PROPIEDADES BÁSICAS DE LOS SUELOS

GEOTECNIA Y CIMIENTOSESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS DE EDIFICACIÓN

UNIVERSIDAD DE SEVILLA

ÍNDICE• IDENTIFICACIÓN Y ESTADO:

– PESO ESPECÍFICO Y DENSIDAD– POROSIDAD E ÍNDICE DE POROS– HUMEDAD Y GRADO DE SATURACIÓN– GRANULOMETRÍA– ESTADO DE CONSISTENCIA– ESTADO DE CONSISTENCIA– CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS

• RESISTENCIA:– ENSAYOS DE CORTE DIRECTO– ENSAYOS DE COMPRESIÓN SIMPLE

• DEFORMABILIDAD:– EL ENSAYO EDOMÉTRICO– EXPANSIVIDAD

PESO ESPECÍFICO Y DENSIDAD• PESO ESPECÍFICO (γ ):

– Es la relación entre peso y volumen de un cuerpo

– Las unidades más manejadas son kN/m3 (~0,1 t/m3)

• PESO ESPECÍFICO DE LAS NATURAL(γ):

– Relación entre el peso de la muestray su volumen:

mV

Pm=γ

PESO ESPECÍFICO Y DENSIDAD• PESO ESPECÍFICO DE UN SUELO:

– Peso específico de las partículas (γs ): Relación entre el peso total del suelo y su volumen

– Peso específico saturado (γsat): Relación peso-volumen del suelo, con los huecos rellenos de agua

s

s

V

P=γ

volumen del suelo, con los huecos rellenos de agua

– Peso específico seco (γd): Relación entre el peso de la parte sólida (sin agua) y el volumen total

m

hwssat V

Vp ⋅+= γγ

m

s

d V

P=γ

PESO ESPECÍFICO Y DENSIDAD• El PESO ESPECIFICO SUMERGIDO de un suelo

responde al fenómeno de las fuerzas de empuje (“Arquímedes”):

– El peso de la esfera no cambia al sumergirlo, sino que pasan a soportarlo parcialmente la balanza y el agua:

wsat' γ−γ=γ

PESO ESPECÍFICO Y DENSIDAD

• Relación entre los distintos valores:

Peso específico suelo seco

γγγγd

Peso específico natural

γγγγ

Peso específico saturado

γγγγsat

Peso específico

de las partículas

sólidas

γγγγs

≤ ≤ ≤

POROSIDAD E ÍNDICE DE POROS• Un suelo es un sistema de al menos dos

fases: sólido y gas, o sólido y líquido• Normalmente suele tener las tres fases:

sólido, líquido y gas– En ocasiones puede faltar la fase líquida y

decimos que está totalmente seco, o la fase gaseosa, si el suelo está totalmente saturado

– Tanto el líquido (agua generalmente), como el – Tanto el líquido (agua generalmente), como el gas (aire y vapor de agua) ocupan los poros que dejan entre sí las partículas sólidas

• Su proporción, tamaño de partículas y distribución condiciona el comportamiento de los suelos

• Actualmente la mecánica de suelos parcialmente saturados está en desarrollo

POROSIDAD E ÍNDICE DE POROS• POROSIDAD (n): Relación entre el volumen de

huecos y el volumen total:Vh: volumen de huecos de la muestraVt: volumen total de la muestra

– Su valor puede oscilar entre 0 y 1

• ÍNDICE DE POROS (e): Relación entre el volumen de huecos y el de sólido:

m

h

V

Vn =

• ÍNDICE DE POROS (e): Relación entre el volumen de huecos y el de sólido:

Vh: volumen de huecos de la muestraVs: volumen de la parte sólida

– Es superior a cero, y su valor superior, en teoría, no tiene límite

• Se relacionan con las expresiones:

s

h

V

Ve =

e1

en

+=

n1

ne

−=

POROSIDAD E ÍNDICE DE POROS

POROS

SÓLIDOS

1 + e

e

1

POROS

SÓLIDOS

1

n

1 - n

S = Partículas sólidas

W = Poros rellenos de agua

A = Aire (poros vacíos)

