PROPIEDADES DE LOS MATERIALES DE SUELO JAIME JAIME SUAREZ SUAREZ DIAZ DIAZ UNIVERSIDAD UNIVERSIDAD INDUSTRIAL INDUSTRIAL DE DE SANTANDER SANTANDER Bucaramanga Bucaramanga -- Colombia Colombia Un suelo es una mezcla heterogénea de minerales Generalmente no se encuentran cementadas las partículas, o pueden estar parcialmente cementadas. Las partículas pueden ser granos o cristales. Pueden ser orgánicos o inorgánicos. JAIME SUAREZ DIAZ La tierra o el suelo como material de construcción LAS SIGUIENTES PROPIEDADES SON DE GRAN IMPORTANCIA: • • • • • Resistencia al cortante Compresibilidad Permeabilidad Densidad Interacción con el agua (Plasticidad, expansión etc.) JAIME SUAREZ DIAZ CLASIFICACION GEOLOGICA (ROCAS DURAS Y ROCAS BLANDAS) Algunas rocas son blandas y aunque no se clasifican como suelo, su uso es muy ón. muy similar similar como como material material de de construcci construcción. En algunos casos casos las las lutitas, lutitas, arcillolitas arcillolitas yy limolitas limolitas puede puede ser ser excavadas utilizando equipos normales de construcci ón yy ser construcción ser utilizados como materiales de construcci ón de construcción de terraplenes. terraplenes. JAIME SUAREZ DIAZ MINERALOGIA DE LOS SUELOS Es importante determinar la mineralog ía de mineralogía de los los suelos suelos especialmente especialmente en en las las arcillas. arcillas. Las arcillas ás estables arcillas tipo tipo caolinita caolinita son son mucho mucho m más estables que que las las arcillas arcillas tipo tipo montmorillonita montmorillonita.. Las arcillas tipo aloysita sufren cambios en su su comportamiento al secarse. La presencia de mica en los suelos causa problemas de compresibilidad. Las arenas que contienen mica pueden ser muy inestables. KAOLINITA JAIME SUAREZ DIAZ PROPIEDADES BASICAS DE INGENIERIA Permeabilidad Resistencia al cortante Compresibilidad Trabajabilidad JAIME SUAREZ DIAZ PERMEABILIDAD JAIME SUAREZ DIAZ JAIME SUAREZ DIAZ MATERIALES PERMEABLES JAIME SUAREZ DIAZ MATERIALES IMPERMEABLES JAIME SUAREZ DIAZ RESISTENCIA AL CORTANTE JAIME SUAREZ DIAZ MATERIALES MUY RESISTENTES JAIME SUAREZ DIAZ MATERIALES POCO RESISTENTES JAIME SUAREZ DIAZ COMPRESIBILIDAD Ensayo de consolidaci ón consolidación JAIME SUAREZ DIAZ MATERIALES COMPRESIBLES JAIME SUAREZ DIAZ EFECTO COMBINADO DE RESISTENCIA Y COMPRESIBILIDAD: Ensayo de CBR JAIME SUAREZ DIAZ EXPANSIVIDAD JAIME SUAREZ DIAZ MATERIALES EXPANSIVOS JAIME SUAREZ DIAZ MATERIALES LICUABLES JAIME SUAREZ DIAZ ARCILLAS RAPIDAS JAIME SUAREZ DIAZ MATERIALES FRAGILES JAIME SUAREZ DIAZ MATERIALES COLAPSIBLES Colapsan al humedecerse (Limos especialmente) JAIME SUAREZ DIAZ MATERIALES EROSIONABLES JAIME SUAREZ DIAZ EROSIONABILIDAD DE LOS SUELOS La erosionabilidad depende del tamaño de las partículas y de la cohesión. Las arenas finas y los limos son muy erosionables. Algunas arcillas son “dispersivas“ y esto las hace muy susceptibles a la erosión. JAIME SUAREZ DIAZ EROSION INTERNA DE LOS SUELOS Los suelos gruesos generalmente no son afectados por erosión interna. Las arenas finas pueden ser fácilmente removidas, transportadas y reacomodadas por las velocidades de las aguas subterráneas. El control de aguas subterráneas es muy importante en arenas finas. JAIME SUAREZ DIAZ CAMBIO DE LAS PROPIEDADES DE LOS SUELOS CON EL TIEMPO Algunos suelos cambian de propiedades con el tiempo especialmente si tienen cantidades apreciables de: • Materia orgánica • Sólidos solubles • Minerales de origen volcánico Los suelos residuales compactados pueden sufrir alteraciones químicas durante la vida de las estructuras especialmente en presencia del agua. Algunas lutitas y calizas sufren cambios importantes con el tiempo. JAIME SUAREZ DIAZ TRABAJABILIDAD DE LOS SUELOS La trabajabilidad de los suelos es la medida de la facilidad y economía con que se pueden manejar para la ejecución de rellenos. No existe un ensayo para medir la trabajabilidad de los suelos. JAIME SUAREZ DIAZ COSTO VS VOLUMEN DE EXCAVACION Y/O COMPACTACION El cambio de costo unitario con el volumen es variable entre 0 y 100.000 m3. Var ía muy Varía muy poco poco entre entre 100.000 100.000 m3 m3 yy un un 1.000.000 1.000.000 m3. No var ía despu és de varía después de 1.000.000 1.000.000 m3. m3. Los costos de transporte generalmente se mantienen constantes és de constantes despu después de los los 100.000 100.000 m3. m3. JAIME SUAREZ DIAZ SUELOS