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de 92 Ing. G. Celentano 131/03/2023 de 94 2 GEOTECNIA Prof. Ing. Gabriel Celentano Prof. Ing. Claudia Barceló Prof. Ing. Gabriel Tryfón 🏞 de 923 Ing. G. Celentano Primera página 🗓 3 1 /0 3 /2 0 2 3 de 924 Ing. G. Celentano Primera página 3.1 RELACIONES PESO Y VOLUMEN ✍️ 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 925 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.0 Contenido 3.1.2 RELACIONES VOLUMÉTRICAS. 3.1.3 RELACIONES GRAVIMÉTRICAS. 3.1.4 RELACIONES PESO-VOLUMEN. 3.1.1 FASES DEL SUELO. 3.1.5 OTRAS RELACIONES. 3.1.6 CARACTERÍSTICAS DE LAS FASES. 3.1.7 COHESIÓN. 3.1.8 SUCCIÓN. 3.1.9 EJERCICIOS DE APLICACIÓN. 📝 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 926 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.1 Fases del Suelo Los elementos constituyentes del suelo existen en forma indisciplinada siendo necesario para la aplicación de la física suponerlos fusionados o continuos. De este modo se origina el diagrama de fases, formado por las tres partes o fases fundamentales del suelo, en pureza de contenido: ✓ Gaseosa. ✓ Acuosa. ✓ Sólida. ✍️ 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 927 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.1 Fases del Suelo ✍️ 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 928 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.1 Fases del Suelo Si se extrae un cubo de suelo de dimensiones unitarias (1 x 1 x 1 m), una inspección visual nos revelaría que el bloque está compuesto de: ✓ Vacíos o huecos, los que corresponden a los espacios abiertos entre granos de suelo, de tamaño variado. ✓ Granos de suelo, que pueden ser macroscópicos o microscópicos en tamaño. ✓ Humedad del suelo, el agua contenida en los poros o huecos, agua intersticial, puede ser la cantidad suficiente para completar de rellenar los poros (suelo saturado) o solo cubrir la superficie de los granos de suelo. ✍️ 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 929 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.1 Fases del Suelo ✍️ 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9210 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.1 Fases del Suelo ✍️ 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9211 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.0 Contenido 3.1.2 RELACIONES VOLUMÉTRICAS. 3.1.3 RELACIONES GRAVIMÉTRICAS. 3.1.4 RELACIONES PESO-VOLUMEN. 3.1.1 FASES DEL SUELO. 3.1.5 OTRAS RELACIONES. 3.1.6 CARACTERÍSTICAS DE LAS FASES. 3.1.7 COHESIÓN. 3.1.8 SUCCIÓN. 3.1.9 EJERCICIOS DE APLICACIÓN. 📝 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9212 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.2 Relaciones volumétricas Parámetro Símbolo Unidades Relación de vacíos e - Porosidad n % Grado de saturación Sr % Densidad relativa Dr % ✍️ 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9213 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.2 Relaciones volumétricas Vv Vs e = La relación de vacíos o huecos es la medida del volumen de los vacíos con respecto al volumen de las partículas sólidas, invariablemente expresado como un número: ✓ El valor de e fluctúa prácticamente entre 0,25 y 15. e ✍️ 3.1.2.1 Relación de vacíos 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9214 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.2 Relaciones volumétricas Es la relación del cociente entre el volumen de vacíos (volumen combinado de aire y agua) y el volumen total: Vv V n = n ✓ n = 0 %: el suelo está en un estado de densidad absoluta. ✓ n = 100 %: el suelo desaparece como tal. En la práctica fluctúa entre 20 % y 95 %. ✍️ 3.1.2.1 Porosidad 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9215 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.2 Relaciones volumétricas Entre la relación de vacíos y la porosidad se pueden obtener las siguientes relaciones: = = = = Vv Vs e = Vv VT – Vv Vv /VT (VT – Vv)/VT Vv /VT 1 – Vv/VT n 1 – n n 1 – n e = e 1 + e n = ✍️ 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9216 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.2 Relaciones volumétricas ✓ En suelos formados por sedimentación la relación de vacíos varía con la altura de caída y con la intensidad de sedimentación. ✓ En general cuanto menor es la velocidad de caída menor es la porosidad. ✓ En suelos granulares esféricos según Terzaghi 26 < n < 47. ✓ En arenas la porosidad depende de la forma y uniformidad de tamaño de las partículas y de la sedimentación, suele variar entre 25-50 %. Variación de