geotecnia - propiedad de los suelos

ENXEERA DO TERREO 1.- CONCEPTO DE SUELO

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TEMA 1. CONCEPTO DE SUELO

SUELO:

Jimnez Salas: Parte de la corteza terrestre afectada por las actividadeshumanas.

Escrio: Fase discontinua procedente de la alteracin de las rocas. Caquot: Materiales cercanos a las infraestructuras de ingeniera civil. Terzaghi: Agregado de partculas minerales separables por el agua. Road research laboratory: Conjunto de partculas con poros rellenos de aire y

agua.

DEFINICIONES BSICAS:

A partir de las definiciones de estos autores se puede dar una definicincorrecta de suelo, incluyendo los distintos aspectos sealados por los mismos. Deesta manera se podr definir:

Suelo como:

- Un conjunto formado por un esqueleto de partculas slidas y porosrellenos de agua y aire.

- Sin cementacin o poco cimentado.- Que ocupa la parte de la corteza terrestre donde se desarrolla la mayor parte

de la actividad humana y biolgica.

Roca como:

- Un agregado slido formado por uno o varios minerales que se encuentraocupando grandes extensiones de la corteza terrestre.

Macizo rocoso:

- Forma en la que se presentan las rocas en el medio natural. Un macizorocoso est compuesto por una o varias rocas (litotipos) que a su vez contienediversas discontinuidades: planos de estratigraficacin, fallas, juntas, pliegues yotros caracteres estructurales. Los macizos rocosos son por tanto discontinuidadesy pueden presentar propiedades heterogneas y/o anistropas.

ENXEERA DO TERREO 3.- CARACTERISTICAS ELEMENTALES DE LOS SUELOS.

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TEMA 3.- CARACTERSTICAS ELEMENTALES DE LOSSUELOS.

AIRE.-

Su porcin depende de la del agua. Reduce la resistencia del suelo . Favorece la actividad biolgica. La compactacin reduce su porcin. Si aumenta el aire se produce esponjamiento.

El contenido en aire = v

v v vaire

solido aire agua+ +

Porosidad =v vaire agua

solido aire aguav v v+

+ +

ndice de poros =v v

vaire agua

solido

+

AGUA.-

El agua influye de manera muy importante en el comportamiento del suelo: Cambia la resistencia al esfuerzo cortante. Puede ser causa de desintegracin o movimiento del terreno. Puede provocar aumento del volumen. Lleva sales disueltas que puedan actuar sobre los slidos.

Se pueden diferenciar dos tipos de influencias bsicas del agua sobre el suelo.

1.- Por su carcter lquido:-Cohesin .-Succin.-Entumecimiento.-Retraccin.-Plasticidad.-Compactacin.

2.- Como disolvente de sales:

- Sales disueltas.- Acidez de las aguas.- Bases de cambio.


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AGUA COMO LQUIDO:

1.- COHESIN:

Unin de partculas por el agua. Hay tres teoras:

Teora de cohesin por el agua:

1.- HAYNES.-Suelo ideal, formado por esferas y con baja humedad. La fuerza de atraccin

entre partculas es:

F2 aT

1 tg2

=+

Pq

2.- NICHOLS.-Estudia lo mismo para 2 partculas laminares de arcilla, separadas por una

distancia d y con superficie r.

F = K rtd

4P

En este caso y en general:FNichols >>>> Fhaynes .

3.- RUSSEL.-Tiene en cuenta los iones disueltos en el agua, poniendo de manifiesto la

influencia de los mismos en los fenmenos de cohesin de las arcillas.


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2.- ENTUMECIMIENTO.-

Aumento de volumen con absorcin de agua al disminuir la carga a que estsometido.

3.- RETRACCIN.-

Cuarteamiento por desecacin. Al disminuir la humedad llega un momento enque el volumen de suelo no disminuye con la perdida de agua (lmite de retraccin).

4.- PLASTICIDAD.-

Se debe al efecto lubricante del agua sobre las partculas y depende del tamaode las mismas y de la cantidad de agua presente.

5.- COMPACTACIN.-

Aumento de la densidad como consecuencia de la reduccin de poros, vaexpulsin de aire y/o agua.

AGUA COMO DISOLVENTE:

Las aguas ms o menos puras disuelven sales en su camino por el subsuelo.

SALES DISUELTAS.-

Pueden atacar al suelo o a las construcciones. Sulfatos de Na, Mg, y Ca. Cristalizacin de sales. Corrosin de metales. Ataque a cementos o hormigones ( Ca(OH)2; Aluminados)


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ACIDEZ DE LAS AGUAS.-

Si el agua se hidroliza (H2O H+ + OH- ) por la presencia de otros elementos,

da lugar a soluciones cidas o bsicas ms reactivas con ciertos elementos del suelo.

BASES DE CAMBIO.-

Son los iones metlicos de la disociacin de sales que pueden ser absorbidaspor partculas de suelo.

MATERIA SLIDA.

Puede ser orgnica o inorgnica:

ORGNICA:

Procede de la descomposicin de seres vivos. Forma capas de poca profundidad. La capacidad de carga del suelo disminuye al aumentar su descomposicin. Tiene textura esponjosa, acidifica el suelo y el agua es muy dbil mecnicamente. Se considera un suelo afectado por su presencia para concentraciones mayores del

4%.

INORGNICA:

Procede de la erosin fsica y qumica de las rocas. Est condicionada por: roca de origen, topografa, edad geolgica, vegetacin,

clima,... Las partculas se clasifican por su tamao, forma y composicin mineralgica.

Para determinar el tamao de las partculas teniendo en cuenta la variedad de susformas se define el dimetro equivalente de una partcula como el dimetro de unaesfera que cae a travs de un lquido a la misma velocidad que la partcula.

La ecuacin de Stockes relaciona el radio, el peso especfico y la velocidad conque desciende una partcula a travs de un lquido de viscosidad conocida.

vgr

=-2( 2

9r r

hs w)


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donde:

v = velocidad de cada.rS = densidad de la partcula.rL = densidad del lquido.g = gravedad (cm/s2).r = radio (cm).h = viscosidad del lquido en poises.

1 poise = 1 gr/cms

TAMAO DE PARTCULAS.

En funcin del dimetro equivalente se diferencian:

Gravas Dimetro equivalente > 2mmArenas 2mm > deq > 0,02mmLimos 0,02 > deq > 0,002mmArcillas 0,002 > deq

GRAVAS.-

Provienen de la desintegracin de las rocas. Transporte por arrastre de agua.

ARENAS.-

Composicin silcea o calcrea. Inertes, ni cohesivas ni plsticas. No presenta ni succin ni entumecimiento. Son, en general, permeables. Estables por rozamiento interno. Transporte por agua o viento. La estabilidad de las arenas se debe a la interaccin mecnica entre las partculas

(rozamiento interno)


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LIMOS.-

Son materiales inertes, poco plsticos y de baja cohesin. Pequeo entumecimiento y retraccin. Estables por rozamiento interno. Proceden de la erosin fsica (son arenas finsimas ).

ARCILLAS.-

Son silicatos de alumina hidratados. Proceden de la descomposicin fsico-qumica.

Presentan forma laminar con grandes relaciones Area

Volumen Son plsticas en presencia de agua. Absorben el agua de la superficie. Son bsicamente impermeables. Originan succin, entumecimiento y retraccin. Se consolidan muy lentamente. Poseen menos bases alcalinas y slice, que las rocas de origen. Actan como ligantes del resto de materiales.

NOTA:Los nombres grava, arena, limos y arcillas denotan tamao de partculas pero

tambin tipos de suelo.

MINERALES DEL TIPO DE LAS ARCILLAS:

Debido a sus peculiaridades fsico-qumicas presentan comportamientos variablesque pueden originar peligros cuando se utilizan como zona de cimentacin.

Qumicamente son silicatos de alumina ( Mg, Fe ) hidratados. Los tomos se ordenan en capas de slice y alumina. Una capa de slice est constituida por tetraedros con oxgeno en los vrtices y

silicio en el centro. Una capa de alumina est ordenada en octaedros con hidroxilos en los vrtices y

aluminio en el centro. Segn la disposicin de las capas de slice, alumina y los enlaces se diferencian tres

conjuntos bsicos de minerales de las arcillas:


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CAOLINITAS:

Constituidas por una capa octadrica y una capa tetradrica. Las molculas se unen por enlace de hidrgeno y forman partculas hexagonales. Forman arcillas muy estables de estructura inexpandible y que no absorben agua

apenas, son moderadamente plsticas y no presentan salvo impurezas expansin ohinchamiento al saturarse.

2,6 < densidad < 2,68

MONTMORILLONITAS:

Su molcula se compone de una lmina octadrica entre dos tetradricas. Las molculas se unen por dbiles enlaces dipolares de agua y iones metlicos. Es inestable en presencia de agua, siendo muy cida o reactiva con esta, por lo que

tiene gran tendencia a la expansin, hinchamiento y entumecimiento. Posee muy elevada plasticidad originando esta fenmenos de retraccin, contraccin

y agrietamiento al desecarse. Es un basamiento muy malo en obras de ingeniera por lo que se debe evitar. Los taludes de estos materiales fluyen y deslizan fcilmente. Las bentonitas (= cenizas volcnicas) se usan para tapar fugas de depsitos y

canales como lodos de perforacin. Las sepiolitas se utilizan como lecho para gatos. Densidad: 2,20 < densidad < 2,70 Son las arcillas de expansin por excelencia.

ILLLITAS:

La unidad estructural es anloga a la de las montmorillonitas con algunos cambiosqumicos.

Forman agregados de partculas con facilidad. Tienen menos afinidad por el agua y una capacidad de hidratacin ms limitada. Las propiedades de expansin son intermedias entre las caolinitas y las

montmorillonitas. Densidad entre 2,64 y 3,00 Unidas por enlaces de potasio.

IDENTIFICACIN DE LOS MINERALES ARCILLOSOS.-

La forma de las partculas se determina con microscopio electrnico.La ordenacin atmica se determina con mtodos de difraccin de rayos X, quepermiten medir espaciados atmicos entre planos, espesor de lminas,...


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La muestra se muele, se somete a un haz de rayos X y el haz difractado se registra enuna pelcula sensible. Cada lnea difractada se corresponde a una reflexin de cadauna de las series de planos atmicos del mineral.

El anlisis termal diferencial mide el efecto de las altas temperaturas sobre las arcillas,donde cada mineral tiene una mas o menos caracterstica.

CAMBIO DE BASES.-

Si un mineral contiene muchas bases (ej: Na+) y se somete a la accin de un lquidoque lleve disueltas otras (ej: K+) el mineral y el lquido intercambian estos cationes enlas montmorillonitas y en las caolinitas es menos claro.

