Peso-especifico - Calculo del peso especifico de un suelo PDF

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Calculo del peso especifico de un suelo...

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PROPIEDADES FÍSICAS DEL SUELO

Mecánica de suelos I

Cajamarca, abril del 2011

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•

Peso específico absoluto o peso específico del suelo se define como su peso por unidad de volumen. s = W/V

• Peso especifico relativo o gravedad específica del suelo El peso específico relativo o gravedad específica de un suelo se toma como el valor promedio para los granos del suelo suelo. Este valor es necesario para calcular la relación de vacíos de un suelo, se utiliza también en el análisis de hidrómetro y es útil para predecir el peso unitario de un suelo. La gravedad especifica de cualquier sustancia de define como “El peso unitario del material dividido por el peso unitario del agua destilada a cuatro grados Celcius.” Gs =  s w Mecánica de suelos I

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• Peso específico de la masa del suelo (densidad natural):

m

Es la relación entre el peso total y el volumen total de la muestra del suelo m = Wm Vm • Peso específico seco:

d

E lla relación Es l ió entre t ell peso de d las l partículas tí l minerales i l secas y ell volumen l total de la muestra de suelo m = Ws Vm Peso específico de sólidos:

s

Es la relación entre el peso y el volumen de las partículas minerales secas s= Ws Vs Mecánica de suelos I

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Peso específico de sólidos:

s

Para determinar el peso específico de sólidos de un suelo, se establece procedimientos para suelos que se componen de partículas menores de 4.75 mm y para los que se componen de partículas mayores a 4.75 mm., se ensayan por separado. El resultado será el promedio ponderado de ambas muestras. γs: peso específico ponderado % gruesos: porcentaje de la fracción gruesa % finos: porcentaje de la fracción fina γs gruesos: peso específico de la fracción gruesa γs finos: peso específico de la fracción fina Mecánica de suelos I

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Ensayo: peso específico de grava gruesa o piedra material • Muestra de piedra seca • Agua equipo • Balanza hidrostática procedimiento •

Determinar el peso de la piedra en el aire para lo cual mediante un hilo se cuelga la piedra en la palanca de la balanza y pesar Waire

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Determinar el peso de la piedra sumergida para lo cual se coloca un recipiente con agua sobre el soporte respectivo de la balanza y la piedra colgante se sumerge en el agua Wsumer

• Determinar el peso específico

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Peso específico de grava Calicata Estrato Peso muestra en el aire (gr) Peso muestra sumergida (gr)

C23 E4 380.42 232.76

s (gr/cm3)

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Peso específico de material fino Juega un papel muy importante en la mayor parte de las pruebas y cálculos de la mecánica de suelos.

Para su determinación se utiliza un recipiente aforado llamado picnómetro.

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Ensayo: peso específico del material fino Material • Muestra seca menor que la malla N°4 • Agua Equipo • Balanza con aproximación de 0.01 gr • Fiola de 500 ml. • Bomba de vacíos

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Procedimiento • Pesar la muestra seca (aproximadamente 80 a 100 gr) Ws • Llenar la fiola con agua hasta la marca de 500 ml y pesar Wfw •

Colocar la muestra seca ya pesada en la fiola vacía y , verter agua hasta cubrir la muestra, agitar, luego conectar a la bomba de vacíos durante 15 minutos de tal manera que las burbujas de aire sean extraídas.

• Retirar la fiola de la bomba de vacíos, inmediatamente agregar agua hasta la marca de 500 ml y pesar Wfws • Determinar el peso específico

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Peso específico de material fino Calicata

C9

Estrato

E3

Peso suelo seco (Ws) ( gr)

60

Peso fiola + agua (Wfw) (gr)

675

Peso de fiola + agua + suelo (Wfws) (gr)

710

Peso específico gs (gr/cm3)

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• Relación de vacíos: 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. Estos términos utilizados en la medición de las oquedades son importantes, ya que nos indican si el suelo es poroso o si en cambio esta bien denso. Suponiendo un proyecto de construcción en relleno donde el terraplén provoca una serie de presiones superficiales que se transmiten al subsuelo y afectan los estratos, para este caso se debe conocer la relación de vacíos del relleno que se va a colocar.

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Es la relación entre el volumen de vacíos y el volumen de los sólidos. Se expresa en porcentaje

Su valor puede ser e > 1 y alcanzar valores muy altos.

e = Vv

* 100 (%)

Vs

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• Porosidad: h La porosidad es la medición del volumen de los poros o vacíos del suelo. Es la combinación de aire y agua, o sea la relación por cociente entre el volumen de vacíos y el volumen total de una muestra de suelo expresado en porcentaje. En otras palabras es la medición de vacíos o huecos tomando en como unidad de comparación el volumen total de la muestra. Mientras mas poroso en el suelo, su porosidad aumenta matemáticamente, si es completamente denso no hay porosidad y por ende no hay vacíos, pero prácticamente esto no ocurre, ya que la porosidad de los suelos esta regularmente en un rango entre veinte y noventa y cinco por ciento.

