Mecanica de Suelos 1

Teoría y práctica de mecánica de Suelos

I.

SUELO. ORIGEN Y FORMACIÓN. CLASES. TEXTURA Y ESTRUCTURA DE LOS SUELOS.

1.1. Definición de suelo •

Es el estrato o estratos sueltos de material sin consolidar provenientes de la meteorización mecánica y descomposición química de la roca.

•

Es una mezcla de partículas sólidas, líquidas y gaseosas.

•

Es una pequeña capa formada por la desintegración y descomposición de los últimos niveles de la corteza terrestre de nuestro planeta tierra.

1.2. Origen y formación de los suelos La corteza terrestre es atacada principalmente por el aire y las aguas, siendo los medios de acción de estas sustancias sumamente variadas. Todos los mecanismos de ataque pueden incluirse en dos grupos: 1.2.1. Desintegración Mecánica.- Es la intemperización de las rocas por agentes físicos (figura 1.1), estos agentes son: •

Cambios de temperatura.

•

Congelación del agua en las fisuras y grietas de la roca.

•

Organismos y raíces de plantas.

Todos estos agentes llegan a formar el suelo (gravas, arenas, limos y solo en casos especiales arcillas).

FIGURA 1.1: Esquema de la descomposición mecánica de la roca

1.2.2. Descomposición Química.- Se refiere a la acción de agentes que atacan a las rocas modificando su constitución mineralógica o química, el principal agente es el agua, siendo los mecanismos de ataque, la oxidación, la hidratación y la carbonatación, tal como se muestra en la figura 1.2. Los efectos químicos de la vegetación juegan un papel no despreciable. Estos mecanismos generalmente producen arcilla como último producto, todos los efectos anteriores suelen acentuarse con los cambios de temperatura, por lo cual es frecuente encontrar formaciones arcillosas de importancia en zonas Ing. M.Sc. Enrique Napoleón Martínez Quiroz

1

Teoría y práctica de mecánica de Suelos

húmedas y cálidas, mientras que son típicas de zonas más frías formaciones arenosas o limosas, más gruesas. En los desiertos cálidos, la falta de agua hace que los fenómenos de descomposición no se desarrollen, por lo cual la arena predomina en estas zonas.

FIGURA 1.2: Esquema de la descomposición química de la roca

FIGURA 1.3: Vista del origen y formación de suelos, carretera Tarapoto - Lamas

FIGURA 1.4: Esquema del producto del intemperismo físico químico y su relación con las eras geológicas

1.3. Clases de Suelos 1.3.1. Suelos Residuales.- Son producto del ataque de los agentes del intemperismo, suelen quedarse en el lugar directamente sobre la roca de la cual se derivan. 1.3.2. Suelos Transportados.- Los suelos pueden ser removidos del lugar de formación, por los mismos agentes geológicos y redepositados en otra zona. Así se generan suelos que sobreyacen sobre otros estratos sin relación directa con ellos. Existen en la naturaleza numerosos agentes de transporte de los cuales podemos citar como principales los glaciares, el viento, los ríos y corrientes de agua superficial, los mares y fuerzas de gravedad; estos factores actúan a Ing. M.Sc. Enrique Napoleón Martínez Quiroz

2

Teoría y práctica de mecánica de Suelos

menudo combinadamente. En el siguiente esquema de un corte transversal podemos apreciar las formaciones de los suelos durante la vida geológica de la tierra.

FIGURA 1.5: Esquema transversal de las clases de suelos

1.4. Estructura y textura de los suelos 1.4.1. Estructura.- Definimos como estructura a la propiedad de los suelos que produce una respuesta a los cambios exteriores y solicitaciones tales como el agua, cargas (edificios, pavimentos, etc.) respectivamente. Esta propiedad involucra tanto el arreglo geométrico de las partículas como a las fuerzas que están sobre ellas, Involucra conceptos como “gradación”, “arreglo”, “vacíos”, fuerzas ligantes y fuerzas eléctricas asociadas. 1.4.2. Textura.- es la apariencia superficial, depende del tamaño, forma y graduación de las partículas.

FIGURA 1.6: Esquema de la estructura de los suelos

a.

Estructura de los suelos gruesos

Predominan las fuerzas gravitacionales, depende en gran medida de la forma de las partículas, de su tamaño y de cómo están organizadas. Así su resistencia o comportamiento hidráulico se ven gradualmente afectados por circunstancias tales como la orientación de las partículas o la cantidad de vacíos existentes en su masa. Ing. M.Sc. Enrique Napoleón Martínez Quiroz

3

Teoría y práctica de mecánica de Suelos

En las figuras se muestran el arreglo de sus partículas. En el gráfico (a) se observa el arreglo denominado estado más suelto y en el (b) se observa el arreglo denominado estado más compacto.

FIGURA 1.7: Esquema de los estados del suelo de estructura simple

Notándose que la cantidad de vacíos en ambos es diferente es decir con relación de vacíos máx. y mín. en el arreglo de este tipo de partículas, como las partículas reales difieren de la forma esférica rara vez da un arreglo real y en consecuencia los diferentes tamaños y formas se combinan para formar suelos muy densos o sueltos. Utilizando ambas estructuras se puede concluir que la segunda (densa) exige un arreglo mejor que la primera, es decir la resistencia que pueda tener el suelo es mayor y que las partículas menores contribuyen al soporte de cargas y el tener menor cantidad de vacíos existe menos posibilidad de deformación. En la naturaleza el suelo se presenta en un estado intermedio donde la relación de vacíos podría denominarse estado natural (en) que en cierto modo representa el grado de acomodo entre partículas. •

Densidad relativa (Dr%) La densidad relativa es un término relacionado con el grado de acomodo de las partículas de un suelo. Matemáticamente puede calcularse con la ecuación:

𝐷𝑟 % =

𝑒𝑚á𝑥 − 𝑒𝑛𝑎𝑡. 𝑥100 𝑒𝑚á𝑥 − 𝑒𝑚í𝑛

𝑆𝑖: 𝑒𝑚á𝑥 = 𝑒𝑛𝑎𝑡 → 𝐷𝑟 = 0% 𝑒𝑚í𝑛 = 𝑒𝑛𝑎𝑡 → 𝐷𝑟 = 100% 0% ≤ 𝐷𝑟 ≤ 100% La 𝐷𝑟 %, es sinónimo de que un suelo es de partículas gruesas, correspondiendo en valores menores, menor será la resistencia; si a mayor Dr%, mayor será la resistencia.

