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• Raquel Salas

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Universidad Autónoma De Chiapas Facultad de Ingeniería.

Comportamiento de Suelos Catedrático: Dr. Guillermo Alonso Solís Alumno: Isaí Araujo Morales.

Semestre: 6°

Grupo: “A”

Apuntes de Clase y Extra-Clase  Teoría y Problemas… (Estudio Cronológico de la Materia).

Enero – Julio 2016

Tuxtla Gutiérrez Chiapas.

Estructura interna de la Tierra. Está dividido en capas de densidad creciente (de arriba hacia abajo), la estructura de la tierra puede establecerse según dos criterios diferentes. Según su composición química, el planeta puede dividirse en corteza, manto y núcleo (externo e interno); y también según sus propiedades físicas se definen la litosfera, la astenósfera, la mesosfera y el núcleo (externo e interno). La densidad media de la Tierra es 5.515 kg/m3. Esta cifra lo convierte en el planeta más denso del sistema solar.

Corteza:

La corteza terrestre es una capa comparativamente fina; su grosor oscila entre 11 km en las dorsales oceánicas y 70 km en las grandes cordilleras terrestres como los Andes y el Himalaya; compuesta por rocas máficas (silicatos de hierro y magnesio), con una densidad media de 3.000 kg/m.3

Manto:

El manto terrestre se extiende hasta una profundidad de 2.890 km, lo que le convierte en la capa más grande del planeta. La presión, en la parte inferior del manto, es de unos 140 GPa (1,4 M atm), compuesto por rocas silíceas, más ricas en hierro y magnesio que la corteza. Debido al punto se fusión y la viscosidad el manto se mueve con mucha lentitud.

Núcleo: Diversas mediciones sísmicas muestran que el núcleo está

compuesto de dos partes, una interna sólida de 1220 km de radio y una capa externa, semisólida que llega hasta los 3400 km; El núcleo interno sólido fue descubierto en 1936 por Ing. Lehmann y se cree de forma más o menos unánime que está compuesto principalmente de hierro con algo de níquel en un estado sólido; El núcleo externo rodea al interno y se cree que está compuesto por una mezcla de hierro, níquel y otros elementos más ligeros en estados de magma que envuelve al interno. Recientes propuestas sugieren que la parte

más interna del núcleo podría estar enriquecida con elementos muy pesados como el oro.

Capas por su comportamiento mecánico. I.

II. III.

IV. V.

Rígida hasta Rígida hasta los 80 a 90 km. Incluye la corteza (oceánica o continental) y la parte más alta del manto. Limite cortezamanto. Plástica en parte superior, a los 90 km [Litosfera Litosfera-Astenósfera]. Sólida y de alta densidad, al pasar los 660 km de Prof. Límite de la Astenósfera – Mesosfera. Líquido, núcleo externo Sólido, núcleo interno.

Formación del Suelo.  Es común creencia que el suelo es un agregado de partículas orgánicas e inorgánicas, no sujetas a ninguna organización, pero en realidad es un conjunto con organización definida y propiedades que varían vectorialmente con un perfil. la interpretación varía de acuerdo a su interés, por ejemplo: para el agrónomo, para el geólogo tiene un término diferente, pero para nuestro fin definiremos que el suelo es todo tipo de material terroso. (J. Badillo).  Suelo es una delgada capa sobre la corteza terrestre de material que proviene de la desintegración y/o alteración física y/o químicas de las rocas de los residuos de las actividades del ser humano y seres vivos que sobre ella se asientan. (Crespo Villalaz).  El suelo es producido por intemperismo, es decir, por la fractura y rompimiento de varios tipos de rocas en piezas más pequeñas mediante procesos mecánicos y químicos. Algunos suelos permanecen donde se forman y cubren la superficie rocosa de la que se derivan y se llaman suelos residuales. En contraste, algunos productos intemperados son transportados por medio de procesos físicos a otros lugares y depositado. Ésos se llaman suelos transportados (Apuntes Universidad de Chile).

