Peso Especifico

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PROPIEDADES FÍSICAS DEL SUELO

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•

Peso específico absoluto o peso específico específico del suelo se define como su peso por unidad de volumen. s = W/V

• Peso especifico relativo o gravedad específica del suelo El peso específico relativo o gravedad específica de un suelo se toma como . calcular la relación de vacíos de un suelo, se utiliza también en el análisis de hidrómetro y es útil para predecir el peso unitario de un suelo. La gravedad especifica de cualquier sustancia de define como “El peso unitario del material dividido por el peso unitario del agua destilada a cuatro grados Celcius.” Gs = s w ��

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(d ensidad natural): γ • Peso específico de la masa del suelo (densidad γm Es la relación entre el peso total y el volumen total de la muestra del suelo

γ m = Wm Vm • Peso específico seco: γ γd s a re ac n en re e peso e as par cu as m nera es secas y e vo umen total de la muestra de suelo

γ m = Ws Vm

Peso específico de sólidos: γ γs Es la relación relación entre el peso peso y el volumen volumen de las partículas partículas minerales secas secas

γ s= s= Ws Vs ��

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Peso Peso espe especcífic ífico o de sólid ólidos os:: γ γs Para determinar el peso específico de sólidos de un suelo, se establece procedimientos para suelos que se componen de partículas menores de 4.75 mm y para los que se componen de partículas mayores a 4.75 mm., se ensayan por separado. El resulta ltado será el promedio ponderado de ambas muestras. γs:

peso específico ponderado

% gruesos: porcentaje de la fracción gruesa % finos: porcentaje de la fracción fina γs

gruesos: peso específico de la fracción gruesa

γs

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finos: peso específico de la fracción fina ��

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Ensayo: peso específico de grava gruesa o piedra p iedra material • Mue Muestr stra a de piedra piedra seca seca • Agua

equipo • Ba Balan lanza za hidrostá hidrostátic tica a

procedimiento •

Determ Det ermina inarr el peso peso de la pied piedra ra en en el aire aire para para lo cual cual med median iante te un un hilo hilo se cuelga la piedra en la palanca de la balanza y pesar Waire

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Determinar el peso de la piedra sumergida para lo cual se coloca un recipiente con agua sobre el soporte respectivo de la balanza y la piedra colgante se sumerge sumerge en el agua Wsumer

• De Dete term rmin inar ar el el peso peso espe especí cífi fico co

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Peso específico de grava Calicata Estrato Peso Pe so mu mues estr tra a en el aire aire (gr) (gr) Peso Pe so mu mues estr tra a sume sumerg rgid ida a (gr) (gr) γ s

C23 E4 380.42 232.76

(gr/cm3)

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Peso espec pecífico ico de material fino Juega un papel muy importante en la mayor parte de las pruebas y cálculos de la mecánica de suelos.

Para su determinación se utiliza un recipiente aforado llamado picnómetro.

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Ensayo: peso específico del material fino Material • Mue Muestr stra a seca seca menor menor que que la malla malla N° N°4 •

Equipo • Ba Balan lanza za con con apro aproxi ximac mación ión de de 0.01 0.01 gr • Fiola de 500 ml. • Bomb mba a de vac vacíos íos

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Procedimiento • Pesar Pesar la muestra muestra seca (aproxim (aproximadame adamente nte 80 a 100 gr) Ws • Llenar Llenar la fiol fiola a con agu agua a hasta hasta la marc marca a de 500 ml y pesar pesar Wfw Wfw •

Colo Co loca carr la mu mues estr tra a sec seca a ya ya pe pesa sada da en en la fiol fiola a vací vacía a y , vert verter er ag agua ua hasta cubrir la muestra, agitar, luego conectar a la bomba de vacíos durante 15 minutos de tal manera que las burbujas de aire sean extraídas.

• Retirar Retirar la fiola de lla a bomba bomba de vacíos vacíos,, inmedia inmediatame tamente nte agregar agregar agua hasta la marca de 500 ml y pesar Wfws • De Dete term rmin inar ar el pe peso so espe especí cífi fico co

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Peso específico de material fino Calicata

C9

Estrato

E3

Peso suelo seco (Ws) ( gr)

60

Peso fiola + agua (Wfw) (gr)

675

Peso de d e fiola + agua + suelo (W (Wfws) (gr)

710

Peso específico gs (gr/cm3)

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• Relación de vacíos: e La relación de vacíos o huecos es la medida del volumen de los vacíos con respecto al volumen de las partículas sólidas, invariablemente expresado como un número. Estos términos utilizados en la medición de las o uedades son im ortantes

a ue nos indican si el suelo es oroso o si

en cambio esta bien denso. Suponiendo un proyecto de construcción en relleno donde el terraplén provoca una serie de presiones superficiales que se transmiten al subsuelo y afectan los estratos, para este caso se debe conocer la relación de vacíos del relleno que se va a colocar.

