DIAPOSITIVAS CLASES DE GEOTECNIA UNIVERSIDAD.pdf
- 1. MECÁNICA DE SUELOS 1 PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL ING. JHAIR ALEXIS DELGADO HINCAPIÉ
- 2. MECÁNICA DE SUELOS Es la aplicación de las leyes de la mecánica y la hidráulica a los problemas de ingeniería que tratan con sedimentos y otras acumulaciones no consolidadas de partículas sólidas, producidas por la desintegración mecánica o la descomposición química de las rocas, independientemente de que tengan o no materia orgánica... Terzaghi
- 8. La mecánica de suelos incluye: • Teorías sobre el comportamiento del suelo sujeto a cargas, basadas en simplificaciones necesarias dado el estado actual de la teoría. • Investigación de las propiedades físicas de los suelos. • Aplicación del conocimiento teórico y empírico de los problemas prácticos.
- 9. En el sentido general de la ingeniería, suelo se define como el agregado no cementado de granos minerales y materia orgánica descompuesta junto con líquido y gas (que ocupan espacios vacíos).
- 10. El suelo se usa como material de construcción en diversos proyectos de ingeniería civil y sirve para soportar las cimentaciones estructurales. Por esto, los ingenieros civiles deben estudiar las propiedades del suelo, tales como origen, distribución granulométrica, capacidad para drenar agua, compresibilidad, resistencia cortante capacidad de carga, consolidación y otras que serán estudiadas con más detalle posteriormente.
- 11. La función principal de la Mecánica de Suelos es encontrar soluciones y usos a los suelos.
- 12. Otra definición: Suelo: Es un agregado natural de granos minerales, con o sin componentes orgánicos, que pueden separarse por medios mecánicos comunes, tales como la agitación en el agua.
- 14. Roca: por otra parte, es para el ingeniero civil un material mineral natural sólido, duro, que se presenta en grandes masas o en fragmentos de tamaño considerable. Otra definición: Roca: Es un agregado natural de granos minerales unidos por grandes y permanentes fuerzas de cohesión.
- 17. • EL SUELO PROVIENE DE LA ROCA MADRE, ESTAS PUEDEN TENER SU ORIGEN: – IGNEO – METAFORMICO – SEDIMENTARIO
- 18. – Los suelos tienen su origen directa o indirectamente a partir de roca sólida que se encuentra en la superficie o cerca de ella. – Esto se debe a la exposición de las rocas a procesos de desintegración o descomposición de un origen físico o químico ORIGEN Y FORMACIO DE LOS SUELOS
- 19. FUERZAS DE ORIGEN EXTERNO Son las producidas por el movimiento del agua, del hielo, del viento y de los fragmentos de las mismas rocas. Sus principales efectos son: • La erosión producida por el agua corriente • La abrasión debida al hielo deslizante de los glaciares, que arrastra pedazos de roca consigo. • Los golpes y la abrasión mutua producidos entre las rocas. • El impacto de las olas contra las rocas, en los litorales. • La abrasión producida por las arenas arrastradas por el viento, en las regiones desérticas. • En mucho menor escala se tienen la acción del hombre y la de algunos animales, como hormigas, gusanos y roedores.
- 20. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA FORMACIÓN DE LOS SUELOS El clima. En especial la lluvia y la temperatura. El material original, llamado material parental. La topografía. Debe señalarse su incidencia en la cantidad y en la velocidad del agua que corre por encima del suelo y el agua que se infiltra. La vida de las plantas. El tiempo transcurrido desde que se inició la meteorización de un material determinado.
- 21. Transporte de los suelos Tipos de Depósitos
- 22. ORIGEN Y FORMACION DE LOS SUELOS Transporte de los suelos Tipos de Depósitos El material resultante del intemperismo físico y químico de las rocas puede haber permanecido en el mismo lugar donde se realizó la transformación a suelo; en este caso se le llama suelo residual. O puede haber sido llevado a otro sitio por acción de: el agua el hielo el viento la gravedad los movimientos volcánicos y sísmicos el hombre En este segundo caso se llama suelo transportado.
- 23. La Mecánica de Suelos, se debe ocupar de: Técnicas de exploración de suelos. Perfeccionamiento de los métodos de prospección, perforación y muestreo. Técnicas de ensayos en el laboratorio y en el campo. Investigación sobre los métodos de análisis y diseño existentes y sobre nuevos métodos. Revisión de las técnicas de construcción actuales y estudio de nuevas técnicas o de modificaciones a las actuales, con base en la teoría y en nuevas experiencias. Estudio del comportamiento de estructuras existentes, a través de mediciones durante la vida de la estructura.
