EscueladeIngenieradeCaminosydeMinas

UPCT

ObrasGeotcnicas

UNIDADDIDCTICAI.

PROPIEDADESDELOSSUELOS

Febrero2013

INDICE:

1. Descripcin.

2. PropiedadesFsicasdelosSuelos.

3. PropiedadesHidrulicasdelSuelo.

4. PropiedadesMecnicasdelTerreno.

1. Descripcin.

Para conocer con precisin el comportamiento del terreno como subcomponente del cimiento, adems dereconocerin situ lageometrade susestratos,esprecisodeterminar suspropiedades fsicas, fsicoqumicasymecnicas.1

Elsuelo,adiferenciadelosmaterialesnormalmenteutilizadosenedificacin,esunmaterialheterogneo.Porello,es necesario utilizar un lenguaje especfico que permita identificar los distintos tipos de suelo con unanomenclaturainternacional.

1MANUALDEEDIFICACIN.MECNICADELOSTERRENOSYCIMIENTOS.A.GarcaValcarceJ.SacristnFernndez,etl

2. PropiedadesFsicasdelosSuelos.

Laspropiedadesfsicassedeterminanmedianteensayosqueserealizanenlaboratorio,conobjetodedeterminarciertosparmetros,entreloscualeslosdemayorintersson:

PorosidadendicedeHuecos Pesosespecficos Composicingranulomtrica Estadosdeconsistencia Permeabilidad

Porosidadendicedehuecos

Tantolossueloscomolasrocasnosonnuncaslidossimples;constituyencuandomenos,sistemasde2ode3fasesformadaspor:partculasslidas,lquido(porlogeneralagua)ygas.

En la siguiente figura se esquematiza una distribucin de las 3 fases que componen un suelo y que sirve para comprender el

significadodelosconceptosdeporosidadnydendicedehuecose.

Porosidad:

ndicedeHuecos

Estasecuacionesestablecenlarelacinentrelaporosidadnyelndicedehuecose.Laporosidadessiempreinferioralaunidad,convalorescomprendidosentre0,35y0,80mientrasqueelndicedehuecospuedesersuperiora1

Va = Volumen de huecos llenos de aire. Wa = Peso de huecos llenos de aire 0.

Vw = Volumen de huecos ocupados por el agua. Ww = Peso del agua.

Vs = Volumen de las partculas slidas. . Ws = Peso de las partculas slidas.

Vv = Volumen de huecos del suelo. W = Peso total = Ws + W

V = Volumen total.

Pesosespecficos

Pesoespecficodepartculasslidas.

Ws = Peso de las partculas slidas.

Vs = Volumen de las partculas slidas.

En suelos granulares, puede decirse que coincide con el peso especfico de la roca que proceden, con un valor medio de 26,50 kN/m3.

En arcillas suele variar entre 25 y 29 kN/m3, con un trmino medio estadstico igual a 27 kN/m3 (Terzaghi y Peck, 1955).

PesoespecficoaparentedelsuelosecoCorrespondealcasoenquenoexisteagua,esdecirloshuecosestnllenosexclusivamentedeaire.

Elpesoespecficoaparentedelsuelosecosedesignapord,deacuerdocon lanotacin internacional,utilizandoelsubndicedquecorrespondea la inicialde lapalabra inglesadry.Sedefinecomo larelacinentreelpesode losslidosyelvolumentotal.Sueleoscilarentre14y19kN/m3,aunqueenalgunossuelosvolcnicosydepsitoselicossealcanzande6a12kN/m3.

PesoespecficoaparentedelterrenosaturadoCorrespondealcasoenque loshuecosestncompletamente llenosdeagua.Sedesignaporsatdeacuerdocon lanotacin internacionalysedefinecomoelcocienteentreelpesode losslidos+aguayelvolumentotal.Suvalorpuedeoscilarentre17y22kN/m3

Suvalorentrminosdelndicedehuecosseexpresadelasiguienteforma:

yentrminosdelaporosidad:

Teniendoencuentalosvaloresdelpesoespecficodelsueloseco,sededuce:

PesoespecficoaparentedelsuelosumergidoCorrespondealcasoenqueelsueloseencuentrasumergidopordebajodelnivelfreticoysometidoalempujedeArqumedes.SedesignaporsumdeacuerdoconlanotacininternacionalysedefinecomoelpesoespecficodelosslidosdisminuidoenelempujedeArqumedes,todoellodividoporelvolumentotal.

Entrminosdelndicedehuecosybasndoseenlafiguraanterior,seobtiene:

Teniendoencuantaelvalordelpesoespecficosaturado,sisesumayserestaenelnumeradorlamismacantidad,e

W,seobtiene:

Enfuncindelaporosidadseobtiene:

Teniendoencuentaigualmente,elvalordelpesoespecficosaturado,sellegaalasiguienteexpresin:

Elpesoespecficosumergidosueleoscilarentre7y12kN/m3,siendoobviamenteinferioralpesoespecficodelsuelo

secod.

Humedad.GradodesaturacinSe define la humedad w, o ms propiamente el contenido de humedad, como el cociente entre el peso del agua que contiene el suelo y el peso del suelo seco.

Cuando el suelo est saturado, se puede determinar la humedad de saturacin tanto en funcin de la porosidad como del ndice de huecos:

La humedad no puede rebasar este valor ya que, para ello, sera necesario que las partculas slidas dejaran de estar en contacto, convirtindose el suelo en una suspensin de partculas en agua, si se mantiene en agitacin, o decantando el exceso de agua si est en reposo.

Se define el grado de saturacin S como la relacin o cociente entre el volumen de agua y el volumen de huecos o poros. Esta relacin, si se conoce la humedad porque se ha determinado en el laboratorio, es tambin igual a la relacin entre la humedad w y la humedad de saturacin wsat, que es la mxima que puede tener el suelo. En consecuencia, teniendo en cuanta la frmula anterior, se deduce:

Suele variar entre 5-8% en suelos granulares (arenas y gravas) y entre 60-70% en suelos arcillosos, aunque en algunos suelos orgnicos y de marismas alcanza valores de 300-400%.

PesoespecficoaparentedesuelohmedoEl peso especfico aparente del suelo hmedo se designa con la notacin . Corresponde a la situacin en que los huecos o poros del suelo se encuentran parcialmente llenos de agua. La parte de los huecos que est llena de agua queda definida por el grado de saturacin S, definido anteriormente.

En consecuencia se puede escribir, en funcin del ndice de huecos:

o en funcin de la porosidad como:

El valor del peso especfico aparente del suelo hmedo vara linealmente con el contenido de humedad w, entre los lmites siguientes (figura):

Valor mnimo cuando w = 0: = d Suelo seco Valor mximo cuando w = wsat: = sat Suelo saturado

Composicingranulomtrica

Una primera clasificacin de los suelos es por el tamao de las partculas. Este tamao es muy variable y puede variar desde grandes bloques hasta partculas microscpicas. El conocimiento de los distintos tamaos de partculas que forman un suelo se estudia realizando anlisis o ensayos granulomtricos.