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Es la relación entre el volumen de vacíos y el volumen de los sólidos. Se expresa en porcentaje

Su valor puede ser e > 1 y alcanzar valores muy altos.

e = Vv

* 100 (%)

Vs

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• Porosidad: h La porosidad es la medición del volumen de los poros o vacíos del suelo. Es la combinación de aire y agua, o sea la relación por cociente entre el volumen de vacíos y el volumen total de una muestra de suelo expresado en porcentaje. En otras palabras es la medición de vacíos o

muestra. Mientras mas poroso en el suelo, su porosidad aumenta matemáticamente, si es completamente denso no hay porosidad y por ende no hay vacíos, pero prácticamente esto no ocurre, ya que la porosidad de los suelos esta regularmente en un rango entre veinte y noventa y cinco por ciento.

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Se define como la probabilidad de encontrar vacíos en el volumen total de la muestra. Por lo tanto 0 < h < 100% . Es decir

h ≠ 0

y

h ≠

100%

Es la relación relación entre el volumen volumen de vacíos vacíos y el volumen total, se expresa expresa en porcentaje * Vm • Grado de saturación: Gw Es la relación entre el volumen de agua contenida en el suelo y el volumen de vacíos. Se expresa en porcentaje Gw = Vw Vv ��

* 100

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Estu Estudi dio o de suelo ueloss Calicatas

Las calicatas permiten la inspección directa del suelo que se desea estudiar y, por lo tanto, es el método de exploración que normalmente presenta la información más confiable y completa. En suelos con grava, la calicata es el único medio de exploración que

puede

proporcionar

información

confiable, y es un medio muy efectivo para exploración y muestreo de suelos de fun fundación ión y mater teriales de construcción a un cost costo o rela relati tiva vame ment nte e ba bajo jo.. ��

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Es necesario registrar la ubicación y elevación de cada calicata, las que son numeradas según la ubicación. Si un pozo programado no se ejecuta, es preferible mantener el número del pozo en el registro como "no realizado" en vez de volver a usar el número en otro lugar, para eliminar confusiones.

La prof profu und ndid ida ad está de dete terrmina minada da po porr las las exigen igenc cias ias de la inve inves stiga tigaci ció ón.

La sección mínima recomendada es de 0,80 m por 1,00 m, a fin de permitir una adecuada inspección de las paredes. El material excavado deberá depositarse en la superficie en forma ordenada separado de acuerdo a la profundidad y horizonte correspondiente. Debe desecharse todo el material cont contam amin inad ado o con con suel suelos os de estr estrat atos os dife difere rent ntes es.. ��

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Se dejarán plataformas o escalones de 0,30 a 0,40 metros al cambio de estrato, reduciéndose la excavación. Esto permite una superficie para efectuar la determinación de la densidad del terreno. Se deberá dejar al menos una de las paredes lo menos remoldeada y contaminada posible, de .

En cada calicata se deberá realizar una descripción visual o registro de estratigra estratigrafía fía comprome comprometida. tida.

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A cada calicata se le deberá realizar un registro adecuado que pasará a formar parte del informe respectivo. La descripción visual de los diferentes estratos se presentará en el formato y deberá contener, como mínimo, toda la información que allí se solicita.

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Símbolos Gráficos para Suelos

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Descr escrip ipci ción ón de los los suelo ueloss Está basada en examen visual y ensayos manuales, y no debe contener refinamientos que sólo pueden determinarse con equipo de laboratorio, aunque éstos sean contradictorios. Ocasionalmente los

presentado es más confuso que esclarecedor; sin embargo, es mejor errar por el lado del exceso de detalles, que pueden seleccionarse, que prese presenta ntarr descri descripci pcione ones s incomp incomplet letas as..

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- Tamaño: se describirá si son suelos granulares o suelos finos.