- 24. PROPIEDADES DE LOS SUELOS PARA ESTUDIAR Las propiedades importantes de los suelos desde el punto de vista de la ingeniería son esencialmente las siguientes: Tamaño, forma y disposición de los granos: granulometría, textura, estructura. Porosidad. Densidad: de la parte sólida y del conjunto sólidos-poros. Contenido de humedad y su influencia. Consistencia y plasticidad. Permeabilidad y características del agua intersticial capilaridad. Deformabilidad: deformaciones plásticas, elásticas, por consolidación y por compactación. Compresibilidad. Expansibilidad. Retracción. Resistencia al corte: los parámetros de cohesión y resistencia por fricción interna entre los granos. Relaciones esfuerzo- deformación. Características de compactibilidad de los suelos.
- 25. - Desde el punto de vista de Ingeniería, es necesario contar con una clasificación convencional de los tipos de suelos. - Obtener conclusiones útiles basadas en los estudios del tipo de material. - La clasificación divide a los suelos en tres grupos principales: Gruesos, fino y orgánicos. CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS
- 26. Para la clasificación de suelos se utiliza la granulometría y las propiedades índices (límites de Atterberg o límites de consistencia). CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS
- 27. La granulometría o la distribución granulométrica de un suelo, es el fraccionamiento del mismo en diferentes porciones según el tamaño de las partículas.
- 28. DETERMINACIÓN DE LA DISTRIBUCION GRANULOMETRICA Cribado ó Tamizado (Suelos gruesos) Con lavado sobre tamiz N° 200 Sin lavado sobre tamiz N° 200 Hidrómetro (Suelos finos)
- 31. Cantidad medida de suelo seco bien pulverizado, haciendolo pasar a través de mallas apiladas (tamices) con aberturas de Mayor a Menor. Se mide: Cantidad de Suelo retenido en cada Malla. Se determina: % de finos que pasa por cada una.
- 32. Suelos bien gradados (No uniformes) Suelos mal gradados (uniformes) D10 , D30 , D60 DIÁMETROS CORRESPONDIENTES AL PORCENTAJE DE FINOS QUE PASA 10, 30 Y 60 % RESPECTIVAMENTE
- 33. Un valor grande indica que los diámetros de 60 y de 10 difieren en tamaño apreciablemente. - Mal gradado D10 y D60 juntos. - Bien gradado D10 y D60 separados.
- 34. Permite determinar la distribución de los tamaños ó el rango de diámetros correspondientes a las partículas finas que se sedimentan en un instante dado.
- 35. DENOMINACIÓN DE LOS SUELOS POR TAMAÑOS Los sistemas de clasificación facilitan un lenguaje común para expresar características del suelo, que son infinitamente variables, sin presentar una descripción detallada.
- 36. LA GRANULOMETRÍA EN EL COMPORTAMIENTO MECÁNICO DE LOS SUELOS La composición porcentual de las fracciones gravas, arenas y finos tienen una gran incidencia en el comportamiento mecánico. Suelos gruesos con pocos finos tienen comportamiento típico de suelos granulares o friccionantes, en tanto que con muchos finos pueden adquirir comportamiento de material fino, especialmente respecto a permeabilidad y compresibilidad.
- 38. LÍMITES DE ATTERBERG INDICE DE PLASTICIDAD: IPLLLP LP LL IP IP w=0 LC LP LL wn SÓLIDO SEMI-SÓLIDO w=0 LC PLÁSTICO LÍQUIDO POTENCIAL DE EXPANSIÓN MÁXIMO
- 39. CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS POR SU PLASTICIDAD
- 40. CARTA DE PLASTICIDAD DE CASAGRANDE
- 44. FASES DE LOS SUELOS Es un esquema donde da la idea de cómo son las fases de la masa del suelo
- 45. FASES DE LOS SUELOS Vm: Volumen total de la muestra del suelo. Va: Volumen de la fase gaseosa. Vw: Volumen de la fase líquida. Vs: Volumen de la fase sólida. Vv: Volumen de vacíos. Wm: Peso total de la muestra de suelo. Wa: Peso de la fase gaseosa. (Se desprecia = 0). Ww: Peso de la fase líquida. Ws: Peso de la fase sólida. W’m: Peso muestra sumergida. W’s: Peso sólido sumergido.
- 46. FASES DE LOS SUELOS Si colocamos carga a las fases: 1 ) Se incrementa los esfuerzos. 2 ) Sufre deformaciones. HIPÓTESIS PARA QUE SE CUMPLAN LAS RELACIONES GRAVIMÉTRICAS 1 ) La fase sólida es indeformable. 2 ) La fase sólida y líquida es incompresible. 3 ) La fase gaseosa bajo esfuerzo sufre cambios en la forma y volumen.
- 47. RELACIONES VOLUMÉTRICAS Y GRAVIMÉTRICAS Relaciones de Volumen: Involucran los volúmenes de las diferentes fases del suelo, estas son relaciones de vacíos, porosidad, y grado de saturación. Porosidad: Se llama porosidad (n) a la fracción en porcentaje del volumen de vacíos al volumen total. En un sólido perfecto η= 0. Teóricamente puede variar entre cero a cien; para el primer caso se tendrá un suelo compuesto solamente por la fase sólida y para el segundo caso se tendría sistema completamente vacío. En la práctica, los valores dependen de la forma de acomodamiento de las partículas para suelos no cohesivos.