La forma de los granos o partculas puede ser: angulosa, sub-redondeada, redondeada, etc.

La Granulometra o estudio de los distintos tamaos que componen un suelo se realiza de acuerdo con clasificaciones normalizadas de tamaos, siguiendo las normas de distintos pases, habiendo llegado a definir, internacionalmente, los siguientes grandes grupos de materiales:

Gravas.

Arenas.

Limos.

Arcillas.

Los tamaos que definen estos grandes grupos son los siguientes:

Denominacin Tamao

Gravas >2 mm

Arenas 2 a 0,06 mm

Limos 0,06 a 0,002 mm

Arcillas < 0,002 mm = 2

Los dos primeros tipos de suelo, gravas y arenas, se consideran como materiales gruesos, mientras que los dos ltimos, limos y arcillas, se conocen, en conjunto, como materiales finos.

Dentro de cada grupo se pueden hacer 3 subdivisiones de material grueso, medio y fino, estableciendo tamaos intermedios mediante la secuencia de los dgitos 2 y 6 divididos por potencias de 10, por ejemplo:

Arena gruesa de 2 mm a 0,6 mm.

Arena media de 0,6 mm a 0,2 mm.

Arena fina de 0,2 mm a 0,06 mm.

Por encima de las gravas se pueden definir los materiales ms gruesos:

Denominacin Tamao

Bloques 1 m3

Bolos 10 cm a 30 cm

Estos materiales tienen menos inters en Mecnica del Suelo.

Normalmente, los suelos naturales no son suelos homogneos que pertenecen a uno de los grupos de tamao anteriores, sino que, en general son mezcla de distintos tamaos.

La diferenciacin a simple vista de algunos de los grupos no es fcil, si bien existen algunas propiedades cualitativas que permiten diferenciar unos de otros, principalmente los materiales finos.

Estas propiedades son las siguientes:

Gravas: los granos gruesos se distinguen perfectamente a simple vista y no se apelmazan aunque estn hmedos, debido a la pequeez de las tensiones capilares del agua, es decir, no retienen el agua, por la inactividad de su superficie y los grandes huecos existentes entre partculas.

Arenas: los granos se distinguen a simple vista y se apelmazan si estn hmedos (no forman agregados continuos, sino que se separan de ella con facilidad), debido a la importancia de las tensiones capilares. Las partculas, en general, no son plsticas. El terreno seco puede tener ligera cohesin, debido a la capilaridad de un pequeo contenido de humedad, pero se reducen a polvo entre los dedos.

Limos: las partculas no son visibles a simple vista y, en general, son algo plsticas (retiene el agua mejor que los tamaos anteriores). Los terrenos secos tienen una cohesin apreciable, pero se pueden reducir a polvo entre los dedos. A diferencia de las arcillas, tienen tacto spero y las partculas son inertes como los minerales rocosos de que proceden. Se secan con relativa rapidez y no se pegan a los dedos.

Arcillas: partculas no visibles a simple vista que no son redondeadas (partculas de tamao gel). Estn compuestas por silicatos de aluminio y otros cationes y tienen propiedades fisicoqumicas. Son suaves al tacto, se secan lentamente y se pegan a los dedos. Los terrones secos se pueden partir, pero no se reducen a polvo con los dedos. Tiene una gran capacidad de retencin del agua, por lo que son generalmente los materiales ms problemticos, necesitando tiempos muy elevados de consolidacin o de expulsin de agua bajo esfuerzos.

La determinacin de los distintos tamaos de material que forman un suelo se realiza por medio de anlisis granulomtricos, que pueden ser de dos tipos:

Anlisis Granulomtrico por TAMIZADO

Anlisis Granulomtrico por SEDIMENTACIN

El anlisis granulomtrico por tamizado, se realiza por medio de cribas y tamices hasta un tamao de abertura de 0,074 mm, aproximadamente, valor ligeramente variable, segn la normativa que se utilice.

A partir de este tamao, prcticamente no es posible construir los tamices, por lo cual hay que continuar el ensayo por otro medio, recurriendo al anlisis granulomtrico por sedimentacin, cuyos detalles de ejecucin se describen ms adelante.

Anlisis granulomtrico por tamizado Para realizar el anlisis granulomtrico por tamizado se dispone de una serie de tamices que son distintos segn sea la normativa de cada pas. As por ejemplo existe la Norma ASTM (Sociedad American de Ensayo de Materiales), la Norma BSS (Britnica), la Norma AFNOR (Francesa), la Norma DIN (Alemana), etc. Hoy da casi todas ellas se han ido unificando bastante.

La Norma espaola es la UNE, cuya denominacin procede de las inciales de Una Norma Espaola la cual es muy similar a la ASTM americana. Normalmente, cada tamao de tamiz se designa por un nmero, que es el que sirve de identificacin dentro de la serie.

A ttulo de ejemplo en el Cuadro siguiente se recoge la correlacin entre nmero y abertura de algunos tamices dentro de las series ASTM y UNE.

N de tamiz ASTM Abertura ASTM Abertura UNE equivalente

4 4,760 mm 5,000 mm

10 2,000 mm 2,000 mm

40 0,420 mm 0,400 mm

100 0,149 mm 0,160 mm

200 0,074 mm 0,080 mm

Los anteriores nmeros de tamices y aberturas de la Norma ASTM corresponden a algunos valores de los 30 que constituyen la serie fina, existiendo otra serie gruesa, cuya designacin de tamiz se efecta en pulgadas.

El anlisis granulomtrico por tamizado se realiza tamizando o cribando una determinada cantidad de suelo, en peso (por ejemplo 1kg), a travs de una serie de tamices, elegidos dentro de la serie completa, dispuestos uno encima de otro y procediendo a la agitacin o vibrado, bien sea de manera manual o automtica. Efectuado el proceso, se pesa lo retenido en cada uno de los tamices.

Conocido lo retenido en cada tamiz, se puede obtener el tanto por ciento de partculas de dimetro inferior a los tamices considerados en cada caso, como suma de todo lo que ha quedado en los tamices inferiores y el residuo de fondo. Este valor se denomina como tanto por ciento que pasa.

De forma similar a como se obtiene este tanto por ciento que pasa por un determinado tamiz, se puede obtener por diferencia con 100, el tanto por ciento retenido en dicho tamiz.

Anlisis granulomtrico por sedimentacin Para clasificar los tamaos gruesos de las partculas, el mtodo ms cmodo y rpido es el ya descrito de granulometra por tamizado. No obstante, como ya se ha dicho, para partculas finas, concretamente a partir del tamiz n 200 de la serie ASTM, el tamizado se hace prcticamente imposible. Por un lado, porque hace falta mucho tiempo para conseguir la separacin de las partculas y, por otro lado, porque la fabricacin de los tamices presenta enormes dificultades.

