definiciones y relaciones básicas en suelos

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UNIVERSIDAD RICARDO PALMA

DEFINICIONES Y RELACIONES BÁSICAS EN SUELOS

PROF.: M.Sc. ING. MARTIN ALEXANDER PURIZAGA SANDOVAL

AULA I

Obras de Ingeniería Civil / Ingeniería Geotécnica

Coulomb 1773 – Rankine1856 y Darcy 1856

Canal de Panamá –taludes, canales, etc (USA

– UE)

Terzaghi – No pueden ser aplicadas leyes teóricas de materiales definidos

tales como acero y concreto.

Mecánica deSuelos en Ing.

Civil

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• Estudio el comportamiento de depósitos heterogéneos (suelos), conocido como fundador de la Mecánica de Suelos.

• Presiones de agua en el estudio de las tensiones en los suelos

• Solución matemática de la evolución de los asentamientos para arcillas (punto de partida de esta nueva ciencia de la ingeniería)

Karl Terzaghi (1883 – 1963)A

plic

acio

nes

Fundaciones

Obras subterráneas y estructuras de contención

Pavimentos

Excavaciones

Terraplenes y Presas.

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Todos los suelos se originan a partir de la descomposición de lasrocas que eran inicialmente corteza terrestre.

Procesos que producen variaciones de Tº, provocando

grietas en las que penetra el agua, atacando químicamente los minerales, ejerciendo altas

tensiones, que sigue a una mayor fragmentación de los bloques.

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La presencia de fauna y florapromueve ataque químico a través dela hidratación, hidrólisis, oxidación,filtración, intercambio catiónico,carbonatación, etc.

Todos estos procesos, que son más activos en climas cálidos que en fríos,conduce a la formación de los suelos (mezclas de partículas pequeñas que sediferencian por la composición química y tamaño. La mayor o menorconcentración de cada tipo de partícula en el suelo depende de lacomposición química de la roca que le dio origen)

Intemperismo Físico

Es el proceso de descomposición de la roca sin alteración química de sus componentes.

Variaciones de temperatura

Ciclos de hielo / deshielo

Alivio de presiones

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Intemperismo Químico

Hay varias formas en que las rocas se descomponen químicamente / todo proceso de intemperismo químico depende de la presencia de agua.

Hidrolisis

Hidratación

Carbonatación

Minerales que tienen una estabilidad química y física de tal manera que normalmente no se descompone. Cuarzo, tiene una enorme estabilidad física y química es parte predominante de suelos gruesos como S y G.

Intemperismo Biológico

Producida por actividad bacteriana, induciendo putrefacciones de material orgánico y mezclando el producto con otras partículas de origen físico-químico, actuando de elemento catalizador.

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Suelos Residuales

Suelos Transportados o Sedimentares

Suelos eólicos (dunas, loess)

Suelos aluviales (pluviales, fluviales, marinos)

Suelos glaciares

Suelos coluviales

Suelos Residuales• Roca Sana

• Sujeta a variaciones térmicas (diarias y estacionales) que causan contracción / dilatación. Sujeta a alivios de tensión (presiones internas) por desconfinamiento.

• Resultado: fractura de la roca en diversas escalas con la entrada de agua de lluvia (oxigeno) y posterior disolución de elementos contenidos en los minerales.

• Fragilidad de la estructura de la roca

sana.

• Alargamiento de fracturas.

• Evolución de la actividad biológica

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Suelos Residuales

• Enriquecimiento en materiales

orgánicos.

• Alteración de los minerales

• Camada superior bien diferenciada de

la roca original, con pequeños

fragmentos y partículas minerales.

Suelos Residuales

Alteración

• Suelo inmaduro (joven), rocoso

• Suelo maduro, rico en materia orgánica y con un a considerable espesura de alteración.

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Roca expuesta

Roca ígnea

Roca metamórfica

Roca sedimentaria

Magma

Suelo / RocaSuelo

transportado / Suelo residual

IntemperismoFísico

Químico

Transporte y deposición

Metamorfismo

Fusión

Inor

gáni

cos

Grava (G)

Arena (S)

Arcilla (C)

Limo (M)

Org

ánic

os

Turba (Pt)

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EL estudio de la textura de los suelos es realizado por el ensayoGranulométrico. Así los suelos pueden ser clasificados engruesos (G, S) y finos (M, C). Esta división es importante ya quenos permite identificar el comportamiento de los suelos siendoestos Gravitacionales o Eléctricas.

De acuerdo a lo visto anteriormente, el tipo de intemperismotiene influencia en la textura y estructura del suelo. Teniendoque partículas con dimensiones hasta 0.001mm son obtenidas através del intemperismo físico, y partículas menores a 0.001mmprovienen del intemperismo químico.

Gra

va

Tamaño de grano 3’’ – 2mm

Granos visibles

No retienen agua

Solo residual joven

Bolones – Tamaño (3’’ – 12’’) Bloques – Tamaño (>12’’ )

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Are

nas

Gruesas 2mm - 0.6mm

Medias 0.6mm - 0.2mm

Finas 0.2mm - 0.06mm

Solo residual joven

Lim

os

Diámetro (0.06 – 0.002)mm

Plasticidad baja a nula

Se presenta inorgánica y orgánica

Definido por fuerzas de superficie moleculares y eléctricas.

