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COMPORTAMIENTO DE SUELOSGRANULARES

CAPITULO IV MECANICA DE SUELOS I EC 511 J FIC - U

CICLO 2013 IIIng. MANUEL CORREA MOROCHO

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Forma y tamaño de las partículas.

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CARACTERISTICAS DE LOS SUEL• Los suelos que le interesa conocer a la

Ingeniería Civil, en términos generales,podemos agruparlos en suelos friccionantes,

cohesivo y mixtos:

• : Provienen de la

erosión física de las rocas, por tanto conservanlas propiedades de la roca que les dio origen.

Suelos Friccionantes

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• Estos suelos, al estado limpio y puro no

poseen cohesión solamente fricción otrabazón entre sí, de allí su nombre defriccionantes.

• A éstos suelos independientemente a suforma, dureza, color, etc., en orden detamaños decrecientes, se les denomina como

sigue: Rocas sueltas, boleos, cantos rodados,gravas, arenas, limos y arcillas en porcentajes menores del 50% que pasa la malla N° 200 ypor lo general poseen una baja a medianaplasticidad.


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TAMAÑO DE LAS PARTÍCULAS DELSUELO

NOMBRE TAMAÑO

Boleo

Canto rodado Grava gruesa

Grava fina

Arena gruesaArena media

Arena fina

12 pulg. (30.5 cm.) ó más

3 pulg. (7.6 cm.) a 12 pulg. (30.5 cm.) ¾ pulg. (1.9 cm.) a 3 pulg. (7.6 cm.)

T. N° 4 (4.76 mm.) a 3/4 pulg. (1.9 cm.)

T. N°

10 (2 mm.) a T.N°

4 (4.76 mm.) T. N° 40 (0.42 mm.) a T. N° 10 (2 mm.)

T. N° 200 (0.074 mm.) a T. N° 40 (0.42 mm.)

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Suelos Friccionantes • Rocas sueltas .- No existe una frontera definida

entre roca y suelos, sin embargo como eltránsito de roca a suelo es un proceso, seconsidera a las “rocas sueltas” como suelo.

• En general éstos suelos provienen de acarreode bloques de rocas sueltas por las aguas delos ríos y glaciares. La intensidad de la erosión

mecánica sufrida en el arrastre determina laforma de estas piedras, que pueden serangulares, redondeadas, cúbicas ó en lajas.

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Suelos Friccionantes • Sus dimensiones son variables

(aproximadamente de 1/2 m. a más). Estossuelos son inestables sobre todo cuando sonacumulaciones de grandes tamaños de

piedras y depositados en laderas abruptas.

• Boleos y bloques .- Son suelos conformados

por piedras de formas variables, desde losredondeados hasta los angulosos. Susdimensiones pueden oscilar desde 30.5 cm. amás.

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• Cantos rodados .- Son suelos que provienen de

pequeñas piedras que han sido rodadas poracción de las aguas de los ríos ó por el oleajede las aguas del mar sus dimensiones varían

entre 7.5 cm. y 30.5 cm.• Gravas .- Denominados también "ripios”, son

agregados sin cohesión de fragmentos

angulares ó redondeados. Estos suelos sontípicamente arrastrados por los ríos y en suavance se van desmenuzando por abrasión,puliéndose parcialmente. Sus dimensionesvarían entre 4.76 mm. y 7.60 cm.


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• Arenas. - Son suelos sin cohesión, cuandoprovienen de un transporte fluvial songeneralmente de granulometría heterogénea.En la práctica de la Ingeniería Civil se conocencomo agregados finos. Al tacto sonfuertemente rugosos salvo las arenas muyfinas que tiene rugosidad apenas perceptible.

Sus dimensiones oscilan entre 0.075 mm. y4.76 mm.


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• Las arenas densas constituyen suelos debuena capacidad de carga, contrariamente lasarenas sueltas ó flojas con densidad inferior ala crítica, debido a pequeñas perturbacionessuelen causar asientos repentinosconsiderables.

• En su mejor calidad estos suelos granularespueden ser los A-1a y A-1b y usados en la basey sub-base de la estructura de un pavimento.


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SUELOS GRANULARES• ARENAS DE GRANO FINO CON CALICHES % DE GRAVA 6.8,

% DE ARENA 89.8, % DE FINOS 3.4

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• Suelos que tienen como característicafundamental la cohesión, en algunos suelos lacohesión está ligada casi exclusivamente a laspartículas de menor tamaño como la arcilla.