Por ello se pueden utilizar como depuradores de lquido o correctores de sueloscidos.

ENXEERA DO TERREO 4.- GRANULOMETRIA DE LOS SUELOS

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TEMA 4.- GRANULOMETRA DE SUELOS

CLASIFICACIN DE LAS PARTCULAS DE LOS SUELOS POR SUTAMAO.-

En las clasificaciones basadas en las caractersticas granulomtricas de los suelos sedistinguen las distintas fracciones por el nombre de algunos tipos de suelos, como arenagruesa, limo medio, etc.

Las divisiones corresponden a cambios importantes en las propiedades de los suelosy las distintas fracciones son reconocibles a simple vista o mediante ensayos de camposencillos.

Podemos dividir los suelos en gravas, arenas, limos y arcillas.

Diferencia entre gravas y arenas:

Gravas (>2mm)

- Los granos no se apelmazan aunqueestn hmedos, debido a la pequeez delas tensiones capilares.- Cuando el gradiente hidrulico es mayorque 1, se produce en ellas flujoturbulento.- Es difcil perforar un tnel en gravascon agua mediante aire comprimidoporque la prdida de aire es muy alta.

Arenas (0.06-2mm)

- Los granos se apelmazan si estn hmedos,debido a la importancia de las tensionescapilares.- No se suele producir en ellas flujo turbulentoaunque el gradiente hidrulico sea mayor que 1.- El aire comprimido es adecuado para perforaren ellas.

Diferencia entre arenas y limos:


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Arenas (0,06-2mm)

- Partculas visibles.- En general no plsticas.- Los terrones secos tienen una ligeracohesin, pero se reducen a polvofcilmente entre los dedos.- Fcilmente erosionables por el viento.

Limos (0,02-0,06mm)

- Partculas invisibles.- En general, algo plsticos.- Los terrones secos tienen una cohesinapreciables, pero se pueden reducir a polvocon los dedos.- Casi imposible de drenar mediante bombeo.- Los asientos suelen continuar despus deacabada la construccin.

Diferencia entre limos y arcillas:

LIMOS (0.002-0,06)

- No suelen tener propiedades coloidales.-A partir de 0,002 mm y a medida queaumenta el tamao de las partculas, se vahaciendo cada vez mayor la proporcin deminerales no arcillosos.- Tacto spero.- Se secan con relativa rapidez y no se pegana los dedos.- Los terrones secos tienen una cohesinapreciable, pero se pueden reducir a polvocon los dedos.

ARCILLAS (


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60%

10%

DISCONTINUA EUNIFORME

CD

Dy= 60

10

CD

Dy= 60

10

El coeficiente de curvatura es:

( )C

D

D Dx= 30

2

60 10

CURVA DISTRIBUTIVA DE FRECUENCIA O HISTOGRAMA:

Permite observar las cantidades de material de un determinado tamao. Representa en abscisas los dimetros a escala logartmica y en ordenadas los

porcentajes de material de un dimetro determinado. Sera la densidad de la curva anterior con respecto al dimetro:

Cd C

d Dda=

( )(log )

CURVAS GRANULOMTRICAS TIPO:

ANLISIS GRANULOMTRICO.

D60 D10

CONTINUA DE VARIASCONTINUIDADES EN

ESCALERA


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Los suelos no son homogneos, presentan partculas de muy diversos tamaos,formas y componentes.

Este anlisis condiciona el comportamiento geotcnico del suelo.Estos anlisis se realizan por: tamizado y sedimentacin.

TAMIZADO.

Consiste en ir pasando la muestra de suelo a travs de una serie de tamices conancho de malla decreciente, pesando la cantidad contenida en cada uno de ellos.

Se aplica a tamaos gruesos, superiores a 0,1 mm.Las partculas se consideran de un tamao igual a la abertura o ancho de malla del menortamiz que permite el paso.

Es necesario secar previamente la muestra.

SEDIMENTACIN.

Consiste en estimar el porcentaje de un determinado tamao de partculas del sueloen funcin de su velocidad de sedimentacin en un lquido segn la ley de Stockes.

Se aplica a tamaos finos, < 0,1mm.En funcin del tamao de los granos, se producir la sedimentacin de los mismos a

diferente velocidad. La densidad de la suspensin vara en funcin de la profundidad.Existen dos mtodos, el del densmetro (ms utilizado) y el de la pipeta (ms exacto,

pero mucho ms complicado y caro). Se estudia el primero.

MTODO DEL DENSMETRO:

Se prepara una disolucin de agua destilada con hexametafosfato de sodio paradesagregar los granos de material apelmazados y se vierte en ella el material del suelo quehaya pasado el tamiz N 200 (74m m).

Se utiliza un densmetro con gradacin de densidad cada 0,0005 gr/cm3. Desde0,995 hasta 1,030 g/cm3.

Se agita adecuadamente la suspensin, se sumerge suavemente el densmetro y serealizan lecturas de la densidad de la suspensin y localizacin del centro de gravedad deldensmetro a intervalos de tiempo prefijados.

Segn la ley de Stockes:

dt

rs l=-2

92( )g g

hDe donde:


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Dd

t2 18=

-h

g g( )s l

Donde:

d = profundidad a la que se encuentran las partculas.t = tiempo transcurrido desde el final de la agitacin.gl = peso especfico del lquido.gS = peso especfico de las partculas slidas.g = gravedad.r = radio de la partcula.D = dimetro de la partcula.

As a la profundidad d, en un tiempo t, solo existen partculas de dimetroequivalente < a D.

Clculo del porcentaje de partculas de elementos de dimetro < D:

p 100VP

R I=-

-gg g

gss l

l( )

donde:v = volumen de la suspensin en cm3.P = peso del suelo seco en gr.P = porcentaje de partculas de dimetro < a D.R = lectura del densmetro que en realidad es la relacin entre el peso especfico

de la suspensin en el punto en el que se encuentra el centro de gravedad del densmetro yel lquido.

R = d/g

Conocidos p y D a travs de las expresiones anteriores obtendr un nuevo punto dela curva. Realizndose medidas en diferentes momentos obtendr varios puntos.

CAUSAS DE ERROR.

La ley de Stockes es vlida exclusivamente para velocidades de sedimentacin muylentas, sin turbulencias, partculas entre 0 y 100 mm.


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Las medidas no son esfricas.Las medidas son ocasionalmente falseadas por la agitacin y las pequeas

variaciones de la temperatura a la que se realiza el ensayo.Es necesario calibrar cada poco tiempo el densmetro.En ocasiones se producen gradientes de densidad diferentes a uno o otro lado del

densmetro produciendo errores no deseados.CURVAS GRANULOMTRICAS.

Los resultados de los anlisis granulomtricos se representan grficamente en curvasgranulomtricas.Se representa:

Abscisas: dimetro de las partculas (log)Ordenadas: % en peso de las fracciones.

En la prctica lo que se determina segn los mtodos indicados, es el peso de lacantidad retenida para cada tamiz y por tanto la fraccin que pasa un determinado tamiz, esla suma de todas las fracciones de tamao menor al ancho de malla de dicho tamiz.

Se suelen representar los porcentajes de suelo que pasan cada tamiz, de maneraacumulativa, por lo que la curva suele llamarse curva granulomtrica acumulativa.

CURVA GRANULOMTRICA ACUMULATIVA.En abscisas utiliza los dimetros en escala logartmica.En ordenadas representa el % de material que pasa (cernido), o invirtiendo el eje,

porcentaje de material que no pasa (retenido).Permite observar cual es la granulometramayoritaria en el suelo, y como se ver ms adelante su clasificacin. Asimismo permiteobservar si un suelo es muy uniforme o por el contrario est bien clasificado.

REPRESENTACIN DE LOS RESULTADOS DEL ANLISIS GRANULOMTRICO:Los resultados del anlisis granulomtrico de los suelos se suelen representar en

forma acumulativa.En abscisas se llevan los dimetros de las partculas en mm, y en ordenadas el % de

partculas de dimetro inferior al considerado.

NDICE DE DISPERSIN.-

Para clasificar por tamaos las partculas gruesas, el mtodo ms adecuado es eltamizado.

Los tamices suelen denominarse por nmeros que se refieren a escalas establecidas.Los que estn corrientemente en uso suelen basarse en la ley de Stockes, segn la

cual la velocidad de cada de una esfera sumergida en un fluido es igual a:

v Ds w=-g g

h182

donde:v = velocidad de cada de la esfera.


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gs = peso esp. del material de la esfera.gw = peso esp. del agua.D = dimetro de la esfera. h = coeficiente de viscosidad.

ENXEERA DO TERREO 5.- PLASTICIDAD DE LOS SUELOS.

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TEMA 5.- PLASTICIDAD DE LOS SUELOS

PLASTICIDAD.-

Es la propiedad que permite al material sufrir deformaciones sin recuperacin elsticaperceptible y sin resquebrajarse ni desmenuzarse.

Se puede definir tambin como la aptitud de un suelo para cambiar de forma (sufrirdeformaciones) bajo carga constante (sin cambio apreciable de volumen).

Es caracterstico de los suelos cohesivos, esto es, aquellos que tienen un apreciableporcentaje de partculas de arcilla.

Esto se debe a la pelcula de agua de la que se rodean las partculas de arcilla y quepermite el deslizamiento y rotacin de unas partculas sobre otras (teora de Nichols yRusell ) sin producirse rotura de enlaces.

LMITES DE ATTERBERG:

Existen diversos mtodos para estimar objetivamente la plasticidad de un suelo, pero elms utilizado por su sencillez es el de los lmites de Atterberg.

Estos ensayos, lmite lquido y lmite plstico determinan la humedad a la que un suelopasa del estado lquido al plstico y de este a slido, y dependern en general de lacantidad y tipo de arcilla que se encuentren en cada suelo.

El fundamento est en que la cohesin de un suelo depende de su grado de humedad.Cuando esta es muy grande, este se convierte en un lquido (incapaz de resistiresfuerzos cortantes) mientras que para suelo seco se convierte en un verdadero slido.

As Atterberg defini hasta 4 tipos de suelos en funcin de su humedad:

- Lquido.- Plstico.- Slido blando.- Slido duro.

LIQUDO.-

Suelo saturado, partculas totalmente rodeadas de agua y aisladas de las otras, fcildeslizamiento.


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PLSTICO.-

Menor cantidad de agua, pero an bastante, permite el deslizamiento de laspartculas, disminuye la lubricacin y aparecen tensiones capilares.

SOLIDO.-

Al disminuir an ms la cantidad de agua desaparece la pelcula de lquido querodea las partculas y el rozamiento interno aumenta.