e y n ✍️ 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9217 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.2 Relaciones volumétricas • Arenas con estructura romboidal: Arenas con estructura romboidal ✍️ 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9218 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.2 Relaciones volumétricas • Arenas con estructura cúbica: Arenas con estructura cúbica ✍️ 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9219 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.2 Relaciones volumétricas Se define como el porcentaje de vacíos del suelo ocupados por agua, esto es la relación entre el volumen de agua de un suelo frente al volumen de vacíos ( agua + aire ). Vω Vv Sr = 100 ✓ El grado de saturación de una muestra estará acotado matemática y físicamente entre 0 y 100 %. Sr ✍️ 3.1.2.3 Grado de saturación 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9220 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.2 Relaciones volumétricas ✓ Los valores altos del grado de saturación se producen generalmente por debajo del nivel de las aguas subterráneas que llamamos napa freática. ✓ También se producen valores altos de saturación superficial por exceso de lluvia. ✓ Un grado de saturación de cero por ciento indicará la ausencia completa de humedad de un suelo, condición sólo posible en el caso de las muestras recién secadas al horno. Sr = 100 eω e donde: eω = Vω/Vs e = relación de vacíos ✍️ 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9221 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.2 Relaciones volumétricas Es inherente a los materiales granulares, siendo un medio para evaluar el grado de acercamiento entre sus partículas o determinar su orden de densificación: donde: e: relación de vacíos del material en estado natural. emax: relación de vacíos del material en estado más suelto. emin: relación de vacíos del material en estado más denso. emax – e emax – emin Dr = Dr ✍️ 3.1.2.4 Densidad relativa 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9222 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.2 Relaciones volumétricas Dr CALIFICACIÓN 0 % – 15 % Muy Suelta 15 % – 35 % Suelta 35 % – 65 % Medianamente Densa 65 % – 85 % Densa 85 % – 100 % Muy Densa ✍️ 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9223 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.0 Contenido 3.1.2 RELACIONES VOLUMÉTRICAS. 3.1.3 RELACIONES GRAVIMÉTRICAS. 3.1.4 RELACIONES PESO-VOLUMEN. 3.1.1 FASES DEL SUELO. 3.1.5 OTRAS RELACIONES. 3.1.6 CARACTERÍSTICAS DE LAS FASES. 3.1.7 COHESIÓN. 3.1.8 SUCCIÓN. 3.1.9 EJERCICIOS DE APLICACIÓN. 📝 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9224 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.3 Relaciones gravimétricas Parámetro Símbolo Unidades Humedad ω % Consistencia relativa Cr - ✍️ 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA: 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9225 Ing. G. Celentano Primera página Es la relación del peso del agua al de la materia sólida de un suelo expresada en porcentaje: Wω Ws ω = 100 Esta propiedad física es de sencilla obtención y de una gran utilidad, pues la resistencia y el comportamiento de los suelos ligados a la construcción están regidos, en gran parte por la cantidad de agua que contienen. 3.1.3 Relaciones gravimétricas ω ✍️ 3.1.3.1 Humedad natural 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9226 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.3 Relaciones gravimétricas Nuestro principal equipo de trabajo consistirá de un horno eléctrico de temperatura controlable. Una vez tomado el peso en estado natural de la muestra, ésta se introduce al horno. Determinación de ω en el laboratorio Allí se calentará el espécimen a una temperatura de 105 °C ± 5 °C, produciéndose la evaporación del agua y su libre escape a través de unas ventanillas en la parte superior de nuestro horno. ✍️ 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9227 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.3 Relaciones gravimétricas El material deberá permanecer en el horno por un período de 12 horas, se acostumbra iniciar el calentamiento de las muestras al final del día, dejándolas deshidratar durante toda la noche. Se toma una fracción de muestra inalterada y se coloca en un portamuestras previamente pesado (W1). Se pesa el conjunto (W2). Se introduce la muestra en una estufa a 105 ºC y se deja 24 horas, luego se vuelve a pesar (W3). W2 – W3 W3 – W1 ω = 100 ✍️ 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9228 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.3 Relaciones gravimétricas ✓ Horno eléctrico: el suelo se seca a 105 +/-5ºC. ✓ Alcohol etílico: el agua se evapora por adición de alcohol hasta que se sature la muestra. ✓ Picnómetro: se introduce la muestra en el picnómetro, se llena de agua desalojando el aire por agitación. Determinación de ω en el campo ✓ Método nuclear: el número de neutrones lentos liberados al lanzar un haz de neutrones es proporcional a la cantidad de H que presente dicho suelo, y por tanto a la cantidad de agua. ✍️ ✓ Baño de arena: el suelo se seca en baño de arena calentándolo mediante llama. 