La

fracción gruesa comprende los tamaños de gravas y arenas, y la fracción fina los limos y arcillas. En esta estimación se excluyen las partículas gruesas mayores a 80 mm (3"); - Color: Se debe indicar el color predominante.

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- Humedad: se

registrará la humedad indicando si el suelo esta muy

húme hú medo do,, húm úmed edo, o, seco, eco, mu muy y seco. co. - Cementación:

Algunos

suelos

muestran

definida

evidencia

de

cementación en estado inalterado. Esto debe destacarse e indicar el grado de cementac tación, descrito como débil o fuerte. te. - Densificación: La compacidad o densidad relativa de suelos sin cohesión puede ser descrita como suelta o densa,

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Estas descripciones visuales deberán contener como mínimo los siguiente siguientes s anteceden antecedentes: tes: - Identificación de la calicata mediante un número, especificado su ubicación con respecto al kilometraje del eje o sus coordenadas, nombre las las laboratorista y fec fecha de la inspección. - Prof Profun undi dida dad d tota total. l.

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- Profundidad de la napa de agua, referida al nivel del terreno natural y fech fecha a de ob obse serv rvac ació ión. n.

- Profundidad de los diferentes estratos por describir, referidas al nivel dell terr de terren eno o na natu tura ral. l.

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- Descripción del suelo empleando la según se trate de suelos gruesos o finos, finos, respectiv respectivament amente. e. - Cantidad y tipo de las muestras tomadas en la calicata. - Obse bservac rvacio ione nes s y otr otras carac aracte terrísti ístic cas rele relev vante ntes.

Desde las paredes y piso de las calicatas se deben obtener las muestras que serán rán lle llevada vadas s a lab laborat orato orio rio.

Todas las muestras que se obtengan deberán ser perfectamente identif tificadas, inc incluye uyendo por lo menos los siguien ientes tópicos: identificación ión de la calicata; profundidad a la que fue tomada; nombre de la persona que la tomo y fecha de obtención. ��

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Se distinguen dos tipos de muestras que se pueden obtener: - Muestra perturbadas. Se obtienen en general de las paredes de los pozos. Estas muestras deben guardarse en bolsas impermeables y de resistencia adecuada. Cada bolsa debe identificarse clara e indeleblemente.

, cualquier otra herramienta de mano conveniente y se colocan en bolsas sin tratar de mantener al suelo en forma inalterada, estas muestras se usan para: ·

Análisis granulométrico.

·

Ensayos de plasticidad.

·

Ensayos de compactación – humedad óptima.

·

Ensayos de de compactación CB CBR en laboratorio. ��

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Muestra stra sin sin pert erturba urbarr. Este tipo de muestra se recorta de las paredes - Mue de los pozos. Después de cortadas deben revestirse con una capa de para pa rafi fin na sólida lida aplic licada con broc rocha ha..

Una vez dado el tratamiento anterior, debe colocarse en cajas de madera con aserrín u otro producto que actúe como amortiguador de golpes.

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Las muestras sin perturbar deberán tomarse apenas excavadas las calicatas, en especial cuando se trate de suelos cuya estructura se ve afectada por los cambios de humedad. En todo caso, al tomar una muestra no perturbada, debe elegirse la pared de la calicata menos expuesta al sol y debe excavarse el espesor superficial que haya sido afec fectad tado por los cambios de humedad.

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No deben escatimarse esfuerzos en el embalaje adecuado de las muestras, ya que el grado de perturbación que se le ocasione a una muestra no perturbada es irrecuperable y lleva a resultados erróneos. En las calicatas, es posible realizar ensayes en sitio tales como las pruebas de carga con placas, CBR, permeabilidades, medidas de densidad, etc.

Cada vez que sea necesario realizar un ensayo en sitio en una calicata, la exca excav vació ación n deb eber erá á rea ealiliz zarse arse con onsi sid deran erand do este este hech echo, da dado do qu que e este tipo tipo de prueba obliga a tomar medidas especiales que determinan la forma de excavación. Es así como la toma de densidades obliga a realizar éstas a medida que la excavación se realiza, o bien es necesario dejar bancos intermedios. ��

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El muestreo es tan importante como el ensayo y se deben tomar las precauciones para obtener muestras que exhiban la naturaleza real y condiciones de los suelos que se representan. Salvo situaciones que exijan determinación de resistencia o consolidación, las muestras

perturbadas. perturbadas.

