Teoria Mecanica Suelos i5 Okasasa

1.- ESPE Mecnica de Suelos I

Ing. Hugo Bonifaz 1

Mecnica de Suelos I ESPE

2 Ing. Hugo Bonifaz

El suelo es un material que trae al Ingeniero Civil, problemas de naturaleza diversa, los

cuales podemos agrupar en las categora indicadas en el cuadro siguiente, constatndose que en

todos los sectores de la Ingeniera Civil, es importante la consideracin del comportamiento

fsico mecnico de este material. Cuadro 1.1

PROBLEMAS TRABAJOS

Movimiento de Tierras

Urbanizaciones

Caminos y Aeropuertos

Presas de Tierra

Estabilizacin de Suelos Caminos y Aeropuertos

Presas de Tierra

Fundaciones

Edificios

Puentes

Obras Portuarias

Presas

Soporte de Macizos

Obras Portuarias

Tneles

Canales Caminos

Resistencia de Taludes

Caminos

Canales

Presas de Tierra

Erosin

Aprovechamientos Hidrulicos

Caminos ( proteccin de taludes)

Drenaje

Caminos y Aeropuertos

Presas de Tierra

Edificios


3 Ing. Hugo Bonifaz

Urbanismo Geotecnia aplicada al ordenamiento urbano

Hoy en da el tratamiento de las propiedades de los suelos, aunque ocupen gran parte de

un tratado de mecnica de suelos, en lneas generales se ocupa en resolver los siguientes

problemas:

1.1 EL SUELO COMO MACIZO DE SOPORTE DE FUNDACIONES

Fundacin o cimentacin de una estructura, es la parte de la misma que se destina

a distribuir las cargas sobre el terreno y el principal criterio para su diseo, es el de

econmicamente compactabilizar las deformaciones de que son causa con su utilizacin.

Las relaciones entre las cargas y deformaciones de los suelos,

constituyen pues, las bases de la concepcin y dimensionamiento de

las fundaciones, considerndose siempre que:

Figura 1.1 Esquema de una Zapata de Fundacin

Presiones por las cuales el suelo de acuerdo a su tipo, se deforma mediante lo indicado en el siguiente Diagrama de Distribucin de Presiones en el Interior del Depsito de Suelos


4 Ing. Hugo Bonifaz

Figura 1.2 Relacin Tensin-Deformacin en los suelos

Tales diagramas presentan tres segmentos bien diferenciados:

-Concavidad hacia arriba (deformaciones por adensamientos)

-Sensiblemente lineal (deformaciones elsticas)

-Concavidad hacia abajo (Falla del suelo), rotura.

El estudio de las deformaciones de los suelos se bas primero en la teora de la

elasticidad y posteriormente se desarrollaron la teora de la consolidacin, licuefaccin y

la teora de la plasticidad.

En el estudio y diseo geotcnico de las cimentaciones, es indispensable realizar una

prospeccin del suelo hasta profundidades en las que los incrementos de los esfuerzos por cargas

externas no sean significativos, como por ejemplo inferiores a un 10% del valor de la presin de

contacto y nos permita estimar los siguientes parmetros:

- Capacidad de carga admisible - Tipo de cimentacin (superficial o profunda) - Nivel de cimentacin - Deformaciones diferenciales entre los diferentes puntos de la estructura - Procedimientos constructivos - Sistema de estabilizacin de los depsitos, etc.

1.1.1 El terreno a la luz de la teora de la elasticidad

Si el terreno fuera supuesto como un slido elstico homogneo, istropo y semi indefinido, la teora de la elasticidad permite desde Boussinesq determinar el campo de tensiones

en ella producidos por una zapata cargada.

Segmentos


5 Ing. Hugo Bonifaz

Figura 1.3 Campo de tensiones generados por una carga circular uniforme

Para conocer estas caractersticas elsticas es necesario efectuar una prospeccin del

terreno hasta profundidades que deben estar de acuerdo con el peso y extensin de la estructura a

fundar.

Prospeccin que muestra que los depsitos de suelo no son ni homogneos, ni istropos

ni elsticos, ni semi-definidos.

Figura 1.4 Esquema de tensiones en el interior del depsito de suelo

1.1.2 La consolidacin de los suelos

Segn la teora de consolidacin de Terzaghi, este problema se presenta en suelos

arcillosos y saturados, que tienen la posibilidad de drenar sus aguas por efecto de incremento de

presiones externas hacia estratos permeables, por efecto de una variacin en la distribucin de

presiones que son absorbidas por la fase liquida = presin neutra y fase slida (= presin efectiva), tal como se indica en la Figura 1.5.


6 Ing. Hugo Bonifaz

Resultado que se traduce en una disminucin en el volumen del suelo por la expulsin de

agua de los vacos y el consecuente incremento de la tensin de contacto de las partculas de

suelo entre s o sea un aumento de la tensin efectiva a medida que la consolidacin evoluciona.

Figura 1.5 Analoga Mecnica de Terzaghi

1.1.3 Comportamiento dinmico de los suelos

Las cargas cclicas aplicadas a los suelos granulares, producen inversiones completas de

los esfuerzos, los cuales disminuyen su resistencia al corte. El monto de la degradacin de su

resistencia, depende principalmente de la intensidad de esfuerzo cortante cclico y del nmero de

ciclos de carga, provocando deformaciones que estn de acuerdo a su grado de saturacin y

compacidad (movilidad cclica y licuefaccin), as mismo por efecto de una variacin en la

distribucin de presiones que son absorbidas por la fase liquida ( = presin neutra) y fase slida (= presin efectiva).

1.1.4 La rotura de los suelos

Cuando las presiones aplicadas al suelo han sobrepasando cierto lmite puede conducir a la

rotura del suelo y el consecuente colapso de las estructuras cimentadas sobre l.

Se conoce adems que el suelo se rompe, cuando la tensin de corte aplicada es mayor que la

resistencia al corte del suelo.

Es esta la razn por que es de mucha importancia prever la carga de rotura de los suelos,

para lo cual se comienza por admitir que antes de la rotura el suelo se comporta como elstico.

1.2 EL SUELO COMO MATERIAL DE CONSTRUCCIN

El suelo es el material de construccin que con mayor volumen existe sobre la corteza terrestre, y su utilizacin depende de sus caractersticas fsico-mecnicas.

Se lo utiliza en rellenos (carreteras)


7 Ing. Hugo Bonifaz

Represas de tierra Pavimentos de carreteras Construccin de estructuras, etc.

Figura 1.6 Seccin transversal de una presa de tierra construida para crear un embalse de agua.

La figura 1.6 representa una seccin transversal de una presa de tierra construida para

crear un embalse de agua.

Las dos zonas principales son: NCLEO O CORAZN DE ARCILLA y el PIE DE

ENROCAMIENTO.

El NCLEO hace que las filtraciones sean escasas y el PIE DE ENROCAMIENTO

proporciona una estabilidad considerable a la presa. Entre ambas zonas se coloca un filtro de

grava para evitar el arrastre de las partculas del suelo del ncleo hacia los huecos del

enrocamiento.

Entre el ncleo y el embalse se

coloca un manto de bloques sobre un

lecho de grava para as evitar la erosin

del ncleo por la lluvia o agua del

embalse.

Este tipo de presa se denomina

mixta o graduada para diferenciarla de

la presa de tierra homognea en la que

se utiliza un solo tipo de material en

toda la seccin.

La figura 1.7 muestra una obra

realizada en el lago Maracaibo, para

construir una isla artificial, que puede

ser utilizada como rea para puertos,

aeropuertos o zonas industriales.

Figura 1.7 Isla artificial en el lago Maracaibo


8 Ing. Hugo Bonifaz

La isla artificial se construy hincado una pantalla de pilotes de concreto que cercaba un

recinto de 850m de longitud por 60m de ancho.

Luego se drag suelo al fondo del lago, transportndolo por bombeo al recinto protegido

por la pantalla, hasta que el nivel del relleno alcanzo la altura deseada.

Para su construccin, se combinaron tres pasos, la falta de terreno en la costa, el calado

requerido para el atraque de grandes buques y la necesidad de un canal en el lago.

