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5/26/2018 Estudio del Suelo.doc

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ESTUDIO DEL SUELO

Con la finalidad de lograr establecer definir el suelo, hacemos una breve descripcin dela constitucin interna del globo terrestre:

SUELO

CORTEZA TERRESTRE

NUCLEO

MAGMA

NCLEO:Formado predominantemente por compuestos de hierro y nquel. La densidad media esmuy superior a las capas superficiales

MAGMA: Rodea al ncleo y es un manto fluido

CORTEZA TERRESTRE:!iene un espesor medio entre "# $ %# &m. 'en plataformas continentales()u densidad decrece hacia las capas superficialesFormado sobre todo por silicatos)e encuentra en balance isost*tico

+sta constituida por grandes masas heterogneas, con depresiones ocupadas por mares yocanos.

SUELO:-arte superficial de la cortea terrestreCapa formada por la disgregacin y descomposicin de sus ltimos niveles+sta capa es donde se aplica el estudio de la mec*nica de suelos


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DEFINICIN DE SUELO

/+l trmino 0suelo1 ha sido definido de diferentes maneras, esencialmente segn el usoque se hace del mismo, as tenemos:

a) PARA EL GELOGO: '2efinicin desde el punto de vista de su constitucin,antig3edad, origen de su formacin(

0+s todo material resultante de la descomposicin y desintegracin de la roca por elataque de agentes atmosfricos1 '4. Chiossi(

b) PARA EL AGRNOMO:

)egn G. P. Tscebo!a"#o$$: 0)uelo es la capa delgada parte superior del manto de

rocas en donde penetran las races de las plantas y de donde estas toman el agua y lasdem*s sustancias necesarias para su e5istencia1

c) PARA EL INGENIERO:

A. R#co % &' (el Cas!#llo: 0)uelo es el con6unto de partculas minerales, producto de ladesintegracin mec*nica o de la descomposicin qumica de las rocas pre e5istentes1.

Al$"e( R. u*#+#s: )on sedimentos no consolidados y depsitos de partculas slidasderivadas de la desintegracin de las rocas.

C"es,o -#llala: '2efinicin m*s completa, por las conclusiones a las que se arriba(

0)uelo es una delgada capa sobre la cortea terrestre de material que proviene dela desintegracin y78 alteracin fsica y78 qumica de las rocas y de los residuosde las actividades de los seres vivos que sobre ella se asientan1

)obre esta definicin nos podemos preguntar:

9u tan delgada es la capa;< 9a cuantos mm, cm, m, etc< 8 &m. corresponde;

RESPUESTA: La potencia de la capa no es f*cil de precisar< sin embargo:)e podra decir que es todo aquel espesor del globo terr*queo que es afectado porlas actividades de los seres humanos.

/=ng> ?os @era ).


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AGENTES GENERADORES DEL SUELO

+ntre los agentes fsicos que atacan la cortea terrestre y que producen cambios, tenemos:+l agua

+l sol /( 2esintegracin mec*nicaLos vientos A( 2escomposicin qumicaLos glaciares

/.0 Des#1!e2"ac#31 *ec41#ca:

0 El sol: Bl actuar sobre las rocas calienta m*s su parte e5terior provocandoaumento o disminucin de temperaturaprovocando e5pansiones fuertes queoriginan el rompimiento de capassuperficiales.

+ste proceso es conocido comoe5$ol#ac#31 que cambia de car*ctersegn el lugar, altura sobre el nivel delmar y pocas del ao.

ROCA MADRE Los cambios de temperatura producen

m*s efectos en las rocas duras comolas gneas 'granito, andesita, riolita(,que en las blandas como lassedimentarias, especialmente cuando

son de grano grueso. 2ependiendo delcoeficiente de dilatacin.

El a2ua: +n movimiento es un importante elemento de erosin.

Los ros: Bl arrastrar fragmentos angulosos de rocas provocan friccin entre ellos,hacindolos redondeados 'cantos rodados(.

La lluvia: Bl caer sobre superficies ptreas llena sus cavidades 'grietas(, cuando secongela e6erce fuerte poder de facturacin en la roca que encierra, produciendo ladesintegracin en un corto periodo de tiempo

+l olea6e: +l impacto directo del agua sobre las rocas tambin es causa de erosin.

El 6#e1!o: Contribuye a la erosin 'desintegracin( del suelo, arrastra arenas de mDdanosy los loes 'Loes: son suelos elicos(. Los taludes de los suelos arenosos, tambin sonafectados por la accin del viento, desprendiendo partculas y luego las acarrea.

Los 2lac#a"es: )on depsitos de hielo en altas montaas, e6ercen gran accin abrasiva yde transporte de materiales de la superficie de la tierra.


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CONCLUSIN:

0 Cuerpos sometidos a temperaturas altas, tienden a aumentar de volumen E Cuerpos sometidos a temperaturas ba6as, tienden a disminuir de volumen

ENTONCES: E -or efecto de las temperaturas altas se producen tensiones E -or efecto de temperaturas ba6as se producen compresiones

PRODUCTO LAS GRIETAS

'rietas, fallas, angulamientos y desplaamiento de partculas(

Bl producirse una precipitacin pluvial, el agua circula en las rocas segn lapendiente, ocupando espacios y grietas< al tenerse temperaturas ba6as se co12ela,"o(uc#71(ose la (es#1!e2"ac#31 *ec41#ca, cuyo producto final son las a"e1as.

B pesar que los agentes fsicos son de mucha importancia en la formacin de suelos,no son capaces de reducir los fragmentos rocosos en tamaos individuales menores a#.##/ mm.

8.0 Desco*,os#c#31 9u*#ca: -roducido por agentes qumicos

)e produce por agentes que atacan a las rocas y que modifican su constitucinmineral8gica. +l principal agente es el agua y los mecanismos de ataque son: Lao5idacin, la carbonataci8n y la hidratacin.

La o5#(ac#31: Reaccin qumica que ocurre en las rocas. +l agua de lluvia con el o5igenodel aire en presencia de la humedad< reaccionan qumicamente produciendo el fenmenode la o5idacin. -rincipalmente si la roca tiene hierro, se puede observar el color ro6iode algunas afloraciones.

La ca"bo1a!ac#;1: +s el ataque del *cido carbnico, anhdrido carbnico 'C#A( y agua'GA#( sobre las rocas que contienen fierro, calcio, magnesio, sodio 8 potasio. Las rocasgneas que contienen dichos elementos son descompuestas de esta manera'carbonataci8n(, obtenindose arcilla denominada caolinita.

La #("a!ac#31: +s la accin de combinar un cuerpo con el agua para formar hidratos, osea compuestos qumicos que contiene agua en su composicin. +l agua se absorbe y secombina qumicamente formando nuevos minerales.

La acc#31 (e los a2e1!es (el #1!e*,e"#s*o *e1c#o1a(os se co1oce1 e1 el *e(#o#12e1#e"


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MECANICA DE SUELOS

MECANICA: parte de la ciencia fsica que trata de la accin de las fueras sobre loscuerpos.MECANICA DE SUELOS: +s la rama de la mec*nica que trata de la accin de las

fueras sobre la masa de suelo.DEFINICIN DE >ARL TERZAG&I:0La Hec*nica de )uelos es la aplicacin de las leyes de la Hec*nica y la Gidr*ulica a losproblemas de ingeniera que tratan con sedimentos y otras acumulaciones noconsolidadas de partculas slidas, producto de la desintegracin qumica y mec*nica delas rocas1

Bctualmente se ha incorporado a la terminologa de suelos las acepciones?GEOTECNIA@ 0INGENIERBA GEOTECNICA1, lo que nos evidencia que se estatomando en cuenta los principios y la aplicacin tanto de la Hec*nica de )uelos como dela eologa y la Hec*nica de las rocas.

Goy en da es concluyente el hecho de que ?N#121 #12e1#e"o 9ue s#e1!a"es,o1sab#l#(a( !7c1#ca % *o"al (e su ,"o$es#31 (ea (e e$ec!ua" u1 es!u(#o (e lasco1(#c#o1es (el suelo cua1(o (#sea es!"uc!u"as (e c#e"!a #*,o"!a1c#a@, estasituacin determina dos caractersticas que se con6ugan: Se2u"#(a( % eco1o*a.