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Número, tipo y profundidad de los sondeos El número, tipo y profundidad de los sondeos que deban ejecutarse en un programa de exploración de suelos depende fundamentalmente del tipo de subsuelo y de la importancia de la obra. En ocasiones, se cuenta con estudios anteriores cercanos al lugar, que permite tener una idea siquiera aproximada de las condiciones del subsuelo y este conocimiento permite fijar el programa de exploración con mayor seguridad y eficacia. Otras veces, ese conocimien iento aprioríst ístico indispe pen nsable sobre las condicione nes s predominantes en el subsuelo ha de ser adquirido con los sondeos de tipo preliminar.

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El número de estos sondeos exploratorios será el suficiente para dar precisamente ese conocimiento. En obras pequeñas posiblemente tales sondeos tendrán carácter definitivo, por lo que es conveniente realizarlos por los procedimientos más informativos, tales como la prueba de pene pe netr trac ació ión n está estánd ndar ar,, po porr ejem ejempl plo. o.

Un

punto que requiere especial cuidado es la determinación de la

profundidad a que debe llevarse la exploración del suelo. Este aspecto fun funda dame ment nta al, cuy cuyas repe reperc rcus usio ione nes s pu pued eden en de deja jarrse sen sentir tir en tod todas las las fase fases s del éxito o fracaso de una obra ingenieril, tanto técnicas como económicas, está también principalmente definido por las funciones e importancia de la obra y la naturaleza del subsuelo. ��

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En general, los puntos básicos que la mecánica de suelos debe cuidar en un caso dado se refieren a la posibilidad y cálculo de asentamientos y a dete de terrmin minacio acion nes de res resiste istenc ncia ia de los los suelo elos. Para fines de cimentación, ha sido frecuente la recomendación práctica de explorar una profundidad comprendida entre 1,5B y 3B, siendo B el ancho de la estr estruc uctu tura ra po porr cime ciment ntar ar.. Generalmente es suficiente detener la exploración al llegar a la roca basal, si ésta aparece en la profundidad estudiada; sin embargo, en casos especiales se hará necesario continuar el sondeo dentro de la roca por métodos rotatorios; por ejemplo plo, en cime imentaciones de presas sería necesario verifi ificar que la roca no presente condiciones peligrosas desde el punto de vista de infi infilt ltra raci cion ones es de ag agua ua.. ��

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• �� Clase de estructura

Aporticada de acero

Distancia N° de pisos inclui incluidos dos los sótanos sótanos ≤ 3 mayor entre 4a8 9 a 12 apoyos (m)

< 12

>12

C

C

C

B

Pórticos y/o muros de concreto < 10 Muros portantes de albañilería <12 Bases de máquinas y similares Cualquiera

C B A

C A -

B -

A -

Estructuras especiales

Cualquiera

A

A

A

A

Otras estructuras

Cualquiera

B

A

A

A

*cuando la distancia sobre pasa la indicada, se clasificará en el tipo de edificación inmediato inmediato superior superior ≤ 9 m de altura Tanques elevados y similares >9 m de altura B A ��

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�� • �� Técnica

Norma aplicable

Método de ensayo de penetración standar

NTP 33 3 39.133 (ASTM D 1586)

Método para la clasificación clasificac ión de suelos con propósito de NTP 339.134 (ASTM D 2487) ingeniería, sistema SUCS Densid Densidad ad in situ situ media mediante nte el método método de cono cono de arena arena

NTP 339.14 339.143 3 (ASTM (ASTM D 1556 1556))

Densidad in situ mediante métodos nucleares

NTP 339.144 (ASTM D 2922)

Descripción e identificación de suelos (procedimiento visual manual)

NTP 339.150 (ASTM D 2488)

Norma práctica para la investigación y muestreo de suelos por perforaciones con barrena

NTP 339.161 (ASTM D 1452)

Guía normalizada para la caracterización de campo con NTP 339.162 (ASTM D 420) fines de diseño de ingeniería y construcción ��

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�� • ��

Tipo de edifi ificación

N° de puntos de investiga igación

A

1 cada 225 m2

B

1 cada 450 m2

C

1 cada850 m2

Urbanizaciones para vivienda 3 por cada ha de terreno habilitado unifamiliares de hasta 3 pisos

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�� • �� 

Cimentación superficial � ��

Z: 1.5 B, siendo B el ancho de cimentación prevista de mayor área En ningún caso p será menor de 3 metros, excepto si se encontrara roca antes de alcan lcanz zar la prof profu und ndid ida ad p