PROBLEMATICOS LOS LIMOS Los limos son semi-impermeables a impermeables y generalmente difíciles de compactar. Los limos son inheremente inestables en presencia del agua y pueden tener un comportamiento de suelos rápidos. JAIME SUAREZ DIAZ LIMOS Y ARENAS SUELTAS JAIME SUAREZ DIAZ El problema est á generalmente está generalmente relacionado relacionado con con su su baja baja densidad y resistencia. Cuando est án saturadas en zonas ssísmicas ísmicas pueden están pueden ser ser susceptibles a licuaci ón. licuación. Pueden asentarse al colocar la carga del terrapl én, pero terraplén, pero pueden resistir cargas livianas como canales o terraplenes de poca altura. El problema es particularmente grave para rellenos altos (De mas de 6 metros) SUELOS ORGANICOS Usualmente ánicos deben Usualmente los los suelos suelos org orgánicos deben removerse removerse Tambi én deben removerse los niveles de suelo con ra íces También raíces En zonas de valles aluviales generalmente se requiere remover entre 60 y 90 cent ímetros de ánico centímetros de suelo suelo org orgánico En zonas de bosques esta capa puede aumentar a 1 o varios metros. JAIME SUAREZ DIAZ En terrenos ícolas debe terrenos agr agrícolas debe removerse removerse la la capa capa que que fue fue arada ( 15 a 25 cent ímetros) centímetros) DEPOSITOS DE PANTANO Si son de poco espesor deben removerse, pero si son muy profundos, su profundidad y espesor deben determinarse para poder dise ñar el sistema de cimentaci ón. diseñar cimentación. JAIME SUAREZ DIAZ Estos dep ósitos contienen cantidades apreciables de depósitos materiales ánicos, arcillas, materiales org orgánicos, arcillas, limos limos o o lentes lentes de de arena arena depositados por el agua. TALUS El talus ósito de é talus es es un un dep depósito de suelo suelo y residuos de roca en el pi pié de una ladera. El tratamiento m ás com ún es más común es remover remover el el talus talus Las excavaciones en talus generalmente son inestables JAIME SUAREZ DIAZ Generalmente son de baja densidad ARCILLAS MUY PLASTICAS Las arcillas que presentan problemas tienen alguna de las siguientes caracteristicas: 9 Indice Pl ástico mayor Plástico mayor de de 25 25 % % 9 Contenido de coloides mayor del 20 % 9 Alta sensitividad 9 Caracteristicas de expansi ón y contracci ón expansión contracción JAIME SUAREZ DIAZ SUELOS BLANDOS Y SATURADOS Casi todos los suelos reducen su calidad al saturarse. Un suelo aparentemente firme puede volverse inestable al saturarse. Estos problemas generalmente se tratan mediante subdrenaje JAIME SUAREZ DIAZ SISTEMA UNIFICADO DE CLASIFICACION DE SUELOS ((Arthur Arthur Casagrande – 1952) Durante la segunda ó ““Airfield Airfield segunda guerra guerra mundial mundial se se llam llamó Classification ”. Classification system system”. Fue modificada en 1984 por la ASTM. El SUCS se basa en: • El tama ño y distribuci ón de ículas. tamaño distribución de las las part partículas. • La Plasticidad (L ímites de Atterberg ) (Límites Atterberg) Los grupos principales de suelos son : •G •S •M •C GRAVAS ARENAS LIMOS ARCILLAS JAIME SUAREZ DIAZ JAIME SUAREZ DIAZ CLASIFICACION DE ACUERDO AL TAMA ÑO: TAMAÑO: BOLOS (O FRAGMENTOS DE ROCA): GUIJARROS: 33” ” A 12 ” 12” GRAVA: ARENAS: MAS DE 12 ” 12” 33” ” A TAMIZ 4 (4.75 MM) TAMIZ 4 A TAMIZ 200 (0.074 MM) LIMOS Y ARCILLAS: MENOS DEL TAMIZ 200 JAIME SUAREZ DIAZ TAMA ÑO DE LOS GRANOS TAMAÑO Tamaño Aplicación 300 mm 12” 125 mm 5” Sobre tamaños para relleno compactado. 75 mm 3” División entre guijarros y gravas. 4.75 mm Tamiz 4 425 µ m 75 µ m División entre bolos y guijarros. División entre gravas y arenas. Tamiz 40 Pasantes para Límites de Atterberg. Tamiz 200 División entre arenas y finos. JAIME SUAREZ DIAZ PROPIEDADES INDICE DE LOS SUELOS (MECANICA DE SUELOS BASICA) Es importante determinar las propiedades b ásicas de los básicas suelos entre las cuales se encuentran las siguientes: • Masa • Densidad • Peso • Peso unitario ((γ) γ) • Grado de saturaci ón (S) saturación (S) • Contenido de agua (w) • Porosidad (n) • Relaci ón de íos (e) Relación de vac vacíos (e) • Gravedad espec ífica ((Gs) Gs) específica ón (curva granulom étrica) • Gradaci Gradación granulométrica) • LLímites ímites de Atterberg Atterberg JAIME SUAREZ DIAZ TAMA ÑO DE GRANOS (granulometr ía) TAMAÑO (granulometría) JAIME SUAREZ DIAZ JAIME SUAREZ DIAZ CURVA GRANULOMETRICA JAIME SUAREZ DIAZ SUELOS BIEN Y MAL GRADADOS Cantos