Tipos de Suelos. – Según el agente de transporte, se subdividen en tres categorías principales: a) Aluviales o fluviales: depositados por agua en movimiento b) Glaciales: depositados por acción glaciar c) Eólicos: depositados por acción del viento

Los suelos se dividen en dos amplios grupos: los orgánicos y los inorgánicos. a) Suelos Orgánicos: Tipo específico de suelo caracterizado por presentar una enorme cantidad de materia orgánica en su composición básica. Se entiende por materia orgánica todos aquellos elementos de origen biológico (residuos animales y vegetales en etapas de descomposición). b) Suelos Inorgánicos: Son las aguas, es aire y fragmentos minerales de diferentes diámetros como las gravas, limo, piedras, arena, arcilla.

De lo que podemos decir:

I.

Gravas: son Acumulaciones sueltas de fragmentos de rocas y que tienen más de 2mm de diámetro, ocupan grandes extensiones; sus partículas varían desde 3´´ hasta 2mm.

II .- Arenas: Son granos finos procedentes de las

rocas, ya sea por desintegración física natural o artificial y cuyas partículas varían desde los 2mm a 0.05mm de diámetro, normalmente podemos encontrar en un mismo deposito gravas y arenas en los ríos, por ejemplo; las arenas por su parte cuando están limpias no se contraen al secarse, son plásticas, son muchos menos comprensibles y se le aplica una fuerza en su superficie se comprimen casi de manera instantánea.

III.- limos: Son suelos de granos finos con poca o ninguna plasticidad, pueden

existir limos orgánicos e inorgánicos, por su parte los orgánicos pueden tener plasticidad y los inorgánicos producidos en canteras no, el diámetro de las partículas va desde 0.05mm y 0.005mm. Los limos sueltos y saturados son completamente inadecuados para soportar cargas por medio de zapatas, son pobres para cimentar.

IV.- Arcillas: Son partículas

sólidas con diámetro

menor de 0.005mm, tienen la propiedad de volverse plásticas al ser mezcladas por agua, se contraen al secarse, presentan marcas de cohesión según su humedad y al aplicarles cargas se comprimen lentamente.

V.-

estratos

cuyos

granos

Caliche: Son se encuentran

cementados por carbonatos calcáreos, su formación necesita un clima semiárido. VI.- Loess: Son sedimentos eólicos uniformes y cohesivos.

I -

V I.

Diatomita: llamadas también tierras diatomáceas son depósitos de polvo silícico, de color blanco que son restos de algas marinas y de agua dulce.

Gumbo: Es una arcilla fina, generalmente libre de arena y que parece cera a la vista; es pegajoso, muy plástico y esponjoso, muy difícil de trabajar. VIII.-

Tepetate: Es un Material pulverulento, compuesto de arcilla, limo y arena; puede llamarse arcilloso, limoso, arenoso según quien domine. IX.-

SUELOS COHESIVOS Y NO COHESIVOS. La cohesión es una característica que hace diferente de un suelo a otro, cuando hablamos de cohesión hablamos de fuerzas intermoleculares. 1) Suelos Cohesivos: a) Arcillas 2) Suelos NO Cohesivos: a) Arenas y Gravas.

También encontramos suelos tipo:

Nivel freático y Aguas Subterráneas. El nivel freático corresponde al nivel superior de una capa freática o de un acuífero en general. A menudo, en este nivel la presión de agua del acuífero es igual a la presión atmosférica. También se conoce como capa freática, manto freático, napa freática, napa subterránea (del francés nappe=mantel), tabla de agua (traducción del inglés, "water table") o simplemente freático.

Obte nción muestras de un suelo. -

de

Para determinar las propiedades de un suelo en laboratorio es preciso contar con muestras representativas de dicho suelo, y consistes en el procedimiento que consiste en recoger partes, porciones o elementos representativos de un terreno, a partir de las cuales se realizará un reconocimiento geotécnico del mismo. las pruebas pueden ser de dos tipos: a)

Alteradas:

b)

Inalteradas:

Es cuando no guarda las mismas condiciones que cuando se encontraba en el terreno de donde procede. Se toman de trozos de suelo arrancado por la pala excavadora, introduciéndolo en bolsas, donde parte de ella o toda, ha sufrido una alteración tal que ha perdido la estructura que poseía in-situ, estas muestras no representan de forma real las propiedades ingenieriles de resistencia y permeabilidad del suelo. También pueden ser por: Es cuando guarda las mismas condiciones que cuando se encontraba en el terreno de donde procede.

