GEOTECNIA I Año Académico 2017-2018 segunda describe informaciónes de la curva granulometrica o características de plasticidad. Por ejemplo: la arena pobremente graduada se denomina

GEOTECNIA I Año Académico 2017-2018

Dr. Lorenzo BorselliInstituto de Geología

Fac. De Ingeniería, UASLP

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http://www.lorenzo-borselli.eu/

Parte II

Clasificación ingenieril de los suelos y de los

macizos rocosos

Geotecnia I (2017/2018) – Docente: Dr. Lorenzo BorselliVersión 1.8 Last update 06-09-2017

A) Clasificaciones de los Suelos

Foto: Hoyos Patiño 2006


Objetivo de las clasificaciones de suelos:

• Desarrollar una forma sistemática de describir, caracterizar y clasificar los suelos

• Agrupar suelos de características y propiedades geotécnicas similares.

• Correlaciones entre categorías de clasificación y propiedades geotécnicas relevantes.


Clasificaciones de los SuelosHay dos sistemas de clasificación de suelos de uso común para propósitos de ingeniería. 1) el Sistema Unificado de Clasificación del suelo (SUCS o USCS) que se utiliza para casi todos los trabajos de ingeniería geotécnica; 2) el sistema de clasificación AASHTO que se usa por la construcción de carreteras y terraplenes.

Ambos sistemas utilizan los resultados del análisis granulométrico y la determinación de los límites de Atterberg para determinar la clasificación del suelo.

Las fracciones texturales del suelo son: grava, arena, limo, arcilla. A un suelo que comprende uno o más de estos componentes se le da un nombre descriptivo y una designación que consta de letras o números y letras. Estas letras dependen de las proporciones relativas de los componentes y de las características de plasticidad del suelo.


Arcilla Limo Arena Bloques

75mm

4.75mm

0.075mm

Grava

0.002mm

Mas finos Mas grueso

Fracción gruesa Fracción fina

Clasificación USCS(separación en componente fina y gruesa.)

Diametrode los granos

Diametrode los granos


El sistema de clasificación USCS o SUCS

El Sistema Unificado de Clasificación del suelo (USCS o SUCS) se basa en el sistema de clasificación desarrollado por Casagrande durante la Segunda Guerra Mundial. Con algunas modificaciones fue aprobado conjuntamente por varias agencias de gobierno de los EE.UU. en 1952. Refinamientos adicionales fueron hechas y actualmente está estandarizado como la norma ASTM D 2487-93.

Se utiliza en los EE.UU. y gran parte del mundo para trabajos geotécnicos que no sean los caminos y carreteras.

los suelos de un sistema unificado se designan por un símbolo de dos letras: el primero considera que el principal componente de la tierra, y la segunda describe informaciónes de la curva granulometrica o características de plasticidad.

Por ejemplo: la arena pobremente graduada se denomina SP y arcilla con baja plasticidad es CL.


SUCS – UCS: se utilizan los símbolos de cinco letras:

G por grava (gravel)S por arena (sand)M por limo (silt)C por arcilla (clay)O por suelos organico (organic soil)P for turba (peat soils)

Regla n. 1 Si menor del 50% del suelo pasa la malla No. 200 (0.075 mm), el suelo es de grano grueso, y la primera letra será G o S;

Regla. 2 si más del 50% pasa la malla No. 200(0.075 mm), el suelo es de grano fino y la primera letra será M o C

Regla n. 3 Arenas y gravas limpias (con menos del 5% que pasa la malla No. 200): se les da una segunda letra P si están mal graduadas o W si bien graduadas. Arenas y gravas, con más de 12% en peso que pasa la malla No. 200: se les da una segunda letra M si son limosas o C, si son arcillosos. Arenas y gravas que tienen entre 5 y 12%: se dan clasificaciones dual como SP-SM. Limos, arcillas y suelos orgánicos se les da la segunda letra H o L para designar a la plasticidad de alta o baja.

Las normas específicas para la clasificación se describen detalladamente en la norma ASTM D 2487 (se vea también la sucesiva imagen..)