La separacin entre estos 4 estados la realiz Atterberg mediante lmites entre losestados lquido y plstico ( lmite lquido ); plstico y slido blando ( lmite plstico ); yslido blando y slido duro ( lmite de retraccin ).

Estos lmites pueden definir de la siguiente forma:

LMITE LQUIDO.-

El lmite lquido de un suelo es el porcentaje de humedad con el cual el suelo esten un estado suficientemente lquido para fluir una cantidad determinada mientras se lesacude ligeramente 25 veces en la cuchara Casagrande. Es el porcentaje de aguacorrespondiente al paso del estado lquido al plstico.

LMITE PLSTICO.-

Es el porcentaje de humedad con el cual se puede moldear un bastoncillo de suelosin que se rompa hasta que tenga 3 mm de dimetro. Es el porcentaje de aguacorrespondiente al paso del estado plstico al slido blando.

A partir de estos lmites se definen una serie de ndices que nos darn una idea delnivel de plasticidad del suelo.


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NDICE DE PLASTICIDAD ( IP ).-

Diferencia numrica entre lmite plstico y lmite lquido que ndica el margen dehumedades dentro del cual el suelo se comporta plsticamente.

NDICE DE CONSISTENCIA ( IC ).-

Se obtiene por comparacin del lmite lquido frente a la humedad natural ( w ) y esigual a:

IcLL w

IP= -

Nos da una idea de la consistencia de una arcilla y sirve como medida de laconsistencia del suelo.

Suelo pastoso = IC < 0,25Suelo blando = 0,25 < IC < 0,5Suelo consistente = 0,5 < IC < 0,75Suelo semiduro = 0,75 < IC < 1Suelo duro = IC > 1

NDICE DE FLUIDEZ.-

Es la humedad que excede del lmite plstico expresada en funcin del ndice deplasticidad y en porcentaje igual a:

I fw LP

IP= - 100

Vara entre 0 y 100 y cuanto mayor sea el comportamiento del suelo se acerca msal de un lquido.

Tambin se denomina ndice de liquidez.Obsrvese que:

Si LL = w , entonces If = 100El suelo se comporta como un lquido.

Si LL < w < LP, entonces 0 < If < 100Cuanto mayor sea este ndice ms fluido ser el material.


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Si w < LP, entonces If < 0Suelo slido.

LMITE DE RETRACCIN.-

Es el contenido de humedad por debajo del cual el suelo, al secarse, no disminuyeapreciablemente su volumen.

Al perder agua una arcilla saturada pierde agua, el volumen disminuye en unacantidad proporcional al volumen de agua perdida.

A partir de ciento punto, durante el estado de desecacin, el aire comienza a entraren el suelo y el volumen decrece menos del agua perdida.

Cuando el suelo est muy seco los cambios en la humedad solo ocasionanligersimos cambios de volumen.

Aunque esta transicin es gradual se puede deducir un lmite terico por debajo delcual las disminuciones de humedad no originan disminuciones de volumen.

DIAGRAMA DE CASAGRANDE.-

Permite clasificar la parte de finos de los suelos, en funcin de sus caractersticasplsticas.

Separa a los grupos por su composicin:C = Arcillas ( clay )M = Limos ( mud )O = Orgnico

y por su compresibilidad:H = LL > 60 alta compresibilidadI = 35 < LL < 50 intermediaL = LL < 35 baja


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MINERAL.-

1. Cientficamente: sustancia inorgnica, natural, de composicin qumicadeterminada y estructura espacial definida.

2. Tcnicamente: toda sustancia de origen natural cuya explotacin produce unbeneficio.

ROCA.-

Agregado mono o poliminerlico, normalmente consistente y que ocupa grandesextensiones de la corteza terrestre.

Masa de material natural, de semidura a dura, compuesta de uno o varios minerales,ocupa grandes extensiones.

Mtodos de formacin: Enfriamiento del magma. Precipitacin de materia inorgnica contenida en el agua. Deposicin de esqueletos animales. Condensacin de un gas que contenga partculas minerales. Calor y fusin aplicada a rocas preexistentes.

Clasificacin: Igneas. Sedimentarias. Metamrficas.

Se clasifican petrogrficamente.

La sola clasificacin geolgica de una roca no es suficiente para prever suscaractersticas geolgicas, ya que puede estar meteorizada. Por ejemplo: el granito puedeaparecer como xabre o muy alterado o fracturado.

Para definir el comportamiento geolgico de una roca hay que explicar :

1. Estructura primaria, composicin mineral y formacin geolgica a la que pertenece.2. Grado y naturaleza de las alteraciones.3. Caractersticas de dureza y debilidad.4. Efecto de la meteorizacin.5. Procesos persistentes que pueden causar otros cambios.6. Caractersticas de la superficie.

Parmetros importantes:


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TEXTURA:

Es la ordenacin de sus granos o partculas visto en una fractura reciente. Las rocas gneas con cristales grandes tienen textura fanertica. Si tienen grano fino ( no apreciable sin lupa ) son de textura afantica. Cuando hay grandes cristales sobre un fondo afantico la roca es un porfido. En rocas sedimentarias esta composicin es un conglomerado.

ESTRUCTURA:

Describe la ordenacin relativa de las caractersticas ms pronunciadas en laroca, tanto microscpicamente como macroscpicamente.

Una estructura vesicular en rocas gneas se caracteriza por pequeas cavidades. Si hay grandes cavidades se puede mineralizar constituyendo geodas. Una caracterizacin estructural mineralgica es el diaclasado o fisuras abiertas y

cerradas segn direcciones preferentes. las fracturas se dividen en diaclasas y fallas.

TRAMA O PETROFBRICA:

Es el esquema espacial de las partculas de la roca. Define forma y tamao, orientacin, microfracturacin, empaquetamiento, etc de

los planos.

ROCAS IGNEAS:

Se han formado en la superficie de la tierra o en diversas profundidades porcristalizacin del magma.

Pueden ser:- Intrusivas o plutnicas: cristalizacin lenta, a mucha profundidad, bajo presin.- Hipoabisales o filonianas: magmas que cristalizan a profundidad intermedia.- Efusivas, extrusivas o volcnicas: cristalizan en superficie muy rpido, a presinatmosfrica.

ROCAS SEDIMENTARIAS:

Se caracterizan por su estratigraficacin y por contener fsiles.Se pueden clasificar por el tamao de grano o por sus compuestos minerales.Los granos o fragmentos aparecen ligados por una matriz arcillosa o por un

cemento.La cementacin de una roca incoherente se hace por:

1. Infiltracin de aguas portadoras de agentes qumicos.2. Desintegracin de algunos minerales constituyendo otros que tienen efecto cementador.


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TIPOS:

Detritas:- Ruditas: ( conglomerados o pudingas, brechas ).- Areniscas.- Lutitas.

Bioqumicas o qumicas.Orgnicas.

Los cementos ms comunes son:

- Silceo (SiO2): poco alterable.- Carbonato (CaCO3): alterable por cidos.- Arcilloso ( matriz ): alterable.

Algunas rocas en contacto con el aire y el agua sufren un desmoronamiento departculas al ceder su matriz arcillosa.

Se denomina cementos secundarios a los que rellenan huecos despus de que laroca ya est consolidada.

ROCAS METAMRFICAS:

Se forman por recristalizacin completa o incompleta ( cambios de composicin delos cristales ) de rocas gneas o sedimentarias por efecto de la temperatura, presin yesfuerzos cortantes conjuntamente o por separado.

Sus caractersticas son estructuras laminares o foliceas reconocibles a simple vistao en microscopio.

ENXEERA DO TERREO 6.- OTRAS PROPIEDADES DE LOS SUELOS

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TEMA 6.- OTRAS PROPIEDADES DE LOSSUELOS

HUMEDAD NATURAL.-

Es la relacin del peso del agua al de la materia slida (relacin de masas) de unsuelo expresada en porcentaje:

wPaPs

MaMs

- =100 100

DETERMINACIN EN LABORATORIO.-

Se toma una fraccin de muestra inalterada y se coloca en un portamuestraspreviamente pesado (P1). Se pesa el conjunto (P2).

Se introduce la muestra en una estufa a 105C y se deja 24 horas, luego se vuelve apesar (P3).

La humedad se obtiene como:

wP PP P

1002 33 1

=--

donde:

P1 = peso del recipiente.P2 = peso del recipiente + peso suelo hmedo.P3 = peso del suelo seco + recipiente.

DETERMINACIN IN SITU.-

Bao de arena: el suelo se seca en bao de arena calentndolo mediante llama. Alcohol etlico: el agua se evapora por adicin de alcohol hasta que se sature la muestra. Pinmetro: se introduce la muestra en el pinmetro, se llena de agua desalojando el aire

por agitacin.

POROSIDAD.-

Es la relacin entre el volumen de vacos o poros de un suelo (Vv = Vw+Vs ) y suvolumen total ( V = Vv+Vs+Vw ).


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Porosidad: es la relacin del volumen de vacos frente al volumen total nV

Vv=

Indice de poros: es la relacin del volumen de vacos respecto al volumen de slidos

eV

Vw

s

=

Humedad: relacin de la masa de agua frente a la masa de slido

INDICE DE POROS.-

Es la relacin entre el volumen de vacos o poros de un suelo (Vv = Vw+Vs ) y suvolumen de partculas slidas ( Vs):

e VV

v

s=

Entre el ndice de poros ( tambin denominado relacin de vacos ) y la porosidad sepueden obtener las siguientes relaciones:

e VV

v

s= =

+= - = -

=-

VV V

VV

V VV

VV

1 VV

n1 n

v

v

v

v

v

v

Por lo tanto:

e n1 n

=-

y n e1 e

=+

El uso del ndice de poros se justifica porque para un suelo con cantidades de aguavariables su denominador es constante por lo que resulta ms sencillo operar con el.

FACTORES DE VARIACIN DE NDICE DE POROS (e) Y DE POROSIDAD (n).

En suelos formados por sedimentacin el ndice de poros vara con la altura de cada ycon la intensidad de sedimentacin.

En general cuanto menor es la velocidad de cada menor es la porosidad. En suelos granulares esfricos segn Terzhagy 26 < n < 47 En arenas la porosidad depende de la forma y uniformidad de tamao de las partculas y

de la sedimentacin, suele variar entre 25-50%. En suelos arenosos se utiliza la densidad relativa para estimar su nivel de compactacin. Esta densidad relativa (Dr) se define como:

I Dre e

e ed0

0 min

= = --

donde:Id = ndice densidad.e0 = ndice poros en el estado mas suelto.emin = ndice poros en el estado mas denso.


35

e = ndice poros en el estado natural.

As esta densidad relativa depende de la sedimentacin y la compactacin a la queestado sometido el suelo.