Figura 1.8 Estructura de un pavimento de una carretera

El pavimento est formado por una subrasante mejorada, conseguida al compactar sus

15cm superiores de suelo, luego se coloca una capa de subase de material granular que tiene por

objeto romper la ascensin del agua capilar de la subrasante hacia la estructura del pavimento, a

seguir se coloca la capa de base que puede estar compuesta de material granular o suelo

estabilizado, es una capa resistente y finalmente se coloca la capa de rodadura que puede estar

constituida por una mezcla asfltica o por un hormign de cemento hidrulico.

1.3 EL SUELO EN TALUDES Y VERTIENTES NATURALES

Cuando la superficie del terreno no es horizontal existe una componente del peso que

tiende a provocar el movimiento del suelo.


9 Ing. Hugo Bonifaz

Si a lo largo de una superficie potencial de deslizamiento, los esfuerzos tangenciales

debido al peso propio o a cualquier otra causa superan la resistencia al corte del suelo, se

produce un deslizamiento de una parte del terreno.

El incremento de esfuerzos tangenciales provocado por una estructura y la posible

disminucin de la resistencia al corte del terreno por el agua infiltrada desde aquel puede

ocasionar una falla del talud, el cual pudo ser estable muchos aos antes de la construccin.

La mitigacin de la inestabilidad se puede realizar entre otros mtodos con la

construccin de estructuras de contencin (muros de diversa ndole).

Figura 1.9 Ejemplos de Taludes

1.4 MOVIMIENTO DEL AGUA EN LOS PIES

El conocimiento de esta propiedad, tiene importancia en la resolucin de diversos

problemas tales como, erosin, deformacin de los suelos

1.5 SUELOS PROBLEMAS

La accin del agua sobre suelos arcillosos expansivos provoca aumentos de volumen de

este material que son perjudiciales para las estructuras que se asientan sobre ellos.

As mismo el agua puede disolver a los suelos finos que llenan los vacos de las

estructuras compuestas de los depsitos de suelos provocando el colapso de los mismos y la

destruccin de las construcciones ejecutadas en los sitios.

Tambin los suelos residuales por el escaso cono conocimiento de su comportamiento

ingenieril son causa de diferentes problemas en la ingeniera de construccin Civil.

La figura 1.9 grfico muestra algunos

ejemplos de taludes:

Vertiente natural de un terreno

Excavacin para un edificio

Zanja para conduccin de tuberas

Canal de agua para riego.

ESPE Mecnica de Suelos I

Ing. Hugo Bonifaz 10

2.1 DEFINICIN

Suelo: Es un material suelto no consolidado, que proviene de la desintegracin fsica y

descomposicin qumica de las rocas, el cual pueden o no contener materia orgnica.

2.2 ORIGEN DEL SUELO

Al proceso de transformacin de la materia de origen o roca madre en el suelo, se conoce

como FORMACIN DE SUELO.

La magnitud de cualquiera de las propiedades del suelo, tales como: PH, contenido en arcillas, porosidad, etc., est determinada por la combinacin de los factores formadores:

Los procesos geolgicos (tectonismo) originan que la roca sea fracturada o plegada, luego

por los procesos de alteracin se originan los suelos.

Esta mutacin no alcanza un estado de equilibrio permanente pues continuamente intervienen

agentes o factores de formacin que van modificando o cambiando las caractersticas fsicas y

qumicas del suelo.

2.3 FACTORES QUE INTERVIENEN EN LA FORMACIN DE LOS SUELOS (Sntesis)

Los suelos (S) en resumen son producto de los siguientes factores:

S = f (r, a, cl, T, t, O, h, x, n)

2.3.1 Roca ( r )

La materia de origen (r), de la cual se ha originado el suelo, puede ser una roca gnea,

sedimentaria o metamrfica que conforma la corteza slida de la tierra, que se ha transformado

lentamente.


11 Ing. Hugo Bonifaz

Figura 2.1 Corteza Slida de la Tierra

2.3.1.1 Origen de las rocas

Una roca es dura o semdura, constituida por asociacin de diferentes minerales en

diferentes proporciones y que ha llegado a su estado actual a travs de un proceso de varias

etapas que constituyen el ciclo geolgico.

Si el MAGMA, lquido del interior de la tierra se enfra, produce las rocas gneas, que

sometidas a la intemperie, se meteorizan, son erosionadas, transportadas y depositadas en otro

sitio, que por fenmenos de compactacin y sedimentacin se endurecen formando rocas

sedimentarias. Esas rocas se transforman en metamrficas si se someten a un estado de alta

presin y temperatura. Cuando estas condiciones prevalecen, las rocas llegan a derretirse y

formar luego; al enfriarse, rocas gneas, reinicindose de esta forma el proceso de formacin de

las rocas.

Figura 2.2 Proceso de Alteracin de las Rocas

a. Rocas gneas

Son aquellas derivadas del enfriamiento del magma. Este enfriamiento puede efectuarse a

grandes profundidades dando lugar a los cristales de minerales bien diferenciados y de forma

cristalogrfica definida. El enfriamiento a profundidades intermedias produce rocas hipoabisales

de grado medio y los minerales no toman la forma cristalogrfica tpica.

Las rocas gneas extrusivas, producidas por enfriamiento del magma en la superficie

terrestre, son rocas de grano fino, textura amorfa, generalmente con vidrio y sin cristalizacin

definida debido a la rpida prdida de temperatura.



Hay ocasiones en que, una vez formada la roca gnea, puede volverse metamrfica

directamente debido a cambios de estructura por variacin de las condiciones ambientales.

Roca gnea

Cuadro 2.1 Clasificacin de campo para las rocas gneas

Textura

Colores claros: livianas

(minerales esenciales: cuarzo y

feldespato)

Colores intermedios

(minerales esenciales:

feldespato, anfibola, biotta,

piroxeno)

Colores obscuros:

(minerales esenciales:

piroxeno, feldespato,

anfibola, olivino)

Grano

Grueso

Granito:

Pegmatita: Grano mas grueso.

Aplita: Grano fino

Sienita: Sin cuarzo

Diorita:

Con cuarzo: Cuarzo diorita-2

feldespatos.

Monzonita

2 feldespatos y cuarzo

Monzonita, granodiorita

Gabro:

Olivino y piroxeno:

Peridotito

Grano

Fino Felsita Felsita Basalto

Grano

Mezclado

Grano porfrico

Sienita porfrica

Felsita porfrica

Diorita porfrica

Felsita porfrica Basalto porfrico

Vtrea Obsidiana:

Si es porosa: pmez

Obsidiana:

Si es porosa: pmez

Vidrio basltico:

Si es poroso: escoria

Triturada Brecha; Aglomerada, Toba

b. Rocas sedimentarias

Se forman por depsito y compactacin del material meteorizado, erosionado y

transportado de otros tipos de rocas o de las mismas sedimentarias sometidas a la intemperie.

Una vez depositados los sedimentos, debido al peso de los mismos y por presiones de diferentes

orgenes, se produce un aumento de temperatura que altera las condiciones ambientales del

depsito dando lugar a la sedimentacin y el endurecimiento del material.

El transporte puede hacerse por medio de partculas en suspensin en forma de coloide en

solucin con agua; las primeras dan lugar a rocas sedimentarias detrticas y las segundas a rocas

sedimentarias de origen qumico. El depsito puede ser tambin de caparazones de organismos

animales y vegetales, lo que da lugar a rocas sedimentarias BIOQUMICAS.



Roca Sedimentaria

Cuadro 2.2 Clasificacin de campo para rocas sedimentarias

CLASIFICACIN POR

COMPOSICIN ROCA

CLASIFICACIN

POR ORDEN ROCA

Partculas reconocibles

Partculas gruesas o en combinacin con

partculas redondeadas Conglomerado

Angulares Brecha Depsito Glacial Tilita

Meteorizacin de Ladera Brecha de Talus

Partculas medias a pequeas Areniscos

Con mucho feldespato Arcosa

Con conchas Caliza

Partculas Indistinguibles

Limo Limonita Depsito por viento Loes

Arcilla y lodo Pizarra

Arcillosa Depsito por fuentes termales

Cal y arcilla

Arcilla

Marga

Arcillonita

Carbonato

Slice

Travertino

Gayserita

Carbonato de calcio Caliza

Slice Tierra diatomita

Carbonato Orgnico Carbn mineral

Sal Sal gema

Sulfato de calcio Anhidrita

Sulfato de calcio hidratado Yeso

Fosfato Rocas fosfticas



Cuadro 2.3 Trminos para describir Rocas Sedimentarias

c. Rocas Metamrficas

Son el producto del cambio en la estructura de otras rocas debido a variacin de

condiciones ambientales.