-or mucho tiempo y por muy diversas raones el hombre ha estudiado y sigue estudiandoel suelo sobre el cual vive, presentando varias teoras y mtodos en la solucin de losproblemas relativos al uso del mismo. )in embargo fue el distinguido investigador 2r.&arl !eraghi quiDn organi conceptos y los hio crecer hasta formar una nueva rama dela ingeniera 0La Hec*nica de )uelos1< as mismo, en cierta ocasin mencion: u#71solo co1oce la !eo"a (e la Mec41#ca (e Suelos % ca"ece (e e5,e"#e1c#a ,"4c!#ca'

,ue(e se" u1 ,el#2"o ,bl#co.

>ARL TERZAG&I

)e le conoce como el -adre de la Hec*nica de )uelos. 4aci en -raga el A de Ictubre de/JJ" y muri el AK de Ictubre de /M" en INC&ESTER H MASSAC&USSETS.Bbord problemas de ingeniera de suelos y cimentaciones. -ublic su famoso libro?ERDAUMEC&ANI&@, que en la actualidad se considera como el nacimiento de lamec*nica de )uelos< traba6o en:=nstituto !ecnolgico de Hassachussets '/AKE/A(+n la Nniversidad de Garvard '/"J(

2urante muchos aos desempeo el cargo de -residente de la )ociedad =nternacional deHec*nica de )uelos y Cimentaciones.

)e le otorgaron numerosos premios honorficos, incluido la Me(alla (e No"*a1de la)ociedad Bmericana de =ngenieros Civiles 'B.).C.+.(, en /%A, /%M y /KK.

Nniversidades de ocho pases diferentes le concedieron nueve ttulos de D". &ONORISCAUSA.


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PROPIEDADES FISICAS DE LOS SUELOS

FASES DEL SUELO' SBMOLOS J DEFINICIONES.

Consideramos el suelo como un material trif*sico constituido por partculas slidas

rodeada por espacios de agua y aire. +n efecto, con la finalidad de poder describir lascaractersticas del suelo es necesario e5presar la mecla de slidos, agua y aire.

-ara definir las propiedades fsicas utiliaremos la figura /./, la que representa de maneraesquem*tica las proporciones en volumen y peso 'masa en otros casos( de las fases queconstituyen el suelo. )e distinguen tres fases constituyentes:

. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .

. . . . . . . -a . Fase 2aseosa . a. . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . -6. . . .. Fase 2aseosa . . . -* -K Fase l9u#(a K

. . . . .. . . . . .

Fase l9u#(a -s . Fase s3l#(a . . s. . . . . . .

. . . . . . . .Fase s3l#(a . . . .

. . . . . .

.

Fase 2aseosa: Comprende especficamente el aire< pueden estar presentes otros gases'vapores sulfurosos, anhdrido carbnico, etc( que no se consideran en esta fase.Fase l9u#(a: Constituida por el agua 'libre, especficamente(, aunque en los suelospueden e5istir otros lquidos de menor significacin.Fase s3l#(a: Formada por partculas minerales del suelo 'incluyendo la capa slidaabsorbida(a) -OLMENES:

-a O @olumen del aire o de la fase gaseosa Bl agruparse las partculas minerales-K O @olumen de agua o de la fase lquida unas a otras para formar el suelo,-s O @olumen de slidos o de la fase slida quedan espacios vacos 'oquedades(-*O @olumen total de la muestra de suelo que son ocupados por el agua total -* -a -K -s 8 parcialmente.

-6 O @olumen de vacos de la muestra de suelo: -6 -a -K


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Suelo seco: Cuando la muestra de suelo no contiene la fase lquida, el mismo que noe5iste en la naturalea, solamente se obtiene en laboratorio.

O #-*O -s -K -a -s -a

Suelo !o!al*e1!e sa!u"a(o: Cuando todos sus vacos est*n ocupados por agua-*O -K -s

b) PESOS:'!ambin se puede traba6ar considerando masa(

aO -eso del aire o de la fase gaseosa MaO Hasa del aire+l -eso Hasa del aire en los poros: a' Ma' K O -eso del agua o de la fase lquida MKO Hasa del agua intersticial

sO-eso de los slidos o de la fase slida del suelo MsO Hasa de slidos*O -eso total de la muestra de suelo. M*O Hasa total de la muestra O # O # * O s K a s K M* Ms MK Ma Ms

MK

+l peso de los slidos o sea del suelo seco, es obtenido eliminando la fase lquida. Lapelcula de agua absorbida, no desaparece por completo al someter el suelo al horno atemperaturas pr*cticas. +n Hec*nica de suelos, el estado seco de un suelo se consideraque se obtiene a temperaturas de /#KPC $ //#PC.

RELACIONES DE PESOS J -OLMENES

Peso es,ec$#co (el suelo: +s la relacin entre el peso del suelo y su volumen.

"7 cmgrV

W

Volumen

Peso== !ambin se denomina ,eso 6olu*7!"#co< es decir

peso de dicho suelo contenido en la unidad de volumen.

o Peso es,ec$#co (el a2ua (es!#la(a< a una temperatura de %PC y #/ atmsfera depresin 'a nivel del mar(, es #2ual a /. 2"c*Q.

+n Hec*nica de )uelos relacionamos el peso de las distintas fases con sus volmenescorrespondientes: E1 el suelo se (#s!#12ue1 los s#2u#e1!es ,esos es,ec$#cos o ,esos6olu*7!"#cos:


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PESOS ESPECIFICOS ASOLUTOS

/.0 Peso es,ec$#co (e s3l#(os s: !ambin se denomina:-eso especfico real

s Vs

Ws=

'gr7cm

"

( -eso especfico verdadero

8.0 Peso es,ec#$#co (el a2a co1!e1#(a e1 el suelo K

QOVw

Ww'gr7cm"( )u valor vara con la temperatura y difiere muy poco del o

B temperatura #PC QO #.Kgr7cm"< a temperatura /##PC QO #.gr7cm"

+n problemas pr*cticos ambos se toman como iguales: K o / 2"c*QQ.0 Peso es,ec$#co !o!al (e la *ues!"a (e suelo:

m VmWm

= 'gr7cm"( !ambin se denomina:

-eso especfico hmedo, peso especfico aparente-eso volumtrico del suelo, peso volumtrico hmedo del suelo

PESOS ESPECIFICOS RELATI-OS S):

-eso especfico relativo: )e define como la relacin entre el peso especfico de unasustancia y el peso especfico del agua.

SOo

w

= "

"

7

7

cmgr

cmgr )=4 N4=2B2+)

/.0 Peso es,ec$#co "ela!#6o (e s3l#(os: Ta*b#71 se lla*a: G"a6e(a( es,ec$#ca

Ss

www Vs

WsVs

Ws

s

===

wVs

MsGs

=

aguadensidadparticulasdensidadGs

..= QO

densidad del agua O /###g7mm"

8.0 Peso es,ec$#co "ela!#6o (e *asa (el suelo: )e conoce como peso volumtrico relativo


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)mwww

m

Vm

WmVmWm

=== de la masa de suelo.

RELACIONES -OLUMTRICAS

)on de gran importancia, para el mane6o comprensible de las propiedades mec*nicas delos suelos y un completo dominio de su significado y sentido fsico.

/.0 Relac#31 (e 6acos e): )e llama tambin proporcin de vacos ndice de poros

eVs

Vv= +s la relacin entre el volumen de vacos y el volumen de slidos

!ericamente 0e1 puede variar desde # hasta el +n la pr*ctica, segn ?u*re Sadillo: .8 e /

e .8, se trata de arenas muy compactas con finos

e /, se trata de arcillas altamente compresibles8.0 Po"os#(a( ): -orosidad de un suelo es la relacin entre el volumen de vacos y el

volumen de su masa.