En general al aplicar este ndice a la arcilla depende de la carga a la que est sometido,esto es, ak buvek de compactacin y su consistencia relativa ( ndice de consistencia =LLw/Ip ).

Porosidad: es la relacin del volumen de vacos frente al volumen total nV

Vv=

Indice de poros: es la relacin del volumen de vacos respecto al volumen de slidos

eV

Vw

s

=

Humedad: relacin de la masa de agua frente a la masa de slido

HUMEDAD.GRADO DE SATURACIN.-

Se define como el porcentaje de vacos del suelo ocupados por agua, esto es la relacinentre el volumen de agua de un suelo frente al volumen de vacos ( agua + aire ).

SV

Vrw

V

= 100

Tambin se puede expresar como:

Se

e ewr

w s

w

= =-

100g

gdonde:ew = Vw/Vvgs,gw, son los pesos especficos de las partculas slidas y del lquidow = humedad naturale = ndice de poros

PESO ESPECFICO (gg).-

Se define en general como la relacin entre el peso y el volumen. As dentro de un suelose puede definir diferentes tipos de suelo, a saber:

Peso especfico de las partculas slidas (gs): g =P

Vs

s

Peso especfico in situ o aparente del suelo (g): gss w

s w

PV

P P

V V V= =

++ +

Peso especfico seco: g g gdd

d

s

s dd s

P

V

P

V Vsr n= =

+ = = -0 1( )


36

Peso especfico saturado (gw): g g g gsat s s wn= - -( ) Peso especfico del suelo con grado de saturacin (gsr): Sr = %, por tanto

Pw=VvgwSr gsr = (1-n) gs+ngwSr Peso especfico sumergido (g):

DETERMINACIN DEL PESO ESPECFICO EN LABORATORIO.-

VOLUMEN:

Por desplazamiento de agua al sumergirlo en una vajilla. El volumen de muestra serel volumen de muestra ser el volumen desplazado menos el volumen de parafina que sueleenvolver la muestra.

Mediante el clculo del peso sumergido de la muestra.Por el volumen desplazado de mercurio.

PESO:

Pesado en bscula de precisin. Para estimar el peso especfico seco se puede secar previamente la muestra en una

estufa. el peso especfico de las partculas slidad se puede estimar mediante el

picnmetro.Operaciones:

a) Pic. Vaco w1b) Pic + suelo seco w2c) Pic + suelo seco + agua ( llena de huecos ) w3d) Pic. + agua w4

Peso del agua rellena de huecos = w3-w2 Volumen de slido = Vagua- Vagua llena de huecos = w4-w1- ( w3- w2 )/gw

gg

sww w

w w w w=

-+ - -( )2 1

4 2 1 3

DETERMINACIN PESO ESP. IN SITU.-

Se estima a travs del mtodo de la arena. Para aplicar este mtodo se utiliza en recipiente con vlvula lleno de arena. Se excava un agujero en le suelo de forma ms o menos geomtrica. Se llena el recipiente de agua y se pesa para estimar su volumen. Se llena el recipiente de arena y se pesa para estimar el peso especfico de la arena. Se llena el agujero de arena y de esta manera se estima el volumen del agujero.

w2-w1 peso de los slidos

w4-w1 peso del agua


37

Se pesa la muestra de suelo obtenida en la perforacin del hueco y normalmenteconservada en la parafina.

MTODOS NUCLEARES (para determinar la humedad yla densidad).-

Son mtodos que adems permiten estimaciones en profundidad.

DENSIDAD: Los rayos g son radiaciones electromagnticas de energa intermedia. Cuando un rayo g incide sobre un electrn orbital, se produce por un lado una liberacin

de energa y una desviacin de la radiacin g. Es el efecto Comptom. Cuanto mayor sea la densidad de los materiales mayor ser la porcin de electrones en el

suelo y por tanto se producir un mayor grado de desviacin de la radiacin. Si en el suelo existe mucha agua habr que realizar una correccin por la influencia de

los iones H+. Existen dos mtodos: retrodispersin y atenuacin.

RETRODISPERSIN: Se coloca una plantilla entre la fuente y el detector. La desviacin de los fotones hacia el

detector aumenta con la densidad del suelo. Aumenta la desviacin de fotones fuera deldetector y la cesin de energa a los fotones, por lo que requieren ser calibradas segn elsuelo a que se aplique. Ms comn.

ATENUACIN: Sin pantallas. Necesita dos sondeos. La intensidad recibida en el detector disminuye con

la densidad del suelo.

HUMEDAD:Cuando un haz de neutrones rpidos de alta energa choca con un tomo la perdida

de energa es mayor cuanto menor sea dicho tomo ( mxima para el hidrgeno = masa deun neutrn).

As el nmero de neutrones lentos liberados al lanzar un haz de neutrones esproporcional a la cantidad de H que presente dicho suelo, y por tanto ( en general ) a lacantidad de agua.

Se mide la cantidad de neutrones lentos liberados mediante un dispositivo del tiporetrodispersin.

Determinadas sustancias como la materia orgnica ( con elevado nmero de tomosde H ), elementos qumicos como Cl, Br y las tierras raras pueden falsear las mediciones.

CONSISTENCIA Y SENSIBILIDAD DE LAS ARCILLAS.-


38

Las arcillas pueden clasificarse segn se consistencia en blandas, compactas,resistentes y duras. Se mide la consistencia a partir de la resistencia a compresinsimple.

La susceptibilidad es el efecto sobre la consistencia del amasado de arcillas, comoconsecuencia de la rotura de su estructura. Una arcilla ser tanto ms susceptible cuantoms disminuya su capacidad de resistir cargas al ser amasadas. Por tanto se puede definircomo:

Ssistencia a compresion simple (arcilla inalterada)

sistencia a compresion simple (arcilla amasada)t=

Re

ReA contenido de humedad constante.

EQUIVALENTE DE ARENA.-

Se trata de un ensayo de obra que es til para sealar la existencia de un materialgranular peligroso por contener exceso de finos ( elementos que pasan por el tamiz 200 dela A.S.T.M.).

Se toma una muestra de suelo y se disuelve en agua con desaglomerantes. Estadisolucin se introduce en una probeta normalizada donde se deja que repose durante 20minutos.

En la probeta se observar una zona mas alta de lquido limpio, una segundamanchada por arcilla y una inferior ocupada por los materiales granulares. Se miden lasalturas indicadas en la figura.

Se define el equivalente de arena (EA) como:

EALectura erior de la arena

Lectura erior de la arcilla=

supsup

100

EA>75 = materia granular de calidad.EA

ENXEERA DO TERREO 8.- PROPIEDADES HIDRULICAS DE LOS SUELOS

39

TEMA 8. PROPIEDADES HIDRULICAS DE LOS SUELOS.

AGUA EN EL TERRENO:

Agua de sedimentacin. Agua de infiltracin.

Nivel fretico:

Lugar geomtrico de puntos con presin de agua atmosfrica.

AGUA CAPILAR ( Presin negativa )NIVEL FRETICO

AGUA FRETICA ( Presin positiva )

LEY DE DARCY ( Conceptos previos ).-

Altura piezomtrica, potencial o carga hidrosttica

h z= + u

tgh = carga hidrosttica.

z = altura de elevacinu = presingt = presin del lquido

u

tg

= altura de presin

Gradiente hidrulico

is lim= =

hs s

h

sD

DD0

Velocidad de flujoVector cuya componente en una direccin es el caudal que atraviesa la cantidad de

superficie perpendicular a la direccin.

v =qs

v = magnitud del vectorq = caudal que atraviesa el tubo


40

s = rea de la seccin transversal de dicho tubo

Henry Darcy demostr experimentalmente, en el ao 1856, para el flujounidireccional del agua la siguiente ley:

v = ki

siendo k una constante de proporcionalidad que recibe el nombre de coeficiente depermeabilidad, y que tiene dimensiones de una velocidad.

La ecuacin anterior, extendida a tres dimensiones, toma la forma vectorial:

r rv = - k h

En general, en un lquido newtoniano la ecuacin queda:r rv = -

kt h

h

g

h = coeficiente de viscosidad del fluidogt = peso especficok= constante de proporcionalidad que se llama permeabilidad fsica,

la unidad de carga de k en el sistema c.g.s. es el cm2.

Condiciones hidrodinmicas necesarias para que se cumpla la ecuacin:

1. Medio poroso continuo.2. Aplicacin anlisis diferencial.3. Las fuerzas de inercia son despreciables respecto a las fuerzas de viscosidad,

como consecuencia el flujo es laminar.4. Los poros estn saturados.5. Existe proporcionalidad entre el esfuerzo de corte aplicado al fluido y la

velocidad de deformacin al corte.6. El slido poroso es rgido e istropo.

Suelos anistropos:

Los suelos anistropos que se representan en la naturaleza suelen tener tres planosortogonales de simetra que se cortan segn tres ejes principales x, y, z. Las ecuacionesequivalentes a las anteriores sern:

vx = -khxx


41

vy y= -khy

siendo kx, ky y kz los coeficientes de permeabilidad en las

direcciones x, y, z, respectivamente.

vz = -khzz

Validez de la ley de Darcy:

Nmero de Reynolds:

Diversos investigadores han encontrado que el valor del nmero de Reynolds, R , apartir del cual deja de cumplirse la ley de Darcy, oscila entre 1 y 12. En este caso, elnmero de Reynolds viene dado por la siguiente expresin:

R =0,6 v Ds

-

r

h( )1 n

en la cual:v = velocidad de flujoDS = dimetro de la partcula cuya superficie especfica es igual a la del

conjuntor = densidad del fluidoh = coeficiente de viscosidad del fluido

Para nmeros de Reynolds superiores a 12 la importancia de las fuerzas de inerciaen el flujo hace que obtengamos la siguiente expresin:

i = a + bv2

Para nmeros de Reynolds comprendidos entre 60 y 12 el flujo se haceturbulento.

Suelos parcialmente saturados:

En los suelos parcialmente saturados existen dos fluidos en los poros: agua y aire.La ley de Darcy ha sido obtenida para un solo fluido, por tanto, no es aplicable, enprincipio, en este tipo de suelos.

Las burbujas de aire taponan parte de los poros en que se encuentran, y nopermiten el paso del lquido cuando ste es el permeante. Por ello la permeabilidad al agua


42

de un suelo parcialmente saturado suele ser menor que la del mismo suelo saturado. Poreste motivo, la permeabilidad de un suelo parcialmente saturado aumenta con el paso deltiempo durante el que est expuesto al paso del agua, porque su grado de saturacin vaaumentando a medida que ms y ms burbujas van siendo arrastradas por el agua, y amedida que el aire va siendo disuelto en el agua.