Las rocas sedimentarias a altas temperaturas y presiones se convierten en rocas

metamrficas. El origen de las presiones y temperaturas puede ser el peso de los mismos

sedimentos o la cercana de una cmara magmtica o cuerpo intrusivo. Una roca gnea puede

sufrir la misma transformacin por las mismas causas.

Roca metamrfica

NOMBRE DE LA ROCA TAMAO DE LA MAYORA FORMA DE

DE LOS GRANOS LOS GRANOS

Conglomerado grueso Mayores a 250 mm. Angulares y subangulares

(Cantos Gruesos)

Conglomerados Pudinga 30 a 250 mm. Redondeados

(Pedregal)

Conglomerado Brecha 30 a 250 mm. Angulares

(Cascajo)

Conglomerado Fino 4 a 30 mm. Angulares o

(Grava) Redondeados

Arenisca de grano 1/2 a 4 mm. Redondeados

grueso (Arena gruesa)

Arenisca de grano 1/16 a 1/8 mm. Redondeados

fino (Areana fina)

Limonita (Limo) 1/250 a 1/16 mm. Redondeados

Pizarra Arcillosa o Menores a 1/250 mm. Indistintos

Arcillonita (Arcilla)

TRMINOS PARA DESCRIIR ROCAS SEDIMENTARIAS

El nombre se refiere al material considerablemente consolidado

Entre parntesis est el nombre que recibe si est suelto



Cuadro 2.4 Clasificacin de campo para Rocas Metamrficas

2.3.1.2 Identificacin de las rocas Para identificar una roca es necesario analizar las siguientes caractersticas:

a) Estructura

b) Textura

c) Dureza

d) Fractura

e) Color

f) Diaclasas

a) Estructura

Es el conjunto de todos los aspectos ms importantes de las rocas, por ejemplo la

estratificacin, laminacin, vascularidad, etc.

b) Textura

Es el aspecto que toma la roca debido al tamao, forma y ordenamiento de los granos y

cristales que la forman. Por ejemplo: si los granos o cristales son grandes como arvejas, se dice

que es de grano fino. Los granos pueden ser tan pequeos que sean imperceptibles a simple vista

y la roca se ve como una masa homognea, se dice que la textura es afantica. La forma y el

ordenamiento de los cristales y granos entre s producen el entrelazamiento de la roca. La roca

ser equigranular; caso contrario, ser inequigranular. Los granos pueden ser cristales,

fragmentos angulares, subangulares o redondeados.

c) Dureza

En trminos generales, es la resistencia que tienen los materiales a dejarse rayar por otro.

Para el caso de minerales la dureza est definida por la escala de MOHS y para las rocas se

establecer adelante la clasificacin.



Cuadro 2.5 Criterios para determinar la Textura

Cuadro 2.6 Escala de Dureza

d) Fractura

La fractura define la forma o la apariencia de la superficie obtenida al romperse la roca en

cualquier direccin; la fractura puede ser coloidal, regular, irregular, fibrosa.

Textura Tamao de los granos Entrelazamiento Rocas tipos

de granos

Granular Ms de 5mm. Diverso Granito

Grantica Ms de 5mm. Tamao Diverso Diorita

uniforme

Porfdica Cristales o granos Angulares y Prfido

grandes y pequeos diverso

Vesicular Muy pequeos, con Diverso Lava

vacos intercalados

Amigdoloide Con cavidades rellenas Diverso Lava

de otro material

Afantica Muy pequeas, indistinguibles Amorfos Riolita

a simple vista

Vitrea No existen granos Obsidiana

sino una sola masa

1. TALCO Marca los tejidos

2. YESO Raya la ua

3. CALCITA Se raya con una moneda de cobre

4. APATITO Se raya con una navaja

5. ORTOCLASA Raya los vidrios

6. CUARZO No se deja rayar por la navaja

7. CORINDOM Raya todos los metales

8. DIAMANTE Raya todos los metales menos a s mismo

TABLA DE MOHS



e) Color

Es la caracterstica ms visible, aunque a la vez es la ms difcil de definir, debido a la

gran amplitud de gamas. Cuadro 2.7 Criterios para definir color

COLORES ROCAS CAUSAS

Negro, gris o pardo oscuro

Eruptivas, pizarra, caliza y algunas areniscas

Presencia de biotita, hornblenda, augita, magnetita, materia orgnica y substancias carbonosas.

Amarillo pardo Varias rocas Oxidacin e hidratacin de la mayora de minerales

Rojo y rosado Eruptivas, conglomerados,

areniscas y arcillas Feldespato rosado o rojizo y principalmente oxidado de

hierro y manganeso.

Blanco y colores claros

Caliza, arcilla, limos, areniscas, caoln, etc.

Por meteorizacin del material los colores originales pueden cambiar a tonos claros.

Verde Esquitos, pizarras y algunas

areniscas. Presencia de clorita, epidota, glaucomita y serpentina

f) Diaclasas

Las diaclasas son estructuras de ruptura de la roca debido a tensiones o reacciones y

dilataciones por cambios de presin o temperatura. Se presentan como planos o figuras y es

posible conocer su rumbo o buzamiento; estos pueden tener diferentes valores y cada uno de

ellos constituye un sistema.

2.3.2 Agua (a)

Que al introducirse en la roca produce en su contacto con los elementos qumicos y

materia orgnica una serie de reacciones fsico-qumicas, que hacen que este se vaya

transformando lentamente.

2.3.3 El clima de la regin (cl)

Este esta en funcin de la relacin entre la evaporacin y la precipitacin y puede ser:

seco, hmedo, clido, etc. Y en cierto modo determina las caractersticas fsico-qumicas y el

color de un determinado suelo.

2.3.4 La topografa del lugar (t)

El agua tambin acta en el relieve o topografa del terreno, ya que si el terreno es llano,

habr infiltracin y si es quebrado se producir erosin.

2.3.5 Los organismos vivos (O)

Particularmente los microorganismos, plantas y animales intervienen tambin en la

formacin del suelo.

2.3.6 La temperatura(T)

Est asociada ntimamente al clima, pues a mayor temperatura existe mayor cantidad de

arcilla en un suelo. Adems, el espesor de los estratos o capas depende de la temperatura. As en



zonas fras el espesor de las capas de un suelo es pequeo. En climas clidos, el lecho rocoso se

encuentra a mayor profundidad que en climas fros.

2.3.7 El tiempo (x)

El tiempo de accin de los llamados agentes de descomposicin de las rocas define la

calidad de los suelos

2.3.8 El ser humano (h)

Que con sus obras, como la construccin de represas, autopistas, carreteras, edificios,

estructuras, etc. alteran las condiciones naturales existentes.

2.3.9 Fenmenos Naturales (n)

Como movimientos ssmicos, ciclones y maremotos, que producen grandes

deformaciones en la corteza terrestre.

La arena procede de la meteorizacin de la roca madre.

Las arcillas proceden de silicatos descompuestos de la roca

madre



3.1 DEFINICIN

Es la agrupacin o acumulacin de las partculas sueltas y no consolidadas, provenientes

de la alteracin de las rocas, conociendo entre otros los siguientes:

3.2 DEPSITOS SEDIMENTARIOS

Provienen de la alteracin de las rocas, transporte y sedimentacin de los subproductos

obtenidos.

AGENTES DE ALTERACIN

Acciones Qumicas Acciones Fsicas

AGENTES DE TRANSPORTE

Viento Agua Glaciales Gravedad



De acuerdo a los agentes anteriores, los depsitos se denominan de la siguiente manera:

ALUVIALES: cuando el agente de transporte fue agua.

ELICOS: cuando el agente de transporte fue el viento.

COLUVIALES: cuando han sido transportados por la gravedad.

