CLASIFICACIONES NORMALIZADAS DE SUELOS

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1 CLASIFICACIÓN DE SUELOS CARACTERÍSTICAS ORGANOLÉPTICAS Gravas Arenas Limos Arcillas Partículas visibles y gruesas $ mm Partículas visibles y finas < mm Partículas no visibles y tacto áspero Partículas no visibles y tacto suave CLASIFICACIONES NORMALIZADAS DE SUELOS CLASIFICACION NORMA DIN(40) LIMO ARENA GRAVA ARCILLA PIEDRA FINO MEDIO GRUESO FINA MEDIA GRUESA FINA MEDIA GRUESA 0,00 0,006 0,0 0,06 0, 0, CLASIFICACION M.I.T y NORMAS BRITANICAS ARCILLA FINO 0,00 CLASIFICACION A.S.T.M ARCILLA LIMO ARENA GRAVA MEDIO GRUESO FINA MEDIA GRUESA 0,006 0,0 0,06 0, 0,6 ARENA LIMO GRAVA FINA GRUESA 0,005 0,05 0,5

2 DIFERENCIAS ENTRE GRAVAS Y ARENAS Gravas (> mm)arenas (entre 0,006 y mm) Los granos no se apelmaan aunque estén húmedos, debido a la pequeñe de las tensiones capilares. Cuando el gradiente hidráulico es mayor que, se produce en ellas flujo turbulento. Los granos se apelmaan si están húmedos, debido a la importancia de las tensiones capilares. No se suele producir en ellas flujo turbulento aunque el gradiente hidráulico sea mayor que. DIFERENCIA ENTRE ARENAS Y LIMOS Arenas (entre 0,06 y mm) Limos (entre 0,00 y 0,06 mm) Partículas visibles. En general no plásticas. Los terrenos secos tienen una ligera cohesión, pero se reducen a polvo fácilmente entre los dedos. Fácilmente erosionadas por el viento. Fácilmente arenadas mediante bombeo. Los asientos de las construcciones realiadas sobre ellas suelen estar terminados al acabar la construcción. Partículas invisibles. En general, algo plásticos. Los terrenos secos tienen una cohesión apreciable, pero se pueden reducir a polvo con los dedos. Difícilmente erosionados por el v iento. Casi imposible de drenar mediante bombeo. Los asientos suelen continuar después de acabada la construcción. DIFERENCIA ENTRE LIMOS Y ARCILLAS Limos (entre 0,00 y 0,06 mm) No suelen tener propiedades coloidales. A partir de 0,00 mm, y a medida que aumenta el tamaño de las partículas, se va haciendo cada ve mayor la proporción de minerales no arcillosos. Tacto áspero. Se secan con relativa rapide y no se pegan a los dedos. Los terrones secos tienen una cohesión apreciable, pero se pueden reducir a polvo con los dedos. Arcillas (< 0,00 mm) Suelen tener propiedades coloidales. Consisten en su mayor parte en minerales arcillosos. Tacto suave. Se secan lentamente y se pegan a los dedos. Los terrones secos se pueden partir, pero no reducir a polvo con los dedos.

3 PROPIEDADES DE TERRENOS REALES Tipo de terreno Porosidad n (%) Indice huecos e Humedad natural? (%) Densidad seca?d (T/m3) Densidad húmeda? (T/m3) Arena suelta 43 0,76 9,5,94 Arena densa 3 0,47 7,80, Zahorra 0,30,05,8 Arcilla muy blanda 60,67 6,08,34 Arcilla blanda 55,55 55,,76 Arcilla semi-compacta 45 0,90 35,47,9 Arcilla compacta 43 0,87 3,45,89 Arcilla muy compacta 40 0,74 7,6,0 Arcilla dura 33 0,6,80,3 Loes yesífero - 0,87 -,35 - Turba ,040,04 Hormigón Margas ,33 Tabla según A. García Valcarce. Tipo de terreno Porosidad n (%) Indice de huecos e Humedad natural? (%) Densidad seca?d (T/m3) Densidad húmeda? (T/m3) Arenas de granulometría cerrada poco compactas Arenas de granulometría cerrada compactas Arenas de granulometría abierta poco compactas Arenas de granulometría abierta compactas 46 0,85 3,43, ,5 9,75, ,67 5,59, ,43 6,86,6 Arcilla glaciar blanda 55,0 45 -,77 Arcilla glaciar dura 37 0,60 -,07 Bentonita blanda 84 5,0 94 -,7 Tabla según Teraghi y Peck.

