo 4rena suelta 4rena media compacta 4rcilla
Seco
Iúmedo
Saturado
#.?C #.FC
#.AC #.LC *.CC
*.CC *.CC #.LC
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
F"%ul&s I%*"'&n'es en l& de'e"%in&ción de l&s *"*ied&des f,sic&s del suel γ d = ( 1−$ ) S s γ o
$=
e=
γ s − γ d γ s γ s− γ d
… … .. … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 25
γ d
% r = D r
(
x 100 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 24
γ d− γ mín γ máx −γ mín
)
γ máx γ d
x 100 … … … … … … … … … … .. … … … … … … 26
:ónde! γ d es el peso específico seco n Situ9
γ máx
es el peso específico en el estado
más suelto9 γ mín es el peso específico en el estado más compacto. II.=.
9"4le%&s "esuel's;
9"4le%& NJ 1. :ado el contenido de agua de un suelo saturado y su peso específico relativo de sólidos, encuentre el peso específico de la masa de ese suelo. 2tilice un esquema en que figuren sólo las cantidades conocidas. Si!
Solución W ω
>or definición!
ω=
Si!
W s = 1 → ω =W ω
4demás!
Ss =
W s V s γ o
W s
x 100
→ V s =
1 S s γ o
El peso específico de la masa por definición es! γ m=
:el esquema!
W m V m
&V ω=
W ω γ o
→V ω=
ω γ o
W s =1
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
γ m=
1 +ω 1 +ω = S s γ o 1+ ω S s ω + 1 γ o S s γ o
9"4le%& NJ !; :e os ensayos de la&oratorio se conocen, la porosidad " n), encontrar SS para un suelo saturado. 2tilice un esquema en que figuren sólo las cantidades conocidas. Sí consideramos que el V m=1 . Solución! >or definición!
n=
V v V m
Sí : V m = 1 ∴ n =V v V s= 1−n
>or lo tanto! El peso del agua será!
0 =¿ n γ 0 W ω=V ω γ ¿
4plicando la definición para S S se tendrá! n γ W s ω 0 n = = Ss = V s ( 1 − n ) γ 0 ω ( 1 −n )
W ω
= n γ 0 W s = ω ω
9"4le%& NJ -; En un suelo saturado se conocen! el peso específico )úmedo γ m D *C?C VgMm7 y su contenido de agua
ω =23 . :eterminar el
definición de Ss. Si sa&emos que W ω= 0.23 '( y
Ss
W s =1.0 '(
Solución! γ ω= γ 0=
W ω V ω
>or lo tanto!
V ω=0.23 m
Tam&i;n!
γ m=
W m V m
→ V ω=
W ω γ 0
3
= 1.23 =2.05 '( / m3 0.6
de dic)o suelo. 4plicando la .
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
>or lo Tanto!
Ss =
W s V s γ 0
=
1 =2.7 0.6
9"4le%& NK ; En un suelo saturado se conoce! S s = 2.65 S m=1.8
:etermine la relación de vacíos y el contenido de )umedad del suelo, si
Solución! >or definición! e=
V v V s
→V v =e
V v =V ω →W ω=V ω γ 0=e
Tam&i;n! Ss =
W s V s γ 0
→ W s =S s V s γ 0=2.65
4plicando la definición de S m , se tiene!
S m=
ω=
W m V m γ 0
W ω W s
=
e + 2.65 =1.8 → e =1.06 1+ e
= e = 1.06 =0.40 → ω = 40 2.65
2.65
V s= 1
!
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
9"4le%& NJ 6; 2na muestra de arcilla saturada pesa #?*@ gr. :espu;s de secada al )orno su peso pasa a ser #C?7 gr, el volumen de la muestra es de F@7 cm 7. Si el S s , es igual a *.AC. :eterminar! e, n , ω , γ m y γ d.
Solución! W s
Ss =
e=
V s γ 0
V v V s
= 473 =1.21
W s V v
V m
x 100=
x 100 =
W m
γ m=
γ d =
390
W ω
ω=
n=
3
→ V s= 390 cm
V m
W s V m
473 x 100 = 45 1053
473 x 100=55 473 + 390
= 1526 =1,78 gr / cm3 863
=
1053 =1,22 gr / cm3 863
9"4le%& NJ 8. En un suelo parcialmente saturado se conoce e, S S, 1W. Suponiendo que el gas disuelto está uniformemente distri&uido en la masa del suelo, a&a+o del nivel freático, encuentre peso volum;trico, en función de las magnitudes conocidas y )aciendo uso de un esquema apropiado. Solución! >or definición! e=
Si se )ace
V v V s
V s= 1
9
resulta! >or lo tanto!
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
V v = e ) W s= S s γ 0
Tam&i;n por definición! G ω=
V ω V v
→V ω=e G ω
corresponde! W ω= e G ω γ 0
γ m
uego determinamos el
γ m=
W m V m
=
!
( e Gω+ S s ) γ 0 1+ e
9"4le%& NJ <. En una muestra de suelo parcialmente saturado se conoce el peso específico relativo de los sólidos, el contenido de agua
( ω ) . Encuentre el peso específico
seco, la relación de vacíos y el grado de saturación en función de las cantidades conocidas, utilizando un esquema adecuado. %onsiderando que el peso de los sólidos es la unidad "#$! Solución! >or definición! ω=
W ω W s
→W ω= ω
uego! Ss=
e=
W s V s γ 0
V v V s
→ V s=
→V v =
1 S s γ 0
e S s γ 0
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
γ m=
γ 0=
W m V m
W ω
γ d =
V ω V v
W s V m
1 e + S s γ 0 S s γ 0
→ V ω=
V ω
G ω=
1 +ω
=
=
=
ω =ω γ 0
ωS ω = s e e Ss γ 0
1 1+ e Ss γ 0
=
S s γ 0 1+ e
9"4le%& NJ =. En un suelo parcialmente saturado se conocen! e =0.60, S s= 2.75 ) G ω=70
:eterminar! El peso volum;trico, el contenido de )umedad y densidad seca, sí Solución! G ω=
e=
V ω V v
V v V s
→V ω=V v G ω=0.60 x 0.70 =0.42 m
→V v =e =0.60 m
3
V aire =V v −V ω =0.60 − 0.42 =0.18 m
Ss=
ω=
W s V s γ 0
W ω W s
→ W s =S s V s γ 0=2.75 gr
x 100=
0.42 x 100 =15.30 2.75
3
3
V s= 1
.
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
W m
γ m=
γ d =
V m
W s V m
=
2.75 + 0.42 3.17 = =1.98 gr / cm3 1 + 0.60 1.60
= 2.75 = 1.72 gr / cm3 1.60
9"4le%& NJ . En una muestra de suelo parcialmente saturado se conocen! 3
V m=50 cm & W m= 95 g r . W s =75 g r . & S s=2.68
:eterminar! ω & e & n & G ω & γ m & γ d
"En OgMm7$
Solución! W ω= W m−W s= 95−75 =20 gr
V s=
V ω=
W s S s γ 0
W ω γ 0
→ ω=
e=
= 75 =28 cm3 2.68
=20 c m3 →V aire=V m−V s−V ω=50 −28− 20=2 cm3
W ω
= 20 =0.267 =26.7 75
W s
V v V s
G ω=
γ m=
γ d =
=
V ω V v
V 22 22 =0.79 * n= v = 0.44 =44 28 V m 50
= 20 =0.91=91 22
W s+ W ω V m
W s V m
=
= 95 =1900 g /m 3 50
75 = 1500 g / m3 50
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
9"4le%& NJ 1. El volumen de una muestra irregular de suelo parcialmente saturado se )a determinado cu&riendo la muestra con cera y pesándola al aire y &a+o agua. Se conocen! >eso total de la muestra al aire!
#FC.@ g
%ontenido de agua de la muestra!
#7.@B
>eso de la muestra envuelta en cera, en el aire!
#LL.7 g
>eso de la muestra envuelta en cera, sumergida!
AF.7 g
>eso específico relativo de los sólidos del suelo!
*.A#
>eso específico relativo de la cera!
C.L*
:eterminar la densidad seca de la muestra y el 1rado de Saturación . Solución! En este caso convendrá )acer un esquema en que, además de las tres fases usuales, se )aga intervenir a la cera. W m =180.6 gr→W t = W m + W cera =199.3 gr .
→W cera=199.3 −180.6=18.7 gr .
El volumen total del suelo y cera será! V m=
199.3−78.3 =121.00 cm3 γ 0
El volumen de la cera es el cociente de su peso entre su peso específico, que es un dato del pro&lema.
→V cera=
W cera γ cera
= 18.7 =20.3 cm3 0.92
El volumen de la masa de suelo será! V m=V t −V cera =121−
ω=
W ω W s
18.7 =121− 20.3=100.7 cm3 0.92
=0.136
W s + W ω=180.6 gr.→ω =
>or lo que!
180.6 − W s
W s
= 0.136
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
W s = 159 gr .
:ato que puede poner en el esquema W ω=W m−W s=180.6 −159= 21.6 ∴ V ω
=
W ω γ 0
=21.6 cm3 ) V s=
W s S s γ 0
= 159 =58.8 cm3 2.71
%on lo anterior queda completo el esquema operativo de la fig. 4)ora! V aire =121−( 20.3 + 58.8 + 21.6 )=121− 100.7 =20.3 cm
γ d =
W s V m
Gω =
3
= 159 =1580 g3 → γ +=γ d ( 1 + ω )=1794.88 g3
V ω V v
100.7
x 100=
m
m
21.6 21.6 x 100= x 100 =52 20.3 + 21.6 41.9
9"4le%& NJ 11. 2na muestra de arena totalmente seca, llena un cilindro metálico de *CC cm7 y pesa *@Cg "W S$, si su peso específico relativo de sólidos S S D *.@. :eterminar la relación de vacíos "e$. Solución! Si! Ss=
W s V s γ 0
→ V s=
V v =V m−V s =200−100 =100 cm
e=
9"4le%& NJ 1!
V v V s
260 =100 cm3 2.6
3
= 100 =1 100
El contenido de agua de un suelo saturado es 6CB. El S S de sus
partículas es *.@?. %alcule para tal suelo e y
. Sí el volumen de sólidos. %onsiderado que
m
el 8s D # y el volumen de la muestra es igual a *.C@ cm 7. Solución!
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
ss =
%onocemos : V s=
W s S s γ 0
W s
→ W s =2.65 gr .
V s γ 0
=1 cm3 &V m=2.06 cm3
V v =V m −V s =1.06 cm
ω=
W ω
γ m=
e=
9"4le%& NK 1-
=0.40 →W ω=ω W s=0.4 x 2.65 =1.06 gr .
W s
V ω=
W ω γ 0
=1.06 cm3
W s+ W ω V m
V v V s
3
+ = 2.65 1.06 =1.80 gr3 =1800 g / m3 2.6
cm
= 1.06 =1.06 1
En un suelo parcialmente saturado e D #.*9
ω =30 9 S D *.@@9 calcule S
el γ m y el γ d de dic)o suelo. Solución! ss =
γ s γ 0
γ m=
γ d =
=
W s V s γ 0
→ γ s= ss γ 0=2.66 gr . / cm
s s ( 1 + ω ) γ 0 1+ e
γ m 1 +ω
=
3
(1 + 0.3 ) ( 2.66 ) ( 1 gr / cm3 ) = =1571.8 ,g / m3 1+ 1.2
1571.8 =1209.1 ,g / m3 1.3
9"4le%& N 1. 2na muestra de suelo pesa #** gr y tiene un peso específico relativo de la muestra Sm D #.F*. El peso específico relativo de los sólidos es S S D *.?7. Si despu;s de
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
secada al )orno la muestra pesa #C6 gr. X%uál será su volumen de sólidos y de aire respectivamenteY Solución! S m=
W m V m γ 0
γ s
ss =
γ 0
=
→ V m=
W s V s γ 0
122 =67.03 1.82
→V s=
104 =41.10 cm3 2.53
V v =V m −V s =67.03 − 41.10=25.93 cm
3
9"4le%& NK 16. 2na muestra de arcilla saturada pesa #?*@gr. y #C?7gr. despu;s de secada al )orno, el volumen de muestra es de ACC cm 7. %alcule su contenido de )umedad. %onsiderando
s s =2.7
, determine, tam&i;n e, n y γ m.
Solución! W s
γ s=
V s γ 0
→ V s=
1053 = 390 cm3 2.70
V v =V m−V s =700−390 =310 cm
e=
V v V s
n=
=
V v V m
γ m=
ω=
310 = 0.79 390
x 100 =
W s+ W ω V m
W ω W s
3
310 x 100 = 44.28 700
+ = 1053 473 =2.18 gr . / cm3
x 100=
700
473 x 100 =44.92 1053
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
γ d =
W s + W ω V m
=
1053 + 0 =1.50 gr . / cm3 700
9"4le%& NK 18. 2na muestra de arena seca tiene un S s D *.A?. 2na pro&eta de #CCC cm 7 se llenó de esta muestra en su estado más flo+o, despu;s se llenó en la forma más densa posi&le. os pesos secos tomados en el la&oratorio son! W s en el estado más flo+o D ##CC gr, en el estado más denso es igual #FCC gr. El suelo en su estado natural tiene una relación de vacíos de C.F. :eterminar la densidad relativa de la muestra. Solución! #. En los la&oratorios de mecánica de suelos es determina&le! Ss=
#.#
W s γ 0 V s
En el estado más flo+o! V s=
W s
= 1100 gr = 400 cm3 1 gr γ 0 S s ( 2.75 )( 3 ) cm
V v =( 1000 −400 ) cm =600 cm 3
e máx=
#.*
600 cm
3
3 3
400 cm
=1.5
En el estado más compacto!
V s=
W s
= 1800 gr =654.54 cm3 1 gr γ 0 S s ( 2.75 )( 3 ) cm
V v =( 1000 −654.54 ) cm =345.46 cm 3
3
e mím=
345.46 cm 654.54 cm
3
= 0.53
*. :eterminación de la densidad relativa
3
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
Dr =
emáx −e nat emáx − emín
x 100 =
1.5 −0.80 x 100=72.16 1.5 −0.53
III.
EX9LORACION DE SUELOS
III.1.
In'"ducción
os mapas geológicos, cuando e(isten, dan una primera información respecto a la condición del terreno, con apro(imación se puede pronosticar las propiedades del suelo. os mapas geológicos son apropiados para la investigación previa de zonas amplias en estudio "ur&anizaciones, etc.$ muc)as veces ya son conocidas las condiciones del suelo en las inmediaciones de una o&ra por e+ecutar, o sea ya )an sido o&tenidos datos del suelo en investigaciones previas para otras edificaciones. Estos datos pueden representar la &ase de los estudios nuevos por llevar a ca&o. III.!.
O4e'i2 del es'udi del Suel.
>ara realizar
la
investigación de
un suelo,
depende de
que el
suelo
en
estudio, represente un suelo de fundación o un material de construcción. III.!.1. El Suel c% Te""en de fund&ción. >or medio de los estudios al suelo su&yacente, se quiere o&tener los valores admisi&les o aplica&les, para la so&recarga o incremento de carga, de&ido a edificaciones por construir "resistencia del suelo y comparar con la presión admisi&le o de servicio impuesta por la construcción$, "figura 7.#$. 4sí mismo, se desea averiguar algo, en cuanto al comportamiento del suelo por efecto del asentamiento o sea el efecto que produce la carga de la edificación, las vi&raciones y otros factores de las cuales se de&en conocer no solamente la magnitud si no tam&i;n el desarrollo de los asentamientos, los cuales pueden variar dependiendo del
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tipo de suelo. En suelos no co)esivos de unos centímetros y en suelos co)esivos de decímetros, la medida del asentamiento admisi&le depende del tipo de edificación y de su uso. os resultados de los estudios del su& suelo representan la &ase para! El trazado de carreteras, ferrocarriles, canales, donde se de&e tomar en
•
cuenta los asentamientos no uniformes, los deslizamientos y la presencia del nivel freático. •
a selección de la fundación más adecuada y económica de edificaciones, en cuanto a la profundidad y tipo de cimentación.
4demás se tiene que tomar en cuenta el am&iente del sitio de construcción y el efecto de la edificación a las escenas de los alrededores, tal como se muestra en la figura 7.*. a investigación del su& suelo, tam&i;n influye en la ela&oración de planos del muestreo del terreno donde se dan todos los perfiles de perforaciones y e(cavaciones ya )ec)os y otros datos conocidos.
Zapatas corridas
Zapatas aisladas
osa de cimentación
>ilotes
01234 7.#! Esquema de la tipología de cimentación y presiones de contacto
01234 7.*! Esquema de empu+e y deslizamiento de suelos
III.!.!. El suel c% %&'e"i&l de cns'"ucción. #. En la construcción de terraplenes para carreteras, ferrocarriles, canales, etc. *. En la construcción de diques "presas$ de lagos de em&alses o diques protectores en los ríos.
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7. En el relleno de muros de contención, muelles. 6. En la elevación de terrenos. ?. %omo capas de su& &ase, &ase y capas de desgaste de carreteras, aeropuertos, campos deportivos etc. @. %omo material filtrante para sistemas de drena+e de pozos etc. A. %omo material impermea&ilizante en la construcción de presas, canales etc. F. En el relleno de socavones a&andonados en minas. L. En general como material de construcción, arena, grava, piedra picada, agregados, etc.
01234 7.7! Esquema de la construcción de un terrapl;n e imagen de una presa de tierra
01234 7.6! Es uema e ima en de la construcción de un di ue de defensa ri&ereña
01234 7.?! ma en de la construcción de canales
III.!.-. Es'udis C%*le%en'&"is e i%*"escindi4les;
avimentos
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1. Efec' del u& en cu&luie" 4"&. ormalmente )a&rá que determinar la profundidad de la napa freática y sus variaciones. En los suelos co)esivos además se tiene que averiguar los cam&ios de comportamiento físico del suelo, según alteraciones en el contenido de )umedad. En &ase a estos estudios se puede tomar decisiones! #.#. #.*.
a decisión en cuanto a la reducción del nivel freático. as cotas adecuadas de las cimentaciones y la protección contra el agua
#.7.
su&terránea. as fuerzas del agua su&terránea actuantes en las edificaciones &a+o el nivel
#.6.
freático. Tipo de drena+e y protección de taludes en desmontes y terraplenes "filtros de
#.?. #.@. #.A.
drena+e, filtro de taludes.$ Seguridad al deslizamiento por de&a+o de presas, vertederos. >eligro de congelaciones "carreteras y edificaciones en zona frías.$ %ontracción e )inc)amiento del suelo, según cam&ios en el contenido de
#.F. #.L.
)umedad, lo que produce deformaciones en la o&ra. a compactación de terraplenes "carreteras$ según el contenido de )umedad. >ropiedades químicas del agua ">I, &acterias, etc.$.
!. Efec' de l& '*#"&f,&. *.#. %omo afectará al diseño de las cimentaciones y la construcción. *.*. >ropiedades adyacentes, presencia de ríos, que&radas, cunetas, canales, *.7.
ár&oles, formaciones rocosas. 4ccesos disponi&les para ve)ículos y maquinaria.
-. Efec' de l&s "edes de se"2icis su4'e""(ne. 7.#. %a&leado el;ctrico y tel;fono. 7.*. Tu&erías de agua y alcantarillado. . Efec' de l&s f"%&cines #eló#ic&s. 6.#. a posi&ilidad de )undimiento. 6.*. >resencia de fallas geológicas 6. Efec' de l& *"esenci& de sulf&'s $ sus'&nci&s u,%ic&s en el suel. ?.#.
:eterminar los posi&les efectos de deterioro en las estructuras de la cimentación por presencia de sulfatos "Ta&la *.L$, se muestra los efectos acepta&les y dañinos, según lo dispuesto por el 3eglamento acional de edificaciones "3E$.
%uadro ?! Ta&la de valores del %oncreto e(puesto a soluciones de Sulfato.
E(posición a sulfatos
Sulfato solu&le en agua "S'6$, presencia en el suelo, B en peso
Sulfato "S'6$en agua, p.p.m.
:esprecia&le
C.CC\S'6RC.#C
C.CC\S'6R#?C
-oderado
C.#C\S'6RC.*C
#?C\S'6R?CC
Tipo de cemento
5 , > "-S$, S "-S$ > "-S$, ">-$ "-S$, "S-$ "-S$
%oncreto con agregado de peso normal. 3elación má(ima aguaM cemento en peso
%oncreto con agregado de peso normal y ligero. 3esistencia mínima a compresión, f[c ->a
C.?C
6CCC
Teoría y práctica de mecánica de Suelos Severo -uy severo
C.*C\S'6R*.CC S'6]*.CC
#?CC\S'6R#CCCC S'6]#CCCC
8 8 J >uzolana
C.6? C.6?
6?CC 6?CC
0uente! 3eglamento acional de Edificaciones "3E$
8. Efec' de l& cu""enci& de ls fenó%ens n&'u"&les. @.#.
>osi&ilidad de ocurrencia de fenómenos geológicos "sismos$.
@.*.
>osi&ilidad de ocurrencia de fenómenos geológico5climático "deslizamientos, licuación de suelos$
@.7.
>osi&ilidad de ocurrencia de fenómenos )idrometeorológicos! nundaciones, por crecida de ríos, que&radas, etc.
@.6.
8ientos.
@.?.
Ieladas
III.-. M:'ds de E/*l"&ción de suels; III.-.1. E/c&2&cines *Ps & ciel &4ie"'. Es el m;todo más simple para reconocer al terreno, consiste en e(cavar un pozo donde se ve las capas de suelo en plena estratificación. a profundidad de estas e(cavaciones es muy limitada, se llega solamente a unos * a 6 metros de profundidad. En tales e(cavaciones se o&tiene tanto muestras alteradas como inalteradas. 2na vez encontrado el nivel freático ya no se penetra más y la e(cavación se da por terminada, salvo el caso que se cuente con equipo de &om&eo.
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01234 7.@! >ozos o calicatas a cielo a&ierto
III.-.!. 9e"f"&cines; @&""en&d&s %&nu&l %ec(nic&%en'eH *" *e"cusión cn c&4les li#e"s. @&""en&d&s %&nu&l %ec(nic&%en'e. ormalmente estos sondeos e(ploratorios es un medio &arato en suelos de tipo favora&les, los suelos de&en tener la co)esión suficiente para que las paredes de la e(cavación puedan permanecer sin soporte, la presencia de materiales granulares "gravas, piedras$ o cualquier o&strucción impedirá la rotación de la &arrena, la muestra de suelo o&tenida por las )elicoidales es completamente alterada, en otras pala&ras los cortes de suelo son llevados a la superficie por la );lice en movimiento continuo. Se pueden usar para o&ras de investigación del terreno si se las provee de un tu&o central )ueco en el cual se adapta el tu&o de muestreo. 9e"cusión cn c&4les li#e"s. Este m;todo se puede usar en cualquier tipo de suelo, las perforaciones se pueden alinear donde se requieran mediante tu&os de acero, usándose una gran variedad de )erramientas para diferentes tipos de suelo y roca. 2na torre con ca&les de percusión requiere un torno de fricción para levantar o &a+ar las )erramientas de perforación, estas máquinas pueden estar provistas de un motor )idráulico, para operar un taladro rotatorio adecuado para la perforación en roca )asta un límite de penetración. a perforación en suelos altamente co)esivos se efectuará con &arrenas cortadoras de arcilla, un tu&o de acero con el &orde a&ierto y una cuc)illa en el e(tremo o conc)as un tu&o de acero con &orde a&ierto y una cuc)illa en el e(tremo. as arenas y las gravas se remueven de la e(cavación con la conc)a. En caso de perforaciones en rocas o piedras grandes, se usan cinceles de varios tipos para romper la roca y los fragmentos se sacan con la conc)a. En rocas duras el proceso es lento, por lo que es preferi&le emplear el taladro rotatorio. El uso de agua vertida en el agu+ero puede ser inevita&le cuando se perfora en suelos granulares por encima de la napa freática Sin em&argo su uso de&e ser limitado siempre y cuando se agregue agua se de&en apuntar en los registros de perforación
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01234 7.A! Harrenos )elicoidales accesorios de toma de muestras
En l& 9e"f"&ción L&2&d&, el suelo se desprende y se remueve de la perforación con una corriente de agua o taladrando el lodo en el &orde inferior del tu&o del lavado, el cual es movido de arri&a )acia a&a+o o rotado manualmente o rotado dentro de la e(cavación. Estas muestras sedimentadas en el e(terior se pueden usar para propósitos de identificación. Si se sacan muestras secas en tu&os sin alteración se logrará una identificación fiel como las raspaduras de &arrena. Es más adecuado para arenas uniformes o arcillas. III.-.-. L& *"ue4& del l&2&d. Es un m;todo sencillo para determinar la profundidad de una interface entre suelo &lando o suelto y una capa firme o compacta. Se tra&a+a )acia arri&a y )acia a&a+o con tu&erías de lavado que envían agua a presión en un pozo sin revestimiento. o )ay posi&ilidades de identificación del suelo ya que el agua generalmente no regresa. Es difícil en muc)os casos imposi&le, o&tener muestras secas. Sin em&argo si se dispone de agua suficiente y el suelo
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
no contiene grandes formaciones de grava o piedras grandes, este m;todo constituye una forma rápida y económica de esta&lecer el nivel de un estrato &ien definido que puede ser reconocido al tacto por los tu&os de lavado a medida que van de arri&a )acia a&a+o. as prue&as de lavado se de&en correlacionar con perforaciones realizadas mediante m;todos más e(actos, y cuando las perforaciones están muy espaciadas, las prue&as de lavado de&en verse como datos complementarios. Son un m;todo conveniente de rápida e(ploración su&terránea en o&ras fluviales o marítimas, para investigar, por e+emplo, la profundidad en que se encuentran capas de arena o lodo so&re la roca en un proyecto de pilota+e o dragado.
01234 7.F! Es uema de erforaciones or el m;todo de lavado
III.-.. In2es'i#&cines #ef,sic&s M:'d s,s%ic.) Este m;todo se funda en la velocidad de propagación de las ondas vi&ratorias de tipo sísmico a trav;s de diferentes medios materiales. En los suelos, la velocidad de propagación varía entre #?C y *?CC mMseg., correspondiendo los valores mayores a mantos de grava muy compactos y los menores a arenas sueltas9 los suelos arcillosos tienen valores medios, mayores para las arcillas duras y menores para las &landas. En roca sana la velocidad de propagación fluctúa entre *CCC y FCCC mMseg. El m;todo consiste en provocar e(plosiones en la zona a e(plorar, colocando registradores de ondas "geófonos$ que captan las vi&raciones, transmiti;ndolas a un oscilógrafo central, las ondas > "u ondas directas$ y ondas S "u ondas refractadas$, las que llegan al geófono en tiempos diferentes. as ondas > via+an más rápido que las ondas S9 por lo tanto, la primera
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
llegada de ondas pertur&adoras estará relacionada con las velocidades de las ondas > en varios estratos. a velocidad de estas ondas se o&tiene mediante la siguiente ecuación , "Hra+a -. :as$! v=
√( )
- ( 1 + )
γ ( 1−2 ) ( 1+ ) g
:ónde! E, es el -ódulo de elasticidad9
γ , es el >eso específico o densidad natural9 g es
la aceleración de&ido a la gravedad9 ^ es el -ódulo de >oisson. >or medio de gráficos y cálculos, se averigua la estratificación del terreno. Este m;todo permite determinar espesores de los diferentes estratos, midiendo la velocidad de propagación de ondas sísmicas. >ara su interpretación, los estratos superiores de&en presentar velocidades de propagación inferiores a las de los estratos que lo su&yacen y estos de&en ser relativamente paralelos entre sí. a t;cnica de refracción sísmica, consiste en crear ondas de impacto y vi&ración en el interior del terreno. Esto se produce golpeando la superficie del suelo con un martillo, cualquier peso o mediante el estallido de una pequeña carga e(plosiva enterrada en el suelo. 4 cierta distancia del lugar donde se producirá el impacto, se colocan unos detectores llamados geófonos, dispuestos en línea recta y a distancias que vayan aumentando entre ellos "figura 7.L$. 4 trav;s de un sismógrafo, se registra el tiempo empleado por la onda elástica en llegar a cada detector y por medio de una ecuación se determina el espesor del estrato en estudio. %uanto más denso sea el material, tanto más rápido se desplazarán las ondas a trav;s de ;l. Siguiendo el siguiente procedimiento!
01234 7.L! Es uema de sondeo or refracción sísmica su determinación con la inter retación de datos
1.
'&tenga los tiempos de primer arri&o, t #, t*, t7,K, en varias distancias
(#, (*, (7,K, desde el punto de impacto. !. Trace una gráfica del tiempo
:etermine las pendientes de las líneas a&, &c, cdK
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
:ónde! a pendiente!
a/ =
1
❑1 9 pendiente
/c =
1
❑2 9 pendiente
cd =
1
❑3 9 y v#, v*, v7
son las velocidades de las ondas >, en los estratos , , ,K .
:etermine el espesor del estrato superior Z #, mediante la ecuación!
0 1=
√
1 v 2− v 1 2 v 2 + v1
(c! se o&tiene del gráfico
6.
:etermine el espesor del segundo estrato Z *, mediante la ecuación!