El mtodo que se utiliza normalmente, conocido como de sedimentacin, se basa en la ley de Stokes, que establece la velocidad de cada de una esfera sumergida en un fluido.

Curvas granulomtricas Los resultados del ensayo se representan en un grfico, adoptando como eje de abscisas los dimetros de las partculas, en mm, y como ordenadas el tanto por ciento de partculas que pasan por un determinado dimetro. De esta manera se obtiene lo que se denomina CURVA GRANULOMTRICA.

Si la representacin de abscisas y ordenadas se realiza a escala natural se obtiene una curva donde los tamaos menores quedan muy mal representados, ya que se agrupan en muy poco espacio.

Por ello, para una mejor y ms clara representacin, usualmente las abscisas se representan en escala logartmica, con lo cual se obtiene una curva del tipo que se representan en la siguiente figura, en la que las fracciones gruesas no tienen tanta importancia y se dispone de ms espacio para las fracciones finas.

En la siguiente figura se han destacado los tamices que separan las arenas, limos y arcillas y se ha representado de trazos la parte de curva obtenida por sedimentacin.

En la siguiente figura se presentan 4 ejemplos de curvas granulomtricas, de las cuales las 1 y 2 se han obtenido mediante tamizado y las 3 y 4 mediante tamizado y sedimentacin.

La 1 corresponde a una arena con un 15% de grava y un 19% de finos.

La 2 corresponde a una arena con granulometra bastante uniforme.

La 3 es una arena con algo de grava y un 42% de finos fundamentalmente limos.

La 4 tiene un 30% de arena, 23% de limos y 47% de arcilla.

Las curvas granulomtricas normalmente son continuas, salvo cuando faltan una serie de tamaos contiguos, en cuyo caso aparece una discontinuidad horizontal correspondiente a la zona de tamices que faltan.

De las curvas granulomtricas, se pueden obtener algunos parmetros que se refieren a caractersticas que son tiles, bien para conocer mejor el suelo, o bien para estudios posteriores de otras caractersticas de los mismos.

Normalmente se definen los siguientes parmetros:

Dimetro eficaz o efectivo: es el tamao de partculas o dimetro que corresponde al 10% que pasa en la curva granulomtrica. El conocimiento del D10 es til para estimar la permeabilidad de los suelos.

Coeficiente de uniformidad: El coeficiente de uniformidad Cu se define como el cociente entre el D60 y el D10, siendo el D60 el dimetro o tamao de partculas correspondiente en la curva granulomtrica al 60% que pasa y D10 el dimetro eficaz.

El coeficiente de uniformidad es un valor que permite conocer si el suelo est bien o mal graduado, es decir si el tamao de partculas es muy uniforme o por el contrario existe una variedad de partculas de distintos tamaos.

Si el coeficiente de uniformidad tiene valores comprendidos entre 4 y 8 puede decirse que el suelo est bien graduado. Si el valor de Cu es cercano a 1 el suelo est mal graduado, es decir que las partculas son casi todas del mismo tamao.

En la figura siguiente puede verse la manera de determinar estos dimetros.

El coeficiente de curvatura se define como el siguiente cociente:

En esta frmula, D30 es el dimetro o tamao de partculas correspondiente al 30% que pasa en la curva granulomtrica.

El coeficiente de curvatura indica, de alguna manera, la forma que tiene la curva granulomtrica en su zona central. Suele variar entre 1 y 3, siendo el valor ptimo alrededor de 2, que corresponde a una forma ms o menos rectilnea.

Notacin para designar los suelos La notacin que se utiliza, habitualmente, para designar los suelos se debe a Casagrande, el cual asign una letra a cada tipo de suelo, de manera que combinndolas se puede dar una sigla que define de manera abreviada la composicin del suelo. Esta notacin es la siguiente.

Notacin Tipo de suelo o de caracterstica Origen de la notacin

G Grava Gravel (ingls)

S Arena Sand (ingls)

M Limo Mh (sueco)

C Arcilla Clay (ingls)

W Bien graduado Well (ingls)

P Mal graduado Poor (ingls)

La denominacin de los suelos se realiza combinando las distintas letras, comenzando por el material ms abundante, aadiendo el siguiente, etc. Por ejemplo: I) (GSW) Grava arenosa bien graduada; II) (SM) Arena limosa; III) (SC) Arena arcillosa; IV) (CM) Arcilla limosa.

Estados de consistencia. Lmites de Atterberg Independientemente de los sistemas de identificacin que requieren aparatos ms o menos complejos, es necesario disponer de mtodos sencillos que permitan conocer o identificar algunas de las propiedades de las arcillas.

Los primeros estudios de suelos arcillosos los realiz Atterberg en 1911, para usos agrcolas (Edafologa). Para ello, desarroll unos criterios basados en el contenido de humedad, cuya variacin determina las caractersticas de las arcillas.

Observo que si la arcilla estaba seca se encontraba suelta o, en terrones, y que si aada agua, primero adquira una consistencia como de una pasta y, despus, aadiendo ms agua, alcanzaba una consistencia fluida. Basndose en esto, defini unos lmites de consistencia que corresponden a unos determinados contenidos de humedad, y que separan el comportamiento de la arcilla.

La normalizacin del procedimiento para determinar estos lmites la hizo el profesor americano Casagrande en 1932.

Consistencia Denominacin Notacin

Slida

Lmite de retraccin LR o wS

Semislida (frgil)

Lmite plstico LP o wP

Plstica (moldeable)

Lmite lquido LL o wL

Fluida (semilquida)

A continuacin, se describen los ensayos de laboratorio que se efectan, habitualmente, para determinar estos lmites de consistencia.

Lmite lquido

La determinacin del lmite lquido se realiza por medio de un ensayo normalizado en el que se comienza amasando, con agua destilada, una determinada cantidad de suelo que pase por el tamiz n 40 de la serie ASTM 0,42 mm, procurando aadir la cantidad de agua necesaria para acercarse lo ms posible al estado de lmite lquido.

La masa as obtenida se coloca con una esptula en la cuchara de Casagrande cuyo aspecto aparece en la fotografa.

Una vez colocada la masa en la cuchara, se abre un surco con un acanalador normalizado y a continuacin se comienza a dar vueltas a la manivela, con lo cual, y por medio de una excntrica, se levanta la cuchara y se deja caer desde la altura de un centmetro. Se contina la operacin hasta que las paredes del surco

se unan en una longitud de 12 mm. Si esto ocurre despus de dar exactamente 25 vueltas a la manivela, se dice que el suelo tiene el contenido de humedad correspondiente al lmite lquido.