GLACILICOS: transportados por accin de los movimientos de glaciales.

DEPSITO DE LOS SEDIMENTOS

Las causas principales de la formacin de los depsitos sedimentarios en el agua son: la

disminucin de la velocidad, la disminucin de la solubilidad y el aumento de electrolitos.

Cuando una corriente de agua desemboca en un lago, mar u ocano, pierde parte de su

velocidad, disminuyendo la fuerza de la corriente y producindose la sedimentacin de las

partculas en sedimentacin, cualquier cambio de temperatura o naturaleza qumica del agua

puede producir una disminucin de la solubilidad de la corriente, reduciendo la precipitacin de

alguno de los elementos disueltos.

TIPOS DE DEPSITOS TRANSPORTADOS

a) Depsitos coluviales:

Los suelos coluviales incluyen masas de rocas

sueltas, resultado de la accin transportadora de la

gravedad.

Estos materiales son puntiagudos y angulares,

debido a que ha sufrido poco o ningn transporte.

Generalmente estn sueltos, depositados en las laderas

y en el pie de las montaas.

b) Depsitos aluviales:

Los depsitos aluviales fueron formados por la accin de las corrientes de agua. Los

agentes de acarreo son los ros, las olas y las corrientes marinas. El tamao de las partculas que

pueden ser arrastradas vara aproximadamente con el cuadrado de la velocidad de la corriente

Cuando una corriente cargada con sedimentos desemboca en una masa tranquila de agua,

su velocidad se reduce y se deposita gran cantidad del material, pero el material ms fino puede

ser acarreado ms lejos de la desembocadura de la corriente antes de ser depositado. Tales

depsitos se denominan deltas y pueden, bajo condiciones favorables, cubrir vastas reas. En la

figura se muestra una seccin transversal de una serie de capas inclinadas de una delta. Los

materiales ms finos son acarreados ms lejos para constituir la parte inferior del lecho (c)

mientras que al mismo tiempo el material es depositado en la parte superior del delta como parte

del lecho (a).



Figura 3.1 Seccin transversal de una delta

c) Depsitos Elicos

Son depsitos elicos los formados por el viento e incluyen la arena de las dunas y las

margas.

En las regiones ridas, semiridas y hmedas si la arena suelta no es protegida por la

vegetacin especialmente en las riberas del mar y de los lagos, la arena se va acumulando por el

empuje del viento formando lomas y montculos que se llaman dunas.

Figura 3.2 Ejemplos de dunas en el desierto

d) Depsitos glacilicos

Los glaciares transportan materiales sobre su

superficie en el interior de su masa y en las partes

inferiores del hielo. La carga de la superficie

consiste de fragmentos de roca y otros detritus que

han cado en el hielo de los tajos y laderas que estn

sobre l.

El fondo contiene materiales arrancados por

el peso del glaciar. Los materiales dentro del glaciar

estn constituidos por detritus que han cado de las

grietas de la parte superior del glaciar y por gran

cantidad de agua que queda atrapada entre las

partculas. Figura 3.3 Ejemplo de depsitos glaciares



3.3 DEPSITOS RESIDUALES

GENERALIDADES:

El estudio de suelos residuales requiere una actitud un poco ms geolgica de lo que

normalmente se exige en Mecnica de Suelos, si nos atenemos a que SUELOS RESIDUALES,

son aquellos que resultan de la alteracin de la roca en su propio lugar.

La alteracin de una roca, es su desagregacin y descomposicin llevada a cabo por

agentes fsicos y qumicos naturales, que transforman esa roca en otro producto natural que est

en equilibrio fsico-qumico con el medio ambiente.

Estos procesos dependen pues de la naturaleza de la roca y tambin del clima, cuando la

alteracin se da en climas permanentemente hmedos, los suelos son casi siempre

SAPROLITOS esto es suelos que mantienen la estructura de la roca madre.

La forma tpica en profundidad del perfil de alteracin tropical se indica en las figuras

siguientes; los lmites entre las diferentes capas no estn claramente definidos y hay muchos

sistemas de clasificacin basadas en el grado de alteracin.

Figura 3.4 Relacin Esquemtico entre clima y alteracin

ETAPA 1: Roca original con muy bajo ndice de vacos y alta cohesin.

ETAPA 2: Desintegracin de la roca por causas de alteracin incrementa el ndice de

vacos y decrece la cohesin y ngulo de Friccin.



ETAPA 3: Incremento en el contenido de arcilla, causa el incremento de la cohesin,

decrece el ndice de vacos y la permeabilidad, la gravedad especfica comienza a

incrementarse por causa del incremento en el contenido de sesquixidos.

ETAPA 4: Contina el incremento de contenido de xidos, contenido de caolinita

decrece, por conversin en gibsita, los sesquixidos aglutinan las partculas de arcilla y

hace que el suelo sea ms granular, la gravedad especfica se incrementa debido al

incremento de contenido de xido hierro, incremento del ndice de Vacos porque una

gravedad especfica alta tiende a reducir el volumen slido

Figura 3.5 Representacin esquemtica de perfiles de depsitos de suelos tropicales alterados

ETAPA 5: Nuevo incremento en sesquixidos y ms cementacin de los agregados,

grandes tamaos de grava en forma concrecional, la gravedad especfica, incrementa o

decrece dependiendo de la mayor o menor cantidad de hierro o aluminio.



Figura 3.6 Variacin de propiedades ingenieriles del Basalto, durante la meteorizacin

ETAPA 6:

Roca Secundaria.

Los suelos residuales provenientes de cualquier roca o de la accin de cualquier tipo de

clima, disponen de una serie de estratos que tanto pueden ser secuencia vertical u

horizontal a los cuales llamaremos de zonas, un perfil completo de suelo residual sera el

indicado en la figura:

Figura 3.7 Perfil tpico de un deposito residual

PRIMERA ZONA: Suelo poroso estratos endurecidos o concrecionados.

SEGUNDA ZONA: Suelo Heterogneo (pero uniforme), mantiene la estructura de la

roca de donde proviene, cuando este suelo es cortado freso parece roca no descompuesta,

pero al manipularle vemos que est totalmente disgregado.



TERCERA ZONA: Se trata de una roca parcialmente descompuesta formando bloques.

Finalmente las dos ultimas zonas, la zona 4 y 5 seran objeto de estudio por parte de la

mecnica de rocas.

3.4 DEPSITOS ORGNICOS

Los suelos de origen orgnico se deben directa e indirectamente al crecimiento y

subsiguiente descomposicin de plantas y animales, tal como el musgo de los pantanos, o por la

acumulacin de caparazones de animales o plantas.

Estos depsitos se encuentran en yacimientos terrestres y en los fondos de mares y lagos.

Solamente en los desiertos sin lluvias o en las heladas regiones polares en donde no existen.

Figura 3.8 Suelo orgnico

3.4 DEPSITOS ARTIFICIALES

Son depsitos realizados artificialmente por el hombre, por ejemplo rellenos, presas de

tierra, etc.

Figura 3.9 Depsito Artificial



INTRODUCCIN

Como sabemos los depsitos de suelo estn conformados por un conjunto de partculas

minerales con caractersticas especiales que gobiernan el comportamiento del conjunto por lo

que es importante establecer cuales son sus particularidades individuales.

Las caractersticas que se consideran influyentes en su comportamiento fsico-mecnico

son las siguientes:

4.1 COMPOSICIN QUMICA Y MINERALGICA DE LOS SUELOS

Es una de sus caractersticas esenciales, pues las propiedades de un suelo estn

ntimamente ligadas con su contenido de metales o metaloides.

Los principales elementos qumicos que se encuentran en las rocas, no en estado libre

sino combinado con el oxgeno (O2), son los siguientes:

Cuadro 4.1 Principales elementos qumicos de las rocas

De acuerdo a su composicin qumica los minerales se dividen en minerales primarios

(feldespatos, cuarzo, anfibolas, piroxenos, micas y olivinas) y secundarios que provienen de la

alteracin de los indicados anteriormente y que en forma general se los puede agrupar de la

siguiente manera:

METALES XIDOS METALOIDES ANHDRIDOS

Aluminio Al Al2O3

Hierro Fe Fe2O3

FeO Silicio Si SiO2

Magnesio Mg MgO Azufre S SO3

Calcio Ca CaO Carbn C CO2

Sodio Na Na2O

Potasio K K2O



En las rocas gneas pueden encontrarse minerales formados del magma por su

cristalizacin y tambin minerales formados despus, como resultado de modificaciones sufridas

por los primeros. A los minerales formados directamente por la cristalizacin del magma se los

conoce como magmticos o primarios, ya los minerales formados como resultado de la

modificacin de los primeros post-magmticos o secundarios.