Ing. M.Sc. Enrique Napoleón Martínez Quiroz

4

Teoría y práctica de mecánica de Suelos

Cuadro 1: Tabla de valores de la densidad relativa ITEM

AGREGADO

DENSIDAD RELATIVA (%)

1

ARENA SUELTA

0 - 33

2

ARENA MEDIA DENSA

33 - 66

3

ARENA COMPACTA

66 -100

Fuente: Tschebotarioff Gregory

b. Estructura de los suelos cohesivos El conocimiento de la composición interna de las láminas de arcilla es más importante a nivel básico que a nivel ingenieril, sin embargo es útil comprender su composición a fin de establecer su comportamiento. Investigaciones recientes, señalan el ambiente electroquímico, que existe en el agua, en el momento de la formación del suelo como el factor más influyente en su futuro comportamiento y la sedimentación individual de tales estructuras, produce las denominadas estructuras: Floculenta, Panaloide, Castillo de naipes y Dispersa.

GRAVAS Y ARENAS ARCILLAS

FIGURA 1.8: Esquema de la formación de suelos

•

Estructura floculenta (arcilla) Cuando en el proceso de sedimentación, dos partículas de diámetros menores de 0.002mm llegan a tocarse, se adhieren y se sedimentan juntas; así otras partículas pueden Unirse al grupo, formando un grumo, con estructura similar a un panal. Cuando estos grumos llegan al fondo forman a su vez panales, cuyas bóvedas no están ya formadas por partículas individuales; sino por los grumos mencionados. El mecanismo anterior produce una estructura muy blanda y suelta, con gran volumen de vacíos, llamada floculenta y a veces, panaloide de orden superior. Las partículas menores de 0,0002 mm = 0.2 micra se consideran ya coloides; estas partículas pueden permanecer en

suspensión indefinidamente, pues en

ellas el peso ejerce poca influencia en comparación con, las fuerzas eléctricas desarrolladas entre las partículas cargadas negativamente, según ya se dijo y con las fuerzas moleculares ejercidas por la propia agua; cuando dos de estas partículas tienden a acercarse, sus cargas ejercen una repulsión que las aleja de nuevo; las vibraciones moleculares del agua, impiden que las partículas se precipiten; el resultado es un movimiento característico en rápido zigzag, conocido

Ing. M.Sc. Enrique Napoleón Martínez Quiroz

5

Teoría y práctica de mecánica de Suelos

como browniano ( el botánico inglés Brown lo observó por vez primera al estudiar suspensiones de clorofila al microscopio). Por este mecanismo, las partículas coloidales de suelo en suspensión no se sedimentarían jamás. Las cargas eléctricas de la partículas coloidales pueden, sin embargo, neutralizarse bajo la influencia de la adición de iones de carga positiva opuesta; un electrolito, por ejemplo un ácido tal como el clorhídrico, se disocia en agua en iones positivos y negativos (CI- y H+); por el efecto de los iones H+ en solución, los coloides neutralizan sus cargas y chocan entre sí, quedando unidos por las fuerzas de adherencia desarrolladas. De esta manera pueden empezar a formarse los flóculos de mayor masa, que ya tienden a depositarse. En las aguas de mar, sales contenidas actúan como electrolito haciendo posible la generación del mecanismo antes descrito; en otras aguas naturales la disociación normal de algunas moléculas (H+, OH-) que siempre se produce, la presencia de sales, etc.…, logra el mismo efecto. Los flóculos se unen entre sí para formar panales, que se depositan conjuntamente, formando al tocar fondo nuevos panales y dando lugar a una forma extraordinaria difusa de estructura en la que el volumen del solidó puede no representar más de un 5 -10%. Conforme aumenta el peso debido a la sedimentación continua, las capas inferiores expulsan agua y se consolidan

más. Durante este proceso, las

partículas y grumos se acercan entre sí y es posible que esta estructuración tan poco firme al principio, alcance resistencias de importancia.

FIGURA 1.9: Esquema de la estructura floculenta

•

Estructura panaloide Esta estructura considerada típica en granos de pequeño tamaño (0.002mm de diámetro o algo menores) que se depositan en un medio continuo, normalmente agua y, en ocasiones aire. En estas partículas, la gravitación ejerce un efecto que hace que tiendan a sedimentarse, pero su pequeña masa, otras fuerzas naturales

Ing. M.Sc. Enrique Napoleón Martínez Quiroz

6

Teoría y práctica de mecánica de Suelos

pueden hacerse de magnitud comparable; concretamente, si la partícula antes de llegar al fondo del depósito, toca a otra partícula ya depositada, la fuerza de adherencia desarrollada entre ambas, puede neutralizar al peso, haciendo que la partícula quede detenida antes de completar su carrera; otra partícula puede ahora añadirse y el conjunto de ellas podrá llegar a formar una celda, con cantidad importante de vacíos, a modo de panal mostrada en la figura. Las fuerzas de adherencia, causantes de estas estructuras son fuerzas superficiales.

FIGURA 1.10: Esquema de la estructura panaloide

•

Estructura en castillo de naipes Las investigaciones realizadas en partículas de caolinitas, ilitas y montmorilonitas demuestran que la longitud de ellas es del mismo orden de magnitud que su ancho y que el espesor varía de 1/100 de estas dimensiones, en las montmorilonitas, a 1/10 en las caolinitas, ocupando las ilitas una posición intermedia. Con estos datos es posible estimar que la superficie especificada de estas partículas (metros cuadrados de área superficial por gramo de peso) es el orden de 10 en las caolinitas, 80 en las ilitas y 800 en las montmorilonitas; estas cifras cobran toda su importancia al considerar la acción de las fuerzas superficiales como factor que interviene en la estructuración, no siendo difícil concebir que tal factor llegue a ser determinante. Corresponde a la naturaleza bipolar de las láminas de arcilla donde existe atracción entre los extremos (-) y las partes centrales (+).

FIGURA 1.11: Esquema de la estructura en castillo de naipes

Ing. M.Sc. Enrique Napoleón Martínez Quiroz

7

Teoría y práctica de mecánica de Suelos

•

Estructura Difusa Algunas investigaciones modernas han indicado que una hipótesis estructural del tipo de "castillo de naipes" en la cual las partículas tienen contactos mutuos, si bien puede aceptarse como real en muchos casos, quizá no es la más estable en la que pudiera pensarse. Cualquier

perturbación que pueda existir, como

deformación por esfuerzo cortante, tiende

en general a disminuir los ángulos

entre las diferentes láminas de material. Conforme esto sucede actúan entre las partículas presiones osmóticas inversamente proporcionales al espaciamiento entre ellas. Las presiones osmóticas tienden a hacer que las partículas se separen y adopten una, posición tal como la que, esquemáticamente se muestra. El fenómeno se origina cuando el peso de los estratos superiores, modifica el ángulo de contacto de las partículas.