) /##xVm

Vv= Los valores de pueden variar: /

S# , es un suelo ideal con solo fase slida S# /, solo sera un espacio vaco 'imposible(.Los valores de, en la pr*ctica varan: 8 V

S# 8, )e trata de arenas muy compactas confinos

S# V, )e trata de arcillas altamente compresiblesSe21 Me!e" L. e""% H Da6#( Re#(:E1 suelos 2"a1ula"es:+stado m*s suelto: Corresponde al m*5imo volumen de vacos: em*5O #./, T O %U.MV+stado m*s denso: Corresponde al mnimo volumen de vacos: eminO #."K, T O AMV

+n la pr*ctica los valores e5tremos para suelos granulares:

Brenas bien graduadas: #.%" W eW #.MU< Brenas de tamao uniforme: #.K/ W eW #.JK Brenas bien graduadas: "#V W T W %#V< Brenas de tamao uniforme: "%V W T W %MV

E1 suelos coes#6os: La proporcin de vacos es mucho m*s alta que en suelosgranulares, ello se debe a la actividad electroqumica asociada con las partculas demineral de arcilla: #.KK W eW K < "KV W T W J"V


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Tu"ba: )e caracteria por tener alto contenido de materia org*nica y una gran capacidadpara retener y almacenar agua, los valores de 0e1 est*n en rango de /# $ /K. -or tanto, undepsito tpico de turba de ".#m de espesor podr* haber menos de "##mm materia slidaLa turba es un material muy compresible y los depsitos superficiales podrane5perimentar una deformacin del K#V o m*s si es sometido a la accin de una carga

equivalente a /.#m de suelo de relleno.Q.0 G"a(o (e sa!u"ac#31 GK): 2e un suelo e5presa la proporcin de vacos ocupada porel agua. )e define por la relacin entre el volumen del agua y el volumen de susvacos. !ambin se conoce como u*e(a( "ela!#6adel suelo.

GK) /##xVv

Vw= Los valores de Q pueden variar de: GK /

S# GK , es un suelo seco S# GK /, +s un suelo totalmente saturado

W.0 Co1!e1#(o (e u*e(a( 3 a2ua (e u1 suelo K) : +5presa la proporcin de aguapresente en el suelo. +s la relacin entre el peso de agua del suelo y el peso de sufase slida. eneralmente se e5presa en porcenta6e.

X'V( /##xWs

Ww= , tambin /##'V( x

Ms

Mww =

Te3"#ca*e1!e los 6alo"es 6a"a1 (e: K +n la naturalea la humedad de los suelos varia entre lmites muy amplios< por e6emplo:Los suelos de los valles de H5ico tienen humedades normales entre K## $ M##V+n arcillas ?aponesas se han registrado contenidos de agua de /A## $ /%##V.

.0 El co1!e1#(o (e a#"e A"): +5presa la proporcin de aire presente en el suelo. +s larelacin entre el volumen de aire y el volumen total de la muestra de suelo.

/##xVm

VaAr= # W Br W T

!abla /./: -ropiedades de algunos suelos naturales 'basadas en !eraghi y -ec /MU(EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEE Contenido de

-orosidad Relacin de humedad

@acos Q O / 2ensidad 'Hg7m"(2escripcin T 'V( e Q 'V( Yd YsEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEBrena uniforme suelta %M #.JK "A /.%% /.JBrena uniforme densa "% #.K/ / /.UK A.#JBrena bien graduada suelta %# #.MU AK /.K /.JBrena bien graduada densa "# #.%" /M /.JM A./M!ilita glacial bien graduada A# #.AK A.// A."ABrcilla glacial blanda KK /.A# %K /.A/ /.UM


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Brcilla glacial dura "U #.M# AA /.M A.#MBrcilla ligeramente org*nica blanda MM /.# U# #.A /.KUBrcilla muy org*nica blanda UK ".## //# #.MJ /.%"Brcilla montmorilonotoca blanda 'bentonita( J% K.A# /% #.%% /.AJ!urba amorfa / /# K## #./J /.#!urba fibrosa % /K /,### #.# /.#"

YdO densidad seca YsO densidad saturadaRELACIONES ENTRE e J e

Vs

Vv=

Vm

Vv=

2espe6ando tenemos: eVsVv= y nVmVv=

=gualando tenemos: nVmeVs= < despe6ando:n

eVsVm=

)abemos que: Vm = Vv + Vs

Reemplaando tenemos: VseVsn

eVs+=

+ntonces: /+= en

e nene += (/' += ene < Luego porosidad:

/+=

e

en

Bhora, proporcin de vacos: nene += nene = nne = (/' n

ne

=

/

DENSIDAD

De1s#(a( absolu!a: 2e un cuerpo es la masa de dicho cuerpo contenida en la unidad devolumen, sin incluir sus vacos. )e le puede llamar simplemente densidad.

Vs

PsDa=

Vs

Ms=

Vs

Wss =

De1s#(a( a,a"e1!e: +s la masa de un cuerpo contenida en la unidad de volumen,incluyendo sus vacos.

Vt

PsDap=

V

Ma=

Vm

Wmm=

De1s#(a( "ela!#6a: 2e un slido, es la relacin de su densidad a la densidad absoluta delagua destilada.

Dw

DaDr = , tambin

Dw

DapDr=

2onde:-s O -eso de la partcula slida en gramos @s O @olumen de slidos en Cm"

@t O @olumen de slidos m*s volumen de vacos, en cm"


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2Q O 2ensidad absoluta del agua destilada a temperatura de %PC< su valor es / gr7cm"

Los suelos que contienen partculas gruesas en su mayor parte se les determina ladensidad relativa aparente, y a los suelos que est*n formados por gran cantidad departculas finas se les determina la densidad relativa absoluta.

SUELOS PARCIALMENTE SATURADOS

@ILZH+4+) -+)I). . . . . . . .

-a . . . F.G . . . a

e-6 -K F.L K KSsK-*/e * SsK/K) . . . . . . . . . . /-s . . . F.S . . . s SsK . . . . . .

/.0 PESOS

a) Peso (e s3l#(os

s

sVs

Ws= VsWs s= < )i Vs = 1 Ws = s

Bhora, como peso esp. relativo:w

sSs

= sO )sQ Xs O )sQ

b( Peso (el a2ua

Ws

Www= Ww = wWs Ww = wSsw

c) Peso (e la *asa

Wm = Ww + Ws Wm = wSsw + Ssw Wm = Ssw!1+w"

8.0 -OLMENES


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Vs

Vve= < como Vs =1 Vv = e

Vm = Vv + Vs Vm = 1 + e

FORMULAS:

a( -ara Calcular rado de )aturacin:Vv

VwGw=

Vw

Www=

w

WwVw

= < -ero: wwSsWw = wSs

wSsVw

w

w ==

!ambin: eVv= -or tanto el grado de saturacin ser*:e

wSsGw=

b( -eso +specfico Relativo Bparente de la Hasa:w

mSm

= < -ero

Vm

Wmm=

+ntonces:w

VmWm

Sm

= wVm

WmSm

=

Reemplaando valores de Wmy Vm:w

w

e

wSsSm

(/'

(/'

++

= e

wSsSm

++

=/

(/'

c( -eso +specfico Bparente peso volumtrico parcialmente saturado: ) omm S = Reemplaando valores de Sm, tenemos:

( ) ( )

e

wSs

e

wSs wwm +

+=

++

=/

/

/

/' < Como os Ss =

e

wsm +

+=

/

(/'

!ambin )egn 0a1, reemplaando: wSs = eGw

e

eGwSs wm

+

+=

/

('


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SUELOS SATURADOS

+n un suelo saturado Q O /##V y el @v O @Q, significa que todos los vacos est*nllenos de agua< en consecuencia esta conformado por dos fases:

@ILZH+4+) -+)I)

e-6 -K F.L K -KK eK /e -* * KSse)

/ -s F.S s SsK

/.0 PESOS: Bsumiendo que Vs = 1u#

a) Peso (e S3l#(os:

VsWs

s= < Como Vs = 1 Wss= y ws Ss = wSsWs =

b) Peso (el a2ua:

Ws

Www= wVwWw = < -ero: ow = oVwWw = [

Bhora en funcin de: e

Vs

Vve= eVv = 'porque VsO / u"(< -ero VwVv = eVw =

-or tanto, reemplaando en '[(:oeWw =

c) Peso !o!al (e la *ues!"a (e suelo:

oo eSsWwWsWm +=+= ( )eSsWm w +=

8.0 -OLUMEN DE LA MUESTRA


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VvVsVm += eVm += /

FORMULAS:

a( -ara evaluar la proporcin de vacos, partimos de:

Ws

Www= '[(

Remplaamos valores de: weWw = y wSsWs = en '[(

w

w

Ss

ew

=

Ss

ew= wSse =

b( -eso especfico relativo de la masa:

w

mSm

= y

Vm

Wmm=

w

VmWm

Sm

= wVm

WmSm

=

Reemplaando: Wmy Vm, tenemos:( )

( ) w

w

e

eSsSm

++

=/

e

eSsSm

+

+=

/< tambin reemplaando valor de 0e1

wSs

wSsSm +

+=

/

(/'

Itra frmula en funcin de n< Reemplaando

=

/e en Sm

( )