Segunda letraPrimera letra

Símbolos que se usan en el sistema SUCS


Suelos finos – Carta de Casagrande –con y características de plasticidad

Ind

ice

pla

stic

o (

IP)

( LL )

OH

Alta plasticidad

Bajaplasticidad

Limos, arcillas y suelos orgánicos se les da la segunda letra H o L para indicar la plasticidad alta (H) o baja (L) dependiendo si el valor de LL es >=50% o <50%


Grafico de clasificación de suelos finos (en ingles)



Grafico de clasificación de suelos finos - ORGANICOS (en ingles)

Se indican como Suelos orgánicos de grano fino en el USCS cuando el límite líquido LL del suelo secado en horno (24h a 105°C) es inferior al 75 por ciento del límite líquido del suelo no secado en horno

75.0Hornoen secado No

Hornoen secado LL

LL

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Grafo de clasificación de suelos finos y orgánicos

Se indican como Suelos orgánicos de grano fino en el USCS cuando el límite líquido LL del suelo secado en horno (24h a 105°C) es inferior al 75 por ciento del límite líquido del suelo no secado en horno

75.0Hornoen secado No

Hornoen secado LL

LL


Suelos gruesos : menor del 50% de suelo pasa la malla No. 200 (0.075 mm)

10

60

D

DCu

El coeficiente de uniformidad Cu

1060

2

30

DD

DCc

EL coeficiente de curvatura

Cc

100

50

0

Distribución cumulada % en masa pasante a dato tamizado d en mm

D60D30D10

Log d (in mm)

60%

30%

(%)

10%


Ejemplo de distribución granulométrica de suelos gruesos

Como Ejercicio: calcular Cc y Cu de los diferentes suelos….


Grafico de clasificación de suelos gruesos (en ingles) Geotecnia I (2017/2018) – Docente: Dr. Lorenzo BorselliVersión 1.8 Last update 06-09-2017

Grafico de clasificación de suelos gruesos


FIN

OS

GR

UES

OS


FIN

OS

GR

UES

OS


Ejemplo resuelto 1

Clasificar el suelo de la muestra D que tiene estos valores de propiedad índice : LL=55, IP=32


Ejemplo 1

LL=55, IP=32Arriba de linea A

Ind

ice

pla

stic

o (

IP)

( LL )

OH

Alta plasticidad

Bajaplasticidad

% finos <0.075 mm = 72%28 % fracción gruesa

Fracion gruesa 28% arena0% grava

Clasificación: CH (arcilla densa arenosa, con alta plasticidad)


Ejemplo resuelto 2

Clasificar el suelo de la muestra A que tiene esto valores de propiedad índice : LL=25, IP=10


Ejemplo 2

LL=25, IP=10abajo de línea A

Ind

ice

pla

stic

o (

IP)

( LL )

OH

Alta plasticidad

Bajaplasticidad

% finos <0.075 mm = 48%52 % fracción gruesa

Fracción gruesa 46% arena6% grava

Clasificación: SC (arena arcillosa, con baja plasticidad)


Muestra 1(LL= 22 ; IP=8)

Muestra 2(LL= 28 ; IP 15)

Ejercicio propuesto 1 Clasificar e suelo de las muestras 1 y 2


Muestra 3(LL= 45 ; IP 20)

Ejercicio propuesto 2 Clasificar el suelo de la muestra 3

Sugerencia: para ejercicios adicionales .. estudiar y ver ejercicios en el capitulo 3 (Holtz & Kovacs 1997) (en las sección 3.1 y 3.2 y ejemplo 3.1 y ejercicio 3.4)


B) Clasificaciones de los macizos rocosos


Propiedades que influyen en el comportamiento mecánico de un macizo rocoso:

Da: http://lmrwww.epfl.ch/en/.../Rock.../ENS_080312_EN_JZ_Notes_Chapter_6.pdf

Parámetros discontinuidades • Numero de discontinuidades• Orientación • Espaciado• Abertura • Rugosidad • Alteración (intemperismo)

Parámetros del material • Resistencia a la

compresión• Modulo de

elasticidad (o deformación)

Condiciones en alrededor• Flujo de agua y

presión de agua• Presión geostatica en

sitio (stress)


Distribución de tamaño de bloques en un macizo rocoso

Discontinuidades y términos técnicos…


González de Vallejo, L. I., Ferrer, M., Ortuño, L., & Oteo, C. A. R. L. O. S. (2002). Ingeniería geológica.

