suelos semana 2 geotecnica upla
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SuelosRelaciones volumtricas y gravimtricas, plasticidad y
clasificacin de suelos, permeabilidad, carga hidrulica en el
suelo y tensiones efectivas
UNIVERSIDAD PERUANA LOS ANDES
FACULTAD DE INGENIERAESCUELA ACADMICO PROFESIONAL DE INGENIERA CIVIL
Ing. NELSON RAMOS P.
GEOTECNIA(SEMANA 02)
Ciudad Universitaria Huancayo, Septiembre del 2015
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Relaciones Volumtricas Relacin de Vacos
e = Vv
Vs
Dnde:
e : Relacin de vacos
Vv : Volumen de vacos
Vs : Volumen de slidos
Rango:
0 < e <
Valores caractersticos:
Arenas muy compactas con finos: e = 0,25
Arcillas altamente compresibles: e = 15
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Relaciones Volumtricas Porosidad
n (%) = Vv .100
Vt
Dnde:
n : Porosidad (en porcentaje)
Vv : Volumen de vacos
Vt : Volumen total
Rango:
0 < n < 100
Algunos valores caractersticos:
Arenas: n = 25 % a 50 %
Arcillas: n = 30 % a 90 %
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Relaciones Volumtricas Grado de Saturacin
Sr (%) = Vw .100
Vv
Dnde:
Sr : Grado de saturacin (en %)
Vw: Volumen de agua
Vv : Volumen de vacos
Rango:
0 % Sr 100 %
Algunos valores caractersticos:
Suelo seco: Sr = 0 %
Suelo hmedo: 0 % < Sr < 100 %
Suelo saturado: Sr = 100 %
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Relaciones Gravimtricas - HUMEDAD
- PESO UNITARIO TOTAL HUMEDO
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Relaciones Gravimtricas - GRAVEDAD ESPECIFICA de los solidos
- PESO UNITARIO SATURADO
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Relaciones Gravimtricas - DENSIDAD RELATIVA -
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PlasticidadLa granulometra proporciona una primera
aproximacin a la identificacin del suelo, pero a
veces queda un poco claro (arena, limo, por
ejemplo), por lo que se utilizan unos ndices,
derivados de la agronoma, que define la
consistencia en funcin del contenido en
agua.
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Plasticidad
Atterberg defini tres limites: el de retraccin o
consistencia, que separa el estado solido seco y
el semislido, el limite plstico, que separa el
estado semislido del plstico y el limite liquido
que separa el estado plstico del semi-liquido
(estos dos ltimos limites son los mas usados en
la practica)
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PlasticidadLmite Lquido (LL).- Es la fronteracomprendida entre los estados Semi-liquido y Plstico,
definindose como el contenido de humedad que
requiere un suelo previamente remoldeado, en el que al
darle una forma trapecial sus taludes fallen
simultneamente, cerrndose la ranura
longitudinalmente 13mm., sin resbalar sus apoyos, al
sufrir el impacto de 25 golpes consecutivos, con una
frecuencia de 2 golpes por segundo, en la Copa de
Casagrande, teniendo una altura de cada de 1 cm.
Tambin se define al Lmite Liquido, se define tambin
como el contenido de humedad que requiere un suelo
para presentar una resistencia al esfuerzo cortante de
aproximadamente 25 gr/cm2independientemente de su
mineraloga.
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PlasticidadLmite Plstico (LP).-Es la fronteracomprendida entre el estado plstico y semi-slido. Se
define como el contenido de humedad que posee un
cilindro de material en estudio de 11 cms. de longitud y
3.2 mm. de dimetro (formado al girarlo o rolarlo con la
palma de la mano sobre una superficie lisa ) al presentar
agrietamientos en su estructura.
Lmite de Contraccin (LC).-Es ladenominacin que recibe arbitrariamente el material que
se encuentra entre los estados semi-slido y slido,
quedando definido su valor con el contenido de humedad
que tiene el suelo, en el cual tras un secado posterior ya
no provoca disminucin de volumen.
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Plasticidad
Mediante estos ensayos de limites se definen
varios tipos de suelos: arcilla de baja plasticidad
(CL), arcillas de alta plasticidad (CH), limos y
suelos orgnicos de baja plasticidad (ML-OL)
limos y suelos de alta plasticidad.
Casagrande completo este sistema de
identificacin con datos de granulometra y
defini el sistema unificado de clasificacin de
suelos muy usado en la practica.
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Plasticidad
Arcilla de baja plasticidad (CL), arcillas de alta plasticidad
(CH), limos y suelos orgnicos de baja plasticidad (ML-OL)
limos y suelos de alta plasticidad.
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Plasticidad
Sistema
Unificado de
clasificacin
de suelos
USCS
(Lambe y
Whitman)
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El suelo est formado por partculas de
diferente tamao, producto de la
desfragmentacin de las rocas.
De acuerdo al dimetro y en orden
creciente, las partculas se clasifican en :
Arcilla, limo, arena, gravas y guijarros.