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9229 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.3 Relaciones gravimétricas En suelos finos se utiliza la consistencia relativa, que depende de la carga a la que está sometido y de la consolidación: LL – ω IP Cr = donde: LL: límite líquido. ω: humedad natural. IP: índice de plasticidad. Cr ✍️ 3.1.3.2 Consistencia relativa 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9230 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.3 Relaciones gravimétricas La consistencia relativa es un parámetro de los suelos finos que nos permite evaluar las condiciones de soporte y mantenimiento de proyectos. ✓ ω > LL, Cr < 0 ✓ ω = LL, Cr = 0 ✓ ω = LP, Cr = 1 ✓ ω < LP, Cr > = 1 ✍️ 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9231 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.0 Contenido 3.1.2 RELACIONES VOLUMÉTRICAS. 3.1.3 RELACIONES GRAVIMÉTRICAS. 3.1.4 RELACIONES PESO-VOLUMEN. 3.1.1 FASES DEL SUELO. 3.1.5 OTRAS RELACIONES. 3.1.6 CARACTERÍSTICAS DE LAS FASES. 3.1.7 COHESIÓN. 3.1.8 SUCCIÓN. 3.1.9 EJERCICIOS DE APLICACIÓN. 📝 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9232 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.4 Relaciones Peso-Volumen Peso del material Volumen del material γ = γ ✍️ 3.1.4.1 Peso Unitario del suelo 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9233 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.4 Relaciones Peso-Volumen Masa del material Volumen del material ρ = ρ γω= 1 g *980,7 dina *(1x10-5 N)(1x106 cm3)*1 kN = 1*9,807 = 9,807 kN cm3 g dina m3 1000N m3 El agua a 4º C tiene una densidad de un 1 g/cm3, el peso unitario del agua a 4º C en unidades SI será: ✍️ 3.1.4.2 Densidad 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9234 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.4 Relaciones Peso-Volumen Peso Específico Símbolo Unidades Partículas sólidas γs kN/m 3 Saturado γsat kN/m 3 Húmedo γh kN/m 3 Seco γd kN/m 3 Sumergido γ' kN/m3 ✍️ 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9235 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.4 Relaciones Peso-Volumen Ws Vs γs = γs ✍️ 3.1.4.3 Peso específico de las partículas sólidas 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9236 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.4 Relaciones Peso-Volumen Suelo gs (g/cm 3) Arena 2,65 Arcillas inorgánicas 2,50 – 2,90 Suelos orgánicos 2,30 Suelos con alto contenido de óxidos férrico (limonita) 3,10 – 3,20 ✍️ 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9237 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.4 Relaciones Peso-Volumen Wsat Ws + Wω VT Vs + Vω γsat = = γsat ✍️ 3.1.4.4 Peso específico saturado 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9238 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.4 Relaciones Peso-Volumen W Ws + Wω VT Vs + Vω + Va γh = = γh ✍️ 3.1.4.5 Peso específico in situ 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9239 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.4 Relaciones Peso-Volumen Ws Vs + Va γd = γd ✍️ 3.1.4.6 Peso específico seco 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9240 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.4 Relaciones Peso-Volumen γsat – γωγ’ = γ' ✍️ 3.1.4.7 Peso específico sumergido 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9241 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.4 Relaciones Peso-Volumen γs Ws γω Vs γω Gs = = Gs ✍️ 3.1.4.8 Gravedad específica 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9242 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.4 Relaciones Peso-Volumen Mineral Ge Cuarzo 2,65 Caolinita 2,60 Illita 2,80 Montmorillonita 2,65 – 2,80 Haloisita 2,00 – 2,55 Feldespato de potasio 2,57 Feldespato de sodio y calcio 2,62 – 2,76 Clorita 2,60 – 2,90 Biotita 2,80 – 3,20 Muscovita 2,76 – 3,10 Hornblenda 3,00 – 3,47 Limonita 3,30 – 4,00 Olivino 3,27 – 3,37 ✍️ 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9243 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.4 Relaciones Peso-Volumen 1Por volumen de agua desplazada. 