Métodos de Extracción para Pruebas de Suelos. i)

Muestras obtenidas en calicatas: Las calicatas o catas son una de las técnicas de prospección empleadas para facilitar el reconocimiento geotécnico, estudios edafológicos o pedológicos de un terreno. Son excavaciones de profundidad pequeña a media, realizadas normalmente con pala retroexcavadora. Las calicatas permiten la inspección directa del suelo que se desea estudiar y, por lo tanto, es el método de exploración que normalmente entrega la información confiable y completa. En suelos con grava, la calicata es el único medio de exploración que puede entregar 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. Las calicatas permiten:

+ Una inspección visual del terreno "in situ". + Toma de muestras. + Realización de algún ensayo de campo.

La profundidad de este tipo de reconocimiento no suele pasar de los 5 metros, aunque en casos extremos puede alcanzar los 10 metros de profundidad. La dimensión mínima en planta, indicada por la norma N.T.E., es de 75 milímetros. En determinados tipos de terreno, cuando haya personal en su interior realizando la maniobra de toma de muestras, la calicata deberá ser entibada.

ii) Prueba Estándar

de Penetración (PST): Dada la

dificultad de recuperar muestras inalteradas en arenas, el Dr. Karl von Terzaghi propuso, con base en los resultados de trabajos previos de otros investigadores, en el año de 1927, como alternativa para evaluar las propiedades índices y mecánicas de las arenas, la Prueba de Penetración Estándar o Sondeo de Penetración Estándar, SPE, o bien por sus siglas en inglés SPT. Este método es una prueba destructiva ya que rompe la estructura sólida original del suelo. Consiste fundamentalmente en hincar un tubo partido por medio de golpes proporcionados por un martillo de 63.5 kg de masa, el cual se deja caer libremente desde una altura de 76 cm.

iii)

con la Normativa El método fue estandarizado en 1958 por la American Society for Testing Materials, ASTM, con la designación D 1586. Según esta norma las dimensiones del penetrómetro estándar deben cumplir las siguientes dimensiones:

Dependiendo de la compacidad, forma y tamaño de las arenas, para evitar la pérdida de las mismas es necesario el uso de alguna de las trampas mostradas, que se coloca entre el tubo partido y la zapata, con las puntas hacia arriba. Conviene señalar que en nuestro medio la longitud en la cámara de muestreo, comúnmente es de 600 mm. Actualmente el martinete que golpea a las barras de perforación durante el hincado del muestreador es el conocido como “martinete de seguridad” debido a que su altura máxima de caída es de los 76 cm.

MARTINETE DE SEGURIDAD, DE 63.5 kg DE MASA, DE 76 cm DE CAÍDA LIBRE

El martinete es elevado con ayuda de un malacate “cabeza de gato”. Si la cuerda se enrolla en el sentido de las manecillas del reloj, habrá que dar 1.75 vueltas. Si se enrolla en sentido contrario, serán 2.25 vueltas, esto con el fin de garantizar que el martinete caiga libremente.

Al golpear las barras de perforación para hincar el penetrómetro, se contarán los golpes necesarios para penetrar en el suelo 15 cm. Se define como resistencia a la penetración estándar al número de golpes necesarios para hincar el penetrómetro los 30 cm centrales. Si el penetrómetro es de 45 cm los últimos 30 cm.

NOTA: Más información anexo pdf. (prueba de penetración estándar).

iv) sondeo a cielo abierto:

(pozo de 1.50m x 1.50m y profundidad requeridas), Para obtener muestras alteradas el muestreo se necesita hacer lo siguiente:

v)

a) Se rebaja la parte seca y suelta de un suelo con el propósito de obtener una superficie fresca. b) Se Toma una Muestra de cada capa en un recipiente y se coloca una tarjeta de identificación c) Las muestras se envían en bolsas a laboratorio.