Sin embargo, no ser lo normal que la humedad corresponda a la del lmite lquido, por lo cual, se hacen dos ensayos hasta que el surco se cierre 12 mm, anotando el nmero de golpes necesario para ello, y se determinan sus correspondientes humedades en tanto por ciento.

Los resultados de estos dos ensayos se llevan a un grfico en doble escala logartmica en el cual se representa, en abscisas, el nmero de vueltas de la manivela o golpes y, en ordenadas, la humedad en tanto por ciento. En la parte inferior del grfico aparece una recta de puntos de pendiente 0,177, obtenida tras numerosas determinaciones, con las que se ha deducido que, para un mismo suelo, los puntos correspondientes a distintos grados de humedad forman una recta, en doble escala logartmica, cuya pendiente ms probable es sta.

Para determinar el lmite lquido se representan sobre el grfico los resultados de los dos ensayos realizados y posteriormente se traza la recta de pendiente 0,177, paralela a la de trazos, que equidiste de los dos puntos representados. La humedad del punto de la recta que se encuentra en la abscisa de los 25 golpes es precisamente la humedad correspondiente al lmite lquido.

Lmite plstico

El ensayo se realiza, tambin, con la fraccin de suelo que pasa por el tamiz n 40, con un contenido de humedad algo superior al que se estimo como lmite plstico. Con esta humedad ser posible formar fcilmente una bola con el suelo sin que se resquebraje.

A continuacin, se toma una porcin de suelo, de unos 8 gr, se forma con ella una especie de elipsoide, y se rueda entre la palma de la mano y una superficie lisa que no absorba mucha humedad, hasta llegar a formar un bastoncillo cuyo dimetro sea de 3 mm. Si al llegar a este dimetro, no se ha cuarteado el cilindro, de modo que quede dividido en trozos de unos 6 mm de longitud como media, se vuelve a formar el elipsoide y a rodar hasta llegar con los bastoncillos a este tipo de resquebrajamiento.

Se dice que el suelo se encuentra en su lmite plstico, precisamente, cuando los bastoncillos de 3 mm se cuartean.

ndice de plasticidad

Se define el ndice de plasticidad (IP) como la diferencia entre el lmite lquido y el lmite plstico. Ambos lmites son humedades y se expresan en tanto por ciento.

IP = wL - wP

Lmite de retraccin

Al desecarse una muestra de suelo se va comprimiendo, reducindose su volumen por la accin de las fuerzas capilares que van aumentando al disminuir la dimensin de los poros y expulsar agua. Este fenmeno es muy visible en el barro arcillos seco, que queda cuarteado con grietas profundas. Si el proceso contina, llega un momento en que las fuerzas capilares se ven contrarrestadas por la reaccin del suelo; la desecacin prosigue, pero no habr reduccin de volumen. Al contenido de humedad en este

momento se llama lmite de retraccin wS y el cual se puede definir como aquella humedad a partir de la cual, aunque se contine la desecacin, el volumen se mantiene constante.

No es demasiado frecuente la determinacin del lmite de retraccin. Tiene cierto inters para el estudio de arcillas expansivas.

Clasificacin de suelos Han sido numerosos los sistemas de clasificacin de suelos que se han propuesto en el transcurso de los aos, pero no existe ningn sistema reconocido internacionalmente. Los sistemas ms utilizados son el sistema unificado de clasificacin de suelos y el sistema de clasificacin AASHTO.

El sistema unificado, desarrollado originalmente por Casagrande en la dcada de los aos cuarenta para su utilizacin en la construccin de aeropuertos, fue modificado en 1.952 por el US Bureau of Reclamation y por el US Corps of Engineers para ampliar su utilizacin. En 1.969 fue adoptado por la American Society for Testing and Materials como el mtodo estndar de clasificacin de suelos para propsitos ingenieriles, ASTM D-2487-69.

De acuerdo con la distribucin de tamaos de las partculas del material que pasa por el tamiz 75 mm, el suelo se clasifica como suelo granular si ms del 50 % es retenido en el tamiz No. 200, o suelo fino si el 50 % o ms pasa el tamiz No. 200. Estos grupos se dividen a su vez en subgrupos; a cada grupo se le asigna un smbolo formado por una letra prefijo y una sufijo.

Los suelos granulares se designan con el siguiente grupo de smbolos:

Letras prefijo

G: Grava, si el 50 % o ms de la fraccin granular es retenida por el tamiz No. 4.

S: Arena, si ms del 50 % de la fraccin granular pasa por el tamiz No. 4.

Letras sufijo

W: Bien graduado.

P: Mal graduado.

M: Limoso

C: Arcilloso

Si menos del 5 % del material pasa por el tamiz No. 200 los sufijos que se utilizan son W o P dependiendo de los valores de CU y CZ, si ms del 12 % pasa por el tamiz No. 200 los sufijos que se utilizan son M o C dependiendo de los valores de LL e IP. Si el porcentaje de finos est entre el 5-12%, se utiliza una clasificacin intermedia con smbolos dobles.

Los suelos finos se designan con el siguiente grupo de smbolos:

Letras prefijo

M: Limo, C: Arcilla, O: Suelo orgnico.

Letras Sufijo

L: Baja plasticidad (WL < 50%).

H: Alta plasticidad (WL > 50%).

La clasificacin se basa slo en los lmites de Atterberg de la fraccin de suelo que pasa por el tamiz No. 40, y se obtiene con la carta de plasticidad de Casagrande. Los suelos situados por encima de la lnea A son las arcillas inorgnicas, y los situados por debajo de la lnea A son los limos y las arcillas orgnicas.

La lnea A responde a la ecuacin:

IP = 0.73 (WL 20)

La turba y los dems suelos de bastante contenido orgnico se clasifican por inspeccin visual (ASTM D 2488 69) y se agrupa con el smbolo Pt.

El sistema AASHTO fue desarrollado originalmente por el US Bureau of Public Roads en la dcada de los aos veinte dirigido a establecer una convivencia de un material para su utilizacin en la construccin de carreteras. Luego de algunas revisiones mayores fue adoptado en 1945 por la American Association of State Highway and Transportation Officials como la norma AASHTO M-145.

La clasificacin se realiza basada en el tamao del grano y en la plasticidad, de acuerdo a este sistema el suelo es clasificado en siete grupos principales: desde A-1 hasta A-7; los suelos clasificados en los grupos A-1, A-2 y A-3 son suelos grueso granulares con un 35% o menos pasa la malla 200, y los que presentan una cantidad superior en pasa malla 200 son clasificados en los grupos A-4, A-5, A-6 y A-7, estos son suelos finos o materiales limosos y arcillosos.

La clasificacin AASHTO de los suelos limo arcillosos es la siguiente la de la siguiente figura.