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Arc

illas

Diámetro < 0.002mm

Plasticidad considerable

Se deforma sin variaciones volumétricas

Definido por fuerzas de superficie moleculares y eléctricas.

Presenta 3 grupos principales:

Caolinita, Montmorilonita e Ilita

Arcilla Limo Arena Grava

Fina Media Gruesa

0.002 0.06 0.20 0.60 2.0 30.0 (mm)

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FORMACIÓN DE SUELO POR DESCOMPOSICIÓN

DE LA ROCA

SUELOS INORGANICOS

SUELOS ORGÁNICOS

FORMACIÓN DE SUELOS ORGÁNICOS

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En cuanto a los suelos Orgánicos, ellos se forman casi siempre In-Situ. Estoes muy común en las zonas pantanosas, en las cuales los restos devegetación acuática llegan a formar depósitos de gran espesor, conocidoscon el nombre genérico de turbas. Se caracterizan por su color negro ó caféoscuro, por su poco peso cuando están secos y su gran compresibilidad yporosidad.

FORMACIÓN DE SUELO ORGÁNICO

SUELOS ORGANICOS POR RAICES VEGETALES

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Gravas

Acumulaciones sueltas de fragmentos de rocas que tienen más de 2 mm de diámetro.

Cuando son acarreados por las aguas sufren desgaste en sus aristas, siendo de caras redondeadas.

Lugares de deposición: Principalmente en los lechos, márgenes y conos de deyección de los ríos.

Arena

La arena es el nombre que se le da a los materiales de granos finos procedentes de la denudación de las rocas o de su trituración artificial.

El origen y la existencia de las arenas es análoga a la de las gravas: las dos suelen encontrarse juntas en el mismo depósito.

DEPOSITOS EOLICOS

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Limo

Los limos son suelos de granos finos con poca o ninguna plasticidad,pudiendo ser limo inorgánico como el producido en canteras, o limoorgánico como el que suele encontrarse en los ríos, siendo en esteúltimo caso de características plásticas.

Arcilla

Se le da el nombre de arcilla a las partículas sólidas con diámetromenor a 0.002 mm y cuya masa tiene la propiedad de volverseplástica al ser mezclada con agua.

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Caliche

El término Caliche se aplica a ciertos estratos de suelo cuyos granos se encuentran cementados por carbonatados calcáreos.

Caliche

El caliche es un tipo de suelo que contiene ciertos compuestosquímicos. Existe en zonas con índices elevados de evaporación, casisiempre en regiones desérticas. La evaporación del agua subsuperficialhace que se deposite productos químicos en las capas superiores delsuelo.

Algunos suelos de caliche son muy duros, como la piedra calizablanda. Otros caliches son más variables y solo moderadamente duros.En algunas zonas en la que el caliche es duro, resulta difícil excavar.

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SUELOS CEMENTADOS MUY DUROS DE COLOR

BLANCO

Obtención de muestras de suelos

Para determinar las propiedades de un suelo en laboratorio es precisocontar con muestras representativas de dicho suelo. Un muestreoadecuado y representativo es de primordial importancia.

Las muestras pueden ser de dos tipos :

1. Alteradas 2. Inalteradas

Se dice que una muestra es Alterada cuando NO guarda las mismascondiciones que cuando se encontraba en el terreno de donde procede,e Inalterada, cuando la muestra obtenida guarda las mismascondiciones que cuando se encontraba en el terreno natural.

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Mediante Calicatas Abiertas : Son excavaciones de 1.5 m *1.5m de sección y de profundidad según el estudio que se quierarealizar con fines de cimentación o pavimentación.

Estas calicatas pueden realizarse de las sgtes formas :

Calicatas con Corte VerticalCalicatas con cortes Inclinados ó Escalonados ( talud )

Calicatas Entibadas ó Apuntaladas.

El número de calicatas de acuerdo al RNC serán 1 por cada 450m2 de terreno a estudiar y cada 500 a 1000 m. en carreteras.

CALICATAS VERTICALES

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CALICATAS CON TALUD ESCALONADAS

CALICATAS ENTIBADAS

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IDENTIFICACIÓN DE CADA ESTRATO Y SUS

CARACTERISTICAS

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MUESTRAS ALTERADAS REPRESENTATIVAS DE CADA

ESTRATO

Para obtener una Muestra Inalterada.

El caso más simple corresponde al de cortar un determinado trozode suelo de aproximadamente 0.30m. 0.30m., cubriéndolo conParafina para evitar pérdidas de humedad y empacándolodebidamente para su envío al laboratorio.

La cara de la muestra extraída superior se marca con una señalpara conocer la posición inicial.

Para enviar la muestra se cubre con una tela delgada, se amarra ysé emparafina nuevamente para garantizar su impermeabilidad, sison enviadas a un laboratorio muy lejano, la muestra es empacadacon aserrín, paja ó papel en una caja de madera ó cartón.