[
1 √ v3 −v 1 0 2= ' i 2−2 0 1 2 v3 v 1 2
2
]
v3 v2
√ v 3− v 2 2
2
:ónde! ' i 2 es el cruce de tiempo de la línea cd En el &n(lisis de "esul'&dsH se de4e 'ene" en cuen'& l si#uien'e; #. as ecuaciones para determinar el espesor de los estratos se &asan en la suposición que v#Rv*Rv7RK *. %uando el suelo está saturado de&a+o del nivel freático, la velocidad de las ondas <>= puede ser falsaria. as ondas > via+an a una velocidad apro(imada de #?CC mMs a trav;s del agua y para suelos secos y sueltos, la velocidad es menor a #?CC mMs. Sin em&argo en una condición saturada, via+arán a trav;s del agua que ocupan los poros con una velocidad apro(imada de #?CC mMs. Si previamente no se )a identificado el nivel freático, la velocidad de las ondas > pueden ser erróneamente interpretadas e indicar un material más resistente. En general de&e verificarse las e(ploraciones geofísicas mediante perforaciones. %uadro @! Ta&la de valores típicos de velocidades de las ondas >
Tipo de suelo 4rena, limo seco y suelo superior de grano fino 4rcillas compactas, grava arcillosa y arena arcillosa densa oes 4luvial Rc&; >izarra y esquistos 4renisca 1ranito %aliza sana
8elocidad en mMseg. 200
1000
1000
2500
250 500
750 2000
2500 1500 4000 5000
5000 5000 6000 1000
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
0uente! Hra+a -. :as
M:'d din(%ic.5 "m;todos gravim;tricos$. En los m;todos gravim;tricos se mide la aceleración del campo gravitacional en diversos puntos de la zona a e(plorar. os valores de dic)a aceleración ligeramente más altas que el normal de la zona indicaran la presencia de masas duras o rocas9 lo contrario será un índice de la presencia de masas ligeras o cavernas. M:'d de "esis'i2id&d el:c'"ic&.) a principal aplicación de este m;todo está en el campo de la minería, pero en mecánica de suelos tam&i;n se )a aplicado, para determinar la presencia de estratos de roca en el su& suelo la &ase de este m;todo, consiste en mediciones de la resistividad el;ctrica de los suelos, la cual varía con la naturaleza del mismo. a resistencia que opone al paso de la electricidad, dependerá en gran parte de la densidad y )umedad del suelo. El procedimiento consiste en enviar mediante dos electrodos impolariza&les, una corriente el;ctrica de intensidad I, de ser posi&le continúa y medir la diferencia de potencial _ e(istente entre otros dos electrodos "figura 7.#C$. El conocimiento de _ e I, permite calcular una resistividad del suelo, mediante el suministro de corriente directa o de &a+a frecuencia. Según, Wenner 0ranV "#L#?$, para medir la resistividad el;ctrica de los suelos, utilizo un equipo que consta de 6 conectores enlazados al equipo y 6 electrodos insertados en línea recta en el suelo, a una misma distancia ":$ y a una misma profundidad ")$.
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
01234 7.#C! Esquema para medir la resistividad el;ctrica del suelo
a resistividad el;ctrica, viene )acer el factor más importante de la resistencia de la tierra y para calcularla, se utiliza la ecuación siguiente! 1 = 2 2 34
:ónde!
1 es la medida de la resistividad el;ctrica del suelo9 4 es la distancia entre
electrodos9 3 es la lectura del terrómetro en o)ms. '&s;rvese que la profundidad H, no interviene en el cálculo, sí 4]*CH, por lo que H se considera desprecia&le.
a
resistividad
"_$
el;ctrica
se
determina mediante la ecuación! δ
R A =
L
:ónde! 3, es la resistividad el;ctrica9 4, es el área de la sección transversal del material9 , es la longitud del material y %, es la resistividad el;ctrica "o)m. -9 o)m. %entímetro$. a resistividad depende del contenido de agua. 4sí las arcillas saturadas tienen muy &a+a resistividad el;ctrica9 a la inversa los suelos y rocas secos tienen alta resistividad. Ta&la A! Ta&la de valores típicos de resistividades de suelos y rocas Ti* de suel Resis'i2id&d en O5%s / c% 4rcilla o limo orgánico saturado ?CC5*,CCC 4rcilla o limo inorgánico saturado 4rcillas y imos duros semisaturados, arenas y gravas
#,CCC5?,CCC ?,CCC5#?,CCC
saturados utitas, arcillas y limos secos
#C,CCC5?C,CCC
4reniscas, arenas y gravas secas 3ocas cristalinas sanas
*C,CCC5#CC,CCC #CC,CCC5#[CCC,CCC
0uente! SoGers 1. H y SoGers 1. 0. "#LL?$
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
a caída de volta+e, `8, se mide entre los electrodos internos. Si el perfil del suelo es )omog;neo, la resistividad el;ctrica queda determinada mediante la ecuación! 1 =
2 2D5V 6
:ónde! :, es la distancia en metros9 ΔV, es la caída de volta+e entre dos electrodos interiores9 , es la corriente el;ctrica entre ?C y #CC miliamperios. En la naturaleza el suelo se encuentra en estratos, por lo tanto tendrán resistividades diferentes, la resistividad determinada mediante la ecuación anterior se lo conoce como resistividad aparente. a o&tención de la resistividad real de varias capas y sus espesores se usa el m;todo empírico siguiendo los pasos! #. '&tención de la resistividad aparente. *. 3ealizar las prue&as con varios espaciamientos de los electrodos. En consecuencia la suma de las resistividades ∑_ se grafica como ordenadas. 7. as distancias <:= se grafican como a&scisas. 6. a figura tendrá segmentos relativamente rectos. a pendiente de estos dará la resistividad de los estratos individuales. ?. El cálculo de los espesores Z #, Z*, Z7, ... Se determina según se o&serva en la figura
III..
Es*&ci&%ien' $ *"fundid&d e/*l"&'"i& 0e/c&2&cines $ *e"f"&cines.
El número, tipo y profundidad de los sondeos que de&en e+ecutarse, depende fundamentalmente del tipo del su& suelo y de la importancia de la o&ra. >or e+emplo en lugares de perfil errático, tales como cauces fluviales o glaciares, en general se presentan los pro&lemas más delicados, pues es muy pro&a&le cometer errores que )ace que resulte muy difícil una determinación precisa de las propiedades &ásicas, resistencia y compresi&ilidad! En cam&io en lugares con perfiles de estratificación más uniforme, los sondeos e(ploratorios, se llevan a ca&o de una forma más precisa y más segura. 2n punto que requiere especial cuidado es la determinación de la profundidad a la que de&e llevarse la e(ploración del suelo. >ara fines de cimentación, en donde asentamientos y resistencia son los factores determinantes, el área de apoyo de las estructuras, concretamente el anc)o, es de importancia vital, pues el efecto de las presiones superficiales aplicadas al suelo es netamente dependiente de este concepto. El sondeo de&e llevarse a una profundidad tal que los esfuerzos transmitidos desde la superficie ya no produzcan efectos de importancia, o sea cuando las presiones transmitidas llegan a ser del orden de ? a #CB de las aplicadas, "figura 7.A$. En otras ocasiones, la profundidad de los sondeos se fi+ará con criterios muy diferentes, un caso típico se tiene cuando los sondeos revelan la presencia de suelos muy &landos, que o&liguen a pensar en
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
la conveniencia de cimentaciones piloteadas, apoyadas en estratos firmes tales estratos resistentes. En otros casos, se )ará necesario precisar las características del suelo &lando para poder estimar los asentamientos y capacidad de carga con que se diseñan esos pilotes.
01234 7.##! Esquema de la profundidad de e(ploraciones en el su& suelo
>ara citar un e+emplo! nvestigando al suelo de una presa por construir es necesario encontrar los estratos impermea&les y firmes respectivamente, para reconocer el espesor de las capas superficiales por impermea&ilizar y esta&ilizar. a profundidad de las perforaciones quedan definidas por la profundidad del suelo afectado por las presiones de soporte de la cimentación, según Houssinesq, la fuerza vertical a una profundidad #.? el anc)o del área cargada, así tenemos para varias condiciones de cimentación "figura 7.#*$.
%imentaciones profundas ">ilotes$
01234 7.#*! >rofundidad de las perforaciones para diferentes condiciones de cimentación
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III.6. T%& de %ues'"&s 0&l'e"&d&s e in&l'e"&d&s *&"& ens&$s de l&4"&'"i III.6.1. Mues'"&s &l'e"&d&s Estas muestras se o&tienen tanto en pozos a cielo a&ierto como en perforaciones. a te(tura original del suelo ya está destruida con estas muestras. o es posi&le determinar la compacidad ni el peso volum;trico "densidad aparente$ del suelo, no o&stante sirven para precisar otras propiedades físicas, tales como la granulometría, límites de plasticidad, peso específico de sólidos. as muestras alteradas se sacarán en todo cam&io en los estratos, o por lo menos de cada metro de profundidad. >ara poder determinar el contenido de )umedad es necesario poner las muestras inmediatamente dentro de un recipiente )erm;tico cerrado a menos que e(ista un equipo para averiguar el contenido de )umedad n Situ. III.6.!. Mues'"&s in&l'e"&d&s Estas muestras que conservan su estado original "la compacidad natural, peso volum;trico original, etc.$ serán o&tenidas cuando sea necesario determinar ciertas propiedades del suelo "compacidad, resistencia, asentamiento, permea&ilidad etc.$. En perforaciones es muy difícil o&tener muestras inalteradas, para tales fines, se requiere de equipo muy especial, y además se o&tiene las muestras solamente de suelos co)esivos o de rocas. Sin em&argo, en pozos a cielo a&ierto no es pro&lemático sacar las muestras inalteradas, para este propósito se puede utilizar un cilindro de acero de la forma siguiente! as muestras inalteradas se o&tendrá tam&i;n cortando cu&os mediante un cuc)illo longitudinal de arista del cu&o #? cm. :ado el caso, que no se investigue a las muestras inmediatamente despu;s del muestreo, entonces las muestras de&erán cu&rirse )erm;ticamente con parafina o en caso de que se )aya e(traído con cilindro muestreador este de&e taparse a am&os e(tremos. III.6.-. En ls suels de &l'& c5esión Susce*'i4les de &l'e"&ción 3equieren de una &uena decisión de toma de muestras como por e+emplo emplear un pistón o tu&o de paredes delgadas que empu+a o introduce en el suelo con ayuda de un gato )idráulico, nunca forzado a golpes de martillo. III.6.. En ls suels n susce*'i4les de &l'e"&ción El muestreo de estas clases se )ace con tu&os a&iertos que son martillados en el suelo con martillo deslizador o a partir de muestras tomadas a mano cuidadosamente de los pozos de prue&a.
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En general el ingeniero de&e reconocer el +usto valor de la calidad del muestreo, tanto que esta puede significar una economía de los costos de diseño, un muestreo de alta calidad representa una mayor e(actitud en la determinación de las fuerzas cortantes, con mayores presiones de soporte, por consiguiente, una reducción en los costos de cimentación. Tam&i;n de&e estudiar el pro&lema de la cimentación y decidir que grado de perfección en el muestreo es económicamente +ustifica&le, mantener siempre presente que ciertas prue&as n situ, como las de veleta o cono, pueden proporcionar información más confia&le que las prue&as de la&oratorio )ec)as en muestras inalteradas. III.8.
Ens&$s de 9ene'"&ción.
os ensayos de penetración in situ están muy difundidos )oy en día, principalmente por su sencillez y por su costo relativamente accesi&le, pero de&emos agregar que en muc)os casos su interpretación es muy difícil. os penetrómetros son &arras metálicas que se introducen en el terreno para medir determinadas propiedades del mismo y generalmente están constituidas por las varillas, la punta que se introduce en el terreno y el dispositivo de accionamiento. %onstituyen un m;todo au(iliar en la investigación de las características del terreno, sus resultados permiten o&tener ciertos datos so&re la densidad de los suelos y la consistencia de suelos co)esivos, así como compresi&ilidad y resistencia al corte. Son usados generalmente para determinar los límites de las capas, niveles rocosos o estratos resistentes y las cavidades del terreno. Tam&i;n sirven para compro&ar rápidamente la uniformidad del terreno, en com&inación con otro reconocimiento, como por e+emplo los sondeos. os ensayos de penetración pueden ser dinámicos, que consisten en )incar mediante golpes una varilla o tu&o, o pueden ser estáticos, que consisten en medir la resistencia a la penetración de la varilla, la que se )inca lentamente, de modo que los efectos dinámicos resultan desprecia&les, es decir, la punta es forzada )acia adelante a una velocidad regulada. Ti*s de *ene'"ó%e'"s 9ene'"ó%e'"s es'('ics. El más típico es el cono )oland;s "%>T$ o cono estático, el cual se )inca mediante una fuerza estática, dada por gatos mecánicos o )idráulicos. %onsta de un tu&o, en cuyo interior se alo+a una varilla, que lleva en la punta un cono @Cb "8er figura$. Se mide el esfuerzo necesario para la )inca del con+unto y de vez en cuando sólo se )inca la varilla interior móvil, lo que da la fuerza necesaria para la )inca del cono, es decir, la
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resistencia del terreno a la punta del cono. >or diferencia, es posi&le o&tener la resistencia por el fuste, de&ida a la ad)erencia y el rozamiento entre el tu&o y el t erreno. os resultados de la penetración estática se representan gráficamente de la siguiente manera! se grafica en ordenadas la profundidad y en a&scisas la resistencia por la punta "Vg Mcm*$ o su resistencia total y el roce del tu&o de revestimiento "fuste$. os ensayos de penetración estática dan &uenas indicaciones so&re la resistencia del terreno, pero tienen la desventa+a de que en suelos densos o muy densos, el equipo pueda quedar &loqueado al no poder imprimir una fuerza mayor de penetración, con lo cual es imposi&le llegar a grandes profundidades. 9ene'"ó%e'"s din(%ics. a manera más simple de o&tener información so&re el grado de compactación in situ "compacidad en suelos granulares9 consistencia en suelos finos$, consiste en golpear una &arra y medir lo que penetra en el terreno en función del número de golpes. En comparación con el penetrómetro estático, la interpretación es más difícil, sin em&argo la e+ecución del ensayo es más sencilla, por ello este tipo de ensayos están ampliamente difundidos. a mayor venta+a del penetrómetro dinámico so&re el estático es que no necesita el lastre o ancla+e de reacción de ;ste último, que muc)as veces puede ser de varias toneladas, como consecuencia tenemos que los penetrómetros dinámicos son muc)o más mane+a&les &aratos y rápidos. E(isten varios tipos de penetrómetros dinámicos, por e+emplo el tipo : 6CL6, el penetrómetro estándar 4ST- :5# ? F @, penetrómetros manuales, etc. 9ene'"ó%e'"s %&nu&les. Este tipo de penetrómetros se )inca en el terreno mediante golpes dados generalmente con un mazo de madera. %omo es usual al resto de los penetrómetros, es posi&le registrar el número de golpes y las profundidades de penetración. Tam&i;n se pueden o&tener pequeñas muestras del terreno mediante una ranura longitudinal y los )uecos superiores que comúnmente poseen. 9ene'"ó%e'" DIN ) . E(isten dos tipos! ligero y pesado. El penetrómetro ligero puede emplearse en suelos no muy compactos )asta profundidades de unos F metros. >ara profundidades mayores y suelos más rígidos se utiliza el penetrómetro pesado.
Ta&la *.#*! Ta&la indicando las características de >enetrómetros : P 6CL6 9es del M&P
Al'u"& de c&,d&
igero
0Q# #C
0c% ?C
Tu&o ** ( 6.?
0% #.C
>esado
?C
?C
8arilla de sonda+e
#.C 5 *.C
9ene'"ó%e'"
0uente! Sc)ulze W. y Simmer O., #LAC
&"ill&s
L&"# de 2&"ill&s
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Ens&$ de *ene'"&ción n"%&l 0S9TH se#n n"%& ASTM D)16=8) 8T. Este m;todo es ampliamente conocido y relativamente simple. %onsiste en contar el número de golpes que se requieren para )incar 7C cm. una cuc)ara saca muestras en el terreno, con un peso determinado y una altura de caída fi+a. El muestreador usado, comúnmente llamado cuc)ara normal, es de *= de diámetro y se )inca en el fondo del pozo mediante la acción de golpes de un martinete que pesa @? Vg., el que cae desde una altura de A?cm. >ara efectuar el ensayo es preciso avanzar con un sondeo normal. 4l llegar al punto que se desea ensayar se introduce la cuc)ara de *= )asta el fondo. En esta perforación previa se de&e retirar todo el material pertur&ado o suelto "si el suelo es co)esivo generalmente las paredes mantienen su posición, pero si se trata de suelos de paredes inesta&les se suele entu&ar con revestimiento metálico o lodos ti(otrópicos$. 2na vez introducida la cuc)ara en el fondo de la perforación )aci;ndola penetrar unos #? cm. mediante golpes a las ca&ezas de las varillas, se inicia entonces el ensayo de penetración, contando el número de golpes "$ necesarios para )acer penetrar la cuc)ara 7C cm. o de&e contarse el número de golpes necesarios para introducirla los primeros #? cm. ya que se supone que el terreno se puede encontrar alterado en el fondo del sondeo. Se cuentan sin em&argo los golpes necesarios para introducirla los 7C cm. Siguientes y este será el número de penetración estándar " N$ 2n criterio de rec)azo a la penetración, es cuando el avance es menor a #= por cada ?C golpes. Terminado el ensayo, se gira la cuc)ara y se e(trae la muestra, se desarma el muestreador retirando la camisa interior que posee dic)a muestra. a información que entrega este ensayo es muy valiosa pero su interpretación y análisis requiere de e(tremada prudencia, fundamentalmente por las limitaciones que se presentan en la e+ecución del ensayo y factores atri&ui&les a las características del terreno mismo, por e+emplo, valores de N distintos para un mismo estrato de&ido a que los suelos no siempre se encuentran uniformemente distri&uidos, siendo la causa de esta variación, la presencia de partículas gravosas, rellenos u otros materiales similares. El S>T entrega una &uena referencia acerca de la compacidad de los suelos arenosos, sin em&argo, en estratos de grava la cuc)ara no puede )incarse, pues la afilada punta de la cuc)ara se do&la. En suelos arcillosos los resultados no son muy confia&les, e(istiendo circunstancias conocidas que +ustifican la falta de garantía de los resultados o&tenidos. >rimero, la arcilla
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e()i&e cierta viscosidad o resistencia a la deformación rápida, lo cual influye en el ensayo, sin que tenga correspondencia en la resistencia del terreno a cargas permanentes. Segundo, se )a podido compro&ar que una gran parte de la resistencia a la penetración de la cuc)ara en arcillas, se de&e a la ad)erencia a la superficie lateral, pero ;sta tratándose de un fenómeno tan rápido, queda influido por la sensi&ilidad de la arcilla, su ti(otropía y en general, por la capacidad de este suelo a ad)erirse casi instantáneamente a una superficie metálica. T%& de %ues'"&s. a muestra se retira de la camisa que la contiene y se coloca en envases o recipientes especiales, sellándola con parafina sólida. Se rotula para su identificación y se envía al la&oratorio para los ensayos pertinentes. Esta muestra de&e considerarse como remoldeada, ya que el espesor de las paredes del tu&o es muy grande con relación a su diámetro interior. En cada ensayo que se e+ecute se de&en anotar los datos relativos al sonda+e mismo, como por e+emplo fec)a, número del sondeo, m;todo de perforación, sistema de recu&rimiento del pozo, profundidad, nivel freático, límites o cotas de los estratos, identificación de los suelos, registro del índice de penetración y tiempo de duración del ensayo.
Ta&la *.#7! Ta&la de valores de P :ensidad relativa según el ensayo S>T N 0*&"& 5undi" - c% C56 65#C #C57C 7C5?C ]?C N 09&"& 5undi" - c% * *56 65F F5#? #?57C ]7C
Densid&d "el&'i2& -uy suelta Suelta -edianamente densa :ensa -uy densa Cnsis'enci& -uy &landa Hlanda -edia 3ígida -uy rígida :ura
0uente! Ta&la *.#6! Ta&la de valores de P :ensidad y ángulo de fricción interna, -eyer)of Densid&d "el&'i2& N0S9T -uy suelta R6 R7C Suelta 65#C 7C57?
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%ompacta :ensa -uy densa
#C57C 7C5?C ]?C
7?56C 6C56? ]6?
0uente!
os valores más &a+os mencionados en la ta&la anterior, corresponden a arenas uniformes, en cam&io los valores altos a arenas &ien graduadas. %uando las arenas sean algo arcillosas, el valor inferior de&e reducirse en un mínimo de ?b y cuando se trate de arenas mezcladas con gravas, el límite superior puede incrementarse en ?b. 0inalmente, -eyer)of relacionó la resistencia por punta del cono dinámico ")oland;s$ y el número de golpes "$ del S>T "ta&la *.#?$, mediante la siguiente e(presión! 4 != n x (
:ónde! 4 ! , es a resistencia por punta "VgMcm*$9 es el índice de penetración estándar ST>9 n es el valor de ta&la según el tipo de suelo.
Ta&la *.#?! Ta&la de valores de n, según el tipo de suelo, -eyer)of N Ti* de suel *.?
imo arenoso
7.@
4rena y arena con gravas
6.C 6.F
4rena fina y arena limosa 4rena fina a media
F5#F
4rena y grava
#*5#@
1rava arenosa
0uente!
N'&; Todas las muestras e(traídas de pozos de sondeo de&en marcarse con! om&re de la o&ra, lugar, fec)a del muestreo, número del pozo, número de la muestra, profundidad de la muestra e(traída, tipo de muestra "alterada ó inalterada$, marcar lado superior e inferior de la muestra, las muestras de&en protegerse contra los rayos del sol y el calor. III.<.
Rec%end&cines *&"& e/*l"&ción de suels Ta&la *.#@! Ta&la de valores de espaciamiento de e(ploraciones Es'"uc'u"& 09"$ec'
Es*&ci&%ien' 0%
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2r&anizaciones con casas )asta * pisos 0á&ricas de un piso "luces )asta @ metros$ Edificios para varios pisos %arreteras y aeropistas >resas >uentes %anteras %anales 8ías ur&anas
6C P AC 7C P @C *C P ?C *?C P ?CC *C P @C *C P *? ?C P #CC ?CC P #CCC ?C 5 #CC
Ta&la *.#@! Ta&la de valores de espaciamiento de e(ploraciones, en edificios 7C -ET3'S
# 7.? m.
N%e" de *iss * 7 6 @.C m #C.C m #@..C m
? *6.C m.
@C -ET3'S #*C -ET3'S
6.C m. 6.C m.
7.? m 7.? m
77.C m. 6#.C m.
Es'"uc'u"& 0*"$ec'
#*.? m. #7.? m.
*#.C m. *?.C m.
Se#n l& A%e"ic&n Scie'e f Ci2il En#inee"s 01ara edificios ligeros de acero yMo edificios estrec)os de concreto D !=3 x S
0.7
>ara edificios pesados de acero yMo edificios anc)os de concreto D !=6 x S
0.7
:ónde! :p, es la profundidad de perforación o e(cavación en metros9 S representa el número de pisos. Se#n el "e#l&%en' N&cin&l de Edific&cines 0RNE >ara cimentaciones superficiales sin sótano D != D 7 + 1.5 8
>or necesidad estructural, para cimentaciones con sótano D != 9 + D 7 + 1.5 8
:ónde! :p es la profundidad de perforación o e(cavación en metros9 : f :istancia 8ertical de desplante de la zapata o fondo de cimentación9 H es el anc)o de la zapata más grande9 I es la distancia vertical entre el nivel del piso terminado del sótano y la superficie del terreno natural. III.=.
Me'dl#,& *&"& el *"ces de l& e/*l"&ción del suel
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a metodología usada es de tipo e(ploratorio y descriptivo. Se inicia con tra&a+os de e(ploración de campo, luego el muestreo, seguido del análisis de la&oratorio, para finalmente a la luz de los resultados ver la facti&ilidad del proyecto III.=.1. Reclección de Inf"%&ción @i4li#"(fic&. En esta fase se recopilará y analizará toda la información e(istente de la zona involucrada en el estudio, como cartografía, Topografía de la zona en estudio e información estadística de la ocurrencia de fenómenos naturales que )an generado situaciones de desastre, a fin de disponer de un panorama total del am&iente donde se desarrollara el proyecto. •
Tener una idea general del tipo de Estructuras de uso general.
•
Tener una idea general de la topografía y del tipo de suelo que se encontrara cerca y alrededor del lugar de estudio, se o&tiene las siguientes fuentes! -apas de levantamientos geológicos P 1E--ET %arta acional 3eportes de los suelos estudiados nformación Iidrometereológica 3eglamento nacional de Edificaciones orma EC?C -anuales de Suelos, entre otros. a nformación o&tenida así es sumamente útil en la planeación de una investigación. En algunos casos se logran a)orros considera&les si se detectan de antemano pro&lemas que pueden luego encontrarse en el >rograma de E(ploración.
III.=.!. Recnci%ien' de c&%* El ngeniero de&e siempre )acer una inspección visual del lugar de estudio para o&tener información so&re! •
a topografía general del lugar, la posi&le e(istencia de canales de drena+e, &otaderos de &asura y otros materiales. 4demás la evidencia del flu+o plástico en taludes y grietas profundas y ampliar a intervalos regularmente espaciados puede ser indicativo de suelos e(pansivos.
•
Estratificación del suelo en cortes profundos, como los que se realizan para la construcción de las vías.
•
Tipo de vegetación en el sitio que indique la naturaleza del suelo.
•
Iuellas de niveles altos del agua en edificios y en estri&os de puentes.
•
iveles de agua freática, que son determinados por o&servación de pozos cercanos.
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Tipos de construcciones vecinas y e(istencia de grietas en muros o
•
viviendas. •
Evidencia de erosión en las ri&eras de los ríos o torrenteras.
•
a evidencia de inundaciones fluviales o pluviales. a aturaleza de la estratificación y propiedades físicas de suelos vecinos, tam&i;n se o&tienen de reportes disponi&les de la e(ploración del su& suelo para estructuras e(istentes.
III.=.-. In2es'i#&ción del si'i a fase de investigación del sitio del programa de e(ploración consiste en la planeación, efectuar sondeos de prue&a y recolectar muestras del suelo a los intervalos deseados para su& secuentes o&servaciones y ensayos de la&oratorio. a profundidad mínima apro(imada requerida de los sondeos de&e ser predeterminada. a profundidad puede ser cam&iada durante la operación de &arrenado o de e(cavación a suelo a&ierto, dependiendo del suelo encontrado en la profundidad Z. >ara determinar la profundidad mínima apro(imada se de&e tener en cuenta las reglas esta&lecidas 7.#.
:eterminar el espaciamiento de las calicatas utilizando las ta&las estadísticas, se cuadricula el área de estudio en )ectáreas y de acuerdo a las necesidades de o&tener la información se determina áreas para la e(ploración
7.*.
:eterminar la profundidad de la e(cavación yMo perforación mediante la distri&ución de tensiones en el su& suelo.
7.7.
4nálisis de los resultados de los Ensayos de la&oratorio
El proceso de dentificar las capas o estratos de depósitos que su&yacen &a+o una estructura y sus características físicas que se denomina e(ploración del suelo. Su >ropósito es o&tener información que ayude al ingeniero en! #.
Seleccionar el tipo y profundidad de la cimentación adecuada para una estructura dada.
*.
Evaluar la capacidad de carga de la %imentación.
7.
Estimar el asentamiento pro&a&le de una estructura.
6.
:etectar pro&lemas potenciales de la cimentación "por e+emplo! suelo e(pansivo, suelo colapsa&le, relleno sanitario, antiguo cementerio, etc.$
?.
:eterminar la ocalización del nivel freático.
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
@.
>redecir el empu+e ateral de la tierra en estructuras como muros de retención, ta&la estacados.
A. 7.6.
Esta&lecer m;todos de construcción para condiciones am&ientales del suelo. >ropiedades 1eot;cnicas del suelo
Estas propiedades pueden ser determinadas mediante apropiadas prue&as de a&oratorio. 3ecientemente se )a puesto ;nfasis en la determinación in5situ de las propiedades de resistencia y deformación del suelo. :e&ido a que así se evita la pertur&ación de las muestras durante la e(ploración de campo. 4sí mismo el ngeniero de&e ser consciente de que los depósitos del suelo natural so&re los cuales las cimentaciones se construyen, no son )omog;neas en la mayoría de los casos. El ngeniero de&e entonces tener un conocimiento pleno de la geología de la zona. Es decir, del origen y naturaleza de la estratificación del suelo, así como las condiciones del agua del su& suelo. Ens&$s de l&4"&'"i
I.
GRANULOMETRIA DE LOS SUELOS
.1.
In'"ducción
El ingeniero interesado en suelos de&erá estar suficientemente enterado de los m;todos y criterios &asados en la distri&ución granulom;trica. a finalidad es o&tener la distri&ución por tamaño de las partículas presentes en una muestra de suelo. 4sí es posi&le tam&i;n su clasificación mediante sistemas como 44SIT'
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o S2%S. El ensayo es importante, ya que gran parte de los criterios de aceptación de suelos para ser utilizados en &ases o su& 5&ases de carreteras, presas de tierra o diques, drena+es, etc., depende de este análisis. >ara o&tener la distri&ución de tamaños, se emplean tamices normalizados y numerados, dispuestos en orden decreciente. .!.