Perforaciones con Barrena, pueden ser mecanizadas o bien manuales. a) Se coloca el suelo excavado en hilera con el debido orden. b) Se toma una porción representativa de cada clase de suelo encontrado y se colocan en bolsas separadas con su identificación correspondiente. c) Las bolsas con el material se envían al laboratorio.

Para obtener muestras inalteradas el caso más simple es cortar un trozo de suelo normalmente de (0.30 m

3

), cubriéndolo con para fina para evitar pérdidas de

humedad, el procedimiento es el sig. a) Se limpia y alista la superficie del terreno y se marca el contorno del trozo b) Se excava una zanja alrededor del trozo c) Se ahonda la excavación y se cortan los lados del trozo empleado un cuchillo de hoja delgada d) Se corta el trozo con el cuchillo y se retira el trozo e) La cara del trozo extraído se marca con una señal cualesquiera para conocer la posición que ocupaba en el lugar de origen y se le aplica tres capas de parafina caliente. f) Si la muestra no va a ser usada pronto se le añade una capa más de parafina (4), se le amarra una tela blanda amarrada de un cordel y se sumerge en la parafina caliente varias veces para alcanzar un espesor de 3mm para garantizar la impermeabilidad.

Si la muestra se necesita enviar a un lugar lejano, entonces necesitamos mayor protección por lo que el espesor de la capa de parafina después de la tela será de 1.27cm (½´´) como mínimo empacarla con aserrín, paja o papel en una pequeña caja. La exploración de suelos a cielo abierto rinde siempre buena información, pero cuando una estructura a construir es demasiado grande se necesita una información de los estratos a mayor profundidad, por lo cual esta operación que corta por lo que existe algo llamado especialmente como “Tubo Shelby” que consiste en una misma barrenacion, pero con una mayor profundidad de ella; como se apreció en imágenes anteriores.

Tubo Shelby. -

El tubo Shelby o también llamado tubo de pared delgada es un tubo fabricado de acero sin costuras y su objetivo es la toma de muestras de suelo “in situ”, con este sistema se pueden obtener muestras de arcilla o de suelos, prácticamente inalteradas. Posee una rosca de conexión hembra en la cabeza que se incorpora a una válvula de bola para controlar el vacío. El tubo de pared se encuentra unido a la cabeza con tres tornillos. En la parte de la cabeza se encuentra instalado un escalón para que el tubo se asiente firmemente sobre el suelo, de manera que se aplique de forma uniforme la fuerza necesaria de empuje. En el momento de muestrear, el tubo debe ser hincado en el suelo con gran fuerza y de forma constante hasta alcanzar el punto de rechazo o hasta que se encuentre lleno. Una vez que se ha obtenido la muestra, el tubo de pared delgada es desconectado de la cabeza. Para utilizarlo o para realizar muestras futuras, en ambos extremos del tubo se colocan tapas herméticas para no perder parte de la

muestra. Los tubos de pared delgada son de un diámetro exterior de 2 a 3 pulgadas y poseen un extremo afilado. Cuando se trata de investigar suelos profundos se une a barras perforadoras que se ensamblan al tubo Shelby, una vez obtenida se envía al laboratorio para su análisis; Existen muchos tipos de tubos shelby en cuanto al materia y de muchos diámetros.

CAP III Algunas Características físicas, Relaciones Gravimétricas y Volumétricas de los Suelos. Fases del suelo, símbolos y definiciones. -

En un suelo se definen tres fases constituyentes: Sólida, liquida y Gaseosa. La fase Sólida: Está formado por minerales del suelo mismo; la Liquida: por el agua, aunque en los puede haber otros líquidos de menor significación, la Gaseosa: comprende el aire que contiene el suelo. Las fases liquidas y gaseosa del suelo suelen comprenderse en el volumen de vacíos, mientras que la fase sólida comprende el volumen de los sólidos. Se dice que un suelo está Totalmente saturado cuando todos sus vacíos están ocupados por Agua.

V m = Volumen total de la muestra del suelo. Vs =

Volumen

de

la

Fase

sólida. V v = Volumen de los vacíos del suelo. Vw =

Volumen

de

la

fase

de

la

fase

liquida Contenida. Va =

Volumen

gaseosa. W m = Peso total de la muestra de suelo. W w = Peso de la fase liquida. W a = Peso de la fase gaseosa. W s = Peso de la fase Sólida. M s = Masa del sólido. Gs o Ss = Densidad de Solidos. ρd = Densidad seca. ρsat = Densidad Saturada.