El coeficiente de permeabilidad de suelos parcialmente saturados aumenta alaumentar la presin del lquido, pues esto provoca un incremento en la cantidad de gasdisuelta y, por tanto, una disminucin en el espacio ocupado por burbujas gaseosas.

Sustancias arcillosas saturadas:

Para la ley de Darcy en los suelos arcillosos saturados hay dos teoras:

La primera teora dice que no comienza a circular agua hasta que el gradientehidrulico no supera un determinado umbral i0, y que a partir de ese momento la relacinentre v e y es aproximadamente lineal, de modo que la ecuacin se transformara en:

v = 0 para i< i0v = k(i-i0) para i >i0

La segunda teora dice que el coeficiente de permeabilidad aumenta con elgradiente hidrulico. La velocidad de flujo aumenta con el gradiente hidrulico segn unacurva hasta llegar a un valor i1 en que se convierte en una recta. La ecuacin se convierteen:

v = kim (m > 1) para i < i1v = k(i-i0) para i > i1

el cumplimiento de esta ecuacin depende del tipo de arcilla.

Influencia de la anisotropa en la permeabilidad:

De los resultados de diversos ensayos se deduce que la relacin entre laspermeabilidades horizontal y vertical de una arcilla aumenta con:

a) la mxima tensin efectiva vertical que ha sufrido la arcilla en el pasado.b) cada nuevo ciclo de carga.c) el porcentaje de friccin de arcilla.


43

DETERMINACIN DE LA PERMEABILIDAD EN ELLABORATORIO.-

PERMEMETROS:

La medida de la permeabilidad de un suelo se lleva a cabo en el laboratorio pormedio de permemetros. Entre los permemetros clsicos destacan el de carga constantey el de carga variable. Tanto uno como otro pueden ser de flujo ascendente odescendente.

Carga constante (permeable):

Segn la ley de Darcy, el coeficiente de permeabilidad viene dado por la frmula:

k =vi

V HS t h

= D

siendo:V = volumen de agua que atraviesa el suelo en el tiempo t.H = distancia entre piezmetros extremos.S = rea de la seccin de la muestra.t = tiempo.Dh = diferencia de nivel del agua en los piezmetros extremos.

Carga variable (impermeable):

El permemetro de carga variable se emplea slo para ensayos en suelosrelativamente impermeables.

-sdh = khH

Sdt

Integrando entre 0 y t1 , resulta:

k = HsS

1t

lnhh1

0

1

Influencia de la temperatura:La temperatura tiene, a travs de la viscosidad, una influencia importante en el

coeficiente de permeabilidad. Por ello, la temperatura del agua debe controlarse durante elensayo. Si el ensayo se realiz a una temperatura t1, y a nosotros nos interesa conocer elcoeficiente de permeabilidad a una temperatura t2, empleamos la relacin:

k kt tt

t1 21

2

=hh


44

siendo ht1 y ht2 los coeficientes de viscosidad a estas dos temperaturas.Presin efectiva:

Presin intergranular: s iNiS

=

Presin total: s = NS

Presin efectiva:

( ) ==

= - -

= -

= -

s s

s s

s s

s s

N

i usS

sS

i u

u

u S - s + Ni

1

0

SIFONAMIENTO.-

En la figura se representa un permemetro de carga constante y flujo ascendente.Se supone que existe una rejilla en la parte inferior de la muestra de arena, pero no en lasuperior, y que no hay friccin en las paredes del recipiente.

Por ser la muestra de seccin constante, la velocidad de flujo tambin lo es. Portanto, el gradiente hidrulico tambin debe ser constante segn la ley de Darcy, y por tantola ley de presiones neutras debe ser lineal.

El sifonamiento se produce cuando se anulan las presiones efectivas.En cuanto a la ley de presiones totales se halla a partir de los pesos de los

materiales situados encima de cada capa de arena.La ley de presiones efectivas se halla por diferencia.Si continuamos subiendo el nivel de agua en la rama de la izquierda, llegar un

momento en que las presiones efectivas se anularn simultneamente en toda la masa dearena. En ese instante, la masa de arena perder toda consistencia y dar la impresin deentrar en ebullicin.Este fenmeno se producir cuando:

H h H saturado

w

+ = Dg

g

Esta es la condicin de ebullicin o sifonamiento (arenas finas).Operando:

Dh H H Hsat

w

sat

w

= - = -

g

g

g

g1


45

Se define gradiente crtico como el gradiente hidrulico para el cual se produceeste fenmeno:

iu

Hcsat

w w

sat w

= = - =

= -

D g

gg

g

g g g

1

ENSAYO SCHERARD O DE EROSIN INTERNA:

Se prepara la muestra en un molde Harward de 38mm de longitud.Se compacta en 5 capas ( 16 golpes de pistn de 6,8 kg ).Contenido de humedad prximo al lmite plstico.Se hinca el tapn cnico y se realiza un conducto de 1mm de dimetro.Se procede a hacer pasar agua con diferente altura piezomtrica 50,180 y 380 mm. En cadaescaln se deja pasar agua durante 5 10 minutos, midindose el caudal y la turbidez delagua.

1.- Si bajo la carga de 50 mm el agua sale turbia, al cabo de 10 minutos, con uncaudal de 15 cm3/s, indica que el suelo es muy dispersable. Se desmonta el aparato y seobserva el dimetro del tubo que ser normalmente de 2 a 2,15mm.

Si a los 5 minutos el agua sale clara y el caudal es bajo (1cm3/s) se pasa aDh=180mm.

2.- Bajo la carga de 180 mm, como antes, continuar hasta 10 minutos si el aguasale turbia y el caudal aumente ahora hasta 2,0 cm3/s. Si es as desmontar el aparato yobservar el agujero, que ser mayor, entre 4 y 7,5 mm de dimetro. El suelo es dispersable,aunque no tanto como en el caso anterior.

Si con los 180 mm de carga el agua sigue saliendo clara o casi clara, y a los 5minutos el caudal est estabilizado, generalmente por debajo de 1,5 cm3/s, aumentar lacarga a 380 mm.

Si el agua sigue saliendo clara y a los 5 minutos el caudal est estabilizado a unnivel inferior a 3,5 cm3/s, desmontar el aparato y observar el agujero, que tendr undimetro en general inferior a 2 mm. El suelo ser clasificado como poco dispersable.

3.- Si con los 380 mm de carga el agua sale turbia y no se aclara hasta los 10minutos, y el caudal aumenta hasta estabilizarse en 3 cm3/s, y luego el suelo tiene undimetro bastante mayor de 2 mm, el suelo se calificar de medianamente dispersable.


46

TENSIN SUPERFICIAL.-

Se explicaba por la tensin aparente en una membrana elstica que se supona queexista. En realidad no existe, ya que la causa de estos fenmenos es la atraccin de lasmolculas, sin embargo, esta explicacin permite obtener resultados cuantitativamenteexactos.

Si se tiene una membrana con una presin interior superior en Dp a la exterior,tenemos:

Dp s R R= +

s

1 1

1 2

Si el radio de curvatura es igual en toda las direcciones:

Dp sR

=2s

CAPILARIDAD. ASCENSIN DEL AGUA EN TUBOSCAPILARES.-

Se observa sumergiendo una parte de un tubo capilar (de dimetro muy pequeo)en agua.

Se debe a que las molculas de agua y vidrio se atraen entre s ms que las deagua entre ellas.

El agua asciende hasta una altura hc , observndose un menisco en la zona alta.hc es la altura de ascensin capilar.El menisco es cncavo y se une a las paredes del tubo formndose un ngulo a,

que depende del tubo e impurezas de la pared.En la figura la presin en P, Q y M es igual entre si e igual a la atmosfrica.En N la presin ser negativa e igual a:

u sRN

= -2s

Expresando la igualdad de alturas piezomtricas entre Q y N se tiene:uN = hcgw

de estas dos ecuaciones sacamos:

hcs

R w=

2s

g

por otro lado:

r = Rcosa


47

Por tanto:

hc rs

w

=2s a

g

cos

CAPILARIDAD EN SUELOS.-

Al contrario que en los tubos capilares los huecos en suelos tienen ancho variabley se comunican entre s formando un enrejado. Si este enrejado se comunica por abajo conel agua, su parte inferior se satura completamente. Ms arriba el agua solo ocupa loshuecos pequeos y los mayores quedan con aire.

La ascensin del agua por los poros de una arena seca se pueden estudiar en ellaboratorio.

hc = altura capilar de un suelo, se puede estimar hc en centmetros o mediante:

hcC

eD=

10

SUCCIN.-

Todo el agua situada sobre el nivel fretico est a presin inferior a la atmosfrica(presin negativa).

Donde los meniscos tocan los granos de suelo, las fuerzas capilares actancausando presiones granulares en los huecos del suelo que tienden a comprimirlos. Es lallamada presin capilar.


48

Esta presin aumenta la resitencia al corte de los suelos haciendolos muyconsistentes ( ej : playas de Daytona, taludes verticales,...)

Si sumergimos el suelo en agua estas presiones desaparecen (resistencia detraccin del agua es muy alta ).

Se denomina SUCCIN a la diferencia entre la presin de aire y la de agua (uw).Se define pF = log10 (succin) = log10 (ua-uw)

donde ua y uw se expresan en cm de agua.El valor mximo medido del pF es del orden de 7, y corresponde a una arcilla

desecada a 110C.

DISPOSITIVOS DE MEDIDA DE LA SUCCIN:

1. PLACA DE SUCCIN (0 < pF < 3).-

Se coloca la muestra de suelo semisaturado sobre una placa de vidrio saturado.Se aplica vaco o succin mediante una bomba de vaco. El valor de la succin

vendr dado por la suma de d en altura de columna de mercurio y l en altura de columna deagua.

Cuando la muestra se haya equilibrado se mide la humedad. As se obtiene unacurva de succin frente a humedad. Para medir directamente la succin a una determinadahumedad se adopta un dispositivo que permite variando la succin de la bomba de vacoque no haya transferencia de agua entre la muestra y la placa. Ese valor de succin ser elde muestra.

2.- MEMBRANA DE PRESIN ( 2 < pF < 6,18 ).-

Se encierra la muestra en una cmara de presin estanca al aire y se pone encontacto con una membrana de celulosa permeable al agua y saturada. El agua se mantienea presin atmosfrica se eleva la presin de aire en la cmara y por tanto en el aire de losporos del suelo. Produciendose una transferencia de humedad de muestra a membranahasta el equilibrio. En equilibrio Pw = atmosfrica y la presin de agua aplicada ser lasuccin.