- 48. RELACIONES VOLUMÉTRICAS Y GRAVIMÉTRICAS Relación de Vacíos: Se define como la razón existente entre el volumen de vacíos y el volumen de sólidos: Teóricamente varía entre cero a infinito. Prácticamente puede ser mayor de 0.25 en arenas muy densas y de partículas de tamaños pequeñas y 15 para arcillas altamente compresibles o expansivas. Existe un término que depende de la porosidad y la relación de vacíos; la compacidad, que se refiere al grado de acomodo alcanzado por las partículas del suelo (figura 2), dejando más o menos vacíos entre ellas. En suelos compactos, las partículas sólidas que lo constituyen tienen un alto grado de acomodo y la capacidad de deformación bajo cargas será pequeña. En suelos poco compactos el volumen de vacíos y la capacidad de deformación serán mayores.
- 49. RELACIONES VOLUMÉTRICAS Y GRAVIMÉTRICAS Grado de Saturación: Es la relación entre el volumen de agua y el volumen de vacíos: Indica la cantidad de agua, en volumen que contiene un suelo, varía desde Sr = 0 % (Para un suelo seco) hasta Sr = 100% (Suelo Saturado). Relaciones de Peso: Son las relaciones que involucran los pesos de las fases de un suelo, las principales son la humedad y peso unitario.
- 50. RELACIONES VOLUMÉTRICAS Y GRAVIMÉTRICAS Humedad o contenido de agua: Es la relación que existe entre el peso del agua contenida en el suelo y el peso de los sólidos, se da en porcentaje y se expresa en la siguiente formula: Indica la cantidad de agua que tiene los sólidos. Teóricamente varía de cero a infinito. En la naturaleza la humedad de los suelos varía entre límites muy amplios. En compactación se habla de ω óptima, la humedad de mayor rendimiento, con la cual la densidad del terreno alcanza a ser máxima.
- 52. RELACIONES VOLUMÉTRICAS Y GRAVIMÉTRICAS Relaciones de Pesos y Volúmenes: En mecánica de suelos se relaciona el peso de las distintas fases con volúmenes correspondientes, por medio del concepto del peso unitario, es decir, de la relación entre el peso del suelo y su volumen. Dentro de los suelos, se considera los siguientes pesos unitarios: 1 ) Peso Unitario de la muestra: Normalmente varía entre: 1.5 a 2 T/m3
- 53. RELACIONES VOLUMÉTRICAS Y GRAVIMÉTRICAS 2 ) Peso Unitario de los sólidos: Es la relación que existe entre el peso de las partículas sólidas del suelo y su volumen. Teóricamente varía entre 2.5 a 3 TN/m3 3 ) Peso Unitario Seco: Es la relación que existe entre el peso de los sólidos y el volumen de la muestra. Es un valor particular del peso unitario de la muestra para el cual el valor de saturación del suelo sea nulo.
- 54. RELACIONES VOLUMÉTRICAS Y GRAVIMÉTRICAS 4 ) Peso Unitario Saturado: Es el valor del peso específico de la muestra, cuando el grado de saturación es del 100 % Atención especial debe darse al cálculo de peso específico de suelos situados bajo el nivel freático. En tal caso el empuje hidrostático ejerce influencia en los pesos y gravedades específicas relativas.
- 55. RELACIONES VOLUMÉTRICAS Y GRAVIMÉTRICAS 5 ) Peso Unitario Sumergido de la Muestra: Se expresa de la siguiente manera: 6 ) Peso Unitario de los Sólidos Sumergidos: Se expresa de la siguiente manera.
- 56. RELACIONES VOLUMÉTRICAS Y GRAVIMÉTRICAS 7 ) Gravedad Especifica de los Sólidos: Es una propiedad fundamental necesaria para la definición de algunas propiedades físicas de los suelos, esta se define como el valor de Gs, depende de la composición mineralógica de las partículas que constituyen el suelo.
- 57. RELACIONES VOLUMÉTRICAS Y GRAVIMÉTRICAS 8 ) Gravedad Específica de la Muestra Seca: Se define mediante la siguiente expresión: 9 ) Densidad Relativa: Es una relación que expresa la forma de agrupación de los granos o grados de compacidad del suelo, dicha relación es:
- 58. RELACIONES VOLUMÉTRICAS Y GRAVIMÉTRICAS Donde: Dr. : Densidad Relativa. emáximo: Relación de vacíos en su estado más suelto. e : Relación de vacíos del suelo en su estado natural en el terreno. emínimo: Relación de vacíos en su estado más compacto que puede obtenerse en laboratorio.