4 PROPIEDADES FÍSICAS DEL SUELO PESO ESPECÍFICO Vg Gas (aire) G g V h Vl Líquido (agua) G l V s V s Sólido G s - Peso específico de las partículas.- Entre,8 t/m 3 y 3,0 t/m 3 - Peso específico del suelo natural.-entre,6 t/m 3 y,8 t/m 3 - Peso específico del suelo desecado.- Entre,6 t m 3 y,8 t m 3 - Peso específico del suelo saturado.- Entre,6 t m 3 y,8 t m 3 N.F. - Peso específico del suelo anegado.- Entre,6 t m 3 y,8 t m 3 EV. γ l G s

5 En un estrato de terreno se producen estos pesos específicos. γ n γ sat γ a Superficie N.F. Estrato firme En la parte superior el peso específico del terreno es el de terreno natural? n. Bajo el nivel freático es terreno está sumergido en agua, por lo que su peso específico será el anegado. Zona sobre el nivel freático en la que el agua sube por capilaridad y satura totalmente el terreno. El peso específico es el saturado. Porosidad e índice de poros. Definimos la porosidad n como la raón entre el volumen de huecos y el volumen total de la muestra e índice de poros e como la raón entre el volumen de huecos y el volumen de la parte sólida Relaciones entre porosidad e índice de huecos.

6 CONSISTENCIA EN SUELOS.- LÍMITES DE ATTERBERG. CONSISTENCIA Sólida 9 Semisólid a 9 Plástica 9 Líquida Límite de retracción Ws Límite plástico Wp Límite líquido W L LÍMITE RETRACCIÓN.- Humedad del suelo saturado con volumen mínimo.w e ρ γ ρ LÍMITE PLÁSTICO.- Humedad del suelo que permite rodar cilindros de 3mm de diámetro sin que se desmoronen. LÍMITE LÍQUIDO.- Humedad del suelo que hace que se unan los bordes de la muestra tras 5 golpes en la cuchara de Casagrande. s D INDICE DE PLASTICIDAD.- I p W L -W p GRÁFICO DE PLASTICIDAD DE CASAGRANDE Arcillas poco plásticas l p0.73 (W L-0 ) Arcillas muy plásticas Índice de plasticidad CL-ML Limos poco compresibles Limos muy compresibles Límite líquido

7 GRANULOMETRÍA 00 GRAVA ARENA LIMO ARCILLA % DE PARTÍCULAS DE DIÁMETRO MENOR QUE EL INDICADO GRAVA DIÁMETRO DE LAS PARTÍCULAS, en mm ARENA D D LIMO D ARCILLA 0.00 Coeficiente de uniformidad C Si C u # 4 (suelo uniforme) D D u 60 0

8 PERMEABILIDAD DEL SUELO Muestra de suelo h (nivel constante) l Permeabilidad LEY DE DARCY ccaudal ck i A t kpermeabilidad (cm/sg) ih/l (gradiente hidraulico) Asección muestra ttiempo Tabla de permeabilidades (aproximadas) Tipo de suelo Permeabilidad Grava >0. Arena 0.>k>0.00 Arena limosa 0.00>k>0-5 Limo 0-5 >k>0-7 Arcilla 0-7 >k

9 LEY DE TERZAGHI Ni N Por equilibrio de fueras ( ) N N + u S s N S i Ni S u s + S s u Pero en suelos normales s<<<s ' + u ' u S Las resistencias a compresión y a corte de un suelo dependen de s (tensión efectiva). s tensión efectiva stensión total utensión neutra Aplicación a un suelo real. tensión total tensión neutra s? N u? L (-f) f γn γa N.F. L ( l) ( f) f ( f ) f ( )( f) f A( f) ' γ γ N ' γ + γ γ N N L γ + γ γ N N L ' γ + γ N

10 EL FENÓMENO DEL SIFONAMIENTO Nivel constante h Nivel constante l H Arena u ' l H h l H γsat/γl Al aumentar la presión de entrada del agua, pueden anularse las tensiones efectivas en toda la masa de terreno Sifonamiento. γ l + H + h l + γ γ sat h H H γ L sat L El gradiente hidráulico que provoca el sifonamiento se llama gradiente crítico. i c h γ sat ic H γ L