Poros = W + A

HUMEDAD Y GRADO DE SATURACIÓN• HUMEDAD (w):

Relación entre el peso del agua contenido en un volumen de suelo y el peso de las partículas sólidas contenidas en ese mismo volumen:

Se refiere al agua intersticial, que se evapora al someter a la muestra de suelo a una temperatura convencional de 105-110 ºC

• GRADO DE SATURACIÓN (S ):

s

w

P

Pw =

• GRADO DE SATURACIÓN (Sr): Porcentaje del volumen de poros ocupado por el agua:

Según el grado de saturación, se clasifica el estado del suelo:

SUELO Seco Ligeramente húmedo Húmedo Muy

húmedo Mojado Saturado

Sr (%) 0 1 - 25 25 - 50 50 - 75 75 - 99 100

h

w

V

VS =

GRANULOMETRÍA• Un suelo natural tiene mezcla de todos los tamaños

• De su composición y distribución depende en gran medida su comportamiento geotécnico:– Suelos finos: Sensibles al agua, impermeabilidad

– Uniformidad de tamaños: Mayor proporción de huecos

• Para su estudio se utiliza el análisis granulométrico:• Para su estudio se utiliza el análisis granulométrico:– TAMIZADO (UNE 103 101:1995): (pag 61)

• Se emplea en suelos arenosos o con tamaños superiores

• Sólo identifica tamaños mayores a 0,06 mm

– SEDIMENTACIÓN (UNE 103 102:1995):• Se utiliza para diferenciar limos y arcillas

• Se basa en el principio de que en un líquido en reposo caen más deprisa las partículas de mayor tamaño, a igual densidad

GRANULOMETRÍA• CURVA GRANULOMÉTRICA:

– Sirve para diferenciar las fracciones de cada tamaño presente en los suelos:

TAMIZADO

(Tamaño de las partículas en mm)0,06

gruesaPIEDRA

GRAVAgruesa

60,0

media

20,0

fina

6,0

ARENAgruesa

2,0

media

0,6

fina

0,2

SEDIMENTACIÓN

mediaLIMO

0,02

fina

0,006 0,002

ARCILLA

– Se representa mediante la distribución de los tamaños de las partículas:

• De forma acumulativa• En abcisas, a escala logarítmica, se colocan los tamaños de las

partículas (en mm) de menor a mayor• En ordenadas, a escala normal, el porcentaje en peso de partículas

de tamaño menor del indicado

(Tamaño de las partículas en mm)

GRANULOMETRÍA• Según la composición de tamaños un suelo puede ser:

– Bien graduado: Contiene partículas de casi todos los tamaños y la línea es de pendientes suaves

– Mal graduado: Casi todas sus partículas tienen el mismo tamaño

• Un suelo bien graduado (más compacto) resiste más y mejor

GRANULOMETRÍACURVA DE SUELO DE GRANO GRUESO

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,010,1110100

% Q

UE

PA

SA

CURVA DE SUELO BIEN GRADUADO (DISTRIBUCIÓN NORMAL)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,010,1110100

% Q

UE

PA

SA

CURVA DE SUELO DE GRANO FINO

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,010,1110100

TAMAÑO DE LAS PARTÍCULAS (mm)

% Q

UE

PA

SA

TAMAÑO DE LAS PARTÍCULAS (mm)TAMAÑO DE LAS PARTÍCULAS (mm)

CURVA COMPUESTA

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,010,1110100

TAMAÑO DE LAS PARTÍCULAS (mm)

% Q

UE

PA

SA

ESTADOS DE CONSISTENCIAConsistencia es la aptitud de un suelo para ser deformado:

– En los suelos cohesivos depende de su grado de humedad– Dependiendo de éste puede presentar propiedades de estado

sólido, semisólido, plástico, y semilíquido o viscoso

LÍMITES DE ATTERBERG:– Establecen la separación entre estos estados

– Se obtienen de forma práctica, aunque parezca arbitraria– Su determinación es imprescindible para identificar un suelo– Hay mucha experiencia acumulada en sus valores– Son ensayos cualitativos y no se pueden utilizar para cálculos– La humedad natural de un suelo suele estar entre el límite

plástico y el líquido

CONSISTENCIA SÓLIDOSEMILÍQUIDO O

VISCOSO

LÍMITE

HUMEDAD wS wP wL

SEMISÓLIDO PLÁSTICO

RETRACCIÓN PLÁSTICO LÍQUIDO

ESTADOS DE CONSISTENCIACAMBIO EN EL ESTADO DE CONSISTENCIA DE LOS

SUELOS:

+ HUMEDAD + HUMEDAD + HUMEDAD

ESTADO SÓLIDO

ESTADO PLÁSTICO

ESTADO LÍQUIDO

ESTADO PLÁSTICO

ESTADOS DE CONSISTENCIA• LÍMITES DE ATTERBERG:

– LÍMITE LÍQUIDO (wL):• Nos indica el estado de mínima resistencia• Respecto al índice de plasticidad, cuanto mayor es su valor,

menos permeable es el suelo

– LÍMITE PLÁSTICO (wP):• Nos da el estado en que un suelo empieza a perder su • Nos da el estado en que un suelo empieza a perder su

resistencia por sequedad

– ÍNDICE DE PLASTICIDAD (IP): • Se obtiene como diferencia entre el límite líquido y plástico:

IP = wL – wP

• Indica el máximo cambio de humedad que puede soportar un suelo, el máximo volumen de agua que puede absorber un suelo

ESTADOS DE CONSISTENCIA• DETERMINACIÓN DE LOS LÍMITES DE ATTERBERG: (pag. 64)

– La determinación de límites esta normalizada:

• UNE 103 103:1994 (líquido)

• UNE 103 104:1993 (plástico)

• UNE 103 108:1996 (retracción)

– LÍMITE LÍQUIDO (wL):

• Se determina mediante la cuchara de Casagrande

• Se realiza una muesca en el material extendido en la cuchara, y se • Se realiza una muesca en el material extendido en la cuchara, y se golpea, hasta que con 25 golpes la muesca se cierra en una longitud determinada (13 mm)

• La humedad correspondiente es el límite líquido

• Se halla por interpolación entre dos determinaciones golpes-humedad

– LÍMITE PLÁSTICO (wP):

• Para determinarlo se realizan bastoncillos con el suelo de 3 mm de diámetro, con distintos grados de humedad

• La humedad correspondiente es aquélla para la cual los bastoncillos empiezan a agrietarse (valor medio de 6 cilindros)

ESTADOS DE CONSISTENCIA• Interpretación de los Límites de Atterberg:

– Son ensayos sencillos y artesanales pero muy ilustrativos y repetitivos

– Muchas de las correlaciones de parámetros empleados para el cálculo se basan en estos valores

– Los límites se expresan como humedades (%)– Hay que tener en cuenta el porcentaje de finos del suelo – Hay que tener en cuenta el porcentaje de finos del suelo

(granulometría)– Se suele representar en el gráfico de plasticidad de

Casagrande– Un alto límite líquido (>40):

• Significa que el suelo puede absorber mucha agua (lo cual implica comportamientos anómalos: Expansividad, reblandecimiento, etc)

• Si el I.P. es bajo significa que el paso sólido-líquido es muy rápido: Mejor sobre la “línea A”

– El ensayo sólo se refiere a la fracción fina

ESTADOS DE CONSISTENCIA• Para la interpretación se suele emplear el

GRÁFICO DE PLASTICIDAD DE CASAGRANDE:– Representa los tipos de suelos en función de los

valores de wL (abcisas) y IP (ordenadas)– Está dividido en cuatro partes mediante dos rectas:

• Una vertical correspondiente a un wL = 50• Otra inclinada (llamada línea A) que tiene por ecuación:• Otra inclinada (llamada línea A) que tiene por ecuación:

IP = 0,73 ( wL - 20)• La línea A, es empírica, y separa las arcillas de los limos

– Las letras empleadas son:• Por wL: L = (Low) bajo H = (High) alto• Por IP: C = (Clay) arcilla M = (Mö) limo• Otros: O = Orgánico