Definición
Es el estudio y determinación de los diferentes tamaños de las partículas de los suelos, la granulometría ofrece criterios que permiten encasillar a un suelo en sistemas de clasificación ampliamente difundidos con la posi&ilidad de poder utilizar e(periencias de otras investigaciones. .-.
Cl&sific&ción de ls suels se#n in2es'i#&cines de l&s ins'i'ucines in'e"n&cin&les.
:ónde! 20%4:'! 'rganización de ormas con >ropósito 1eneral. 44SIT'! 4sociación 4mericana de 4gencias 'ficiales de %arreteras y Transportes "construcción de carreteras$. 4ST-! Sociedad 4mericana para Ensayo de -ateriales. 044! 4gencia 0ederal de 4viación "construcción de aeropuertos$. 2S'4! Sistema del :epartamento de 4gricultura de los Estados 2nidos. -T! nstituto Tecnológico de -asac)ustts. ..
An(lisis %ec(nic $ #"&d&ción de suels
%omprende todos los m;todos para la separación de un suelo seco en diferentes tamaños o fracciones. El de tamizado para las partículas grueso P granulares "gravas, arenas$ y el de sedimentación para la fracción fina del suelo "limos, arcillas, granos R a C.CA? mm$, pues no son discrimina&les por tamizado. ..1 An(lisis G"&nul%:'"ic *" T&%iP&d en Sec. Refe"enci& ASTM D!1)6= $ D!!) 8-. AAS7TO T=<)< $ AAS7TO T==)<
8iene )acer la actividad de )acer pasar la muestra de suelo seco mediante un +uego de tamices que se disponen en forma descendente de acuerdo a la a&ertura de su diámetro en mm. Iasta el tamiz *CC "C.CA? mm.$
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
%uadro 7.#! Ta&la de los diámetros de mallas según las ormas 4ST-. SE1 4S '3-4S 4STb -44
4HE3T234 E "mm$
@N ?N 7N *#M*N *N ##M*N #N 7M6N #M*N 7MFN #M6N 6 F distri&ución
SE1 4S '3-4S 4STb -44
-allas utilizadas en la 'ficina de '&ras >ú&licas de -;(ico
a
4HE3T234 E "mm$
#?*,CC #C *,CC #*A,CC #@ #,#F A@,7C *C C,F? @7,7C 7C C,@C ?C,FC 6C C,6*? 7F,#C ?C C,7C *?,6C @C C,*? #L,C? FC C,#C #*,AC #CC C,#? L,?* #6C C,#C@ 200 & @,7? C,CA? 6,A? *AC C,C? *,7@ 6CC C,C7F granulom;trica de los suelos, suele ser representada en una
granulom;trica=, di&u+ando con porcenta+es en peso como ordenadas y tamaños de partículas como a&scisas. a representación en escala semilogaritmica "e+e de las a&scisas en escala logarítmica y a escala natural las ordenadas$, un suelo constituido por partículas de un solo tamaño estará representado por una línea vertical, una curva muy tendida indica gran variedad en tamaños "suelo muy )eterog;neo$, suelo &ien graduado. %omo una medida simple de la uniformidad de un suelo, se utiliza el coeficiente de uniformidad "%u$. El mismo que indica la variación del tamaño de las partículas presentes en la muestra de ensayo. 4sí mismo se puede indicar que sí este valor es muy grande quiere decir que entre los diámetros : @C y :#C difieren en tamaño aprecia&lemente. o podemos estar seguros que no e(ista un vacío de gradación. %omo medida de la gradación, se utiliza el coeficiente de curvatura "%c$. El mismo que indica la forma de la curva entre : @C y :#C.
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
3epresentación gráfica de
los
tamaños
de
granos de una muestra.
:eterminación de la 1raduación del suelo.5 se suele determinar el %oeficiente de 2niformidad "% u$ y %oeficiente de %urvatura "%c$, el suelo se considera &ien graduado y se sim&oliza con la letra "W$9 si se cumple las dos condiciones que se descri&en a continuación, caso contrario será mal graduado ">$. #. %oeficiente de 2niformidad "% u$ D60 % u = D10
:ónde! :@C significa tal tamaño de grano que el @CB en peso pasa9 : #C significa tal tamaño de grano que el #CB en peso pasa. Sí : % u > 3,
El suelo será Ieterog;neo9 R 7, el suelo será muy uniforme9 ] #?, el
suelo será muy )eterog;neo. *. %oeficiente de 1radación o %urvatura"% c$
( D30 )2
% c = D60 D 10
:ónde! :7C significa tal tamaño de grano que el 7CB en peso pasa Sí! #R %c R 7, Entonces será un suelo &ien graduado compuesto por todo tamaño de partículas. N'&; En los ensayos de 1ranulometría, los coeficientes de uniformidad y curvatura serán determinados, si se cumple que el #* B o menos pasa por la malla b *CC. 9"4le%& NK 1! Se tiene los siguientes datos del ensayo de granulometría por tamizado en seco. :eterminar el %u y %c, así mismo graficar la curva granulom;trica. Solución!
#. Se determina el porcenta+e de error "E$ -=
W i − W 7
ensayo
W i
x 100
R *B, caso contrario se de&e repetir el
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
- =
:ónde!
472.5 − 471.8 x 100 =0.15 < 2 → O 472.5
E es el error por tamizado9 Wi es el peso seco inicial del
tamizado, Wf es el peso seco final del tamizado. *. %on los datos de la&oratorio, peso de la muestra seca antes de lavar W s =500 gr
, es el #CCB, para el cálculo de la columna "6$, )aciendo uso
de la regla de tres simple, de la siguiente manera! 'eso m(estra seca antes del lavado )*s+ en r. 'eso tarro en r. 'eso m(estra seca desp(s de lavar en r
#
*
500 421.2 472.5
,ota La m(estra es lavada en la malla , 200 )0.075 mm+/ el traao se dee realiar con pr(dencia con la nalidad de no deteriorar el tami.
7
6
i#metro 'eso et. alla , )mm+ )r+ etenido 4 10 20 40 60 100 200 :aoleta
4.750 2.000 0.840 0.425 0.250 0.150 0.075 0.00
7.
!.80 3!.50 72.60 128.50 108.50 103.00 8.40 1.50 471.80
1.!6 7.!0 14.52 25.70 21.70 20.60 1.68 5.!4 100.00
? Ac(m(la do 1.!6 !.86 24.38 50.08 71.78 !2.38 !4.06 100.00
@ 9(e pasa !8.04 !0.14 75.62 4!.!2 28.22 7.62 5.!4 0.00
%on el
porcenta+e que pasa "B$ versus la a&ertura de las mallas "mm$, en un sistema de coordenadas, el primero se grafica en el e+e de ordenadas en escala natural y el segundo se grafica en el e+e de a&scisas a escala logarítmica y luego se unen los puntos de intersección con la ayuda de un pistolete, con lo cual queda graficada la %urva 1ranulom;trica. 6. %álculo del %u y %c % u =
( D 60) =3.64 >3 O ( D 10)
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
( D30 )2
= 0.73< 1 no satis7ace % c = D60 D 10 ?. %onclusión! %omo no cumple las dos condiciones, por lo tanto el suelo se considera mal graduado. 9"4le%& NK !! Se tiene los siguientes datos del ensayo de granulometría por tamizado en seco, si el peso seco despu;s del lavado es de #?#?#.* gr. :eterminar el %u y %c, así mismo graficar la curva granulom;trica Solución!
#. Se determina el porcenta+e de error "E$ -=
W i − W 7 W i
x 100
R *B, caso contrario se de&e repetir el
ensayo - =
:ónde!
15151.2 − 15151.2 x 100=0.00 < 2 →O 15151.2
E es el error por tamizado9 Wi es el peso seco inicial del
tamizado, Wf es el peso seco final del tamizado. *. %on los datos de la&oratorio, peso de la muestra seca despues de lavar W s =15151.2 gr
, es el #CCB, para el cálculo de la columna "6$, )aciendo
uso de la regla de tres simple, de la siguiente manera! 1
2 Aert(ra en )mm+ 38.1 25.4 1!.05 !.525 4.75
3 4 5 6 'esos et. et. alla , et. ;(e pasa )r+ Ac(m(lado 11<2= 0.00 0.00 0.00 100.00 1= 1818.10 12.00 12.00 88.00 3<4= 1212.10 8.00 20.00 81.00 3<8= 3030.20 20.00 40.00 60.00 ,4 2272.70 15.00 55.00 45.00 :aoleta 6818.10 45.00 100.00 0.00 'ara el an#lisis del material no )arena+ se tom> s>lo 200 ramos. 10 2.000 31.50 7.00 62.00 38.00 20 0.841 27.50 6.00 68.00 32.00 40 0.420 2!.10 7.00 75.00 25.00
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
60 100 200 :aoleta
0.250 0.14! 0.075
22.00 24.10 20.80 45.00
5.00 5.00 5.00 10.00
80.00 85.00 !0.00 100.00
20.00 15.00 10.00 0.00
7. %on el porcenta+e que pasa "B$ versus la a&ertura de las mallas "mm$, en un sistema de coordenadas, el primero se grafica en el e+e de ordenadas en escala natural y el segundo se grafica en el e+e de a&scisas a escala logarítmica y luego se unen los puntos de intersección con la ayuda de un pistolete, con lo cual queda graficada la %urva 1ranulom;trica. 6. %álculo del %u y %c % u =
( D 60) 9.525 = =127 > 3 → O ( D 10) 0.075 ( D30 )2
( 0.721 )2
= = 0.73 < 1 no satis7ace % c = D60 D 10 9.525 x 0.075 ?. %onclusión! El suelo es mal graduado
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
..!. An(lisis #"&nul%:'"ic *" sedi%en'&ción 0%:'d del 7id"ó%e'" "efe"enci& ASTM D!1)6= $ D!!)8-. AAS7TO T=<)< $ T)==)<. El análisis del Iidrómetro es un m;todo utilizado para o&tener una apro(imación de la distri&ución granulom;trica de los suelos cuyas partículas sean de tamaño inferior a C.CA? mm "malla b *CC$, )asta alrededor de C.CC# mm. os resultados se presentan en un gráfico semilogarítmico, di&u+ando con porcenta+es en peso como ordenadas y tamaños de partículas como a&scisas, estos resultados pueden com&inarse con los de la gradación mayor a C.CA?mm, con lo cual se denominará granulometría cerrada.
El m;todo del
)idrómetro permite o&tener el porcenta+e de arcilla "B más fino que * micras$. G. G. S'Qes 01=6; Esta&leció la denominada ey de S'QesH por medio del análisis del Iidrómetro utilizando la relación entre la velocidad de caída de esferas en el medio continuo "agua$, el diámetro de la esfera, el peso específico tanto de la esfera como del medio continuo, y la viscosidad del fluido. 2 γ s− γ o D v= 9n 2
( )
2
… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … .( 4.1 )
:ónde! v es la velocidad de caída de la esfera9 n
es
la
dinas x segundo cm
2
viscosidad
*o
a&soluta
o
γ s
es el peso específico de la esfera9
dinámica
del
fluido
"agua$,
gramos x segundo 9 D es el diámetro de la esfera. cm
g= 980.7
en cm s
2
.
1 g =980.7 dinas .
3esolviendo la ecuación "6.#$, para D utilizando el peso específico del agua, se o&tiene!
D =
18 nv c m … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …... ( 4.2 ) γ s− γ ω
El intervalo de variación de los diámetros D para los cuales es válida esta ecuación es! 0.0002 mm≤ D ≤ 0.2 mm
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
>ara resolver la ecuación "6.*$ es necesario o&tener el t;rmino velocidad
v , conocer los
valores de! $ & γ s ) γ ω
%omo el peso específico del agua y su viscosidad varían con la temperatura, por lo cual esta varia&le de&e ser considerada. Fund&%en' 'eó"ic; >ara o&tener la velocidad de las partículas se utiliza el )idrómetro. Se mezcla una cantidad de suelo con agua y un pequeño contenido de un agente dispersante para formar una solución de #CCC cm 7. Se o&tiene una solución con un peso específico ligeramente mayor que #.CCC "teniendo en cuenta que el peso específico del agua destilada es #.CCC a 6b%$. El agente dispersante o llamado defloculante, se añade a la solución para neutralizar las cargas so&re las partículas más pequeñas de suelo, que por lo general tienen carga negativa. %on orientación adecuada, estos granos cargados el;ctricamente se atraen entre sí con fuerza suficiente para permanecer unidos, creando así unidades mayores que funcionan como partículas mayores. Estas sedimentan más rápidamente a trav;s del fluido que las partículas aisladas. El agente dispersante utilizado es el metafosfato de sodio "a>' 7$, y el silicato de sodio "a7Si'7$, los cuales neutralizan la carga el;ctrica de las partículas de suelo. a cantidad utilizada es de #*? cm 7 de solución al 6B de metafosfato de sodio en #CCC cm 7 de suspensión, la cual puede variar si la solución permanece tur&ia despu;s de * o 7 )oras. Se de&e determinar el >I de la solución antes de utilizar algún agente dispersivo. >uesto que el metafosfato de sodio produce una solución acida "toma azul los papeles utilizados para determinar acidez$ y por consiguiente se podría esperar una me+or eficacia como agente dispersivo en suelos alcalinos. El silicato de sodio, produce una solución alcalina "toma rosada al papel utilizado para medir acidez$ y de&ería ser más eficiente en suelos ácidos o suelos cuyo >I es menor de A. El )idrómetro más usado es el tipo #?*I "según norma 4ST-$ y esta cali&rado para leer la aceleración de la gravedad de un suelo de
S s =2.65
en #CCC cm 7 de suspensión siempre
que no )aya más de @C gr. de suelo en la solución. a lectura por consiguiente está directamente relacionada con el peso específico relativo de la solución.
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
El )idrómetro determina la gravedad específica de la suspensión agua5suelo en el centro del &ul&o "figura 6.#$. Todas las partículas de mayor tamaño que aquellas que se encuentren aún en suspensión en la zona mostrada como "la distancia entre el centro de volumen del &ul&o y la superficie del agua$ )a&rán caído por de&a+o de la profundidad del centro del volumen, y esto )ace decrecer permanentemente la gravedad específica de la suspensión en el centro del volumen del )idrómetro. 4demás es o&vio pensar que el )idrómetro tiene un peso constante a medida que disminuye la gravedad específica de la suspensión, el )idrómetro se )undirá más dentro de la suspensión "aumentando así la distancia $. Es necesario recordar que la densidad del agua decrece a medida que la temperatura aumenta "o disminuye$ de 6b%. Esto ocasiona adicionalmente un )undimiento mayor del )idrómetro dentro de la suspensión. %omo la profundidad <= representa la distancia de caída de las partículas en un intervalo de tiempo dado t, entonces la velocidad se define como! : v= t
8elocidad que utilizará en la ecuación de StoVes
>ar determinar , es necesario medir la distancia * y varios valores de la distancia varia&le # "representadas en la figura 6.#$ utilizando una escala. 2sando un cilindro de sedimentación graduado de sección transversal A conocida, sumergir dentro de ;l el &ul&o del )idrómetro y determinar el cam&io en la medición del cilindro. Esto permitirá determinar el volumen del &ul&o del )idrómetro
V /
. 4 continuación se puede
calcular la longitud en cm si # y * están en cm. y V / en cm7, en la siguiente ecuación!
:= :1 +
El t;rmino
( ) V / 3
−V / 3
(
)
V / 1 :2− … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . ( 4.3 ) 2 3
, toma en cuenta que la suspensión de suelo5agua se eleva una cantidad
cuando el )idrómetro es colocado en el cilindro de sedimentación, entonces así el
centro de volumen se desplaza )acia arri&a
( )
1 V / 2 3
de la ecuación "6.7$. 4l di&u+ar una
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
curva de las lecturas del )idrómetro "las cuales se relacionan con los valores correspondientes de #$ contra , se o&tiene el valor de para cualquier lectura del )idrómetro 3. %omo esta curva es lineal, sólo se necesitan 7 puntos para esta&lecer la curva 3 contra . como el )idrómetro #?*I tiene dimensiones razona&lemente dentro de los patrones, los valores de pueden o&tenerse una sola vez con proyección adecuada para la mayoría de los tra&a+os posteriores de "-S$, tal como se muestra en la ta&la 6.?. a lectura del )idrómetro únicamente por el error del menisco para ser utilizada en la ecuación "6.7$ "en una suspensión tur&ia, es necesario leer en la parte superior del menisco$. a velocidad de caída consiste en que la lectura real de la distancia que las partículas )an recorrido es independiente de la T, gravedad específica de la solución o cualquier otro tipo de varia&le. Si conocemos el diámetro de la partícula y el B de suelo que aún permanece en suspensión, el cual en este caso sería el B de material más fino. Se tendría suficiente información para di&u+ar la curva granulom;trica. %orrección por temperatura para utilizar en la suspensión agua5suelo. %omo corrección de cero es "$ y corrección de temperatura es tam&i;n "$, con el signo que se indique en la ta&la C*, la lectura corregida del )idrómetro para granos de suelo en suspensión se calcula como! 4c = 4real −correcci;n cero + % ' … … . … … … … … … … … . ( 4.4 )
2na vez corregida la lectura del )idrómetro, el B de material más fino puede calcularse "sí consideramos que no varía el
S s =2.65
$ como!
material más7ino=
4c W s
x 100 … … … … … … … … … … … …( 4.5 )
:ónde; 4c 3epresenta los gramos de suelo en suspensión en un tiempo ' dado9 W s es el peso original del suelo colocado en suspensión. Sí :
Ss
o es igual a *.@?, es posi&le calcular una constante & para utilizar en la
ecuación "6.A$. a = 1 2.65 Ss Ss − 1 2.65−1
∴a
=
S s ( 1.65 )
( Ss −1 ) 2.65
… … … … … … … . ( 4.6 )
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
El B más fino cuando S s < 2.65 se calcula : -l más 7ino=
D =
D =
√
√
4c x a W s
x 100 … … … … … … … … … … … … … … . ( 4.7 )
30 $ : 980 ( S s− S ω ) t
: … … … … … … … … … … … … … . … … … … … … … ( 4.8) t
%omo las varia&les menos
: t
son independientes del pro&lema e(cepto por la
temperatura de la suspensión, es posi&le evaluar
= 7 ( ' & S s & )
de una sola vez, como
se o&serva en la ta&la 6.6.
Ta&la 6.*! 0actores de corrección Ta&la 6.#! >ropiedades del agua destilada
"a$ para
γ s
Ta&la 6.7! 0actores de corrección por T
6
#.CCCCC
C.C#?@A
>eso unitario de los sólidos del suelo "gr.Mcm7$ *.F?
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Temperatura >eso volum;trico Q% del agua "gr.Mcm7$
8iscosidad del agua "poises$
0actor de corrección "a$
Temperatura Q%
% por T
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0uente! HoGles osep) E. -anual de la&oratorio de mecánica de suelos "#LFC$ pg. ?F, ?L.
Ta&la 6.6! 8alores de O de la ecuación 6.@ para varias com&inaciones de pesos unitarios y temperaturas Temperatura Q% >eso unitario de los sólidos del suelo "grMcm7$
Teoría y práctica de mecánica de Suelos *.?
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0uente! HoGles osep) E. -anual de la&oratorio de mecánica de suelos "#LFC$ pg. ?F, ?L.
Ta&la 6.?! 8alores de "profundidad efectiva$ para usar en la fórmula de StoVes en la determinación de diámetros con el )idrómetro 4ST- #?* I. ectura original del Iidrómetro "corregido por menisco solamente$
>rofundidad efectiva "cm$
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0uente! HoGles osep) E. -anual de la&oratorio de mecánica de suelos "#LFC$ pg. ?F, ?L.
: v = cm / s t := :1 +
(
V / 1 :2− 2 3
)
:1=10.5 cm !ara 4 = 0 :1=2.3 cm !ara 4 =50
0igura 6.#! Esquema de las dimensiones del )idrómetro
.
9LASTICIDAD EN SUELOS
.1.
Gene"&lid&des
En los suelos co)esivos "arcillas, limos, margas, arcillas arenosas, limos arenosos$ de&e averiguarse el comportamiento por la plasticidad. a plasticidad en los suelos co)esivos no es una propiedad permanente, sino circunstancial y dependiente de su contenido de )umedad "agua$. >or e+emplo una arcilla &astante seca, puede tener la consistencia de un ladrillo con plasticidad nula, y esa misma, con gran contenido de agua puede presentar las propiedades de un lodo semilíquido. Entre am&os e(tremos, e(iste un intervalo del contenido de agua en que la arcilla se comporta plásticamente. .!.
Definición
Es la propiedad de un material "suelo$ por el cual es capaz de soportar deformaciones rápidas sin re&ote elástico, sin variación volum;trica aprecia&le, sin deformarse ni agrietarse. .-.
Es'&ds de cnsis'enci&
Según su contenido de agua en orden decreciente, un suelo es suscepti&le de ser plástico y puede estar en cualquiera de los siguientes estados de consistencia, definidos por 4tter&erg.
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
•
Es'&d L,uid.5 %uando el suelo tiene las propiedades y apariencia de una Suspensión. Es'&d Se%i l,uid.) Cu&nd el suel 'iene l&s *"*ied&des $ &*&"ienci& de un l,uid 2iscs. Es'&d 9l(s'ic.) Cu&nd el suel es'( sue' & def"%&cines. Es'&d Se%i Sólid.) Cu&nd el suel se encuen'"& en *"ces de endu"eci%ien' dif,cil de '"&4&&"seH dis%inu$e su 2lu%en &l es'&" sue' &l
•
sec&d. Es'&d Sólid.5 %uando el suelo no cam&ia su volumen al irse secando.
%ontenido de a ua creciente 01234 ?.#! Esquema de los estados del suelo
..
L,%i'es de cnsis'enci& l,%i'es de A''e"4e"#.
os límites de consistencia fueron propuestos el científico sueco 4. 4tter&eg, nosotros podemos considerar que los y > )an sido y son ampliamente utilizados a nivel mundial, principalmente para la identificación y clasificación de los suelos, am&os tam&i;n son útiles para predecir la má(ima densidad seca o el optimo contenido de )umedad en los pro&lemas de compactación. El %, es importante en las zonas donde el suelo sufre grandes cam&ios de volumen. os límites de ad)esión y co)esión no tienen relevancia en el campo de la ingeniería civil. •
L,%i'e L,uid 0LL! Es el contenido de agua de un suelo arcilloso con el cual empieza a fluir si se agita ligeramente varias veces. Tam&i;n podemos decir que es el contenido de agua por de&a+o del cual el suelo tiene un comportamiento plástico. L,%i'e 9l(s'ic 0L9; Es el contenido de agua con el cual el suelo puede moldearse en cilindros o rollitos de 7 mm de diámetro sin que se rompan o desmoronen. ' tam&i;n se puede e(presar como el contenido de agua por de&a+o del cual se puede
•
considerar al suelo como no plástico. L,%i'e de &d5esión; Es el contenido de agua con que la arcilla comienza a pegarse a las superficies metálicas tales como, cuc)illas del arado y espátulas de tr a&a+o en los la&oratorios.
•
L,%i'e de C5esión; Es el contenido de agua con que los grumos de arcilla son capaces de pegarse unas con otras.
•
L,%i'e de Cn'"&cción 0LC.) 0rontera entre los estados de consistencia semí sólido y sólido definido con el contenido de )umedad "agua$ con el que el suelo ya no disminuye su volumen al seguirse secando.
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
..1. De'e"%in&ción del L,%i'e l,uid 0LL. Ioy en día se emplea el equipo ideado por 4. %asagrande es un equipo mundialmente usado, compuesto por una copa o cápsula de latón, articulada por un e(tremo, que su&e y &a+a por la acción de )acer girar una manivela, la altura de caída de la copa se a+usta para que sea e(actamente # centímetro, la copa se golpea so&re una &ase de cauc)o duro. 4dicionalmente se de&e contar con la presencia de dos ranuradores, uno tipo 4STgeneralmente utilizado para suelos poco plásticos y otro tipo %asagrande, los cuales sirven para )acer ranuras en la muestra que se colocará so&re la copa. El material "suelo$ que se utiliza para la prue&a de&e pasar la malla Q 6C "C.6*C mm$, antes de la prue&a, el suelo se amasa y se deposita en la copa, se )ace una ranura en el centro de la muestra de suelo, uego entonces se gira la manivela y se cuenta el número de golpes que la copa cae so&re la &ase de cauc)o, )asta que la ranura se cierre en unos #* mm de longitud. Se toma un poco de suelo de alrededor de la ranura y se determina su contenido de )umedad. Se repite la operación tres a cuatro veces añadiendo agua o amasando con la finalidad que se des)idrate la muestra, no agregar suelo seco, )asta que se )agan dos mediciones de la )umedad para consistencias correspondientes a menos de *? golpes, y otras dos mediciones para un número mayor. os resultados se grafican tomando en a&scisas el número de golpes "1$ en escala logarítmica, y como ordenadas el contenido de )umedad correspondiente, se o&tienen puntos que definen una línea que generalmente es una recta. a intersección de esta línea con la vertical correspondiente a *? golpes da el contenido de )umedad al que se denomina ímite líquido "$.
01234 ?.*! Esquema del procedimiento, para la determinación del l.
>ro&lema Q #! :eterminar el ímite líquido de un suelo si contamos con los siguientes resultados de la&oratorio. eterminaci>n del L"mite li;(ido
tem # * 7 6 ? @
Q de tarro "gr$ W tarro J Ws.). "gr.$ W tarro J Ws.s. "gr.$ Wagua "gr$ Wtarro GB Q d l
# 6# 7@.@? 6.7? #?.#A *C.*? 7@
* 7A.CF 77.CA 6.C# #?.6A **.AF *C
7 7L.FF 7?.C* 6.F@ #?.?F *?.CC #A
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
Solución! #. :el la&oratorio se o&tiene los pesos del suelo )úmedo "W s)$, peso del suelo seco "Wss$, peso del tarro "W tarro$ y número de golpes "1$ en el ensayo del ímite líquido. *. En ga&inete se determina los pesos! del agua "W G$ y porcenta+e de )umedad "GB$. 7. Se procede a graficar en un sistema de coordenadas, el contenido de )umedad en el e+e de ordenadas en escala natural, el 1 en el e+e de a&scisas en escala logarítmica. Se o&tienen puntos de coordenadas "1, GB$ de&en generar una línea recta. El ímite líquido quedará determinado por el punto de intersección de esta línea, con la perpendicular al e+e de las a&scisas en el valor correspondiente a *? golpes.
..!. De'e"%in&ción del L,%i'e 9l(s'ic 0L9 El límite plástico se determina moldeando un poco de suelo plástico "*C gr apro(imadamente$, )aciendo rodar con la mano so&re una placa de vidrio en cilindros o rollitos de 7 mm "velocidad de FC a LC movimientos por minuto$, dic)os cilindros de suelo que se forman y do&lan rodando de nuevo9 se pierde con ello cierta )umedad. Esta operación de&e repetirse )asta que los cilindros no puedan rodarse sin antes desmoronarse, en este momento el diámetro de&e ser apro(imadamente de 7 mm. Entonces se determina el contenido de )umedad pesando los cilindros de suelo, secándolos en un )orno y volvi;ndolos a pesar. Se admite que este contenido de agua representa el ímite >lástico ">$ del suelo ensayado.
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
>ro&lema Q #! :eterminar el ímite plástico de un suelo si contamos con los siguientes resultados de la&oratorio. eterminaci>n del L"mite pl#stico
Q de tarro W tarro J Ws.). W tarro J Ws.s. Wagua Wtarro Ws.s. WB > B
# *@.F* *?.*# #.@# #?.*7 L.LF #@.#7
* *@.#* *6.A7 #.7L #?.*7 L.? #6.@7
7 *@.?6 *?.CF #.6@ #?.** L.F@ #6.F#
15.1!
..-. De'e"%in&ción del ndice *l(s'ic 0I9. El índice plástico queda determinado por la diferencia entre el ímite líquido y el ímite plástico! 6P=¿− :P … … … … … … … … … … … … … … … . ( 5.1 )
... Ecu&ción de l& cu"2& de fluideP O ,ndice de fluenci& 0IF Es la pendiente de la línea que queda definida al unir los puntos de coordenadas GB vs 1, y queda definida mediante la siguiente ecuación! 6> =
ω2− ω1 ω −ω 5ω = = 2 1 … … … … … .. (5.2 ) 5 (G log ( 1− log ( 2 ( 1 log ( 2
01234 ?.L! Esquema de un diagrama de la curva de fluidez
¿= ω¿ = 6> log (G + % … … … … … … … … . ( 5.3 ) :ónde! C! %onstante,
ω ; %ontenido de )umedad como porcenta+e del peso seco9 IF!
índice de fluidez o pendiente de la curva de fluidez, igual a la variación del contenido de
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
agua correspondiente a un ciclo de la escala logarítmica9 NG! número de golpes en la copa de %asagrande ..6. ndice de 'en&cid&d 0IT a tenacidad queda definida por el valor del esfuerzo cortante capaz de resistir el suelo en el límite plástico. 6P 6' = … … … … … … … … … … … … … … … .. ( 5.4 ) 6>
..8. ndice de cnsis'enci& 0V 4 partir de los valores de los límites, líquido y plástico. 4sí como de su contenido de )umedad natural se puede determinar el grado de consistencia, e indica la consistencia del suelo en estado natural. Este valor es de gran importancia para las arcillas en el mismo orden que la densidad relativa en suelos arenosos.