GRAVAl Guijar Gruesa ARENA Fina Gruesa Media FINOS Fina Limos arcilla TAMICES US Standard 3” 2” 1” 3/4” 3/8” 4 6 10 20 40 60 100 200 100 90 % Pasantes Pasantes % 80 70 60 50 40 Mal gradado 30 20 Bién gradado 10 1000 100 10 1 0.1 0.01 0.001 0 Diámetro Diámetro (mm) (mm) JAIME SUAREZ DIAZ LIMITES DE ATTERBERG (plasticidad) LIMITE PLASTICO LIMITE LIQUIDO IP = LL - LP JAIME SUAREZ DIAZ JAIME SUAREZ DIAZ INDICE DE LIQUIDEZ LI = w n − Límite Plástico IndicePlástico Es un indicador del comportamiento de los suelos finos al fallar. Si LI es menos de 0 (negativo) el suelo tiene un comportamiento fr ágil. frágil. Si LI es mayor de 1 el suelo tiene un comportamiento viscoso. JAIME SUAREZ DIAZ CLASIFICACION UNIFICADA DE LOS SUELOS GW GP GM GC SW SP SM ML CL OL MH CH OH Pt SC JAIME SUAREZ DIAZ MATERIALES GRANULARES Referencias: Trenter Eartworks : a Guide ” Thomas Trenter N. N. A. A. (2001) (2001) ““Eartworks Guide” Thomas Telford Telford – Londres .265p. Debe evitarse el ttérmino érmino :: Suelos Suelos FRICCIONANTES FRICCIONANTES JAIME SUAREZ DIAZ SUELOS GRANULARES Los suelos áciles de suelos granulares granulares son son mas mas ffáciles de colocar colocar yy compactar compactar que los suelos arcillosos. Como suelos granulares se incluyen los recebos o suelos residuales granulares (Un recebo puede excavarse con equipos mec ánicos : excavadora o raspado -ripper mecánicos raspado-ripper Se clasifican como granulares los suelos con menos del 35 % de finos. Aunque algunas entidades solo consideran como granulares los suelos con menos de 15 % de finos. JAIME SUAREZ DIAZ SUELOS SUELOS GRANULARES GRANULARES PROPIEDADES: • RESISTENCIA : Angulo de fricción alto • PERMEABILIDAD : Los suelos granulares drenan fácilmente JAIME SUAREZ DIAZ LA DESCRIPCION DE UN SUELO GRANULAR DEBE INCLUIR Mineralog ía Mineralogía Tama ños de part ículas Tamaños partículas Distribuci ón de ños Distribución de tama tamaños Forma de las part ículas partículas Coeficiente de uniformidad Cuu = D60 /D10 60 10 JAIME SUAREZ DIAZ DISTRIBUCION DE TAMA ÑOS DE TAMAÑOS PARTICULAS Los suelos bien gradados poseen las mejores propiedades de ingenier ía ingeniería (Al haber mayor variedad de tama ños hay m ás puntos tamaños más puntos de de contacto entre part ículas, menores íos, yy mayor partículas, menores vac vacíos, mayor densidad) Los suelos mal gradados (Uniformes) poseen menos contactos ículas yy menor contactos entre entre part partículas menor densidad. densidad. JAIME SUAREZ DIAZ BIEN GRADADO UNIFORME JAIME SUAREZ DIAZ Materiales granulares de rocas El Ripper produce ón de ículas produce buena buena distribuci distribución de part partículas Los explosivos producen materiales m ás uniformes más uniformes El triturado produce part ículas muy partículas muy uniformes uniformes JAIME SUAREZ DIAZ Efecto de las part ículas partículas de gran tama ño tamaño Si las ículas grandes ículas de ) son las part partículas grandes (Part (Partículas de mas mas de de 20 20 mm mm) son menos del 45 o 50 % del total, el comportamiento est á está controlado principalmente por la matriz.( Winter y Suhardi matriz.(Winter Suhardi1993). En ocasiones puede ser importante agregar suelos mas finos para rellenar íos de rellenar los los vac vacíos de materiales materiales uniformes uniformes gruesos. gruesos. Marsal y Fuentes de la Rosa(1976) recomiendan recomiendan agregar agregar 20 20 a 50 % de suelo mas fino a material triturado de basalto para mejorar sus propiedades. OJO : No confundir suelos m ás finos más finos con con suelos suelos arcillosos arcillosos JAIME SUAREZ DIAZ TAMA ÑO MAXIMO DE PARTICULA TAMAÑO El tama ño maximo tamaño maximo no no debe debe ser superior superior aa 2/3 2/3 del del espesor espesor de la capa compactada con el objeto de disminuir el esfuerzo de compactaci ón requerido compactación requerido para para acomodar acomodar las las part ículas grandes. partículas grandes. JAIME SUAREZ DIAZ RESISTENCIA AL CORTANTE Para lograr una mayor resistencia es muy importante la mezcla de part ículas mas gruesas y mas finas partículas finas (granulares) (granulares) Para que haya efecto se requiere que haya un porcentaje alto de part ículas gruesas partículas gruesas (mas (mas del 30%) y para que haya un buen efecto mas mas del del 40 40 %. %. En todos los casos es conveniente tener mas del 20 % de part ículas de ño. partículas de menor menor tama tamaño. JAIME