11 ENSAYO EDOMÉTRICO Esquema de edómetro PORTA COMPARADOR PORTA COMPARADOR TORNILLOS DE FIJACIÓN PIEZAS DE MATERIAL ENDURECIDO SECCIÓN TRANSVERSAL DEL TUBO DE CARGA PISTON DE CARGA SUELO 5 mm AGUA CÉLULA DE PLÁSTICO TRANSPARENTE PIEDRAS POROSAS RANURAS PARA CANALIZAR EL DRENAJE DE LA PIEDRA POROSA INFERIOR PROCESO DE ENSAYO - Carga inicial pequeña según el tipo de terreno. - Se mantiene la carga hasta consolidación (4 horas). - Se hacen nuevos escalones de carga (duplicando). - Se descarga por escalones. - En cada escalón se mide la altura de la muestra. - Se pesa la muestra (P). Se deseca y se vuelve a pesar (Ps).

12 CURVAS EDOMÉTRICAS CURVA EDOMÉTRICA (Escala natural) CURVA EDOMÉTRICA (Esc. semilogarítmica) Línea de recarga Línea de carga Indice de huecos en % Indice de huecos en % Línea de descarga Tensión en kg/cm Tensión en kg/cm

13 RESULTADO DEL ENSAYO EDOMÉTRICO Volumen final V f A h f h oh h h o posición final h o Peso muestra inicial P Peso muestra desecado P s h f S h s Volumen final de huecos V Hf P P γ L S Volumen final parte sólida VS Vf VHf Altura equivalente parte sólida h S VS Vf VHf P P hf A A A A γ Indices de huecos Inicial Final Deformación unitaria h h ε h ε e 0 e + e h 0 0 h ( ) e e ε + e V V e0 VS h f hs ef h h h S L h A hsa h A 0 S 0 0 s h OH H OH H OS + h OH S h OH h hos h hoh + h OS H S h h h S S

14 RESISTENCIA AL CORTE Ensayo de corte directo Cuadrante para deformaciones verticales Tensión vertical 3 Esfuero cortante 4 Armadura superior movil 5 Armadura inferior fija 6 Cuadrante para desplaamientos horiontales 7 Piedra porosa superior 8 Piedra porosa inferior Micrómetro para deformación vertical Agua que rodea la caja de corte Dispositivo de tracción Gato de carga Yugo de carga Piedra porosa Rejilla de latón perforada Distositivo de tracción Esfuero cortante medido con un anillo Cojinetes SECCIÓN DE CAJA DE CORTE Tensión normal Tensión tangencial compresión cortante

15 RESULTADOS DEL ENSAYO RECTAS DE COULOMB Terrenos incoherentes Terrenos coherentes t s tgf t c + s tgf c cohesión 3 TERRENOS INCOHERENTES Tensión tangencial kp/cm 0 Φ Tensión normal kp/cm 3 TERRENOS COHERENTES Tensión tangencial kp/cm 0 Φ

16 ENSAYO DE CORTE ANULAR ENSAYO TRIAXIAL Rueda para aplicar la torsión Carga vertical A Placas porosas dentadas Suelo Base soporte comparador SECCIÓN DIAMETRAL A-A Rueda para aplicar la torsión tubo de drenaje Muestra de suelo motor sin-fin válvula extractora A de aire arillo tórico topo de giro pistón corona cabea de célula válvula de seguridad Polea horiontal Cable pilares arillo tórico probeta arillos tóricos llave de paso tubo de plástico membrana papel de filtro disco poroso palomilla de cierre base de célula Polea vertical Polea vertical Carga para aplicar la torsión ESQUEMA EN PLANTA DE LA DISPOSICIÓN GENERAL DEL APARATO ENSAYO DE CORTE ANULAR Tensión normal! Compresión Tensión tangencial! Torsión ENSAYO TRIAXIAL Compresión por presión hidrostática s Compresión por pistón s - s Estado final s x s s y s s

17 τ ENSAYO TRIAXIAL Φ B A Φ c.ctgφ O c π 4 - Φ Φ C + π + Φ 4 RESULTADOS DEL ENSAYO TRIAXIAL senf BC AC senφ + + c ctgφ + + c ctgφ senφ + senφ + c cos φ ( ) ( ) senφ + senφ c cos φ A partir de cada uno de los valores de s, s puede calcularse el otro senφ + senφ + senφ senφ c cos φ π φ π φ tg ctg + senφ 4 4 c cos φ π φ π φ tg + ctg senφ 4 4