+

+

=

+

+=

/

//

/

//

/

SsSs

Sm ( ) += /SsSm

c( -eso especfico de la muestra de suelo 2ensidad saturada

e

eSs wm +

+=

/

(' , tambin

wSs

wSs wm +

+=

/

(/' ws

e

eGs

++

=/


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SUELO SECO

+n su conformacin no e5iste agua, por tanto no tiene fase lquida: w = $ % Gw = $)e llama tambin: -eso volumtrico seco

@ILZH+4+) -+)I)

-6 -a F.G a

-* * s-s F.S s

FORMULAS: #

a) Xm O Xs \ Xa Xm O Xs < )abemos que:Vm

Wmm =

+ntonces:Vm

Wsm = < -or tanto, peso especfico seco:

Vm

Wsd=

b) Ta*b#71 el ,eso es,ec$#co seco se ob!#e1e a ,a"!#" (el * ,a"a u1 suelo,a"c#al*e1!e sa!u"a(o.

e

ws

m

+

+=

/

(/' < como w = $

e

s

m

+

=

/

< -or tanto:

e

s

d+

=/

c) O!"a e5,"es#31 (el ,eso es,ec$#co seco es:

+n un suelo saturado tenemos: i(e

eSsSm

++

=/

y ii( e = w Ss

Reemplaando ii( en i(, pero solo en el numerador:e

wSs

e

wSsSsSm

++

=++

=/

(/'

/

Como: m= Smo%, para gravas Cu >M, para arenas !ambin, el coeficiente de curvatura: / Cc "

Los suelos bien graduados tienen me6or comportamiento ingenierl que aquellos degranulometra uniforme.

Los suelos finos, tanto sus propiedades mec*nicas como hidr*ulicas dependen de suestructura, plasticidad e historia geolgica. +sto hace que la determinacin de lagranulometra de dichos suelos no conducan a obtener, por s sola, datos muy tilessobre ellos.

Los suelos bien graduados cuando se compactan, se obtiene un mnimo de vacos, lo queno sucede con suelos uniformes 'gran cantidad de vacos(.

Ub#cac#31 (el D:E Nbicamos en el e6e V que pasa el valor de M#VE Levantamos una perpendicular al este e6e hasta cortar la curva ' tambin una paralela al

e6e ], hasta cortar la curva(.E B partir del punto de corte ba6amos una perpendicular al e6e ], entonces en el punto de

corte del e6e ] se obtiene la lectura 'di*metro en mm( que corresponde a 2 M#.

2e la misma forma se procede para hallar el 2/#y 2"#

PROLEMA: +l ensayo de an*lisis granulomtrico por tamiado de un sueloproporciona la siguiente informacin:

-eso total de la muestra hmeda antes del ensayo: /J# grsContenido de humedad : AKV

!ami : 4P/# 4PM# 4PA## -eso retenido 'grs(: "K /J AK


32/90

+l %#V de las partculas que pasan el tami 4PA## son mayores que #.#Kmm, y /#grs sonpartculas de di*metro mayor que #.#%mm.

a( 2ibu6ar la curva granulomtricab( Gallar los coeficientes de uniformidad 'Cu( y curvatura 'Cc(.

SOLUCION:

+l an*lisis granulomtrico por tamiado se traba6a con muestra seca, entonces se debecalcular el peso de slidos.

Ws

WsWmw

=V /=

Ws

Wmw

Ws

Wmw =+/

/+

=

w

WmWs

/%%AK.#/

/J#=

+=Ws grsWs /%%=

)ignifica entonces que /WW2"s es el / (e la *ues!"a seca, con la cual procedemos arealiar los c*lculos del an*lisis granulomtrico.

Ta*# Abe"!u"a Peso ,a"c#al "e!e1#(o ue ,asa **) "e!e1#(o 2") Re!e1#(o acu*ula(o la *alla4P/# A.### "K A%."/ A%."/ UK.M

4PM# #.AK# /J /A.K# "M.J/ M"./4PA## #.#U% AK /U."" K%./% %K.JM

#.#K AM /J.#K UA./ AU.J/ #.#% /# M.% U./" A#.JUPLATILLO Q 8.XQ /

El W (e ,a"!culas 9ue ,asa1 el !a*# N]8 so1 *a%o"es (e .**:

-eso retenido en malla 4PA##: "K\/J\AK O UJgrs-asan la malla 4PA## : /%% $ UJ O MMgrs

+ntonces: MMgrs /##V

] %#V grsx

9 %#.AM/##

%#MM== , quedan retenidos


33/90

Pa"a /2"s so1 ,a"!culas *a%o"es a .W**:

uiere decir que los /#grs son retenidos en un tami terico de #.#%mm de di*metro.

T"aa*os la cu"6a 2"a1ulo*7!"#ca:

% Q P PECIFICACIONES

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00

ABERTURA EN mm.

AB ERTURA EN PULGADAS1/ 2" 3/ 4" N 4 N 10 N N N N 100 N 200

%

Q

U

E

P

A

S

A

1/

REPRESENTACION

/.U#M#.#

%AM.#

/#

M#===

D

D4u %U.#

#M#.#%AM#

(//.#'

/#M#

("#' AA=

==

xxDD

D4c

-ara suelo bien graduado debe cumplirse que: /Cc", como Cc O #.%U, no cumple dichacondicin< por tanto es un suelo uniforme o pobremente graduado.

PROCEDIMIENTO EFECTUANDO LA-ADO DE LA MUESTRA.

/.E )e toma una muestra representativa de unos A#.#g y se seca al sol o en horno, unas/A horas.

A.E -or medio de cuarteos, de la muestra mencionada, se sacan unos A.#g.


34/90

".E Los A.#g de muestra se hacen pasar por las mallas de: A1, / 1, /1, 1, "7J1,y 4P%,luego se pesa las porciones de muestra retenidas en cada una de las mallas.

%.E 2e la muestra de suelo que pasa la malla 4P% se toma una cierta cantidad

'generalmente A##gr( y se coloca en un vaso con agua, de6ando que el material seremo6e unas /A horas.K.E Con un agitador met*lico se agita el contenido del vaso durante un minuto y se vaca

luego sobre la malla 4PA##, luego se procede nuevamente a vaciar el material al vasolavando la malla en posicin invertida< se agita nuevamente el agua del vaso y serepite el procedimiento tantas veces como sea necesario hasta que no se enturbie elagua al ser agitada.

M.E )e elimina el agua y se pone la muestra a secar en un horno a temperatura constante.

U.E )e pesa y por diferencia a los A##gr se obtiene el porcenta6e que pas la malla 4PA##.

J.E )e vaca el material que pas la malla 4P% y se retuvo en la malla 4PA## para quepase lo correspondiente por las mallas 4Ps /#, A#, %#, M#, /## y A##, pesando losretenidos.

.E Conociendo los pesos parciales retenidos desde la malla de A1 hasta la A## se obtienenlos porcenta6es retenidos parciales, los porcenta6es retenidos acumulados y losporcenta6es pasando.

Es necesario aclarar que;


35/90

por una lnea vertical y un suelo con curva granulomtrica bien tendida indicar* granvariedad de tamaos.

PROLEMA: +n un an*lisis granulomtrico por mallas, se obtienen los resultados quesiguen 'peso de la muestra /J,U/Kgrs( . Calcular y dibu6ar la granulometra del material.

Ta*# Abe"!u"a Peso ,a"c#al "e!e1#(o ue ,asa **) "e!e1#(o 2") Re!e1#(o acu*ula(o la *alla

Q@ Y.8 . #.# #.# /##8@ .X . #.# #.# /##

/ ^@ QX./ /V /#.%U /#.%U J.K" /@ 8.W 8Q8 /A.%# AA.JU UU./" _@ /V./ 8Q/ /A."% "K.A/ M%.U

QX@ V.8 QY /.UU K%.J %K.#A N]W W.Y /X .J M%.JU "K./"Pasa la *alla N]W Y "K./" /## #.## SUMA /XY/ /##

2e los MKUKgr que pasan la malla 4>%, por medio de cuidadosos cuarteos, se tomaron ypesaron A##gr para efectuar la granulometra chica por lavado, obteniendo los resultados:

Ta*# Abe"!u"a Peso ,a"c#al "e!e1#(o ue ,asa **) "e!e1#(o 2") Re!e1#(o acu*ula(o la *alla

N]/ 8. Q/. K.K" U#.%# A.M#

8 .XW 8. %.MU UK.#U A%." W .W8 8X.X K.#M J#./" /.JU .8 88. ".JM J". /M.#/ / ./WV 8W.Y %."% JJ."" //.MU 8 .YW /X. "./M /.% J.K/Pasa la *alla N]8 WX.W J.K# /## #

SUMA 8. "K

C*lculo del V parcial retenido: K".K/"."KA##

K."/=x MU.%/"."K

A##

M.AM=x

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00


36/90

PLASTICIDAD DE SUELOS


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CUR-A REAL CUR-A IDEALIZADA

Las a"c#llas: !ienen un comportamiento con rango el*stico muy r*pido< tambin tienenun rango pl*stico. +s un material elas!o,l4s!#co.