3 Por volumen de mercurio desplazado. 2Peso sumergido de la muestra. Volumen ✍️ 3.1.4.9 Determinación de γ en el laboratorio 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s 2Mediante el picnómetro. de 9244 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.4 Relaciones Peso-Volumen 1Pesado en una balanza de precisión. Peso ✍️ 3.1.4.9 Determinación de γ en el laboratorio 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9245 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.4 Relaciones Peso-Volumen Superficiales Método de la Arena Volumenómetro de membrana Métodos nucleares Resitividad eléctrica Profundas Calicatas Perforaciones con diamantina ✍️ 3.1.4.9 Determinación de y en el campo 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9246 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.4 Relaciones Peso-Volumen ✓ Se utiliza unrecipiente con válvula lleno de arena. ✓ Se excava un agujero en el suelo de forma más o menos geométrica. ✓ Se llena el recipiente de agua y se pesa para estimar su volumen. ✓ Se llena el recipiente de arena y se pesa para estimar el peso específico de la arena. ✓ Se llena el agujero de arena y de esta manera se estima el volumen del agujero. ✓ Se pesa la muestra de suelo obtenida en la perforación del hueco y normalmente conservada en la parafina. 3.1.4.9.1 Superficiales Método de la arena ✍️ 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9247 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.4 Relaciones Peso-Volumen ✍️ 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9248 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.4 Relaciones Peso-Volumen ✓ Se coloca el aparato sobre el punto que se quiere medir y se toma la primera lectura del nivel de agua. ✓ Se excava un agujero en el suelo hasta la profundidad deseada, recogiendo la muestra de suelo en un recipiente hermético. ✓ Se vuelve a colocar el aparato sobre el agujero y se toma la segunda lectura, obteniéndose el volumen excavado por diferencia de lecturas. Volumenómetro de membrana 3.1.4.9.1 Superficiales ✍️ 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9249 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.4 Relaciones Peso-Volumen ✍️ 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9250 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.4 Relaciones Peso-Volumen ✍️ 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9251 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.4 Relaciones Peso-Volumen ✓ Los rayos γ son radiaciones electromagnéticas de energía intermedia. ✓ Cuando un rayo γ incide sobre un electrón orbital, se produce por un lado una liberación de energía y una desviación de la radiación γ. Es el efecto Comptom. ✓ Cuanto mayor sea la densidad de los materiales mayor será la porción de electrones en el suelo y por tanto se producirá un mayor grado de desviación de la radiación. ✓ Si en el suelo existe mucha agua habrá que realizar una corrección por la influencia de los iones H+. Métodos nucleares 3.1.4.9.1 Superficiales ✍️ 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9252 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.4 Relaciones Peso-Volumen ✓ Se coloca una plantilla entre la fuente y el detector. La desviación de los fotones hacia el detector aumenta con la densidad del suelo. Aumenta la desviación de fotones fuera del detector y la cesión de energía a los fotones, por lo que requieren ser calibradas según el suelo a que se aplique. Métodos nucleares 3.1.4.9.1 Superficiales 1Retrodispersión. ✍️ 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9253 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.4 Relaciones Peso-Volumen Métodos nucleares ✓ Sin pantallas. Necesita dos sondeos. La intensidad recibida en el detector disminuye con la densidad del suelo. 3.1.4.9.1 Superficiales 2Atenuación. ✍️ 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9254 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.4 Relaciones Peso-Volumen ✍️ 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9255 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.4 Relaciones Peso-Volumen ✍️ 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9256 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.4 Relaciones Peso-Volumen ✍️ 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9257 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.4 Relaciones Peso-Volumen 2Calicatas. 