SUAREZ DIAZ JAIME SUAREZ DIAZ DENSIDAD RELATIVA Dr = γ d - γ d (m ínimo) (mínimo) γ d (m áximo) - γ d (m ínimo) (máximo) (mínimo) γ d (m áximo) (máximo) γd El áángulo ngulo de ón aumenta de fricci fricción aumenta con con la la densidad relativa JAIME SUAREZ DIAZ A MAYOR DENSIDAD RELATIVA MAYOR ANGULO DE FRICCION JAIME SUAREZ DIAZ DIFICULTADES PARA LA COMPACTACION DE LIMOS Cuando se compactan limos se deben utilizar equipos livianos debido a la baja resistencia de los limos, los cuales pueden no ser capaces de resistir el esfuerzo de la compactación. Se puede mejorar el proceso de compactación eliminando la vibración del equipo en las primeras pasadas. JAIME SUAREZ DIAZ PROBLEMAS PRINCIPALES DE LOS RELLENOS CON SUELOS GRANULARES Asentamientos durante la construcci ón construcción ∆ = 0.5 γ H22 /D (m) Asentamiento total Donde D = M ódulo de asentamiento (1/MVV) Módulo D depende del tipo de material y de la altura del relleno. JAIME SUAREZ DIAZ Valores del m ódulo D módulo Tipo de relleno H =10m H=30m H0100m Grava arenosa Dr = 80% 50 90 170 Grava arenosa Dr = 50% 30 50 90 Enrocado de arenisca Dr = 80% 15 25 45 Enrocado de arenisca Dr = 50 % 6 10 20 Arcilla IP 15% 6 10 18 JAIME SUAREZ DIAZ ASENTAMIENTOS POR CREEP Creep : La experiencia muestra que existe una relaci ón entre el asentamiento por creep y el logaritmo relación del tiempo desde la construcci ón del relleno. construcción Un relleno muy bien compactado sufre un asentamiento de aproximadamente 0.2% y un relleno mal compactado 0.8%, para rellenos de bloques de roca. El asentamiento depende del proceso de colocaci ón y colocación del tipo de relleno JAIME SUAREZ DIAZ Asentamientos por colapso El colapso es común en suelos de rocas débiles y en los rellenos de suelos arcillosos, debidos al aumento de humedad en el relleno. En rellenos no compactados el colapso puede llegar al 15% de la altura. JAIME SUAREZ DIAZ JAIME SUAREZ DIAZ EROSION EN LOS RELLENOS GRANULARES Los suelos granulares uniformes poseen un potencial muy alto a la erosi ón, debido erosión, debido principalmente principalmente al al escaso escaso contacto contacto entre part ículas. partículas. SOLUCI ÓN: Suelo -cemento (Si el suelo tiene las siguientes SOLUCIÓN: Suelo-cemento caracter ísticas) características) Tama ño m áximo : 76 Tamaño máximo 76 mm mm Pasantes de 5mm : > 50% Pasantes Pasantes 0.425 0.425 mm mm > > 15% 15% Pasantes Pasantes 0.075 0.075 mm mm < < 50% 50% LL < 40 % IP < 18% Contenido de materia org ánica < orgánica < 2% 2% JAIME SUAREZ DIAZ TAMA ÑO DE LAS PARTICULAS TAMAÑO BOLOS (O (O FRAGMENTOS FRAGMENTOS DE DE ROCA): ROCA): MAS ” MAS DE DE 12 12” GUIJARROS: GUIJARROS: 3 ” A 3” A 12 ” 12” GRAVA: 3 ” A 3” A TAMIZ TAMIZ 4 4 (4.75 (4.75 MM) MM) ARENAS: ARENAS: TAMIZ ) A TAMIZ 200 (0.074 MM) TAMIZ 4 4 (4.75 (4.75 mm mm) LIMOS LIMOS TAMIZ TAMIZ 200 200 (0.074mm) (0.074mm) A A 0.002 0.002 mm mm ARCILLAS : Menos Menos de de 0.002 0.002 mm mm JAIME SUAREZ DIAZ LOS BLOQUES, GUIJARROS O CANTOS DE ROCA UTILIZADOS EN : ¾PEDRAPLENES ¾ENROCADOS DE PRESAS ¾RIP RAP ¾GAVIONES ¾Etc. JAIME SUAREZ DIAZ BOLOS Y GUIJARROS Los guijarros ículas de ás de guijarros son son las las part partículas de m más de 75 75 mm mm pero pero de de menos menos de 12 ). 12 pulgadas pulgadas (300 (300 mm mm). Los bolos ículas de ás de ). bolos son son las las part partículas de m más de 12 12 pulgadas pulgadas (300 (300 mm mm). Los bolos y guijarros pueden mejorar las caracter ísticas de características de resistencia de un suelo siempre y cuando se encuentren en un porcentaje muy alto. Sin embargo, en la mayor ía de mayoría de los los suelos suelos la la presencia de bolos y guijarros no representa un aumento en la resistencia. Las part ículas de ás de partículas de m más de 125 125 mm mm generalmente generalmente se se requiere requiere removerlas para poder compactar las capas de suelo eficientement e. eficientemente. Los bolos y guijarros son muy ú tiles para la construcci ón de útiles construcción de pedraplenes pedraplenes,, enrocados y gaviones. JAIME SUAREZ DIAZ (GRAVA Y ARENA) Las gravas y las arenas tienen esencialmente la misma propiedad de ingenier ía pero difieren en el grado o calidad de la ingeniería propiedad. La ón entre gravas y arenas es totalmente La divisi división totalmente arbitraria arbitraria (tamiz de 4.75 mm ) y esta divisi ón no corresponde mm) división corresponde aa un un cambio cambio