La formacin de los minerales secundarios puede verificarse en diferentes momentos

despus de la solidificacin del magma.

Muy a menudo ellos aparecen mediante procesos de auto metamorfismo, inmediatamente

despus de la formacin de la roca gnea; pero, estos minerales pueden aparecer tambin mucho

despus, por accin de fenmenos que no tienen ninguna relacin con el origen de la roca.

Muchas veces aparecen por procesos de meteorizacin.

Como minerales secundarios podemos enumerar los siguientes:

Talco: silicato de magnesio.

Calcita: carbonato de calcio CaCO3

Dolomita: carbonato de Calcio y Magnesio CaMg(CO3).

Yeso: sulfato hidratado de Calcio CaSO4.

Caolinita: es silicato hidratado de aluminio Al2O3.2SiO2.2H2O

4.2 PESO ESPECFICO DE LOS SUELOS

Depende de la clase de mineral o minerales que lo componen, as como de su mayor o

menor contenido de materia orgnica.

El peso especfico o gravedad especfica de un suelo es la relacin entre el peso de sus

partculas minerales y el peso de igual volumen de agua destilada a 4C, as, si el peso

especfico de un suelo es de 2.7, significa que un centmetro cbico de partcula de ese suelo,

pesa 2.7 veces ms que un centmetro cbico de agua destilada a 4C.

Tambin se puede definir al peso especfico como la relacin entre el peso de las

partculas minerales y su volumen:

Ps = peso de la sustancia slida.

Vs = volumen de la sustancia slida.

SILICATOS

cuarzo

talco

caolinita

mica

sfeldespato

CARBONATOSdolomita

calcita

XIDOS

onita

hematita

magnetita

lim

SULFATOS yeso

Vs

Psg



El peso especfico de los slidos vara entre 2-3. La materia orgnica hace disminuir el

peso especfico del suelo y se ha adoptado como peso especfico de comparacin, el peso

especfico de la arena de cuarzo, que tiene un valor de 2.65.

Su determinacin se la realiza con la utilizacin de frascos calibrados denominados

picnmetros.

1)(

*

*221

2 PPP

PGs

a

gGs

Gs

PsPPP

s

ats

at

Gs = gravedad especfica

at = peso especfico del agua a t C.

Ps = peso del suelo seco (suelo secado al horno).

P1 = peso del frasco calibrado con agua y suelo a t C. Figura 4.1 Picnmetros

P2 = peso del frasco con agua destilada hasta la marca a t C.

EJERCICIO

1.- Determinar el peso especfico de los granos de un suelo, habiendo determinado que el

peso del picnmetro ms agua destilada es igual a 435.21 grs., y el peso del picnmetro con 30

grs. de suelo y agua es de 454.13 grs.

4.3 FORMA DE LAS PARTCULAS.

La forma que tienen las partculas de un suelo, est relacionada tambin con la

composicin mineralgica del material, e influye en la formacin de espacios vacos en la masa

de un suelo.

Se pueden distinguir las siguientes formas principales:

a) PARTCULAS REDONDEADAS: O ms exactamente de forma polidrica, son las que

predominan en los pedregullos, arenas y limos.

b) PARTCULAS LAMINARES: Semejantes a lminas o escamas; son encontrados en las

arcillas.

71.2

08.11

30

13.454)21.43530(

/1*30

1)2(

*

3

Gs

Gs

grgrgr

cmgrgrGs

PPPs

PsGs at

3/71.2 cmgrg



Esta forma de las partculas de las arcillas responde por algunas y cada una de sus

propiedades, como por ejemplo, la compresibilidad y la plasticidad.

c) PARTCULAS FIBRILARES: Es caracterstica de los suelos orgnicos (turbosos), que

son suelos producto de la descomposicin de plantas y animales.

Los suelos compuestos de partculas redondeadas, soportan cargas estticas pesadas con

pequea deformacin especialmente si los granos son angulosos, sin embargo, por efecto de

choques o vibraciones, estas se desplazan fcilmente y sufren grandes deformaciones, los suelos

compuestos de granos con forma laminar o escamosos se comprimen y se deforman fcilmente

bajo el efecto de cargas estticas, as como sucede con las hojas secas y papeles sueltos, sin

embargo son estables a los efectos de esfuerzos denominados choques o vibraciones.

Un pequeo porcentaje de partculas laminares es suficiente para cambiar las

caractersticas de un suelo y hacer que se comporte como material laminar.

4.4 CONTENIDO DE HUMEDAD

El agua que se presenta en los suelos puede ser:

DRENABLE: Es aquella agua que puede ser drenada fcilmente por accin de la

gravedad (agua libre), o procesos fsicos conocidos.

El contenido de humedad se define por la relacin:

NO DRENABLE: Es aquella que no es posible drenarla por medios mecnicos o fsicos

conocidos, y puede ser:

Agua Capilar: Es el agua que ha sido retenida por la accin de la tensin superficial; su

drenaje solo es posible por medios electrnicos.

Agua higroscpica: Es aquella que absorbe el suelo de la humedad del aire.

Agua Adsorbida: Es aquella que forma parte integrante de la partcula de suelo debido a

la actividad superficial.

humedo suelo del peso Ph

seco suelo del peso Ps

agua del Pa

humedad de contenido %h

100*%

100*%

peso

Ps

PsPhh

Ps

Pah



Las partculas finas tipo arcilla contienen alrededor una capa negativa que constituyen la

llamada actividad superficial, que es una capa que atrae y permite cambiar electrones.

En contacto con el agua cuyas molculas son polarizadas; H+ OH-, las partculas slidas

atraen los iones positivos H+ , formando as una pelcula de agua adsorbida.

Las propiedades del agua adsorbida son diferentes del agua normal, ya que en vista de las

grandes presiones a las que se encuentra sometida por las fuerzas electroestticas de adsorcin

(se estima que el valor de esta fuerza es de 20.000 Kg. / cm2.), se presenta en forma semislida y

con espesuras medias de 0.05u.

Figura 4.2 Mecanismos de Adsorcin

Segn SKEMPTON la actividad de los suelos se define por la relacin:

IP = ndice plstico.

%< 0.002 mm. = % de partculas con dimetros menores que 0.002 mm.

En funcin de este valor las arcillas se clasifican en:

-Inactivas = A < 0.75 -Normales = 0.75 < A < 1.25 -Activas = A > 1.25

Un fenmeno importante que se presenta a partir de esta propiedad denominada actividad

superficial es el llamado CAMBIO DE BASE, que se refiere a la facultad que tiene las partculas

coloidales de permutar los cationes adsorbidos en su superficie. As una arcilla hidrogenada

puede convertirse en arcilla sdica, por una constante infiltracin de agua que contenga en

disolucin sales de sodio.

.002.0% mm

IPA



Estos cambios son los que constituyen el principio fundamental del problema de

estabilizacin qumica de los suelos, mediante la adicin de productos qumicos o fenmenos

electroosmticos.

En un suelo, hay que considerar que no todos los cationes adsorbidos son permutables, la

capacidad de permutacin es lo que se conoce como la capacidad de cambio.

4.5 LA ESTRUCTURA DE LAS PARTCULAS

Es una propiedad importante especialmente en las arcillas, pues esta puede ser destruida

por la accin de fuerzas exteriores

La modificacin de la estructura de una masa arcillosa, altera su volumen de vacos,

observndose que algunas arcillas solo presentan una estabilidad menor cuando se altera su

estructura, de ah que una masa de arcilla inalterada sea ms estable que una remoldada, en

cambio en los limos y arenas la alteracin de la estructura de su masa tiene influencia casi nula

en su estabilidad.