LIMITES DE CONSISTENCIA O DE ATTERERG

Los lmites de consistencia permiten conocer la plasticidad de un suelo y se consideracomo fronteras convencionales en base al contenido de humedad. Hediante estos sepuede tener una idea del tipo de suelo en estudio.

Los lmites de consistencia se determinan con muestras de suelo que pasan la malla4P%#. A!!e"be"2 'cientfico )ueco( estableci cuatro estados de consistencia de lossuelos coherentes< para mayor claridad se emplea el siguiente gr*fico:

LC LP LL

Q O # QLC QL- QLL QV=ncremento de la humedad

Es!a(o s3l#(o Es!a(o se*#s3l#(o Es!a(o ,l4s!#co Es!a(o l9u#(o

L#*#!es (e A!!e"be"!: )on contenidos de humedad.

a( L*#!e l9u#(o LL): Contenido de humedad, frontera e5istente entre el estado

lquido y el estado pl*stico del suelob( L*#!e ,l4s!#co LP): Contenido de humedad, frontera e5istente entre el estado

pl*stico y el estado semislido

c( L*#!e (e co1!"acc#31 LC): Contenido de humedad, frontera e5istente entre elestado semislido y el estado slido del suelo. !ambin se define como elcontenido de humedad a partir del cual el suelo ya no disminuye de volumen alsometerlo a un proceso de secado.

B1(#ce ,l4s!#co I,): )e obtiene por la diferencia entre los valores de lmite lquido 'LL(

y lmite pl*stico'L-(.


38/90

E +l ndice pl*stico '=-( indica el rango de humedad a travs del cual los suelos concohesin tienen propiedades de un material pl*stico.

Cuando: =p /U )uelo altamente pl*stico

Se21 A"!u" Casa2"a1(e:

E Comparando suelos de igual lmite lquido con ndice de plasticidad que aumenta, lacompresibilidad es la misma, la constante de permeabilidad disminuye, la tenacidadcerca del lmite pl*stico aumenta, y tambin aumenta su resistencia en seco.

E Comparando suelos de igual ndice pl*stico con lmite lquido que aumenta, lacompresibilidad aumenta, la constante de permeabilidad aumenta, y tanto la tenacidadcerca al lmite pl*stico como la resistencia en seco disminuyen.

LIMITE LIUIDO+s un contenido de humedad e5presado en porcenta6e con respecto al peso de la muestraseca, con el cual el suelo cambia del estado lquido al pl*stico.

E +l lmite lquido se determina en laboratorio en la Copa de Casagrande.E Los suelos pl*sticos en lmite lquido tienen una resistencia muy pequea al esfuero de

corte, que segn Btterberg es de AK gr7cmA.

PROCEDIMIENTO PARA DETERMINAR EL LIMITE LIUIDO EN

LAORATORIO

/.E !omar apro5imadamente /##grs de muestra de suelo que pasa la malla 4P%# ycolocarlo en una C*psula de porcelana< luego se prepara una mecla pastosa,homognea y de consistencia suave, agregando agua.

A.E -arte de esta mecla se coloca con una esp*tula en la Co,a (e Casa2"a1(e,formando una torta alisada de espesor /.#cm en la parte de m*5ima profundidad.

E Nna altura mayor a /.#cm, disminuye el valor del lmite lquido, y E Nna altura menor, aumenta dicho valor.

".E )e divide la muestra de suelo de la Copa de Casagrande en la parte media con unranurador, de ranura de forma trapeoidal de las siguientes caractersticas:

// mm . . . . . :..:..:..:. : : : : .

. . . . . . . . . . . . . . . : .E : : : : : : : 1O/.AUmm : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :


39/90

: : : : : : : : : : : : : : : : : : :

Amm

E +l ranurador se debe mover de arriba hacia aba6oE +n suelos arenosos es preferible hacer uso del ranurador laminar en ve del trapeoidal,

ya que ste ltimo al ranurar no rebana al suelo sino que lo desplaa, lo que provoca quese rompa la adherencia entre el suelo y la copa< por tanto los resultados no son correctos.

%.E Gecha la ranura sobre la muestra de suelo, se acciona la copa a ran de #/ golpe7seg'#A golpes7seg(, contando el nmero de golpes. 2ebiendo cerrar la ranura en su parteinferior 1 '/.AUcm( en forma longitudinal.

K.E +l nmero de golpes debe estar comprendido entre M y "K< luego tomar una cantidad

de muestra '/# grs apro5imadamente( de suelo de la ona pr5ima a la ranuracerrada, y se procede a determinar el contenido de humedad en forma inmediata: N/ K/

M.E )e repite los pasos del A al K hasta obtener " % lecturas:

4/ Q/ 4" Q" 4A QA 4% Q%

U.E Con los datos obtenidos se grafica estos resultados en papel semilogartmico< en el e6evertical los contenidos de humedad y en el e6e horiontal el nmero de golpes,obtenindose la

cu"6a (e $lu#(e.

Q/

Curva de QA fluide

C KLL Q"

w4


40/90

4/ 4A 8 4" 4% N 'log(

E La curva de fluide se a6usta a la ecuacin de la recta, de la forma: J *[ bJ.E +n la curva de fluide ubicamos 'en e6e horiontal, logartmico( el punto 4 O AK

golpes, y en el e6e vertical ubicamos su respectivo contenido de humedad X LL< el cualcorresponde al valor del Lmite Lquido.E Conceptualmente, el lmite lquido es el contenido de humedad con el cual la ranura en

la copa de casagrande cierra con AK golpes.

E +n lmite lquido los suelos tienen un esfuero cortante: A7AK cmgrF= < es decir vienehacer la resistencia del suelo al corte.

E +l rango entre M y "K golpes, es el intervalo en que la curva de fluide puedeconsiderarse recta.

OTRA FORMA: B partir del paso K

K.E Se ob!#e1e u1a ,"#*e"a lec!u"a: Cuando se tiene un valor consistente de 4ro degolpes entre M y "K

E )e toma apro5imadamente /#grs de muestra de la ona pr5ima a la ranura y sedetermina su contenido de humedad de inmediato.

E )e repite este ensayo, de modo que se tenga dos grupos de A a " contenidos de humedad.

I GRUPO +ntre M y A# II GRUPO +ntre AK y"K A E " golpes A $ " golpes

Contenidos de humedad Contenidos de humedad

M.E )e unen los A " puntos marcados del intervalo entre M y A# golpes con una lnearecta y se seala el punto medio.

)e hace lo mismo para los puntos del intervalo entre AK y "K golpesU.E )e conectan los dos puntos medios con una lnea recta y se obtiene la curva defluide.

XV

[

[

[


41/90

[

4 'log( /# A# /##

ECUACIN DE LA CUR-A DE FLUIDEZ

Como la ecuacin de la curva de fluide se a6usta a la ecuacin de la recta: J *[ b,se tiene:

J K [ lo2N) K 0 I$ lo2 N C* 0 I$ b C

)e trata de una recta con pendiente negativa * 0 I$

KO Contenido de humedad 'V en peso de humedad(

I$O ndice de fluide 'fluencia(, indica la pendiente de la curva de fluide. +s igual ala variacin del contenido de humedad en un ciclo de escala logartmica.

NO 4mero de golpes.

CO Constante, correspondiente al contenido de humedad cuando la ranura cierra con

un golpe en la copa de Casagrande. )e calcula prolongando la curva de fluidehasta cortar el e6e 'Q( de contenido de humedad.

CALCULO DE LA PENDIENTE: )e calcula de la misma forma que la pendiente deuna recta, tomando un ciclo logartmico.

)abemos que:x

%m=

A/

A/

99

::m

= < luego entonces:

A/

A/

loglog ??

