4º CURSO DE ARQUITECTURA

UNIVERSIDAD DE GRANADADEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVILÁREA DE INGENIERÍA DEL TERRENO

ASIGNATURA:MECÁNICA DEL SUELO Y LAS CIMENTACIONES SUPERFICIALES

PROFESOR:Francisco Lamas Fernández.

TEMA III PROPIEDADES DE LOS SUELOS

TEMA III PROPIEDADES DE LOS SUELOS

• 3.- PROPIEDADES DE LOS SUELOS • 3.1.- El agua en el suelo: el agua de constitución, intersticial y de

absorción.• 3.2.- El suelo como complejo sólido-liquido-gas.• 3.3.- El índice de poros y la porosidad.• 3.4.- El coeficiente de saturación y la humedad.• 3.5.- Peso específico y densidad.• 3.6.- Peso específico de un suelo.• 3.7.- El índice de densidad. • 3.8.- El suelo y el agua (Introducción y nomenclatura).• 3.9 Presión total, efectiva y neutra. Correspondencia entre los

campos de presiones y de densidades.• 3.10.- Acciones hidrodinámicas en los suelos. Introducción.

TEMA III PROPIEDADES DE LOS SUELOS

3.- PROPIEDADES DE LOS SUELOS 3.1.- El agua en el suelo.

POR SU FORMA DE ESTAR INCORPORADA AL SUELO- AGUA DE CONSTITUCIÓN- AGUA ABSORBIDA- AGUA INTERSTICIAL

SOLO NOS INTERESARA EL AGUA INTERSTICIAL

3.2.- El suelo como complejo solido-liquido-gas.

LOS SUELOS SON SISTEMAS DE TRES FASES: -PARTÍCULAS SÓLIDAS-UN LÍQUIDO (GENERALMENTE AGUA) - UN GAS (GENERALMENTE AIRE)

TEMA III PROPIEDADES DE LOS SUELOS

3.3.- EL ÍNDICE DE POROS Y LA POROSIDAD.

•ÍNDICE DE POROS (e) : ES El VOLUMEN DE HUECOS QUE SE CORRESPONDE CON LA

UNIDAD DE VOLUMEN DE SÓLIDOS EN EL SUELO.

•POROSIDAD (n): ES EL VOLUMEN DE HUECOS EXISTENTE EN LA UNIDAD DE

VOLUMEN DE SUELO.

CAMPO DE VARIACIÓN

MATERIALCOEFICIENTE

MÍNIMOTEÓRICO

MÍNIMOREAL

MÁXIMOREAL

MÁXIMOTEÓRICO

ARENASe 0 0.43 1 ∞n 0 0.3 0.5 1

ARCILLASe 0 0.67 2 . 5 6 ∞n 0 0.4 0.72 1

3.4.- EL COEFICIENTE DE SATURACIÓN Y LA HUMEDADCOEFICIENTE DE SATURACIÓN(S) : ES LA RELACIÓN ENTRE EL VOLUMEN DE

HUECOS OCUPADO POR EL AGUA Y EL VOLUMEN TOTAL DE HUECOS.

TEMA III PROPIEDADES DE LOS SUELOS

Es un coeficiente adimensional y su campo de variación tiene como límites reales 0 y 1.

- Si S = 0 se dice que el suelo está seco.- Si S > 0 se dice que el suelo está húmedo.- Si S = 1 se dice que el suelo está saturado.

HUMEDAD (W): ES LA RELACIÓN ENTRE EL PESO DEL AGUA Y EL PESO DELAS PARTÍCULAS SÓLIDAS. Su formulación es la siguiente:

Su campo de variación tiene como límite inferior real 0 y como límite superior teórico ∞.

3.5.- PESO ESPECIFICO Y DENSIDADEstas magnitudes tendrán para la Mecánica del suelo la misma definición que en Física. Peso especifico: peso por unidad de volumen. Densidad: masa por unidad de volumen.El grado de precisión que requiere la Mecánica del Suelo nos permite que ambas

magnitudes puedan venir expresadas por el mismo número.

3.6.- PESO ESPECIFICO DEL SUELOEl peso especifico de un suelo variará dependiendo del volumen de sus huecos ocupados

por agua.A pesar de que los pesos específicos de cada una de las tres fases suele oscilar dentro de

unos estrechos márgenes tomaremos como pesos específicos medios para cada una de las tres fases los siguientes:- peso especifico de la partículas de aire 0 T/m3- peso especifico de la partículas de agua 1 T/m3- peso especifico de la partículas solidas 2.7 T/m3

TEMA III PROPIEDADES DE LOS SUELOS

Podemos definir hasta cuatro densidades o pesos específicos de los suelosPeso especifico Seco. Ausencia de la fase líquida.

Peso especifico Húmedo. Presencia de las tres fases

Peso especifico Saturado. Ausencia de la fase gaseosa

Peso especifico Sumergido. Ausencia de la fase gaseosa y la fase liquida está sometida a presión

TEMA III PROPIEDADES DE LOS SUELOS

3.7.- EL ÍNDICE DE DENSIDADAparte de otras propiedades de las partículas como forma, tamaño y uniformidad que influyen en el valor a tomar por la densidad máxima y mínima de un suela el índice de poros de un suelo nos mide su estado en relación con su densidad máxima y mínima, lo cual es lo mismo que decir que nos da índice de su comportamiento mecánico.