VARIACIN DE LA SUCCIN CON LA HUMEDAD DEL SUELO:


49

La succin decrece al aumentar la humedad.Sin embargo la succin es mayor cuando un suelo pasa de humedo a seco que

cuando pasa de seco a humedo.Si se amasa la muestra antes de cada determinacin esta variacin no se observa.

Esto indica que este tipo de divergencias son causadas por la diferente forma de losmeniscos para una misma humedad.

Al secarse una arcilla, sus lminas se agrupan formando libros; al humedecer denuevo, resulta que, para una misma humedad, es como si la arcilla estuviera formada porpartculas de mayor tamao, pues los libros no se abren con facilidad. Ello explica elmenor valor de la succin durante la rehidratacin.

ELECTROSMOSIS.-

Si se hace pasar una corriente elctrica a travs de una arcilla saturada, el agua semueve hacia el ctodo.

Este fenmeno conocido por electrosmosis se debe al paso de los cationes de lacapa doble hacia el ctodo, donde quedan neutralizados. Debido a la smosis, el aguaacompaa a los cationes en su movimiento.

La velocidad de flujo del agua producido por este fenmeno viene dada por:

vs ke= -

Us

siendo:vs = velocidad de flujo en la direccin s.U = potencial elctrico.Ke 5105 para suelos.

Como consecuencia de un proceso de electrosmosis aumenta la resistencia alcorte de una arcilla. Una parte de este aumento se debe a la disminucin de humedad y otraa los cambios qumicos producidos en la arcilla.

ENXEERA DO TERREO 9.- COMPRESIBILIDAD DE LOS SUELOS

50

TEMA 9. COMPRESIBILIDAD DE LOS SUELOS

COMPRESIBILIDAD.-

Al aplicar una carga a un suelo se producen deformaciones, debido a un sistema detensiones. Cada fase del suelo se comporta de forma diferente.

Asiento: deformacin vertical producida por una carga vertical. Se producen al reducirse elvolumen de vacos.

Si hay agua en los poros se produce sin expulsin. Un suelo fino saturado soporta la carga por el agua intersticial, que es menos compresible

que la materia slida. DV: variacin unitaria de volumen bajo la carga de un bar:

agua: DV =1

22000

arena: DV =1

1000

arcilla: DV = 1100

La sobrepresin en el agua intersticial provoca un gradiente de presin y movimiento deagua.

Efecto: la carga se translada al esqueleto, hay cambio de volumen y se llega a un nuevoequilibrio consolidacin.

La consolidacin se produce en un intervalo de tiempo variable: arenas y gravas rpido arcillas lento

Cargas progresivas:- En arenas y gravas los asientos son progresivos y finalizan al acabar de aplicar la

carga.- En arcillas los asientos van a continuar indefinidamente despus de aplicada la

carga, aunque con velocidad decreciente. Puede haber asientos por cargas inducidas. Los asientos diferenciables son peligrosos.

EDMETRO.-

El estudio de la compresin unidimensional de los suelos se suele hacer con el edmetro. El edmetro consiste en un anillo cortador, en el cual se encuentra comprimido el suelo

entre dos placas porosas cuyo desplazamiento relativo puede medirse con gran exactitud Se mide el desplazamiento vertical ( no existe desplazamiento horizontal ).


51

EDMETRO DE CASAGRANDE:

No permite controlar el drenaje. No mide presiones intersticiales. Existe friccin lateral. La distribucin de presin no es uniforme. La presin no se aplica de forma contnua

EDMETRO DE ROWE Y BARDEN:

Aplica presin de agua sobre gato de goma. Drena y mide presiones intersticiales.

ENSAYO EDOMTRICO.-

Muestra inalterada:- Corte con instrumentos afilados.- Recipiente hermtico.- Preparacin de probeta en cmara hmeda.

Procedimiento de ensayo:- Se coloca la muestra.- Se carga a 0,6 - 1 t/m2

- Se espera la consolidacin ( deformacin = 0 ).- Se van doblando las cargas ( escalones ).- Se espera la consolidacin ( 24 H ).- Una vez aplicada la carga mnima se procede a la descarga en escalones.

Clculo del ndice de poros:

- Al aplicar una carga al edmetro, la compresin origina una deformacin lenta,solo cuando la aguja del comparador deje de moverse se considera que el suelo estperfectamente consolidado.


52

Hs =Peso seco

S sgH

Spfw

=Peso agua

ge

H

Htpt

s

= Hpt = Hpf + DL

EXPLICACIN:

Ej: En una arena, como en una arcilla la disminucin del volumen, se debe en suprctica totalidad a la disminucin del volumen de poros, siendo el DV en los granos desuelo, muy pequeo.

Si los poros estn ocupados con agua, para que se produzca la variacin de volumenes necesaria la expulsin de agua a una velocidad que vendr marcada por la ley de Darcy (iy k).

Como en la arcilla k es un valor muy pequeo el tiempo que tarda en consolidarse elsuelo suele ser muy grande.

CURVA EDOMTRICA.-

Diferencias entre suelo inalterado y amasado:- menor ndice de poros a presin dada en el amasado.- oscurece preconsolidacin.- disminuye pendiente rama noval.- se mantiene pendiente rama de descarga.

Caso de arcillas con diferente grado de consolidacin previa, la rama de compresin novales comn, lo mismo que la de descarga.

Suelo normalmente consolidado:- no han sufrido presiones superiores a las normales.

Suelo sobreconsolidado:- caso contrario.

- presin de sobreconsolidacin = Presion maximaPresion efectiva actual

CURVA DE COMPRESIN EN EL TERRENO.-

Suelo normalmente consolidado:

- Datos iniciales e0, s0.

- s0 peso sumergido ( bajo nivel fretico ) + peso suelo ( sobre nivel fretico ).

- Toma de muestra:- presin efectiva presin capilar


53

- humedad constante- Edmetro:

- saturacin presin capilar desaparece- humedad y e constante- tramo horizontal

- Ensayo edomtrtico:- pendiente de compresin noval < compresin del terreno- se cortan a 0,42 eo

PRESIN DE PRECONSOLIDACIN.-

Presiones inferiores a la carga en el terreno. Asientos pequeos, luego muy grandes. Muestras inalteradas, es a veces complicado. Escaln de precisin de preconsolidacin desconocido. Mtodo de Casagrande ( buenos resultados ). A: mxima curvatura. AB : tangente ; AC: horizontal ; AD: bisectriz. E: corte AD: compresin noval.

La abcisa en E es la presin de pre consolidacon.

Proceso de sobreconsolidacin.- No existe si A est a la derecha de la prolongacin de la rama de compresin.- Existe si A est a la izquierda.

Causas:- peso de estratos (erosin).- peso de hielo ( deshielo ).- peso de agua ( desecacin ). alternancia en un mismo nivel desecacin (contra) - saturacin.


54

CONDICIONES DE ENSAYO:

Cuidado en toma, transporte y tallado de muestra. Pequeos escalones en la rama de preconsolidacin. Si no se consigue detectar el punto de preconsolidacin se halla el intervalo.

CURVA DE COMPRESIN EN UN SUELO SOBRECONSOLIDADO:

Condiciones iniciales: eo , s0 .

Paralela a la rama de descarga hasta presin de preconsolidacin. Unin con interseccin de rama noval y 0,42eo.

CLCULO DEL NDICE DE COMPRESIN.-

MODELOS EMPRICOS:

Regla de Skeampton:

- Al aumentar el lmite lquido (LL) de una arcilla aumenta, en general, su ndice decompresin (CL).- Los cambios que provocan el aumento del lmite lquido aumentan tambin el valor de CC enla arcilla amasada.- Segn Skeampton, el ndice de compresin de muestras amasadas hasta el lmite lquidoest relacionado con dicho lmite segn la ecuacin:

CC = 0,007 ( LL - 10 )

- Una arcilla normalmente consolidada en condiciones geolgicas tiene, segn Skeampton, unndice de compresin en el terreno del orden del 30% mayor y, por tanto:

CC = 0,009 ( LL - 10 )

- En ambas frmulas el lmite lquido viene expresado en tanto por ciento.


55

Regla de Helenelund:

- Tratndose de arcillas blandas, normalmente consolidadas :

CC = 0,85 w3/2

siendo w la humedad natural en tanto por uno.

Suelos espaoles normalmente consolidados:

- Para suelos espaoles normalmente consolidados y ligeramente sobreconsolidados se haobtenido la lnea de regresin que obedece a la siguiente ecuacin.

CC = 0,99 w 1,315 CC = 0,0097 ( LL - 16,4 )

- ndice de entumecimiento: 1

10 Cc Cs

14

Cc< mNm = coeficiente rozamiento del material.

- m = tgfno hay deslizamiento si T< Ntgf.

CRITERIO DE ROTURA DE MOHR-COULOMB:

- Determina la resistencia al sefuerzo cortante ( t ) en un elemento plano a travs de unsuelo:t s f= +c tgDonde:c = cohesin del suelo.s = tensin normal al plano.f = ngulo de rozamiento interno del suelo.- La relacin entre las tensiones tangenciales y normales que produce la rotura de un suelono es lineal sino que sigue una curva llamada envonvente de Mohr.- La rotura de un cuerpo continuo pasa por un punto de l, si en algn plano que pase pordicho punto existe la combinacin de tensiones definida por la envolvente de Mohr.

EL CIRCULO DE MOHR.-

El lugar geomtrico del vector que representa la tensin ejercida sobre los elementosplanos que pasan por un mismo punto de un cuerpo en equilibrio de tensiones, es unelipsoide centrado en ese punto y que tiene por ejes las tres tensiones normalesprincipales relativas a dicho punto.

ENXEERA DO TERREO.- 10.- RECONOCIMIENTO GENERAL DE LOS SUELOS.

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Consideramos los planos que pasan a travs de la tensin principal intermedia. Compresin: + Traccin: - Esfuerzo cortante: + si gira en sentido antihorario.

ENSAYO DE LABORATORIO EN SUELOS.-

IDENTIFICACIN:- Sirven para clasificar los suelos en grupos con un comportamiento semejante.- Tienen relacin con el resto de las propidades.

COMPOSICIN QUMICA Y MINERALGICA:- Permiten conocer el tipo de minerales arcillosos, capacidad de cambio de cationes, yestructura de las partculas, dando una estimacin del estado del suelo.- Proporcionan una informacin sobre: plasticidad, expansividad, dispersabilidad,deformabilidad, etc.- Estos ensayos se realizan con poca frecuencia.

ESTADO NATURAL:- El estado natural de un suelo se refiere a la densidad y humedad que presenta in situ.

DISPERSABILIDAD:- Trata de evaluar el comportamiento de los suelos frente a la erosin por filtracin deagua.- Tienen doble carcter, fsico y qumico, relacionado con la granulometra y contenidode in Na+ en las capas dobles de las partculas.- Estos ensayos son de valoracin cuantitativa.