El peso específico del agua es 9.81kn/m3

El Volumen total de una muestra de suelo quedaría definida como: V =

V s +V w +V a ;

suponiendo que el peso del aire es despreciable, podemos definir el peso total de la muestra, W = W s + W w

Relaciones de peso y Volumen. – En mecánica de suelo se una la relación de peso del suelo y su volumen a lo cual se le llama como Peso específico (ϒ) por ejemplo: a)

ϒ o = Peso específico del agua destilada a 4°c y a la presión atmosférica a nivel del mar.

ϒ .=

W. V.

el peso específico se expresa también en términos del peso ϒ s=

de sólidos del suelo, contenido de agua y volumen total.

W S (1 +W ) V.

Que suele

llamarse peso específico húmedo. b) ϒ w = Peso específico del agua en condiciones reales de trabajo, su valor difiere poco del

ϒo

y en muchas cuestiones prácticas son tomados como iguales. Wm Vm

W s +W w Vm

c)

ϒ m = Peso específico de la masa del suelo:

d)

ϒ s =¿ Peso específico de la fase solida del suelo. Peso específico seco

e)

Sm

f)

= Peso específico relativo de la masa:

ϒ m=

Sm

=

=

ϒm ϒ0 =

S s = Peso específico relativo de la fase solida del suelo:

Relaciones Fundamentales. -

Wm V mϒ

Ss =

ϒ s=

WS Vs

o

ϒs ϒo =

Ws V sϒ o

Las siguientes relaciones son de mucha importancia para el manejo comprensible de las propiedades mecánicas de los suelos y un completo dominio de su significado y sentido físico.

a) Relación de Vacíos, Oquedad o Índice de poros, entre el Volumen de Vacíos y el Volumen de Sólidos:

e=

Vv vS

; la relación puede varia de 0 a un

número infinito teóricamente, en la práctica no suelen hallarse valores menores a 0.25 (Arenas muy compactadas con suelos finos), ni mayores a 15 en el caso de las arcillas altamente Comprensibles. V m Ssϒ o Y para cuando se está en laboratorio tenemos: e= W S -1 b) Se llama porosidad del suelo a la relación del Volumen de Vacíos y el Volumen se su Masa y se expresa: V n= v X 100%; esta relación puede varia de 0 a (suelo ideal fase sólida) a 100 Vm (espacio vacío), los valores reales en la práctica suelen oscilar entre los 20% y los 95% c) Grado de Saturación de un Suelo a la relación entre su volumen de agua y su Volumen de vacíos: V Gw o S= w X 100% ; Varían de 0 (Suelo seco) a 100 (Suelo Totalmente Vv

Saturado). Y Cuando se está en el laboratorio tenemos:

w=¿

WS s e

G¿

d) Contenido de Agua o humedad de un suelo a la relación entre el peso del agua contenida en el mismo y el peso de su fase solida:

W=

Ww W s x 100%; Varia

teóricamente de 0 a n, en la Realidad la humedad de los suelos varía de un rango ampliamente grande. Y cuando estamos en el laboratorio tenemos: w=¿ W m −W s G¿ e) El grado de saturación del aire es una magnitud de escasa importancia para la práctica:

a=¿

Va Vv

G¿

Correlación Porosidad.

entre

la

Relación

de

Vacíos

y

la

Si consideramos una muestra de suelo como se muestra también adoptamos una unidad arbitrariamente para el volumen de sólidos, los demás valores se encuentran a raíz de este. V v =1 , el

Si

Ws

puede calcularse con la

expresión usando la densidad del suelo: Ss =

ϒs ϒo =

Modificada:

W s =V s S s

Quedando:

W s =S s

Ws V sϒ o

;

PERO

Ligeramente

ϒo

ϒo

teniendo en cuenta que

W w =w s

ϒo

tal como aparece

en el esquema. Aplicando la definición de Porosidad tenemos:

n=

Vv Vm

=

e 1+ e

La ecuación anterior da correlación entre la porosidad y la relación de vacíos de un suelo; que se deduce a: e=

n 1−n

En las Pruebas de Laboratorio los suelos ya están en otras condiciones, se secan al horno una de ellas.