1Perforaciones con diamantina. 3.1.4.9.2 Profundas ✍️ 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9258 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.0 Contenido 3.1.2 RELACIONES VOLUMÉTRICAS. 3.1.3 RELACIONES GRAVIMÉTRICAS. 3.1.4 RELACIONES PESO-VOLUMEN. 3.1.1 FASES DEL SUELO. 3.1.5 OTRAS RELACIONES. 3.1.6 CARACTERÍSTICAS DE LAS FASES. 3.1.7 COHESIÓN. 3.1.8 SUCCIÓN. 3.1.9 EJERCICIOS DE APLICACIÓN. 📝 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9259 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.5 Otras relaciones Parámetro Símbolo Unidades Susceptibilidad de las arcillas St % Superficie específica Se m 2/g ✍️ 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9260 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.5 Otras relaciones La susceptibilidad es el efecto sobre la consistencia del amasado de las arcillas, como consecuencia de la rotura de su estructura. Una arcilla será tanto más susceptible cuanto más disminuya su capacidad de resistir cargas al ser amasadas. Por tanto se puede definir como: St ✍️ 3.1.5.1 Susceptibilidad de las arcillas Resistencia a compresión simple (arcilla inalterada) Resistencia a compresión simple (arcilla amasada) St = 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9261 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.5 Otras relaciones Relación entre la superficie de la partícula y su masa. Medida complementaria e independiente al análisis granulométrico y su valor determina el balance entre fuerzas capilares, eléctricas y gravimétricas actuantes entre partículas. Afecta la permeabilidad, la velocidad de difusión y reacción, etc. Se ✍️ 3.1.5.2 Superficie específica 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9262 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.5 Otras relaciones ✍️ 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9263 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.5 Otras relaciones ✍️ Se 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9264 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.5 Otras relaciones ✍️ Técnicas para determinarla Difracción de rayos X, propiedades eléctricas Absorción de moléculas en estado gaseoso Absorción de moléculas en solución acuosa (azul de metileno) Se 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9265 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.5 Otras relaciones ✓ Absorción de moléculas en estado gaseoso. La superficie máxima cubierta por un catión AM es de 130 Ǻ2, en función de la orientación de éste respecto de la superficie que lo absorbe. Azul de metileno ✍️ ✓ Los cationes de una solución acuosa de AM son absorbidos por las cargas negativas de la superficie de la arcilla. Luego, la Se se computa como cantidad del AM absorbido: 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9266 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.5 Otras relaciones ✍️ Se 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9267 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.0 Contenido 3.1.2 RELACIONES VOLUMÉTRICAS. 3.1.3 RELACIONES GRAVIMÉTRICAS. 3.1.4 RELACIONES PESO-VOLUMEN. 3.1.1 FASES DEL SUELO. 3.1.5 OTRAS RELACIONES. 3.1.6 CARACTERÍSTICAS DE LAS FASES. 3.1.7 COHESIÓN. 3.1.8 SUCCIÓN. 3.1.9 EJERCICIOS DE APLICACIÓN. 📝 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9268 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.6 Características de las fases ✓ Su porción depende de la del agua. ✓ Reduce la resistencia del suelo. ✓ Favorece la actividad biológica. ✓ La compactación reduce su porción. ✓ Si aumenta el aire se produce esponjamiento. • El contenido en aire = Va Vs + Va + Vω • Porosidad = Va + Vω Vs + Va + Vω • Relación de vacíos = Va + Vω Vs ✍️ 3.1.6.1 El aire 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de9269 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.6 Características de las fases 3.1.6.2.1 Orgánico ✓ Procede de la descomposición de seres vivos. ✓ Forma capas de poca profundidad. ✓ La capacidad de carga del suelo disminuye al aumentar su descomposición. ✓ Tiene textura esponjosa, acidifica el suelo y el agua lo hace muy débil mecánicamente. ✓ Se considera un suelo afectado por su presencia para concentraciones mayores del 4 %. ✍️ 3.1.6.2 El suelo 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9270 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.6 Características de las fases ✓ Procede de la erosión física y química de las rocas. ✓ Está condicionada por: • Roca de origen. • Topografía. • Edad geológica. • Vegetación. • Clima. 