Se puede decir que los suelos arcillosos estn formados por partculas cristalinas de

minerales conocidos con el nombre de minerales de arcilla; estos minerales estn formados por

silicatos hidratados de Al o Fe, Mg y K.

La estructura de los minerales de arcilla, se componen de la agrupacin de 2 unidades

cristalogrficas fundamentales.

La una, representada por un tetraedro,

formado por un tomo de Si equidistante de

cuatro O.

La otra, representada por un octaedro,

con un tomo de Al en el centro envuelto por 6

O por 6 grupos OH:

La asociacin de estos elementos forma

los diversos tipos de minerales arcillosos. Figura 4.2 Mecanismos de Adsorcin

Figura 4.4 Unidad cristalogrfica de aluminio

CAOLINITAS: Estn formadas por unidades de Al y Si unidas alternadamente, dando

as una estructura rgida. En consecuencia las arcillas caolnicas son relativamente estables en

presencia del agua.



Figura 4.5 Estructura de la Caolinita

MONTMORILLONITA: Est

estructuralmente formada por una unidad de

Al entre dos unidades de Si, pero la unin

entre esas dos unidades no es lo

suficientemente fuerte y firme para impedir

el paso del agua, lo que hace que este tipo de

arcillas sean muy expansibles y por lo tanto

inestables en presencia de agua.

Figura 4.6 Estructura de la Montmorillonita

ILLITAS: son estructuralmente anlogas

a las montmorillonitas pero son menos

expansivas ( y = 1.5).

Figura 4.5 Estructura de la Caolinita

4.5 EL TAMAO DE LAS PARTCULAS

Depende de la clase de minerales que contenga el suelo. Se clasifican en :

Piedras : Partculas > a 75 mm.

Gravas : Partculas de 5 mm.



Curva granulomtrica, es la representacin grfica de los resultados obtenidos en el

anlisis, los cuales son trazados en un diagrama semilogartmico.

Figura 4.8

Segn la forma de la curva obtenida podremos distinguir los diferentes tipos de

graduacin de los suelos:

Figura 4.9 Tipos de Granulometra

En la curva granulomtrica segn ALLEN- HAZEN se define en los siguientes parmetros:

a) Dimetro Efectivo (De): Es la abertura del tamiz a travs del cual pasa el 10% del

material.

b) Coeficiente de Uniformidad (Cu): Es la relacin entre el dimetro correspondiente al

60% y al dimetro efectivo tomados en la curva granulomtrica.

10

60

D

DCu



Este coeficiente demuestra la uniformidad del material. Su valor disminuye al ser ms

uniforme el material.

Cu < 5 Suelo uniforme

5 < Cu < 15 Uniformidad media

Cu > 15 No uniforme

c) Coeficiente de curvatura:

1060

2

30

*

)(

DD

DCc

D30= Abertura del tamiz a travs del cual pasa el 30% del material

D60= Abertura del tamiz por el cual pasa el 60% del material

El anlisis granulomtrico de los suelos cuyas partculas tienen dimensiones mayores que

0.074 mm. (tamiz N200 A.S.T.M.) se realiza por el proceso de tamizado.

Para esto se toma un peso P de muestra de suelo seco y se lo somete a tamizado, luego de

realizar este proceso se toma las porciones retenidas en los diversos tamices P1.....P2 ,Pn y se

los expresa en porcentaje del peso total.

Sumando sus porcentajes se obtiene los porcentajes retenidos; acumulando y tomando el

complemento de 100, los porcentajes acumulados que pasan.

CUADRO DE ABERTURA DE LAS MALLAS DE LOS TAMICES

La abertura de los tamices normales de A.S.T.M. que se utilizan son los siguientes:

El tipo del tamiz se refiere a la abertura de malla o a su nmero de mallas por centmetro

cuadrado.

100*1

P

P; 100*

2

P

P; etc.

100*1

100P

P

No. ABERTURA mm. No. ABERTURA mm. No. ABERTURA mm.

200 0,074 45 0,35 14 1,41

140 0,195 40 0,42 12 1,68

120 0,125 35 0,5 10 2

100 0,149 30 0,58 8 2,38

80 0,177 25 0,7 7 2,83

70 0,21 20 0,84 6 3,36

60 0,25 18 1 5 4

50 0,297 16 1,19 4 4,76



Anlisis Granulomtrico por Tamizado.

Figura 4.10 Abertura de los tamices

EJERCICIO DE ANLISIS GRANULOMTRICO:

1.- Un anlisis granulomtrico por tamizado de una muestra cuyo peso total es de 15151.2 gr. se

obtuvo los siguientes resultados:

Dimetro Material Retenido

1'' 0.00

1'' 1818.10

'' 1212.10

3/8'' 3030.20

4 2272.70

< 4 6818.10

15151.20

De los 6818 gr. que pasaron por el tamiz #4 se tomo una submuestra de 200gr. para

realizar la granulometra de material fino.

Dimetro Material Retenido

Mb = 200gr.

# 10 31.50

# 20 27.60

# 40 29.10

# 60 22.00

# 100 24.00

# 200 19.80

< 200 46.00

200.00



Calcular y graficar la curva.

Dimetro Material

Retenido % Retenido

% Ret.

Acum.

% Acumulado

P.

1'' 0.00 0.00 0 100

1'' 1818.10 11.90 11.9 88.1

'' 1212.10 8.00 19.9 80.1

3/8'' 3030.20 19.90 39.89 60.11

4 2272.70 15.00 54.9 45.1

< 4 6818.10 45.00

15151.20

Mb = 200gr.

# 10 31.50 15.75 7.08 61.98 38.02

# 20 27.60 13.80 6.21 68.19 31.80

# 40 29.10 14.55 6.54 74.73 25.30

# 60 22.00 11.00 4.95 79.68 20.32

# 100 24.00 12.00 5.40 85.08 14.92

# 200 19.80 9.90 4.45 89.53 10.47

< 200 46.00 23.00 10.35 99.88 0.12

200.00 solo para

200gr

para la m.

total

Con esta informacin la curva granulomtrica queda definida de la siguiente manera:

Por anlisis de la curva granulomtrica obtenida se puede determinar que la muestra

contiene:

62% grava

34% arena

4 % limo

En base a la informacin generada por la curva, tambin podemos definir el dimetro

efectivo, dimetro 30, y dimetro 60 para determinar as si el suelo es uniforme y su coeficiente

de curvatura.

D10 = 0.074 D30 = 0.73 D60 = 9

COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD: Cu = 9/ 0.074 Cu = 122

Como Cu > 15 es un suelo no uniforme COEFICIENTE DE CURVATURA:

Cc = (0.73)2 / (9 * 0.074)

Cc = 0.8 1060

2

30

*

)(

DD

DCc

10

60

D

DCu



Para los suelos finos, es decir con dimensiones menores que 0.074 mm., ya no se puede

utilizar el mtodo del tamizado, por lo tanto se usa el mtodo de sedimentacin continua en un

medio lquido.

Casi o todos los mtodos para anlisis granulomtrico por sedimentacin estn basados

en la ley de STOKES, la cual establece una relacin entre el dimetro de las partculas y la

velocidad de sedimentacin, en un medio lquido de viscosidad y peso especfico conocido.

La ley de STOKES se puede expresar de la siguiente manera:

Donde:

v = velocidad de sedimentacin.

a = peso especfico del medio dispersor.

g = peso especfico de las partculas del suelo.

= coeficiente de viscosidad del medio disperso; vara con la temperatura.

d = Dimetro equivalente a las partculas, esto es el dimetro de una esfera del

mismo peso especfico y que se sedimenta con la misma velocidad.

La ley de Stokes nos da el dimetro equivalente de las partculas y no su verdadero valor.

Resolviendo la ecuacin planteada tendremos:

)(

*1800

*

)(

**1800

ag

ag

nk

vkd

vd

La ley de Stokes es vlida para partculas menores que 0.002 mm. de dimetro y mayor

que aquellas partculas que son afectadas por el movimiento BROWNIANO.