Formulas Para suelos Saturados. -

a) Se Caracteriza por la adopción del valor de unidad para el volumen de sólidos. b) Se toma como unitario el volumen de la masa de forma análoga.

Es una relación fundamental en suelos saturados

Ss

e=w

También podemos obtener de a y b Sm

= n + (1-n)

Ss

ϒ m = (n + (1-n) S s )

y

ϒo

Formulas usadas para el cálculo de pesos específicos en función de diferentes datos muy comunes en la práctica.

Formulas Para suelos Parcialmente Saturados. -

ϒw = w=¿

1+ w ϒ 1+ e s

Sm

=

1+ w s 1+ e s

w ss e

G¿

Peso Específico Seco y Saturado. El primer valor particular para ϒd =

Ws Vm

ϒm

para cuando el grado de saturación sea nulo:

El peso específico saturado es el valor de ϒ sat =

ϒm

cuando

Gw = 100%

;

W s +W w Vm

Suelos Sumergidos. De Mucha atención para el cálculo de pesos específicos de suelos situados sobre el nivel friático, debido al empuje hidrostático el cual ejerce influencia sobre los pesos tanto especifico como relativos. Peso específico relativo de la materia solida sumergida es:

s ´ s=S s−1

; pues el

empuje hidrostático neto es el peso en agua del volumen desalojado por los sólidos, Análogamente: s ´ m=S m−1 Los pesos específicos correspondientes son:

ϒ s ´ =¿

Ss ´

ϒ m ´=S m ´

ϒo

ϒo

=

ϒ s −ϒ o

=

ϒ m−ϒ o

También: ϒm´ =

S s−1 1+ e

S s−1 Ss

ϒd

=

ϒo

=

S s −1 1+ S s w

ϒo

&

ϒm´

Los suelos Sumergidos se consideran como saturados; dada su posición debajo del nivel freático.

Anexos. -

Compacidad Relativa. Es comúnmente usado para indicar compacidad o flojedad in situ. Cr

e max−e emax −e

=

min

Donde: Cr =¿

Compacidad Relativa dada en porcentaje

e max¿

Relación de vacíos en condición más suelta

e min¿

Relación de Vacíos en condición más densa.

e = relación de vacíos in situ del suelo. Los valore de Cr varían de un mínimo de 0 a un máximo de 1.

Nota: Revisar Formulario (Más opciones de resolución).

Lodo Bentonitico. – El lodo bentonítico es una mezcla de bentonita con agua. La bentonita es un tipo de arcilla montmorillonítica de muy alto límite líquido. Esto implica que a pesar de que se le añada mucha agua, la mezcla no pierde estabilidad o consistencia. Los lodos bentoníticos tienen una propiedad muy importante que los hace muy útiles en construcción: cuando un lodo bentonítico es amasado sin que se produzca variación de agua, pierde resistencia (cohesión entre partículas sólidas) comportándose como un fluido. Sin embargo, en poco tiempo, vuelve a adquirir esta resistencia cohesiva una vez que entra en reposo. A esta propiedad se le llama tixotropía. El lodo de perforación es una suspensión acuosa de una arcilla especial: la bentonita, este lodo se coloca en las paredes del terreno durante la excavación y sirve para evitar o reducir los derrumbes del terreno. Es necesario controlar algunas características del lodo durante su utilización. Tales como: la densidad, la viscosidad y el contenido de arena, ya que el lodo se carga de las partículas de arena procedentes del suelo. La principal aplicación de lodo bentonítico está vinculada a las excavaciones. Cuando se está excavando una zanja (perforación en terrenos de baja consistencia y posible desprendimiento, normalmente para la ejecución de muros o pilotes), el lodo bentonítico evita que se produzcan desprendimientos en la misma. Esto sucede en la ejecución de los muros pantalla. Durante la excavación de la zanja, el lodo va llenándola: al estar en continuo movimiento, tiene poca consistencia, y se comporta como un fluido. Sin embargo, cuando se deja de remover, la viscosidad de los lodos bentoníticos aumenta, adquiriendo la resistencia necesaria como para evitar que las paredes de la excavación no caigan, quedando constreñidas (véase tixotropía). Además, en terrenos flojos en los que se producirían desprendimientos, los lodos bentoníticos se introducen por los poros del terreno,