3.1.6.2.2 Inorgánico ✍️ 3.1.6.2 El suelo 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9271 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.6 Características de las fases 3.1.6.3.1 Por su carácter líquido ✓ Cohesión. ✓ Succión. ✓ Hinchamiento. ✓ Contracción. ✓ Plasticidad. ✓ Compactación. ✓ Cambia la resistencia al esfuerzo cortante. ✓ Puede ser causa de desintegración o movimiento del terreno. ✓ Puede provocar aumento del volumen. ✍️ 3.1.6.3 El agua 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9272 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.6 Características de las fases 3.1.6.3.2 Disolvente ✓ Sales disueltas. ✓ Acidez de las aguas. ✓ Bases de cambio. ✓ Las sales disueltas pueden atacar al suelo o a las construcciones: • Sulfatos de Na, Mg, y Ca. • Cristalización de sales. • Corrosión de metales. • Ataque a hormigones (Ca(OH)2; Aluminados). ✍️ 3.1.6.3 El agua 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9273 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.6 Características de las fases En el suelo se encuentran los cationes ácidos (hidrógeno y aluminio) y los cationes básicos (calcio, magnesio, potasio y sodio). La fracción de los cationes básicos que ocupan posiciones en los coloides del suelo se refiere al porcentaje de saturación de bases. ✍️ 3.1.6.4 Cambio de bases 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9274 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.6 Características de las fases Si un mineral contiene muchas bases (ej: Na+) y se somete a la acción de un líquido que lleve disueltas otras (ej: K+) el mineral y el líquido intercambian estos cationes. ✓ En las montmorillonitas y en las caolinitas es menos claro. ✓ Se pueden utilizar como depuradores de líquido o correctores de suelos ácidos. ✓ Los suelos muy ácidos (pH < 5,5) tienden presentar cantidades elevadas y tóxicas de aluminio y manganeso. ✓ Los suelos muy alcalinos (pH > 8,5) tienden a dispersarse. ✓ Cuando el pH del suelo indica 7 (estado neutral) su saturación de bases llega a un 100 porciento y significa que no se encuentran iones de hidrógeno en los coloides. ✍️ 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9275 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.6 Características de las fases ✍️ 3.1.6.5 Resumen 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9276 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.6 Características de las fases Peso esp. de partículas sólidas: γs = Ws / Vs Peso específico saturado: γsat = Wsat / V = γω (Gs+e) / (1 + e) Peso específico húmedo: γh = Wh / V = Ws (1 + ω) / V Peso específico seco: γd = Ws / V = γh / (1 + ω) = Gs γω (1 + e) Humedad o contenido de agua: ω = Wω / Ws Gravedad específica: Gs = γs / γω Relación de vacíos: e = (Va+Vω) / Vs = n / (1 - n) Porosidad: n = (Va + Vω) / V = e / (1 + e) Huecos de aire: na = Va / V Volumen del suelo: V = Va + Vω + Vs Peso del suelo húmedo: W = Ws + Wω Grado de saturación: Sr=Vω / (Va + Vω) = ω Gs / e Densidad relativa: Dr = (emax - e) / (emax - emin) Consistencia relativa: Cr = (LL - ω) / IP Índice de liquidez: IL = (ω - LP) / IP ✍️ 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9277 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.6 Características de las fases Propiedades de los suelos en estado natural. TIPO DE SUELO e ω (%) γd (kN/m 3) Arena uniforme suelta 0,80 30 14,5 Arena uniforme densa 0,45 16 18,0 Arena limosa angular suelta 0,65 25 16,0 Arena limosa angular densa 0,40 15 19,0 Arcilla dura 0,60 21 17,0 Arcilla blanda 0,90 - 1,40 30 - 50 11,5 - 14,5 Loess 0,90 25 13,5 Arcilla orgánica blanda 2,50 - 3,20 90 - 120 6,0 - 8,0 Cajón glacial 0,30 10 21,0 ✍️ 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9278 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.0 Contenido 3.1.2 RELACIONES VOLUMÉTRICAS. 3.1.3 RELACIONES GRAVIMÉTRICAS. 3.1.4 RELACIONES PESO-VOLUMEN. 3.1.1 FASES DEL SUELO. 3.1.5 OTRAS RELACIONES. 3.1.6 CARACTERÍSTICAS DE LAS FASES. 3.1.7 COHESIÓN. 3.1.8 SUCCIÓN. 3.1.9 EJERCICIOS DE APLICACIÓN. 