EXPANSIVIDAD:- Los ensayos de expansividad ms utilizados son el ensayo Lambe, la presin dehinchamiento crtica, hinchamiento libre.- Ensayo Lambe: determina un ndice de expandin que permite estimar de formacualitativa el combio potencial de volumen. Se efecta con muestras remoldeadas.

SUSCEPTIVILIDAD:- Cociente entre la resistencia de un suelo natural y amasado.- Aumenta con la materia orgnica.- Es pequea en arcillas consolidadas a travs del tiempo.- La resistencia de una muestra inalterada de arcilla depende de la plasticidad y la presinefectiva a la que ha estado sometido.- La resistencia al corte sin dernaje de la muestra amasada depende de la fluidez.- La susceptibilidad no depende de la mineraloga.


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- Es tpico de arcillas marinas muy floculadas que luego son lixiviadas.

DEFORMABILIDAD O COMPRESIBILIDAD:- El ensayo de mayor difusin se realiza en el edmetro, aplicando una presin vertical auna muestra e impidiendo la deformacion en sentido horizontal- Se realiza en ciclos de carga y descarga, proporcionando clculo de asientos y suevolucin en el tiempo, mediante en coeficiente de consolidacin:

Ce e

c =- -

1

1log( )s s- Los resultados de este ensayo se representan en una grfica.

RESISTENCIA:- Los ensayos de uso ms frecuente son:

Ensayo de compresin simple:- Consiste es someter a una probeta de suelo a una compresin uniaxial no confinada.- Ensayo de rotura sin drenaje, debido a su gran rapidez.- En suelos saturados la cohesin se puede estimar como la mitad de la resistencia acompresin simple.

Ensayo triaxial:- Se puede aplicar una presin sobre el contorno lateral de la probeta y otra distinta segnsu eje.- Se determina la cohesin y el ngulo de rozamiento interno del material.- Tambin puede determinarse el mdulo de deformacin en condiciones de noconfinamiento lateral.- Los resultados se representan en diagramas en los que se pone en abscisas ladeformacin vertical y en ordenadas el desviador tpico ( incremento de presin vertical).- Este tipo de ensayos se realiza sobre tres probetas de suelo a las que se aplican diferntespresiones laterales. Permite modificar las condiciones de drenaje y consolidacin dandolugar a tres clases de ensayos:

Ensayo triaxial con drenaje:

- Se realiza en suelos granulares con alta permeabilidad, dejando que la muestra drene.- La distribucin de tensiones es uniforme.- Tres probetas consolidadas con tres presiones exteriores distintas.- La envolvente de los circulos de Mhr define el ngulo de rozamineto interno y cohesinefectivos del suelo (j y c)

Ensayo con consolidacin previa y rotura sin drenaje en suelo saturado:


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- Presin externa con vlvula de drenaje abierta.- Una vez consolidado se calcula la tensin desviadora con la vlvula de drenaje cerrada.- Obtenidos los circulos de Mhr correspondientes a las tres probetas ensayadas, suenvolvente permite definir el ngulo de rozamiento interno y cohesin del suelo j y c enpresiones totales.

Ensayo sin drenaje y en suelos saturados:

- Es el ensayo ms usado ya que permite obtener los parmetros resistentes del suelo bajocondiciones de presiones totales (j y c) y de presiones efectivas (j y c)- Presin externa (s)con vlvula cerrada.- Tres probetas crculos de Mhr tensiones totales.- Envolvente horizontal s1-s3 = constante.- Cu = resistencia sin drenaje mxima.- Las presiones efectivas no varan, pues se transmiten ntegramente al agua.- Excepciones: arcillas forzadas y suelos de grano grueso con gran dilatacin.

Ensayo de corte directo:

- Los elementos esenciales de un aparato de corte directo estn constituidos por una cajaque permite la rotura de la muestra a travs de su plano medio.- Se aplica una fuerza vertical y a continuacin una fuerza tangencial que origina undesplazamiento relativo entre las dos partes de las cajas.- Se determina la cohesin y el ngulo de rozamiento interno en el plano de rotura con osin drenaje.- En ensayos con drenaje y consolidado sin drenaje la presin vertical es igual a la presinde consolidacin.- La razn de sobreconsolidacin es igual al cociente estre la mxima presin deconsolidacin histrica y presin antes del ensayo.

Ensayo de molinete ( VANE TEST ):

- Sirve para determinar la resistencia al corte ( sin drenaje ) en arcillas y limos blandos. Seaplica in situ y sobre testigos.- La resistencia al corte se calcula a partir del momento de torsin en las aristas de laveleta.ELECCIN DEL TIPO DE ENSAYO.-

- Se busca la metodologa ms adecuada para analizar un determinado problema, queconduzca a una solucin de forma tcnica y econmicamente viable- Influyen aspectos como:


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- El tipo de obra ( talud, tnel, carretera,)- El tipo de terreno ( roca, suelo, relleno )

VALORACIN COMPARATIVA DE COSTES.-

Al planificar una campaa de investigacin se ha de considerar el nivel deinformacin que se tiene y aquel que es preciso obtener.

El coste bsico de una investigacin depende de las distinta opciones existentes ydel nmero de unidades a emplear.

ENXEERA DO TERREO 11.- COMPACTACIN DE SUELOS

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TEMA 11.- COMPACTACIN DE SUELOS.

Todo terraplen debe compactarse para que forme una masa resistente y pococompresible. El agua que contiene el suelo controla la calidad de la compactacin.

Utilizndose la densidad como medida de la calidad de compactacin; se define lahumedad ptima como aquella que conviene que tenga el suelo para obtener el mejorgrado de compactacin mediante un mtodo de compactacin ( o para una energa decompactacin ) determinado. Al hablar de compactados se cita la diferencia de compactacin, entre la que tengaen realidad y la ptima ( para la energa de compactacin dada). As se habla de +2% -3% de humedad de compactacin.

Empleando mtodos de compactacin cada vez mas energticos se obtienenfamilias de curvas, obtenindose lgicamente mayores grados de compactacin ( y dedensidad ) cuanto mayores sean las energas empleadas.

El incremento de densidad obtenido al obtener la energa de compactacin esmayor para humedades bajas que para altas.

Para un determinado grado de humedad, la densidad (despus de la compactacin) nunca puede ser mayor que la correspondiente a la muestra totalmente saturada (w% semide siempre tras la compactacin ).

Las lneas de compactacin nunca superan la lnea correspondiente al Sr = 100%

ENSAYO PROCTOR.- ( + extendido )

Se va depositando la muestra en un molde de 1l de capacidad (g=5,1 cm y h =12,24 cm ).

Se apisona el suelo en tres capas, mediante golpeo. 25 golpes de un pistn de 2,5kp de peso y 5 cm de dimetro con una altura de cada de 30,5 cm. El material convieneque no presente granos.

Energa de compactacin entre unidad de volumen = 1,7 kpcm/cm3.En general si no se vara la energa de compactacin, los resultados de

compactacin no varan.

ENSAYO PROCTOR MODIFICADO.-

Se realiza cuando se requiere mayor energa.

Para materiales 3"4

D 2" . 2,318 l de capacidad.


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El esfuerzo de compactacin medio ejercido por las apisonadoras de rodillos esalgo mayor que la energa del ensayo proctor y bastante menor que la del proctormodificado. Por lo que a veces se utiliza una energa de 0,5 kpcm/cm3.

EL COMPRESOR HARWARD.-

En obra la compactacin suele realizarse mediante apisonado ( NO IMPACTO ).La presin aumenta con el tiempo hasta alcanzar un mximo y la rotacin del tamborproduce una accin de amasado. Para simular esto naci el compactador manualHarward que acta mediante amasado.

Consta de un molde de 62,4 cm3 , con 15/16 de dimetro por 2,816 de altura yun compactador metlico cuyo extremo tiene de dimetro, con un mango ranuradoque encierra un muelle precomprimido. Se aplica el compactador con una fuerzanecesaria para que venza la fuerza del muelle, se saca y se cambia a un nuevo punto.

ESTRUCTURA DE LOS SUELOS COMPACTADOS.-

La orientacin de las partculas de arcilla en zonas pequeas en las muestrascompactadas del lado seco del ptimo, es menor a la de muestras compactadas del ladohmedo estructura ms floculada. Del lado hmedo es mayor estructura msdispersa.

La orientacin de las partculas aumenta con la deformacin al corte.Del lado seco, el suelo es ms resistente, y por ello el esfuerzo de compactacin

se gasta principalmente en reducir su volumen, pero no produce deformaciones de corteimportantes.

Por el contrario, en un suelo compacto del lado hmedo la resistencia es menor, yel esfuerzo de compactacin produce deslizamiento de unas partculas sobre otras.

El mtodo de compactacin influir de modo notable en la estructura del suelo, yla estructura ser tanto ms dispersa cuanto mayores sean los esfuerzos de corteproducidos por el mtodo. Si colocamos la compactacin en el orden esttica,vibratoria, de impacto y de amasado, obtenemos estructuras cada vez ms dispersas.

COLAPSO DE SUELOS.-

Si un suelo parcialmente saturado se somete a una carga, se espera a que cesen losasientos y, a continuacin, se inunda, ocurre en ocasiones que sufre un asiento adicional.Este fenmeno se conoce con el nombre de colapso.

En general se produce un asiento cuando el grado de saturacin es inferior algrado de saturacin crtico. En suelos granulares este valor est comprendido entre el 40y el 60%, en escollera 20%, en limos 40-50% y en arcillas 85%.

Fenmeno peligroso en limos saturados a presin.


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Se debe a la accin lubricante del agua que provoca nuevos deslizamientos en elinterior de la masa del suelo en busca de posiciones ms estables.

COMPRESIBILIDAD DE SUELOS PARCIALMENTESATURADOS.-

La deformacin de un suelo saturado depende de las presiones efectivas. Frmulaequivalente, en suelos parcialmente saturados, a la ley de Terzaghi:

= - + -s s c( ua ) (ua uw )

c : parmetro dependiente de Sr, tipo de suelo e historia geolgica.En suelos semisaturados es difcil calcular la tensin efectiva.Presin efectiva:

- tensiones endgenas: en los meniscos.- tensiones exgenas: el resto.

Las edgenas aumentan la resistencia del suelo.Las exgenas tienden a la reorganizacin y deslizamiento de partculas.Al disminuir las endgenas aumentan las exgenas para compensar, reordenando

partculas y produciendo colapso.Al secarse el suelo, actan los meniscos de los poros, esponjando y aumentando

el volumen.La compresibilidad se controla por 3 variables: e, ua - uw, s - ua.