Dentro de cada grupo, se establecen divisiones en base al ndice de grupo que queda definido por la siguiente expresin:

IG (n entero) = (F-35) [0.2 + 0.005(LL-40)] + 0.01 (F-15) (IP-10)

Donde:

F es el porcentaje que pasa por el tamiz 200 o 0.008 mm. (n entero).

LL es el lmite lquido (%).

IP es el ndice de plasticidad (%).

Algunas reglas con respecto al uso de esta ecuacin son las siguientes:

Si el valor obtenido es negativo, se debe asumir como IG = 0

No hay un lmite superior para el ndice del Grupo

El IG debe redondearse a valores enteros: Por ejemplo si el valor obtenido es IG = 3.3 realmente es IG = 3 o si es IG = 3.5 realmente es IG = 4

El ndice de grupo de A-1, A-3 y A-2-4 y A-2-5 siempre es igual a cero

Para los grupos A-2-6 y A-2-7, el ndice de grupo se calcula con la segunda parte de la ecuacin, dependiendo solo del IP.

DIVISIN PRINCIPAL SIMBOLO NOMBRES TIPICOS CRITERIO DE CLASIFICACIN

GW Gravas bien graduadas y mezclas de arena y grava con pocos finos o sin finos.

Cu mayor que 4.

Cz entre 1 y 3.

G

R

A

V

A

S

L

I

M

P

I

A

S

GP Gravas y mezclas de gravas y arenas mal graduadas con pocos finos o sin finos. Si los criterios para GW no se cumplen

GM Gravas limosas, mezclas de grava arena y limo. Limites de Atterberg localizados bajo la lnea A o ndice de plasticidad inferior a 4.

G

R

A

V

A

S

5

0

%

o

m

s

d

e

l

a

f

r

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c

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z

N

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.

4

G

R

A

V

A

S

C

O

N

F

I

N

O

S

GC Gravas arcillosas, mezclas de grava arena y arcilla. Limites de Atterberg sobre la lnea A e ndice de plasticidad superior a 7.

Si los lmites de Atterberg se localizan en el rea sombreada se debe

clasificar utilizando smbolos dobles.

SW Arenas y gravas gravosas bien graduadas con pocos finos o sin finos.

Cu superior a 6.

Cz entre 1 y 3.

A

R

E

N

A

S

L

I

M

P

I

A

S

SP Arenas y gravas gravosas mal graduadas con pocos finos o sin finos. Si no se cumplen los criterios para SW

SM Arenas limosas, mezclas de arena y limo. Limites de Atterberg localizados bajo la lnea A o ndice de plasticidad inferior a 4.

S

U

E

L

O

S

D

E

G

R

A

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S

G

R

U

E

S

O

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5

0

%

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0

0

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.

A

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A

S

C

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N

F

I

N

O

S

SC Arenas arcillosas, mezclas de arena y arcilla.

C

l

a

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i

f

i

c

a

c

i

n

b

a

s

a

d

a

e

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l

p

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Limites de Atterberg sobre la lnea A e ndice de plasticidad superior a 7.

Para los lmites de Atterberg localizados en el rea sombreada se debe clasificar

utilizando smbolos dobles.

ML Limos inorgnicos, arenas muy finas, polvo de roca, arenas finas limosas o arcillosas.

CL Arcillas inorgnicas de plasticidad baja a meda arcillas gravosas, arcillas arenosas, arcillas limosas, suelos sin

mucha arcilla.

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OL Limos orgnicos y arcillas limosas orgnicas de baja

plasticidad.

MH Limos inorgnicos, arenas finas o limos micceos o de

diatomeas limos elsticos.

CH

Arcillas inorgnicas de alta plasticidad, arcillas grasas.

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OH Arcillas orgnicas de plasticidad alta o media.

Suelos altamente orgnicos PT Turba, estircol y otros suelos altamente orgnicos. Para la identificacin visual y manual, vase ASTM norma D 2488

3. PropiedadeshidrulicasdelSuelo.

Para que se produzca la filtracin del agua a travs de un terreno se requiere, al igual que en las corrientes de agua superficiales o en las que se producen a travs de un conducto rugoso como una tubera, que las partculas puedan experimentar una prdida de lo que se conoce como su energa potencial, energa que normalmente se mide con respecto a un determinado plano de comparacin. Esa prdida de energa es la que se consume para vencer las fuerzas de rozamiento que se oponen a la circulacin.

El movimiento del agua de un punto a otro, a travs del terreno o por una superficie rugosa, requiere que se produzca una prdida de energa para vencer el rozamiento entre las partculas y el medio. Esto quiere decir que, si existe circulacin de agua, debe existir diferencia de energa potencial total de las partculas en dichos puntos.

Entre el movimiento del agua y el movimiento de un slido existe una diferencia fundamental, ya que la energa que poseen las partculas del agua en un punto determinado, no slo se mide por su posicin respecto a un plano de comparacin y su velocidad, sino tambin por la presin u que ejerce el agua en dicho punto, ya que la prdida de altura se puede transformar en presin o en velocidad, como se visualiza en un depsito lleno de agua al que se le abre el desage. La energa potencial total del agua o potencial hidrulico en un punto genrico A, es igual a la suma de estos tres tipos de energa (energa de posicin, energa de presin y energa de velocidad). Si estas energas se evalan como alturas equivalentes de agua, se obtiene la formulacin del Teorema de Bernoulli:

En esta expresin:

ZA altura geomtrica, respecto a un plano de referencia.

uA presin del agua sobre el valor de la presin atmosfrica.

w peso especfico del agua.

VA velocidad del agua.

Cuando la circulacin se produce a travs de un medio poroso, el trmino de energa cintica:

=

puede despreciarse frente a los otros dos trminos debido al pequeo valor de la velocidad, quedando el este caso el Teorema de Bernoulli reducido a la expresin:

En una masa de agua en reposo como la de la siguiente figura, todos los puntos poseen la misma energa potencial total, tanto en el punto ms elevado, situado a la altura D, como en el ms profundo, donde la presin alcanza el valor (u = D w). Precisamente por tener todos los puntos la misma energa potencial no existe ninguna circulacin de agua.

Ley de Darcy (1856) Si en un medio poroso sumergido en el agua, se establece una circulacin entre dos puntos A y B, tal como muestra la figura siguiente, es porque existe una diferencia de potencial hidrulico entre dicho puntos A y B, de manera que el agua circula desde el punto de mayor al de menor energa potencial.

La velocidad de circulacin ser tanto mayor cuanto ms elevada sea dicha diferencia de potencial entre los dos puntos H = HA HB, siendo HA y HB las alturas piezomtricas correspondientes a cada punto mediadas desde un plano de comparacin. Esta diferencia de energa, o prdida de carga, se gasta en vencer el rozamiento entre el agua y los granos del terreno, a lo largo del trayecto recorrido.