Distribución de tamaño de bloques en un macizo rocoso Discontinuidades y escala de medición

Las frecuencia de discontinuidad tienes una grande efecto en la características mecánica y hidráulica de un macizo rocoso


FERRER, Mercedes; DE VALLEJO, Luis I. González (ed.). Manual de campo para la descripción y caracterización de macizos rocosos en afloramientos. Instituto Tecnológico Geominero de España, 1999.


Ferrer et al. 1999

Ferrer et al. 1999


Unas de las características mas importante es la medición de frecuencia de la discontinuidad y esto está relacionados inmediatamente a la dimensión de bloque de rocas intacta.

Generalmente hay varias familias de discontinuidades:


Ferrer et al. 1999


Familias de discontinuidad:

Afloramiento con 3 familias principales de discontinuidad

1

23


Ferrer et al. 1999


Modelo de clasificaciones que vamos a tratar:• RMR (rock mass rating, Beniawski (1989)• GSI (Geological Strenght Index , Hoek 1994, 2002, 2006)

Modelo RMRRMR= suma de puntuación de 5 factores que son los parámetros base la clasificación :

Nota bien: La suma de estos factores es entre 0 y 100

• Resistencia a compresión simple de la roca intacta• RQD• Espaciado de las discontinuidades• Condición de las discontinuidades (continuidad , rugosidad y alteración) • Condiciones de agua subterránea• Orientación de las discontinuidades





Clasificacion final RMR y propriedades mecanicas promedia


Da:http://lmrwww.epfl.ch/en/.../Rock.../ENS_080312_EN_JZ_Notes_Chapter_6.pdf

Tablas de clasificación RMR (en ingles)


Dos ejemplos de aplicación


RMR Ejemplo 1


Ferrer et al. 1999 Ferrer et al. 1999

RMR Ejemplo 2



RMR Ejemplo 3Geotecnia I (2017/2018) – Docente: Dr. Lorenzo BorselliVersión 1.8 Last update 06-09-2017


Em = 10(RMR − 10) / 40

Correlación …. simplificada El RMR está correlacionado empíricamente con el módulo de deformación del macizo rocoso - Em:


Correlación estadística mas precisa

El RMR está correlacionado empíricamente con el módulo de deformación del macizo rocoso Em (roca intacta y discontinuidad )Por RMR>55 (de media a alta calidad En este caso se considera el modulo de elasticidad de la roca intacta

http://en.wikipedia.org/wiki/Rock_mass_rating


http://en.wikipedia.org/wiki/Rock_mass_rating

Ejercicio propuesto 3: calcular el índice RMR usando las tablas RMR de clasificación:

• Resistencia a compresión simple = 65 MPa• RQD=41%• Espaciado promedio discontinuidad =0.05 m• Discontinuidad continuas y abertura 1-5 mm• Discontinuidad Muy rugosa• Relleno blando• Discontinuidad. Muy alterada• Flujo de agua 50 l/min

Sugerencia: para ejercicios adicionales .. estudiar y ver ejemplos en el capitulo 12 (Hudson & Harrison 1997) (en las secciones 12.1 y 12.4)Y Hunt (2007), capitulo 1 (secciones 1.2.6 y 1.2.7)


Clasificación GSI (Hoek, 1994; Hoek et al. 1995;Hoek et al. 2002)

El GSI es un sistema para la estimación de las propiedades geomecánicas del macizo rocoso a partir de observaciones geológicas de campo.

Las observaciones de campo miran a la apariencia del macizo a nivel de estructura y a nivel de condición de la superficies de discontinuidad.A nivel de estructura se tiene en cuenta el nivel de alteración que sufren las rocas, la discontinuidades, la alteración y así la resistencia a la compresión uniaxial (UCS) . Para las condiciones de la superficie, se tiene en cuenta si esta ésta alterada. Si considera también si he sufrido disturbo mecánico (excavación mecánica , acción de explosivos etc.)