WWE8

= , Bs: ('/#/#log/log

A/A/A/ WW

WWWWE8 =

=

=

IMPORTANTE:

E La resistencia del suelo a la deformacin en los lados de la ranura hecha, es laresistencia al corte del mismo< por tanto el nmero de golpes necesarios para cerrar laranura es una medida de la resistencia al corte del suelo a ese contenido de humedad.


42/90

E Los suelos con curvas de fluide planas poseen una mayor resistencia al corte queaquellos que tienen mayor pendiente.

OTROS METODOS PARA DETERMINAR EL LIMITE LIUIDO

/.0 DETERMINACIN DEL LIMITE LIUIDO USANDO FORMULA:

+n base a que la curva de fluide a escala semilogartmica es una lnea recta,ILLIAM LAMEha sugerido el empleo de la siguiente e5presin:

LL O (AK

'?

w #./A/ LLO Lmite lquido KO -orcenta6e de humedad arbitraria del suelo

KO -orcenta6e de humedad arbitraria del suelo NO 4P de golpes necesario para cerrar la ranura en la Copa

de Casagrande, correspondiente a la humedad 'Q(.

E +n consecuencia, usando la ecuacin de Lambe, se puede calcular el LL de un suelo consolo una lectura de 4P de golpes y contenido de humedad.

E )ituacin que permite ahorro de tiempo y la variable operadorE La frmula de Lambe permite calcular el LL con suficiente grado de precisin, siempre

y cuando se amase la pasta con un contenido de humedad que cumpla la condicinimprescindible de que 4P de golpes '4( est comprendido entre A# y "#.

E +n ensayos de investigacin se debe hacer uso del mtodo de laboratorio.

La frmula de Lambe se puede simplificar como: LL K.F < donde F O (AK

'? #./A/

F O factor de correccin4 A# A/ AA A" A% AK AM AU AJ A "#

F #.U"% #.UA #.J%U #.## #.K/ /.# /.##%J /.##% /.#/"J /.#/MA #.#AA"

OTRO METODO

E +stando el material en la Copa de Casagrande con la ranura hecha 'conforme alprocedimiento normaliado(.

E -roceder a dar AK golpes y ver si la ranura cierra los /A.Umm '/7A1(.E +n caso de no producirse lo anterior, se recoge la muestra. )e agrega agua a la pasta sehace secar un poco, segn sea el caso.

E )e repite el proceso hasta conseguir que, con AK golpes la ranura cierre 1 '/A.Umm(.E )e e5trae de la muestra una determinada cantidad y se procede a determinar la humedad.E Luego, se procede a calcular el lmite lquido mediante la relacin:


43/90

/##/## xWs

Wwx

Ws

WsW3


44/90

Las pruebas de LL y L-, sin embargo, se realian sobre muestras remoldeadas desuelo y por tanto no pueden esperarse que refle6en las caractersticas delcomportamiento ingenierl.La funcin principal de estas pruebas es proporcionar bases para clasificar suelosarcillosos y no proporcionar criterios de comportamiento ingenierl.

+6emplo:

2atos de determinacin del lmite pl*stico

Iperador: Fecha: Huestra : 2el &m /A \ "K# Sase del camino: ?uliaca E Lampa

Recipiente 4P K M

a( Xh \ Xr 'gr( -eso de la muestra hmeda \ recipiente %%.J# %U.AM

b( Xs \ Xr 'gr( -eso de la muestra seca \ recipiente %%.AK %M."%

c( XQ 'gr( -eso del agua #.KK #.A

d( Xr 'gr( -eso del recipiente %/.JU %A.U#

e( Xs 'gr( -eso de la muestra seca A."J ".M%

f( -orcenta6es de humedad 'L- O XQ7Xs5/##( A".// AK.AU

/.A%A

AU.AK//.A" =+=


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L- EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEE '4L-,L-(

4/ AK 4L-

Cu"6a (e $lu#(e: +n punto / X/O E =f log 4/\ C+n punto A XAO E =f log 4A\ C

-ara una misma curva de fluide, tenemos: X y 4 )on variables independientes =f y C )on constantes

-or consiguiente, los puntos: 'AK,LL( y '4L-,L-( < deben satisfacer la curva de fluide

/.0 E1 caso (e co1oce" el l*#!e l9u#(o:

X O E =f log 4 \ C LL O E =f log 4LL\ C /) LL O E =f log AK \ C

8.0 E1 caso (e co1oce" el l*#!e ,l4s!#co: 8) L- O E =f log 4L-\ C

Conocemos que: ('8?= ?=

+n LL: 4LLO / A>/ /O esfuero cortante para LL /O AKgr7cmA

+n L-: 4L-O A 8O esfuero cortante en lmite pl*stico A O ; +ntonces para L-, el suelo tiene un A

Reemplaando los valores de 4LL y 4L-, en /) y 8), tenemos: LL O E =f log /\ C Q) L- O E =f log A\ C W)

Con el ob6eto de obtener Adebemos restar la ecuacin Qmenos W

LL $ L- O =f log A E =f log / log A$ log /E8

Ep=

=p O =f 'log A$ log /( log A+=

E8Ep

log /

E8

Eplog= A E log / A O loglog' +

E8

EpAnti /(

=E8

Ep

/

Alg

/

Alog

=

E8

Ep A O +

E8

EpAnti log' log AK(

Resistencia que ofrece el suelo al corte


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+n Lmite -l*stico, el esfuero cortante constituye la tenacidad del suelo. La tenacidad,es la resistencia que presenta el suelo a la fractura o deformacin.B1(#ce (e Te1ac#(a( I!): Hide la tenacidad del suelo.

E8

Ep

=/

Alog

=t E8

Ep

= / =t "

IMPORTANTE:

E Los suelos con curvas de fluide de pendiente plana poseen mayor resistencia al corteque aquellos que tienen pendientes m*s pronunciadas, ya que el nmero de golpes en laprueba de lmite lquido es una medida de dicha resistencia a ese contenido de humedad.

E +l lmite pl*stico es muy afectado por el contenido org*nico del suelo, ya que eleva suvalor sin aumentar simult*neamente el lmite lquido. -or tal ran con contenidoorg*nico tiene ba6o ndice pl*stico y lmites lquidos altos.

Co1s#s!e1c#a "ela!#6a C.R): +s caracterstica de los suelos cohesivos, se determina enfuncin de los lmites de consistencia:

Ep

w


47/90

=LOEp


48/90

OBRA : ESTUDIO CARRETERA PUSI-CAPACHICA

PROGRESIVA : Km. 19+360 TECNICO : .A.

MUESTRA

: CANTERA DE PIEDRA AR.DER. A 100 m. DE E!E DE "A

CARRETERA

FECHA : #$#%$#001 ING. RESPONSABL

LIMITE LIQUIDO

N de tarro #0 1' 0'

Tarro + Suelo Hmedo #'.0' #'.04 #4.41

Tarro + Suelo Seco #3.0' ##.96 ##.43

Agua #.00 #.0% 1.9%

Peso del Tarro 14.9' 14.90 1'.00

Suelo seco %.10 %.06 (.43

% de Humedad #4.69 #'.%1 #6.6'

N de Golpes 30 #4 1%

LIMITE PLASTICO

N de tarro #1 11

Tarro + Suelo Hmedo ##.3( #1.(1

Tarro + Suelo Seco #1.11 #0.'(

Agua 1.#6 1.14

Peso del Tarro 14.90 14.99

Suelo seco6.#1 '.'%

% de Humedad #0.#9 #0.43

L.L. = 25.50% L.P. = 20.36% I.P. = 5.14%

40 '030 60 (0 %0 90#'


49/90

PROLEMA: +n un ensayo de plasticidad se obtuvo los siguientes resultados:

4P de golpes /K AA "#

X 'V( JK J# UM U%Bdem*s se encontr que Lp O "AV )e pide calcular:


50/90

-RISL+HB: Nsando la copa de Casagrande se ha observado que la ranura cierra con AKgolpes para un contenido de humedad de %MV< este suelo tiene un Lp O //.AV y unndice de tenacidad de A.K. B partir de estos datos se pide calcular:

a( +l contenido de humedad con el cual cerrara la ranura con #/ golpe.

b( +l valor del esfuero cortante en el lmite pl*stico)ILNC=4

4 O AK golpes Q O %MV O LLLp O //.AV=t O A.K

C*lculo del =p O ;

=p O LL $ Lp O %M.# E //.A =p O "%.JV

C*lculo del =f O ;

=t O =p7=f A.K O "%.J7=f =f O /".A

a) C4lculo (el co1!e1#(o (e u*e(a( co1 el cual ce""a"a la "a1u"a co1 /2ol,e: C `

-artiendo de la ecuacin de la curva de fluide: C O Q \ =f log 4

+n: LL O Q O %MV< la pendiente no vara porque se trata del mismo suelo

C O %M \ /".A log AK

C O MK.%KV

b) C4lculo (e 8`

=t O log A7/ Como: /O AK gr7cmA

=t O log A E log/ log A O A.K \ log AK log AO ".JULog A O =t \ log / AO antilog ".JU A O U#K gr7cmA

A O U.# g7cmA


51/90

LIMITE DE CONTRACCIN

+l lmite de contraccin 'Lc( de un suelo se define como el porcenta6e de humedad conrespecto al peso seco de la muestra, con el cual la "e(ucc#31 (e a2ua 1o ocas#o1a %a(#s*#1uc#31 e1 el 6olu*e1 (el suelo

La diferencia entre el lmite pl*stico y el lmite de contraccin se llama ndice deContraccin '=c( y seala el rango de humedad para el cual el suelo tiene una consistenciasemislida.