– La línea A en la parte inferior se convierte en una banda horizontal, entre los valores de IP = 4 y 7: En ella se superponen las arcillas y limos (“CL-ML”)

GRÁFICO DE PLASTICIDAD DE CASAGRANDE

40

50

60

ÍND

ICE

DE

PLA

STI

CID

AD

CL

CH

0

10

20

30

0 50 100

LÍMITE LÍQUIDO

ÍND

ICE

DE

PLA

STI

CID

AD

CL-M L

MH-OH

LÍNEA A

ESTADOS DE CONSISTENCIA• Indicadores de estado:

– ÍNDICE DE CONSISTENCIA (IC):• 0 ⇒ w = Límite líquido

• 1 ⇒ w = Límite plástico

• < 0 ⇒ Suelo con humedad por encima del límite líquido (“estado líquido”)

• > 1 ⇒ Humedad menor que el límite plástico (“estado sólido”,

IP

wwC L −=

• > 1 ⇒ Humedad menor que el límite plástico (“estado sólido”, consistente)

– ÍNDICE DE FLUIDEZ (If):• 0 ⇒ w = Límite plástico

• 1 ⇒ w = Límite líquido

• < 0 ⇒ Humedad menor que el límite plástico (“sólido”)

• > 1 ⇒ Humedad mayor que el límite líquido (“liquido”, fluido)

– Son valores complementarios:

IP

wwI Pf

−=

1=+ fIC

CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS• Clasificaciones según la composición

– La más extendida es la de CASAGRANDE:

– Los suelos se clasifican por dos letras mayúsculas:

• Los prefijos indican el grupo principal al que pertenece el suelo

• Los sufijos las subdivisiones de este grupo

– Los criterios que se usan son la curva granulométrica, los límites de Atterberg y el contenido de materia orgánica

– La primera división que se establece es en suelos de grano fino y de grano grueso según que pase por T200 sea más o menos del 50%:grueso según que pase por T200 sea más o menos del 50%:

• Los suelos de grano fino se clasifican según la posición que ocupan en el gráfico de Casagrande

• Los suelos de grano grueso, son gravas y arena, según que la fracción gruesa quede retenida o no en el tamiz 4

• Los suelos sucios o intermedios se clasifican según la plasticidad de la fracción que pasa por el tamiz 40

• Los suelos turbosos (Pt) suelen distinguirse visualmente

– La pérdida por calcinación a 550ºC oscila entre el 26-100%

– Si son pocos fibrosos y se amasan quedan bajo la línea A

– Se forman en sitios pantanosos

WL>50 Arcilla alta plasticidad CH

WL<50 Arcilla baja plasticidad CL

WL>50 Limo alta plasticidad MH

WL<50 Limo baja plasticidad ML

WL>50 Orgánico alta plasticidad OH

WL<50 Orgánico de baja plasticidad OL

Si Arena limpia bien graduada SW

NoArena limpia pobremente

graduadaSP

1. Si

2. Arcilla

1. Si

2. Limo

1. No

2. Arcilla

1. No

Arena intermedia pobremente graduada arcillosaSe realiza ensayo

granulométrico y se ve lo que pasa por T200.

Pasa mas del 50% por T200. El suelo es de

grano fino (ARCILLA, LIMO U ORGANICO ).

SW-SM

SP-SC

SP-SM

En el gráfico de Casagrande el suelo está por debajo de la línea A.

Se comprueba si es orgánico o no.

SW-SC

El suelo es de procedencia orgánica. Se comprueba su límite líquido

Arena intermedia bien graduada arcillosa

Arena intermedia bien graduada limosa

Arena intermedia pobremente graduada limosa

En el gráfico de Casagrande el suelo está por encima de la línea A. Se comprueba su límite líquido

De lo que queda en T200 pasa más del 50% por T4 (ARENA). Se comprueba

lo que pasa por T200.

Pasa menos del 5% por T200 (ARENA LIMPIA ). Se comprueba que cumple

simultáneamente las dos condiciones Cu>4 y 1<Cc<3

Pasa de un 5 a un 12% por T200 (ARENA INTERMEDIA). Se comprueba que:

2.-Se realizan límites de Atterberg a la parte fina.