ω=
¿−ωnatural … … … … … … … … … … … ( 5.5 ) ¿− :P
:ónde! ! ímite líquido9 G n! %ontenido de )umedad natural! >! ímite plástico Sí el contenido de )umedad en estado natural es igual al límite plástico, entonces el ndice de consistencia será igual al #CCB. as arcillas pueden presentar la siguiente variación de su consistencia!
OG R C %onsistencia líquida C R OG R C.?C %onsistencia viscosa C.? R OG R C.A? %onsistencia suave C.A? R OG R # %onsistencia plástica "semirígida$ OG ] # %onsistencia media dura, dura sólida.
..<. ndice de fluideP ,ndice de liuideP 0IL ω − :P 6:= … … … … … … … … … … … … .. ( 5.6 ) 6P
%uando! ω (atural= :P . Entonces D CB %uando! ω (atural=¿ . Entonces D #CCB ..=. Rel&ción en'"e el l,%i'e l,uid 0LL e ,ndice *l(s'ic 0I9. %omo &ase para la clasificación de suelos co)esivos se utiliza un diagrama que muestra la relación en el de un suelo en la a&scisa y su > en la ordenada
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
01234 ?.#C! carta de plasticidad
:ónde! %I!
4rcilla inorgánica de alta plasticidad9 %!
4rcilla
inorgánica
de
&a+a
plasticidad9 'I! 4rcilla orgánica de alta plasticidad9 '!
4rcilla
orgánica
de
&a+a
plasticidad9 -I! imo inorgánico de alta plasticidad9 -!
imo
inorgánico
de
&a+a
plasticidad9 '! imo inorgánico de &a+a plasticidad9 'I! imo orgánico de alta plasticidad. ... L& *l&s'icid&d! a plasticidad de un suelo se atri&uye a la deformación de la capa de agua adsor&ida alrededor de los minerales9 desplazándose como sustancia viscosa a lo largo de la superficie mineral, controlada por la atracción iónica. a plasticidad en las arcillas, por su forma aplanada "lente+as$ y pequeño tamaño, es alta. a plasticidad del suelo, depende del contenido de arcilla. SVempton "#L?7$, e(presó matemáticamente la actividad de la arcilla "4$, con la siguiente ecuación! 3 =
6P … … … … … … … … … … … … … … … … . ( 5.7 ) arcilla
:ónde! >! ndice >lástico9 B de arcilla B en peso WS de partículas R a *h Ta&la *! 4ctividad de la arcilla TE#
T>' :E S2E' -ontmorilolnita
4%T8:4: A.*
%24:4: 4T4
*
lita
C.L
-E:4
7
%aolinita
C.7F
H44
V.4.10. Cl&sific&ción
de suels e/*&nsi2s
Se basa en los problemas que estos crean en la construcción de cimentaciones (expansión potencial). La mayoría de las clasificaciones se resumen en la figura .!!.
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
01234 ?.##! %riterios de clasificación de la e(pansión potencial de suelos 0uente! Según Hra+a -. :as, >g. A6A
..11. Resis'enci& &l esfue"P c"'&n'e 0τH en el LL! El límite líquido proporciona una medida de la resistencia al corte que posee un suelo mezclado con agua. Se puede decir que mide la verdadera co)esión potencial de un material y que además depende de la superficie total de sus áreas de contacto, es decir de la finura y forma de sus granos, cuanto más pequeños y más aplanados son los granos de una arcilla, mayor es el área total de contacto entre los granos, por lo tanto mayor será la cantidad de agua necesaria para revestirlos, como consecuencia el ímite líquido será más alto. El límite plástico está afectado por el contenido orgánico, que eleva su valor sin elevar simultáneamente el , en consecuencia los suelos con contenido orgánico tienen &a+os índices de plasticidad y límites líquidos relativamente altos. •
3esistencia al esfuerzo cortante " ?$, en el límite plástico! ? = 3nti log
•
)
3esistencia al esfuerzo cortante " ?$, para cualquier contenido de )umedad! ? = 3ntilog
•
(
6P + log25 2 gr / cm 6>
(
¿−ω n 6>
)
+ log25 gr / cm2
3esistencia al esfuerzo cortante " ?$, en el límite líquido!
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
? = 3ntilog
(
¿−ω n 6>
)
+ log25 =25 gr / cm2
..1!. De'e"%in&ción del l,%i'e de cn'"&cción 0LC El ímite de %ontracción es medido siguiendo la variación del volumen de una muestra de suelo en función de su )umedad, cuando la )umedad disminuye el volumen de la muestra permanece constante, luego el límite de contracción, es la )umedad a partir de la cual el volumen de la muestra de+a de disminuir, cuando el contenido de )umedad decrece .
I.
CLASIFICACIÓN DE SUELOS
I.1.
Gene"&lid&des
3esolver un pro&lema de geotecnia supone conocer y determinar las propiedades del suelo9 por e+emplo! •
>ara determinar la velocidad de circulación de un acuífero, se mide la permea&ilidad del suelo, se utiliza la red de flu+o y la ley de :arcy.
•
>ara calcular los asentamientos de un edificio, se mide la compresi&ilidad del suelo, valor que se utiliza en las ecuaciones &asadas en la teoría de la consolidación de Terzag)i.
•
>ara calcular la esta&ilidad de un talud, se mide la resistencia al corte del suelo y este valor se lleva a e(presiones de equili&rio estático.
En otros pro&lemas, como pavimentos, no se dispone de e(presiones racionales para llegar a soluciones cuantificadas. >or esta razón, se requiere una clasificación de los suelos, en
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
función de su comportamiento, y eso es lo que se denomina clasificación de suelos, desde la óptica geot;cnica. 4grupar suelos por la seme+anza en los comportamientos, correlacionar propiedades con los grupos de un sistema de clasificación, aunque sea un proceso empírico, permite resolver multitud de pro&lemas sencillos. Eso ofrece la caracterización del suelo por la granulometría y la plasticidad. Sin em&argo, el ingeniero de&e ser prudente al utilizar esta valiosa ayuda, ya que soluciones a pro&lemas de flu+os, asentamientos o esta&ilidad, soportado sólo en la clasificación, puede llevar a resultados desastrosos. as relaciones de fases constituyen una &ase esencial de la -ecánica de Suelos. El grado de compacidad relativa de una arena es seguro indicador del comportamiento de ese suelo. a curva granulom;trica y los ímites de 4tter&erg, de gran utilidad, implican la alteración del suelo y los resultados no revelan el comportamiento del suelo in situ. :e )ec)o una de las más importantes funciones de un sistema sería proporcionar la má(ima información normativa, a partir de la cual el ingeniero sepa en qu; dirección profundizar su investigación. I.!.
Sis'e%& Unific&d de Cl&sific&ción de Suels 0SUCS
Está &asado en la identificación de los suelos según sus cualidades estructurales, la plasticidad y la agrupación con relación a su comportamiento como materiales de construcción. >ara la clasificación se toma en cuenta lo siguiente! •
>orcenta+e de la fracción que pasa el tamiz Q *CC
•
0orma de la curva de distri&ución granulom;trica
•
%aracterísticas de plasticidad y compresi&ilidad.
os suelos se separan en tres grupos. •
Suelos de grano grueso
•
Suelos de grano fino
•
Suelos altamente orgánicos
Ls suels de #"&n #"ues; Se dividen en #"&2&s 0G $ &"en&s 0SH las gravas contienen un ?CB ] de la fracción gruesa retenida en el tamiz Q 6 "6.A? mm$. las arenas son aquellos suelos cuya porción ?CB ] pasa el tamiz Q 6. Tanto las gravas "1$ como las arenas "S$ se dividen en cuatro grupos secundarios! 1W, SW
! impio de finos &ien graduado
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
1>, S>
! impio de finos mal graduado
1-, S-
! %on cantidad aprecia&le de finos no plásticos
1%, S%
! %on cantidad aprecia&le de finos plásticos.
Ls suels de #"&n fin; os limos 0M y las arcillas 0CH se dividen a su vez en dos grupos secundarios &asados en el )ec)o de que el suelo tiene un relativamente &a+o " D loG$, o alto "I D )ig)$. En la %arta de >lasticidad, estos suelos tienen un límite líquido y un índice plástico que resultan puntos por de&a+o de la línea <4=. Ls suels &l'&%en'e "#(nics; Son usualmente muy comprensi&les y tienen características inadecuadas para la construcción. Se clasifican dentro del grupo designado por el sím&olo >t! tur&a, el )umus y los suelos de pantanos son e+emplos típicos de este grupo de suelos. C"i'e"is *&"& l& cl&sific&ción >SUCS? se#n "esul'&ds 4'enids *" %edi de ens&$s de l&4"&'"i 1. Suels de #"&n #"ues 0%(s del 63 se"( "e'enid *" l& %&ll& N ! 1.1.
Dis'inción en'"e #"&2& $ &"en& 0GH S ] ?CB retenido por la malla Q 6 "6.A? mm$, el suelo será G R ?CB retenido por la malla Q 6 "6.A? mm$, el suelo será S.
1.!.
M&'e"i&l ue *&s& *" l& %&ll& N ! 0.<6 %% R ?B gravas o arenas limpios &ien o mal graduados! GH G9 SH S9. ] #*B gravas ó arenas con finos GMH GCH ó SMH SC. Entre ? y #*B sim&ología do&le.
1.-.
De'e"%in&ción de l& #"&du&ción *&"& suels de #"&n #"ues cn *cs 0%en" del 1!3 ue *&se l& %&ll& N !. &.
C u
=
D%$ D!$
4.
Ceficien'e de unif"%id&d. >
# el suelo será " GW , SW
Ceficien'e de #"&d&ción
fins
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
( D30 )2
% c = D10 D 60
! Sí #R %cR 7 el suelo será! 1W, SW
:ónde! %c es el coeficiente de graduación, : @C es el porcenta+e que pasa la malla correspondiente, : #C es el diámetro efectivo, : 7C es el porcenta+e que pasa la malla correspondiente. Se tiene que cumplir las dos afirmaciones, entonces el suelo será! 1W, SW9 caso contrario el suelo será! 1>, S>. 1..
Suels de #"&n #"ues cn fins 0GMH GCH ó SMH SC Se toma en cuenta los límites! &. 9&"& GM Y SM 0Suels li%ss os límites de&en encontrarse &a+o la línea <4= o el > de&e ser menor de 6 4. 9&"& GC $ SC 0%ePcl&s 4ien #"&du&d&s cn &"cill&; os límites de&en encontrarse so&re la línea <4= o el > de&e ser mayor de A
!. Suels de #"&n fin; Esta clasificación está &asada sólo en los límites de 4tter&erg para la fracción que pasa la malla b6C, y se o&tiene a partir de la llamada %arta de >lasticidad de la 0igura ?.#C. !.1 G"u* CL $ C7 0cns'i'uid *" &"cill& in"#(nic&. a.5 El grupo CL comprende a la zona so&re la línea <4= R ?C B y > ] A B &.5 El grupo C7 comprende a la zona arri&a de <4= R ?C B !.! G"u* ML $ M7 0li%s in"#(nics. a.5 El grupo ML comprende a la zona &a+o la línea <4= con > R 6 B &.5 El grupo M7, corresponde a la zona de&a+o de la línea <4= ] ?C B os suelos finos que caen so&re la línea <4= con 6B R y R AB, se consideran como casos de frontera asignándoles el sím&olo % P -. !.- G"u* OL $ O7 0Suels "#(nics; as zonas correspondientes son las mismas que los de los grupos - y -I. 2na pequeña adición de materia orgánica coloidal )ace que el . :e una arcilla crezca sin aprecia&le cam&io de su >. !. G"u*s 9'!
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
El límite líquido de estos grupos suele estar entre el 7CC y ?CC B, quedando su posición en la carta de plasticidad netamente de&a+o de la línea <4=. I.-.
Sis'e%& de Cl&sific&ción 0AAS7TO; A%e"ic&n Assci&'in f S'&'e 7i#5&$ Offici&leH 0Asci&ción A%e"ic&n& de A#enci&s Ofici&les de C&""e'e"&s Y T"&ns*"'es.
Se distingue entre A grupos &ásicos! El me+or suelo para su& rasante de carreteras viene clasificado como 4 5 #, le sigue en calidad el 4 P *, siendo el 4 P A de peor calidad. os siete grupos &ásicos se )an dividido en su& grupos con un ndice de Grupo "IG$, con el fin de apro(imar dentro de las valorizaciones del grupo, los índices de grupo van de cero "C$ para la me+or su&rasante a *C para p;simas. os incrementos de valor de los índices de grupo refle+an una reducción en la capacidad para soportar cargas, por el efecto com&inado del e > y disminución en el B de material grueso. El 1 se lo o&tiene mediante el uso de una fórmula para índice de grupo &asado en la granulometría y los límites " e >$ del suelo. 6G=( > 200 −35 ) [ 0.2 + 0.005 ( ¿− 40 ) ] + 0.01 ( > 200−15 ) ( 6P −10 )
:ónde! 0*CC! >orcenta+e que pasa la malla b *CC e(presado en entero positivo 6G= 0.2 a + 0.005 ac + 0.01 /d
= − :ónde! a > 200 35
/ = > 200 −15
c =¿− 40
d = 6P −10
a D >orción de porcenta+e que pasa el tamiz Q *CC mayor del 7?B e(presada como número entero positivo "# a 6C$. & D >orción de porcenta+e que pasa el tamiz Q *CC mayor del #?B e(presada como número entero positivo "# a 6C$. c D >orción num;rica del límite líquido mayor de 6C y que no e(ceda de 7C número entero " a *C$ d D >orción num;rica del > mayor de #C y que no e(ceda de 7C número entero " a *C$ El índice de grupo se e(presa en un par;ntesis despu;s del número del grupo por e+emplo. A W 8 0<. a clasificación de las su&rasantes en t;rminos del IG es la siguiente! E(celente................4 P "C$
Huena.................1 de C a #
3egular.................1 de * a 6
-ala....................1 de ? a L
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
-uy mala............ 1 de #C a *C a J Suels A W 1.) Son mezcla &ien graduadas de gruesos a finos con aglutinantes no plásticos o de plasticidad d;&il. Estos suelos tienen una gran esta&ilidad a la carga, sin afectar las condiciones de )umedad, se comportan satisfactoriamente como &ases de superficie &ituminosas de desgaste delgadas. os suelos clasificados en este grupo son materiales adecuados o que pueden )acerse adecuados para capas granulares de &ase. Suels A W !.) Están constituidos de material fino y grueso mezclados con aglutinantes, pero son inferiores a los suelos 4 P # de&ido a su mala graduación, a su aglutinante inferior o am&as cosas. En la superficie de la carretera pueden presentar una gran esta&ilidad cuando est;n secos, según la cantidad y características del aglutinante, pueden re&landecerse, cuando se )umedecen o volverse sueltos y polvorientos durante los periodos de sequía. Si se usan como capas de &ase, los tipos plásticos pueden perder esta&ilidad, de&ido a la saturación por capilaridad o deficiencia de drena+e. Ls suels A)!) $ A)!)6, incluyen aquellos materiales granulares que tienen un suelo aglutinante con características de los suelos 45*5@ y 45*5A incluyen materiales granulares que tienen un suelo aglutinante con características de los suelos de los grupos! 4 P @ y 4 P A Suels A W -.5 Están compuestos por arenas deficientes en aglutinante. Son típicos en este grupo la arena fina de desierto y la arena transportada por el viento "costa peruana$ así como las mezclas de depósitos aluviales de arena fina de mala graduación con pequeñas cantidades de arena gruesa, tienen una esta&ilidad deficiente a la carga de los suelos, e(cepto cuando están )úmedas, las condiciones de )umedad las afecta ligeramente9 no tienen cam&ios de volumen y constituyen una su& rasante adecuada para pavimentos de todo tipo, cuando están confinados. >ueden ser compactados por vi&ración, con rodillo de acero, con rodillos de llantas o cu&iertas neumáticas. Suels AW.)Están compuestas predominantemente por limos con solo moderados cantidades de arcilla pega+osa coloidal. Se encuentran frecuentemente y proporcionan una superficie firme para la circulación cuando están secos, teniendo un escaso a&ultamiento despu;s de ser cargados. %uando a&sor&en agua se a&ultan, per+udicialmente pierden esta&ilidad. 8arían ampliamente en composición te(tural desde limosos arenosos, &arros limosos y arcillosos, son difíciles de compactar ya que el intervalo de )umedad para una compactación satisfactoria, es muy pequeña. os tipos más prácticos se dilatan con los aumentos del contenido de )umedad, especialmente cuando se )an compactado a un contenido de )umedad inferior al óptimo. as superficies &ituminosas requieren &ases sustanciales cuando se colocan so&re su& rasantes de los de este grupo.
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
Suels A W6.) Son similares a los 4 P 6, con e(cepción de que incluyen suelos de graduación muy mala. Estos suelos se presentan raramente, son sucepti&les al a&ultamiento cuando se retira la carga aunque est;n secos. as propiedades plásticas dificultan la conveniente compactación, las &ases de tipo fle(i&le colocadas durante la construcción y no son acepta&les como su& rasantes para capas delgadas de capa fle(i&le esta&ilizada, ni para superficies &ituminosas. Están su+etas a la acción de la congelación, se )a o&servado que los pavimentos colocados so&re su& rasantes de este tipo de suelo se agrietan e(cesivamente. Suels A W8.) Se componen predominantemente de arcilla con contenidos moderados de materiales gruesos. En los estados de plasticidad &landa o rígida solo a&sor&en agua adicional cuando se les manipula, tienen una &uena aptitud portante cuando está compactado a la densidad má(ima, pero &a+an su capacidad portante cuando a&sor&en )umedad, presentan índices de plasticidad altos, por encima de #F de esos suelos indican una naturaleza co)esiva del material aglutinante "arcilla$ y solamente serán adecuados para rellenos y su& rasantes cuando se colocan y mantienen &a+o contenido de )umedad. -ientras, que el flu+o de agua por gravitación es muy pequeño, la acción capilar que ocasiona que el agua se mueva de las porciones )úmedas a las más secas es muy grande y se pueden desarrollar por este motivo grandes fuerzas e(pansivas. Serán inadecuadas para su&5&ase &a+o capas delgadas fle(i&les o capas superficiales &ituminosas a causa de los grandes cam&ios de volumen que motivan las variaciones de )umedad y la p;rdida de poder portante despu;s de la aducción de agua. Suels A W<.) Están compuestos predominantemente de arcilla como los suelos 4 P @, pero de&ido a las partículas de limo de tamaño uniforme, a la materia orgánica, escamas de única, o car&onato de cal, son elásticos. 2n determinado contenido de )umedad se deforma y a&ultan aprecia&lemente cuando se retira la carga. Tam&i;n presentan las características dadas para los suelos 45@ en el párrafo anterior. Son difíciles de compactar convenientemente lo que )ace que sean especialmente inadecuados para pavimentos fle(i&les. Ls suels A)<)6.) %omprenden los suelos 4 5A con índice de plasticidad moderado, en relación al y pueden ser altamente elásticos, así como estar su+etos a considera&les cam&ios de volumen. Ls suels A)<)8.) %omprenden suelos con índice de plasticidad muy alto con relación al y estar su+etos a cam&ios de volumen e(tremadamente altos.
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
Tu"4& $ Esc%4"s.) Son aquellos compuestos de tur&a y escom&ros muy &landos, contienen grandes cantidades de material orgánico y no de&en ser usados en ningún tipo de construcción. Ee%*l; 2n suelo 45A5@ con un A7B de material fino que pasa el tamiz Q *CC un de @?B y un > de *FB. :eterminar el 1. 6G= 0.2 a + 0.005 ac + 0.01 /d = 22
' tam&i;n! 6G=( 73 −35 ) [ 0.2 + 0.005 ( 65− 40 ) ] + 0.01 ( 73 −15 ) ( 28−10 )=22
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
F@
ng. -.Sc. Enrique apoleón -artínez /uiroz
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
Clasifcación de suelos y mezclas de agregados para la Construcción Vial 7ecommended 'ractice AA@BC 145-82 )@peci3cations - 'arte 1/ 1!86+ Cl&sific&ción Gene"&l Cl&sific&ción de G"u*
M&'e"i&les G"&nul&"es
M&'e"i&les li%)&"cillss
"7?B o menos pasa el tamiz b*CC$ A)1 A)1)&
"más de 7?B pasa el tamiz b*CC$
A)! A)1)4
A)-
A)!).
A)!)6
A)< A)!)8
A)!)<
A).
A)6
A)8
A)<)6 A)<)8
5555 5555 7@ min
5555 5555 7@ min
5555 5555 7@ min
5555 5555 7@ min
An(lisis de '&%iP&d 03 *&s&
*.CC mm " b#C$ C.6*? mm " b6C$ C.CA? mm " b*CC$
?C má( 5555 5555 5555 5555 5555 5555 7C má( ?C má( ?# min 5555 5555 5555 5555 #? má( *? má( #C má( 7? má( 7? má( 7? má( 7? má(
C&"&c'e",s'ic&s de f"&cción *&s& X NK.
ímite íquido "$ ndice >lástico ">$
5555 @ má(
5555 >
-ateriales constituyentes significativos
0ragmentos de piedra, grava y arena
4rena fina
%lasificación general como su&rasante
6C má( 6# min 6C má( 6# min 6C má( 6# min 6C má( 6# min #C má( #C má( ## min ## min #C má( #C má( ## min ## min 1rava y arena limosa o arcillosa
E(celente a &uena
Suelos limosos
Suelos arcillosos
3egular a po&re
El > del su&grupo 45A5? es igual o menor que menos 7C. El > del su&grupo 45 A5@ es mayor que menos 7C " ver G"(fic siguiente$. a casilla 457 antes de la 45* es de&ido al proceso de eliminación de izquierda a derec)a. o indica superioridad de 457 so&re 45*.
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M&'e"i&les G"&nul&"es
M&'e"i&les li%)&"cillss
"7?B o menos pasa el tamiz b*CC$ A)1 A)1)&
"más de 7?B pasa el tamiz b*CC$
A)! A)1)4
A)-
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A)!)6
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A)!)<
A).
A)6
A)8
A)<)6 A)<)8
5555 5555 7@ min
5555 5555 7@ min
5555 5555 7@ min
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An(lisis de '&%iP&d 03 *&s&
*.CC mm " b#C$ C.6*? mm " b6C$ C.CA? mm " b*CC$
?C má( 5555 5555 5555 5555 5555 5555 7C má( ?C má( ?# min 5555 5555 5555 5555 #? má( *? má( #C má( 7? má( 7? má( 7? má( 7? má(
C&"&c'e",s'ic&s de f"&cción *&s& X NK.
ímite íquido "$ ndice >lástico ">$
5555 @ má(
5555 >
-ateriales constituyentes significativos
0ragmentos de piedra, grava y arena
4rena fina
%lasificación general como su&rasante
6C má( 6# min 6C má( 6# min 6C má( 6# min 6C má( 6# min #C má( #C má( ## min ## min #C má( #C má( ## min ## min 1rava y arena limosa o arcillosa
E(celente a &uena
Suelos limosos
Suelos arcillosos
3egular a po&re
El > del su&grupo 45A5? es igual o menor que menos 7C. El > del su&grupo 45 A5@ es mayor que menos 7C " ver G"(fic siguiente$. a casilla 457 antes de la 45* es de&ido al proceso de eliminación de izquierda a derec)a. o indica superioridad de 457 so&re 45*.
ng. -.Sc. Enrique apoleón -artínez /uiroz
FA
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Teoría y práctica de mecánica de Suelos
FF
ng. -.Sc. Enrique apoleón -artínez /uiroz
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
>ro&lema #! El ensayo de granulometría efectuada a una muestra de suelo o&tenida por cuarteo es la siguiente! alla , 20 40 60 140 200
;(e pasa !5.33 8!.65 75.45 64.26 47.23
4sí mismo se cuenta con los resultados de los ensayos para determinar el D?#.FCB y > D *A.7B. :eterminar la clasificación de la muestra de suelo mediante el m;todo 44SIT'. Solución! 6P=¿− :P =51.8 − 27.3 =24.5
Según el -;todo 44SIT' #. %álculo del 1!
6G= 0.2 a + 0.005 ac + 0.01 /d
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
>ro&lema #! El ensayo de granulometría efectuada a una muestra de suelo o&tenida por cuarteo es la siguiente! alla , 20 40 60 140 200
;(e pasa !5.33 8!.65 75.45 64.26 47.23
4sí mismo se cuenta con los resultados de los ensayos para determinar el D?#.FCB y > D *A.7B. :eterminar la clasificación de la muestra de suelo mediante el m;todo 44SIT'. Solución! 6P=¿− :P =51.8 − 27.3 =24.5
Según el -;todo 44SIT' #. %álculo del 1!
6G= 0.2 a + 0.005 ac + 0.01 /d
' tam&i;n!
6G=( 47.23−35 ) [ 0.2 + 0.005 ( 51.8− 40 ) ] + 0.01 ( 47.23 −15 ) ( 27.3 − 10 )= 8.68 ≅9
*. >orcenta+e que pasa la malla Q*CC =alla ( @ 200= 47.23 > 35 → -l suelo !uede ser : 3 − 4 * 3 −5 * 3 −6 * 3 −7
7. 4plicando las condiciones especificadas por 44SIT' → -l suelo !uede ser : 3 −7 −5 * 3 −7− 6 3 −7 −5 → De/e cum!lir Aue : 6P ≤ ≪−30 =51.8−30 =21.8 *estacondici;nnocum!le 3 −7 −6 → De/e cum!lir Aue : 6P >¿−30 =51.8−30 = 21.8 * estacondici;nsí cum!le
6. >or lo tanto el suelo queda definido como! 3 −7 − 6 (9 )
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
?. %aracterísticas! El suelo como su&rasante se lo descri&e como po&re, para resistir cargas e(teriores, a las que estaría sometido en su vida geológica.
>ro&lema *! El análisis de un suelo )a arro+ado los siguientes resultados, de granulometría y límites de consistencia, D ?6B y > D *LB. Se solicita clasificar la muestra de suelo mediante los m;todos 44ST' y S2%S, a partir de los resultados indicados. An#lisis ran(lomtrico 'esos retenidos )r+ 2= 0.00 1= 0.00 1<2= 157.50 ,4 4.75 162.00 :aoleta 1180.50 'ara el an#lisis del material no )arena+ se tom> s>lo 200 ramos. 10 2.000 2!.50 20 0.841 24.60 30 0.5!5 1!.10 40 0.42 21.50 60 0.25 22.00 100 0.14! 24.00 200 0.075 1!.70 :aoleta 3!.60 alla ,
Aert(ra en mm
Solución! Ba(laci>n de res(ltados Aert(ra en 'esos retenido. alla , mm retenidos )r+ retenido. Ac(m(lado 2= 0.00 0.00 0.00 1= 0.00 0.00 0.00 1<2= 157.50 10.50 10.50 ,4 4.75 162.00 10.80 21.30 :aoleta 1180.50 78.70 100.00 'ara el an#lisis del material no )arena+ se tom> s>lo 200 ramos. 10 2.000 2!.50 11.61 32.!1 20 0.841 24.60 !.68 42.5! 30 0.5!5 1!.10 7.52 50.11 40 0.42 21.50 8.46 58.57 60 0.25 22.00 8.66 67.23 100 0.14! 24.00 !.44 76.67 200 0.075 1!.70 7.75 84.42 :aoleta 3!.60 15.58 100.00
;(e pasa 100.00 100.00 8!.50 78.70 0.00 67.0! 57.41 4!.8! 41.43 32.77 23.33 15.58 0.00
M:'d SUCS; #. Sí el suelo es de grano grueso, entonces más del ?CB retenido en la malla Q *CC será!
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
1rava "1$ o 4rena "S$ *. :istinción entre 1 y S → o cumple
>ara que sea 1! más del ?CB 3et. En la malla Q 6 >ara que sea S! más del ?CB pasa la malla Q 6 7. -aterial que pasa la malla Q *CC >asa la malla ( @ 200 =15.58 > 12
→ Sí cumple
→ Podrá ser S= o S%
:eterminación del % u ) % c >asa la malla ( @ 200 =15.58 > 12 &no se determina el% u ) % c
6. Suelos de grano grueso con finos! S- o S% En la carta de plasticidad! os valores se encuentran so&re la línea <4=,
el 6P=25 > 7 →O,
∴ -l suelo es S% : Suelode arenoso & conarcilla dealta
!lasticidad
M:'d AAS7TO #. %álculo del 1!
6G= 0.2 a + 0.005 ac + 0.01 /d
6G= 0
*. En la ta&la de 44SIT' >orcenta+e que pasa la malla Q*CC =alla ( @ 200= 15.58 < 35 → -l suelo !uede ser : 3 −1 * 3 −3 * 3 −2
7. 4plicando las condiciones especificadas por 44SIT' → -l suelo !uede ser :
3 − 2−4 * 3 −2 −5 * 3 −2− 6 * 3 −2 −7
6. >or lo tanto el suelo queda definido como! 3 − 2−4 ( 0 )
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
?. %aracterísticas!
El suelo como su&rasante se lo descri&e como &ueno, para resistir cargas e(teriores, a las que estaría sometido en su vida geológica. >ro&lema 7! El análisis de un suelo da los siguientes resultados D #F, > D #6B y
la
granulometría respectivamente. %lasificar el suelo mediante los m;todos S2%S y 44SIT' e indicar sus principales características.