FIGURA 1.12: Esquema de la estructura difusa

1.5. Composición de las arcillas Están compuestas por silicatos de Aluminio, Hierro y Silicatos de Magnesio. Con estructura cristalina dispuestas en forma de hojas de un libro con dos unidades elementales para armar la estructura de estos minerales. Están formados por: Lámina silícica.- conformada por 4 átomos de oxigeno dispuestos en los puntos de un tetraedro, que encierran a un átomo de silicio.

FIGURA 1.13: Esquema de la lámina silícica

Ing. M.Sc. Enrique Napoleón Martínez Quiroz

8

Teoría y práctica de mecánica de Suelos

Lámina Alumínica.- Conformada por 6 átomos de oxigeno con la configuración de un octaedro, que encierran a un átomo de aluminio.

FIGURA 1.14: Esquema de la estructura de la lámina alumínica

1.6. Principales propiedades de los suelos. 1.

Estabilidad volumétrica: Los cambios de humedad son la principal fuente: Se levantan los pavimentos, inclinan los postes y se rompen tubos y muros.

2.

Resistencia mecánica: La humedad la reduce, la compactación o el secado la eleva. La disolución de cristales (arcillas sensitivas), baja la resistencia.

3.

Permeabilidad: La presión de poros elevada provoca deslizamientos y el flujo de agua, a través del suelo, puede originar tubificación y arrastre de partículas sólidas.

4.

Durabilidad: El intemperismo, la erosión y la abrasión amenazan la vida útil de un suelo, como elemento estructural o funcional.

5.

Compresibilidad: Afecta la permeabilidad, altera la magnitud y sentido de las fuerzas ínter partículas, modificando la resistencia del suelo al esfuerzo cortante y provocando desplazamientos.

6.

Sensibilidad: Conocida como susceptibilidad de una arcilla, es la propiedad por la cual, al perder el suelo su estructura natural, cambia su resistencia, haciéndose menor, y su compresibilidad, aumenta.

7

Tixotropía: Propiedad que tienen las arcillas, en mayor o menor grado, por la cual, después de haber sido ablandada por manipulación o agitación, puede recuperar su resistencia y rigidez, si se le deja en reposo y sin cambiar el contenido de agua inicial.

8.

Desagregación: Deleznamiento o desintegración del suelo, dañando su estructura, anegando el material seco y sometiéndolo a calor.

Ing. M.Sc. Enrique Napoleón Martínez Quiroz

9

Teoría y práctica de mecánica de Suelos

Las propiedades mencionadas anteriormente se pueden modificar o alterar de muchas formas: por medios mecánicos, drenaje, medios eléctricos, cambios de temperatura o adición de estabilizantes (cal, cemento, asfalto, sales, etc.). 1.7. Definiciones de algunos términos Geotecnia: Es la ciencia que se basa en el conocimiento de la geología y la mecánica de los suelos. Geología: Es la ciencia que estudia a la tierra y los fenómenos que ocurren durante la vida en el planeta. Mecánica de suelos: Es la ciencia que estudia las propiedades y comportamiento del suelo, al cual se lo utiliza como material de construcción o soporte de estructuras (terreno de fundación), básicamente de cimentaciones que son los elementos que transmiten las cargas de la estructura al terreno Suelo grueso (granular): Son los de mayor tamaño: Cantos Rodados, gravas y arenas. Su comportamiento está gobernado por las fuerzas de gravedad. Suelos fino: Son los limos y arcillas. Su comportamiento está regido por fuerzas eléctricas, fundamentalmente. Suelos pulvorulentos (desintegrados): Son los no cohesivos, o suelos gruesos, pero limpios (sin finos); es decir, los gruesos (granulares) limpios. Arcillas y limos: En estado seco o húmedo, tiene más cohesión la arcilla. La arcilla seca es dura mientras el limo es friable o pulverizable. Húmedos, la arcilla es plástica y el limo poco plástico. Al tacto, la arcilla es más suave y a la vista el brillo más durable. Suelos expansivos: Se denomina así a ciertos tipos de arcillas “Grasas” pegajosas que absorben agua y se hinchan. Cuando se secan se contraen y se agrietan, a esta acción se le conoce como dilatación - contracción del Suelo. Estos suelos existen en muchas zonas, generalmente en climas secos. Como algunos suelos se dilatan o se contraen fundamentalmente debido a los cambios en el contenido de agua, esto se debe a un tipo de arcilla que recibe el nombre de “Montmorillonita” se dilatan o encogen, según se añada o se extraiga agua, uno de los componentes que esta presente es un material llamado “Bentonita” Estas arcillas tienen una capacidad de expansión de 8 a 16 veces su volumen. Suelos dispersivos: En estos suelos ocurre una defloculación de las arcillas. El fenómeno químico es propio de suelos salinos, cuando, por presencia de sodio se desplaza el agua recién venida y adsorbida, para romper los enlaces. El chequeo del potencial dispersivo se hace contando iones disueltos de Na+, Mg++, Ca++, K+ y comparando con el total de sales en términos de concentración. El efecto de la dispersión es la erosión interna (tubificación) y la pérdida de resistencia por destrucción de la estructura del suelo.