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TALLADO PARA OBTENER MUESTRA INALTERADA

MUESTRA ARCILLOSA INALTERADA

MUESTRA INALTERADA ORGANICA TURBA

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TALLADO DE LA MUESTRA

EMPARAFINADO Y EMPAQUE

ENSAYOS NORMALES

• Contenido de Humedad, Norma ASTM D-2216

• Análisis Granulométrico, Norma ASTM D-422

• Limites de Consistencia, Norma ASTM D-4318

Limite Liquido, Norma ASTM D-423

Limite Plástico, Norma ASTM D-424

• Peso Unitario ó Volumétrico, Norma ASTM D-2937

• Ensayos Proctor Modificado, Norma ASTM D-1557

• Ensayos C.B.R., Norma ASTM D-1883

• Peso especifico y Absorción del Agregado Grueso, Norma ASTM D-854

• Equivalente de Arena, Norma ASTM D-2419

•Sales Solubles Totales, Cloruros y Sulfatos

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ENSAYOS ESPECIALES

PARA CIMENTACIONES

• Compresión Simple, Norma ASTM D-2166

• Corte Directo, Norma ASTM D-3080

• Compresión Triaxial UU, Norma ASTM D-2850

• Ensayo de Consolidación, Norma ASTM D-2435

PARA CARRETERAS

• Ensayo de Abrasión los Ángeles, Norma ASTM C – 131

• Ensayo de Durabilidad, Norma ASTM C - 88

Contenido de Humedad Natural / ASTM D-2216

Teniendo siempre presente que, el contenido de humedad está referidoal peso de las partículas de suelo, o sea al peso del material seco, y noal peso total de la muestra. Las aguas libre, higroscópica y capilar,pueden ser totalmente evaporadas por efecto del calor, a unatemperatura mayor de 100º C (temperatura generalmente usada: 110ºC).

Cuarteo de suelos

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Objetivo general:

• Conocer y determinar el porcentaje de humedad que presenta unamuestra de suelo utilizando el (speedy) y/o el horno.

• Conocer la utilización adecuada del humedometro (speedy).

• Determinar el porcentaje de humedad de una muestra con el uso delhorno.


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Observaciones:

- Se recomienda usar el horno a 60º C, para no falsear la humedad ensuelos que contienen cantidades significativas de materia orgánica,yeso o ciertos tipos de arcillas.

- En la mayoría de los casos, el tiempo de secado varía dependiendodel tipo de suelo. Por ejemplo una muestra de arena puede secarse ensólo algunas horas, ciertas arcillas podrán tardar más de 24 horas. Encaso de que el tiempo establecido sea insuficiente, la muestracontinuará en el horno hasta obtener pesadas consecutivas constantestranscurridas 4 horas entre ellas.


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Peso Unitario o Volumétrico de los Suelos / ASTM D-2937

Objetivo:

Familiarización con las relaciones volumétricas del suelo, para elcalculo del peso unitario.

Fundamento Teórico:

El suelo se halla constituido por partículas minerales, y entre partículay partícula se forman vacíos, pudiendo estar ocupados por agua o aireo ambos a la vez. Si el Vv posee aire - Seco, Vv posee agua -Saturado.

Peso Unitario o Volumétrico de los Suelos / ASTM D-2937

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Gravedad Especifica de los Suelos y Absorción / ASTM D854-58

Objetivo:

Familiarización con las relaciones volumétricas del suelo, para elcalculo de la gravedad especifica y absorción.

Fundamento Teórico:

Es una propiedad que interviene en la mayor parte de los cálculosrelacionados a la mecánica de suelos.

Se determina un valor adimensional, definido como el peso especificode la partícula solida del suelo entre el peso especifico del agua.


Ya la Absorción será considerada como la cantidad de agua que puedeatrapar una muestra debido a sus características y a su peso:

w

sGs

MuestraSecoPeso

AguaAbsorbidoPesoAbsorción %

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Procedimiento:

Se selecciona una muestra representativa, esta se deja en agua por 24horas hasta que sature.

Pasado este tiempo, se seca superficialmente y se pesa. (PesoSaturado)

Se introduce en una probeta, llenada con agua previamente.Determinando la variación de volúmenes. Luego se seca en horno a80ºC (24hrs)

Finalmente pesamos la muestra. (Peso Seco)


Peso especifico de la parafina 0,86gr/cm3

Ítem Tara Nº1 Tara Nº2 Tara Nº3

W msat (gr) 83,12 66,7 63,71

W msec (gr) 82,24 66,53 62,8

Vo (cm3) 575 550 608

Vf (cm3) 608 575 635

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Braja M. Das, Principio de Ingeniería de Cimentaciones. Editorial:International Thomson Editores Edición: 2001 - Cuarta edición N .Total de Páginas: 862 páginas.

Carlos Crespo Villalaz , Mecánica de Suelos y Cimentaciones.Editorial: LIMUSA S.A. Edición: 1979 N . Total de Páginas: 565páginas.

definiciones y relaciones básicas en suelos

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