Las limitaciones en la determinacin del tamao de las partculas por medio de la Ley de

Stokes son las siguientes:

a) Las pruebas realizadas por SQUIRES en el ITM dan una idea del error introducido por el uso

de las frmula de Stokes que supone a las partculas esfricas, adems establece como uniforme

la velocidad de asentamiento de una partcula considerada como una esfera hipottica, pero en

realidad las partculas finas tienen forma laminar y ms frecuentemente en forma de disco, de

esta manera las partculas se sedimentan con un movimiento parecido a las hojas que caen.

Squires, estudiando la cada de una partcula de forma diferente al de una esfera,

consider una relacin de correccin:

D= dimetro de la esfera.

2

2

)(

9

2 dV

ag

'752.0 DD



D = dimetro del disco.

= D/H.

H = altura del disco

b) Considera adems, que la velocidad de asentamiento de las partculas es uniforme,

variando nicamente el dimetro.

Pero en realidad esta velocidad no puede ser uniforme porque no todos los granos de

suelo tienen el mismo peso especfico.

Como la variacin del peso especfico de los materiales que componen el suelo, no es

muy grande y oscila de 2-3 gr./cc. Puede utilizarse en la frmula un trmino medio aproximado

de 2.65.

c) La viscosidad de la dispersin cambia con la temperatura, al disminuir la viscosidad se

produce un aumento en la velocidad de sedimentacin.

Limo v p = 1 cm./min.

Arcilla v p = 0.02 cm./min.

d) Se refiere al movimiento de una sola esfera y no tiene en cuenta la influencia recproca

de partculas de tamaos diferentes sedimentndose una tras otra a diferentes velocidades en una

suspensin.

En la realidad las partculas finas del suelo al encontrarse en suspensin en el agua debido

a las cargas elctricas negativas empiezan a repelerse unas tras otras, originando un movimiento

denominado BROWNIANO, por lo que se encuentra en continuo movimiento con la siguiente

alteracin del proceso de sedimentacin.

El clculo de los porcentajes de partculas de suelo con dimetros menores que d. (lo que

correspondera al porcentaje de partculas que pasaran a travs de un tamiz cuyas aberturas sean

iguales a d.) ser:

Ps = Peso del suelo seco utilizado en el ensayo.

g = Peso especfico de los granos.

Lc = lectura corregida del hidrmetro.

La frmula indica anteriormente puede escribirse tambin :

1*1

*100000

% LcPs

dg

g

P d % = k (Lc 1)

k = 1

*000.100

g

g

Ps



HIDRMETROS

Figura 4.11 Instrumentos empleados en el mtodo de

sedimentacin.

EJERCICIO DE ANLISIS GRANULOMTRICO

POR SEDIMENTACIN:

2.-Una vez realizado el ensayo de sedimentacin obtenemos los datos, que indicamos a

continuacin, los cuales nos servirn para realizar los clculos respectivos para hallar el %

acumulado y D:

CA = Correccin por antifloculante = 3

CM= Correccin por menisco = 1

Tiempo

(min)

Temp

C CT

Lectura

Ls

Lc % Acum

Zs

(cm)

D

(mm) gr/L gr/cm3

1 20 50

2 20 44

5 20 33

15 20 32

30 20 27

Donde:

CT= Correccin por temperatura Ls = Lectura del hidrmetro

D = Dimetro de las partculas Zs = Altura de cada de la partculas en cm.

% Acum = porcentaje de partculas que pasara a travs del tamiz cuya abertura sea igual a D

Lc = Lectura corregida del hidrmetro



Para saber la correccin por temperatura nos basamos en la siguiente tabla:

Como en todas nuestras lecturas la temperatura fue de 20C nuestra correccin por

temperatura es de 0.0000

Con el valor de la correccin por temperatura procedemos a determinar la lectura

corregida (Lc) para cada uno de nuestros datos mediante el siguiente procedimiento :

Lc = Ls - CA + CT + CM

Lc = Ls - 3 + 0 + 1

Lc = Ls - 2

Entonces nuestra tabla nos quedara:

Tiempo

(min)

Temp

C CT

Lectura

Ls Lc

% Acum Zs

(cm)

D

(mm) gr/L gr/cm

3

1 20 0.0000 50 48

2 20 0.0000 44 42

5 20 0.0000 38 36

15 20 0.0000 32 30

30 20 0.0000 27 25

Nuestros valores de Lc estn en gr/L por lo cual tenemos que trasformar a gr/cm3

Para realizar la trasformacin de Lc nos basamos en el siguiente grafico:

Temperatura

C

Correccin

CT

Temperatura

C

Correccin

CT

7 -0.0013 20 0.0000

8 -0.0013 21 0.0002

9 -0.0013 22 0.0004

10 -0.0012 23 0.0006

11 -0.0012 24 0.0008

12 -0.0011 25 0.0010

13 -0.0010 26 0.0013

14 -0.0009 27 0.0015

15 -0.0008 28 0.0018

16 -0.0006 29 0.0020

17 -0.0005 30 0.0023

18 -0.0003 31 0.0026

19 -0.0002 32 0.0030



A seguir calculamos el % acum mediante la siguiente formula:

Ps = peso de suelo pretratado = 120 g

g = peso especfico de los granos = 2.506 g/cm3

Lc = densidad corregida

Donde reemplazamos los valores de Lc y obtenemos el % acum para cada lectura

Nuestra tabla nos quedara de la siguiente forma:

Lc

gr/L gr/cm3

48 1.0296

42 1.026

36 1.0223

30 1.0185

25 1.0154

1)(Lc1

g

g

*Ps

100.000d%

1)(Lc12,506

2,506*

120

000 100d%

1)(Lc)664,1(*)333,833(d%

1)(Lc*)676,1386(d%



Tiempo

(min)

Temp

C CT

Lectura

Ls

Lc %

Acum Zs

(cm)

D

(mm) gr/L gr/cm3

1 20 0.0000 50 48 1.0296 41.05

2 20 0.0000 44 42 1.026 36.05

5 20 0.0000 38 36 1.0223 30.92

15 20 0.0000 32 30 1.0185 25.65

30 20 0.0000 27 25 1.0154 21.35

Para establecer Zs nos valemos de las curvas de calibracin de los hidrmetros:

Completamos los valores de Zs en la tabla:

Tambin existe otra forma de hallar los valores de Zs, basndose en la siguiente tabla:

Para los valores de Lc dados a continuacin encontramos Zs

Tiempo

(min)

Temp.

C CT

Lectura

Ls

Lc %

Acum

Zs

(cm)

D

(mm) gr/L gr/cm3

1 20 0.0000 50 48 1.0296 41.05 8.4

2 20 0.0000 44 42 1.026 36.05 9.4

5 20 0.0000 38 36 1.0223 30.92 10.4

15 20 0.0000 32 30 1.0185 25.65 11.4

30 20 0.0000 27 25 1.0154 21.35 12.2



Segn la tabla nuestros valores de Zs quedaran de la siguiente manera:

Lc Zs

48 8.4

42 9.4

36 10.4

30 11.4

25 12.2

Para hallar el valor de k nos apoyamos en la siguiente tabla, mediante los valores de la

temperatura y del peso especfico.

Nuestro valor de k es 0.01431



Para hallar el dimetro de la partculas aplicamos la frmula:

t = tiempo en segundos

Reemplazando los valores de Zs y t obtenemos los valores del dimetro para cada dato.

Tiempo

(min)

Temp

C CT

Lectura

Ls

Lc %

Acum

Zs

(cm)

D

(mm) gr/L gr/cm3

1 20 0.0000 50 48 1.0296 41.05 8.4 0.006

2 20 0.0000 44 42 1.026 36.05 9.4 0.004

5 20 0.0000 33 36 1.0223 30.92 10.4 0.003

15 20 0.0000 32 30 1.0185 25.65 11.4 0.002

30 20 0.0000 27 25 1.0154 21.35 12.2 0.001

Con el material lavado, retenido en el tamiz N 200 lo secamos al horno por 24 horas y

procedemos a realizar la tamizacin del mismo para completar la curva granulomtrica.