Ing. M.Sc. Enrique Napoleón Martínez Quiroz

10

Teoría y práctica de mecánica de Suelos

En un ensayo de erodabilidad, todos los suelos dispersivos son erodables. Los suelos dispersivos son sódicos - cálcicos y el remedio es echar cal viva para sacar el Na+. Se presentan en el Huila y Guajira (ambiente árido y suelo marino) Suelos colapsables: Los suelos colapsables son aquellos que al ser humedecidos o al aplicárseles una pequeña carga adicional, sufren una radical redistribución de sus partículas, reduciendo marcadamente su volumen, los grandes asentamientos que ocurren pueden causar diversos problemas a las edificaciones, servicios públicos vitales y otras obras de Ingeniería. La mayoría de los suelos colapsables que se presentan en estado natural son eólicos, es decir, arenas y/o limos depositados por el viento, tales como los loes, las playas eólicas y los depósitos de polvo volcánico, los cuales tienen altas relaciones de vacíos, pesos específicos bajos y sin cohesión o solo ligeramente cohesivos, Los depósitos de loes tienen partículas de tamaño de limo. La cohesión en los loes puede ser el resultado de la presencia de arcilla alrededor de las partículas de tamaño de limo, que las mantiene en una condición bastante estable en un estado no saturado. La cohesión también es ocasionada por la presencia de precipitados químicos lixiviados por el agua de lluvia. Cuando el suelo se satura, la adhesión de la arcilla pierde su resistencia y por tanto sufre un colapso estructural. Muchos suelos colapsables son suelos residuales producto del intemperismo de la roca madre. Este proceso produce suelos con un gran rango de tamaños de partículas. Los materiales solubles y coloidales son lavados por agentes de transporte, resultando grandes relaciones de vacíos y por consiguiente estructuras inestables. En los suelos potencialmente colapsables que no contienen sales solubles, la mayor parte del asentamiento ocurre al producirse la saturación. En cambio, en suelos con un porcentaje significativo de estas, debido a que su pérdida ocurre en el tiempo, el asentamiento es gradual y en algunos casos el lavado de suelos puede producir grandes agujeros. Suelos orgánicos: El primer producto de estos materiales es la turba, materia orgánica en descomposición. Por su porosidad, tiene alto contenido de humedad, baja resistencia, alta compresibilidad e inestabilidad química (oxidable). Deben evitarse como material de fundación y como piso para rellenos. El humus es de utilidad económica y ambiental, por lo que debe preservarse. Suelos solubles: La disolución se presenta en suelos calcáreos (calizas – yesos); El ácido carbónico producido, ataca de nuevo los carbonatos del suelo, por lo que es recomendable aislar la obra del flujo de agua. Ca CO3 + H2O + CO2---------------------- Ca (OH) 2 + H2CO3 El ácido carbónico

Ing. M.Sc. Enrique Napoleón Martínez Quiroz

11

Teoría y práctica de mecánica de Suelos

II.

RELACIONES VOLUMÉTRICAS Y GRAVIMÉTRICAS

2.1. Introducción En un suelo se distinguen tres fases: sólida, líquida y gaseosa. La fase sólida está formada por las partículas minerales del suelo (incluyendo la capa sólida adsorbida). La fase líquida formada por el agua libre específicamente, aunque en el suelo pueden existir otros líquidos de menor significación. La fase gaseosa comprende sobre todo el aire, pero pueden estar presentes otros gases (vapores sulfurosos, anhídrido carbónico, etc.) Las fases líquida y gaseosa del suelo suelen comprenderse en el volumen de vacíos (Vv), mientras que la fase sólida constituye el volumen de sólidos (Vs). Se dice que un suelo es totalmente saturado cuando todos sus vacíos están ocupados por agua. Un suelo en tal circunstancia consta, como caso particular de solo dos fases, sólida y líquida. Es importante considerar las características morfológicas de un conjunto de partículas sólidas en un medio fluido. Las relaciones entre las diferentes fases del suelo (sólida, líquida y gaseosa), permiten avanzar sobre el análisis de la distribución de las partículas por tamaños y sobre el grado de plasticidad del conjunto. En los laboratorios de mecánica de suelos puede determinarse fácilmente el peso de las muestras húmedas, el peso de las muestras secadas al horno y el peso específico relativo de las partículas que conforman el suelo, entre otras. Las relaciones entre las fases del suelo tienen una amplia aplicación en la Mecánica de Suelos para el cálculo de esfuerzos o llamados también presiones y/o tensiones. La relación entre las fases, la granulometría y los límites de Atterberg se utilizan para clasificar el suelo, orientar la de la investigación específica, así como estimar su comportamiento. Modelar el suelo es colocar fronteras que no existen. El suelo es un modelo discreto y eso entra en la modelación con dos parámetros, relación de vacíos (e) y la porosidad (n), con las fases. El agua adherida a la superficie de las partículas entra en la fase sólida. En la líquida sólo el agua libre que podemos sacar a 105 °C cuando, después de 24 horas el peso del suelo ya no disminuye permanece constante. 2.2.

Fases del Suelo

En el suelo puede observarse la existencia de una fase sólida formada por las partículas minerales, una fase líquida que sería el agua intersticial libre y una parte gaseosa que reúne al aire o vapores producto de la descomposición orgánica atrapados entre los sólidos.

Ing. M.Sc. Enrique Napoleón Martínez Quiroz

12

Teoría y práctica de mecánica de Suelos

𝑉𝑚 = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑉𝑎 = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑉𝜔 = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑉𝑠 = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠 𝑉𝑣 = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑐í𝑜𝑠

𝑊𝑚 = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑊𝑎 = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑊𝜔 = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑊𝑠 = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠

FIGURA 2.1: Esquema de las fases del suelo

En Mecánica de Suelos, se relaciona el peso de las distintas fases del suelo con sus volúmenes correspondientes, por medio del concepto del peso específico. Peso específico aparente (m): Conocido como peso volumétrico, densidad aparente, peso específico de masa 𝛾𝑚 =

𝑊 +𝑊 𝑊𝑚 ⁄𝑉 = 𝑠 𝜔 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . . (1) 𝑉𝑚 𝑚

Peso específico del agua (w): En condiciones prácticas: El peso específico del agua destilada es igual al peso específico del agua en condiciones naturales (o = w) 𝛾0 = 𝛾𝜔 =

𝑊𝜔 ⁄𝑉 𝜔

El peso específico del agua destilada (o): a 4°C y a P.A. n. m. en sistemas derivados del métrico decimal es igual a 1 ó a la potencia de 10. Peso específico de los sólidos (s): 𝛾𝑠 =

𝑊𝑠 ⁄𝑉 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . (2) 𝑠

Variación de los pesos específicos en los suelos: 2.4 ≤ 𝛾𝑠 ≤ 2.9 𝑔𝑟/𝑐𝑚3 En los laboratorios de Mecánica de Suelos puede determinarse fácilmente el peso de las muestras húmedas y secas en el horno o estufa y el peso específico relativo de los suelos. Ing. M.Sc. Enrique Napoleón Martínez Quiroz

13

Teoría y práctica de mecánica de Suelos

Estas magnitudes no son las únicas cuyo cálculo es necesario, es preciso obtener relaciones volumétricas y gravimétricas para poder determinar otras magnitudes en términos de estas. Peso específico relativo de la muestra (Sm): Viene hacer la relación entre el peso específico de la sustancia y el peso específico del agua destilada a 4 °C y sujeta a una atmósfera de presión. 𝑊 𝛾 𝑆𝑚 = 𝑚⁄𝛾𝑜 = 𝑉 𝑚𝛾 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . (3) 𝑚 𝑜 Peso específico relativo de los sólidos (Ss): 𝑊 𝛾 𝑆𝑠 = 𝑠⁄𝛾𝑜 = 𝑉 𝛾𝑠 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . (4) 𝑠 𝑜 2.3.