1.-Cumple simultultáneamente las dos condiciones: Cu>4 y 1<Cc<3

El suelo no es de procedencia orgánica. Se comprueba su límite líquido.

2. Limo

Arcilla Arena sucia arcillosa SC

Limo Arena sucia limosa SM

Si Grava limpia bien graduada GW

NoGrava limpia pobremente

graduadaGP

1. Si

2. Arcilla

1. Si

2. Limo

1. No

2. Arcilla

1. Si

2. Limo

Arcilla Grava sucia arcillosa GC

Limo Grava sucia limosa GM

Pt

que pasa por T200.

GW-GC

GW-GM

SP-SM

GP-GC

GP-GM

De lo que queda en T200 pasa menos del 50% por

T4 (GRAVA). Se comprueba lo que pasa

por T200

SUELOS TURBOSOS. TURBA

Pasa más de un 12% por tamiz 200 (pero menos del 50%) (GRAVA SUCIA ) Se

realizan límites Atterberg a la parte de finos

1.-Cumple simultáneamente las dos condiciones: Cu>6 y 1<Cc<3

Pasa del 5 al 12% por T200 (GRAVA INTERMEDIA). Se comprueba que:

2.-Se realizan límites de Atterberg a la parte fina.

Pasa menos del 5% por T200 (GRAVA LIMPIA ). Se comprueba que cumple

silmultáneamente las dos condiciones: Cu>6; 1<Cc<3

Grava intermedia pobremente graduada limosa

Pasa menos de un 50% por tamiz T200. El suelo

es de grano grueso (GRAVA O ARENA ).

graduada limosa

Grava intermedia bien graduada arcillosa

Grava intermedia bien graduada limosa

Grava intermedia pobremente graduada arcillosa

fina.

Pasa más del 12% por T200 (pero siempre menos del 50%) (ARENA SUCIA ). Se

realizan límites de Atterberg a la parte de finos.

RESISTENCIA AL CORTE DE SUELOS• La mayoría de los modelos usuales de estabilidad establecen el

mecanismo de rotura como el deslizamiento a través de una superficie en el interior del terreno o en el contacto terreno-estructura

• La resistencia al corte de un suelo es la resistencia interna por unidad de área que la masa del sólido puede ofrecer para evitar la rotura y deslizamiento a través de un plano dentro del mismo

RESISTENCIA AL CORTE DE SUELOS• Movimiento de dos sólidos en contacto:

– Una fuerza normal comprime a ambos sólidos

– Si se aplica una fuerza tangencial

– La magnitud de la fuerza tangencial que produce el es deslizamiento esproporcional a la fuerza normal:

• El coeficiente μ, llamado coeficiente de rozamiento:

φφφφF

σµτ ⋅=

σ

τEl coeficiente μ, llamado coeficiente de rozamiento:

– Es prácticamente independiente de N o el área de contacto

– Depende sólo de la naturaleza de las superficies de contacto

• Si expresamos como μ = tgφ , y además hubiera una adherencia o cohesión “c” entre los sólidos, la fuerza precisa para producir el deslizamiento sería:

φστ tgc ⋅+=

RESISTENCIA AL CORTE DE SUELOS• CRITERIO DE ROTURA DE COULOMB:

– En 1.773 Coulomb estableció un criterio para determinar la resistencia al esfuerzo cortante en un elemento plano a través de un suelo:

• τ = tensión cortante de rotura

• c = cohesión del suelo (constante)

φστ tgc ⋅+=

• c = cohesión del suelo (constante)

• σ = tensión normal al plano

• φ = ángulo de rozamiento interno del suelo (constante)

– El criterio de rotura de Coulomb permite averiguar cuándo se ha producido la rotura en un plano determinado

– Si se supone de aplicación, la resistencia de un suelo se cuantifica mediante los conocidos como parámetros de Mohr-Coulomb: Cohesión y ángulo de rozamiento interno