N de %&ll&
9es "e'enid 0#"
B retenido
B retenido 4cumulado
3 ue *&s&
#[[ 7M6N #M*N 7MFN 6 F #C #@ 7C 6C ?C FC #CC *CC %azoleta
C #? F L #* #C * F *7 *# *F 7L *# 7A @A
C ? 7 7 6 7 # 7 F A L #7 A #* **
C ? F ## #? #F #L ** 7C 7A 6@ ?L @@ AF #CC
#CC L? L* FL F? F* F# AF AC @7 ?6 6# 76 ** C
Solución!
M:'d SUCS; #. Sí el suelo es de grano grueso, entonces más del ?CB retenido en la malla Q *CC será! 1rava "1$ o 4rena "S$ *. :istinción entre 1 y S >ara que sea 1! más del ?CB 3et. En la malla Q 6 >ara que sea S! más del ?CB pasa la malla Q 6 7. -aterial que pasa la malla Q *CC >asa la malla ( @ 200 =22.00 > 12
→ o cumple
→ Sí cumple
→ Podrá ser S= o S%
:eterminación del % u ) % c >asa la malla ( @ 200 =22.00 > 12 &no se determina el% u ) % c
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
6. Suelos de grano grueso con finos! S- o S% En la carta de plasticidad! os valores se encuentran so&re la línea <4=,
el 6P= 4
→ el suelo seráS% − S=
−S= : Suelo de arenoso &con arcilla ) limo de/aBa !lasticidad
∴ -l suelo es S%
M:'d AAS7TO #. %álculo del 1!
6G= 0.2 a + 0.005 ac + 0.01 /d
6G= 0
*. En la ta&la de 44SIT' >orcenta+e que pasa la malla Q*CC =alla ( @ 200= 22.00 < 35 → -l suelo !uede ser : 3 −1 * 3 −3 * 3 −2
7. 4plicando las condiciones especificadas por 44SIT' → -l suelo !uede ser :
3 − 2−4 * 3 −2 −5 * 3 −2− 6 * 3 −2 −7
6. >or lo tanto el suelo queda definido como! 3 − 2−4 ( 0 )
?. %aracterísticas! El suelo como su&rasante se lo descri&e como &ueno, para resistir cargas e(teriores, a las que estaría sometido en su vida geológica. >ro&lema 6! El análisis de un suelo da los siguientes resultados, %lasificar el suelo mediante los m;todos S2%S y 44SIT'9 si los resultados de consistencia y granulometría son respectivamente! D 7*.#CB9 > D #7.?@B Q de malla
>eso retenido "gr$
B retenido
#M*N
C
C
B retenido 4cumulado C
B que pasa #CC
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
6 F #C #@ *C 7C 6C ?C FC #CC *CC %azoleta
C C C 6 @ 6 #C #* *6 #? ?C 7A?
C C C # # # * * ? 7 #C A?
C C C * * 7 ? A #* #? *? #CC
#CC #CC #CC LF LF LA L? L7 FF F? A? C
Solución!
M:'d SUCS; #. Sí el suelo es de grano grueso, entonces más del ?CB retenido en la malla Q *CC será! 1rava "1$ o 4rena "S$ *. :istinción entre 1 y S >ara que sea 1! más del ?CB 3et. En la malla Q 6 >ara que sea S! más del ?CB pasa la malla Q 6 7. -aterial que pasa la malla Q *CC >asa la malla ( @ 200 =75 > 12
→ o cumple
→ Sí cumple
→ Podrá ser S= o S%
:eterminación del % u ) % c >asa la malla ( @ 200 =75 > 12 &no se determina el% u ) % c
6. Suelos de grano fino! - o % En la carta de plasticidad! os valores se encuentran so&re la línea <4=,
el 6P=18.54
→elsueloserá%
∴ -l suelo es es arcilloso de /aBa !lasticidad & con !recencia de arenadel
M:'d AAS7TO #. %álculo del 1!
6G= 0.2 a + 0.005 ac + 0.01 /d c =32.16 −40 =−7.84
25
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
a =75−35 =40 / =75−15 =60 6G=11.79 ≅12
*. En la ta&la de 44SIT' >orcenta+e que pasa la malla Q*CC =alla ( @ 200= 75 > 35 → -l suelo !uede ser : 3 − 4 * 3 −5 * 3 −6 * 3 −7
7. 4plicando las condiciones especificadas por 44SIT' → -l suelo !uede ser :
3 − 6
6. >or lo tanto el suelo queda definido como! 3 − 6( 12)
?. %aracterísticas! El suelo como su&rasante se lo descri&e como po&re, para resistir cargas e(teriores, a las que estaría sometido en su vida geológica.
En mecánica de suelos se requiere de &astante seriedad, en el análisis de los resultados, e interpretación de las normas correspondientes, es así que la 4ST- :5*6FA, con fines de clasificación mediante el m;todo S2%S, considera grupos de suelos gruesos "1, S$, finos inorgánicos y orgánicos, según se indican en las ta&las siguientes!
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
II. <.1
RELACIÓN DE SO9ORTE CALIFORNIA 0C@R C%*&c'&ción de ls suels 0Densid&d 2s 7u%ed&d <.1.1
Gene"&lid&des
Si se e(cavan masas de suelos y se redepositan sin tomar un cuidado especial, la porosidad, permea&ilidad y compresi&ilidad de estas masas de suelos aumenta, mientras que su capacidad para resistir la erosión interna disminuye grandemente. >or ello se acostum&ra compactar a todo tipo de terraplenes , así por e+emplo, como presas, diques, &ordes de defensa, muelles, pavimentos etc., incluso algunas veces se )ace necesario compactar el terreno natural, como en el caso de cimentaciones so&re arenas con una densidad relativa o compacidad relativa suelta . El grado de compactación que alcanza un suelo dado sometidos a un procedimiento de compactación tam&i;n dado, depende en gran parte del contenido de )umedad del suelo. 2na compactación má(ima se o&tiene para un cierto contenido de )umedad
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
conocido como
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
>ara ciertas condiciones de ensayo, la densidad seca que corresponde a la cima de la curva se conoce como <-á(. :ensidad Seca= o densidad seca para el #CC B de compactación, y el correspondiente contenido de )umedad optimo "'%I$. Sí por e+emplo, todas las condiciones se mantienen inalteradas menos el peso del rodillo, o sea la energía específica de compactación y se utiliza un rodillo más liviano, el valor de la má(ima densidad seca, como lo indica la curva <>E= es menor, y el contenido óptimo de )umedad mayor, que pasa un rodillo más pesado curva <>-= <.1.6. 9"ue4& de C%*&c'&ción 9"c'" N"%&liP&d. 9"ue4& 9"c'" Es'(nd&" 0ASTM D)8= %on el o&+etivo de reproducir al menos teóricamente, en el la&oratorio ciertas condiciones de compactación de campo es necesario efectuar un determinado procedimiento de compactación. /ue consiste en compactar dentro de un molde, con cierta energía de compactación. ASTM D ) 8= 9ROCTOR ESTANDAR Desc"i*ción M:'d A :iámetro del molde 8olumen del molde >eso del >isón 4ltura de caída del pisón úmero de golpesMcapa úmero de capas Energía de compactación %ompactación
M:'d @
M:'d C
6= "#C#.@mm$
6= "#C#.@mm$
@= "#?*.6mm$
C.C777 p7 "L66cm7$
C.C777 p7 "L66cm7$
*#*6 cm7
?.? l&"*.?Vg$
?.? l&"*.?Vg$
?.? l&"*.?Vg$
#*plg "7C6.Fmm$
#*plg "7C6.Fmm$
#*plg "7C6.Fmm$
*?
*?
*?
7
7
7
#*,6CC pie l&Mp7
#*,6CC pie l&Mp7
#*,6CC pie l&Mp7
@CCO5mMm7
@CCO5mMm7
@CCO5mMm7
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
Suelo por usarse
>orc >orció ión n que que pasa pasa la malla Q 6, se usa sí el *CB o menos por peso peso de mate materi rial al es retenido en la malla Q 6
>orción que pasa la malla 7MF=, se usa si el suelo suelo reteni retenido do en la malla Q 6 es más del *CB y *CB o meno menoss por por peso peso es rete etenid nido en la malla de 7MF=.
>orci orción ón que pas pasa la malla = se usa, si más de *CB, *CB, por por pes peso de material es retenido en la malla de 7MF= y menos de 7CB, 7CB, por por peso peso es retenido en la malla de =.
<.1.8. 9"ue4& de C%*&c'&ci C%*&c'&ción ón >9ROCTO >9ROCTOR? R? MODIFICAD MODIFICADO O 0ASTM 0ASTM D)166<. D)166<. :e&i :e&ido do al rápi rápido do dese desenv nvol olvi vimi mien ento to del del equi equipo po de comp compac acta taci ción ón de camp campo o comercialmente comercialmente disponi&le, la energía de compactación )a aumentado y por eso, con el propósito de reproducir en el la&oratorio la&oratorio las condiciones condiciones de compactación compactación de campo, )a sido necesario modificar la prue&a de >roctor, de modo que conservando el número de golpes por capa se eleva el número de esta de 7 a ?, aumentando al mismo tiempo el peso del pistón "6.? Og.$ y la altura de caída de "#F= D 6?.A cm.$, respectivamente la má(ima densidad seca o&tenida con esta mayor energía de compactación resultará mayo mayorr que que la dens densid idad ad seca seca ":s$ ":s$ o&te o&teni nida da en la prue prue&a &a >roc >rocto torr Está Estánd ndar ar,, y consecuentemente la )umedad optima será menor que aquel caso. Esfue"P de c%*&c'&ción;
E c
(W x H x N x n ) =
V
en cm
−
kg & cm # , o, lb pie & p lg # −
a
energía
aplicada durante la compactación con un martillo que se de+a caer de una altura es la siguiente!
:ónd :ónde! e! W es es el el peso peso del del marti martillo llo en Vg, I es la 4ltur 4ltura a de caída caída del marti martillo llo,, es úmero de golpes por capa, n
el
es el úmero de capas, 8 es el 8olumen del
molde en cm 7
ASTM D W 166< 9ROCTOR MODIFICADO Desc"i*ción
M:'d A
M:'d @
M:'d C
:iámetro del molde 8olumen del molde >eso del >isón 4ltura de caída del pisón úmero de golpesMcapa úmero de capas
6= "#C#.@mm$ C.C777 p7 "L66cm7$ #C l&"6.?6 Vg$
6= "#C#.@mm$ C.C777 p7 "L66cm7$ #C l&"6.?6 Vg$
@= "#?*.6mm$ "*#*6 cm7$ #C l&"6.?6Vg$
#Fplg "7C6.Fmm$
#Fplg "7C6.Fmm$
#Fplg "7C6.Fmm$
*?
*?
?@
?
?
?
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
Energía de compactación %ompactación
Suelo por usarse
?@,CCC pie l&Mp7
?@,CCC pie l&Mp7
?@,CCC pie l&Mp7
*ACCO5mMm7
*ACCO5mMm7
*ACCO5mMm7 >orción que pasa la malla = se usa, si más de *CB, por peso de material es reteni retenido do en la malla malla de 7MF= y menos de 7CB, por peso es reteni retenido do en la malla malla de =
>orc >orció ión n que que pasa pasa la mall malla a Q6 Q6 se usa sí *CB o menos por peso de material es retenido en la malla Q 6
>orción que pasa la mall malla a 7MF= 7MF=,, se usa usa si el suel suelo o rete reteni nido do en la malla Q 6 es más del *CB y *CB o meno menoss por por peso peso es reteni retenido do en la malla malla de 7MF=.
<. <.1. 1.<. <. C""e ""el& l&ci ción ón en'" en'"ee l& *"u *"ue4& e4& 9"c 9"c' '"" es es'( '(n nd&" d&" $
9"c' "c' " %di %difi fic& c&d& d& en
c%*&"&ción cn l& c%*&c'&ción en 4"& %edi&n'e "dills. :e acuerdo con los diferentes equipos mecánicos pesados para la compactación de suelos se o&tienen ciertas correlaciones en cuanto a la má(ima densidad y el contenido óptimo de )umedad.
<.1.=.. C%*&c'&c <.1.= C%*&c'&ción ión de ls ls suels suels n c5esi2 c5esi2ss >or medio de rodillos de ? a #? T. Equipados con vi&radores que operan a frecuencias compre comprend ndida idass entre entre ##CC y #?CC #?CC pulsos pulsosMmi Mminu nuto, to, se )a o&ten o&tenid ido o la compa compacta ctaci ción ón efectiva de arena gruesa grava y enrocado de piedra, aplicando capas de 7C a 6C cm. de espesor, y entre * a 6 pasadas de tales rodillos tirados a una velocidad que no e(ceda de alrededor de 7 Om. M)ora suele resultar adecuada para alcanzar un alto grado grado de compa compacta ctaci ción. ón. Tam&i;n m&i;n pueden pueden utiliz utilizars arse e en estos estos suelo sueloss los rodill rodillos os neumáticos, pero se necesita en este caso un número mayor de pasadas entre @ y F, de&ido a la mayor velocidad del rodillo. El suelo de&e ser depositado en capas de un espesor no mayor de 7C cm, compactando áreas limitadas pueden usarse compactadores manuales de pistón, accionados por motor de e(plosión "espesor de capas de #C a *C cm$. <. <.1. 1.. . C%* C%*&c &c'& '&ci ción ón de suels &"enss li%ss cn c5esión %de"&d& 4 medida que aumenta la co)esión, disminuye rápidamente la eficacia de las vi&raciones como medio de compactación. Tam&i;n la &a+a permea&ilidad de estos suelos )ace difícil la penetración con agua, no o&stante la compactación por capas utilizando distintos rodillos, neumáticos y patas de ca&ra. os rodillos neumáticos son más convenientes en la compactación de suelos arenosos ligeramente co)esivos, los rodillos patas de ca&ra tienen su má(ima eficacia en suelos plásticos para presas de em&alse y otros terraplenes, se utiliza rodillos neumáticos de ?C Tn. %on presiones de inflado de las llantas muy altas "]L OgMcm *$ y capas de espesor compactando que varía entre #? y 7Ccm "utilizando rodillos de #CC T. El
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
espesor puede variar entre 7C y 6? cm.$, se requiere usualmente 6 a @ pasadas para alcanzar la compactación deseada 4 veces en o&ras grandes grandes es necesario determinar el número de pasadas por medio de ensayos de compactación en el terreno mismo antes de inicio de los tra&a+o. os rodillos patas de ca&ra usados en la construcción de presas de tierra pesan alrededor de #? T. Según el tamaño del pie, la presión de contacto varía entre *C y 6C Og.Mcm *.En terraplenes de caminos se utilizan rodillos algo menores. El espesor de las capas por compactar no de&e e(ceder de unos #? cm. El número requerido de pasadas de&e determinarse en el terreno por medio de ensayos previos. a forma de la pata más adecuada depende del tipo del suelo. Iay una tendencia )acia el uso de patas tronco piramidales que evitan el arado del suelo a su paso. a superficie de apoyo más efecti efectiva va es funció función n de la plasti plasticid cidad ad y granul granulome ometrí tría a del suelo. suelo. En suelos suelos menos menos plásticos la superficie de la pata a usar es mayor que en suelos muy co)esivos. Se usan tam&i;n rodillos patas de ca&ra vi&rantes, en estos casos la acción principal de la vi&raciones es la de aumentar el efecto gravitacional del paso del rodillo de&e tenerse presente, que en suelos de plasticidad moderada, la aspersión de agua durante el proceso de compactación es poca eficiente. Si el contenido de )umedad del suelo a usar es mayor que el óptimo, el agua de&e agregarse en el propio pr;stamo o por aspers aspersió ión n antes antes de inicia iniciarr las las compa compacta ctacio ciones nes para para o&ten o&tener er un me+or me+or efecto efecto de uniformización de la )umedad si el contenido de )umedad , del suelo en el terreno es mayor que el óptimo, de&e permitirse que se seque en el lugar de su almacenamiento, la densidad seca y el contenido de )umedad del suelo se controlan en el terrapl;n continuamente continuamente "m;todo del reemplazo de arena$. <.1.1. C%*&c'&ción C%*&c'&ción de &"cill&s. &"cill&s. Si el contenido natural de )umedad de una arcilla en el pr;stamo no está pró(imo al óptim óptimo o puede puede resul resultar tar muy difíci difícill llevar llevarlo lo a dic)o dic)o valor valor óptimo óptimo,, so&re so&re todo, todo, si el contenido natural de )umedad es demasiado alto. >or eso a veces es inevita&le utilizar la arcilla con un contenido de )umedad diferente del óptimo. E(trayendo la arcilla de los pr;stamos se o&tiene pedazos o terrones. 4)ora &ien solo los rodillos patas de ca&ra están en capacidad de reducir el tamaño de espacios a&iertos e(istentes entre los terrones. En la compac compactac tació ión n de estos estos suelos suelos se o&tien o&tienen en me+or me+ores es result resultado adoss cuando cuando el contenido de )umedad es ligeramente superior al límite plástico. Si es muc)o mayor la arcilla tiende a pegarse al rodillo, o &ien este a )undirse en el terreno. Si es muc)o menor, los terrones no se deforman y los espacios quedan a&iertos. El espesor de las
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
capas por compactar y el número de las pasadas requerido de&e averiguarse previamente por medio de ensayos. <.1.11. C%*&c'&ción de %&s&s n&'u"&les de suels $ de 'e""&*lenes e/is'en'es W %:'d de c%*&c'&ción es*eci&l. os estratos naturales y los terraplenes e(istentes no pueden compactarse en capas y por eso un agente compactador de&e actuar en el interior de la masa de suelo. 2na forma efectiva para compactar arena no co)esiva es por vi&raciones a muc)a profundidad. El m;todo consiste en )incar pilotes, cuando se )incan pilotes en arena suelta, la superficie del terreno situado entre pilotes
se asienta, a pesar de la
disminución de volúmenes producido por el desplazamiento de arena por los pilotes. 'tro m;todo de compactación satisfactoria de gruesos estratos de arena consiste en )acer estallar pequeñas cargas de dinamita en muc)os puntos del interior de su masa. os suelos arenosos con alguna co)esión y los terraplenes e(istentes co)esivos, tam&i;n pueden compactarse )incando pilotes. a compactación de estos suelos sin em&argo, es causada por la presión estática, la que reduce el tamaño de los espacios vacíos. os suelos altamente plásticos "compresi&les$ pueden compactarse por precarga. a zona a ser tratada se cu&re con un terrapl;n que transmite un peso unitario suficientemente alto como para consolidar el suelo en una magnitud que aumenta la resistencia y reduzca su compresi&ilidad a los límites requeridos dentro del tiempo disponi&le para la operación precarga. Tam&i;n es posi&le acelerar el proceso de consolidación "disminución de la compresi&ilidad$ por medio de la instalación de drenes de arena, cuando e(istan capas naturales de drena+e, sí se facilita la e(pulsión del agua de las capas plásticas. El m;todo consiste en la )inca de caños de acero "7C cm$ llenándolos con una mezcla de grava y arena luego retirando el tu&o de acero, la consolidación del suelo circundante se acelera e(trayendo por &om&eo agua de los drenes. <.1.1!. G"&d de c%*&c'&ción En una o&ra nunca se logra precisamente la má(ima densidad seca indicada por las prue&as de compactación del la&oratorio "prue&as >roctor$ por eso se define como grado de compactación de un suelo compactado la relación, en porcenta+e, entre la densidad seca o&tenida en o&ra y má(ima densidad seca averiguada en el la&oratorio por tal o&ra.
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
El control de la o&ra se lleva generalmente investigando el grado de compactación de los materiales ya compactados y esta&leciendo un mínimo acepta&le, que varía según la importancia y función de la o&ra. En o&ras importantes se recomienda siempre recurrir a secciones e(perimentales "por e+emplo terraplenes de prue&a $ que permitan determinar el espesor de las capas y el número de pasadas de un cierto equipo para o&tener el grado de compactación deseado. El grado de compactación de suelos se e(presa!
Gc =
γ secalogradaenel cam!o γ secamáx .lograda en≤ la/oratorio
x 100
a má(ima densidad seca "-:S$ puede representar el valor o&tenido por la prue&a >roctor estándar ó >roctor modificado. a aplicación del valor para -:S depende de las distintas condiciones de la o&ra. Según normas elementales, )ay ciertas demandas en cuanto a la compactación de terraplenes en caminos. Iasta una profundidad de * m. >or de&a+o de la capa de desgaste. 1c
≥
#CCB
>roctor
estándar
para
suelos
friccionantes.
1c ≥ LAB >roctor Estándar para suelos co)esivos. En profundidades mayores que * m. >or de&a+o de la capa de desgaste 1c
≥
#CCB
>roctor
Estándar,
suelos
friccionantes
terraplenes metros
)asta
de
*
altura.
1c ≥ LAB >roctor Estándar9 suelos co)esivos terraplenes )asta *m de altura 1c ≥ L*B >roctor Estándar suelos co)esivos, terraplenes más altos que * metros de altura. El grado de compactación, presas de tierra, campos de aterriza+e etc. :e&e corresponder a las demandas específicas de la o&ra.
<.1.1-. De'e"%in&ción de l& densid&d In Si'u M:'d del Ree%*l&P de &"en&; #. Se determina el peso de la arena por unidad de volumen ":a$. *. Se pesa el frasco con la arena y se determina además el peso que se necesita para llenar el em&udo mayor "peso antes del ensayo <>=, peso necesario 7. 6. ?. @.
para llenar el em&udo mayor
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
A. 2na vez que la arena de+a de caer, lo que puede verse. F. Se determina el peso del suelo seco. L. Se desenrosca el cono y se pesa nuevamente el frasco con la arena que )aya so&rado "peso de la arena despu;s del ensayo
γ seca = γ s=
W s V m
* W s =
W + 1 +ω
* V =
P− P # − P# # Da
ota! a densidad de la arena de 'ttaGa es! #.7F R 'a R #.6C VgMcm7. 9"4le%& NK 1. :eterminar el grado de compactación si contamos con los siguientes datos de la&oratorio y campo respectivamente! D&'s de l&4"&'"i; :ensidad seca má(ima de la&oratorio!
γ s=1.87
gr cm
3
D&'s 4'enids en c&%*; >eso de la arena en el )ueco
!
W a = P − P # − P C =8000 −2750 − 1500 =3750 gr .
>eso del suelo )úmedo compactado! W +=5180.00 gr . %ontenido de )umedad de compactación!
ω =6.2
:ensidad de la arena de reemplazo
γ a= 1.40 gr . / cm
!
Slución; V a=V +o)o=
8olumen del )ueco!
:ensidad )úmeda!
:ensidad seca!
∴ → Gc
=
γ +=
γ s=
W + V a
γ + 1 +ω
γ secadecam!o γ seca de la/oratorio
=
=
W a γ a
= 3750 = 2678.57 cm3 1.40
5180.00 gr =1.93 3 2678.57 cm
1.930 gr =1.82 3 1 + 0.062 cm
x 100=
1.82 =97.33 1.87
3
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
C""ección *" #"&2& 09"cedi%ien' ASTM D <1=; a práctica es considerada válida para materiales con partículas de so&re medida que contienen )asta 7C B de peso retenido en el tamiz =. Esta práctica podría ser aplicada a suelos con algún porcenta+e de partículas de so&re medida, sin em&argo, la corrección no podría ser significativa en la práctica, para suelos con solo pequeños porcenta+es de partículas de so&re tamaño. 9"4le%& NK !. :eterminar la corrección por grava, considerando los valores o&tenidos en el pro&lema anterior. :atos! >eso del suelo )úmedo compactado! W +=5180.00 gr . Si el peso de la muestra mayor a =! W m > 3 / 4 =580 gr. Solución! W m < 3 / 4 =5180-580=4600 gr.
Entonces el peso de la muestra menor a =!
En el la&oratorio se de&e determinar el peso específico de la grava! 8olumen del material mayor a =!
γ =2.68 gr / cm
3
¿ 3 / 4 } = {580} over {2.68} =216.42 {cm} ^ {3} . V ¿
8olumen del material menor a =! 3
V ¿ 3 / 4} = {V} rsub {o!o} - {V} rsub {"3#4=2678.57 −216.4 =2462.17 cm .
:ensidad )úmeda del material menor a =!
¿ 3 / 4 }} = {4600.00} over {2462.17} =1.87gr# {cm} ^ {3} V ¿
γ +<3 /4 } = {{$} rsub {%3#4 ¿
¿
%ontenidode +umedad de com!actaci;n : ω =6.2
:ensidad seca del material menor a =!
s < 3 / 4 } = {{&} rsub {}} over {1'(} = {1.87} over {1'0.062} =1.76gr# {cm} ^ {3} γ ¿
1rado de compactación! Gc =
γ s < 3 /4 γ s la/oratorio
x 100 =
1.76 = 94.11 1.87
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
9"4le%& NK -. >ara el control de compactación del terreno de fundación de una carretera, se efectuaron las siguientes prue&as! #.$ El ensayo de >roctor -odificado, o&teniendo datos correspondientes a cuatro puntos. ) "grMcm7$
jB s "grMcm7$
#,L@7 #C,*F #.AF
*,C@@ ##,@6 #.F?
*,CL #*,A? #.F?
*,C7A #7,FL #.AL
*.$ >ara determinar el peso volum;trico de compactación en o&ra, se utilizó el m;todo del cono de arena o&teni;ndose los siguientes resultados! >eso del suelo con )umedad de compactación! 67#? gr. %ontenido de )umedad de compactación! #CB >eso de la arena para llenar el )oyo! 7C*# gr. :ensidad de la arena cali&rada! #.7F gr. Mcm 7 >reguntas! #.$ Encontrar el grado de compactación. *.$ Si las especificaciones indican que se de&e lograr que el 1 cB D L?B! Si fuera Supervisor diga si lo acepta o lo rec)aza. V +o)o =V muestra =V arena=
V +o)o =2189.13 cm
W P− P # − P# # = arena !ara llenarel +o)o = 3021 D a densidaddela arena 1.38
3
1.971
gr
4315.00 cm =1.971 gr3 → ∴ γ s= γ += 2189.13 1 + 0.10 cm
Gc =
3
=1.792 gr3 cm
1.792 x 100=95.57 1.875
<.1.1 F&c'" de es*n&%ien' $ cn'"&cción F&c'" de es*n&%ien'; >ara eliminar se de&e usar el factor de espon+amiento "0e$.
V -liminar =V -xcavado ( 1+ > e )
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
> e =
γ natural −γ suelta γ suelta
x 100
F&c'" de cn'"&cción;
>ara compactar se de&e usar el factor de contracción "0c$. V (ecesario =V 'erminado ( 1 + > c )
γ
− γ
9"4le%& NK ; :eterminar el volumen que se de&erá e(traer de una zona, con las características siguientes!
>roceso de e(cavación
Solución! #. >eso natural! W (at. =γ nat . x V -xc .=1.72 x 38,200 =65,704 'n . *. %álculo del 0actor de Espon+amiento "0e$!
8olumen de eliminación!
V eliminaci;n=
W nat . γ suelta
=
65,704 = 40,309 m3 1.63
= = = >eso suelto! W suelto . γ nat . x V eliminaci;n 1.63 x 40,309 65,704 'n.
0actor de espon+amiento! > e =
8olumen eliminación!
γ natural −γ suelta γ suelta
x 100=
1.72 −1.63 x 100=5.52 1.63
V eliminaci;n=38,200 ( 1 + 0.0552 )=40,309 m
3
Teoría y práctica de mecánica de Suelos 3
V eliminaci;n
40,309 m
b de via+es! ( viaBes= V volAuete = 15 m3 =2687 9"4le%& NK 6; :eterminar el 0actor de %ontracción si se cuenta con los datos que se muestran! -aterial suelto → -aterial compactado
jB ?.*B
> c =
γ %om!actaci;n − γ secasuelta γ secasuelta
x 100=
2.10− 1.69 x 100 =24.26 1.69
ota! En los factores de espon+amiento y de contracción se calcula con las densidades que tengan el mismo jB9 sí no en fórmula usar secas. 9"4le%& NK 8; %on los datos del pro&lema anterior. :eterminar el espesor inicial, final y cantidad de agua que se necesita para llegar al '%I D F.6FB, con
γ smáx.=2.10 'n / m
3
.
Slución; 8olumen terminado!
(
V terminado =
)
16 + 8 3 x 15 x 200 =36,000 m 2
8olumen necesario! V necesario =V terminado ( 1 + >c ) =36,000 (1 + 0.2426 ) ¿ 44,733.60 m
3
Espesor o altura inicial que se necesita para llegar a la altura requerida despu;s de compactar.
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
+inicial=+ 7inal (1 + >c ) =20 + ( 1 + >c )=20 + ( 1 + 0.2426 )
, Si se desea capas de
*C cm. +inicial=20 + (1 + 0.2426 )= 24.85 cm
%uanto de agua se necesita para llegar al '%I!