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Se define como la probabilidad de encontrar vacíos en el volumen total de la muestra. Por lo tanto 0 < h < 100% . Es decir h ≠ 0 y h ≠ 100% Es la relación entre el volumen de vacíos y el volumen total, se expresa en porcentaje h= Vv Vm

*100 100

• Grado de saturación: Gw Es la relación entre el volumen de agua contenida en el suelo y el volumen de vacíos. Se expresa en porcentaje Gw = Vw Vv Mecánica de suelos I

* 100

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Estudio de suelos Calicatas

Las calicatas permiten la inspección directa del suelo que se desea estudiar y, por lo tanto, es el método de exploración que normalmente presenta la información más confiable y completa. En suelos con grava, la calicata es el único medio de exploración que

puede

proporcionar

información

confiable, y es un medio muy efectivo para exploración y muestreo de suelos de fundación y materiales de construcción a un costo relativamente bajo. Mecánica de suelos I

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Es necesario registrar la ubicación y elevación de cada calicata, las que son numeradas según la ubicación. Si un pozo programado no se ejecuta, es preferible mantener el número del pozo en el registro como "no realizado" en vez de volver a usar el número en otro lugar, para eliminar confusiones.

La profundidad está determinada por las exigencias de la investigación.

La sección mínima recomendada es de 0,80 m por 1,00 m, a fin de permitir una adecuada inspección de las paredes. El material excavado deberá depositarse en la superficie en forma ordenada separado de acuerdo a la profundidad y horizonte correspondiente. Debe desecharse todo el material contaminado con suelos de estratos diferentes. Mecánica de suelos I

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Se dejarán plataformas o escalones de 0,30 a 0,40 metros al cambio de estrato, reduciéndose la excavación. Esto permite una superficie para efectuar la determinación de la densidad del terreno. Se deberá dejar al menos una de las paredes lo menos remoldeada y contaminada posible, de modo que representen fielmente el perfil estratigráfico de la calicata. calicata

En cada calicata se deberá realizar una descripción visual o registro de estratigrafía comprometida.

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A cada calicata se le deberá realizar un registro adecuado que pasará a formar parte del informe respectivo. La descripción visual de los diferentes estratos se presentará en el formato y deberá contener, como mínimo, toda la información que allí se solicita.

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Símbolos Gráficos para Suelos

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Descripción de los suelos Está basada en examen visual y ensayos manuales, y no debe contener refinamientos que sólo pueden determinarse con equipo de laboratorio, aunque éstos sean contradictorios. Ocasionalmente los suelos son descritos con tal cantidad de detalles que el cuadro presentado es más confuso que esclarecedor; sin embargo, es mejor errar por el lado del exceso de detalles, que pueden seleccionarse, que presentar descripciones incompletas.

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- Tamaño: se describirá si son suelos granulares o suelos finos. La fracción gruesa comprende los tamaños de gravas y arenas, y la fracción fina los limos y arcillas. En esta estimación se excluyen las partículas gruesas mayores a 80 mm (3"); - Color: Se debe indicar el color predominante.

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- Humedad: se registrará la humedad indicando si el suelo esta muy húmedo, húmedo, seco, muy seco. - Cementación:

Algunos

suelos

muestran

definida

evidencia

de

cementación en estado inalterado. Esto debe destacarse e indicar el grado de cementación, descrito como débil o fuerte. - Densificación: La compacidad o densidad relativa de suelos sin cohesión puede ser descrita como suelta o densa,

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Estas descripciones visuales deberán contener como mínimo los siguientes antecedentes: - Identificación de la calicata mediante un número, especificado su ubicación con respecto al kilometraje del eje o sus coordenadas, nombre las laboratorista y fecha de la inspección. - Profundidad total.

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- Profundidad de la napa de agua, referida al nivel del terreno natural y fecha de observación.

- Profundidad de los diferentes estratos por describir, referidas al nivel del terreno natural.

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- Descripción del suelo empleando la según se trate de suelos gruesos o finos, respectivamente. - Cantidad y tipo de las muestras tomadas en la calicata. - Observaciones y otras características relevantes.

Desde las paredes y piso de las calicatas se deben obtener las muestras que serán llevadas a laboratorio.

Todas las muestras que se obtengan deberán ser perfectamente identificadas, incluyendo por lo menos los siguientes tópicos: identificación de la calicata; profundidad a la que fue tomada; nombre de la persona que la tomo y fecha de obtención. Mecánica de suelos I

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Se distinguen dos tipos de muestras que se pueden obtener: - Muestra perturbadas. Se obtienen en general de las paredes de los pozos. Estas muestras deben guardarse en bolsas impermeables y de resistencia adecuada. Cada bolsa debe identificarse clara e indeleblemente.