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- Edifi Edifica caci ción ón con con sóta sótano no P = h + Df Df + z

Z: 1.5 B, siendo B el ancho de cimentación prevista de mayor área En ningún caso p será menor de 3 metros, excepto si se encontrara roca antes de alcanzar la prof profun undi dida dad dp

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Df: En una edificación sin sótano, es la distancia vertical desde la superficie del terreno hasta el fondo de la cimentación. En edificaciones con sótano, es la distancia vertical entre el nivel de piso terminado del sótano y el fondo de cimentación.

h: distancia vertical entre el nivel de piso terminado del sótano y la supe superf rfic icie ie de dell terr terren eno o na natu tura rall

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Ciment Cimentaci ación ón profunda profunda La profundidad mínima de investigación, corresponderá a la longitud del elemento que transmite la carga a mayores profu rofun ndid didad ades es (pil (pilot ote e, pilar ilar,, etc etc) má más s la prof profu und ndid ida ad z

P = h + Df Df + z

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Df: En una edificación sin sótano, es la distancia vertical desde la superficie del terreno hasta el extremo

de

la ,

cimentación ,

.

edificaciones con sótano, es la distancia vertical entre el nivel de piso terminado del sótano y el extremo de la cimentación profunda.

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h: distancia vertical entre el nivel de piso terminado del sótano y la supe superf rfic icie ie de dell terr terren eno o na natu tura rall

Z = 6.00 m en el 80 % de los sondeos

Z =1.5 B,

en el 20 % de los

sondeos, siendo B el ancho de cimentación delimitada por los puntos de todos los pilotes o las bases de todos los pilares. ��

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• �� Tipo de muestra

Norma aplicable

Muestra inalterada en bloque (Mib)

NTP 339. 151 (ASTM D4220) Prácticas normalizadas para la preservación y transportes de suelos NTP 33 . 16 ASTM ASTM Tubos ubos de ared ared D1587) Muestreo delgada geotécnico de suelos con tubo de pared delgada

Muestr Muestraa inalte inalterad radaa en tubo de pared delgada (Mit)

Formas de obtener y transportar Bloques

Muestra alterada en NTP 339. 151(ASTM Con bolsas de bolsa de plástico D4220) Prácticas plástico (Mab) normalizadas para la preservación y transportes de suelos Muestra alterada NTP 339. 151(ASTM En lata sellada para humedad en D4220) Prácticas lata sellada (Mah) normalizadas para la preservación y transportes de suelos ��

Estado de la muestra

Características

Inalterada

Deben mantener inalteradas las propiedades físicas y mecánicas del suelo en su estado natural al momen omento to del del muest uestrreo, eo, apl aplicab icable le solamente a suelos cohesivos, rocas blandas o suelos ranulares fino finoss sufi sufici cien ente teme ment ntee cemen cementad tados os para para perm permit itir ir su obte obtenc nció ión n

Inalte Inalterad radaa

Alterada

Debe mantener inalterada la granulometría del suelo en su estado natural al momento del muestreo

Alterada

Debe mantener inalterado cont conten enid ido o de agua agua

��

el

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�� • �� Ensayo

Norma aplicada

Contenido de humedad

NTP 339.127 (ASTM D 2216)

Análisis granulométrico

NTP 339.128 (ASTM D 422)

Límite líquido y límite plástico

NTP 339.129 (ASTM D 4318)

Peso específico relativo de sólidos

NTP 339.131 (ASTM D 854)

Clasificación SUCS

NTP 339.134 (ASTM D 2487)

Densidad relativa

NTP 339.137 (ASTM D 4253)

Peso volumétrico de suelo cohesivo

NTP 339.139 (BS 1377)

Limite de contracción

NTP 339.140 (ASTM D 427)

Ensayo de compactación proctor modificado

NTP 339.141 (ASTM D 1557)

Consolidación unidimensional

NTP 339.154 (ASTM D 2435)

Compresión tr triaxial no co consolidado no dr drenado

NTP 339.164 (ASTM D 28 2850)

Compresión triaxial consolidado no drenado

NTP 339.166 (ASTM D 4767)

Compresión no confinada

NTP 339.167 (ASTM D 2166)

Corte directo

NTP 339.171 (ASTM D 3080)

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Peso Especifico

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