formando el cake, que es una mezcla de la arena o grava del terreno, con la arcilla de la bentonita. Este cake le confiere al terreno de las paredes de la excavación una mayor cohesión. Cuando el lodo bentonítico se emplea en excavaciones, suele servir para extraer los detritus del terreno. Esto se consigue recirculándolo constantemente, mediante lo cual se realiza una limpieza del mismo al eliminar los restos de detritus que contenga al extraerlo de la zanja. En los inicios de la perforación en México, se determinaba el nombre “lodos” a los fluidos preparados para el control de pozos de perforación, en la actualidad se ha vuelto toda una profesión, la cual es denominada FLUIDOS DE CONTROL, ya que es todo un proceso elaborar estos fluidos, con los aditivos correctos para realizar una o todas las funciones que se requieran.

Tuberías tremie. – El método tremie, de llenado por flujo inverso, se usa para verter hormigón a en presencia del nivel freático o en excavaciones donde se empleen lodos tixotrópicos. El hormigón es bombeado de forma continua, a través de una tubería llamada tremie, deslizándose hacia el fondo y desplazando el agua e impurezas hacia la superficie. En el fondo del tremie existe una válvula para prevenir que el hormigón entre en contacto con el agua. El tremie debe llegar hasta el fondo de la perforación antes de iniciarse el vertido del hormigón. Al principio, se debe elevar

algunos centímetros para iniciar el flujo del hormigón y asegurar un buen contacto entre en hormigón y el fondo de la perforación. Se debe evitar el contacto con el agua. Antes de retirar el tremie completamente, se debe verter en superficie suficiente hormigón como para desplazar toda el agua y el hormigón diluido. Es

un elemento empleado en la construcción de obras de ingeniería civil. Es similar a un embudo, y se emplea para introducir el hormigón en tubos, para realizar el hormigonado de elementos estructurales a los que no se puede

acceder con facilidad, como por ejemplo, muros pantalla. Para ello, se necesita llevar el hormigón por un tubo de goma rígida, que permita que éste llegue hasta la zona, y se vierta sin golpear. El tremi es el "embudo" que permite introducir el hormigón por el tubo de goma con comodidad. Aunque también recibe el nombre de tremi, el método de puesta en obra que emplea dicho embudo.

CAP. IV:

Características y Estructuración de las Partículas Minerales. Forma. – La forma de las partículas minerales de un suelo es de importancia en su comportamiento, en los suelos gruesos la forma es la equidimensional en la cual

las tres dimensiones son de magnitud comparable, según la variedad del lapso del tiempo y la acción de agentes mecánicos desintegradores pueden existir formas como la redondeada, la subredondeada, la subangulosa, en escala decreciente. La forma redonda es prácticamente esférica, mientras que la angulosa es presentada con aristas y vértices aguzados como la piedra triturada, cuando este efecto es redondeado por efecto de rodado y la abrasión mecánica se obtiene la forma subangulosa.

Existe otra forma para suelos finos llamada laminar, ocurre cuando las partículas suelen ser aplastadas por los minerales de arcilla, quedando como lo indica en láminas además hay excepción en algunos minerales que poseen forma no laminar sino acicular, que es algo muy raro de encontrar; es importante la mención de todas las formas ya que cada una de ellas tiene un comportamiento superficial diferente y por lo tanto una relación de Área-Volumen distinta, también al comportamiento mecánico y a la compresibilidad, que por otro lado si está en estado saturado completamente la compresibilidad no se ve afectada. Por otro lado, si están en estado húmedo la vibración puede causar un efecto llamado “dilatación por vibración”.