abrupto de propiedades. A medida que el suelo es m ás fino la permeabilidad más disminuye y al mismo tiempo su resistencia y la estabilidad en presencia del agua. JAIME SUAREZ DIAZ JAIME SUAREZ DIAZ G GRAVAS Las gravas son materiales generalmente muy resistentes y permeables. JAIME SUAREZ DIAZ LAS LAS GRAVAS GRAVAS LAS GRAVAS PUEDEN SER: 9NATURALES (ALUVIALES) 9PROCESADAS (TRITURADO) SE LES UTILIZA PARA 9 BASES Y SUB -BASES EN CARRETERAS Y FERROCARRILES 9BASES SUB-BASES 9 FILTROS EN PRESAS 9FILTROS 9 CONTROL DE EROSION EN TALUDES Y CORRIENTES DE 9CONTROL AGUA 9 Etc. 9Etc. JAIME SUAREZ DIAZ LAS GRAVAS SE UTILIZAN TRANSMITIR GRANDES CARGAS CUANDO SE REQUIERE BERLIN - ALEMANIA JAIME SUAREZ DIAZ LA RESISTENCIA A LA COMPRESION DE LAS GRAVAS ES ALTA JAIME SUAREZ DIAZ LAS ARENAS LAS ARENAS SE LES UTILIZA PARA ¾FILTROS EN PRESAS Y OBRAS DE CONTROL DE EROSION ¾ELABORACION DE RELLENOS FLUIDOS ¾SUELOS ESTABILIZADOS ¾ETC. LAS ARENAS A MEDIDA QUE SON MAS FINAS, SON MENOS RESISTENTES Y PUEDEN SER COMPRESIBLES Y LICUABLES. LAS ARENAS PUEDEN SER COLOCADAS HIDRAULICAMENTE JAIME SUAREZ DIAZ S Arenas Las arenas son materiales resistentes si son gruesas pero su resistencia disminuye en forma importante al disminuir el tama ño de las part ículas. tamaño partículas. A medida que la arena es m ás fina y m ás uniforme más más uniforme sus sus propiedades se acercan a la de un limo con baja permeabilidad y poca estabilidad en presencia del agua. La diferencia b ásica entre arenas y limos básica limos es es que que las las arenas arenas limpias no tienen cohesi ón, mientras los limos cohesión, limos muestran muestran una peque ña cohesi ón. pequeña cohesión. JAIME SUAREZ DIAZ Segregaci ón de los materiales granulares Segregación JAIME SUAREZ DIAZ MATERIALES ARCILLOSOS (Suelos finos) Referencias: Trenter Eartworks : a Guide ” Thomas Trenter N. N. A. A. (2001) (2001) ““Eartworks Guide” Thomas Telford Telford – Londres .265p. Debe evitarse el ttérmino érmino :: Suelos Suelos Cohesivos Cohesivos JAIME SUAREZ DIAZ SUELOS FINOS (LIMOS Y ARCILLAS) Peque ñas cantidades de materiales finos pueden tener un Pequeñas gran efecto ía de efecto en en las las propiedades de ingenier ingeniería de los los suelos. suelos. El 10% de part ículas finas ño menor m) hacen partículas finas (tama (tamaño menor de de 75 75 µµm) que un suelo sea virtualmente impermeable especialmente si las ículas gruesas las part partículas gruesas son son bien bien gradadas. gradadas. El agregar una cantidad peque ña de pequeña de finos finos aa los los suelos suelos granulares permite que haya una ón de una relativa cementaci cementación de las las part ículas gruesas ía ayudar partículas gruesas yy esto esto podr podría ayudar aa aumentar aumentar su su resistencia, sin embargo embargo si si se se excede excede de cierto valor se logra eell efecto contrario. JAIME SUAREZ DIAZ M Limos Los limos son materiales muy finos, muy poco pl ásticos o plásticos o no pl ásticos. plásticos. Los limos son relativamente impermeables y dif íciles de difíciles de compactar. Los limos son inherentemente estables cuando se humedecen y tienen una tendencia a volverse ““rápidos”. rápidos”. JAIME SUAREZ DIAZ O Limos org ánicos orgánicos A ún peque ñas cantidades de materia org ánica en Aún pequeñas orgánica en forma forma coloidal en un suelo pueden resultar en un apreciable aumento ímite llíquido. íquido. aumento del del llímite Los limos y arcillas org ánicas son orgánicas son esponjosas en su estado pl ástico comparadas con los limos y arcillas inorg ánicas. plástico inorgánicas. Suelos que contienen cantidades moderadas de materia org ánica son significativamente ás compresibles orgánica significativamente m más compresibles yy menos menos estables que los suelos inorg ánicos. inorgánicos. JAIME SUAREZ DIAZ C Arcillas Las arcillas son duras y cohesivas cuando est án secas están secas pero pero tienen baja resistencia a la deformaci ón cuando est án h úmedas. deformación están húmedas. Las arcillas son virtualmente impermeables y dif íciles de difíciles de compactar cuando est án h úmedas. están húmedas. Entre ás alto ímite llíquido íquido de ás Entre m más alto es es el el llímite de una una arcilla arcilla es es m más compresible en su estado compactado (CH = arcillas de alta compresibilidad, CL = arcillas de baja compresibilidad). La plasticidad se refleja en el ííndice ndice pl ástico. Para