Relaciones Fundamentales para el manejo de las Propiedades Mecánicas de los Suelos. •

Relación de vacíos (e): También conocido como proporción de vacíos

𝑒=

𝑉𝑣 ⁄𝑉 . … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . (5) 𝑠

0 12% → Podrá ser SM o SC Determinación del Cu y Cc Pasa la malla N°200 = 22.00 > 12% , no se determina el Cu y Cc

4. Suelos de grano grueso con finos: SM o SC En la carta de plasticidad: Los valores se encuentran sobre la línea “A”, el IP = 4 → el suelo será SC − SM ∴ El suelo es SC − SM: Suelo de arenoso, con arcilla y limo de baja plasticidad Método AASHTO

1. Cálculo del IG:

Ing. M.Sc. Enrique Napoleón Martínez Quiroz

85

Teoría y práctica de mecánica de Suelos

IG = 0.2a + 0.005ac + 0.01bd IG = 0

2. En la tabla de AASHTO Porcentaje que pasa la malla N°200 Malla N° 200 = 22.00 < 35% → El suelo puede ser: A − 1; A − 3; A − 2

3. Aplicando las condiciones especificadas por AASHTO → El suelo puede ser: A − 2 − 4; A − 2 − 5; A − 2 − 6; A − 2 − 7

4. Por lo tanto el suelo queda definido como: A − 2 − 4(0)

5. Características: El suelo como subrasante se lo describe como bueno, para resistir cargas exteriores, a las que estaría sometido en su vida geológica. Problema 4: El análisis de un suelo da los siguientes resultados, Clasificar el suelo mediante los métodos SUCS y AASHTO; si los resultados de consistencia y granulometría son respectivamente: LL = 32.10%; LP = 13.56% N° de malla

Peso retenido (gr)

% retenido

% retenido Acumulado

% que pasa

1/2"

0

0

0

100

4

0

0

0

100

8

0

0

0

100

10

0

0

0

100

16

4

1

2

98

20

6

1

2

98

30

4

1

3

97

40

10

2

5

95

50

12

2

7

93

80

24

5

12

88

100

15

3

15

85

200

50

10

25

75

Cazoleta

375

75

100

0

Solución: Método SUCS: 1. Sí el suelo es de grano grueso, entonces más del 50% retenido en la malla N° 200 será: Ing. M.Sc. Enrique Napoleón Martínez Quiroz

86

Teoría y práctica de mecánica de Suelos

Grava (G) o Arena (S) 2. Distinción entre G y S Para que sea G: más del 50% Ret. En la malla N° 4 →No cumple Para que sea S: más del 50% pasa la malla N° 4 →Sí cumple 3. Material que pasa la malla N° 200 Pasa la malla N°200 = 75 > 12% → Podrá ser SM o SC Determinación del Cu y Cc Pasa la malla N°200 = 75 > 12% , no se determina el Cu y Cc

4. Suelos de grano fino: M o C En la carta de plasticidad: Los valores se encuentran sobre la línea “A”, el IP = 18.54 → el suelo será C ∴ El suelo es es arcilloso de baja plasticidad, con precencia de arena del 25% Método AASHTO

1. Cálculo del IG: IG = 0.2a + 0.005ac + 0.01bd a = 75 − 35 = 40

c = 32.16 − 40 = −7.84

b = 75 − 15 = 60

d = 18.60 − 10 = 8.6

IG = 11.79 ≅ 12

2. En la tabla de AASHTO Porcentaje que pasa la malla N°200 Malla N° 200 = 75 > 35% → El suelo puede ser: A − 4; A − 5; A − 6; A − 7

3. Aplicando las condiciones especificadas por AASHTO → El suelo puede ser: A−6

4. Por lo tanto el suelo queda definido como: A − 6(12)

5. Características: El suelo como subrasante se lo describe como pobre, para resistir cargas exteriores, a las que estaría sometido en su vida geológica.

Ing. M.Sc. Enrique Napoleón Martínez Quiroz

87

Teoría y práctica de mecánica de Suelos

En mecánica de suelos se requiere de bastante seriedad, en el análisis de los resultados, e interpretación de las normas correspondientes, es así que la ASTM D-2487, con fines de clasificación mediante el método SUCS, considera grupos de suelos gruesos (G, S), finos inorgánicos y orgánicos, según se indican en las tablas siguientes:

Ing. M.Sc. Enrique Napoleón Martínez Quiroz

88

Teoría y práctica de mecánica de Suelos

VII.

7.1

RELACIÓN DE SOPORTE CALIFORNIA (CBR)

Compactación de los suelos (Densidad vs Humedad)

7.1.1 Generalidades Si se excavan masas de suelos y se redepositan sin tomar un cuidado especial, la porosidad, permeabilidad y compresibilidad de estas masas de suelos aumenta, mientras que su capacidad para resistir la erosión interna disminuye grandemente. Por ello se acostumbra compactar a todo tipo de terraplenes , así por ejemplo, como presas, diques, bordes de defensa, muelles, pavimentos etc., incluso algunas veces se hace necesario compactar el terreno natural, como en el caso de cimentaciones sobre arenas con una densidad relativa o compacidad relativa suelta . El grado de compactación que alcanza un suelo dado sometidos a un procedimiento de compactación también dado, depende en gran parte del contenido de humedad del suelo. Una compactación máxima se obtiene para un cierto contenido de humedad conocido como “contenido óptimo de humedad” mientras que el procedimiento utilizado para mantener durante la compactación la humedad del terraplén cerca de la óptima, se conoce como control de humedad. 7.1.2. Definición. Es la densificación o estabilización del suelo por medios mecánicos, mejora la resistencia y estabilidad volumétrica, afectando la permeabilidad, como consecuencia del proceso de densificación de la masa. 7.1.3. Métodos de la compactación de suelos. Los métodos convenientes de compactación de terraplenes artificiales se dividen en tres grupos. Los adecuados para suelos no cohesivos Los materiales puramente friccionantes se compactan eficientemente por métodos vibratorios, tales como el uso de plataformas vibratorias y rodillos lisos vibratorios. Los adecuados para suelos arenosos o limosos con cohesión moderada Los suelos de cohesión moderada se compactan mediante rodillos neumáticos. Los adecuados para arcillas Los suelos altamente plásticos, como la arcilla se compactan con rodillos “pata de cabra”. Además de los métodos de compactación de terraplenes artificiales se conocen ciertos procedimientos de la compactación de masas naturales de suelo, tales como la Ing. M.Sc. Enrique Napoleón Martínez Quiroz