Muestras en bolsas: Las muestras en bolsas se toman con pala pala, barreta o cualquier otra herramienta de mano conveniente y se colocan en bolsas sin tratar de mantener al suelo en forma inalterada, estas muestras se usan para: ·

Análisis granulométrico.

·

Ensayos de plasticidad.

·

Ensayos de compactación – humedad óptima.

·

Ensayos de compactación CBR en laboratorio. Mecánica de suelos I

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- Muestra sin perturbar. Este tipo de muestra se recorta de las paredes de los pozos. Después de cortadas deben revestirse con una capa de parafina sólida aplicada con brocha.

Una vez dado el tratamiento anterior, debe colocarse en cajas de madera con aserrín u otro producto que actúe como amortiguador de golpes.

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Las muestras sin perturbar deberán tomarse apenas excavadas las calicatas, en especial cuando se trate de suelos cuya estructura se ve afectada por los cambios de humedad. En todo caso, al tomar una muestra no perturbada, debe elegirse la pared de la calicata menos expuesta al sol y debe excavarse el espesor superficial que haya sido afectado por los cambios de humedad.

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No deben escatimarse esfuerzos en el embalaje adecuado de las muestras, ya que el grado de perturbación que se le ocasione a una muestra no perturbada es irrecuperable y lleva a resultados erróneos. En las calicatas, es posible realizar ensayes en sitio tales como las pruebas de carga con placas, CBR, permeabilidades, medidas de densidad, etc.

Cada vez que sea necesario realizar un ensayo en sitio en una calicata, la excavación deberá realizarse considerando este hecho, dado que este tipo de prueba obliga a tomar medidas especiales que determinan la forma de excavación. Es así como la toma de densidades obliga a realizar éstas a medida que la excavación se realiza, o bien es necesario dejar bancos intermedios. Mecánica de suelos I

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El muestreo es tan importante como el ensayo y se deben tomar las precauciones para obtener muestras que exhiban la naturaleza real y condiciones de los suelos que se representan. Salvo situaciones que exijan determinación de resistencia o consolidación, las muestras necesarias para diseño de superestructura de obras viales serán perturbadas.

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Número, tipo y profundidad de los sondeos El número, tipo y profundidad de los sondeos que deban ejecutarse en un programa de exploración de suelos depende fundamentalmente del tipo de subsuelo y de la importancia de la obra. En ocasiones, se cuenta con estudios anteriores cercanos al lugar, que permite tener una idea siquiera aproximada de las condiciones del subsuelo y este conocimiento permite fijar el programa de exploración con mayor seguridad y eficacia. Otras veces, ese conocimiento apriorístico indispensable sobre las condiciones predominantes en el subsuelo ha de ser adquirido con los sondeos de tipo preliminar.

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El número de estos sondeos exploratorios será el suficiente para dar precisamente ese conocimiento. En obras pequeñas posiblemente tales sondeos tendrán carácter definitivo, por lo que es conveniente realizarlos por los procedimientos más informativos, tales como la prueba de penetración estándar, por ejemplo.

Un

punto que requiere especial cuidado es la determinación de la

profundidad a que debe llevarse la exploración del suelo. Este aspecto fundamental, cuyas repercusiones pueden dejarse sentir en todas las fases del éxito o fracaso de una obra ingenieril, tanto técnicas como económicas, está también principalmente definido por las funciones e importancia de la obra y la naturaleza del subsuelo. Mecánica de suelos I

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En general, los puntos básicos que la mecánica de suelos debe cuidar en un caso dado se refieren a la posibilidad y cálculo de asentamientos y a determinaciones de resistencia de los suelos. Para fines de cimentación, ha sido frecuente la recomendación práctica de explorar una profundidad comprendida entre 1,5B y 3B, siendo B el ancho de la estructura por cimentar. Generalmente es suficiente detener la exploración al llegar a la roca basal, si ésta aparece en la profundidad estudiada; sin embargo, en casos especiales se hará necesario continuar el sondeo dentro de la roca por métodos rotatorios; por ejemplo, en cimentaciones de presas sería necesario verificar que la roca no presente condiciones peligrosas desde el punto de vista de infiltraciones de agua. Mecánica de suelos I

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• Programa de investigación - Clase de estructura de las edificaciones Clase de estructura

Distancia N° de pisos incluidos los sótanos mayor entre ≤3 4a8 9 a 12 apoyos (m)

>12

Aporticada de acero Pórticos y/o muros de concreto Muros portantes de albañilería Bases de máquinas y similares

< 12 < 10 9 m de altura B A Mecánica de suelos I

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