plástico. Para un un mismo mismo ndice pl ástico la ás llímite ímite llíquido íquido entre entre mayor mayor sea sea el el ííndice plástico la arcilla arcilla es es m más cohesiva. JAIME SUAREZ DIAZ Factores a tener en cuenta en rellenos con arcilla Estado de presiones en su estado natural : Arcillas normalmente consolidadas Arcillas sobreconsolidadas sobreconsolidadas (Controla la resistencia y la humedad) Caracter ísticas de ón Características de expansi expansión Mineralog ía ((Kaolinita, Kaolinita, Illita ) Mineralogía Illita o o Mointmorillonita Mointmorillonita) Contenido total de arcilla en el suelo JAIME SUAREZ DIAZ Qu é es un suelo arcilloso o suelo fino? Qué Contiene mas de 35 % de pasantes del tamiz ASTM 200 (Se comporta como arcilloso) (La clasificaci ón unificada debe interpretarse con clasificación cuidado) JAIME SUAREZ DIAZ Propiedades de los suelos arcillosos (PLASTICIDAD) LLímite ímite llíquido íquido LLímite ímite pl ástico plástico LLímite ímite de contracci ón contracción Indice Pl ástico Plástico Contenido de agua (humedad) JAIME SUAREZ DIAZ Límites de Atterberg de algunos suelos arcillosos Mineral Ion Intercambiable LL (%) LP (%) IP (%) Montmorillonita Na 710 54 656 K 660 98 562 Ca 510 81 429 Na 120 53 67 K 120 60 60 Ca 100 45 55 Na 53 32 21 K 49 29 20 Ca 38 27 21 Illita Kaoilin1ta JAIME SUAREZ DIAZ La plasticidad var ía de acuerdo a varía ; Tipo de mineral de arcilla ;Tipo ; Ion intercambiable ;Ion ; Contenido de arcilla en el suelo ;Contenido ; Redondez y uniformidad de las part ículas ;Redondez partículas granulares JAIME SUAREZ DIAZ CARTA DE PLASTICIDAD IP LIMITE LIQUIDO JAIME SUAREZ DIAZ La estructura y la resistencia drenada de rellenos con suelos arcillosos En arcillas de alta plasticidad ( LL> 50%) La estructura del relleno controla la redistribuci ón de redistribución de la la presi ón de poros y esta controla la estabilidad. presión (La resistencia real es generalmente inferior a la calculada con base en ensayos triaxiales ) triaxiales) En arcillas arenosas: La estructura tiene muy poco efecto sobre la resistencia drenada. JAIME SUAREZ DIAZ La resistencia de un suelo arcilloso no depende del contenido de grava o de arena Al agregar arena o grava no se mejora la resistencia al cortante. El mezclarle suelo bueno a uno malo generalmente no se mejora la resistencia JAIME SUAREZ DIAZ Un suelo arcilloso de baja humedad y buen comportamiento puede convertirse en un lodo al saturarse por acci ón de la lluvia. acción JAIME SUAREZ DIAZ Debe tenerse en cuenta que es muy dif ícil difícil secar las arcillas JAIME SUAREZ DIAZ PROBLEMAS DE LOS RELLENOS CON SUELOS ARCILLOSOS Durante la construcci ón construcción 9 Inestabilidad ((Traficabilidad) Traficabilidad) 9Inestabilidad 9 Bajo nivel de compactaci ón (Dificultad de compactaci ón) 9Bajo compactación compactación) 9 Acolchonamiento 9Acolchonamiento 9 Formación de superficies de cortante 9Formación cortante JAIME SUAREZ DIAZ TRAFICABILIDAD Falla o deformaci ón permanente al paso del equipo de deformación compactaci ón, volquetas etc. (Falla por capacidad de soporte) compactación, ¾ Correctivos: ¾Correctivos: Utilizar ás livianos Utilizar equipos equipos m más livianos ¾ Bajar la presi ón de áticos de ¾Bajar presión de los los neum neumáticos de los los compactadores compactadores ¾ Bajar la humedad de los materiales ¾Bajar JAIME SUAREZ DIAZ DIFICULTAD PARA OBTENER LA DENSIDAD Cuando la ícil lograr la arcilla arcilla tiene tiene terrones terrones grandes grandes es dif difícil lograr las las densidades requeridas y en algunos casos pr ácticamente prácticamente imposible. Los terrones pueden tener una resistencia muy alta ( mas de 100 kN /m3 ) y no es posible lograr un proceso de kN/m3 amasado. Esto es muy com ún en arcillas común arcillas sobreconsolidadas sobreconsolidadas.. Soluci ón : Desmoronar el material utilizando rastrillos Solución similares a los equipos agr ícolas. (Se requiere un equipo agrícolas. adicional en la obra) JAIME SUAREZ DIAZ ACOLCHONAMIENTO Deformaci ón recuperable ón de Deformación recuperable debida debida aa la la generaci generación de presiones de poro al pasar el equipo de compactaci ón, compactación, volquetas etc. El material puede haber sido compactado hasta el nivel m áximo que lo permite la porosidad y las part ículas no máximo partículas no tienen forma de ás unas de acercarse acercarse m más unas aa otras