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El ,"oce(#*#e1!o a se2u#" es el s#2u#e1!e:

a( )e determina el volumen del vasito de porcelana llen*ndolo con mercurio lquidoy nivelando su superficie con placa lisa de cristal. Gabindose llenado el vasito,para medir su volumen se vaca el mercurio en la probeta graduada.

b( !omar "#gr de muestra de suelo que pasa la malla 4P%# y aadir agua as!a$o"*a" u1a *ecla ,as!osacuya consistencia sea, apro5imadamente, la mismaque la que tiene el suelo cuando su contenido de humedad es igual al lmitelquido.

c( -ara lograr que la muestra no se adhiera a las paredes del vasito de porcelana,estas deben cubrirse con una capa muy delgada de vaselina o de aceite.

d( Colocar la capa pastosa en el vasito de porcelana en tres capas iguales y se golpeasobre una superficie lisa hasta obtener una distribucin uniforme de la muestra.

e( Nna ve lleno el vasito con la muestra pastosa, se alisa la superficie quitando elmaterial sobrante con la regla met*lica. +l volumen de esta masa de materialhmedo ser* igual a la del vasito de porcelana '@h O @m(.

f( )e pesa el vasito de porcelana con la masa pastosa 'Xh O Xm(, y antes decolocarlo en el horno debe de6arse secar un poco al aire libre.

g( Colocar el vasito con la muestra al horno a una temperatura de /##E//#PC, paraobtener muestra seca.

h( )acar del horno el vasito con la muestra seca y estando a temperatura ambienteproceder a pesarlo y registrar dicho peso 'Xs(.

i( 2eterminar el volumen de slidos '@s( de la muestra de la siguiente forma:

E Llenar el vasito de cristal con mercurio lquido y nivelar su superficie con laplaca de vidrio que tiene agu6as.

E =ntroducir el suelo seco cuidadosamente, evitando las burbu6as de aire en el vasolleno de mercurio, empu6*ndolo con las agu6as de la placa de vidrio. Bl introducirseel suelo seco desalo6ar* una cantidad de mercurio igual a su '@s(.

6( Calculamos el lmite de contraccin mediante la frmula:

/##('

/##('

. xWs

VsV3wx

Ws

VsV3WsW34& >8 &

Q >Q

1 >1

>-

>/' >8' >Q .' >1 O Coeficientes de permeabilidad de cada estrato/'8' Q....... 1 O +spesorvvves de los estratos& O +spesor total de la masa de suelo O/ 8 Q ...... 1

/.0 Co1(uc!#6#(a( #("4ul#ca ,a"a $luo ,a"alelo a los es!"a!os >&):

Considerando una *rea 0a1 en cada estrato y tomando una profundidad de /.# m/. #/, entonces:q/O a/.v/O a/.&/.i O h/.&/.i

2e la misma manera: qAO aA.vAO aA.&A.i O hA.&A.i q"O a".v"O a".&".i O h".&".i

qnO an.vnO an.&n.i O hn.&n.i

Bs, la velocidad media de descarga es:

@O &.i O =++++

++++=

n

n

3333

>>>>

K

I

.....

.....

"A/

"A/

(.......'/

(.....'/

AAAA// nnnnKiJiKJ

Kvavava

K++=+++

JK =K

/!J131 + J(3( + J#3#+ LL + Jn3n"

8.0 Co1(uc!#6#(a( #("4ul#ca ,a"a $luo ,e",e1(#cula" a los es!"a!os : )e tiene que:

@ O & . i -or consiguiente el valor medio de la constante de permeabilidad o conductividadhidr*ulica para flu6o vertical es:

vJv)i Jv e1 se1!#(o o"#o1!al:

&G OK

/' &/h/\ &AhA\ &"h"( < 2ato del problema: h/O hAO h G O

"h

&GO3

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Po" !a1!o la "elac#31 es (e 8Q a /

COMPACTACION

La compactacin de suelos es el fenmeno artificial que tiene como finalidad elreacomodo de las partculas del suelo, disminuyendo al m*5imo el volumen de vacos,logrando de este modo:

E Bumentar la resistencia del suelo

E 2isminuye la compresibilidad del sueloE +limina al m*5imo la proporcin de vacosE )e incrementa el peso especfico seco y por tanto aumenta la resistenciaE 2isminuye la capacidad de deformacin

La compactacin de suelos es de mucha importancia y se halla ntimamente relacionadacon la pavimentacin de carreteras, vas urbanas, pistas de aterria6e, etc.


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La falta de una adecuada compactacin, es causa de muchas fallas en los pavimentos. Laes!ab#l#(a( (e u1a ob"a 6#al e5#2e' e1!"e o!"as cosas' 9ue los !e""a,le1es % las(#$e"e1!es ca,as (e u1 ,a6#*e1!o se alle1 (eb#(a*e1!e co*,ac!a(os. Lacompactacin se realia utiliando equipos especiales, como: Bplanadoras, rodillos lisoso 0pata de cabra1 y vibraflotadores. Gay una gran variedad de equipos de compactacin.

B fin de que el material a compactarse alcance la mayor densidad posible en el terreno,deber* tener una humedad adecuada en el momento de la compactacin. +sta humedadpreviamente determinada en laboratorio se llama 03umedad Cptima1 y la densidadobtenida se conoce con el nombre de 0densidad m6xima o peso volumtrico secom6ximo1 'peso especfico seco m*5imo(.

-roctor encontr que aplicando al suelo cierta energa para compactarlo, el pesovolumtrico obtenido vara con el contenido de humedad segn una curva en la cual sepuede observar la e5istencia de un grado de 3umedad'3,!#*a( con el cual se obtiene elpeso volumtrico m6ximopara ese suelo y esa energa de compactacin.

(Curva peso volumtrico seco E

Gumedad(*45

[[ [

[ [

o (e u*e(a(

E La abscisa oO Gumedad ptimaE La ordenada (*a5 O -eso volumtrico seco m*5imo 'peso especfico seco

m*5imo(-roctor propuso la prue&a de compactaciCn que hoy lleva su nombre: P"ueba (e,"oc!o"< esta prueba consiste en colocar tres capas iguales de suelo humedecido en uncilindro con un volumen de /7"# de pie cbico y darle AK golpes a cada capa con un pisn

de A.K g 'K.K lb( de peso cayendo desde una altura de "# cm.

-osteriormente, diversas organiaciones dedicadas a la construccin de terraplenes paradiversos usos han establecido diferentes normas para e6ecutar la prueba de compactacindin*mica variando el nmero de golpes, el nmero de capas de suelo colocado en suinterior, la altura de cada del pisn, etc. La introduccin de tales modificaciones ha dadocomo resultado que se obtengan diferentes pesos volumtricos m*5imos y humedadesptimas, segn la energa por unidad de volumen de suelo compactado empleada en cada


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norma. +sto ha sido consecuencia del me6oramiento en el equipo de compactacinactualmente en uso con relacin al de hace aos.

2icha energa puede estimarse en funcin de la energa din*mica total entregada al sueloy calcularse con la frmula:

V

3Wn?

...= < donde:

+ O +nerga especfica de compactacin en &gEcm7cm"

X O -eso del pisn en g : A.K gh O Bltura de cada del pisn en cm : "# cmn O 4mero de capas de un suelo compactado : "4 O 4mero total de golpes del pisn por capa : AK@ O @olumen total del suelo compactado 'cm"( : %% cm"

Pa"a ,"oc!o" es!41(a": ".M cmcmg=

Pa"a ,"oc!o" *o(#$#ca(o: ".

A.AUcm

cmg=

PRUEA DE PROCTOR ESTANDARLa prueba de -roctor se refiere a la determinacin del peso por unidad de volumen 'peso

especfico( de un suelo que ha sido compactado por un procedimiento definido paradiferentes contenidos de humedad. +sta prueba tiene por ob6eto:

a( 2eterminar el ,eso 6olu*7!"#co seco *45#*o ( *45 que puede alcanar unmaterial, as como la u*e(a( 3,!#*a o, a que deber* hacerse lacompactacin.

b( 2eterminar el 2"a(o (e co*,ac!ac#31 alcanado por el material durante laconstruccin o cuando ya se encuentran construidos los caminos, aeropuertos ycalles, "elac#o1a1(o el ,eso 6olu*7!"#co ob!e1#(o e1 el lu2a"' co1 el ,eso6olu*7!"#co *45#*o P"oc!o".

EUIPO REUERIDO:

E Nn molde de compactacin constituido por un cilindro met*lico de %1 de di*metrointerior, por % 1 de altura y una e5tensin de A y 1 de altura y del mismodi*metro.

E Nn pisn met*lico K.K lb 'A.K g( de peso, con superficie circular de apisonado deA1 de di*metro

E Nna gua de l*mina de forma tubular de "K cm de largo, apro5imadamenteE Nna regla met*lica con arista cortante de AK cm de largo, apro5imadamente.


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E Nna balana de A# g de capacidad y /.# gr de apro5imacinE Nna balana de A## gr de capacidad y #.#/ gr de sensibilidad para

determinaciones de humedadE Nn horno que mantenga la temperatura constante de /## $ //#PCE C*psulas para determinacin de humedad

E Charolas de l*minaE Nna probeta graduada de K## cc.

PROCEDIMIENTO:

E +l material para la prueba se obtiene por cuarteos de una muestra de " gpreviamente secado al sol, la muestra esta constituida por material que pasa lamalla 4P %, o que tiene un retenido m*5imo del /#V con esta malla, pasando todopor la de "7J1

E Luego se tamia por la malla 4P /#, y los grumos que se hallan retenido sedisgregan perfectamente y se vuelve a tamiar por la misma malla, continu*ndose

este proceso hasta que las partculas que se retengan en la malla no puedan ya serdisgregadas.E !erminada esta operacin, se mecla perfectamente todo el material y se adiciona

la cantidad de agua necesaria para iniciar la prueba.E La cantidad de agua que se adiciona deber* ser la necesaria para que una ve

repartida uniformemente presente el material una consistencia tal que al sercomprimido en la palma de la mano no de6e partculas adheridas a ella ni lahumedeca, y que a la ve el material comprimido pueda tomarse con dos dedossin que se desmorone.

E +l material que contiene ya la humedad necesaria para iniciar la prueba se tamiapor la malla 4P %, se mecla para homogeniarlo y se compacta en el moldecilndrico en tres capas apro5imadamente iguales.

E La compactacin se hace empleando el pisn met*lico de A.K g, el cual se de6acaer desde una altura de "# cm utiliando la gua para mantener constante laaltura de cada.

E 2eber*n darse AK golpes repartidos uniformemente para apisonar cada capaE Nna ve apisonada la ltima capa se remueve la e5tensin y se elimina el

e5cedente de material del molde cilndrico por medio de la regla met*lica y sepesa ste con todo su contenido .

E B continuacin se saca la muestra compactada del cilindro y se e5trae unapequea cantidad del coran de la muestra para determinar su humedad.

E La muestra que ha sido removida del molde cilndrico se desmenua hasta quepasa de nuevo por la malla 4P % , se aaden M# cc 'AV en peso( de agua y serepite el procedimiento descrito.

+sta serie de determinaciones continan hasta que la muestra est muy hmeda y sepresente una disminucin apreciable en el peso del suelo compactado.

El ,eso 6olu*7!"#co *e(o ,eso es,ec$#co (e la *ues!"a *): se calcula con lafrmula:


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Vt

W33 = m O

Vm

Wm donde:

hO mO -eso volumtrico hmedo en gr7cm" '-eso especfico de la muestra(Xh O Xm O -eso del material hmedo compactado en el molde en gr 'peos de la

muestra( @t O @m O@olumen del molde en cm"

Los co1!e1#(os (e u*e(a(:se calculan por la frmula:

/##xWs

WsWmw

=

El ,eso 6olu*7!"#co seco ,eso es,ec$#co seco (): para cada peso volumtrico hmedoy su correspondiente humedad se calcula por la frmula:

dO /##/ w

m

+

PROLEMA: Calcular el grado de compactacin alcanado en la construccin de unterrapln, sabiendo que el suelo se ha compactado con un d O /.JK gr7cm" y en ellaboratorio se ha analiado el ensayo de -roctor est*ndar con los siguientes resultadosque se consignan en la ho6a de datos:

ENSAJO DE PROCTOR

F#1al#(a(: Calcular el grado de compactacin Peso (el ,#s31 : A.K gN] ca,as: " Al!u"a (e ca(a : "#.K cmN] (e 2ol,es ,o" ca,a: AK -olu*e1 (el *ol(e: %% cm"

DATOS PARA CALCULAR: *-RN+SB 4P / A " % K

a( -eso del suelo hmedo \ pesodel molde 'gr( "JM# "KK %#J# %#K "#

b( -eso del molde en gr A#"K A#"K A#"K A#"K A#"Kc( -eso del suelo hmedo 'Xm( gr /X8 /V8 8W 8 /V

d( mO Xm7@m O c7%% /.VQQ 8.QW 8./ 8./X8 8.Y/

DATOS PARA EL CONTENIDO DE &UMEDAD


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PRUEBA N) 1 # 3 4

TARRO N) 100 #00 300 400

1* P, m,/ 2m + / 5* 4#.#4 40.36 3.96 4(.61

#* P, m,/ ,7 + / 41.'# 39.6' 3.3# 4'.96

3* P, 8 / 5* 31.# 31.4 31. 31.64

4* P, 8 51 - #* 0.72 0.71 0.64 1.65

'* P, m,/ ,7 . 5,;#-3* 10.24 8.25 6.44 14.32

6* C/


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GRADO DE COMPACTACION: /##.ma5

x4Gd

dcampo

=

V"/##J./

JK./. == x4G

+n la misma gr*fica se debe graficar la 4urva de SaturaciCn FeCrica, llamada tambin4urva de cero vac5os)

La curva de saturacin terica representa la humedad para cualquier peso volumtrico,que sera necesaria para que todos los vacos que de6an entre s las partculas slidasestuvieran llenos de agua.

+l peso volumtrico seco correspondiente a la curva de saturacin terica para lahumedad dada se calcula con la frmula:

dcsOSsw

s

./##

/##

+

dcs O -eso volumtrico seco de la curva de saturacin terica 'g7m "( s O -eso especfico de slidos del material que pasa la malla 4P %# 'gr7cm"( )s O -eso especfico relativo de slidos

CI4CLN)=I4+):

Bl compactar un suelo se obtienen las siguientes venta6as:

E )e establece un contacto m*s firme entre las partculas.E Las partculas de menor tamao son foradas a ocupar los vacos formados por las

de mayor dimensinE Cuando un suelo esta compacto, aumenta su valor de soporte y se hace m*s

estableE Como las partculas se hallan firmemente adheridas despus de la compactacin,

la masa del suelo ser* m*s densa y su volumen de vacos quedar* reducido a unmnimo. -or lo tanto, la capacidad absorbente 'de agua( de un suelo, quedar*grandemente reducida por efecto de la compactacin.

-ara obtener una adecuada lubricacin y disminuir as la resistencia a la friccin e5istente

entre partculas, debe controlarse debidamente la cantidad de agua al compactar un suelo:

E )i es insuficiente, no habr* buena lubricacinE )i es e5cesiva, las fueras hidrost*ticas empu6ar*n y tender*n a separar las

partculas< adem*s una parte de las fueras de compactacin ser* absorbida por elagua que es pr*cticamente incompresible, y la compactacin final ser* deficiente.

estudio del suelo.doc

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