PPROPIEDADES INDICES EN SUELOS Y ROCAS

PROPIEDADES DE LOS SUELOSPROPIEDADES DE LOS SUELOS• Distribución del tamaño del grano.• Plasticidad• La compresibilidad

• Resistencia por corte.|• No todos los parámetros pueden ser determinados en

laboratorio.• Para estimar la exactitud de los parámetros hay que conocer

los principios de mecánica de suelos.• Hay que tener un conocimiento pleno de la Geología de la

zona.• La ingeniería de cimentaciones es una combinación de

mecánica de suelos, Geología y un buen juicio derivado de experiencias del pasado, ¡ES UN ARTE!

PROPIEDAD FÍSICA DE LOS SUELOS

Estructura de los suelos gruesosSe conoce como estructura de un suelo a la ubicación, arreglo y orientación , de sus partículas . Según estos los suelos pueden ser gruesos o finos, cuyos tamaños fluctúan de la siguiente manera:

7.6cm> Suelos Gruesos>0.074mm (malla Nº 200)> Suelos Finos

Existe una serie de factores que influyen en el comportamiento de un suelo grueso entre los que destacan los siguientes:

a) Condiciones de drenaje (saturación del nivel freático, etc). En general el efecto del agua sobre los suelos gruesos es desfavorable, ya que disminuyen su resistencia al corte y aumenta su compresibilidad.

b) Compacidad del suelo. Quizás este sea el factor más importante, ya que un suelo compacto es mucho más útil que uno en estado suelto.

c) Estratigrafía capas horizontales que lo forman.

d) Granulometría. Se distinguen el tamaño de las partículas y la distribución granulométrica.

e) Resistencia individual o dureza de los granos

f) Forma de los granos. Se conoce la forma equidimencional y la alargada, la redondez, la angulosa y la subangulosa.

e) Rugosidad de las partículas. Se consideran dentro de estas los movimientos entre los granos.

FASES DE SUELOSFASES DE SUELOS

LIQUIDALIQUIDASOLIDASOLIDA GASEOSAGASEOSA

Las partículas minerales del

suelo

Formada por el agua que tiene el

suelo

Comprende sobre todo el aire

Gravas alteradas con poros

Otros líquidos

Vapores sulfurados, anhídrido

carbónico, etc.

PROPIEDADES INDICES DE SUELOS Y ROCAS

• Se refiere a la relación que existe entre el contenido de Aire, agua y.

PRINCIPALES PROPIEDES INDICES • Vm : Volumen total de la muestra (Volumen de la masa).• Vs : Volumen de la fase sólida de la muestra (Volumen de sólidos).• Vv : Volumen de vacíos de la muestra (Volumen de vacios).• Vw : Volumen de la fase líquida contenida de la muestra (Volumen de

agua).• Va : Volumen de la fase gaseosa de la muestra (Volumen de aire).• Wm : Peso total de la muestra (Vt = Vs + Vv)• Ws : Peso de la fase sólida de la muestra (Peso de los sólidos).• Ww : Peso de la fase líquida de la muestra (Peso del agua).• Wa : Peso de la fase gaseosa de la muestra (Peso del aire).

 Saturado Tres fases Seco

Datos: Peso natural

Peso seco

Peso saturado

Conociendo los datos anteriores, se pueden conocer todas las propiedades físicas e indices de las rocas como: contenido de agua, grado de saturación, porosidad, relación de vacíos densidad de gramos, densidad másica, densidad saturada, etc.

Característica FísicasCaracterística Físicas

Propiedades ÍndicesSe determinan en laboratorio; las más importantes son:

• Peso específico• Porosidad• Relación de vacios• Permeabilidad• Alterabilidad• Resistencia.• Velocidad de propagación

de las ondas

GRAVEDAD ESPECÍFICA (γ)• La gravedad específica

de un material se define como la relación entre el peso de un material y el peso de un volumen igual de agua. Así, γ es una cantidad que expresa cuantas veces un material es más pesado que la misma cantidad de agua.

wVs

Ws

.

γw = Peso específico del agua

PESO ESPECÍFICO VERDADERO O ABSOLUTOSe refiere al peso de los sólidos entre el

volumen de los sólidos sin considerar vacíos.