Pagina web con software para la clasificación GSI:ORMAS 1.0 - http://www.roozbehgm.com/codes/ormas/ormas.html

ORMAS 1.0 - http:/www.roozbehgm.com/codes/ormas/ormas.html

Parametro GSI


Ferrer et al. 1999

Ferrer et al. 1999

Parametro GSI por formaciones geologicas en facies de flysh( Facies turbiditica con estratos alternos ad es. de arenisca y lutite..)


Pagina web con software para la clasificación GSI:ORMAS 1.0 - http://www.roozbehgm.com/codes/ormas/ormas.html

ORMAS 1.0 - http:/www.roozbehgm.com/codes/ormas/ormas.html

da Russo. (2009)

GSI da volume

promedio Vb

de los bloques

Y index Jc


da Russo. (2009)

GSI da volume

promedio Vb

de los bloques

Y index Jc


*JL

Jc JRJA

da Cai & Kaiser (2006)









Modulo de deformación a nivel de macizo rocoso según las varias clasificaciones

Granodoriorite

muy alterada

Motozintla – CHIAPAS

Mexico, 2003

GSI 30

1 m


Contacto tectonico graniti /micascisti

Breccia di falla

GSI = 15

1 m


Tonalite roca ignea

muy resistente

Pero muy fracturada

GSI= 45



GSI= 45

Matriz fina cementada

bloques

GSI=??

Block and ash flow depositVolcan Tacanà Chiapas :Depositos volcanoclastico


C) Identificación de suelos en campo


Método determinación rápida del contenido de arena, arcilla y limo del suelo Material necesario:Un puñado de tierra seca.Un poco de agua.Forma de hacerlo:a) Toma la cantidad de tierra que cabe en el puño y desmenúzala con un cuchillo o espátula

b) Añade muy poco a poco agua, amasándola simultáneamente con la espátula o cuchillo, hasta llegar al punto de adherencia o pegasidad, (no debe tener exceso de agua)

c) Con las manos intenta hacer un churro de 3 milímetros de diámetro.Si esto no es posible la muestra contiene mas de del 80% de arena, no es plástica ni se pega cuando está húmeda.

d) Si se han conseguido hacer el cilindro de 3 mm, intenta reducir su diámetro a un 1 mm de diámetro.Si es imposible crear el de 1 mm la muestra tiene entre un 65 y un 80% de arena.

e) Si se puede crear el cilindro de 1 mm, intenta formar un circulo con el cilindro de 3 mmm y 10 centímetros de longitud.Si el aparecen grietas en la superficie del circulo, la muestra tiene entre un 40 y un 65% de arena.

f) Si se puede crear un anillo de 3 mm es posible, intenta formar un anillo con el de 1 mm. Si el anillo se agrieta, la muestra tiene un mas limo que arcilla en caso contrario mas arcilla que limo

g) Si dejamos secar el anillo, en los de arcilla el circulo es mas duro y consistente, y al romperlo no se tiende a disgregarse, cosa que si ocurre con los que tienen predominancia de limo Si predomina el limo, es untuosa. Al humedecerla no es plástica y cuando se seca no se endurece tanto como la arcilla. La arcilla en seco forma agregados muy duros que no se rompen entre el pulgar y el índice. Cuando está húmeda es muy plástica, adherente entre los dedos.


Método para evaluar la textura de un suelo de una manera aproximada: Material didáctico audiovisual:

[1] http://www.youtube.com/watch?v=GWZwbVJCNec&NR=1

[2] https://www.youtube.com/watch?v=fufeaLBLGlk


http://www.youtube.com/watch?v=GWZwbVJCNec&NR=1

https://www.youtube.com/watch?v=fufeaLBLGlk

SUCS clasificación sistema de identificación de campo de fracción dominante gruesa


SUCS clasificación sistema de identificación de campo de fracción dominante fina


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