RESISTENCIA AL CORTE DE SUELOS• La cohesión y el ángulo de rozamiento son, en

principio, las propiedades intrínsecas de un suelo que sirven para conocer su resistencia al corte (pag.69)

• Medida en el laboratorio: Entre los aparatos destinados a medir la resistencia al esfuerzo cortante de los suelos en el laboratorio los más utilizados son:– Aparatos de corte directo:– Aparatos de corte directo:

• Corte anular• Corte simple

– Aparato de compresión triaxial– Aparato de compresión simple

(caso particular del triaxial)– Sonda de molinete

ENSAYO DE CORTE DIRECTO• Aparato de corte directo (UNE 103401:1998):

– Consta de una armadura inferior (fija) y otra superior (móvil)– Se coloca la muestra de suelo entre piedras porosas– La muestra es cuadrada 60*60*25 mm o cilíndrica φ50*25 mm– Se aplica una carga vertical y se miden las deformaciones– Se introduce un esfuerzo horizontal y se van dibujando las

deformaciones (abcisas) y las tensiones horizontales (ordenadas)(ordenadas)

Piedras porosas

Suelo

Micrómetro comparador

Tensión vertical

Esfuerzo cortanteMicrómetro o Dinamómetro comparador

ENSAYO DE CORTE DIRECTO

ENSAYO DE CORTE DIRECTO• RESULTADO DEL ENSAYO:

– Se ensayan 3 probetas con distintas fuerzas normales (σ1, σ2…)

– Se obtienen las cargas horizontales de rotura (τ1, τ2,…)– Si se representan en un diagrama (σ- τ), el criterio de

rotura de Mohr-Coulomb debe tener forma de recta, que se obtendría por aproximación:se obtendría por aproximación:

• Su pendiente nos proporciona el ángulo de rozamiento del terreno• La ordenada en el origen es la cohesión

ττττ

σσσσc

φφφφ

σσσσ1 σσσσ2 σσσσ3

ττττ1

ττττ2

ττττ3φ⋅σ+=τ tgcf

ENSAYO DE CORTE DIRECTO• RESULTADO DEL ENSAYO:

APARATOS TRIAXIALES• En los aparatos de corte directo ya se

supone la superficie de rotura, que puede no ser la más desfavorable en el suelo

• Se puede ensayar un suelo sin condicionar dicha superficie, aplicando presiones en las tres direcciones del espacio: Compresión triaxial

ENSAYOS DE COMPRESIÓN SIMPLE• El ensayo de compresión simple es equivalente a un

ensayo triaxial sin presiones horizontales– Se realiza en condiciones “rápidas” (pag. 67)– La norma española es la UNE 103400:1993:

• Las probetas deben tener diámetro igual o mayor de 35 mm

• Con una relación altura /diámetro igual o mayor de 2o mayor de 2

– El valor obtenido (qu) es el doble de la cohesión “sin drenaje” (cu), también conocida como resistencia al corte sin drenaje

– En función de él pueden clasificarse los suelos cohesivos:

CONSISTENCIAMuy

Blanda Blanda Media Firme Muy Firme Dura

qu (kPa) < 25 25-50 50-100 100-200 200-400 > 400

EL ENSAYO EDOMÉTRICOPermite el estudio de la compresibilidad unidimensional

(pag. 71)

• El edómetro diseñado por Casagrande consiste en:

– Un anillo cortador dentro del cual el suelo se encuentra comprimido

– Dos placas porosas que lo confinan y permiten la salida del agua en suelos saturados (No influye la compresibilidad del fluido)compresibilidad del fluido)

– Este conjunto se encuentra comunicado por las piedras porosas con un recinto exterior, para simular su situación bajo el nivel freático

– Un yugo que por medio de palancas aplica cargas

– Un micrómetro que mide el desplazamiento relativo entre las placas con precisión de milésima de milímetro

EL ENSAYO EDOMÉTRICOMicrómetro comparador

Yugo de carga (sección transversal)

Pistón de carga

Suelo

Piedras porosas

Agua

Pistón de carga

EL ENSAYO EDOMÉTRICO• Proceso:

– Se carga por escalones, con una razón del orden de 1:2 :– 5 - 10 - 20 - 50 - 100 - 200 - 400 - 800 - 1.000 - 1.500 (kPa)– El aumento de compresión produce una disminución del

volumen de poros, expulsando el agua– Al principio el descenso es rápido, después empieza a ser lento– El proceso de deformación-tiempo se llama CONSOLIDACIÓN– Entre cada escalón se espera, al menos, 24 horas– Entre cada escalón se espera, al menos, 24 horas– Se descarga también por escalones, de forma que el suelo va

aumentando algo de volumen aunque con cierta lentitud

σσσσ’t σσσσ’f

EL ENSAYO EDOMÉTRICO• En el ensayo edométrico se miden:

– Presiones aplicadas– Descenso de la placa superior ó “asiento” en el tiempo

• Se representa mediante:– Las “curvas de consolidación” correspondientes a cada

escalón:• Abscisas: Tiempo (sg) en escala logarítmica• Ordenadas: Deformaciones (0,001 mm)

Abscisas: Tiempo (sg) en escala logarítmica• Ordenadas: Deformaciones (0,001 mm)

– La “curva edométrica”, que mide la compresibilidad del suelo:

• Abscisas: Presiones (kPa ó kp/cm2), en escala logarítmica• Ordenadas: Índice de poros al final de cada período de

consolidación (“equivalente” a la altura de la probeta)

• Con escala semilogarítmica las líneas de las trayectorias de carga y descarga tienden a ser rectas

EL ENSAYO EDOMÉTRICOCURVA EDOMÉTRICA

0,750

0,800

IND

ICE

DE

PO

RO

S e

0

PROCESO DE CARGA

0,600

0,650

0,700

0,10 1,00 10,00PRESIONES (kp/cm 2)

IND

ICE

DE

PO

RO

S e

PROCESO DE DESCARGA

EXPANSIVIDAD• Los suelos arcillosos experimentan variaciones de volumen

como consecuencia de los cambios de humedad:– Un aumento de humedad produce una reducción en la succión– Como consecuencia de ello se reducen las tensiones efectivas y se

producen aumentos de volumen– Por el contrario, una disminución de la humedad produce un

aumento de la succión, de la presión efectiva y reducción del volumenvolumen

• La expansividad de una arcilla depende de:– La proporción de partículas inferiores a 2 µm– La actividad de la especie mineralógica (la montmorillonita es la

más peligrosa)

EXPANSIVIDAD

EXPANSIVIDAD

EXPANSIVIDAD• CUANTIFICACIÓN DE LA EXPANSIVIDAD EN LOS

SUELOS:– Métodos indirectos:

• Proporción de finos• Plasticidad• Límite de retracción• Actividad

– Métodos directos:– Métodos directos:• Ensayos sobre muestras alteradas:

– Hinchamiento Lambe (pag. 66)

• Ensayos de muestras inalteradas en el edómetro: (pag. 74)– Hinchamiento libre– Presión de hinchamiento– Ensayo de inundación bajo carga

EXPANSIVIDAD• CLASIFICACIONES INDIRECTAS:

• No existe ningún ensayo de identificación que permita asegurar que un suelo va a producir o no daños por expansividad, es necesario comparar resultados de varios ensayos.

• Algunos criterios indicadores recomiendan basarse en varios parámetros:

Índice de plasticidad 0 - 15 10 - 35 20 - 55 > 35

Potencial de hinchamiento Bajo Medio Alto Muy alto

Límite de retracción > 12 10 - 12 < 10

Peligro de hinchamiento Bajo Medio Alto

% 0,001 mm (1µm) < 15 13 - 23 20 - 30 > 28

Peligro de hinchamiento Bajo Medio Alto Muy alto

EXPANSIVIDAD• ENSAYO HINCHAMIENTO LAMBE (pag. 66)

(UNE 103600:1996): – Ensayo rápido (2 horas)– Sobre muestras amasadas– Determina el C.P.V.– Se establecen 4 categorías