• Arcilla (Definición en Mineralogía) . - Es unconjunto de minerales constituidosbásicamente por silicatos de aluminio decomposición y estructura cristalina muyvariadas.

Suelos Cohesivos

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SUELOS GRANULARES:GRAVAS SUB REDONDEADAS CON % DE FINOS DE 4.5% CERCADO DE L

DE GRAVA DE 67%, % DE ARENA 38.5

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• Arcilla (Definición en Mecánica de Suelos) . -La palabra arcilla tiene dos sentidos que,aunque íntimamente están relacionados entresí, no significa la misma cosa:

•

Por una parte se llama arcilla al conjunto departículas de unos suelos de tamaño inferior ados micras (algunas clasificaciones dan comolímite cinco micras y otros una micra);mientras que por otra se entiende por arcilla;a un suelo que en su conjunto, se comportacomo un material plástico.

Suelos Cohesivos

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• La arcilla como parte integrante en lacomposición de la fracción fina del suelobásicamente está compuesta por silicatos dealuminio hidratados cuyos átomos sedisponen en láminas: la sílica y la alumínica.

Suelos Cohesivos

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SUELOS DE GRANO FINOARCILLAS DE MEDIANA PLASTICIDAD LL= 39.0, LP= 24.0, IP=15.0

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SUELOS DE GRANO FINOARCILLA PLASTICA LL=59.2 %, LP= 30.2 %, IP=% 29.0%, % DE GRAVA 0.0

DE ARENA 16.6, % DE FINOS = 83.4 - ZONA TUMAN CHICLAYO

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• Los minerales que se encuentran con mayorfrecuencia en las arcillas son: la caolinita, lailita, y las montmorillonita. La presencia de lamontmorillonita en un porcentaje promediodel 25% puede ser problema a cambio dehumedad originándose la expansividad de lamasa del suelo y creando problemas de

levantamientos de la estructura delpavimento.

Suelos Cohesivos

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• Una propiedad física importante de lasarcillas es el estado plástico definido por elíndice de plasticidad (IP); que es la diferenciaentre el límite líquido (LL) y el limite plástico(LP), siendo un criterio muy útil paradeterminar las características plásticas dedicho suelo donde:

• IP = LL – LP

Suelos Cohesivos

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• Son aquellos suelos que tienen propiedadesde fricción y cohesión. Son característicos deestas propiedades: SC, SM, GC, GM; arcillas ylimos con grava y/o arena. La variación deesfuerzo de corte se representa en la Fig.1.1c

Suelos Intermedios

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RESISTENCIA DE LOS SUELOS ALESFUERZO CORTANTE

• Coulomb fue el primeroen sugerir, en 1776, Labase teórica para

determinar la resistenciaal esfuerzo cortante delsuelo con esfuerzonormal aplicado.

Describiéndose laecuación siguiente:

•

= c + tan

• que es la ecuación queexpresa la condición de roturade Coulomb, en la cual:

• :esfuerzo normal queactúa en el plano de

deslizamiento• :ángulo de fricción interna• C :cohesión aparente• :esfuerzo cortante a lo

largo del plano de

deslizamiento

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RESISTENCIA DE LOS SUELOS ALESFUERZO CORTANTE

τ

σ Ф

= tan τ

σ

= c

= c + tan τ

σ

Ф

c

c

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Distribución de tamaños de partículas(análisis granulométrico)

• La distribución granulométrica de suelos degrano grueso es generalmente determinadamediante análisis granulométrico portamizado de acuerdo a la norma ASTM D-422.Y consiste en la determinación del tamaño delas partículas en forma descendente

expresados en porcentaje del peso total seco.

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Distribución de tamaños de partículas(análisis granulométrico)

• Para suelo de grano fino, la distribucióngranulométrica puede obtenerse por mediode análisis granulométrico con el hidrómetro.

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Tamiz Abertura

(mm)

Tamiz Abertura

(mm)

3´´

76.200 N°

10 2.0002´´ 50.800 N° 16 1.190

1 ½´´ 38.100 N° 20 0.840

1´´ 25.400 N° 30 0.590

¾´´ 19.050 N° 40 0.426

½´´ 12.700 N° 50 0.297

3/8´´ 9.525 N° 60 0.250

¼´´ 6.350 N° 80 0.177

N° 4 4.760 N° 100 0.149

N° 6 2.830 N° 200 0.075

N° 8 2.380

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ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO PORTAMIZADO: ALCANCES

El alcance de este ensayo es que sirve para :Clasificar el suelo por sistema SUCS, AASTHO y FAA.Mezcla de suelos.Diseño de filtros.