El cociente entre la prdida de energa y el camino recorrido se denomina gradiente hidrulico i, en direccin s, que se define como:

LH

SH

SHi =

== 0lim

El gradiente hidrulico depende de la direccin en la que se considere la filtracin y no tiene por qu ser constante en toda la zona.

La velocidad aparente del agua fue definida por Darcy mediante la expresin:

v = K i

En esta expresin se establece que la velocidad aparente del agua v en una direccin, dentro de un medio porosa, es igual al producto del gradiente hidrulico i, en esa direccin, por un parmetro K, denominado coeficiente de permeabilidad de Darcy, que depende de la naturaleza del terreno y tiene la dimensin de una velocidad, ya que el gradiente i es adimensional.

La velocidad obtenida es una velocidad aparente, no la real en los poros del terreno, ya que el flujo de agua lo asimil Darcy al de la circulacin dentro de una tubera, estudiando el flujo travs de lo que se denomina un tubo de corriente. El parmetro K es una constante de proporcionalidad que representa la resistencia que ejerce un terreno uniforme al paso del agua y depende no slo de la naturaleza y granulometra del suelo, sino tambin de la viscosidad del fluido (caso de no ser agua) y de su peso especfico. Esto quiere decir que el coeficiente K no es una constante del material, sino que depende de la naturaleza del fluido, por lo que en la prctica, se habla del coeficiente de permeabilidad al agua.

En estos supuestos, si se considera el flujo de agua que atraviesa un rea A normal a dicho flujo, el caudal Q que atravesar dicha rea ser:

QA = VMA A

En la que VMA la velocidad media del agua que atraviesa el rea A.

Sustituyendo el valor de la velocidad dada por Darcy se obtiene:

QA = K iMA A

donde iMA es el gradiente hidrulico medio del flujo en esa zona.

Coeficiente de permeabilidad El coeficiente de permeabilidad K necesario para conocer el caudal de filtracin, puede determinarse de varias formas:

En primer lugar se pueden hacer estimaciones a partir de la granulometra del terreno mediante la frmula de Hazen dada para suelos granulares:

K (cm/seg) = 100 [D10 (cm)]2

Segn esta expresin el coeficiente de permeabilidad, expresado en cm/seg, es igual a 100 veces el cuadrado del denominado dimetro eficaz D10, (tamiz por el que pasa el 10% del material) expresado en cm.

En laboratorio, mediante aparatos denominados permemetros. En general estos aparatos son recipientes que contienen una muestra de suelo a la que llega agua por su base con un potencial conocido, forzndose la filtracin al poner un cierto rebosadero por la parte superior del aparato. El control del caudal de filtracin permite, al conocer la seccin de la muestra, la prdida de carga y la longitud del camino de filtracin, calcular el coeficiente K mediante las frmulas anteriores.

En el campo, mediante ensayos de permeabilidad en sondeos, que pueden ser de tipo Lefranc si se trata de suelos (preparando una cmara de ensayo y controlando el descenso o el ascenso de una columna de agua en el sondeo) o de tipo Lugeon si se trata de rocas fisuradas (inyectando agua a presin en el terreno y controlando presiones y caudales.

Pruebas de bombeo en obras importantes, ya que los sistemas anteriores pueden dar errores en la determinacin del coeficiente K, dado el carcter puntual del ensayo. En estos ensayos de bombeo, se va extrayendo el agua del terreno al tiempo que se observa el descenso del nivel piezomtrico en las proximidades del pozo.

A continuacin se indica el orden de magnitud del coeficiente de permeabilidad K para diferentes tipos de terreno:

Gravas medias 5 a 10 cm/seg

Gravas finas 5 a 10 x 10-1 cm/seg

Grava arenosa 1 a 100 x 10-1 cm/seg

Arena con grava 1 a 100 x 10-3 cm/seg

Arenas medias 1 a 10 x 10-4 cm/seg

Arena limosa 5 a 50 x 10-5 cm/seg

Limos arenosos 5 a 50 x 10-6 cm/seg

Limos arcillosos 5 a 50 x 10-7 cm/seg

Arcillas 10-7 a 10-9 cm/seg

En ocasiones, cuando la magnitud de este parmetro resulta muy pequea, se suele expresar el valor del coeficiente de permeabilidad en cm/da o incluso, en cm/ao.

Filtracin La ecuacin general que rige el movimiento del agua en un medio tridimensional se ver ms adelante en otro tema, estableciendo la continuidad del flujo y partiendo de una serie de hiptesis entre ellas la de considerar vlida la ley de Darcy.

En el caso plano y de terreno uniforme, el problema es ms sencillo, llegando a definir dos familias de curvas caractersticas, ortogonales entre s, que corresponden a lo que se conoce como lneas de corrientes o

trayectorias segn las cuales se produce el flujo, y lneas equipotenciales, en las que el potencial hidrulico H es constante y segn las cuales no existe flujo.

A continuacin, se analizan dos casos particulares de filtracin uniforme a travs de una muestra cilndrica de seccin constante A y longitud L, empezando por el caso de que la muestra est en sentido horizontal, como se indica en la figura siguiente

En este caso la diferencia de potencial H, se pierde de manera uniforme a lo largo de la longitud L, siendo

por tanto el gradiente hidrulico i = . En la figura aparecen las lneas de corriente: horizontales, y las equipotenciales: verticales.

Si la permeabilidad de la muestra es K la velocidad aparente y el caudal de filtracin valdrn, respectivamente:

Cuando la filtracin se produce en sentido vertical ascendente, a travs de una muestra de las mismas caractersticas, el fenmeno se produce segn se representa en la figura siguiente, en la que aparecen las lneas de corriente, verticales, y las equipotenciales, horizontales.

Al igual que en el caso anterior, la diferencia de potencial H, por tratarse de una muestra de seccin constante, se pierde de manera uniforme a lo largo de su longitud, teniendo por tanto el gradiente hidrulico

el mismo valor i = .

En consecuencia, si la permeabilidad de la muestra es K la velocidad aparente y el caudal de filtracin valdrn, igualmente:

En este caso, se observa que la altura equivalente a la presin del agua a lo largo de la muestra, es superior a la altura de presin hidrosttica, medida desde la superficie de descarga del agua por encima de

ella. En el fondo de la muestra, la altura de presin hidrosttica se ha incrementado en el valor H.

En la figura anterior, se han representado las alturas correspondientes a la energa potencial HA y HB, correspondientes a la parte superior e inferior de la muestra, apareciendo, tambin, una lnea que representa la altura que alcanzara el agua al disponer una serie de piezmetros a distintas profundidades A, B y C. En cada punto, la presin del agua es la correspondiente al desnivel existente entre el punto de la muestra y el punto de la lnea piezomtrica que le corresponda.

Sifonamiento En la figura anterior, se ha visto que la presin del agua u en cada punto vara a lo largo de la longitud de la probeta, de una manera uniforme rebasando de manera uniforme los valores de la presin hidrosttica.