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Nombre Dimetro (mm)
Arcilla < 0,002
limo 0,002 - 0,005
arena
gravas
guijarros
0,005 - 2,0
2,0 - 20,0
> 20
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PERFIL DEL SUELO
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PERFIL DEL SUELO
Esquema de perfil de una ladera de un suelo residual
de granito
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Si observaste la lmina anterior te diste cuenta que
las partculas del suelo se distribuyen en cuatro
capas a distintos niveles de profundidad
denominadas Horizontes y los designamos con las
letras A, B, C y R.
Al conjunto lo llamamos perfil del suelo.
Horizonte A: Es la primera capa y en ella seacumula la materia orgnica y se forma el Humus.
PERFIL DEL SUELO
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Horizonte B: Es fundamentalmente de origenmineral, sin embargo tambin se encuentran
sustancias orgnicas.
Horizonte C: Est formado por el resto de rocafragmentaria proveniente de la disgregacin fsica de
la Roca Madre.
Horizonte R: Es la capa mas profunda y estaformada por la roca madre, que da origen a los
dems horizontes.
PERFIL DEL SUELO
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PROCESO
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El suelo es un recurso
natural que se ha formado a
travs de miles de aos,
conjuntamente con los
procesos geomrficos, es
decir la evolucin natural de
la litosfera.
PROCESO
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SUELO ROCOSO
No tiene horizonte A ni B
por lo que la roca aparece
en la superficie. Son duros
e impermeables, por lo cual
aparecen secos
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SUELO ARENOSO
Debido a que sus partculas
estn muy sueltas, son suelos
porosos y permeables
Que dejan pasar el agua con
facilidad, pero no retienen la
humedad
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SUELO ARCILLOSO
Tienen una textura
blanda, ms compactos
que los arenosos , son
menos permeables y
retienen la humedad
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SUELO ORGNICO
Poseen materia orgnica en
abundancia,
Son permeables y esponjosos,
por lo que retienen una
cantidad de humedad que los
hace especialmente frtiles
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Permeabilidad
Los suelos tienen su origen en los macizos
rococs preexistentes que constituyen la roca
madre, sometida a la accin ambiental
disgregadora de la erosin en sus tres facetas,
siendo fsica, qumica y biolgica como factores
influyentes.
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Movimientos del agua en el sueloEl agua del suelo est sometida a dos tipos de fuerzas de
acciones opuesta. Las Fuerzas de Succin tienden a
retener el agua en los poros mientras que la Fuerza de la
Gravedad tiende a desplazarla a capas cada vez ms
profundas.
Pero tambin el agua asciende en el suelo. Esto se debe a
la capilaridad (efecto especialmente intenso en los climas
ridos) y por diferencia de humedad.
Por otra parte el agua no slo se mueve en sentido vertical
sino que tambin lo hace en direccin lateral, movimiento
generalizado en todos los relieves colinados y
montaosos.
Permeabilidad
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Representa la facilidad de circulacin del agua en el suelo. Es un parmetro muy
importante que influir en la velocidad de edafizacin y en la actividad biolgica que
puede soportar un suelo.Est condicionada fundamentalmente por la textura y la
estructura.
Permeabilidad
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Se evalua por la velocidad de infiltracin que representa
el caudal de agua que puede pasar por unidad de
tiempo. Valores de dm/hora corresponden a suelos muy permeables,cm/hora dan suelos permeables y mm/hora para suelos poco permeables.
La velocidad de infiltracin no es siempre la misma para
un mismo suelo, pues depende de las condiciones de
humedad que presente.
Cuando el suelo se encuentra seco la infiltracin tiene sus mximos valores
y luego conforme cada vez esta ms hmedo su
capacidad de admitir ms agua es cada vez menor hasta
que en condiciones de saturacin total alcanza un valor
constante.
Permeabilidad
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Perfil hdricoNormalmente en el suelo existe un gradiente de humedad, de forma que
no todos las capas del suelo se presentan con el mismo grado de
humedad en un momento determinado.
Balance hdrico
Representa la valoracin del agua en el suelo a travs del ao. AGUA
RETENIDA = RECIBIDA- PERDIDA
Agua recibida: Precipitacin y condensaciones (y riego). Agua
perdida: evapotranspiracin y escorrenta superficial, hipodrmica
y profunda. (a. Gravitacional)
El agua que penetra en el suelo, parte se evapora, otra escurre,
otra pasa a la capa fretica, otra es consumida por las plantas y
finalmente otra parte es retenida.
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MATERIALES Y MTODOS
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CONDUCTIVIDAD HIDRAULICA.
Para cada tipo de suelo y problema a
resolver. Diferentes funciones
paramtricas permiten estimar las
propiedades hidrodinmicas de la zona no
saturada.
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En condiciones de equilibrio la ley de Darcy define el
movimiento del agua.
En regmenes transitorios la ecuacin de Richards define
el flujo de agua y cambios de saturacin en el suelo.
El tipo de condiciones estacionarias externas como las
propiedades hidrodinmicas de suelo.
El terreno, la lluvia, la evo transpiracin y el ascenso
capilar desde la superficie fretica, son los procesos
transitorios externos que regulan el movimiento del agua
y grado de aireacin de la zona no saturada.
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En un medio saturado el efecto de la gravedad drena
verticalmente formando interfaces agua-aire en forma de
meniscos.