Determinación de la permeabilidad en suelos granulares.Análisis de cantera.Verificar los requerimientos de diferentes proyectos: Carreteras ( capabase, sub base, concreto asfaltico: granulometría del agregado grueso yfino) etc

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MATERIAL PARA LA CONFORMACION DE LA BASGRANULAR. OBRA METROPOLITANO NORTE - UN

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CONCRETO ASFALTICO CONFORMADO POR EL ASFAFRACCION GRUESA, FRACCION FINA

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• Dos parámetros se determinan de las curvasgranulométricas de suelos de grano grueso:

• (1) el coeficiente de uniformidad (Cu) y•

(2) el coeficiente de gradación, o coeficientede curvatura ( Cc).• Donde:

D10

, D30

y D60

son losdiámetros correspondientesal porcentaje que pasa 10,30 y 60% respectivamente.

0

60U

D

DC

1

1060

302

CxDD

DC

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ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO PORTAMIZADO:PROCEDIMIENTO

1. La muestra original de suelo conteniendoparticulas de varios tamaños se coloca alhorno durante 24 hrs.

2. Esta muestra secada en el horno se lava en lamalla Nº200, colocándose al hornonuevamente, pero esta vez solo se coloca loretenido en la malla Nº200( osea lavar hastadejarlo sin finos)

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3. Al día siguiente pesar la muestra secada alhorno.

4. Luego colocar las mallas en ordenascendente (desde la malla Nº200 hasta laNº4) y Nº4 hasta la malla de 3” y tamizar.

5. Pesar la muestra retenida en cada malla

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Tamiz Abertura (mm) Peso Retenido (gr) % ParcialRetenido(%) acumulado

Retenido Pasando3" 76.2002" 50.3001 1/2" 38.1001" 25.400 78.003/4" 19.050 61.001/2" 12.700 120.003/8" 9.525 78.001/4" 6.350 88.00Nº4 4.760 93.00

Nº10 2.000 130.00Nº20 0.840 68.00Nº30 0.590 30.00

Nº40 0.42648.00

Nº60 0.250 33.00º

Á É

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• Cálculo del % parcial retenido:

Se divide el peso retenido en cada tamiz entreel peso total seco.

Ejemplo:(78/937)*100=8.3

(61/937)*100=6.5(120/937)*100=12.8

Á É

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• Cálculo del % acumulado retenido:

Es la suma de los porcentajes retenidos hastadicho tamiz.

Cálculo del % acumulado que pasa:

1-%ret. acumulado

Tamiz Abertura

(mm)

Peso

Retenido(gr)

% ParcialRetenido

(%) acumulado que

pasaRetenido Pasando1 1/2" 38.100 0.0% 0.0% 100.0%1" 25.400 78.00 8.3% 8.3% 91.7%3/4" 19.050 61.00 6.5% 14.8% 85.2%1/2" 12.700 120.00 12.8% 27.6% 72.4%

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É

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7 6

. 2

3 "

5 0

. 3

2 "

3 8

. 1

1 1 / 2 "

2 5

. 4

1 "

1 9

. 0 5

3 / 4 "

1 2

. 7

1 / 2 "

3 / 8 "

6 . 3

5

1 / 4 "

4 . 7

6

N º 4

2 . 0

0

N º 1 0

0 . 8

4

N º 2 0

0 . 5

9

N º 3 0

0 . 4

2 6

N º 4 0

0 . 2

5

N º 6 0

0 . 1

4 9

N º 1 0 0

0 . 0

7 4

N º 2 0 0

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.010.1110100

P O R C E N T

A J E A C U M U L A D O Q U E P A S A ( % )

ABERTURA (mm)

CURVA GRANULOMÉTRICA

Á É

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ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO PORTAMIZADO: CALCULO DEL ERROR

• En el ejemplo

W

)]WW(Wret[WError oi

0937

937937937

)]60(877[937Error

Á É

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ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO PORTAMIZADO:GRADACIÓN

GRAVA BIEN GRADADA(GW): y

GRAVA MAL GRADADA(GP):Lo contrario

ARENA BIEN GRADADA(SW): y

ARENA MAL GRADADA(SP): lo contrario

4UC 31 C C

6UC 31 C C

Á É

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ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO PORTAMIZADO: CALCULO DEL Cu - Cc

• Del grafico observamos:D60=8.00 D30=1.9 D10=0.19

• Por lo tanto: Es una GRAVA BIEN GRADADA

0

60U

D

DC

111.42

19.000.8UC

1060

302

C xDD

DC

38.219.089.1 2

xC

C

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