📝 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9279 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.7 Cohesión ✓ Suelo ideal, formado por esferas y con baja humedad. ✓ La fuerza de atracción entre partículas es: 2 tg1 aT2 F + = ✍️ 3.1.7.1 Teoría de HAYNES 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9280 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.7 Cohesión ✓ Estudia lo mismo para 2 partículas laminares de arcilla, separadas por una distancia d y con superficie r. ✓ En este caso y en general: d rt K = 4 F FNichols >>>> FHaynes ✍️ 3.1.7.2 Teoría de NICHOLS 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9281 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.7 Cohesión ✓ Tiene en cuenta los iones disueltos en el agua, poniendo de manifiesto la influencia de los mismos en los fenómenos de cohesión de las arcillas. ✍️ 3.1.7.2 Teoría de NICHOLS 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9282 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.0 Contenido 3.1.2 RELACIONES VOLUMÉTRICAS. 3.1.3 RELACIONES GRAVIMÉTRICAS. 3.1.4 RELACIONES PESO-VOLUMEN. 3.1.1 FASES DEL SUELO. 3.1.5 OTRAS RELACIONES. 3.1.6 CARACTERÍSTICAS DE LAS FASES. 3.1.7 COHESIÓN. 3.1.8 SUCCIÓN. 3.1.9 EJERCICIOS DE APLICACIÓN. 📝 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9283 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.8 Succión Todo el agua situada sobre el nivel freático está a presión inferior a la atmosférica (presión negativa). Donde los meniscos tocan los granos de suelo, las fuerzas capilares actúan causando presiones granulares en los huecos del suelo que tienden a comprimirlos. Es la llamada presión capilar. ✍️ Esta presión aumenta la resistencia al corte de los suelos haciendolos muy consistentes. Si sumergimos el suelo en agua estas presiones desaparecen (resistencia a la tracción del agua es muy baja). 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9284 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.8 Succión Se denomina SUCCIÓN a la diferencia entre la presión del aire y la del agua (uw). La succión decrece al aumentar la humedad. ✍️ Gardner et al (1922) fueron los primeros en presentar mediciones del valor de succión en suelos utilizando tensiómetros. ✓ El tensiómetro es un aparato que mide la presión negativa del agua en el terreno. Consiste en una conducción equipada con una punta porosa que se instala en el suelo. ✓ El interior de la conducción está lleno de agua y ésta permanece en contacto con el agua intersticial del suelo gracias al material poroso de la punta, produciéndose filtraciones en uno u otro sentido hasta que la presión del agua es igual a ambos lados de la punta porosa. 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e sfí si ca s de 9285 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.8 Succión Cuando esto ocurre, la presión negativa del agua se manifiesta en el exterior del aparato en donde se colocan una reserva de agua y un medidor de presión. Este medidor puede ser un manómetro de mercurio, una válvula de medición al vacío o un transductor electrónico de presión. ✍️ 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9286 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.8 Succión El aparato con medición por válvula de vacío es el más extendido de todos. En superficie se instala una válvula de vacío convencional. Está conectada a la punta porosa mediante una tubería rígida que se eleva algo por encima de la válvula con el fin de poder rellenar de agua en caso necesario y evitar así que el aire entre en el sistema. ✍️ 3.1.8.1 Aparatos para medir la succión 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9287 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.0 Contenido 3.1.2 RELACIONES VOLUMÉTRICAS. 3.1.3 RELACIONES GRAVIMÉTRICAS. 3.1.4 RELACIONES PESO-VOLUMEN. 3.1.1 FASES DEL SUELO. 3.1.5 OTRAS RELACIONES. 3.1.6 CARACTERÍSTICAS DE LAS FASES. 3.1.7 COHESIÓN. 3.1.8 SUCCIÓN. 3.1.9 EJERCICIOS DE APLICACIÓN. 📝 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9288 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.9 Ejercicios de aplicación Trabajo práctico N° 3.1: Relaciones Peso y Volumen 3.1.1 Una muestra de arcilla saturada pesa 1,526 gr en su estado natural y 1,053 después de secada. Determinar el contenido natural de humedad, la relación de vacíos, la porosidad y el peso unitario, si el γs=2,70 gr/cm3. 3.1.2 Una muestra de arcilla muy compacta tiene en estado natural un peso de 129 gr y un volumen de 56,4 cm3. Una vez secada a estufa su peso se reduce a 121,5 gr. Si el γs=2,70 gr/cm3. ¿Cuál es el contenido de humedad, la relación de vacíos y el grado de saturación? 3.1.3 Una arena cuarcítica pesa cuando está seca 1.550 kg/m3. ¿Cuál en su peso unitario cuando está saturada si su γs=2,70 gr/cm3? 