89

Teoría y práctica de mecánica de Suelos

aplicación de una pre carga encima del terreno, el estallido de pequeñas cargas de dinamita en el interior de la masa, la hinca de pilotes, la instalación de drenes de arena (para la consolidación acelerada de la arcilla), etc. 7.1.4. La Máxima Densidad Seca y el Contenido Óptimo de Humedad. Cualquier sea el tipo de equipo de compactación disponible y el grado de cohesión del suelo. La eficacia del procedimiento de compactación depende en gran medida del contenido de humedad del suelo. La efectividad de la compactación se mide por el peso de los sólidos por unidad de volumen, es decir, por lo que se conoce con la “densidad seca”. Existe una relación entre la densidad seca de un suelo compactado y su contenido de humedad.

Para ciertas condiciones de ensayo, la densidad seca que corresponde a la cima de la curva se conoce como “Máx. Densidad Seca” o densidad seca para el 100 % de compactación, y el correspondiente contenido de humedad optimo (OCH). Sí por ejemplo, todas las condiciones se mantienen inalteradas menos el peso del rodillo, o sea la energía específica de compactación y se utiliza un rodillo más liviano, el valor de la máxima densidad seca, como lo indica la curva “PE” es menor, y el contenido óptimo de humedad mayor, que pasa un rodillo más pesado curva “PM” 7.1.5. Prueba de Compactación Proctor Normalizado. Prueba Proctor Estándar (ASTM D-698) Con el objetivo de reproducir al menos teóricamente, en el laboratorio ciertas condiciones de compactación de campo es necesario efectuar un determinado procedimiento de compactación. Que consiste en compactar dentro de un molde, con cierta energía de compactación.

Ing. M.Sc. Enrique Napoleón Martínez Quiroz

90

Teoría y práctica de mecánica de Suelos

ASTM D - 968 PROCTOR ESTANDAR Descripción Método A Diámetro del molde Volumen del molde Peso del Pisón Altura de caída del pisón Número de golpes/capa Número de capas Energía de compactación Compactación

Suelo por usarse

Método B

Método C

4” (101.6mm)

4” (101.6mm)

6” (152.4mm)

0.0333 p3 (944cm3)

0.0333 p3 (944cm3)

2124 cm3

5.5 lb(2.5kg)

5.5 lb(2.5kg)

5.5 lb(2.5kg)

12plg (304.8mm)

12plg (304.8mm)

12plg (304.8mm)

25

25

25

3 12,400 pie

3 lb/p3

600KN-m/m3 Porción que pasa la malla N° 4, se usa sí el 20% o menos por peso de material es retenido en la malla N° 4

12,400 pie

3 lb/p3

12,400 pie lb/p3

600KN-m/m3 Porción que pasa la malla 3/8”, se usa si el suelo retenido en la malla N° 4 es más del 20% y 20% o menos por peso es retenido en la malla de 3/8”.

600KN-m/m3 Porción que pasa la malla ¾” se usa, si más de 20%, por peso de material es retenido en la malla de 3/8” y menos de 30%, por peso es retenido en la malla de ¾”.

7.1.6. Prueba de Compactación “PROCTOR” MODIFICADO (ASTM D-1557). Debido

al

rápido

desenvolvimiento

del

equipo

de

compactación

de

campo

comercialmente disponible, la energía de compactación ha aumentado y por eso, con el propósito de reproducir en el laboratorio las condiciones de compactación de campo, ha sido necesario modificar la prueba de Proctor, de modo que conservando el número de golpes por capa se eleva el número de esta de 3 a 5, aumentando al mismo tiempo el peso del pistón (4.5 Kg.) y la altura de caída de (18” = 45.7 cm.), respectivamente la máxima densidad seca obtenida con esta mayor energía de compactación resultará mayor que la densidad seca (Ds) obtenida en la prueba Proctor Estándar, y consecuentemente la humedad optima será menor que aquel caso. 

Esfuerzo de compactación:

La energía aplicada durante la compactación con un martillo que se deja caer de una altura es la siguiente:

Ec 

W

x H x N x n V

en cm  kg / cm 3 , o, lb  pie / p lg 3

Dónde: W es el peso del martillo en kg, H es la Altura de caída del martillo, N es Número de golpes por capa, n molde en cm

es el Número de capas, V

es

el

Volumen

3

Ing. M.Sc. Enrique Napoleón Martínez Quiroz

91

el del

Teoría y práctica de mecánica de Suelos

ASTM D – 1557 PROCTOR MODIFICADO Descripción

Método A

Método B

Método C

Diámetro del molde Volumen del molde Peso del Pisón Altura de caída del pisón Número de golpes/capa Número de capas Energía de compactación Compactación

4” (101.6mm) 0.0333 p3 (944cm3) 10 lb(4.54 kg)

4” (101.6mm) 0.0333 p3 (944cm3) 10 lb(4.54 kg)

6” (152.4mm) (2124 cm3) 10 lb(4.54kg)

18plg (304.8mm)

18plg (304.8mm)

18plg (304.8mm)

25

25

56

5

5

5

56,000 pie lb/p3

56,000 pie lb/p3

56,000 pie lb/p3

2700KN-m/m3

2700KN-m/m3

2700KN-m/m3 Porción que pasa la malla ¾” se usa, si más de 20%, por peso de material es retenido en la malla de 3/8” y menos de 30%, por peso es retenido en la malla de ¾”

Suelo por usarse

Porción que pasa la malla N°4 se usa sí 20% o menos por peso de material es retenido en la malla N° 4

Porción que pasa la malla 3/8”, se usa si el suelo retenido en la malla N° 4 es más del 20% y 20% o menos por peso es retenido en la malla de 3/8”.

7.1.7. Correlación entre la prueba Proctor estándar y

Proctor modificada en

comparación con la compactación en obra mediante rodillos. De acuerdo con los diferentes equipos mecánicos pesados para la compactación de suelos se obtienen ciertas correlaciones en cuanto a la máxima densidad y el contenido óptimo de humedad.