Sí! ncremento de 4gua! 5agua =( 8.48 −5.20 ) =3.28 Vagua total =5 ω x W necesario Wnecesario =V necesario x γ secasuelta = 75,599.78 'n
3
3
Vagua total =3.28 x 75,599.78 =2419.19 m = 2419.19 x 10 litros
3
Vagua total =2419.19 x 10 litros =624,307.89 gl
Sí : 1 Galon=3.785 litros =1359.11 m
(viaBes cister na=
3
Vagua total 624,307.89 gl = =52.00 viaBes 12,000 gls Vcisterna
9"4le%& NK <; Se tiene material suelto preparado, el cual tiene una suelta )úmeda D #.FFTnMm7, con un jB D ?.#B, con el cual se desea compactar al #CCB de la :ensidad -á(ima Seca ":-S$, en el la&oratorio se o&tiene que la :S- D *.C6TnMm 7 y el '%I D A.?B. a superficie de la vía es de #C.*C m de anc)o de plataforma, con el espesor de C.*?m y una longitud de *COm. :eterminar la cantidad de agua por agregar para llegar al '%I. Slución;
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
8olumen terminado! V terminado =20,000 m x 10.20 m x 0.25 m =51,000 m
γ
secadel suelo suelto !re!arado
=γ s=
3
γ +
= 1.88 =1.789 'n / m3 1 + ω 1 + 0.051
ota! En los 0 e y 0c, se calculan con las densidades que tengan el mismo jB > c =
γ s com!actaci;n −γ ssuelta γ ssuelta
x 100=
2.04 −1.789 x 100 1.789
> c = 14.03
8olumen necesario! V necesario =V terminado ( 1 + > c )=51,000 x 1.1403 =58,155.30 m
3
>eso necesario! W necesario = V necesario x γ +suelta=58,155.30 x 1.88 =109,332 'n
ncremento de agua! 5 agua= 5 ω =7.50 −5.10 =2.40
8olumen de agua total! V aguatotal =5 ω x Pesonecesario=0.024 x 109,332.00 'n
3
3
V aguatotal =2623.97 'n =2623.97 m =2,623.97 x 10 litros
V aguatotal =784,416.92 gl
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
úmero de via+es del camión cisterna! (viaBes cisterna =
Vagua total 784,416.92 gl = =65 viaBes 12,000 gls Vcisterna
9"4le%& NK =; Se tiene un material suelto preparado, el cual tiene una suelta )úmeda D #.FFTnMm7, con un jB D ?.#B, con el cual se desea compactar al L?B de la :ensidad -á(ima Seca ":-S$, en el la&oratorio se o&tiene que la :S- D *.C6TnMm 7 y el '%I D A.?B. a superficie de la vía es de #C.*C m de anc)o de plataforma, con el espesor de C.*?m y una longitud de *COm. :eterminar la cantidad de agua por agregar para llegar al '%I. Slución; >eso al L?B del >roctor! GB ?.F @.? F.? #C
3
γ s x 0.95 =2.04 x 0.95 =1.968 'n / m
:. Seca #.FF #.LL #.LL #.A@
8olumen terminado! V terminado =20,000 m x 10.20 m x 0.25 m =51,000 m
γ
secadel suelo suelto !re!arado
=γ s=
γ + 1+ω
=
3
1.88 =1.789 'n / m3 1 + 0.051
ota! En los 0 e y 0c, se calculan con las densidades que tengan el mismo jB > c =
γ s com!actaci;n −γ ssuelta
> c = 10.01
8olumen necesario!
γ ssuelta
x 100=
1.968−1.789 x 100=10.01 1.789
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
V necesario =V terminado ( 1 + > c )=51,000 x 1.1001=56,105.10 m
3
>eso necesario! W necesario = V necesario x γ + suelta=56,105.10 x 1.88 =105,477.59 'n
ncremento de agua! 5 agua= 5 ω =6.40 −5.10 =1.30
8olumen de agua total! V aguatotal =5 ω x Peso necesario = 1.30 x 105,477.59 'n
3
3
V aguatotal =1371.21 'n=1371.21 m =1371.21 x 10 litros
V aguatotal =362,274.42 gl
úmero de via+es del camión cisterna! (viaBes cisterna =
Vagua total 362,274.42 gl = =30 viaBes 12000 gls Vcisterna
9"4le%& NK ; %alcular el FcH F eH 'e"%in&dH 8necesario, y cantidad de agua, para )acer un dique de contención. Se tiene un material de cantera con una suelta )úmeda o natural D #.LFTnMm7, con un j B D #.AB, en adelante suelto y preparado, el cual tiene una suelta )úmeda o preparado D #.L*TnMm7, con un jB D #.FB, con el cual se desea compactar al LFB de la :ensidad -á(ima Seca ":-S$, en el la&oratorio se o&tiene que la :S- D *.C*TnMm 7 y el '%I D ?.CB. El dique tiene la forma trapezoidal de H D 7C, & D @ m, con el espesor de **m y una longitud de #?Cm. Slución; GB 7.F 6.? ?.? @.?
:. Seca #.F@ #.LL #.LL #.A@
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
:ensidad seca de compactación al LFB del >roctor y el
γ s x 0.98 =2.02 x 0.98 =1.98
'n m
3
ω0.98 decom!.
, del gráfico!
) el ω0.98 decom!. = 4.4
>roceso constructivo!
0c
Terminado
0e
>reparado ) prep.D#.L*TMm7 seca D#.FF@TMm 7
%antera ) D#.LFTMm7 secaD#.L6ATMm 7
ota! En los 0 e y 0c, se calculan con las densidades que tengan el mismo jB! > e =
> c =
γ seca cantera− γ seca !re!arado γ seca !re!arado
γ scom! −γ seca !re!arado γ Seca !re!arado
x 100=
x 100 =
1.947−1.886 x 100 =3.2 1.886
2.036 −1.886 x 100= 7.95 1.886
8olumen terminado!
(
V terminado =
)
30 m + 6 m 3 22 m x 150 m=59,400 m 2
8olumen necesario! V necesario =V terminado ( 1 + > c )=59,400 x 1.0795 =64,122.30 m
3
>eso necesario! W necesario = V necesario x γ + suelta !re!arado = 59,400 x 1.92 =123,114.82 'n
ncremento de agua! 5 agua= 5 ω =4.4 − 1.80 =2.60
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
8olumen de agua total! V aguatotal =5 ω x Peso necesario = 2.60 x 123,114.82 'n
3
3
V aguatotal =3,200.99 'n =3,200.99 m =3,200.99 x 10 litros
V aguatotal =826,060.73 gl
úmero de via+es del camión cisterna! (viaBes cisterna =
Vagua total 826,060.73 gl = =69 viaBes 12000 gls Vcisterna
<.! Rel&ción de S*"'e C&lif"ni& 0C@R <.!.1 Gene"&lid&des! El m;todo %H3 fue propuesto en #L*L por los ngenieros T. E. Stanton
y '. . >orter,
del departamento de carreteras del Estado de %alifornia. :esde esta fec)a, tanto en Europa como en 4m;rica, el m;todo %H3 se )a generalizado y es, )oy en día, uno de los más empleados en el cálculo de pavimentos fle(i&les. Este m;todo )a sido adoptado por el cuerpo de ingenieros del e+;rcito estadounidense, así como por otros organismos t;cnicos y viales, )a e(perimentado varias modificaciones, pero en la actualidad se sigue, en líneas generales. El procedimiento sugerido por el 2. S. WaterGays E(periment Station, 8icVs&urg, -isisipi. En general las fallas en los pavimentos fle(i&les, se de&e principalmente a las fallas por corte del suelo o de los materiales que conforman las diferentes capas. Su diseño se &asa en los resultados del corte directo, prue&a tria(ial o simplemente midiendo la resistencia a la penetración del material. El índice %.H.3. Es un valor empírico que sirve para determinar la resistencia de terrenos de fundación yMo cimentación de carreteras, aeropuertos, etc. Será determinado por la penetración de un pistón "con cierta velocidad$ a una muestra compactada al contenido óptimo de )umedad modificado. El índice %.H.3. Se o&tiene como un porcenta+e del esfuerzo requerido para )acer penetrar un pistón en el suelo que se ensaya, dividido entre el esfuerzo requerido para )acer penetrar el mismo pistón )asta la misma profundidad en una muestra patrón compuesto de piedra triturada y compactada.
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
%84 =
-s7uer"o del suelo ensa)ado x 100 -s7uer"o del suelo !atron
%uadro ! Ta&la de 8alores correspondientes a la muestra patrón "-4%4:4-$
EN UNIDADES METRICAS %% V#c%!
>enetración *.?6 ?.CF A.@* #C.#@ #*.A
Esfuerzo AC.7# #C?.6@ #77.?F #@#.A# #F*.FC
EN UNIDADES INGLESAS 9l#. Li4"&s*l#!
>enetración C.# C.* C.7 C.6 C.?
Esfuerzo #CCC #?CC #LCC *7CC *@CC
En el diseño de pavimentos fle(i&les el %.H.3. /ue se utiliza es el valor que se o&tiene para una penetración de C.#= "*.?6 mm$.Sin em&argo, si el valor %H3 a una penetración de C.*= "?.CF mm$ es mayor, el ensayo de&erá repetirse. Si un segundo ensayo produce nuevamente un valor de %H3 mayor de ?.CFmm de penetración, se de&e considerar el valor mayor o&tenido. En general se esta&lece en este m;todo una relación entre la resistencia a la penetración de un suelo, y su valor relativo como &ase de sustentación de pavimentos fle(i&les. Este m;todo, si &ien es empírico, se &asa en un sin número de tra&a+os de investigación llevados a ca&o tanto en los la&oratorios de ensayo de materiales, así como en escala natural o directamente en el terreno, lo que permite considerarlo como uno de los me+ores m;todos prácticos para el diseño de pavimentos. <.!.! Cndicines del ens&$ 0Rel&ción en'"e l& Densid&d $ el ndice [email protected].; a densidad de&erá ser la que se espere o&tener con el medio de construcción empleado "m;todo de compactación$, es decir cuando se trata de un terrapl;n en el cual vamos a e(igir el L?B de la densidad má(ima >roctor, la muestra )a&rá de compactarse con la )umedad optima correspondiente. >ara pistas de aeropuertos y a veces para carreteras se e(ige la má(ima densidad >roctor modificada que es más elevada. Sí por circunstancias especiales, no sea posi&le lograr las densidades má(imas estándar, el ensayo )a&rá de realizarse con otras densidades "en función de la )umedad$ análogas a tales densidades, que en realidad se alcanza. a densidad del suelo se alterará si cam&ia la proporción de )umedad y se )a&rá de prever las peores condiciones de resistencia en el suelo que podrá encontrarse en el transcurso del tiempo.
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
<.!.- Ti*s de ens&$s El ensayo
puede
realizarse so&re
muestras remoldeadas
que
representan
apro(imadamente iguales condiciones de )umedad y densidad como el material en la o&ra, so&re muestras inalteradas ó < ST2=. >ara el pavimentado encima de terraplenes se opera so&re muestras remoldeadas y para proyectar pavimentos encima del suelo natural o so&re una carretera antigua se determinará el %.H.3. <n Situ= o con muestras sin pertur&ar. Ensayando a capas de &ase o su& &ase de carreteras y aeropuertos de&e todavía tomarse en cuenta la so&recarga de&ido a las capas superiores yacentes encima de la capa ensayada. Eso significa que se )a&rá de determinar la presión de contacto producida por estas capas superiores y aplicar la misma presión de contacto so&re las muestras por ensayar, en todo caso, lo que se pretende es que la muestra ensayada sea la más representativa de las peores condiciones en que el terreno se )a de encontrar en el transcurso de su vida, en especial lo que se refiere a su estado de )umedad. <.!. Ti*s de suels 4plicando el m;todo de diseño %.H.3. Todas las capas como, terreno de fundación o llamada su& rasante, su& &ase y &ase se las agrupa en tres clases &. Suels sin c5esión de nin#un& *l&s'icid&d 0A"en&s $ G"&2&s 4 estos suelos se les compacta fácilmente mediante rodillos lisos vi&ratorios "o por medio del tránsito$ y por eso, sus pesos volum;tricos má(imos alcanzados " γ s má(.$ en la o&ra corresponden a los de ensayo >roctor P -odificada. -uestras sin co)esión alguna, una vez compactadas al contenido óptimo de )umedad modificado, serán ensayadas al índice %.H.3. "prue&a de penetración$ sin otro tratamiento. 4. Suels cn c5esión Tales como las arenas limosas, limos orgánicos y limos arcillosos serán tratadas de manera diferente que se o&tengan datos que mostrarán el comportamiento so&re un rango completo de contenido de )umedad anticipados para muestras representativas. Se compactarán tres muestras a diferentes densidades al contenido óptimo de )umedad "proctor modificada$ ósea de&e averiguarse primero este mismo contenido de )umedad óptimo y luego se compactará una muestra con #C a #* golpes, la segunda con *? golpes y la tercera con ?@ golpes por capa respectivamente, despu;s las muestras serán sumergidas al agua y se las de+a )inc)arse durante un plazo de cuatro días y luego se
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
realiza la penetración con el fin de o&tener una serie de curvas que muestran la relación entre el peso volum;trico, contenido de agua y el índice %.H.3. determinado por el L?B de la má(ima densidad seca. c. Suels &l'&%en'e *l(s'ics os que comprenden las arcillas grasosas y limos inorgánicos, los procedimientos de prue&a son los mismos que para suelos co)esivos. o o&stante, las prue&as que se realizan con estos suelos tienen una finalidad que es la determinación de )umedades y densidades apropiadas y estas no son necesariamente los valores óptimos o&tenidos a trav;s de la prue&a <>roctor -odificada=. >or lo general, la e(pansión mínima y el má(imo %.H.3. 'curren para un contenido de )umedad ligeramente mayor que el óptimo. <.!.6 De'e"%in&ción del [email protected]. de suels *e"'u"4&ds $ "e%lde&ds 0ASTM D)1==-)<- AAS7TO ')1-)8- Eui*; 9&"& l& c%*&c'&ción de %ues'"&s #. -olde de compactación de k i D #?.* ( #A.? a *C cm. :e altura "o equivalente con collar$ se acopla un collarín de ? cm. una &ase perforada. El ensam&le de estas piezas se aprecia en la figura #. *. :isco espaciador de #?.# cm. de k por @.#6 cm. de altura "ó ?.# cm.$ 7. -artillo ó pisón.5 1eneralmente se emplea el martillo de #C li&ras con una altura de caída de #F= P según m;todo 44SIT' T5#FC. 9&"& %edi" el 5inc5&%ien' del %&'e"i&l &l &4s"4e" u& 6. >lato y vástago.5 El vástago cuya altura puede graduarse se )alla fi+ado en el disco metálico, como se indica en la figura #. ?. Trípode y e(tensómetro, para medir la e(pansión del material se emplea un e(tensómetro, con apro(imación a C.CC#=, montado so&re un trípode en la forma indicada en la figura #. @. >esas.5 %omo so&re carga se emplea una pesa anular y varias pesas cortadas en la forma indicada en la figura #, las cuales son de plomo y cada una pesa ? li&ras. 9&"& l& *"ue4& de *ene'"&ción Eui* de *ene'"&ción A. >istón.5 2n pistón cilíndrico, de acero de 7 pulgadas cuadradas de sección circular y de longitud suficiente para poder pasar a trav;s de las pesas y penetrar el suelo )asta =. F. 4parato para aplicar la carga.5 >uede emplearse una prensa )idráulica o cualquier aparato especialmente diseñado, que permita aplicar la carga una 2elcid&d de .6 *ul#&d&s *" %inu' "#.*A mmM-in$. 1eneralmente, los aparatos que se fa&rican para este tipo de ensayos llevan anillos cali&rados.
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
L. Equipo mi(to.5 4demás del indicado anteriormente, de&erá disponerse de un equipo misceláneo necesario, tal como &alanzas, )ornos, tamices graduados, papel filtro, tanques para inmersión de muestras cronómetros, e(tensómetros, etc. 9"e*&"&ción del %&'e"i&l #. Si se )alla )úmedo tendrá que ser secado previamente ya sea al aire o calentándolo a una temperatura no mayor de @CQ%. *.
2na vez secado el material, será menester desmenuzar los terrones e(istentes, teniendo cuidado de no romper las partículas individuales de la muestra.
7.
as muestras que se vayan a compactar, )a&rán de tamizarse en las mallas de = y la Q 6. a fracción retenida en el tamiz de =, se descartará y reemplazará, en igual proporción por el material comprendido entre los tamices = y la Q 6 luego se mezclarán &ien las dos fracciones del material tamizado.
6.
Se determina el contenido de )umedad de las muestras así preparadas.
?.
%antidad de material.5 para cada determinación de densidad, o sea, para determinar un punto de la curva de compactación se necesitan unos ? Og. :e material. :e modo que para cada curva de compactación, de&erá disponerse de unos 7C Og. :e material, suponiendo que se determinen ? ó @ puntos. 4sí mismo, )a de tenerse presente que cada muestra se de&e utilizar una sola vez, es decir, que no podrá usarse material que )aya sido previamente compactada.
De'e"%in&ción de l& densid&d $ 5u%ed&d El pro&lema principal consiste en preparar en el la&oratorio una muestra que tenga, prácticamente la misma densidad y )umedad que se proyecta alcanzar en el sitio donde se construirá el pavimento. En el m;todo %.H.3., el procedimiento comúnmente empleado para compactar las muestras es, en líneas generales, el que indicamos a continuación. #.
Se ensam&la el molde cilíndrico, se introduce el disco espaciador y se coloca encima de este disco un papel filtro grueso de @= de k para que el suelo no se pegue durante la compactación.
*.
a muestra que )a sido de&idamente preparada, como indicamos anteriormente, se )umedece añadiendo cantidad de agua que )a sido previamente determinada, se mezcla &ien el material, a fin de o&tener una muestra uniformemente )úmeda y se determina su contenido de )umedad, para poder determinar con mayor e(actitud la )umedad óptima.
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
2na vez preparada la muestra, con su correspondiente contenido de )umedad, se la coloca dentro del molde y se compacta en ? capas que tenga un espesor apro(imadamente igual, )aciendo caer el pisón ?@ veces so&re cada capa. Esta compactación se )ace siguiendo un m;todo análogo al indicado en 44SIT' ST5 #FC : la &riqueta compactada de&erá tener un espesor apro(imado de ? pulgadas. 7.
2na vez compactada la muestra, se quitará el collarín metálico, se enrasará la parte superior de aquella, suavemente )asta nivelarla en el molde. lenar con suelos finos los pequeños )uecos que se )ayan podido formar en la operación. Se volteará el molde, y se quitará la &ase metálica perforada y el disco espaciador.
6.
Se pesará el molde con la muestra y se determinará la densidad y la )umedad de aquella.
De'e"%in&ción de l& e/*&nsión del %&'e"i&l #.
2na vez determinada la densidad y )umedad de la muestra, indicada o descrita anteriormente, se colocará un papel filtro grueso de @= de diámetro so&re la superficie enrasada9 se montará encima de esta superficie la &ase metálica perforado y se volteará el molde "de forma que el espacio de+ado por el disco espaciador quede en la parte superior$ y asegurar el molde a la &ase de forma que el suelo quede en contacto con el papel filtro.
*.
So&re la superficie li&re de la muestra se colocará un papel filtro grueso de @= de diámetro y se montará el plato con ;l vástago gradua&le, en la forma indicada en la figura *. a, luego so&re el plato se colocarán varias pesas de plomo. a so&recarga que se aplique mediante pesas de plomo, de&e ser prácticamente igual a la correspondiente al pavimento "Su& 5Hase, Hase y capa de rodamiento$ a construirse. a so&recarga mínima a emplearse será de #C li&ras "6.?6 Og.$ equivalente a la de un pavimento de concreto de espesor equivalente a ?= "#*.? cm$
7.
2na vez colocado el vástago y las pesas en la forma indicada líneas arri&a se colocará cuidadosamente el molde dentro de un tanque o depósito lleno de agua. >ara permitir el li&re acceso de agua por de&a+o de la muestra se recomienda colocar el molde so&re &loques metálicos y no directamente so&re la superficie del tanque o depósito. 4sí mismo, para que la muestra se sature fácilmente por la parte superior de las pesas v;ase la figura Pa. os niveles de agua dentro y fuera del molde de&en ser iguales.
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6.
%olocado dentro del tanque con agua se monta el trípode con un e(tensómetro, en la forma representada en la figura 5a y se toma y registra la
?.
%ada *6 )oras y por un periodo de L@ )oras "6 días$, se toman y registran las
@.
4l ca&o de L@ )oras, o antes si el material es arenoso, se toma y anota la
ota! #.
os
suelos
que
tienen
)inc)amientos de 7B o más, generalmente tienen %.H.3. -enores del LB *.
os
suelos
que
tienen
)inc)amientos de *B como má(imo, tienen apro(imadamente %.H.3. guales o mayores al #?B. 7.
os
suelos
que
tienen
)inc)amientos menores de #B, tienen generalmente, %.H.3. :el 7CB D"en&e; :espu;s de saturada la muestra durante 6 días, se saca el cilindro y cuidadosamente se drena, durante #? minutos, el agua li&re que queda. %omo para drenar &ien el agua )ay que voltear el cilindro, su+;tese &ien el disco y las pesas metálicas al )acer la operación. uego, remu;vase el disco, las pesas y el papel filtro y p;sese la muestra. De'e"%in&ción de l& "esis'enci& & l& *ene'"&ción 1.
Si no es necesario sumergir la muestra en agua, se colocará so&re ella la pesa anular y se montarán las pesas de plomo, de tal modo que se o&tenga una so&recarga seme+ante a la del pavimento a
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construirse. 2na vez preparada así la muestra, se procederá como se indica en los párrafos siguientes. *.
Si la muestra )a sido sumergida en agua para medir la e(pansión, como indicamos anteriormente, y despu;s que )aya sido drenada, se colocará la pesa anular y encima las pesas de plomo que tenía la muestra cuando esta&a sumergida en agua, o sea que la so&recarga para la prue&a de penetración de&erá ser prácticamente igual a la so&re carga colocada durante el ensayo de )inc)amiento.
7.
El molde con la muestra y la so&re carga, se colocan de&a+o de la prensa y se asienta el pistón so&re la primera, aplicando una carga de #C li&ras "6.? Og.$.
6.
2na vez
?.
Se )inca el pistón manteniendo una velocidad de C.C? pulgadas por minuto "#.*AmmMmin.$, y se leen las cargas totales necesarias para )incar el pistón en incrementos de C.C*?, )asta alcanzar =.
@.
Iincando el pistón )asta C.? pulgadas "#.*A cm.$, se suelta la carga lentamente se retira el molde de la prensa, y se quitan las pesas y la &ase metálica perforada.
A.
0inalmente, se determina el contenido de )umedad de la muestra, para el control de campo, &astará determinar el contenido de )umedad de la parte superior de la muestra, pero en las prue&as de la&oratorio se recomienda tomar el valor promedio de los diferentes contenidos de )umedad o&tenidos en los e(tremos y parte media de la muestra.
C(lculs $ *"esen'&ción de "esul'&ds. #.
:i&u+ar una curva de resistencia a la penetración "la ordenada$ en l&sMplg
*
contra la penetración en mm ó pulg., tanto para la muestra reci;n compactada como para la muestra saturada. Sí la curva no es esencialmente lineal a trav;s del origen e(tender una línea desde la porción recta de la curva para tratar de interceptar el e+e de las a&cisas. a diferencia entre este valor y la penetración
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correspondiente a cero es una corrección que de&e utilizarse para calcular el %.H.3. as curvas para am&as muestras "la saturada y la reci;n compactada$ de&en di&u+arse en la misma gráfica con su identificación adecuada +unto con los valores de corrección de las curvas de forma que se pueda apreciar fácilmente el efecto de saturación en la muestra. *.
'&tener la resistencia a la penetración para *.? y ? mm y calcular el %.H.3. "El %.H.3. :e un suelo es la carga unitaria correspondiente a C.#= ó C.*= de penetración e(presada en por ciento de su respectivo ara C.#= y C.*= son seme+antes, se recomienda usar los calculos al %.H.3 correspondiente a C.*=, si el %.H.3 correspondiente a C.*=, es muy superior al %.H.3 correspondiente a C.#=, de&erá repetirse el ensayo.
En el cálculo del índice %.H.3.! En caso de que sea necesario se determinará los valores de esfuerzo corregidos de modo siguiente! os índices %.H.3. Se o&tendrá dividiendo el esfuerzo en el suelo ensayado entre el esfuerzo en el suelo patrón multiplicado por cien "#CC$, según una penetración de C.#= ó C.*=, considerando como índice %.H.3. El valor mayor averiguado para C.#= de penetración. Sí varias prue&as de compro&ación resultan con un mayor índice de %.H.3. >ara C.*= de penetración, se considerará este valor como representativo. 9"cedi%ien' de ls ens&$s de l&4"&'"i Suels #"&2ss $ &"enss cn *c n&d& de %&'e"i&l fin.) Estos suelos sin co)esión generalmente tienen índices plásticos inferiores al *B, y pueden ser compactados rápidamente en el campo. En general, su capacidad de soporte no se altera aprecia&lemente con los cam&ios de )umedad, de a)í que su %.H.3. /ue se adopte para los cálculos de diseño de pavimentos fle(i&les, puede ser el correspondiente a su densidad má(ima, ó si se sigue un criterio más conservador, el menor de los %.H.3. '&tenidos. El %.H.3. :e estos suelos granulares es generalmente mayor de *C B Suels n c5esi2sH *c *l&s'ics $ *c n&d& e/*&nsi2s; sn en #ene"&lH GMH GCH SMH SCH CLH MLH OL. >ara determinar el %.H.3. :e estos suelos se recomienda seguir! 9"i%e"; Se aplica condiciones climáticas normales y aquellos suelos cuya capacidad de soporte no varía aprecia&lemente cuando se altera ligeramente su contenido de
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)umedad, ósea que no requieren un control muy estricto cuando son compactados en el campo. Se#und; Es un procedimiento más ela&orado y se aplica a condiciones climáticas desfavora&les y aquellos suelos que son muy ara el suelos específicos, determinado previamente utilizando el ensayo de compactación modificado "densidad 8s Iumedad$, 2tilizando los m;todos * ó 6 de la norma 4ST:@LF5AC ó : #??A5AC "para el molde de #?.*C cm. de diámetro$ se de&e compactar las muestras utilizando las siguientes energías de compactación. <.!.8 Ens&$s de l&4"&'"i; [email protected]. cn %ues'"&s "e%lde&d&sH c%*&c'&d&s $ s&'u"&d&s. O4e'i2 #. :ar información so&re la e(pansión esperada en el suelo &a+o la estructura del pavimento cuando el suelo se satura. *. :ar indicación de la p;rdida de resistencia de&ida a la saturación en el campo. 7. El valor del %H3 se utiliza para esta&lecer una relación entre el comportamiento de los suelos principalmente con fines de utilización como &ase y su& rasante &a+o pavimentos de carreteras y aeropistas. 9"cedi%ien' del ens&$ de l&4"&'"i #. >reparar apro(imadamente 6.? Og. :e suelo de grano fino menor que el tamiz b 6. ó ?.? Og. :e material con partículas de #L mm de diámetro má(imo, al contenido de )umedad óptimo del suelo determinado con el esfuerzo de compactación adecuado "ensayo de compactación$. Si se desea curar el suelo para o&tener una distri&ución más uniforme de la )umedad. Se de&e mezclar con el porcenta+e necesario de )umedad y almacenar en un recipiente sellado por espacio de #* a *6 )oras antes del ensayo. a muestra se pasa por el tamiz de "7M6=4ST-$ descartando el material retenido. Si es necesario mantener el porcenta+e de material grueso del material original se de&erá efectuar un reemplazo. >ara esto se determina por tamizado el porcenta+e del material que pasa por el tamiz de ?C mm. "*=4ST-$ y queda retenido en el tamiz de =.
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Se reemplaza dic)o material por una masa igual de material que pasa por el tamiz de =. queda retenido en el tamiz de 6.A? mm. tomada de la porción no utilizada de suelo original. *. 4ntes de compactar el suelo en un molde, se de&e tomar una muestra representativa para determinar su contenido de )umedad "por lo menos #CC gr, si el suelo es de grano fino$. 7. >esar el molde sin su &ase ni el collar y regístrese los datos. 6. 4+ustar el molde a la &ase, insertar el disco espaciador "el disco redondo sólido de #?.# ( ?.#. cm$ en el molde y cu&rirlo con un disco de papel de filtro. ?. %ompactar el suelo de acuerdo con la norma 4ST- ó :#??A -;todos H o : para el suelo utilizado de acuerdo con lo especificado por el instructor. Tomar una muestra representativa para determinar el contenido de )umedad final del suelo remanente. >ara el caso de la práctica se utilizará! "Tres ensayos$ os m;todos se indican en la ta&la. -ET':'S
Suelos de grano fino Suelos de grano grueso @.
1'>ES
%4>4S
>ES' :E -43T'
?@,*?,#C
?
6.? Vg
?@
?
6.? Vg
/uitar el collar y enrasar la muestra suavemente )asta nivelar en el molde. lenar con suelos finos los pequeños )uecos que se )ayan podido formar en la operación anterior de nivelación de la muestra. >ara suelos de grano grueso se pueden utilizar partículas de suelo ligeramente menores que el agu+ero para completar el volumen en el sitio requerido.
A.
3etirar la &ase y el disco espaciador, pesar el molde con el suelo compactado y determinar el peso unitario total del suelo.
F.
%olocar un disco de papel de filtro so&re la &ase, invertir la muestra "de forma que el espacio de ?.#. cm de+ado por el disco espaciador quede en la parte superior$ y asegurar el molde a la &ase de forma que el suelo quede en contacto con el papel de filtro. >ara muestras no saturadas, llevar a ca&o los pasos L a ## que se presentan a continuación.