PERMEABILIDAD DE SUELOS SEMISATURADOS.-

No se cumple la ley de Darcy pero se adapta a esta situacin. Se mantienen lashiptesis de partida.

El coeficiente de permeabilidad del agua de un suelo parcialmente saturado, kw, esmenor que el del mismo suelo saturado, k, siendo funcin de Sr o de otra magnitudanloga que designamos por q:

q =V

Vw

t

Esta magnitud oscila entre 0, cuando el grado de saturacin sea nulo, y n, cuando elgrado de saturacin sea del 100%. La ley de Darcy queda:

r rv k h= -

w( )q

kw depende de la estructura del suelo (compactacin) para un mismoq.


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HINCHAMIENTO DE LOS SUELOS SEMISATURADOS.-

En suelos parcialmente saturados el agua est sometida a una presin negativa.Ello hace que si este suelo se pone en contacto con agua libre se produzca un flujo deagua hacia el suelo, este flujo puede producir colapso o hinchamiento.

Para medir la expandividad de un suelo parcialmente saturado se recurre a dostipos de ensayo, realizados en el edmetro, llamados hinchamiento libre y presin dehinchamiento.

Ensayo de hinchamiento libre:

En el ensayo de hinchamiento libre se monta la muestra en el edmetro, se inundapor abajo y se mide el hinchamiento, que se expresa en % del espesor de la muestra, yse designa por el nombre de hinchamiento libre.

Ensayo de presin de hinchamiento:

En el ensayo de presin de hinchamiento se hace todo exactamente igual, pero enlugar de medir el hinchamiento de la muestra, se aaden cargas para no permitirlo.

La presin mxima aadida para que no se produzca hinchamiento se denominapresin de hinchamiento.

Se van quitando las cargas y se miden los hinchamientos que se producen.En suelos compactados depende del tipo y condiciones de la compresin.Cuanto ms seco es un suelo, ms grande es la probabilidad de que o bien hinche

o bien colapse al saturarlo. Ocurrir una cosa o otra, segn la presin externa que se lecoloque sea inferior o superior a su presin de hinchamiento.

La influencia del mtodo de compactacin en muesras compactadas a la mismahumedad y densidad es muy pequeo si la humedad estaba del lado seco de la ptima,pero importante si este estaba del lado hmedo.

Un If alto indica un potencial de hinchamiento alto. Sin embargo el hinchamientoreal depende mas de las condiciones de humedad y densidad en las que se encuentre elsuelo

EL APARATO DE LAMBE.-

Tiene por objeto estudiar mediante un ensayo rpido la peligrosidad de un suelo,en lo que respecta al hinchamiento.

Se toma una muestra de suelo que pase el tamiz n 10. Al comenzar el ensayo desuelo ha de estar en uno de estos tres estados:

seco: expuesto a un ambiente con humedad relativa del 50% hastahumedad constante.


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Hmedo: con una humedad relativa del 100%.En el lmite plstico.

Las muestras se compactan con la maza de ensayo Lambe. Una vez compactadase prepara el aparato y se aplica una presin de 1t/m2.

Se inunda la muestra y la presin que acta sobre ella al cabo de 2h se designacomo ndice de expansividad. Las curvas relacionan el ndice de expansin con el cambio potencial de volumen,que nos da una idea cualitativa de lo peligroso que es el suelo.

ENXEERA DO TERREO.- 12.- CARACTERIZACIN GEOTCNICA DE LOS MATERIALES.

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TEMA 12.- CARACTERIZACIN GEOTCNICA DELOS MATERIALES.

Objetivo: definir y valorar el comportamiento de los terrenos.

Clasificacin de los distintos tipos de materiales:Una vez que se tienen los resultados de las investigaciones de campo y de los

ensayos de laboratorio, se interpretan para cuantificar las caractersticas de los terrenos.

SUELOS.-

Son aquellos materiales fcilmente disgregables.Se clasifican atendiendo a su granulometra y plasticidad ( Casagrande, HRB,

francesa).Desde el punto de vista de su resistencia se pueden dividir atendiendo a tres

aspectos importantes:

SUELOS COHESIVOS Y NO COHESIVOS:Suelos cohesivos o coherentes: aquellos en los que es necesario aplicar una fuerza

par separar los granos. Al revs de los no cohesivos e incoherentes.

SUELOS NORMALMENTE CONSOLIDADOS Y PRECONSOLIDADOS:Un suelo es normalmente consolidado cuando las presione verticales efectivas

existentes in situ son las mximas que ha sufrido a lo largo de su historia geolgica.Un suelo preconsolidado o sobreconsolidado se conoce como la razn de

preconsolidacin, OCR, al cociente entre la mxima presin a la que haya sido sometidoun suelo en el pasado y la que soporta in situ.

OCRMAX

IN SITUV

V

=

s

s( )

( ) La relacin resistencia de pico / resistencia ltima es inferior a la que se da en suelossobreconsolidados:

50% sv


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SUELOS FINOS Y SUELOS CON PARTCULAS GRUESAS:La granulometra influye el comportamiento de los suelos sometidos a tensin.

SUELOS DUROS Y ROCAS BLANDAS.-

Se trata de estados intermedios que participan de dos tipos de peculiaridades y portanto se los puede considerar y tratar como suelos o como rocas.

ROCAS.-

Se agrupan en tres grandes grupos en funcin de su origen ( que tambin marca suscaractersticas geotcnicas ).gneas: consecuencia de la cristalizacin de los materiales de la corteza terrestre.Sedimentarias: formadas bajo presin, temperatura o agentes qumicos a partir desedimentos transportados y depositados.Metamrficas: transformadas a partir de otras rocas mediante enormes esfuerzoscortantes en combinacin con el calor, el agua, etc.Es importante el estado de alteracin es que se encuentran, tambin es importante estudiarlaen la manera que se presenta en la naturaleza ( macizo rocoso ).

RESISTENCIA AL CORTE DE FLUIDOS.-

Cuando se trata de analizar la estabilidad de un determinado talud constituido porsuelos naturales o artificiales es necesario valorar la resistencia al esfuerzo cortante deestos, y el estado tensional en el interior del terreno. A lo largo de una superficie dedeslizamiento se producen por un lado esfuerzos cortantes que tienden a producir elmovimiento, y por otro se moviliza la resistencia tangencial que tiende a impedirlo.

En el caso de taludes naturales interesa conocer la resistencia de los materialesinalterados y en los artificiales la del material en estado remoldeado con la densidad yhumedad propia del material in situ.

MTODOS DIRECTOS:

Los procedimientos ms habituales para determinar la resistencia al corte de lossuelos consisten en efectuar ensayos en laboratorio con muestras, remoldeadas oinalteradas, que reproduzcan el estado en que el material se encuentra en el terreno. Presin total (s): sobre un plano es la fuerza total por unidad de superficie que acta

sobre dicho plano. Presin efectiva (s): determina la resistencia al esfuerzo cortante.


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Presin intersticial (u): es la parte de la tensin absorbida por el agua. = -s s u

Cohesin y ngulo de rozamiento interno:t s j= + c tg Resistencia de pico y residual: si se aplica una tensin tangencial a una muestra, esta se

deformar progresivamente hasta que se produzca la rotura, a una determinada tensinpico. A medida que la tensin continua la resistencia se reduce hasta que se alcanza unvalor mnimo constante que se denomina resistencia residual.

Susceptibilidad de arcillas:

SS

S remoldeadamediat

u

u

= -( )

( )2 4

La resistencia al corte sin drenaje de una muestra inalterada depende de la presinefectiva que acta y de la plasticidad. Una muestra de arcilla amasada posee una resistenciaal corte de sin drenaje que depende fundamentalmente de un ndice de fluidez, IL, que seexpresa como:

ILLP

IP=

-w

donde:w es la humedad natural, LP la humedad propia del lmite plstico e IP el ndice deplasticidad. Resistencia al corte sin drenaje:

Para el clculo de la estabilidad a corto plazo se han de utilizar valores de laresistencia del material deducidos de ensayos en los cuales no se haya permitido el drenaje.Normalmente se denomina resistencia al corte sin drenaje. La resistencia al corte sin drenajeSu a corto plazo adopta el valor igual a la mitad de la resistencia a la compresin simplequ.

S cq

uu= =

2

VALORACIN DE ENSAYOS:

Los ensayos de laboratorio son vlidos si las muestras utilizadas representanadecuadamente la realidad. Hay ocasiones en que no se pueden conseguir fcilmentemuestras inalteradas. Por ejemplo: arcillas susceptible. arcillas fisuradas. arenas limpias. finos y gruesos.

Los ensayos son vlidos si reproducen adecuadamente las condiciones tensionales ylas hiptesis tericas que se suponen al realizar el problema de estabilidad que se deseaconocer. Esto es: Si se analiza la estabilidad en condiciones de drenaje o sin l. Si los clculos se efectan en presiones totales o efectivas.


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SUELOS PARCIALMENTE SATURADOS:

En suelos parcialmente saturados la resistencia se controla por las tensionesefectivas, pero el concepto de presin efectiva no se puede aplicar directamente puestoque tambin existen presiones en el aire de los vacos parcialmente saturados.

En la prctica se utilizan ensayos triaxiales sin drenaje, o se satura la muestra concontrapresin por cola.

Una cohesin aparente, ca, se produce como consecuencia de las fuerzas capilaresque existen en los meniscos del agua en suelos granulares finos, arena finas y limos, yproveen una resistencia que se pierde cuando se satura o se deseca totalmente. Estaresistencia se valora experimentalmente en base a la expresin:

c Dtga = jdonde D es la distancia vertical hasta el nivel fretico, y el ngulo de rozamiento

interno del material.

MTODOS INDIRECTOS:

Permiten valorar la resistencia al corte de una forma aproximada y sirven tambinpara poseer una visin ms amplia que refrende o matice los resultados obtenidos deensayos directos.

Por razones prcticas se diferencian los suelos coherentes de los no cohesivos.

CORRELACIONES EMPRICAS:

1.- En suelos incoherentes. A partir del Ensayo de Penetracin Estndar ( SPT ):Existen mltiples correlaciones con el valor del ngulo de rozamiento interno, por

medio del valor de la densidad relativa Dr.Las partculas gruesas elevan el valor de N.En arenas finas y limos, que se encuentren bajo el nivel fretico, se debe corregir el

valor obtenido, si N > 15 mediante la expresin:

N = 15 +(N- 15)/2

La presin del entorno modifica los resultados obtenidos, que se corrige con lasiguiente expresin:

N1=CNN

A partir del ensayo del cono penetromtrico ( CPT ):

ENXEERA DO TERREO.-

geotecnia - propiedad de los suelos

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