7.1.8. Compactación de los suelos no cohesivos Por medio de rodillos de 5 a 15 TN. Equipados con vibradores que operan a frecuencias comprendidas entre 1100 y 1500 pulsos/minuto, se ha obtenido la compactación efectiva de arena gruesa grava y enrocado de piedra, aplicando capas de 30 a 40 cm. de espesor, y entre 2 a 4 pasadas de tales rodillos tirados a una velocidad que no exceda de alrededor de 3 Km. /hora suele resultar adecuada para alcanzar un alto grado de compactación. También pueden utilizarse en estos suelos los rodillos neumáticos, pero se necesita en este caso un número mayor de pasadas entre 6 y 8, debido a la mayor velocidad del rodillo. El suelo debe ser depositado en capas de un espesor no mayor de 30 cm, compactando áreas limitadas pueden usarse compactadores manuales de pistón, accionados por motor de explosión (espesor de capas de 10 a 20 cm). 7.1.9. Compactación de suelos arenosos o limosos con cohesión moderada A medida que aumenta la cohesión, disminuye rápidamente la eficacia de las vibraciones como medio de compactación. También la baja permeabilidad de estos

Ing. M.Sc. Enrique Napoleón Martínez Quiroz

92

Teoría y práctica de mecánica de Suelos

suelos hace difícil la penetración con agua, no obstante la compactación por capas utilizando distintos rodillos, neumáticos y patas de cabra. Los rodillos neumáticos son más convenientes en la compactación de suelos arenosos ligeramente cohesivos, los rodillos patas de cabra tienen su máxima eficacia en suelos plásticos para presas de embalse y otros terraplenes, se utiliza rodillos neumáticos de 50 Tn. Con presiones de inflado de las llantas muy altas (>9 Kg/cm2) y capas de espesor compactando que varía entre 15 y 30cm (utilizando rodillos de 100 TN. El espesor puede variar entre 30 y 45 cm.), se requiere usualmente 4 a 6 pasadas para alcanzar la compactación deseada

A veces en obras grandes es necesario determinar el número de pasadas por medio de ensayos de compactación en el terreno mismo antes de inicio de los trabajo. Los rodillos patas de cabra usados en la construcción de presas de tierra pesan alrededor de 15 TN. Según el tamaño del pie, la presión de contacto varía entre 20 y 40 Kg./cm2.En terraplenes de caminos se utilizan rodillos algo menores. El espesor de las capas por compactar no debe exceder de unos 15 cm. El número requerido de pasadas debe determinarse en el terreno por medio de ensayos previos. La forma de la pata más adecuada depende del tipo del suelo. Hay una tendencia hacia el uso de patas tronco piramidales que evitan el arado del suelo a su paso. La superficie de apoyo más efectiva es función de la plasticidad y granulometría del suelo. En suelos menos plásticos la superficie de la pata a usar es mayor que en suelos muy cohesivos. Se usan también rodillos patas de cabra vibrantes, en estos casos la acción principal de la vibraciones es la de aumentar el efecto gravitacional del paso del rodillo debe tenerse presente, que en suelos de plasticidad moderada, la aspersión de agua durante el proceso de compactación es poca eficiente. Si el contenido de humedad del suelo a usar es mayor que el óptimo, el agua debe agregarse en el propio préstamo o por aspersión antes de iniciar las compactaciones para obtener un mejor efecto de uniformización de la humedad si el contenido de humedad , del suelo en el terreno es mayor que el óptimo, debe permitirse que se seque en el lugar de su almacenamiento, la densidad seca y el contenido de humedad del suelo se controlan en el terraplén continuamente (método del reemplazo de arena). 7.1.10. Compactación de arcillas. Si el contenido natural de humedad de una arcilla en el préstamo no está próximo al óptimo puede resultar muy difícil llevarlo a dicho valor óptimo, sobre todo, si el contenido natural de humedad es demasiado alto. Por eso a veces es inevitable utilizar la arcilla con un contenido de humedad diferente del óptimo.

Ing. M.Sc. Enrique Napoleón Martínez Quiroz

93

Teoría y práctica de mecánica de Suelos

Extrayendo la arcilla de los préstamos se obtiene pedazos o terrones. Ahora bien solo los rodillos patas de cabra están en capacidad de reducir el tamaño de espacios abiertos existentes entre los terrones. En la compactación de estos suelos se obtienen mejores resultados cuando el contenido de humedad es ligeramente superior al límite plástico. Si es mucho mayor la arcilla tiende a pegarse al rodillo, o bien este a hundirse en el terreno. Si es mucho menor, los terrones no se deforman y los espacios quedan abiertos. El espesor de las capas por compactar y el número de las pasadas requerido debe averiguarse previamente por medio de ensayos. 7.1.11. Compactación de masas naturales de suelos y de terraplenes existentes – método de compactación especial. Los estratos naturales y los terraplenes existentes no pueden compactarse en capas y por eso un agente compactador debe actuar en el interior de la masa de suelo. Una forma efectiva para compactar arena no cohesiva es por vibraciones a mucha profundidad. El método consiste en hincar pilotes, cuando se hincan pilotes en arena suelta, la superficie del terreno situado entre pilotes

se asienta, a pesar de la

disminución de volúmenes producido por el desplazamiento de arena por los pilotes. Otro método de compactación satisfactoria de gruesos estratos de arena consiste en hacer estallar pequeñas cargas de dinamita en muchos puntos del interior de su masa. Los suelos arenosos con alguna cohesión y los terraplenes existentes cohesivos, también pueden compactarse hincando pilotes. La compactación de estos suelos sin embargo, es causada por la presión estática, la que reduce el tamaño de los espacios vacíos. Los suelos altamente plásticos (compresibles) pueden compactarse por precarga. La zona a ser tratada se cubre con un terraplén que transmite un peso unitario suficientemente alto como para consolidar el suelo en una magnitud que aumenta la resistencia y reduzca su compresibilidad a los límites requeridos dentro del tiempo disponible para la operación precarga. También es posible acelerar el proceso de consolidación (disminución de la compresibilidad) por medio de la instalación de drenes de arena, cuando existan capas naturales de drenaje, sí se facilita la expulsión del agua de las capas plásticas. El método consiste en la hinca de caños de acero (30 cm) llenándolos con una mezcla de