Al progresar el drenaje la curvatura de los meniscos es
mas pronunciada y aumenta la succin.
Los poros mas grandes se vacan con valores bajos de
succin y los estrechos se drenan con succiones altas.
Al representar la evolucin del grado de saturacin en
funcin de la succin se obtienen curvas de retencin o
de succin-humedad caractersticas de cada suelo.
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q: flujo de Darcy o volumen de agua que circula a travs
de una superficie unidad por unidad de tiempo
(cm/cmdia)
K(r): es la conductividad hidrulica (cm/da)
H: potencial (tencin en cm)
Z: distancia (cm)
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Suelos saturados: la conductividad hidrulica se asume
constante, peor decrece rpidamente cuando decrece la
humedad; cuando el agua se drena los poros se vacan y
la seccin de flujo es mucho menor.
K: es mas rpido en suelos con capacidad drenante
(arenas) que en suelos con poros de mayor tamao
(arcillas).
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CONDUCTIVIDAD HIDRAULICA.
K: es una funcin delas caractersticas intrnsecas de lamatriz del suelo y de las propiedades del fluido contenidoen dicho suelo.
K: decrece de manera exponencial a medida quedisminuye el valor de la humedad.
K: producto de la conductividad correspondiente asaturacin Ks por una conductividad relativa que decreceal disminuir Kr.
La disminucin es mas brusca cuanto mas gruesa e saltextura del medio slido
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CONCEPTO D EINFILTRACION.
El flujo de agua desde el suelo hacia las zonas
no saturada y saturada. El ndice de infiltracin
(f) es el flujo de agua por unidad de tiempo y
de rea total.
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Factores que afectan la infiltracin:
Tipo de cubierta vegetal.
Caractersticas hidrulicas del suelo.
Estado de humedad del suelo.
Intensidad de la lluvia o cantidad de agua de riego.
Calidad del agua.
CONDUCTIVIDAD HIDRAULICA.
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CONDUCTIVIDAD HIDRAULICA EN
ETAPAS DEL AOS
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Tensiones Efectivas
Como se ha descrito anteriormente, el suelo es
un material compuesto por el conjunto de
partculas entre las que existen huecos o poros.
En caso mas general, el suelo puede contener
tres fases distintas
- Fase Solida: Partcula
- Fase Liquida: Agua, rellenando total o
parcialmente los poros.
- Fase Gaseosa: aire, ocupando total o
parcialmente los poros.
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Tensiones Efectivas
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Tensiones Efectivas
Si sobre el suelo anterior se aaden nuevos
esfuerzos, bien debidos a nuevos procesos
geolgicos o a la actividad constructiva, este
podr tener hacia un nuevo estado, representado
por una nueva ESTRUCTURA y nuevas
direcciones preferenciales.
Admitiendo que las partculas del suelo y el agua
son indeformables, lo que a efectos prcticos y
para los niveles de tensiones de las actividades
constructivas habituales es aceptable, la nueva
estructura corresponder a un nuevo
ordenamiento de partculas, que habran
deslizado y rodado unas sobre otras hasta
alcanzar el nuevo estado. Asi como por ejemplo:
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Tensiones Efectivas
La compresin del suelo, (reduccin de volumen)consiste bsicamente en una reduccin de su volumen de
poros o lo que es lo mismo en una reordenacin de
partculas hacia una estructura mas densa dejando menos
espacios entre ellas. Si el suelo se encuentra saturado, la
reduccin de su volumen de huecos ira necesariamente
asociada a la expulsin de l mismo volumen de agua.
El hinchamiento, (aumento de volumen) consiste enun aumento de su volumen de poros, es decir en una
reordenacin de partculas en una estructura mas abierta,
con mas espacio entre ellas. De nuevo en el caso de
saturacin completa, el aumento del volumen de huecos ira
asociado a la absorcin de un volumen igual de agua,
captada del suelo saturado circundante.
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Tensiones Efectivas
A partir de la descripcin anterior se puede resumir algunas
caractersticas bsicas del comportamiento del suelo
TRANSMISION DE TENSIONES siendo las siguientes:
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Tensiones Efectivas
- La existencia de orientaciones preferenciales conferir
al suelo un marcado carcter ANISOTROPO, es decirsu respuesta frente a esfuerzos externos (resistencia,
deformabilidad), depender de la direccin de los
esfuerzos aplicados.
- La modificacin de su estado tensional podr dar lugar a
reordenamiento de partculas y a nuevas orientaciones
preferenciales, la nueva estructura depender tanto de los
esfuerzos aplicados (magnitud y orientacion), como de la
orientacin de partculas como de la situacin de partda
(estructura antigua). En consecuencia, la respuesta del
suelo (resistencia, deformabilidad) ser funcin de su
HISTORIA TENSIONAL
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Tensiones Efectivas
- Las tangenciales y el postulado de
Terzaghi (circulo de Morh)
- Tensiones en un estrato de suelo
homogneo (tensiones verticales y totales
en el estrato, presiones intersticiales y las
presiones efectivas).
- Tensiones en un estrato estratificado.
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GRACIAS