👨🏻💻 3.1.4 Según determinaciones efectuadas en el terreno, el peso unitario de un terraplén de arena es 1.800 kg/m3 y su contenido de humedad es 8,6 %. Determinaciones de laboratorio indican e = 0,642 y e = 0,462 para los estados más sueltos y más densos de dicha arena. Si los elementos sólidos tienen γs=2,70 gr/cm3. ¿Cuál es la relación de vacíos del terraplén y su densidad relativa? 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s de 9289 Ing. G. Celentano Primera página 3.1.9 Ejercicios de aplicación 3.1.5 Por inmersión en Hg se determinó que una muestra de arcilla tenía un volumen de 14,88 cm3. Con el contenido natural de humedad su peso es de 28,81 gr y después de secada a estufa 24,83 gr. Si el γs=2,70 gr/cm3 calcular la relación de vacíos y el grado de saturación de la muestra? 👨🏻💻 3 1 /0 3 /2 0 2 3 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s Bibliografía ✓ Soil Mechanics in Engineering Practice (1 tomo): TERZAGUI, KARL – PECK, Ralph – MESRI, Gholamreza. John Wiley & Sons . 1996. ✓ Theoretical Soil Mechanics (1 tomo): TERZAGUI, KARL. John Wiley & Sons . 1943. ✓ Mecánica de Suelos (3 tomos): JUÁREZ BADILLO, Eulalio – RICO RODRIGUEZ, ALFONSO. Ed. Limusa. 1996. ✓ Fundamentos de Ingeniería Geotécnica (1 tomo): DAS, Braja. California State University, Sacramento. Thomson Editores, 2013. ✓ Mecánica de Suelos (1 tomo): LAMBE, William. Ed. Whitman 2003. de 9290 Ing. G. Celentano Primera página31 /0 3 /2 0 2 3 Básica ✓ Guía de trabajos prácticos de Geotecnia. UTN-FRA: Barceló, C. y Rodriguez Vázquez, R.H. 2007. 📙 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s Bibliografía ✓ Soil Mechanics and Foundation (1 tomo): BUDHU, Muni. John Wiley & Sons . 2010. ✓ Craig’s Soil Mechanics (1 tomo): CRAIG, Robert. Ed. Spon Press. 2004. ✓ Mecánica de Suelos (1 tomo): BERRY, Peter – REIDN, David. Ed. Mc. Graw – Hill- 1993. ✓ Geotecnia y Cimentaciones (4 tomos): JIMÉNEZ SALAS, José Antonio. Ed. Rueda. 1980. ✓ Soil Mechanics (1 tomo): VERRUIJT, Arnold. Delf University of Technology, 2012. ✓ BOWLES, Joseph: Manual de Laboratorio de Suelos en Ingeniería Civil (1 tomo). Ed. Mc. Graw – Hill- 1980. Escuela Superior de Ingeniería, Informática y Ciencias Agroalimentarias Escuela Superior de Ingeniería, Informática y Ciencias Agroalimentarias de 9291 Ing. G. Celentano Primera página31 /0 3 /2 0 2 3 Complementaria 📙 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s Bibliografía ✓ AENOR Eurocódigo 7. Proyecto geotécnico. Parte 1: Reglas Generales. 1999. ✓ AENOR Geotecnia. Ensayos de Campo y Laboratorio. 1999. ✓ ASTM. Book of Standard. 1994. ✓ CIRSOC Proyecto de Reglamento CIRSOC 401 “Reglamento Argentino de Estudios Geotécnicos”. ✓ CIRSOC Proyecto de Reglamento CIRSOC 402 “Reglamento Argentino de Estructuras de Fundación”. ✓ CIRSOC Proyecto de Reglamento CIRSOC 403 “Reglamento Argentino de Movimientos de Suelo y Estructuras de Contención”. Escuela Superior de Ingeniería, Informática y Ciencias Agroalimentarias Escuela Superior de Ingeniería, Informática y Ciencias Agroalimentarias de 9292 Ing. G. Celentano Primera página31 /0 3 /2 0 2 3 Normas y Reglamentos ✓ IRAM. Normas 10500-10539. Mecánica de suelos. 📙 G EO TE C N IA : 3 . P ro p ie d ad e s fí si ca s Diapositiva 1 Diapositiva 2 Diapositiva 3 Diapositiva 4 Diapositiva 5 Diapositiva 6 Diapositiva 7 Diapositiva 8 Diapositiva 9 Diapositiva 10 Diapositiva 11 Diapositiva 12 Diapositiva 13 Diapositiva 14 Diapositiva 15 Diapositiva 16 Diapositiva 17 Diapositiva 18 Diapositiva 19 Diapositiva 20 Diapositiva 21 Diapositiva 22 Diapositiva 23 Diapositiva 24 Diapositiva 25 Diapositiva 26 Diapositiva 27 Diapositiva 28 Diapositiva 29 Diapositiva 30 Diapositiva 31 Diapositiva 32 Diapositiva 33 Diapositiva 34 Diapositiva 35 Diapositiva 36 Diapositiva 37 Diapositiva 38 Diapositiva 39 Diapositiva 40 Diapositiva 41 Diapositiva 42 Diapositiva 43 Diapositiva 44 Diapositiva 45 Diapositiva 46 Diapositiva 47 Diapositiva 48 Diapositiva 49 Diapositiva 50 Diapositiva 51 Diapositiva 52 Diapositiva 53 Diapositiva 54 Diapositiva 55 Diapositiva 56 Diapositiva 57 Diapositiva 58 Diapositiva 59 Diapositiva 60 Diapositiva 61 Diapositiva 62 Diapositiva 63 Diapositiva 64 Diapositiva 65 Diapositiva 66 Diapositiva 67 Diapositiva 68 Diapositiva 69 Diapositiva 70 Diapositiva 71 Diapositiva 72 Diapositiva 73 Diapositiva 74 Diapositiva 75 Diapositiva 76 Diapositiva 77 Diapositiva 78 Diapositiva 79 Diapositiva 80 Diapositiva 81 Diapositiva 82 Diapositiva 83 Diapositiva 84 Diapositiva 85 Diapositiva 86 Diapositiva 87 Diapositiva 88 Diapositiva 89 Diapositiva 90 Diapositiva 91 Diapositiva 92
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