En el apartado anterior, se ha visto que i = , de donde H = i L.

El estado tensional que existe en el fondo de la probeta, a nivel del punto B, es el siguiente:

Altura de presin:

hp = H + D + L =

Presin del agua:

u = w (H + D + L) = w (i L + D + L)

Presin vertical total:

= D w + L sat

Presin efectiva:

= u = L(sat w i w) = L (sum i w)

Se observa que la presin efectiva es inferior al peso sumergido de la probeta, teniendo el trmino (i w) el carcter de una fuerza de masa que disminuye el valor del peso especfico sumergido. Esta fuerza que se debe al rozamiento entre el agua y las partculas del suelo, se conoce como fuerza de filtracin, que en este caso, va dirigida hacia arriba.

Esto quiere decir que si el valor del gradiente crece, puede llegar un momento en que la presin efectiva se anule, como es el caso que ocurre en las arenas movedizas. Igualando la expresin anterior a cero se obtiene el valor del gradiente crtico:

sum ic w = 0

de donde:

ic = 1,0

Esta misma comprobacin puede hacerse a cualquier profundidad dentro de la probeta, obteniendo el mismo resultado del gradiente crtico.

Naturalmente, si la filtracin se produce en sentido descendente, el valor de la presin de filtracin (i w) cambia de sentido, aumentando en consecuencia la presin efectiva en el terreno, que alcanza el valor:

= u = L (sat w i w) = L (sum + i w)

Este resultado equivale a que el peso especfico se incrementa en el valor (i w).

4. PropiedadesmecnicasdelTerreno.

Se analiza el estado de tensiones de un suelo bajo la accin de su propio peso. Dicho estado tiene gran importancia al abordar la solucin de una serie de problemas prcticos tales como: empujes del terreno sobre estructuras enterradas, estabilidad de taludes, resistencia y deformabilidad del terreno frente a las acciones transmitidas por una cimentacin.

Tensiones Verticales La tensin vertical en un punto genrico de un suelo situado a la profundidad h, resulta:

v

Esta expresin es valida para un terreno homogneo.

El peso especfico natural , representa el peso especfico del suelo seco d o del suelo hmedo .

En la prctica los terrenos no son homogneos y se los puede idealizar estratificado mediante una serie de capas o estratos de la siguiente manera:

La figura anterior ilustra el diagrama de tensiones verticales mediante una lnea quebrada, cuya pendiente en cada tramo cambia segn el tipo de terreno y su peso especfico.

El valor de las tensiones verticales resulta:

v0 = 0

v1 = 1 h1

v2 = 1 h1 + 2 h2

v3 = 1 h1 + 2 h2 + 3 h3

Ley de Terzaghi o Principio de la Presin Efectiva.

Como ya se ha visto, los suelos pueden idealizarse como un sistema compuesto por tres fases, formado por partculas slidas y por huecos que pueden estar o no rellenos total o parcialmente.

En la siguiente figura se esquematizan las tensiones en un punto interior de un suelo bajo la coexistencia de las tres fases.

Terzaghi hace mas de medio siglo, estudi el caso de los suelos saturados, es decir ua = 0 que idealiz haciendo un corte a una determinada profundidad por el contacto entre dos partculas.

ua Presindelaire.

u Presin del agua

Ni, Ti Fuerzas transmitidas por otras partculas.

Si plantemos el equilibrio de fuerzas actuantes resulta:

N = N + U

Donde:

N es la fuerza normal total que acta sobre la superficie A,

N es la fuerza normal de contacto sobre la superficie A0 entre granos

U las fuerzas intersticiales.

Que pueden rescribirse en trmino de la presin intersticial del agua u como:

U = u (A A0)

Si remplazamos el segundo sumando se tiene:

N = N +u (A A0)

Que en trminos de tensiones resulta:

Por la diferencia de tamaos la relacin

AN

es la tensin total

AN

es la tensin efectiva entre granos

Reemplazando se obtiene:

= + u

Esta sencilla frmula constituye la Ley de Terzaghi o principio de las tensiones efectivas y establece que la presin total = a la presin efectiva + la presin intersticial.

00 AA

Es un principio fundamental de la mecnica de suelos en que la resistencia a compresin y al esfuerzo cortante depende nicamente de la tensin efectiva que exista entre las partculas del suelo.

El inters de ste principio es mayor cuando el agua no se encuentra en reposo, sino que fluye en el interior del terreno.

Tensiones horizontales Las tensiones verticales v presentes en cualquier punto del terreno, originan tensiones horizontales H tal como se ilustra en la siguiente figura.

La obtencin de las tensiones H a partir de las v es un problema bastante complejo

Las ecuaciones de la elasticidad que relacionan tensiones y deformaciones puede resumirse como:

H = K0 v

El coeficiente K0 se conoce como coeficiente de empuje en reposo.

Claro que si el terreno est en reposo, un elemento del mismo no podr deformarse en el sentido horizontal, al estar confinado por el propio terreno.

Si asumimos el suelo como un medio elstico caracterizado por los parmetro (E, ) conocidos como Mdulo de Elasticidad y coeficiente de Poisson.

Las ecuaciones de la elasticidad que relacionan tensiones y deformaciones son:

x = E1 [x (y + z)]

y = E1 [y (x + z)]

z = E1 [z (x + y)]

Como la deformacin lateral es nula, resulta:

x = E1 [x (y + z)] = 0

y = E1 [y (x + z)] = 0

Por simetra de revolucin alrededor del eje vertical:

x = y

En consecuencia, se deduce:

x = y = 1 z

En consecuencia, el coeficiente de empuje en reposo K0= 1

El coeficiente de Poisson puede variar entre 0,0 y 0,5 dependiendo del material, al igual que el Mdulo de Elasticidad.

Para el caso de suelo con = 0,3 el coeficiente K0= 0,428. El coeficiente K0 de empuje, nicamente puede aplicarse a las tensiones efectivas, ya que en el agua, las tensiones son iguales en cualquier direccin, lo que equivaldra K0w = 1

Rescribiendo la Ley de Terzaghi o el principio de las tensiones efectivas en las direcciones verticales y horizontales se tiene:

v = v + u

H = Ko v + u = H + u

Donde los parmetros:

H define la tensin horizontal

H la tensin horizontal efectiva.

Crculo de Mohr (Ao 1882) Podemos conocer las tensiones sobre un plano cualquiera, a partir de las tensiones verticales v y horizontales H ya determinadas. Consideremos un elemento diferencial de suelo, como el de la siguiente figura.