L.
%olocar la muestra en la máquina de compresión y sentar el pistón so&re la superficie de suelo utilizando una carga inicial no mayor de 6.? Og. 0i+ar el cero en los deformímetros de medida de carga y de penetración "o deformación$.
#C.
Iacer lecturas de deformación o penetración como se indica en la
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E(traer la muestra del molde y tomar dos muestras representativas adicionales para contenido de )umedad. >ara muestras saturadas! ##. %olocar la placa perforada con el vástago a+usta&le so&re el suelo compactado y aplicar suficientes pesas ranuradas adicionales para o&tener la so&recarga deseada dentro de una apro(imación de *.* Og. %uidando de que la so&recarga total no sea inferior a 6.? Og. 3egistrar la so&recarga total "asegurarse de incluir la placa perforada como parte del peso de so&recarga$. Tam&i;n asegurarse de usar un disco de papel de filtro entre la &ase perforada del vástago y el suelo para evitar que el suelo se pegue a la &ase del vástago. #*. Sumergir el molde y las pesas en un recipiente de agua de forma que el agua tenga acceso tanto a la parte superior como a la parte inferior de la muestra y a+ustar el deformímetro de carátula "con lecturas al C.C# mm$ en su respectivo soporte "0gs. indicadas en la teoría$. -arcar so&re el molde los puntos donde se apoya el soporte de forma que pueda removerse y volverse a localizar so&re el molde en el mismo sitio cuando se desee )acer una lectura. #7. %olocar suficientes pesas ranuradas "no menos de 6.? Og.$ so&re la muestra de suelo para simular la presión de so&recarga requerida. #6. 4+ustar en cero el deformímetro de e(pansión y registrar el tiempo que comienza del ensayo, tomar las lecturas a! C, #, *, 6, F, #*, *6, 7@, 6F,A* y L@ )oras. :e tiempo transcurrido. El ensayo de e(pansión puede terminarse despu;s de 6F )oras si las lecturas en el deformímetro de e(pansión se mantienen constantes por lo menos durante *6 )oras #?. 4l final de las L@ )oras de inmersión, sacar la muestra y de+arla drenar por espacio de #? min. Secar completamente la superficie superior de la muestra con toallas de papel. #@. >esar la muestra sumergida incluyendo el molde y regístrese los datos. #A. Iacer los pasos L a ## "es decir, tomar lecturas de penetración y cargas$. #F. Tomar muestras para contenido de )umedad del esp;cimen saturado de la siguiente forma! :os dentro de los 7 cm superiores del suelo :os dentro de los 7 cm inferiores del suelo :os en el centro de la muestra de suelo C(lculs $ *"esen'&ción de "esul'&ds #L.
:i&u+ar una curva de resistencia a la penetración "la ordenada$ en &sMplg* contra la penetración de plg. tanto para la muestra reci;n compactada
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como para la muestra saturada. Si la curva no es esencialmente lineal a trav;s del origen, e(tender una línea desde la porción recta de la curva para tratar de interceptar el e+e de las a&scisas. a diferencia entre este valor y la penetración correspondiente a cero es una corrección que de&e utilizarse para calcular el valor de %H3. as curvas para am&as muestras "la saturada y la reci;n compactada$ de&en di&u+arse en la misma gráfica con su identificación adecuada, +unto con los valores de corrección de las curvas, de forma que se pueda apreciar fácilmente el efecto de saturación en la muestra. *C.
'&tener la resistencia a la penetración para *.? y ?.C mm de la curva "utilizando las correcciones del paso # anterior si se necesitan$ y calcular el valor de %H3
*#.
%alcular los contenidos de )umedad y las densidades secas de las muestras antes de saturar y en la condición final luego de saturadas. >ara la muestra saturada, utilizar los datos del paso #F del procedimiento 4
**.
%alcular el porcenta+e de e(pansión so&re la &ase de la altura nominal inicial de la muestra.
:i&u+ar una curva de porcenta+e de e(pansión
"ordenada$ contra el tiempo transcurrido en una gráfica separada *7.
El informe de&e comparar los valores de %H3, presentar un resumen de los contenidos de )umedad adecuadamente identificados, e incluir las curvas requeridas. :iscutir el significado de un valor grande o pequeño o&tenido en el %H3, cualquier cam&io sufrido en el valor de %H3 con la saturación, y cualquier e(pansión que )u&iera podido tener lugar. X%ómo podría reducirse la e(pansión "si e(iste una cantidad significativa$ o eliminarse para este sueloY 4segurarse de registrar en el informe los datos de %lasificación 2nificada del Suelo y su respectiva clasificación 44SIT'.
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
IX.
ESTA@ILIACIÓN DE SUELOS
.1 Gene"&lid&des %uando un suelo presenta resistencia suficiente para no sufrir deformaciones ni desgastes inadmisi&les por la acción del uso o de los agentes atmosf;ricos y conserva además esta condición &a+o los efectos climatológicos, se dice que el suelo es esta&le. El suelo natural posee a veces la composición granulom;trica y la plasticidad así como el grado de )umedad necesario para que, una vez compactado, presente las características mecánicas que lo )acen utiliza&le como firme de un camino. os m;todos empleados en la antigedad para utilizar los suelos en la construcción eran empíricos y, como las demás actividades artesanas, se transmitían de generación en generación. os conocimientos en la actualidad so&re este campo se &asan principalmente en estudios sistemáticos con fundamento científico corro&orado mediante la e(perimentación. En general puede decirse que todos los suelos pueden ser esta&ilizados, pero si la esta&ilización )a de lograrse por aportaciones de otros suelos o por medios de otros elementos
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
"por e+emplo cemento, cal, cloruro de sodio, etc.$ el costo de la operación puede resultar demasiado alto si el suelo que se trata de corregir no posee determinadas condiciones. Entre las aplicaciones de un suelo modificado o esta&ilizado se encuentran la me+ora de los suelos granulares suscepti&les a las )eladas y el tratamiento de los suelos limosos yMo arcillosos para reducir los cam&ios de volumen. .!
Definición
lamamos esta&ilización de un suelo al proceso mediante el cual se someten los suelos naturales a cierta manipulación o tratamiento de modo que podamos aprovec)ar sus me+ores cualidades, o&teni;ndose un material esta&le, capaz de soportar los efectos del tránsito y las condiciones climáticas más severas. Se dice que es la corrección de una deficiencia para darle una mayor resistencia al terreno o &ien, disminuir su plasticidad. .-
Cl&ses
I.1.1. Es'&4iliP&ción F,sic& Este se utiliza para me+orar el suelo produciendo cam&ios físicos en el mismo. Iay varios m;todos así tenemos!
I.1.1.1.
MePcl&s de Suels
Este tipo de esta&ilización es de amplio uso pero por si sola no logra producir los efectos deseados, necesitándose siempre de por lo menos la compactación como complemento. os suelos de grano grueso como las gravas y arenas tienen una alta fricción interna lo que lo )acen soportar grandes esfuerzos, pero esta cualidad no )ace que sea esta&le como para ser firme de una carretera ya que al no tener co)esión sus partículas se mueven li&remente y con el paso de los ve)ículos se pueden separar e incluso salirse de la plataforma del camino. os suelos de grano fino o co)esivo como las arcillas, por lo contrario, tienen una gran co)esión y muy poca fricción lo que provoca que pierdan esta&ilidad cuando )ay muc)a )umedad. a mezcla adecuada de estos dos tipos de suelo puede dar como resultado un material esta&le en el que se puede aprovec)ar la gran fricción interna de uno y la co)esión del otro para que las partículas se mantengan unidas.
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a mezcla de suelos o corrección granulom;trica. %omo el nom&re lo indica, con este recurso se pretende )acer más esta&le a un suelo. El ingeniero de&e recordar que la esta&ilización es un asunto de economía que )ay casos en los que es me+or y más económico recurrir a un me+oramiento del suelo del lugar, que transportar otros materiales desde grandes distancias. os siguientes casos pueden +ustificar una esta&ilización! a.5 2n suelo de su& rasante desfavora&le, o muy arenoso, o muy arcilloso. &.5 -ateriales para &ase o su& &ase en el límite de especificaciones c.5 %ondiciones de )umedades desfavora&les. d.5 %uando se necesite una &ase de calidad superior, como en una autopista. e.5 2na pavimentación aprovec)ando los materiales e(istentes. En lo que se refiere a la ela&oración de mezclas de dos suelos, para producir un tercero que tenga una granulometría que le garantice ciertas propiedades desea&les, previamente esta&lecidas por un estudio de la&oratorio o por especificaciones, es decir! Sí tenemos un suelo dividido en varias fracciones, conocido el porcenta+e que constituye una fracción y se desea variar uno o más de esos porcenta+es, por la adición de alguna proporción de otro suelo, de granulometría conocida. En general, si 4, H, %... Son los porcenta+es que pasan una cierta malla de un con+unto de suelos #, *, 7... 8an a entrar en la com&inación, el porcenta+e de la mezcla que pasará por una cierta malla estará dada por la ecuación. != 3a + 8/ + %c + … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … .( 1)
Supóngase que se tiene una mezcla de solo dos suelos, entonces la ecuación "#$ queda! != 3a + 8/………… .. … … … … … … … … … … … … … … … … … … .. ( 2 )
Evidentemente! a + / =100 → a =1−/
Sustituyendo en la ecuación "*$ se tiene! != ( 1− / ) 3 + 8/ = 3 − 3/ + /8
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!− 3 =/ ( 8− 3 )
:e donde se o&tiene! P − 3 /= 8 − 3 KKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKK....."7$
Tra&a+ando similarmente, puede llegarse a! a=
! −8 3 − 8 KKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKK....."6$
as e(presiones "7$ y "6$ dan los porcenta+es en que los suelos # y * de&en com&inarse, para que la mezcla tenga el porcenta+e * pasando la malla que se )aya elegido como &ase de cálculo. '&viamente * de&e ser seleccionado por el proyectista, con &ase en sus necesidades del proyecto. as dificultades de mezclas son de varios aspectos, a veces )a&rá que o&tener toda la curva granulom;trica de la mezcla y, otras &astarán con garantizar algún o algunos porcenta+es apropiados, de algunos tamaños específicos en este caso sería la modificación de la fracción fina de suelo para me+orar su plasticidad o su permea&ilidad. El pro&lema que se plantea en la práctica suele requerir de un cierto mane+o de tanteos, por lo menos en el la&oratorio, para llegar a soluciones suficientemente apro(imadas. Estos tanteos pueden orientarse y facilitarse muc)o, estimando desde el principio las fracciones en que los suelos # y * intervendrán en la mezcla.
. Ta&la L. #! Tamaño de los granos de los suelos # y *. %on las respectivas especificaciones t;cnicas
Suelos # * Esp. T;cnicas
allas
7M6N #CC #CC
#M*N LC #CC
7MFN ?L #CC
b 6 #@ L@
b F 7,* F*
b 7C #,# ?#
b ?C C 7@
b #CC C *#
b *CC C L,*
#CC
FC 5#CC
AC 5 LC
?C 5 AC
7? 5 ?C
#F 5 *L
#7 P *7
F 5#@
C6 5 #C
9"4le%& NK 1; Se proporciona los datos de la&oratorio de los suelos # y *, con cuya mezcla se desea o&tener un material que cumpla las especificaciones que se señalan en la ta&la L.#. Solución!
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
#. Se de&e graficar las curvas granulom;tricas de los materiales # y *. 4demás de las especificadas. *. >ara el cálculo se tomará el caso de fi+ar el porcenta+e de la mezcla que de&e pasar la malla b F. Se deseará que dic)o porcenta+e sea el promedio aritm;tico de los límites señalados! !=
35 + 50 = 42.50 2
uego entonces! /=
! − 3 42.5 − 35 7.5 = = =0.50 → / =50 50− 35 15 8− 3
7. Se utilizará el ?CB de cada suelo componente para formar la mezcla, se estará atendiendo al requerimiento de dic)a mezcla en lo referente a la malla b F, pero sin poder garantizar lo mismo para las demás mallas9 sin em&argo, el resultado puede utilizarse como primer tanteo. Ta&la L.*! %álculos y presentación de resultados de la mezcla de suelos # y *
-alla 7M6N #M*N 7MFN b 6 b F
-aterial # #CC LC ?L #@ 7,*
-aterial * #CC #CC #CC L@ F*
, 30 , 50 , 100 , 200
1/1 0 0 0
51 36 21 !/2
6. >resentación del 1ráfico
# ( C,?C ?C 6? *L,? F #,@ C,?? C C C
* ( C,?C ?C ?C ?C 6F 6# *?,? #F #C,? 6,@
-ezcla #CC L? AL,? ?@ 6*,@ *@,C? #F #C,? 6,@
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
?. 4nálisis de resultados! >uede notarse que el agregado # de&e ser usado so&re todo para proporcionar los tamaños gruesos de la mezcla, en tanto que el agregado * podrá proporcionar los finos Se o&serva que la mezcla o&tenida quedó dentro de las especificaciones deseadas, si &ien &astante +usta es lo que respecta al material que pasa la malla b *CC. Si este )u&iera quedado e(cedido, por e+emplo, un modo de corregirlo sería efectuar un segundo tanteo aumentando un poco el porcenta+e del material #, que no tiene finos, disminuyendo correspondientemente el del material *, que es el que contri&uye a esa fracción en la mezcla. a solución gráfica, que resulta especialmente útil para aquellos casos en que no sea fácil visualizar cuál de los suelos componentes de&e contri&uir más a la formación de diferentes fracciones de la mezcla9 esto sucede so&re todo cuando se cruzan las curvas granulom;tricas de los materiales componentes. El mezclado en sí puede ser causa de pro&lemas, so&re todo cuando los componentes son finos. a utilización de maquinaria especial puede simplificar muc)o el tra&a+o. os suelos más finos suelen requerir pulverización antes de las operaciones de mezclado, lo que puede )acerse con arados de discos, rastras, etc. 9"4le%& NK !; Se proporciona los datos de la&oratorio de los suelos #, * y 7, con cuya mezcla se desea o&tener un material que cumpla las especificaciones que se señalan en la ta&la L.7 Ta&la L.7! Tamaño de los granos de los suelos #, * y 7. %on las respectivas especificaciones t;cnicas
BAD 1= 3<4= 3<8= , 4 10
at. 1 100 86 34 16 4
;(e pasa at. 2 100 100 !5 84 61
at. 3 100 100 100 100 100
Especicaciones 100 85-100 70-!0 50-80 35-50
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
40 100 200
3 0 0
5 1 0
!5 30 8
12-30 5-15 6
Solución! -aterial 1ruesoK "-at. 3etenido en la malla b #C$ -aterial 0ino. K"-at. >asa b#C P 3etenido en la -alla b *CC$ -aterial iganteK "-at. /ue >asa la -alla b *CC$ -aterial 1rueso 0ino igante F
B
-aterial 5# L@ 6 C # "#CCB$ (
-aterial 5* 7L @# C # "#CCB$ y
-aterial 57 C L* F # "#CCB$ Z
-ezcla 6?,CC ?*,77 *,@@A 7CC #CC
:ónde! a =96 /= 4 c =0
d =39 e= 61 7 = 0
g =0 … =at .Grueso + =92 … =at. >ino i = 8 … =at . :igante
3 =
∑ =at .Grueso x 100 = 96 + 39 +0 x 100= 45.00 300 ∑ 'otal
8=
∑ =at . >ino x 100= 4 +61 +92 x 100=52.33 300 ∑ 'otal
% =
∑ =at . :igante x 100 = 0 + 0 +8 x 100 =2.667 300 ∑ 'otal
96 x + 39 ) + 0 " = 45.00 … … … … … … … … … … … … … … … . ( 1 ) → =at . Grueso
4 x + 61 ) + 92 " = 52.33 … … … … … … … … … … … … … … … . ( 2 ) → =at . >ino 0 x + 0 ) + 8 " = 2.667 … … … … … … … … … … … … … … … . ( 3 ) → =at . :igante
E =33.3 & F =33.3 & 0 =33.3
Ta&la L.6! %álculos y presentación de resultados de la mezcla de suelos #, * y 7
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
;(e pasa BAD 1= 3<4= 3<8= , 4 10 40 100 200
at. 1
at. 2
at. 3
100 86 34 16 4 3 0 0
100 100 !5 84 61 5 1 0
100 100 100 100 100 !5 30 8
1 0/333 33/3 28/638 11/322 5/328 1/332 0/!!! 0 0
;(e pasa 2 3 0/333 0/333 33/3 33/3 33/3 33/3 31/635 33/3 27/!72 33/3 20/313 33/3 1/665 31/635 0/333 !/!! 0 2/664
9"esen'&ción del G"(fic
Es*ecific&cines ':cnic&s de &l#uns suels 0c&n'e"&s *&"& dife"en'es uss;
ecla !!/! !5/238 76/257 66/6 54/!45 34/2!! 10/323 2/664
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
os materiales de canteras requieren ser sometidos a ensayos de la&oratorio de acuerdo al uso que se quiere dar, así tenemos en 3elleno, 4firmado, Su&&ase y Hase. Rellen. os materiales que se empleen en la construcción de rellenos podrán provenir de las e(cavaciones de las e(planaciones, de lugares de pr;stamos laterales o de canteras apro&adas9 en general de&erán estar e(entas de materia orgánica, raíces u otros elementos per+udiciales, su empleo de&erá ser autorizado por el Supervisor, quien verificará que los materiales cumplan con las siguientes características! #. 4&rasión
!
-á(imo @CB
*. Tamaño má(imo
!
7=
7. Bque pasa b *CC má(imo
!
7?B
6. ndice >lástico má(imo
!
##B
Ta&la L.?! 0recuencias de control de calidad para los rellenos -;todo de ensayo
0recuencia
1ranulometría 44SIT' T5*AM4ST- %5#7@
?CCC m7
4&rasión
?CCC m7
ndice >lástico 44SIT' T5FLM4ST- :567#F
?CCC m7
Afi"%&d. os materiales que se empleen en la construcción de afirmado podrán provenir de canteras apro&adas9 en general de&erán estar e(entas de materia orgánica, terrones o &olsas de tierra u otros elementos per+udiciales, de&iendo cumplir con las siguientes características físico P mecánicas que se indican a continuación! #. ímite íquido "4:T- : P 67#F$
!
-á(imo 7?B
Teoría y práctica de mecánica de Suelos Ta&la L.@! Especificaciones t;cnicas para los afirmaos -alla Especificaciones t;cnicas "B que >asa$ *. ndic *N #CCB #N #CCB 5 A?B e 7MFN 6CB 5 F?B b 6 7CB 5 @?B #C *CB 5 ?CB 6C #?B 5 7CB *CC ?B 5 *CB
>lástico "4ST- : P 67#F$
!
Entre 6B y LB
7. 4&rasión "4ST- % P #7#$
!
-á(imo ?CB
6. Equivalente de arena
!
-ínimo *CB
?. %H3 "4ST- : P #FF7$
!
-ím. 6CB
@. >roctor -odificado "4ST- : P #??A$ !
-ím. #CCB.
A. 8ariación en el '%I >.-.
*.CB
!
4sí mismo el material cumplirá los requisitos de granulometría, donde el porcenta+e retenido individualmente en la serie de mallas de&erá estar en el intervalo de ?B al #?B en peso, a fin de presentar una curva granulom;trica continua.
a frecuencia de controles periódicos, destinados a verificar la permanencia de la calidad del material de afirmado, se de&e realizar de acuerdo a la ta&la L.A!
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
Ta&la L.A! 0recuencia de controles periódicos en los suelos para afirmados ES4' 1ranulometría imite íquido ímite >lástico 4&rasión Equivalente de arena :ensidad5Iumedad %H3 Sales solu&les
03E%2E%4 "m 7$ #CCC #CCC #CCC 7CCC 7CCC #?CC 7CCC 4 criterio del ngeniero
'3-4 4ST4- %5#7@ 4ST4- :567#F 4ST4- :567#F 44SIT' T5L@ 4ST4- :5*6#L 4ST4- :5#??A 4ST4- :5#FF7 4ST4- :5#FFF
Su4 @&se. El material para esta capa consistirá de partículas duras y dura&les, o fragmentos de piedra o grava y un rellenador de arena u otro material partido en partículas finas. -aterial de tamaño e(cesivo "] que *=$ que se )aya encontrado en depósito de los cuales se o&tiene el material para la capa de su& &ase de grava, será retirado por tamizado o triturado, )asta o&tener el tamaño requerido, según eli+an los e+ecutores. El material compuesto para la capa de su& &ase de&e estar li&re de material vegetal y terrones o &olas de suelo. >resentará en lo posi&le una granulometría lisa y continua &ien graduada. El material de su& &ase de&erá cumplir las siguientes características físico5mecánicas que se indican a continuación! #. ímite íquido "4:T- : P 67#F$
!
-á(imo *?B
*. ndice >lástico "4ST- : P 67#F$
!
-á(imo @B
7. 4&rasión "4ST- % P #7#$
!
-á(imo ?CB
6. Equivalente de arena "4ST- :5*6#L$
!
-ínimo 7CB
?. >artículas c)atas y alargadas "4ST- : 6AL#$ ! -á(imo *?B @. %aras de fractura
!
-ínimo *?B
A. %H3 con inmersión 6 días "4ST- : P #FF7$
!
-ínimo. 6CB
F. Sales solu&les totales
!
-á(imo #B
L. >roctor -odificado "4ST- : P #??A$
!
-ím. #CCB.
#C. 8ariación en el '%I >.-.
!
JM5 #.?B
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4demás, el material de&erá a+ustarse a uno de los usos granulom;tricos dados en la ta&la L.F! Ta&la L.F! Especificaciones t;cnicas de granulometría en materiales para su& &ase T4-4' :E 4 -44
*N ##M*N #N #M*N 7MFN 6 #C 6C *CC
B E >ES' /2E >4S4 1radación 1radación
#CC AC5#CC @C5#CC 6?5LC 6C5AC 7C5@C #?56? ?5*C ?5#?
#CC AC5#CC @C5#CC ?C5F? 6C5AC 7C5?? #?57C ?5#?
4 fin de prevenir segregaciones y garantizar los niveles de compactación y resistencia e(igidos por especificaciones, el material producido para esta partida de&e dar lugar a una curva granulom;trica uniforme y sensi&lemente paralela a los límites del )uso respectivo, sin saltos &ruscos de la parte superior de un tamiz adyacente y viceversa.
:urante el proceso constructivo de&erá efectuarse el control de los materiales de acuerdo a las siguientes recomendaciones! Ta&la L.L! 0recuencia de controles periódicos en materiales para su& &ase ES4' '3-4 03E%2E%4 "m 7$ 1ranulometría 4ST4- %5#7@ #CCC imite íquido 4ST4- :567#F #CCC ímite >lástico 4ST4- :567#F #CCC 4&rasión 44SIT' T5L@ 6CCC Equivalente de arena 4ST4- :5*6#L 6CCC %aras fracturadas #CCC %H3 4ST4- :5#FF7 6CCC ndice de >lasticidad #CCC >artículas c)atas y alargadas #CCC
@&se; El material para la capa de &ase de grava o piedra triturada consistirá de partículas duras y dura&les, o fragmentos de piedra o grava y un rellenador de arena u otro material partido en partículas finas! -aterial de tamaño e(cesivo que se )aya encontrado en depósito de los cuales se o&tiene el material para la capa de &ase de grava, será retirado por tamizado o será triturado, )asta o&tener el tamaño requerido, según eli+an los e+ecutores. El material compuesto
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para la capa de &ase de&e estar li&re de material vegetal y terrones o &olas de suelo. >resentará en lo posi&le una granulometría lisa y continua &ien graduada. El material de &ase de&erá cumplir con las características físicas químicas y mecánicas que se indican en el cuadro siguiente! #. ímite íquido "4:T- : P 67#F$
!
-á(imo *?B
*. ndice >lástico "4ST- : P 67#F$
!
-á(imo 6B
7. 4&rasión "4ST- % P #7#$
!
-á(imo 6CB
6. Equivalente de arena "4ST- :5*6#L$
!
-ínimo 7?B
?. >artículas c)atas y alargadas "4ST- : 6AL#$ !
-á(imo *CB
@. %aras de fractura
!
-ínimo ?CB
A. %H3 con inmersión 6 días "4ST- : P #FF7$ !
-ínimo. FCB
F. Sales solu&les totales
!
-á(imo #B
L. >roctor -odificado "4ST- : P #??A$
!
-ím. #CCB.
#C. 8ariación en el '%I >.-.
!
JM5 #.?B
4demás los agregados presentarán una granulometría continua y graduada según la fórmula de tra&a+o de dosificación apro&ada por el supervisor y según uno de los usos granulom;tricos indicados en la ta&la L.#C! Ta&la L.#C! Especificaciones t;cnicas de granulomet ría para materiales de &ase B E >ES' /2E >4S4 T4-4' :E 4 -44 1radación 4 1radación H 1radación % *N #CC #CC #N A?5L? #CC 7MFN 7C5@? 6C5A? ?C5F? 6 *?5?? 7C5@C 7?5@? #C #?56C *C56? *?5?C 6C F5*C #?57C #?57C *CC *5F ?5#? ?5#?
1radación : #CC @C5#CC ?C5F? 6C5AC *?56? F5#?
4 fin de prevenir segregaciones y garantizar los niveles de compactación y resistencia e(igidos por especificaciones, el material producido para esta partida de&e dar lugar a una curva
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granulom;trica uniforme y sensi&lemente paralela a los límites del )uso respectivo, sin saltos &ruscos de la parte superior de un tamiz adyacente y viceversa. :urante el proceso constructivo de&erá efectuarse el control de los materiales de acuerdo a las siguientes recomendaciones! Ta&la L.##! 0recuencia de controles periódicos ES4' * %ontroles de granulometría imite íquido ímite >lástico 4&rasión Equivalente de arena B %aras fracturadas %H3 ndice de >lasticidad >artículas c)atas y alargadas Sales solu&les mpurezas orgánicas
I.1.1.!.
'3-4 4ST4- %5#7@ 4ST4- :567#F 4ST4- :567#F 44SIT' T5L@ 4ST4- :5*6#L 4ST4- :5#FF7 4ST4- :5#FFF
03E%2E%4 "m 7$ ?CC ?CC ?CC 7CCC *CCC ?CC 7CCC ?CC ?CC 7CCC *CCC
Ge 'e/'iles
Gene"&lid&des os 3ecursos y ecesidades que la ngeniería tiene, )an llevado a la investigación y a la evolución de nuevos materiales como el caso de los geosint;ticos que se comenzaron a utilizar en el mundo a partir de la d;cada de los @C. Ioy en día se siguen utilizando como refuerzo en terraplenes, esta&ilización de taludes, construcción de gaviones, su& drenes, etc. Son los geote(tiles la parte tecnológica de uso en los caminos. El terreno so&re el que se fundan las carreteras es varia&le a lo largo de ;stas. 2na misma carretera puede pasar por varios tipos de suelo como! roca, gravas, arenas, suelos saturados y lec)os antiguos de ríos9 estas condiciones generan que un proyecto tenga importantes variaciones en su construcción y en su diseño estructural en toda su longitud. a construcción de terraplenes es generalmente so&re desniveles y so&re suelos inesta&les como los suelos &landos "lacustres o pantanosos$. a esta&ilidad de terraplenes desplantados so&re suelos &landos es muy &a+a de&ido a la &a+a capacidad de carga de estos suelos, por lo que los terraplenes sufren importantes deformaciones de&idas a las cargas e(cesivas que el terrapl;n e+erce so&re el suelo. El costo de mantenimiento es alto de&ido a que de&e ser constante o en otro caso, las reparaciones son costosas ya que se de&en )acer en gran escala lo cual lleva muc)o tiempo. os fa&ricantes de geosint;ticos )an desarrollado distintos tipos de estos para usos específicos y desempeños más óptimos. os geosint;ticos más importantes en el área de esta&ilización de terraplenes son las geomallas, los geocompuestos y las geomem&ranas9 más adelantes se e(plican detalles del funcionamiento de estas y se determina cuales son los usos para los que se recomiendan partir de la d;cada de los @C y e(plorando más y más sus aplicaciones durante
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
los años AC, los geote(tiles se esta&lecieron firmemente como materiales prácticos y económicos para la construcción y edificación su&terránea. Sin em&argo, en los años oc)enta )u&o un crecimiento dinámico en esta industria empu+ado por varios factores correlacionados. Entre estos factores tenemos! #. 2na identificación y competencia fuerte entre muc)os tipos de geote(tiles normales *. 2na influencia de parte de no5geote(tiles, pero productos geosint;ticos correlacionados9 como son las mallas para refuerzo, redes para drena+e y un gran número de compuestos para usos finales específicos. 7. El esta&lecimiento de normas mínimas de comportamiento provenientes de muc)as agencias federales y estatales para usos finales más comunes. 6. 4ctividad entre grupos que formulan las normas y la industria en la redacción de m;todos de prue&a, procedimientos y valores recomendados. Sin em&argo se cree que los geote(tiles y otros materiales geosint;ticos relacionados apenas )an comenzado a esta&lecer su posición legítima en la construcción relacionada con lo su&terráneo. -uc)os ingenieros, arquitectos y proyectistas en e+ercicio de su profesión, )an oído raramente acerca de estos productos, muc)o menos los )an usado. Solamente algunas de universidades tratan el tema en forma a&ierta y concienzuda. >articularmente )ace falta la confianza de comparar una propiedad geosint;tica medida con la propiedad requerida que le corresponde. Este tipo de comparación tan común en la construcción con concreto, acero o madera actualmente se mane+a con cautela, si es que se considera. Tal enfoque requiere confianza, la cual se crea con el conocimiento. a familiaridad se puede crear con el uso, conocimiento o una com&inación de am&os. Definición os geosint;ticos, en general, son elementos sint;ticos resistentes, que al integrarse en el suelo interactúan con ;ste formando un sistema me+orado de mayor capacidad y menor deforma&ilidad. os geosint;ticos evitan la sustitución de suelos cuyas propiedades mecánicas los )ace inadecuados para cumplir la función que requiere una estructura, ya sea por deformaciones e(cesivas o por resistencias insuficientes. >ermiten procesos constructivos más rápidos y eficientes. C&"&c'e",s'ic&s f,sic&s Es importante que todos los materiales que constituyen un geote(til sean resistentes, dura&les, inertes químicamente que sean altamente resistentes a los efectos de las condiciones del terreno, clima y paso del tiempo. En instalaciones permanentes, el comportamiento a largo plazo de la estructura depende de la dura&ilidad del geosint;tico. :ependiendo de la aplicación, los geosint;ticos podrían tener requerimientos específicos como resistencia a la
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
fluencia, a la temperatura o su e(posición a la luz ultravioleta. Todos los factores adecuados de&en considerarse cuando se )aga la selección. >ara el caso de caminos, pueden reducir el espesor de la estructura de un pavimento diseñado por m;todos tradicionales, manteniendo los niveles requeridos de seguridad y servicio. 3educen los asentamientos diferenciales del camino, lo cual permite mantener un &uen estado de servicio. 3educen los costos de mantenimiento y prolongan la vida útil de las o&ras. Son fáciles de colocar, pues se adaptan al sitio. 4lgunos productos pueden com&inar por sí mismos varias funciones a la vez "refuerzo J separación, refuerzo J filtración, refuerzo J separación J drena+e, etc.$, sin requerir o&ras adicionales. os geosint;ticos pueden ser ampliamente clasificados en categorías según el m;todo de manufactura.