RELACIÓN ENTRE EL ÍNDICE DE HINCHAMIENTO Y EL CAMBIO POTENCIAL DE VOLUMEN (ENSAYO

DE LAMBE)

0,320,340,360,38

0,4

ÍND

ICE

DE

HIN

CH

AM

IEN

TO

(M

pa)

Se establecen 4 categorías– No sirve para cuantificar

Cambio potencial de volumen

Categoría

< 2 No crítico

2 – 4 Marginal

4 – 6 Crítico

6 - 8 Muy crítico0

0,020,040,060,08

0,10,120,140,160,18

0,20,220,240,260,28

0,30,32

0 2 4 6 8

CAMBIO POTENCIAL DE VOLUMEN

ÍND

ICE

DE

HIN

CH

AM

IEN

TO

(M

pa)

EXPANSIVIDAD• APARATO DE LAMBE

EXPANSIVIDAD• EDÓMETRO: Micrómetro comparador

Yugo de carga (sección transversal)

Pistón de carga

Suelo

Piedras porosas

Agua

EXPANSIVIDAD• ENSAYO DE PRESIÓN DE HINCHAMIENTO EN EDÓMETRO (UNE

103602:1996): (pag. 74)– Se inunda un suelo bajo una carga inicialmente pequeña– A medida que se observa incremento de altura, se aumenta la

carga por escalones, para contrarrestar dichos incrementos– La carga para la que se estabiliza proporciona la denominada

presión de hinchamiento: Es la presión vertical que hay que ejercer para que no varíe la altura de la muestra al inundarlaejercer para que no varíe la altura de la muestra al inundarla

– Se descarga la probeta hasta 10 Kpa– Valores orientativos:

Presión de hinchamiento Expansividad

< 25 kPa Baja

25 – 125 kPa Baja-media

125 – 300 kPa Media-alta

> 300 kPa Muy alta

EXPANSIVIDAD• ENSAYO DE HINCHAMIENTO LIBRE EN EDÓMETRO (UNE

103601:1996): (pag. 74)– Se inunda un suelo bajo una carga pequeña de 10 kPa

(puede emplearse la carga a la que está o estará el terreno)– Se observan la altura de la muestra o pastilla de suelo, hasta

estabilización– El hinchamiento libre se expresa como porcentaje, y es la

relación entre el incremento de altura y la altura inicial:relación entre el incremento de altura y la altura inicial:

– Valores orientativos:

100h

hlibretoHinchamien

0

⋅∆=

Hinchamiento libre Expansividad

< 1 % Baja

1 – 3 % Baja-media

3 – 10 % Media-alta

> 10 % Muy alta

EXPANSIVIDAD• ENSAYO DE INUNDACIÓN BAJO CARGA: (pag. 75)

– Se realiza un ensayo edométrico sobre una muestra con su humedad natural: Se dibuja la curva presión-deformación

– Muestras diferentes se someten a presiones distintas y se dibuja la curva presión-deformación final

– Con ello se tienen dos curvas:– Con ello se tienen dos curvas:• La del suelo cargado, parcialmente saturado, o curva de humedad natural;• La del suelo inundado, o curva de inundación bajo carga

EXPANSIVIDADENSAYO DE INUNDACIÓN BAJO CARGA EN SUELOS PARCIALMENTE

SATURADOS

Curva de inundación bajo carga Presión de

hinchamiento

0,000

0,050

0,10 1,00 10,00

PRESIONES

Inundación

Curva de humedad natural

Zona de hinchamiento Zona de colapso-0,200

-0,150

-0,100

-0,050

DE

FO

RM

AC

IÓN

EXPANSIVIDAD• ENSAYO DE INUNDACIÓN BAJO CARGA:

– Estas curvas se cortan en un punto que llamaremos presión de hinchamiento del ensayo de inundación bajo carga:

• A esa presión ni colapsa ni expande al aumentar su humedad

• Por encima de esa presión se comporta como colapsable• Por encima de esa presión se comporta como colapsable• Por debajo de esa presión se comporta como expansivo

– Este ensayo ilustra que un suelo puede ser expansivo o colapsable en función de la presión a que está sometido