otras porque porque la la presi ón de presión de poros poros que que se se forma forma no no lo lo permite. permite. Soluci ón :: Bajar Solución Bajar la la humedad. humedad. El cambio del peso , frecuencia, presi ón etc. presión etc. del del equipo equipo no no es es efectivo para evitar el acolchonamiento acolchonamiento.. JAIME SUAREZ DIAZ SUPERFICIES DE CORTE INDUCIDAS POR LA COMPACTACION En suelos arcillosos pl ásticos se pueden formar durante el plásticos proceso de compactaci ón superficies compactación superficies horizontales horizontales de de corte, corte, las cuales no permiten el drenaje vertical y act úan como actúan como superficies de debilidad dentro del relleno. Soluci ón : Solución Emplear capas de compactaci ón de mayor espesor compactación Utilizar equipos pata de cabra o similares JAIME SUAREZ DIAZ COMPORTAMIENTO DE LOS RELLENOS DE ARCILLA Los rellenos de arcilla se comportan en forma similar a los dep ósitos naturales de arcilla, dependiendo de los factores depósitos externos, clima, vegetaci ón etc. vegetación etc. Asentamientos Expansiones Factores importantes: Contenido de agua, energ ía de energía de compactaci ón, presi ón de confinamiento por cargas sobre la compactación, presión arcilla. JAIME SUAREZ DIAZ JAIME SUAREZ DIAZ Utilizaci ón de arcilla como Utilización impermeabilizante de rellenos sanitarios Las arcillas impermeabilizan y evitan el paso del lixiviado y/o del agua. Los minerales de arcilla absorben ciertos iones del lixiviado. Con el tiempo por acci ón de los qu ímicos org ánicos del lixiviado acción químicos orgánicos se produce floculaci ón de floculación de la la arcilla arcilla yy se se mejoran mejoran las caracter ísticas de características de impermeabilidad impermeabilidad de de la la arcilla. arcilla. JAIME SUAREZ DIAZ Propiedades que deben tener las arcillas para su uso en rellenos sanitarios. Limite liquido < 90% Indice plastico plastico > > 12 12 % % yy <65 <65 % % Contenido de arcilla >l 35 % Contenido de grava < 30% Tama ño maximo ícula 25 Tamaño maximo de de part partícula 25 mm mm JAIME SUAREZ DIAZ Detalles a tener en cuenta las impermeabilizaciones de arcilla en rellenos sanitarios ; No utilizar íciles de utilizar arcillas arcillas sobreconsolidadas sobreconsolidadas (Son (Son dif difíciles de compactar) ; Las capas delgadas de compactaci ón son mas impermeables compactación impermeables ; Deben analizarse los asentamientos y expansiones (Producen agrietamientos) ; Evitar zonas con agua ón o niveles fre áticos altos agua aa presi presión freáticos altos ; Talud maximo maximo 3H :1V ; Puede ocurrir erosi ón (Especialmente erosión (Especialmente si son limosas) JAIME SUAREZ DIAZ JAIME SUAREZ DIAZ IMPERMEABILIZACION DE CANALES CON FS ARCILLA FS JAIME SUAREZ DIAZ ARCILLA Y SUELOS ARCILLOSOS PUEDEN SER COMPRESIBLES Y EXPANSIVOS LOS SUELOS ARCILLOSOS SE LES UTILIZA PRINCIPALMENTE COMO IMPERMEABILIZANTES EN PRESAS, CANALES Y EN DEPOSITOS DE AGUA LAS PROPIEDADES DEL SUELOS ARCILLOSO DEPENDEN PRINCIPALMENTE DEL % DE ARCILLA Y DEL TIPO DE MINERAL DE ARCILLA JAIME SUAREZ DIAZ EJEMPLO: Floridablanca: PARQUE RECREACIONAL EL LAGO – Para impermeabilizar un lago artificial se colocaron 30 cms de suelo arcilloso compactado (Año 1975) JAIME SUAREZ DIAZ LA MAYORIA DE LOS SUELOS SON MIXTOS: ¾ARENAS ARCILLOSAS ¾GRAVAS ARENO ARCILLOSAS ¾LIMOS ARENOSOS ¾ETC. Y SUS PROPIEDADES DEPENDEN DE LOS PORCENTAJES DE GRAVA ARENA Y ARCILLA Y DEL TIPO DE ARCILLA JAIME SUAREZ DIAZ LOS MATERIALES MIXTOS SE UTILIZAN COMO MATERIAL PARA TERRAPLENES DE USOS MUY DIVERSOS JAIME SUAREZ DIAZ PROPIEDADES DE INGENIERIA DE LOS SUELOS COMPACTADOS Nombre Símbolo Permeabilidad Resistencia al cortante (saturado) Compresibilidad (saturado) Trabajabilidad Grava bien gradada GW Permeable Excelente Despreciable Excelente Grava mal gradada GP Permeable Buena Despreciable Buena Grava limosa GM Semipermeable a permeable Buena Despreciable Buena Grava arcillosa GC Impermeable Buena a regular Muy baja Buena Arena bien gradada SW Permeable Excelente Despreciable Excelente Arena mal gradada SP Permeable Buena Muy baja Regular Arena limosa SM Semipermeable a permeable Buena Baja Regular Arena arcillosa SC Impermeable Buena a regular Baja a media Buena Limo poco plástico ML Semipermeable a impermeable Regular Media Regular Arcilla poco plástica CL Impermeable Regular Media Buena a regular OL Semipermeable a impermeable