0igura L.#! :iferentes tipos de geosint;ticos
Ls #e'e/'iles as telas para las aplicaciones con geote(til se pueden producir a partir de fi&ras te+idas mediante procesos de te+ido o entrelazado, o pueden formar parte de los materiales llamados no te+idos. a selección de la tela óptima depende de los requerimientos funcionales de la instalación. En general, las telas te+idas son resistentes a la tensión, tienen un módulo elevado de elasticidad y elongación &a+a. En cam&io, las telas no te+idas generalmente poseen alta permea&ilidad y deforma&ilidad de&ido a su alto índice de elongación. Telas de punto de agu+as, como los te+idos con fi&ras entrelazadas, ofrecen propiedades únicas diferentes de las que ofrecen las telas te+idas y no te+idas
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0igura L.*! a$ >resentación en rollos de geote(til. &$ 1eote(til te+ido. c$ 1eote(til no te+ido
A*lic&cines 1. D"en&e de suels Se usan en sistemas de drena+e de suelos como separadores permea&les para mantener el suelo del sistema, pero permitiendo que el agua pase li&remente. 4guas su&terráneas sin control pueden ser destructivas, por lo que se necesita un drena+e de suelos de&a+o de pavimentos, estacionamientos, muros, campos atl;ticos, campos de golf, pistas de carreras, +ardines y otras áreas. a permea&ilidad o flu+o y la porosidad son características críticas. as telas no t e+idas se usan comúnmente de&ido a su capacidad de flu+o alto y tamaño de a&ertura pequeña. En la mayoría de las aplicaciones de drena+e de suelos, la resistencia del material no constituye la consideración principal. Esta es solamente crítica durante la instalación. Siempre de&e tra&a+arse con muc)o cuidado para asegurar una instalación efectiva.
0igura L.7! a$ :ren interceptado en la longitud de la v ía &$ :ren 0ranc;s. c$ 0uncionamiento del dren
!. Es'&4iliP&ción del 'e""en de Fund&ción 0TF Su4"&s&n'e 2n geote(til puede me+orar la capacidad de carga y reducir la e(cavación cuando se construyen carreteras so&re suelos &landos. El geosint;tico proporciona una &arrera para prevenir que el relleno se mezcle con el terreno de fundación &a+o el tráfico de la vía. El "T0$ puede, de esta manera, desarrollar su má(ima capacidad de soporte y el relleno puede distri&uir me+or las cargas de&idas al tráfico. as propiedades de los geote(tiles dependen de la capacidad de soporte del "T0$ y de las cargas aplicadas durante la construcción. os geote(tiles tam&i;n pueden proveer funciones de filtración y drena+e, si se requiere. as t;cnicas de instalación varían de acuerdo a la aplicación, pero en general, estos se colocan directamente so&re la su&rasante seguido de la colocación y compactación de un espesor adecuado de agregado. os geosint;ticos usados &a+o las vías proporcionan filtración adicional a la &ase estructural, permea&ilidad "lateral$, me+oramiento de la resistencia y modulo así como separación entre el T0 y el &alasto.
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-. ,&s ,&s n 9&2i 9&2i%en %en'& '&d& d&ss os geosint;ticos pueden ser utilizados de forma eficaz en el refuerzo de vías no pavimentadas y plataformas de tra&a+o so&re suelos &landos. %uando son especificados especificados apropiadamente, los geosint;ticos pueden tener una o más de las siguientes funciones! separación, refuerzo y drena+e. os geote(tiles y las geomallas son los materiales más comúnmente usados en esos tipos de o&ras. %uando son aplicados como refuerzo en vías no pavimentadas, los geosint;ticos pueden proveer los siguientes &eneficios, respecto de las vías no reforzadas! #. 3edu 3educci cción ón del del espeso espesorr de relle relleno no99 *. Separación entre agregados agregados y suelos de de &a+a resistencia, en caso se use geote(til9 7. 4umento 4umento de la capaci capacidad dad de soporte soporte de de suelos suelos de &a+a resis resistenci tencia9 a9 6. 3educci 3educción ón de la deforma deformación ción lateral lateral de de rellenos rellenos99 ?. 1eneraci 1eneración ón de una una distri&uc distri&ución ión de esfuerz esfuerzos os más favora& favora&le9 le9 @. Ensanc)a Ensanc)a la distri& distri&ució ución n de los incremen incrementos tos de esfuerzo esfuerzoss verticales verticales99 A. 3educci 3educción ón de la deforma deformación ción vertica verticall de&ido de&ido al efecto efecto mem&ran mem&rana a F. ncrem ncrement ento o del tiem tiempo po de vid vida a de la vía9 vía9 L. 3educci 3educción ón del mantenim mantenimient iento o perió periódico dico99 #C. 3educción de los los costos de construcción y operación operación de la vía
0igura L.6! a$ %omportamiento del terreno de fundación fundación &$ :eformalidad de suelo &lando.
a$
&$
c$
0igura L.?! a$ -e+ora la distri&ución distri&ución de presiones &$ Sirve de separación. c$ Efecto mem&rana mem&rana
%uando la profundidad del a)uellamiento aumenta, la forma deformada del geosint;tico provee mayor refuerzo de&ido al efecto de mem&rana. a componente vertical de las fuerzas de tensión en el refuerzo, reduce posteriores deformaciones verticales en el t errapl;n.
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
8arias 8arias investigaciones en la literatura )an mostrado que en una vía reforzada se alcanzará una deter determin minad ada a profu profundi ndidad dad de a)uell a)uellami amient ento o para para un número número de repeti repeticio ciones nes de carga carga "intensidad de tráfico$, mayor que en el caso no reforzado. Esto conduce a un mayor tiempo de vida y a un menor mantenimiento periódico de la superficie. 2n material de refuerzo drenante, tam&i;n acelerará la consolidación de un suelo &lando, aumentando su resistencia. Es posi&le lograr el drena+e de suelos &landos mediante el uso de geote geote(ti (tiles les con agreg agregado ados, s, geote geote(ti (tile less y geoma geomallllas as como como refue refuerzo rzo o geocom geocompu puest estos os de drena+e. a esta&ilización de la parte superior del suelo de fundación &lando será &en;fica si la vía será pavimentada en el futuro, reduciendo costos de construcción y disminuyendo las deformaciones deformaciones del pavimento. . ,&s ,&s *&2i%en *&2i%en'&d& '&d&s s cn c&"*e c&"*e'& '& Asf(l Asf(l'ic 'ic&& El e(ceso de )umedad en la &ase de la carretera es la causa principal de su deterioro prematuro. ueve de cada diez pro&lemas de )umedad en la su&rasante y la &ase se de&en a la lluvia lluvia que que penetr penetra a la carret carretera era a trav;s trav;s de su superf superfici icie. e. %arga %argass de&id de&idas as a ve)ícu ve)ículos los pesados, pueden causar daños graves a los caminos especialmente cuando la &ase está )úmeda y re&landecida. %uando se instala entre las capas de asfalto vie+a y nueva, el geote(til ayuda a retardar el agrietamiento y me+ora la vida útil de la carpeta. El geote(til a&sor&e la liga de riego asfáltico rociado so&re la superficie del pavimento vie+o, convirti;ndose en una &arrera impermea&le permanente contra )umedad. Esta &arrera, creada por el geosint;tico, protege la su&rasante de la penetración del agua y de la p;rdida de resistencia. a vida útil del pavimento se e(tiende, los costos de mantenimiento se reducen y una costosa repavimentación se ve pospuesta por unos cuantos años más de lo normal en caso de )a&er usado t;cnicas de repavimentación convencionales. convencionales. Tam&i;n Tam&i;n retarda el desarrollo del agrietamiento en la carpeta al proporcionar una capa fle(i&le li&eradora de esfuerzo entre el pavimento e(istente y la carpeta asfáltica. El geote(til que más se usa en aplicaciones de repavimentación es uno no te+ido liviano. 2n equipo de instalación apropiado y t;cnicas de construcción son factores importantes en la calidad de instalación.
a$
&$
c$
0igura L.@! a$ 3educe el desgaste de la capa superior superior &$ %apa protectora impermea&le para la su&rasante. su&rasante. c$ 3educe la refle(ión de grietas en la capa nueva
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
I. I.1. 1.1. 1.--.
i4" i4" fl' fl'&c &ció ión n
I. I.1. 1.1. 1.. .
Cns Cnsl lid id&c &ció ión n 9"e2i 9"e2i&&
I.1. I.1.!. !. Es'&4iliP&ci Es'&4iliP&ción ón +u,%ic&; +u,%ic&; 2na utilización de las mezclas de suelos de uso no demasiado común, pero de tremenda potencialidad, potencialidad, es aquella que tiende a modificar la composición mineralógica y la naturaleza de los iones intercam&ia&les de los minerales. a compresi&ilidad de la -ontmorillonita es diez veces mayor que la de la caolinita y aún dentro de la primera, el límite líquido de una -ontmorillonita sódica puede ser cinco veces mayor que el de una -ontmorillonita f;rrica. as proporciones de finos de una u otra naturaleza pueden ser modificadas, lográndose cam&ios muy importantes en alguna propiedad específica. E+emplos típicos de ;sta t;cnica son la adición de arenas finas a suelos que tienen un porcenta+e aprecia&le aprecia&le de partículas suscepti&les al re&ote elástico o la adición de porcenta+es de &entonita para reducir la permea&ilidad de los suelos. Se menciona un caso en que la permea&ilidad de una arena limosa se )izo &a+ar de #C56 a #C5L cmMseg. al añadir al suelo original un #CB de &entonita. Se refiere principalmente a la utilización de ciertas sustancias químicas patentizadas y cuyo uso involucra la sustitución de iones metálicos y cam&ios en la constitución de los suelos involucrados en el proceso. •
C&l!l! disminuye la plasticidad de los suelos arcillosos y es muy económica. C&
•
Ce%en' 9"'l&nd! 9"'l&nd! aumenta la resistencia de los suelos y se usa principalmente para arenas o gravas finas.
•
9"duc's Asf(l'ics! Asf(l'ics! es una emulsión muy usada para material triturado sin co)esión.
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
•
Cl"u" de Sdi! impermea&ilizan y disminuyen los polvos en el suelo, principalmente para arcillas y limos.
•
Cl"u" de C&lci! impermea&ilizan y disminuyen los polvos en el suelo, principalmente para arcillas y limos.
•
Esc"i&s de Fundición! este se utiliza comúnmente en carpetas asfálticas para darle mayor resistencia, impermea&ilizarla y prolongar su vida útil.
•
9l,%e"s! este se utiliza comúnmente en carpetas asfálticas para darle mayor resistencia, impermea&ilizarla y prolongar su vida útil.
•
7ule de Neu%('ics! este se utiliza comúnmente en carpetas asfálticas para darle mayor resistencia, impermea&ilizarla y prolongar su vida útil.
I.1.-. Es'&4iliP&ción Mec(nic&; Es aquella con la que se logra me+orar considera&lemente un suelo sin que se produzcan reacciones químicas de importancia y se logra por medio de la c %*&c'&ción que viene )acer el me+oramiento del suelo, generalmente se )ace en el terreno de fundación, rellenos, en la su&5&ase, &ase y en las carpetas asfálticas. El me+oramiento de los suelos )a atendido a diversos requerimientos, tales como la resistencia al esfuerzo cortante, la deforma&ilidad o compresi&ilidad, la esta&ilidad volum;trica ante la presencia de agua, entre otros, &uscando en todos los casos, un &uen comportamiento esfuerzo deformación de los suelos y de la estructura que se coloque so&re ellos, a lo largo de su vida útil. En los terrenos arcillosos, particularmente en climas áridos o semiáridos, es altamente pro&a&le encontrar pro&lemas relacionados con inesta&ilidades volum;tricas ante la ganancia o p;rdida de agua. E(isten en la práctica diversos m;todos para esta&ilizar a tales suelos9 cada m;todo, utiliza diferentes agentes esta&ilizadores, entre los que se pueden encontrar! a cal, el cemento >órtland, productos asfálticos, áridos orgánicos, resinas y polímeros, sales, entre otros. ncluso se )a utilizado la com&inación de diferentes productos esta&ilizadores, así como la mezcla de suelos con el fin de dar soluciones óptimas a pro&lemas particulares. Cl&sific&ción de suels cn fines de es'&4iliP&ción
Teoría y práctica de mecánica de Suelos
E(isten varios sistemas para clasificar a los suelos con fines de esta&ilización, uno de los más conocidos es el que se &asa en el tamaño, forma y arreglo de las partículas y conocido como sistema ort)cote, en donde se divide al suelo en los grupos fundamentales siguientes! :escripción
Sím&olo
Suelos con perfil de te(tura uniforme
2
Suelos con perfil de te(tura gradual
1
Suelos con perfil de te(tura do&le
:
Suelos orgánicos
'
Entendi;ndose el concepto de te(tura desde el punto de vista científico geot;cnico, a la forma en que están agregadas las partículas de arena, limo y arcilla. 4demás la descripción de te(tura se compone de tres partes! forma, tamaño y grado de desarrollo. 4simismo se su÷ a estos suelos en su&grupos de acuerdo con algunas características visi&les tales como el color, presencia de concreciones, rellenos en as grietas o fisuras, etc., así como algunas características no detecta&les a simple esta como lo es la alcalinidad o acidez. %a&e mencionar que esta clasificación no a sido aceptada en forma universal, aunque actualmente se están )aciendo algunos esfuerzos para que sea aceptada. 3esulta razona&le pensar que mientras me+or se conozcan las características físicas y químicas de un suelo me+or se puede emprender el estudio de la esta&ilización. 9"duc's e%*le&ds en l& es'&4iliP&ción de ls suels En el diseño de la esta&ilización de un suelo se de&en tener presentes las variaciones que se espera lograr en lo que se respecta a la esta&ilidad volum;trica, resistencia mecánica, permea&ilidad, dura&ilidad y compresi&ilidad. El diseño de esta&ilizaciones con agentes esta&ilizantes, consiste en llevar a ca&o una adecuada clasificación del suelo con la cual se determina el tipo y cantidad de agente esta&ilizante así como el procedimiento para efectuar la esta&ilización. El m;todo de diseño o&viamente depende del uso que se pretenda dar al suelo esta&ilizado. En la Ta&la se presenta la respuesta de los principales tipos de suelos a la esta&ilización con diversos aditivos. Suels es'&4iliP&ds cn c&l An'eceden'es; Ioy día las limitaciones más importantes en el diseño de estructuras para caminos y carreteras, sin menospreciar los parámetros de ingeniería, )an sido el aspecto económico y
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cuidado del medio am&iente. as soluciones tienden, con cada vez más frecuencia, al uso de tecnología y m;todos de pro&ada eficiencia. os &ancos de materiales se agotan o son de &a+a calidad, a la vez que agredimos el medio am&iente. En otros casos, simplemente no tenemos alternativa y de&emos emplear los materiales del lugar. Es aquí donde la cal, un aditivo &arato, ofrece una solución a estos pro&lemas crónicos. El uso de material del lugar modificando sus propiedades conforme al proyecto, puede lograrse por diversos m;todos, pero solo uno proporcionará una solución a largo plazo, el cam&io en las propiedades químicas de sus elementos. as características alcanzadas por medios químicos permanecerán inaltera&les e incluso me+orarán con el tiempo. a cal como un producto químico versátil representa importantes venta+as. En suelos geológicamente nuevos como las amplias zonas agrícolas, puede ser utilizado para esta&ilizar material con alto contenido de finos e índice plástico, para proporcionar una &uena &ase. <2n camino es tan fuerte como sea su &ase=, reza el dic)o. Es'&4iliP&ción cn C&l; a cal )idratada es el agente esta&ilizador que se )a usado más profusamente a trav;s de la )istoria, pero solo recientemente se )an )ec)o estudios científicos relacionados a su empleo como esta&ilizador de suelos y se )an cuantificados sus magníficos resultados. %uando
tenemos
arcillas
muy
plásticas
podemos
disminuir
dic)a
plasticidad
y
consecuentemente los cam&ios volum;tricos de la misma asociados a la variación en los contenidos de )umedad con el solo )ec)o de agregarle una pequeña proporción de cal. Este es un m;todo económico para disminuir la plasticidad de los suelos y darle un aumento en la resistencia. os porcenta+es por agregar varían del * al @B con respecto al suelo seco del material para esta&ilizar, con estos porcenta+es se consigue esta&ilizar la actividad de las arcillas o&teni;ndose un descenso en el índice plástico y un aumento en la resistencia. Es recomenda&le no usar más del @B ya que con esto se aumenta la resistencia pero tam&i;n tenemos un incremento en la plasticidad. os estudios que se de&en realizar a suelos esta&ilizados con cal son! límites de 4tter&erg, granulometría, valor cementante, equivalente de arena, 83S, compresión. Se )a determinado que al mezclar la arcilla con cal apagada los iones de calcio sustituyen algunos iones metálicos presentes en la película de agua que rodea a la partícula de arcilla y
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que son responsa&les de los cam&ios volum;tricos, además, si el suelo tratado contienesuficiente sílice y alúmina estos pueden reaccionar formando silicatos de calcio y alúmina. Estos silicatos tienen un gran poder cementante, lo que implica que al agregar cal tam&i;n se logra aumentar la resistencia del suelo. %omo especificamos anteriormente, la dosificación dependerá del tipo de arcilla, se agregará de #B al @B de cal por peso seco. Este porcenta+e de&e determinarse en el la&oratorio, pero lo más común en la mayoría de los casos se requiere de un porcenta+e cerca del 7B. .
9"cedi%ien' Cns'"uc'i2;
a capa inferior a la que se va a esta&ilizar, de&erá estar totalmente terminada, el mezclado puede realizarse en una planta adecuada o en campo, o&teni;ndose me+ores resultados en el primer caso, la cual puede agregarse en forma de lec)ada, a granel o en sacada. Si se agrega en forma de lec)ada, ;sta se disuelve en el agua de compactación, la que se incrementa en un ?B. %uando se efectúa el mezclado en el campo, el material que se va a me+orar de&erá estar disgregado y acamellonado, se a&re una parte y se le agrega el esta&ilizador distri&uy;ndolo en el suelo para despu;s )acer un mezclado en seco, se recomienda agregar una ligera cantidad de agua para evitar los polvos. :espu;s de esto se agrega el agua necesaria y se tiende la mezcla de&iendo darle un curado de )asta 6F )oras de acuerdo con el tipo de arcilla de que se t rate. Se tiende la mezcla y se compacta a lo que marca el proyecto para despu;s aplicarle un curado final, el cual consiste en mantener la superficie )úmeda por medio de un ligero rocío. Se recomienda no esta&ilizar cuando amenace lluvia o cuando la temperatura am&iente sea menor a ? Q %, además se recomienda que la superficie me+orada se a&ra al tránsito ve)icular en un tiempo de *6 a 6F )oras. Có% funcin& l& c&l en suels &"cillss; 3ecordando la forma de fa&ricar el cemento, veremos que ;ste reproduce a partir de la calcinación de calizas en un ACB y arcillas en 7CB para formar el clinVer. 4l cual se agregan otros componentes como el yeso para retardar en tiempo de fraguado. El producto resultante reaccionara rápidamente al ser )idratado. Esta resistencia y capacidad de carga son &ien conocidas para ela&orar el concreto estructural.
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a fa&ricación de la cal es muy similar. a e(plotación es #CCB de calizas, que al calcinarlas producen el ó(ido de calcio. Este producto es triturado y ofrecido en dos presentaciones, cal viva "sin )idratar$ o cal )idratada. Iaciendo un analogía del proceso del cemento, si a un suelo arcilloso le agregamos el componente calizo estaremos )aciendo un cemento de &a+a resistencia, pero suficiente para formar una &ase esta&ilizada. El componente calizo J las arcillas del suelo e(istente, se consolidaran paulatinamente e irreversi&lemente, a un &a+o costo. -ezclado la proporción adecuada de cal, reducimos la capacidad de variación volum;trica del suelo y o&tenemos una capacidad de compresión que separa los 6C o ?C VgMcm *, similar a la capacidad de carga de ladrillos o &loques de concreto, siendo usado como &ase. Có% funcin& l& c&l en c&""e'e"&s $ c&%ins; a estructura de un camino requiere de una &ase con cierta capacidad de carga y &a+a variación volum;trica, esto se logra tradicionalmente con la compactación. Sin em&argo la compactación no es siempre la solución ideal para suelos altamente plásticos o con variaciones volum;tricas importantes. Esta&ilizar el terreno natural con cal para o&tener una &ase resulta más &arato que cortar y acamellonar el material e(istente, e(plotar un &anco y acarrear el material de me+oramiento, )omogenizarlo, tenderlo, compactarlo, e impregnarlo. 4ún despu;s de estos procesos, no tenemos la garantía de que una &ase compactada no presentará &ac)es o fallas estructurales. 2na arcilla mezclado con cal y agua reacciona formando cristales que formarán un elemento sólido de alta resistencia. a esta&ilización de suelos arcillosos con cal es irreversi&le. En una reacción química que formará un alosa cementada impermea&le de gran resistencia y &a+o mantenimiento. :ependiendo del proyecto, esa losa se cu&re con una superficie de rodamiento como la carpeta asfáltica yMo el sello en su caso. 4 medida que pasa el tiempo la &ase se solidifica y solo será necesario dar mantenimiento a la capa de desgaste o carpeta. Es'&4iliP&ción de &"cill&s $ fins; %ada suelo se analiza para conocer sus características y necesidades específicas de esta&ilización mediante incorporación de cal. En el la&oratorio se determina este contenido óptimo necesario para reducir el porcenta+e de variación volum;trica. :e acuerdo a la cantidad de cal óptima, puede ser determinada la resistencia simple a la compresión que le suelo esta&ilizado será capaz de soportar, siendo ;sta significativamente mayor a medida que el tiempo pasa. O'"&s *"*ied&des de l&s c&liP&s;
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a afinidad química del p;treo de origen calizo es un factor que merece ser considerado en la ela&or ela&oraci ación ón de mezcl mezclas as asfál asfáltic ticas, as, por sus propie propiedad dades es a nivel nivel molecu molecular lar,, las las valenc valencias ias positivas del calcio generan una esta&ilidad el;ctrica con el asfalto "cuya valencia es negativa$ provocando una ad)erencia significativa e impidiendo la disgregación de la mezcla. El uso de arenas producto de la trituración de la caliza, como agregados finos en las carpetas asfálticas, proporciona esta&ilidad esta&ilidad adicional a las mezclas. Este conocimiento no es nuevo y )a sido verificado con frecuencia en la&oratorio.5 el uso de finos de origen calizo garantiza las mismas propiedades con el asfalto y con ello la integración ideal con los agregados. 9"e*&"&ción de l&s %ues'"&s suel W c&l en l&4"&'"i *&"& de'e"%in&" ll $ l* #.
Trituración de de la la mu muestra de de su suelo )a )asta qu que lo los te terrones se sean! #C #CCB me menores a #= #= y @6B min. >ase el tamiz 6 Tamaño de la muestra "*COg$ suficiente para los ensayos 1ranulometría Ensayo >roctor modificado "densidad P )umedad$ ímites de 4tter&erg %H3 "capacidad portante del suelo$ Iinc)amiento
*.
4dición y mezcla con ;l B de cal elegido.
7.
4gua de de )u )umectación ] en en 6B 6B al al G óp óptimo. " A* A* )o )oras en en re reposo en en am am&iente cerrado para medir la desecación del suelo$
6.
E(trac tracci ción ón por cu cuarte rteo de del esp esp; ;cime cimen n pa para los los lim limiites tes de de 4tte tter&e r&erg, rg, "4p "4pro ro((. 7C 7CC gr$ gr$
?.
Secado en estuf tufa a @Cb% )asta o&ten tener peso constante "apro(. *6)$.
@.
:esmoronamiento de de los los ter terrones for formados con con la ca cal emp empleando un ma martillo de goma " frotando contra las paredes del recipiente )asta que el #CCB pase el Tamiz 6C$
A.
Tamizado en seco a trav;s de la malla 6C.
F.
Iumedecim cimiento del es esp;cim cimen empleando un co contenido de )umedad cercano al del límite plástico del suelo natural.
L.
El res resto del del pro proce ceso so es el que se usa corr corriiente entem mente ente para la determ termiinaci ación del del y > de los suelos.
.6.. .6
Resu%en Res u%en del *"ces *"ces cns'" cns'"uc' uc'i2 i2 en en un& un& c&""e' c&""e'e"& e"& us&nd us&nd c&l c&l *&"& *&"& es'&4i es'&4iliP& liP&"" un 'e""en
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igura !" *scarificado del terreno natural
igura +" rituración de la subrasante arcillosa
igura #" -ncorporación de cal
igura " /erfilado subrasante
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igura " 0iego con cisterna
igura %" 1ompactación inicial
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igura %" 1ompactación final
Có% funcin& l& c&l en c&""e'e"&s $ c&%ins a estructura de un camino requiere de una &ase con cierta capacidad de carga y &a+a variación volum;trica, esto se logra tradicionalmente con la compactación. Sin em&argo la compactación no es siempre la solución ideal para suelos altamente plásticos o con variaciones volum;tricas importantes. Esta&ilizar el terreno natural con cal para o&tener una &ase resulta más &arato que cortar y acamellonar el material e(istente, e(plotar un &anco y acarrear el material de me+oramiento, )omogenizarlo, tenderlo, compactarlo, e impregnarlo. 4ún despu;s de estos procesos, no tenemos la garantía de que una &ase compactada no presentará &ac)es o fallas estructurales. 2na arcilla mezclado con cal y agua reacciona formando cristales que formarán un elemento sólido de alta resistencia. a esta&ilización de suelos arcillosos con cal es irreversi&le. En una reacción química que formará un alosa cementada impermea&le de gran resistencia y &a+o mantenimiento. :ependiendo del proyecto, esa losa se cu&re con una superficie de rodamiento como la carpeta asfáltica yMo el sello en su caso. 4 medida que pasa el tiempo la &ase se solidifica y solo será necesario dar mantenimiento a la capa de desgaste o carpeta. Es'&4iliP&ción de &"cill&s $ fins %ada suelo se analiza para conocer sus características y necesidades específicas de esta&ilización mediante incorporación de cal. En el la&oratorio se determina este contenido óptimo necesario para reducir el porcenta+e de variación volum;trica. :e acuerdo a la cantidad de cal óptima, puede ser determinada la resistencia simple a la compresión que le suelo esta&ilizado será capaz de soportar, siendo ;sta significativamente mayor a medida que el tiempo pasa.
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O'"&s *"*ied&des de l&s c&liP&s a afinidad química del p;treo de origen calizo es un factor que merece ser considerado en la ela&oración de mezclas asfálticas, por sus propiedades a nivel molecular, las valencias positivas del calcio generan una esta&ilidad el;ctrica con el asfalto "cuya valencia es negativa$ provocando una ad)erencia significativa e impidiendo la disgregación de la mezcla. El uso de arenas producto de la trituración de la caliza, como agregados finos en las carpetas asfálticas, proporciona esta&ilidad adicional a las mezclas. Este conocimiento no es nuevo y )a sido verificado con frecuencia en la&oratorio.5 el uso de finos de origen calizo garantiza las mismas propiedades con el asfalto y con ello la integración ideal con los agregados
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refracción de -icrotremores para caracterización de sitio en estudios de ngeniería %ivil, informe final de cursos en cooperación. 2niversidad Simón Holívar, Sartene+as.