γv : gr/cm3

• La muestra de roca se somete a desecación durante 24 horas en una estufa de horno de 105°C. a 110°C, se deja enfriar y se pesa (Wo)

• Se sumerge por completo en agua, durante unos 48 horas y se pesa en estado de saturación (Ww)

• Todavía empapada, se pesa, mientras se mantiene en suspensión dentro del agua (WSs), donde:

Vs

Wsv

PESO ESPECÍFICO APARENTE O RELATIVO

• Es el peso total con respecto al volumen total por encima del nivel freático, se emplea el término aparente ya que considera el volumen que incluye a sus poros, huecos e intersticios.

• Las rocas que contienen minerales con valores elevados de peso específico, generalmente son las rocas ígneas y metamórficas

Vt

Wta

RELACION DE VACIOS (e )

• Es la relación entre volumen de vacíos y volumen de sólidos en una muestra. Su medida es a dimensional.

• Varía de 0.25 - 15

• e = Relación de vacíos entre el volumen de sólidos

• Vv = Volumen de Vacios• Vs = Volumen de sólidos• Vt = Volumen total

s

v

vve

e suelo

0.25

0.85

1.0

1.2

6.0

15.0

Arenas muy compactas

Arena limosa

Arena fina uniforme

Limo uniforme

Arcillas muy compresibles

Arcilla altamente compresible

Porosidad• Es la relación entre el

volumen ocupado por los huecos o poros en las rocas , Vv, y el Volumen total V ( partículas sólidas + huecos):

• El valor de n puede variar

entre 0% y el 90%, los valores normales están entre 15% y 30%.

100*v

vn(%)

m

v

Peso específico o peso unitario

• Se define como el peso por unidad de volumen.

• Para la densidad es igual a masa/volumen.

PermeabilidadEs la capacidad de transmisión de agua de una roca. La mayoría de las rocas presentan permeabilidades bajas o muy bajas.La permeabilidad se mide por el coeficiente de permeabilidad:

k = K(w/u); m/s, cm/s

PESO ESPECÌFICO SECO γd• Es el peso seco de las

partículas minerales, dividido por el volumen total del elemento.

PESO ESPECÌFICO SATURADO γsat.

WeVt

Wd a

wd

11

Donde : Wd = Peso seco de la muestra. γ = Gravedad específica promedio o Gravedad específica absoluta.

wwsat

nn 1

-Contenido de agua.- Resulta de relacionar el peso del agua entre el peso de la fase sólida de una muestra de suelo. Esta es una de las propiedades de más fácil determinación . El contenido de aguas o humedad de un suelo o muestra suele expresarse como un porcentaje.

El contenido de agua varia teóricamente de 0 a .

w Suelo

19%

40%

200%

300 – 600%

1000%

Arena densa

Arcilla glacial saturada

Arcilla bentonítica

Arcillas compresibles

Arcillas altamente compresibles

GRADO DE SATURACION (G %)

• Es la relación entre el volumen de agua de una muestra y su volumen de vacíos. El grado de saturación nos permite observar si una roca o suelo es seco, parcialmente saturado o saturado de acuerdo a las siguientes consideraciones:

• Si los vacíos están completamente lleno entonces está saturado y llega el valor a 100.

• El grado de saturación varía en función de vacíos que están llenados por el agua.

• El rango de saturación en la práctica es de ( 20 – 40%).

• Cuando se requiere realizar diseños, se debe se tenerse mucho cuidado con la humedad y el grado de saturación.

• Para drenar una roca saturada debe de ser inmediata en un proyecto de diseño.

• El grado de saturación tiene su límite si no hay presencia de agua es cero y sí está saturado es 100%.

100*vv

(%)Gv

ww

Grado de saturación

Tipo de suelo

0%

1 – 99%

100%

Suelo seco

Suelo parcialmente saturado

Suelo totalmente saturado

PERMEABILIDAD

• La permeabilidad se define como la propiedad de un material poroso, que permite el paso o filtración de fluidos como el agua a través de los vacios presentes en el material.

• La permeabilidad de una roca se mide por el coeficiente de permeabilidad (k) o conductividad hidráulica, que se expresa en m/s, cm/s ó m/día:

• Donde: K es la permeabilidad intrínseca (depende únicamente de las características del medio físico), γw es el peso específico del agua y µ es la viscosidad del agua.

/w

Kk

• En caso de materiales tipo suelo, el agua fluye a velocidades por debajo del nivel crítico.

• La descarga o caudal del agua a través de una sección transversal (A), durante un tiempo (t); está dada por la ley de Darcy.

AikAVQ ...

Durabilidad (Slake durability Test (SDT)

Es la resistencia que la roca presenta ante los procesos de alteración y desintegración. Se evalúa mediante el ensayo de sequedad- humedad –desmoronamiento de 10 minutos de duración en el laboratorio.