Peso Específico Relativo. – El peso relativo de la mayoría de las partículas minerales de un suelo

Ss

varía entre

los limites estrechos de 2.60 – 2.90, sin embargo, existen suelos que sobre pasan este límite y que llegan hasta 3 y en otros casos como el de la ciudad de México suelen encontrarse con arcillas volcánicas con valores debajo del límite entre los 2.2 y 2.6; por lo que es muy probable que en un suelo los minerales de la fracción más fina y coloidal el peso específico relativo sea mayor que los minerales de la fracción más gruesa. No obstante, en el caso práctico basta con determinar el valor promedio del peso específico relativo de la materia sólida; el peso específico relativo de los sólidos de un suelo se determina en el laboratorio con un matraz se llena hasta su marca de enrase, primero se llena con agua y después con la muestra del suelo, el aire atrapado se desaloja por ebullición.

Donde: w fw = peso del matraz lleno de agua Wf s

w

= Peso del matraz con suelo y Agua

W f s −w fw=W s w

- (peso del agua desplazada por los sólidos.)

peso del agua desplazada por los sólidos: Ww

=

Vs

γo

=

-

Ws Ss

Ws Ss

ENTONCES: W f s −w fw=W s w

Quedando así: Ss =

Ws wfw +W s −W f s

w

El peso seco de los sólidos Ws, debe determinarse antes de la prueba en los materiales gruesos y después de ella y también en suelos finos plásticos; la razón es que se en estos suelos el secado previo forma grumos de los que es difícil desalojar el aire atrapado.

Estructuración de los Suelos. la estructuración de un suelo suele ser particularmente ordenado u organizado, en estructuras simples tal como la panaloide y floculenta en suelos reales.

a) Estructura Simple: Es cuando las fuerzas del campo gravitacional terrestre son claras predominantes tales como la grava y arena limpias que se apoyan entre si y tienen varios puntos de apoyo, desde un punto de vista ingenieril el comportamiento mecánico e hidráulico quedan definidos por la compacidad del manto y la orientación de sus partículas. b) El grado de compacidad queda definido por el acomodo alcanzo por las partículas del suelo, en un suelo muy compacto las partículas tienen un alto grado de acomodo y por lo tanto la deformación será pequeña. Y por un caso de grado de compacidad bajo ocurrirá lo contario ante la deformación.

c)

por lo que podemos definir que los valore para e y n seran:

Estado más Compacto: n=26%

Estado más suelto:

e=0.35

n=47.6

e=0.91

Para medir la compacidad el Dr. Terzaghi introdujo una relación empírica determinada en laboratorio llamada Compacidad Relativa (Cr): antes mencionada en el CAP III.

d)

Estructura Panaloide:

Esta estructura es típica en granos pequeños de 0.002mm de diámetro que normalmente están en agua y en ocasiones en el aire, la gravedad hace un efecto de sedimentación sobre ellas

e) f) g)

h)

Estructuras Floculenta:

En el proceso de sedimentación si dos partículas de 0.02mm llegan a tocarse se adhieren con mucha fuerza y se sedimentan juntas al igual otras partículas pueden unirse al grupo formando entonces un grumo; formando entre ellos panales.

i)

Estructuras Compuestas:

Las estructuras antes mencionadas raramente se encuentran puras en la naturaleza, por lo regular se encuentras estructuras de esqueleto constituido por granos gruesos y masas coloidales flóculos teniendo nexo entre ellos.

Teniendo

una

sedimentación simultanea de gruesos y finos, como en el mar por ejemplo o en lagos.

j) Estructuras en Castillo de Naipes:

las partículas de caolinitas, ilitas y montmorilonitas tienen las mismas longitudes, anchos y espesor que varían desde 1/200 hasta 1/10 en las caolinitas, ocupando las ilitas una posición intermedia, la superficie especifica de las partículas es de 10 para las caolinitas, 80 ilitas y 800 en montmorilonitas.

k)

Estructura Dispersa:

En esta estructuración se dice que las partículas tienen contacto mutuo, sin embargo, cualquier efecto de cargas pueden irrumpir en el Angulo de contacto, por lo que las partículas tienden a separarse y adoptan una posición debido a las presiones osmóticas.

l)

Sin embargo, las estructuras antes mencionadas no quieren decir que se encuentren de tal manera en la vida real sino más bien es un resultado hipotético que han dado las investigaciones.

CAP. V:

Granulometría. