mecanica del suelo-1

MECANICA DEL MECANICA DEL SUELO. CONCEPTOSSUELO. CONCEPTOS

Luis OrtuoUriel & AsociadosProf. Asociado UPM

POR QU ESTUDIAR EL SUELO?POR QU ESTUDIAR EL SUELO?

1.1.-- Es un material Es un material d l t t d l t tms de la estructurams de la estructura

2.2.-- Es menos Es menos i t t i t t resistente y ms resistente y ms

heterogneo (no heterogneo (no manufacturado)manufacturado)a u actu ado)a u actu ado)

3.3.-- Cuando se carga, Cuando se carga, se deforma e induce se deforma e induce una interaccin con una interaccin con el resto de la el resto de la estructuraestructuraestructuraestructura

Luis Ortuo

POR QU ESTUDIAR EL SUELO?POR QU ESTUDIAR EL SUELO?

El efecto de una construccin se haceti ll d l it ti l sentir ms all de sus lmites verticales

(puede afectar al vecino)

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LA COMPLEJA Y VARIADA FORMACIN DEL LA COMPLEJA Y VARIADA FORMACIN DEL SUELOSUELO

1.- El suelo es un sistema particulado Tomada de Gonzlez Vallejo, L. et al (2000)

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2.- Tiene una estructura (historia)

3.- Es bi o trifsico

METODOLOGAMETODOLOGA DEDE ESTUDIOESTUDIO DELDEL SUELOSUELO

1.- Identificacin: Distribucin de partculas (tamaos) Propiedades de retencin de agua Mineraloga Sustancias qumicas: CO3, SO4, M.O, etc.3 42.- Estado in situ:Reparto de slidos agua y aire (densidad Reparto de slidos, agua y aire (densidad, humedad, saturacin, ndice de poros.)

3 Sit i d l l 3.- Situacin del suelo en su entorno

i l i d

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Presiones totales, presiones de agua, presiones intersticiales.

METODOLOGAMETODOLOGA DEDE ESTUDIOESTUDIO DELDEL SUELOSUELO

4.- Propiedades geotcnicas relevantesg Resistencia Deformabilidad Permeabilidad Otras: Expansividad, colapsabilidad, compactabilidad

5.- Variaciones del estado inicial (problemas concretos) y respuesta del (problemas concretos) y respuesta del suelo Cimentaciones Cimentaciones Taludes y laderas Excavaciones, etc

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Excavaciones, etc

DISTRIBUCIN DE PARTCULAS. GRANULOMETRADISTRIBUCIN DE PARTCULAS. GRANULOMETRA

Se trata de estudiar la distribucin de fracciones comprendidas entre tamaos (dimetros) significativos ,con propiedades caractersticas( ) g p pEN ISO 14688EN ISO 14688--11

Fraccionesdesuelo Subdivisiones Tamaodepartculas(mm)

SuelosmuygruesosGrandes piedras > 630Piedras 630 200Guijarros 200 63Grava 63 2.0Grava gruesa 63 20

Suelosgruesos

Grava media 20 6.3Grava fina 6.32.0Arena 2.0 0.063Arena gruesa 2.00.63Arena media 0.63 0.20Arena media 0.63 0.20Arena fina 0.2 0.063

Suelosfinos

Limos 0.063 0.002Limos gruesos 0.063 0.020Limos medios 0.020 0.0063Limos finos 0 0063 0 002

Tipos de suelo: Granulares o gruesos: gravas y arenas (visibles a simple vista) Tamices

Limos finos 0.0063 0.002Arcillas d > 2 mm

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(visibles a simple vista). Tamices Finos: limos y arcillas (no visibles). Sedimentacin.

(S) ARENAS: 2 mm> d > 0.063 mm(M) LIMOS: 0.063 mm> d > 0.002 mm(C) ARCILLAS: < 0.002 mm


CMO SE NOMBRAN LOS SUELOS ?Obviamente muchos suelos naturales no son simplemente una arena, una grava o una arcilla, i ti t l d di t i i blsino que contienen partculas de diversos tamaos en proporciones variables.

Interesa conocer cmo se distribuyen los tamaos de partcula de los suelos que hemos de investigar para nuestros problemas de ingeniera, dado que es razonable pensar que un suelo compuesto por gravas, por ejemplo, no se comportar igual que uno constituido por limos.

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CMO SE NOMBRAN LOS SUELOS?CMO SE NOMBRAN LOS SUELOS?De la necesidad de poner nombre al suelo nacen las Clasificacionesde suelos. Puestos a elegir una (o a proponer una), lo ideal es que,siendo ingenieros, las diferentes divisiones correspondan en la medidade lo posible a cambios relevantes en las propiedades ingenieriles delp p p gsuelo, y que adems sean fciles de establecer mediante ensayossencillos.

Dos tradiciones bsicas: La que establece una frontera en el 50% en pesodel material ms fino y la que aboga por una frontera en el 35%. Entre lasprimeras est la clasificacin de Casagrande la de la USCS etc Laprimeras est la clasificacin de Casagrande, la de la USCS, etc. Lasegunda es la de la BS, el CTE, etc.

Ej l U l l 52% d l t ill Ejemplo: Un suelo con el 52% en peso de arena y el resto arcilla sera:- (50%): Una arena arcillosa- (35%): Una arcilla arenosa

Luis OrtuoLstima, porque de lo que se trata es de que hablemos un mismoidioma


Descripcin de suelos compuestos BS5930 1999Descripcin de suelos compuestos BS5930 1999

Una tradicin muy establecida y razonable: La del 35%:

Suelopredominantementegruesoogranular

Ejemplo:ArenaoGravaDescripcinadicional %dearcillaolimo

Algo limosa o algo arcillosa 0 5Limosa o arcillosa 5 10Muy limosa o muy arcillosa 10 35

Suelopredominantementefino

Ejemplo:ArcillaoLimoDescripcinadicional %dearenaograva

A / 35 65Arenosa/o con grava 35 65(no se usa) 0 35

Ejemplos: 40% arena 36% arcilla 24% limo: Arcilla arenosa (con algo de limo)

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Ejemplos: 40% arena, 36% arcilla, 24% limo: Arcilla arenosa (con algo de limo)30% arcilla, 45% limo, 18% arena, 7% grava Limo muy arcilloso con algo de

arena y grava (a falta de plasticidad)


Una variante interesante: Canadian Una variante interesante: Canadian FoundationFoundation EngineeringEngineering ManualManual

De la tradicin del 35%De la tradicin del 35%

EjemploContenidoen

peso> 35% y adems

Nombreprincipal

NombreGrava,arena,limo,

arcilla

>35%y,adems,serlafraccin

principaly y grava y arena < 35%

NombresSecundario

y ygrava , yarena


CMO SE OBTIENE LA GRANULOMETRIA?1.- SUELOS GRUESOS: POR TAMIZADO.

Se cuartea el suelo, se deja secar y , j yse tamiza. Se pesa la parte de suelo retenida en cada tamiz. Se calcula el % en peso que resulta ser menor que

Luis OrtuoEste ensayo se hace siempresiempre. Es sencillo y barato.cada apertura de tamiz.


SUELOS FINOS: POR SEDIMENTACIN

Se basan en la Ley de Stokes: yLa velocidad de cada de una esfera sumergida en un fluido es:

2ws D 2ws D18v =

s peso especfico del material de la esferaw peso especfico del agua coeficiente de viscosidad del agua coeficiente de viscosidad del aguaD dimetro de la esfera

Se mezcla fraccin fina (< 0.063 mm) con una solucin de agua y dispersante. Se agita la probeta. Se introduce un densmetro y se va midiendo su descenso con el tiempo.

Este ensayo no es muy frecuente y es algo ms costoso Frecuentemente se

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Este ensayo no es muy frecuente y es algo ms costoso. Frecuentemente se echa en falta cuando se trata de estudiar arcillas.


REPRESENTACIN: CURVAS GRANULOMTRICAS

Ejemplos:1.- Arena con gravas

(G) GRAVAS 63 mm > d > 2 mm(S) ARENAS: 2 mm> d > 0.063 mm

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g2.- Arena gruesa3.- Arcilla limosa

(M) LIMOS: 0.063 mm> d > 0.002 mm(C) ARCILLAS: < 0.002 mm


CONCEPTOS, DEFINICIONES Y PARMETROS ADICIONALES:CONCEPTOS, DEFINICIONES Y PARMETROS ADICIONALES:

1.- Di: Es el tamao de partcula para el cual el (i%) en peso del suelo es menor que l. 1. Di: Es el tamao de partcula para el cual el (i%) en peso del suelo es menor que l. Cuando se trata de D10 se llama dimetro eficaz.

2.- Coeficiente de uniformidad. 60DC =10

u DC =

Sirve para medir y calificar el grado de distribucin de tamaos de las partculas de un suelo. Por ejemplo, si todas las partculas son muy similares en tamao, D60 y D10 no suelo. Por ejemplo, si todas las partculas son muy similares en tamao, D60 y D10 no diferirn mucho, el coeficiente Cu ser pequeo y el suelo se dice que es uniforme o mal graduado.

Por el contrario, si el suelo tiene abundancia de tamaos intermedios entre el mximo y el Por el contrario, si el suelo tiene abundancia de tamaos intermedios entre el mximo y el mnimo, D60 y D10 diferirn sustancialmente, el coeficiente Cu ser grande y el suelo se dice que esta bien graduado.

230D

3.- Coeficiente de curvatura6010

30

DDDcc =

Ayuda en la interpretacin de cmo est graduado un suelo dando informacin sobre el

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Ayuda en la interpretacin de cmo est graduado un suelo, dando informacin sobre el equilibrio entre los diversos tamaos.


Ejemplos:Ejemplos:1.- Arena con gravas. Suelo bien graduado. Cu=25; Cc=1 (con todos los tamaos intermedios)

f f C2.- Arena fina uniforme. . Cu=1,2, (casi todas las partculas iguales)3.- Arcilla limosa (bien graduada)

Otros adjetivos:1.- Bien graduado2.- Uniforme en la fraccin gruesa de arenas3 U if l f i d fi3.- Uniforme en la fraccin de arena fina4.- Con falta de tamaos intermedios (casi sin arena)

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CLASIFICACIN DE SUELOS USCS

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CLASIFICACIN UCSC. SUELOS GRANULARES

Luis OrtuoTamiz N 4 = 4,76 mm; Tamiz N 40 =0,42 mm; Tamiz N 200 = 0,074 mm



4.- LA FORMA DE LAS PARTCULAS TAMBIN PUEDE SER RELEVANTE:Partculas redondeadas, angulosas, subredondeadas, subangulosas, lajosas,etc. Todos estos trminos son habituales y familiares

( Y se pueden medir !!!!)(.. Y se pueden medir !!!!)

Luis OrtuoKrumbein y Sloss (1955) (!Ojo a la esfericidad, traducida como forma en G&CI!!).



INDICE DE LAJAS: % en peso de partculas cuya dimensin mnima es inferior3/5 l di i dia 3/5 la dimensin media

INDICE DE AGUJAS: % en peso de partculas cuya dimensin mxima(longitud) es superior a 9/5 la dimensin media( g ) p /

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APLICACIONES A LA VIDA REAL:En muchas ocasiones las obras requieren el empleo de suelos, que frecuentemente se extienden y compactan por tongadas (terraplenes de carretera, de ferrocarril, presas de extienden y compactan por tongadas (terraplenes de carretera, de ferrocarril, presas de materiales sueltos, rellenos de trasds de muros, etc). Dependiendo del cada caso, es habitual que los Pliegos de Condiciones exijan ciertos husos granulomtricos. Algunos ejemplos:

GRANULOMETRA PARA ZAHORRA EN CAPAS DE FIRME DE CARRETERAS (PG 3)GRANULOMETRA PARA ZAHORRA EN CAPAS DE FIRME DE CARRETERAS (PG-3).

Luis Ortuo


Ejemplo de representacin del huso: Zahorra artificial ZA-25 (PG-3)

Luis Ortuo

Y ADEMS:INDICE DE LAJAS < 35


GRANULOMETRA PARA SUBBALASTO PGP-2008 (ADIF)

Y ADEMS:El coeficiente de uniformidad C = D /D ser mayor o igual que 14 (C 14)

Luis Ortuo

El coeficiente de uniformidad Cu = D60/D10, ser mayor o igual que 14 (Cu 14).El coeficiente de curvatura Cc = D302/ (D10 x D 60), estar comprendido entre 1,0 y 3,0(1,0 Cc 3,0).


MSMS APLICACIONESAPLICACIONES .. ESTIMACINESTIMACIN DEDE LALA PERMEABILIDADPERMEABILIDAD..Esto es muy intuitivo: partculas grandes huecos grandes permeable (y viceversa)Para arenas se pueden obtener rdenes de magnitud de la permeabilidad) a partir de lagranulometra (para material uniforme, Hazen: k(cm/s)=100D210 ) y, mejor an, de sucombinacin con la densidad relativa (el grado de empaquetamiento o estibacin de losgranos del suelo (Ver ms adelante)granos del suelo. (Ver ms adelante).

Luis OrtuoTomadas de Sowers, J.P. (2007)


MSMS APLICACIONESAPLICACIONES .. CONTROLCONTROL DEDE LALA EROSINEROSIN INTERNAINTERNA.. CONDICIONESCONDICIONES DEDEFILTROFILTRO..

Esto es tambin intuitivo: Se trata de permitir el flujo pero evitar arrastres. Para ello seinterponen capas filtro. Obviamente ha de haber una cierta relacin entre los tamaos delos suelos contiguos.

Luis Ortuo


MSMS APLICACIONESAPLICACIONES .. CONTROLCONTROL DEDE LALA EROSINEROSIN INTERNAINTERNA.. CONDICIONESCONDICIONES DEDE FILTROFILTRO

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TETONTETON DAMDAM (EROSIN(EROSIN INTERNA)INTERNA) 19761976..

ElEl 55 dede JunioJunio dede 19761976 aa laslas 88::3030 sese observaronobservaron dosdos fisurasfisuras enen lala margenmargenggderechaderecha dede lala presapresa.. AA laslas 1010::0000 sese abriabri otraotra grietagrieta cercacerca dede lalacoronacincoronacin.. SeSe intentaronintentaron sellarsellar laslas grietasgrietas concon bulldozersbulldozers peropero elelprocesoproceso sese aceleraceler LosLos obrerosobreros huyeronhuyeron dede lala zonazona cuandocuando unauna nuevanuevaprocesoproceso sese aceleraceler.. LosLos obrerosobreros huyeronhuyeron dede lala zonazona cuandocuando unauna nuevanuevagrangran grietagrieta sese abriabri yy crecre unun agujeroagujero queque sese tragtrag laslas mquinasmquinas..

AA laslas 1111::5757 lala presapresa sese rompirompi arrojandoarrojando todatoda elel aguaagua embalsadaembalsada aguasaguasAA laslas 1111::5757 lala presapresa sese rompi,rompi, arrojandoarrojando todatoda elel aguaagua embalsadaembalsada aguasaguasabajoabajo..

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TETONTETON DAMDAM (EROSIN(EROSIN INTERNA)INTERNA) 19771977..

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PRESA DE PUENTES (LORCA)

Finalizada en 1791. El mayor embalse de Espaa en esa poca.Se pensaba cimentar la presa en roca competente pero al comenzar laSe pensaba cimentar la presa en roca competente, pero al comenzar laexcavacin, la falta de medios y la idea de que la roca estara bastanteprofunda hicieron cambiar el proyecto. En los estribos, la presa terminapoyado en roca, pero en la parte central se pilot atravesando una capa dearenas (pilotes de 6 70 m encepados en 2 50 m de hormign)

El 30 de Abril de 1802, tras dos das de intensas lluvias que llegaron a llenar casi totalmente el embalse(47 m), se produjo la rotura. A las 2:30 el agua sala abundantemente con color rojo intenso por el piede la presa Hubo varias explosiones y se abri un gran hueco (17 x 33 m) En una hora desembals

arenas (pilotes de 6,70 m encepados en 2,50 m de hormign).

de la presa,. Hubo varias explosiones , y se abri un gran hueco (17 x 33 m). En una hora desembalscasi 30 Hm3. Hubo al menos 600 muertos.

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