Los datos obtenidos de nuestra muestra son:

Por tamizacin

Malla

N

Peso del suelo

retenido

Porcentaje

retenido

Retenido

acumulado

Porcentaje que

pasa

gr % % %

10 0 0 0 100

40 23.7 19.75 19.75 80.25

100 7.7 6.42 26.17 73.83

200 36.9 30.75 56.92 43.08

Por sedimentacin

Ap

%

D

(mm)

41.05 0.006

36.05 0.004

30.92 0.003

25.65 0.002

21.35 0.001

Valores con los cuales procedemos a trazar la curva granulomtrica.

t

ZskD

t

ZsD 01431.0



Las partculas minerales, el agua y el aire se agrupan de maneras muy diferentes para

formar los depsitos de suelos o rocas.

En mecnica de suelos el trmino estructura (ms propiamente micro estructuras) se usa

para describir la geometra de la agrupacin Partcula Poro.

A esta confusa terminologa se suma el problema de la descripcin de la interminable

variedad de texturas o micro estructuras posibles, las mismas que dependen de las formas de los

granos, las llamadas fuerzas entre partculas y la manera como el suelo o la roca se formaron.

Para fines de estudio hemos clasificado las micro estructuras en cuatro grupos:

No cohesivas Cohesivas Suelos sedimentarios Compuestas Residuales

Existen, sin embargo, muchos materiales que no caen dentro de este simple modelo

bsico, razn por la cual cada suelo debe ser evaluado individualmente y no debe basarse en la

descripcin de la micro estructura.

5.1 MICRO ESTRUCTURAS DE SUELOS NO COHESIVOS

a) ESTRUCTURAS DE CONTACTO

Los suelos no coherentes, se componen en general de granos redondeados que se pueden

representar por esferas o poliedros regulares, la ms simple disposicin de estas partculas es

similar a las de la naranjas colocadas en un estante del mercado en la cual cada una est en

contacto con las dems que rodean esta estructura que se llama de CONTACTO O

MONOGRANULAR y es tpica de las arenas o gravas.

La relacin de vacos puede variar grandemente segn sea la posicin relativa de los

granos, si se colocan en una caja grande granos distribuidos uniformemente de manera que

queden unos encima de otros, la estructura que se forma tendr una relacin de vacos de

alrededor de 0.90 (a).

Si se colocan de manera que las esferas de una capa ocupen los espacios entre las esferas

de la otra, la relacin de vacos de esta estructura ser de alrededor de 0.35 (b). La disposicin

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toshibaTexto escrito a mquina....l

toshibaTexto escrito a mquina

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que corresponde a la mayor relacin de vacos se describe como suelta y la correspondiente a la

menor como compacta; se puede disponer los granos para producir cualquier relacin de vacos

entre estos dos lmites.

Figura 5.1 Estructuras de suelos no cohesivos

Es posible tener variaciones similares en la relacin de vacos en suelos no cohesivos con

granos de forma irregular y de distintos tamaos; la relacin de vacos ms alta posible para un

suelo determinado (y en el que todava estn en contacto las partculas) se denomina mxima e mx., la relacin de vacos ms baja se denomina mnima e mn..

La relacin que existe entre la relacin de vacos que realmente tiene un suelo e nat y sus valores lmites e mx y e mn, se denomina COMPACIDAD RELATIVA; GRADO DE

COMPACIDAD, DENSIDAD RELATIVA, NDICE DE DENSIDAD.

Dicindose que el suelo natural es suelto si su compacidad relativa es menor que 50% y

compacto si es mayor.

Las propiedades de los suelos que tienen estructura de contacto suelta se diferencian

grandemente de los que la tienen compacta, los suelos sueltos en los que los granos estn

colocados unos arriba de otros son inestables a los choques y vibraciones en razn de que se

mueven las partculas y al agruparse forman suelos ms compactos y estables. Las partculas

redondas son las ms inestables del suelo suelto y an las angulosas si la relacin de vacos es lo

bastante alta.

Las estructuras de contacto compactas son de por s estables y se afectan ligeramente por

los choques y vibraciones, ambas estructuras son capaces de soportar cargas estticas sin grandes

deformaciones.

De acuerdo al grado de compacidad, las arenas se clasifican en:

Arena suelta 0 < Cr < 0.33

Arena Medianamente Compacta 0.33 < Cr < 0.66

Arena Compacta 0.66 < Cr < 1

100*emnemx

enatemxGc

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EJERCICIO

1.-Determinar el grado de compacidad relativa de una muestra de suelo, cuyo peso

especfico real de los granos es igual a 2.65 gr/cm3. El peso del suelo seco suelto es 4289 gr y el

peso del suelo seco compactado es 5050 gr. Las dimensiones del molde utilizado son 17.78 cm

de altura y 15.115 cm de dimetro interior. El ndice de vacos en estado natural del suelo es

0.70.

Datos:

Clculo del volumen:

Clculo del ndice de vacos mximo

Clculo del ndice de vacos mnimo

Clculo del grado de compacidad relativa

70.0

115.15

78.17

5050''

4289'

/65.2 3

nat

g

e

cmD

cmH

grsP

grsP

cmgr

3

2

2

35.3190

780.17*)115.15(4

4

cmVT

cmcmVT

HDVT

97.0

)/65.2/(4289

)/65.2/(4289347.3190

/'

/'

max

3

33

max

max

e

cmgrgr

cmgrgrcme

sP

sPVTe

g

g

67.0

)/65.2/(5050

)/65.2/(5050347.3190

/''

/''

min

3

33

min

min

e

cmgrgr

cmgrgrcme

sP

sPVTe

g

g

%29.91

100*9129.0

100*67414.097119.0

70.097119.0

100*minmax

max

Cr

Cr

Cr

ee

eeCr nat

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Por ser su compacidad relativa mayor al 50% y estar entre 0.66 y 1, la arena est

compacta.

b) ESTRUCTURAS DE PANAL

Es posible en determinadas condiciones que los granos redondos no coherentes formen

arcos imperfectos, lo que trae que la relacin de vacos exceda al mximo correspondiente a la

estructura de contacto; esta estructura tiene una compacidad relativa negativa y se llama de panal

(c).

La estructura de panal se produce cuando arenas extremadamente finas o partculas de

LIMO no coherentes se sedimentan en aguas tranquilas, debido a su pequeo tamao se asientan

lentamente y se acuan unas a otras sin rodar para alcanzar una posicin ms estable como lo

hacen las partculas mayores. Esta estructura tambin se produce cuando se descarga arena fina

hmeda en un relleno y no se compacta, este estado se llama algunas veces abultado.

La estructura en panal es capaz a veces de soportar cargas estticas con pequeas

deformaciones, en forma similar a como lo hacen los arcos de piedra que soportan su carga sin

deformacin, sin embargo, el choque y las vibraciones pueden producir su falla, en algunos casos

esto produce solamente un rpido asentamiento, pero en otros produce una reaccin en cadena

que convierte a toda la masa de suelo en un lquido pesado capaz de llenar una excavacin o

tragarse un buldzer; estas estructuras son afortunadamente poco comunes y generalmente

ocurren en lentes o bolsones de poca extensin debido a los riesgos que esto envuelve, el

ingeniero, debe mirar con desconfianza todas las arenas muy finas y los limos depositados en

agua hasta poder comprobar por la determinacin de la relacin de vacos que son estables.

5.2 MICROESTRUCTURA DE SUELOS COHESIVOS

En los suelos cohesivos la estructura la determinan principalmente los minerales

arcillosos y las fuerzas que actan entre ellos. En las partculas de arcilla que se depositan en

agua actan una serie de fuerzas complejas, algunas de las cuales, incluyendo las fuerzas de

atraccin universal, la atraccin mutua de los cationes individuales de las cargas elctricas de

cada grano y las cargas elctricas de los cationes adsorbidos, hacen que las partculas se atraigan

o se repelen unas a otras.

Ambas fuerzas, las de atraccin y repulsin, aumentan aunque en diferente proporcin a

medida en que la distancia entre partculas decrece en una suspensin diluida en que las

partculas estn ampliamente separadas y se quedan en suspensin y se asientan muy lentamente

mientras son rebotadas por la agitacin de las molculas de agua, esta agitacin se denomina

MOVIMIENTO BROWNIANO, y el sistema se llama disperso.

La dispersin se puede aumentar aadiendo soluciones o materiales que aumenten la

Teoria Mecanica Suelos i5 Okasasa

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