Según sea el valor de este parámetro en un suelo, el mismo podremos clasificarlo como:

• El emax se determina en el ensayo Tecnológico .

• El emin se determina en el ensayo Proctor.• El e se determina de la muestra.

TEMA III PROPIEDADES DE LOS SUELOS

ESTADO MUY FLOJO FLOJO MEDIO DENSO MUY DENSO(%) 0-15 15--35 35-65 65-85 85-100

3.8.- EL AGUA INTERSTICIAL EN EL TERRENO. NOMENCLATURA• Se denomina nivel freático el lugar geométrico de los puntos en los que la presión del

agua es la atmosférica• Se denomina agua freática la situada por debajo del nivel freático.• Se denomina agua capilar la situada por encima del nivel freática y que es-.á en

contacto con el agua freática.• Se denomina agua de contacto la que está situada por encima del nivel freático y no

está en contacto con el agua freática.• Se denomina acuífero a la capa de suelo bastante permeable que contiene agua

freática.• Se denomina acuiclusos las capas de suelo que limitan los acuíferos.

TEMA III PROPIEDADES DE LOS SUELOS

3.9.- PRESIÓN TOTAL, EFECTIVA Y NEUTRA.• PRESIÓN TOTAL vertical actuando sobre un plano horizontal de un suelo sometido

exclusivamente a su peso propio, es igual al peso del suelo situado por encima de dicho plano.

• PRESIÓN INTERGRANULAR es aquella que se transmite a través de los puntos de contacto de las partículas sólidas del suelo.

• También se le denomina PRESIÓN EFECTIVA. Terzaghi encontró que es la presión de la cual depende la compresión y –a resistencia al esfuerzo cortante de un suelo.

• PRESIÓN INTERSTICIAL es la ejercida por la masa de agua de los huecos del suelo, bajo el nivel freático.

• También se le denomina PRESIÓN NEUTRA, porque cualquier cambio en ella, no produce ningún cambio en las propiedades mecánicas del suelo.

TEMA III PROPIEDADES DE LOS SUELOS

RELACIÓN ENTRE ELLASSi damos un corte de área elemental S, que pase a través de la superficie de contacto entre dos partículas, en un suelo saturado.

TEMA III PROPIEDADES DE LOS SUELOS

En la práctica s/S es aproximadamente 0 Que denominaremos: -Presión total = N/S -Presión INTERGRANULAR = Ni/S -Presión neutra = u

Una vez definidos estos conceptos podemos enunciar la Ley de TERZAGHI a través de la siguiente igualdad :

Presión efectiva = Presión total - presión neutra

TEMA III PROPIEDADES DE LOS SUELOS

Si admitimos que el contacto entre partículas es puntual y que el agua está quieta, podemos aplicar el principio de Arquímedes y las presiones efectivas se podrán calcular directamente empleando el peso específico del suelo sumergido. - Presión total = σ = sat* z

- Presión neutra = u = w * z

- Presión efectiva= σ’=’ *z

3.10.- ACCIONES HIDRODINÁMICAS EN LOS SUELOSPRESIONES DE FILTRACIÓN

- CIRCULACIÓN DE AGUA ASCENDENTE eq = (’- i*w).

- CIRCULACIÓN DE AGUA DESCENDENTE eq = ('+i*w).

TEMA III PROPIEDADES DE LOS SUELOS

3.11.- PERMEABILIDAD. LEY DE DARCY.El principio básico que rige el movimiento de agua en el seno del acuífero es la ley de Darcy, que establece que el flujo a través de un medio poroso es proporcional a la pérdida de carga, a la sección considerada y la conductividad hidráulica, según la ecuación:En donde:Q = Caudal de agua.K = Conductividad hidráulica, una medida de la capacidad del medio poroso Para transmitir agua, también se llama coeficiente de permeabilidad.S = Sección de flujo.h/L = Pérdida de carga, en otras palabras, es la relación entre el camino recorrido por el

agua y la presión hidrostática entre los dos puntos de cota.En consecuencia, la velocidad de flujo será v = k i, que es conocida como velocidad de Darcy, que asume que el flujo tiene lugar a través de toda la sección considerada, pero realmente el flujo sólo tiene lugar por los espacios porosos, por lo que la velocidad real (velocidad intersticial) será: V = v/n, en donde n es la porosidad eficaz.

TEMA III PROPIEDADES DE LOS SUELOS

L

hKSQ

En la figura (a) se observa que entre los puntos 1 y 2, en la dirección del flujo, hay una pérdida de carga (Dh), de forma que la expresión de Darcy queda:Siendo i el gradiente hidráulico

En el permeámetro de arena:Donde i =H/Y, es la mayor o menor dificultad de un material ante el paso del agua.Por tanto se puede decir también que el flujo en un medio poroso es proporcional a la sección considerada (A), al coeficiente de permeabilidad (K) y al Gradiente Hidráulico (i).K se mide en cm/s y estos son algunos valores:• Arena: K=1 cm/s• Impermeable: K≤10-5 cm/s• Libremente permeable: K≥1 cm/s

TEMA III PROPIEDADES DE LOS SUELOS

DhQ=K×A× =K×A×i

L

H20

Y

A

suelo

H

v

tiempo t

vQ= =A×i×K

t