18 EMPUJES DEL TERRENO SOBRE ESTRUCTURAS y x s x s y s h s? +q y h xh xyh γ+q La tensión es desconocida.- Se determina por las condiciones de contorno. Suelo confinado q ε x ε y 0 h h γ x y γ ε x E E E h γ h γ 0 E E E γ + q h γ γ q Suelo contenido por un muro. q h h

19 EMPUJES DE RANKINE. τ RECTA DE COULOMB A Φ O c c.ctgφ a h γ+q h p empujes activos empujes pasivos s h! valor inicial desconocido s h! Disminuye hasta llegar a la rotura del terreno Empuje del terreno sobre el muro! Empuje activo. λ a a π φ π φ c tg ( γ q) tg π φ tg 4 ( q) c λ + λ γ + a a a Empuje del muro sobre el terreno! Empuje pasivo. λ p a π φ π φ c tg + ( γ q) tg π φ tg + 4 ( q) c λ + λ γ + a p p

20 TENSIONES SOBRE EL SUELO CARGADO. MODELO DE BOUSSINESQ. x Medio semiindefinido: Medio indefinido bajo el plano xy. Cargas sobre el plano y E cte E ν cte 0 ν 0. 5 G Suelo incomprensible ε + ε + ε3 0 ε νε νε 0 ν 0. 5 Carga puntual sobre medio q semiindefinido.- Coordenadas cilíndricas. y ψ ρ r x θ τ r r τ θ Q 3 cos ψ ψ ψ ( ν) π cos sen + cos ψ r 3 r Q 3 cos ψ ( ν) ψ π cos + cosψ 3Q 5 cos ψ π 3Q 4 cos ψ senψ π

21 Carga puntual sobre medio semiindefinido.- Coordenadas polares. q y ψ ρ φ x θ τρφ ρ τ ρ θ ϕ ρϕ Q ν ( ν) ψ πρ cos Q ( ν) ψ πρ cos + cosψ Q cos ψ ( ν) πρ + cos ψ Q senψ cos ψ ( ν) πρ + cosψ Para un suelo incompresible?0.5 3cos ψ Q πρ ρ θ ϕ ρϕ 0

22 Carga lineal uniforme sobre un medio semiindefinido. Coordenadas cartesianas Coordenadas cilíndricas (eje y) q q y ψ r x y ψ ϕ x τrϕ r τh h τ h h q 3 cos ψ πr q ψ ψ πr sen cos q ψ ψ πr sen cos τ r ϕ rϕ q cos ψ r 0 0

23 ISOSTÁTICAS.- Envolventes de las tensiones principales. En polares 0 0 ρ ϕ θ Isostáticas! rectas radiales curvas ortogonales! circunferencias. Q Carga puntual rectas + esferas Carga lineal planos + cilindros ISOBARAS.- Lineas de igual presión. O Q ρ Para la tensión radial s? Carga puntual Esferas tangentes a O Carga lineal Cilindros tangentes a OY Carga lineal q r cos ψ r En ambos casos ρ cos ψ cte Carga puntual 3Q cos + τr π ρ, ecuación de la circunferencia tangente. ψ

24 DISTRIBUCIÓN DE TENSIONES Modelo de Boussinesq O Q ψ x Q0t 0 0 γ0.5 4 kg/cm 3kg/cm kg/cm cm TENSIONES VERTICALES TENSIONES HORIZONTALES r

25 TENSIONES BAJO UNA CARGA EN FAJA h τh a ε ε ψ q t r q π ψ r + q π ψ t τ 0 τ h h ( sen ψ ) ( sen ψ ) q π ψ + ψ ϕ q π ψ ψ ϕ q ( sen ψ sen ϕ) π ( sen cos ) ( sen cos ) q Isostáticas Isobaras

26 TENSIONES BAJO LA ESQUINA DE UN RECTÁNGULO Fórmula de Steinbrenner a q x b G r r r y r a + r b + r a + b + τ τ τ x y x y xy q ab ab arctg + + π r r r r q ab ab arctg π r r r q ab ab arctg π r r r q b b π r r r q a a π r r r q + π r r r

27 Tensiones en puntos no correspondientes a esquinas G A A4 A A G A3 A4 A A3 Punto interior Punto exterior ss +s +s 3 +s 4 s s -s -s 3 + s 4