Pobre Media a alta Regular Limo plástico MH Semipermeable a impermeable Regular a pobre Alta Pobre Arcilla plástica CH Impermeable Pobre Alta Pobre Suelo orgánico plástico OH Impermeable Pobre Alta Pobre Turba y suelos orgánicos PT - - Suelo orgánico plástico poco muy - JAIME SUAREZ DIAZ JAIME SUAREZ DIAZ CALIDAD RELATIVA DE LOS MATERIALES Presas Canales Fundaciones y rellenos Base destapada Terraplén Homogéneo Núcleo Espaldón Recubrimiento Terraplén Impermeab le Permeable GW - - 1 1 - - 1 3 GP - - 2 2 - - 3 - GM 2 4 - 4 4 1 4 5 GC 1 1 - 3 1 2 6 1 SW - - 3 si tiene grava 6 - - 2 4 SP - - 4 si tiene grava 7 si tiene grava - - 5 - SM 4 5 - 8 si tiene grava 5 erosión crítica 3 7 - SC 3 2 - 5 2 4 8 2 ML 6 6 - - 6 erosión crítica 6 9 - CL 5 3 - 9 3 5 10 - OL 8 8 - - - 7 11 - MH 9 9 - - - 8 12 - CH 7 7 - 10 - 9 13 - OH 10 10 - - - 10 PT - - - - - - JAIME14 SUAREZ DIAZ JAIME SUAREZ DIAZ - - HAY QUE PENSAR PARA SABER ESCOGER JAIME SUAREZ DIAZ MATERIALES ACEPTABLES PARA ESPALDONES PRESAS EN ORDEN DE FAVORABILIDAD DE GW - GP - SW - SP U.S. BUREAU OF RECLAMATION JAIME SUAREZ DIAZ MATERIALES ACEPTABLES PARA NUCLEOS DE PRESAS EN ORDEN DE FAVORABILIDAD GC - SC - CL - GM - SM – ML – CH – OL - MH - OH U.S. BUREAU OF RECLAMATION JAIME SUAREZ DIAZ MATERIALES ACEPTABLES PARA BASE DE CARRETERAS DESTAPADAS EN ORDEN DE FAVORABILIDAD GC - SC - GW - SW - GM U.S. BUREAU OF RECLAMATION JAIME SUAREZ DIAZ GW Y GP Los suelos ón debido suelos gravosos gravosos son son los los preferidos preferidos en construcci construcción a su alta resistencia y baja compresibilidad. GW y GP son muy permeables porque no contienen finos que llenen íos. llenen sus sus vac vacíos. Sus propiedades no son afectadas apreciablemente por la saturaci ón. saturación. Generalmente los suelos GW son mejores que los suelos GP. JAIME SUAREZ DIAZ GC A medida que aumenta la cantidad de arcilla, limo o arena en las gravas, la matriz empieza a dominar algunas propiedades como la permeabilidad. Cuando los suelos GC est án bien están bien compactado compactado son son muy muy buen buen material debido a que son muy resistentes, poco compresibles y al mismo tiempo ón tiempo impermeables impermeables yy su su uso para la construcci construcción de n úcleos y presas de tierra impermeables es muy com ún. núcleos común. JAIME SUAREZ DIAZ INFLUENCIA DEL PORCENTAJE DE GRAVA El 30% de grava o m ás influye significativamente más significativamente en en las las propiedades de las arenas. El 35% de grava o m ás influye significativamente más significativamente en en las las propiedades de los limos. El 45% de grava o m ás influye significativamente más significativamente en en las las propiedades de las arcillas. Cuando las part ículas de grava son angulosas partículas angulosas la la influencia influencia se inicia a menores contenidos de grava. JAIME SUAREZ DIAZ SW, SP, SM Y SC Las ísticas de Las caracter características de las las arenas arenas gruesas son muy similares a las de las gravas. Las ísticas de Las caracter características de las las arenas arenas finas son muy similares a las de los limos. La densidad, naturaleza y cantidad de matriz controlan las propiedades de la arena. Los suelos SM y SC son semipermeables a impermeables dependiendo de la cantidad y car ácter de carácter de los los finos. finos. Los suelos SC son buenos para construir presas y n úcleos núcleos impermeables. JAIME SUAREZ DIAZ ESTABILIDAD DE LAS ARENAS SATURADAS La resistencia al cortante de las arenas saturadas que contienen cantidades importantes de limos y arcillas est á está controlada por el contenido de agua. Cuando las densidades son bajas los contenidos de agua tienden a ser altos. La estabilidad de las arenas saturadas permeables es alta siempre y cuando la obra tenga un drenaje adecuado. Cuando se colocan ápidas se colocan cargas cargas rrápidas se pueden pueden generar generar presiones de poro altas y la estabilidad se reduce. JAIME SUAREZ DIAZ INFLUENCIA DE LOS FINOS EN LAS PROPIEDADES DE LOS SUELOS GRUESOS A ún peque ñas cantidades de finos pueden tener efectos Aún pequeñas importantes en las propiedades de ingenier ía de ingeniería de los los suelos suelos gruesos. Por ejemplo: 5 al 10% de los finos puede disminuir significativamente la permeabilidad de arenas y gravas. JAIME SUAREZ DIAZ 25 % DE ARCILLA JAIME SUAREZ DIAZ 50 % DE ARCILLA JAIME SUAREZ DIAZ 75 % DE ARCILLA JAIME SUAREZ DIAZ