Ing. M.Sc. Enrique Napoleón Martínez Quiroz

94

Teoría y práctica de mecánica de Suelos

grava y arena luego retirando el tubo de acero, la consolidación del suelo circundante se acelera extrayendo por bombeo agua de los drenes. 7.1.12. Grado de compactación En una obra nunca se logra precisamente la máxima densidad seca indicada por las pruebas de compactación del laboratorio (pruebas Proctor) por eso se define como grado de compactación de un suelo compactado la relación, en porcentaje, entre la densidad seca obtenida en obra y máxima densidad seca averiguada en el laboratorio por tal obra. El control de la obra se lleva generalmente investigando el grado de compactación de los materiales ya compactados y estableciendo un mínimo aceptable, que varía según la importancia y función de la obra. En obras importantes se recomienda siempre recurrir a secciones experimentales (por ejemplo terraplenes de prueba ) que permitan determinar el espesor de las capas y el número de pasadas de un cierto equipo para obtener el grado de compactación deseado. El grado de compactación de suelos se expresa:

𝐺𝑐 % = 𝛾

𝛾𝑠𝑒𝑐𝑎 𝑙𝑜𝑔𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑐𝑎𝑚𝑝𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑎 𝑚á𝑥. 𝑙𝑜𝑔𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑒𝑛 𝑙𝑒 𝑙𝑎𝑏𝑜𝑟𝑎𝑡𝑜𝑟𝑖𝑜

𝑥 100

La máxima densidad seca (MDS) puede representar el valor obtenido por la prueba Proctor estándar ó Proctor modificado. La aplicación del valor para MDS depende de las distintas condiciones de la obra. Según normas elementales, hay ciertas demandas en cuanto a la compactación de terraplenes en caminos. Hasta

una

profundidad

Gc



100%

de

2

m.

Proctor

Por

debajo

estándar

de

para

la

capa

suelos

de

desgaste.

friccionantes.

Gc  97% Proctor Estándar para suelos cohesivos. En profundidades mayores que 2 m. Por debajo de la capa de desgaste Gc



100%

Proctor

Estándar,

suelos

metros Gc



97%

Proctor

friccionantes

terraplenes

hasta

de Estándar;

suelos

cohesivos

2

altura. terraplenes

hasta

2m

de

altura Gc  92% Proctor Estándar suelos cohesivos,

terraplenes más altos que

2 metros de altura. El grado de compactación, presas de tierra, campos de aterrizaje etc. Debe corresponder a las demandas específicas de la obra.

Ing. M.Sc. Enrique Napoleón Martínez Quiroz

95

Teoría y práctica de mecánica de Suelos

7.1.13. Determinación de la densidad In Situ; Método del Reemplazo de arena: 1.

Se determina el peso de la arena por unidad de volumen (Da).

2.

Se pesa el frasco con la arena y se determina además el peso que se necesita para llenar el embudo mayor (peso antes del ensayo “P”, peso necesario para llenar el embudo mayor “p”)

3.

Se limpia el sitio escogido y luego se excava un hoyo de unos 10 cm de diámetro.

4.

Cuidadosamente se extrae el material colocándolo en un frasco y se pesa (Wf).

5.

Se cierra la válvula y se enrosca el embudo menor al cuello del frasco.

6.

El aparato se coloca encima del hoyo.

7.

Una vez que la arena deja de caer, lo que puede verse.

8.

Se determina el peso del suelo seco.

9.

Se desenrosca el cono y se pesa nuevamente el frasco con la arena que haya sobrado (peso de la arena después del ensayo “p´”).

10. Determinación de la densidad seca de campo:

𝛾𝑠𝑒𝑐𝑎 = 𝛾𝑠 =

𝑊𝑠 𝑊ℎ 𝑃 − 𝑃´ − 𝑃´´ ; 𝑊𝑠 = ;𝑉 = 𝑉𝑚 1+𝜔 𝐷𝑎

Nota: La densidad de la arena de Ottawa es: 1.38 < Da < 1.40 kg/cm3. Problema Nº 1. Determinar el grado de compactación si contamos con los siguientes datos de laboratorio y campo respectivamente: Datos de laboratorio: Densidad seca máxima de laboratorio: 𝛾𝑠 = 1.87

𝑔𝑟 𝑐𝑚3

Datos obtenidos en campo: : 𝑊𝑎 = 𝑃 − 𝑃´ − 𝑃¨ = 8000 − 2750 − 1500 = 3750𝑔𝑟.

Peso de la arena en el hueco

Peso del suelo húmedo compactado: 𝑊ℎ = 5180.00 𝑔𝑟. Contenido de humedad de compactación: 𝜔 = 6.2% : 𝛾𝑎 = 1.40 𝑔𝑟./𝑐𝑚3

Densidad de la arena de reemplazo Solución: Volumen del hueco: 𝑉𝑎 = 𝑉ℎ𝑜𝑦𝑜 = Densidad húmeda: 𝛾ℎ =

𝑊ℎ 𝑉𝑎

𝛾

𝑊𝑎 𝛾𝑎

=

3750 1.40

= 2678.57𝑐𝑚3

5180.00

𝑔𝑟

= 2678.57 = 1.93 𝑐𝑚3 1.930

𝑔𝑟

ℎ Densidad seca: 𝛾𝑠 = 1+𝜔 = 1+0.062 = 1.82 𝑐𝑚3

∴→ 𝐺𝑐 % =

Ing. M.Sc. Enrique Napoleón Martínez Quiroz

𝛾𝑠𝑒𝑐𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑚𝑝𝑜 𝛾𝑠𝑒𝑐𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎𝑏𝑜𝑟𝑎𝑡𝑜𝑟𝑖𝑜

𝑥 100 =

1.82 = 97.33% 1.87

96

Teoría y práctica de mecánica de Suelos

Corrección por grava (Procedimiento ASTM D 4718): La práctica es considerada válida para materiales con partículas de sobre medida que contienen hasta 30 % de peso retenido en el tamiz ¾”. Esta práctica podría ser aplicada a suelos con algún porcentaje de partículas de sobre medida, sin embargo, la corrección no podría ser significativa en la práctica, para suelos con solo pequeños porcentajes de partículas de sobre tamaño. Problema Nº 2. Determinar la corrección por grava, considerando los valores obtenidos en el problema anterior. Datos: Peso del suelo húmedo compactado: 𝑊ℎ = 5180.00 𝑔𝑟. Si el peso de la muestra mayor a ¾”: 𝑊𝑚 > 3/4" = 580 𝑔𝑟. Solución: Entonces el peso de la muestra menor a ¾”: 𝑊𝑚 < 3/4" = 5180 − 580 = 4600 𝑔𝑟. En el laboratorio se debe determinar el peso específico de la grava: 𝛾 = 2.68 𝑔𝑟/𝑐𝑚3 580

Volumen del material mayor a ¾”: 𝑉>3/4" = 2.68 = 216.42 𝑐𝑚3 . Volumen del material menor a ¾”: 𝑉