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31 PRESIONES ADMISIBLES EN EL TERRENO DE CIMENTACIÓN Rocas () No estratificadas Estratificados Naturalea del terreno Terrenos sin cohesión () Graveras Arenosos gruesos Arenosos finos 3 Terrenos coherentes Arcillosos duros Arcillosos semiduros Arcillosos blandos Arcillosos fluidos 4 Terrenos deficientes Fangos Terrenos orgánicos Rellenos son consolidar Observaciones Presión admisible en kg/cm para profundidad de cimentación en m. de: # En general de resistencia nula, salvo que se determine experimentalmente el valor admisible. () a) Los valores que se indican corresponden a rocas sanas pudiendo tener alguna grieta. b) Para rocas meteoriadas o muy agrietadas las tensiones se reducirán prudencialmente. () a) Los valores indicados se refieren a terrenos consolidados que requieren el uso del pico para removerlos. Para terrenos de consolidación media en los que la pala penetra con dificultad, los valores anteriores se multiplican por 0.8. Para terrenos sueltos que se mueven fácilmente con la pala, los valores se multiplican por 0.5. b) Los valores indicados corresponden a una anchura de cimiento igual o superior a m. En caso de anchuras superiores, la presión se multiplicará por la anchura del cimiento multiplicada en metros.

32 Naturalea del terreno Presión admisible en kg/cm para profundidad de cimentación en m. de: c) Cuando el nivel freático diste de la superficie de apoyo menos de su anchura, los valores de la tabla se multiplican por 0.8. ASIENTOS GENERALES ADMISIBLES Características del edificio Asiento general máximo admisible en terrenos: Sin cohesión. mm. Coherentes. mm. Obras de carácter monumental 5 Edificios con estructura de hormigón armado de gran rigide. Edificios con estructura de hormigón armado de pequeña rigide. Estructuras metálicas hiperestáticas. Edificios con muros de fábrica. Estructuras metálicas isostáticas. Estructuras de madera. Estructuras provisionales Comprobando que no se produce desorganiación en la estructura ni en los cerramientos.

33 CÁLCULO DE ASIENTOS. Datos precisos Conocimiento detallado del terreno Tensiones sobre el terreno. Método edométrico. - Se calculan las tensiones iniciales en el terreno. - Se divide el terreno en franjas horiontales. - Se calculan las tensiones medias en cada franja tras la acción del cimiento. - Se calcula la disminución del grueso de cada franja por la fórmula edométrica. e e Dh e h e terreno inicial γ γ i i + e terreno cargado γ El asiento será s n i h i

34 MÉTODO ELÁSTICO Suelo como material elástico Isótropo Anisótropo Módulo de Young E S S Por ensayo edométrico. ν E m ν ν ν Para el valor medio?0.3 E m Por estimación v v ( )( + e) e e ( )( + e ) e e Grava compacta E000 kg/cm Arena compacta E500 kg/cm Arena suelta E00 kg/cm Arcilla dura E00 kg/cm Arcilla semidura E50 kg/cm Arcilla blanda E0 kg/cm Fango o turba E<5 kg/cm

35 Algunas expresiones de asientos ( método elástico ). Carga aislada θ P r P + ν s πr E ν + θ senθ [ ( ) cos ] u r P + ν πr E [ ( ν) cosθ cos θ] + + θ senθ tg u r sz Para la superficie s u o o P ν πr E P ν ν πr E Cimentación sobre estrato firme P So ss o -s

36 Carga en faja a q Cimentación sobre estrato firme a profundidad So &? x&a x&a a@(%ln )%ln E x%a x%a Bajo el centro de la faja el asiento será s &? E a@(%ln )

37 Carga circular de radio r. + ν E senθ ν cosθ senθ Bajo el centro S q + ( ) r q En la superficie-centro S o qr ν E θ r En la superficie-borde S o 4 ν qr π E CARGA RECTANGULAR.- Fórmula de Steinbrenner (bajo el vértice) a q x s bq + ( ) E C F C F bq ξ E b Siendo y C ν C ν ν Los coeficientes F y F serán:

38 F F ( b + a + b ) a + a( b + a + b + ) a ln π b b arctg ab π a + b + + ln ( a + a + b ) b + b( a + a + b + ) Para una faja indefinida a4 ξ E F F b + ln π b b arctg b π ξ E Terrenos estratificados ξi Ei ξ ξ ξ S bq + E E + L