Planteando el equilibrio de fuerzas horizontales y verticales se obtiene:

FH = 0 3 dz - ds sen + dscon=0

FV = 0 1 dx - ds cos + dssen=0

Operando se obtiene:

Si llamamos:

Las expresiones anteriores quedan de la forma:

= 0 + R cos (2)

= R sen (2)

Estas expresiones son las ecuaciones de una circunferencia de radio R en un sistema de ejes como abscisas, y como ordenadas. El centro del crculo (punto 0) tiene como coordenadas ( = 0, = 0), tal como se indica en la figura siguiente, los extremos del dimetro 1 y 3 corresponden a las tensiones principales que en la figura anterior corresponden a z y x.

Convenio de signos: (+) la componente tangencial para un giro en el sentido contrario a las agujas del reloj.

Un punto caracterstico del crculo de Mohr, es el Polo. Este punto tiene la propiedad: que si por l se traza una paralela a cualquier plano, la recta as trazada, corta al crculo de Mohr en un punto, cuyas coordenadas son las tensiones , que actan sobre el plano.

En la figura anterior se recogen algunos ejemplos de obtencin del Polo P.

LeyesConstitutivas Se ha visto como obtener el estado natural de tensiones en un terreno debido a las acciones gravitatorias o a su peso propio.

Si se construye sobre l una estructura, se producen alteraciones del estado natural de tensiones como consecuencia de las nuevas cargas a que estar sometido.

CARGA DEFORMACIN ROTURA

Para conocer este nuevo estado de tensiones, debemos definir la relacin tensiones - deformaciones conocidas como Leyes Constitutivas as como las condiciones en que se alcanza la rotura del material.

Hemos asimilado por razones prcticas que el suelo se comporta como un material elstico aunque rara vez lo sea.

Para determinar los lmites de resistencia, se necesita conocer los Criterios de Rotura.

Concepto de rozamiento y cohesin

Antes de estudiar los Criterios de Rotura, es necesario analizar los conceptos de:

ngulo de Rozamiento Interno c Cohesin

ngulo de rozamiento interno El deslizamiento de un cuerpo sobre un plano inclinado como se ilustra en la siguiente figura

Para que el cuerpo deslice:

T N tg Que en trminos de tensin resulta:

tg

Este modelo bsico, podemos imaginarlo en el terreno, tal como se indica en la figura de la derecha.

Rozamiento que existe entre dos granos aislados

R Rozamiento interno del terreno. R

El peso propio del cuerpo se descompone en dos fuerzas:

N Componente normal al plano de apoyo

T Componente tangencial al plano de apoyo

La fenmeno de Dilatancia Positiva o Negativa (encogimiento) se produce al desplazarse unos granos sobre los otros si el suelo se rompe.

Dependiendo si se trata de suelos sueltos o suelos compactados con sus granos muy encajados.

La Estructura del Suelo depende de los siguientes factores:

Compacidad. Naturaleza de los granos. Forma. Granulometra.

En Suelos Granulares, la resistencia depende exclusivamente de las fuerzas que se apliquen y del ngulo de rozamiento interno del terreno. No se alcanza la rotura mientras: < tg

Cohesin

En suelos arcillosos, la teora del plano inclinado es menos clara, debido a su estructura floculada. La cohesin puede interpretarse como si, en el plano de contacto, existiera un pegamento capaz de resistir una fuerza unitaria igual a su valor c. Ver la figura.

Se producir el deslizamiento cuando:

T N tg + c A Es decir, es necesario mayor esfuerzo T cuanto ms grande sea la superficie de contacto A.

En trmino de tensiones resulta:

tg + c

Criterio de rotura de Mohr Coulomb Se pueden definir dos rectas en el Plano de Mohr (, ), que limitan el valor mximo que puede tener la tensin tangencial en funcin del valor de la tensin normal.

Estas rectas se conocen como rectas de resistencia intrnseca y forman el ngulo con el eje horizontal. Si no existe cohesin, (c=0) pasan por el origen y si existe cohesin, cortan al eje de ordenadas en el valor ( = c), segn se representa en la figura.

Naturalmente, la resistencia del terreno es mayor cuanto mayor es el ngulo de rozamiento interno y cuanto mayor es la cohesin.

El criterio de rotura, mas utilizado en Mecnica del Suelo, es el Criterio de Mohr Coulomb, que combina las rectas de resistencia intrnseca definidas por Coulomb, con las condiciones del estado tensional definido por el Crculo de Mohr.

Los puntos de tangencia corresponden a los valores donde la tensin tangencial alcanza el valor lmite:

= tg + c

Cuando el crculo se hace tangente, se alcanza el lmite de resistencia, a partir del cual se entra en un estado de plasticidad o de rotura.

En la siguiente figura, puede verse la evolucin del crculo de Mohr al ir aumentando la tensin principal 1, y manteniendo constante la tensin 3.

Los suelos cohesivos tales como las arcillas, tienen una estructura que vista a escala microscpica forman una especie de castillo de naipes: es como se ha dicho una FLOCULADA.

Tanto el tamao de las partculas como el de los huecos es del orden de la micra y est generalmente lleno de agua.

Bajo un esfuerzo externo, el comportamiento depender de la velocidad de aplicacin de la carga. Si se hace de manera rpida, el agua no tiene tiempo de escapar, y no permite que el suelo o la estructura se desforme. Como el agua es prcticamente indeformable respecto al suelo, la carga p se transmite inicialmente al agua (u = p), sin aumento de la presin efectiva entre las partculas del suelo. En este proceso, el suelo arcilloso saturado tiene un comportamiento a carga rpida, o a corto plazo.

Si el suelo ya cargado expulsa el agua y disminuye poco a poco la presin intersticial se alcanza la situacin inicial (u =0). La carga se transfiere a la tensin efectiva hasta alcanzar (' = p). Se tiene en este caso un comportamiento a carga lenta, o tambin, a largo plazo.

La descripcin esquemtica anterior, est influenciada a su vez por el proceso de formacin del terreno natural. En este proceso, cabe diferenciar dos situaciones distintas:

Suelos normalmente consolidados. (Tiene actualmente, la misma carga que cuando se deposit en el terreno).

Suelos preconsolidados. (Tiene actualmente, menos carga que la que tuvo en pocas anteriores cuando se deposit. En este caso, la presin efectiva actual es menor que la que tuvo inicialmente)

En virtud de este comportamiento de las arcillas saturadas y del proceso de carga, cabe considerar los siguientes parmetros resistentes:

Tipo de arcilla Condiciones de carga Parmetros resistentes

Sin drenaje (carga rpida) = 0 c = cu Normalmente consolidada Con drenaje (carga lenta) ' 0 c' = 0

Sin drenaje (carga rpida) = 0 c = cu Preconsolidada

Con drenaje (carga lenta) ' 0 c' 0

La denominacin de los distintos parmetros resistentes se realiza mediante ciertos ensayos de laboratorio, cuya descripcin se efecta en el siguiente Captulo. Pueden realizarse tambin ciertos ensayos de campo, que se comentarn en un tema posterior.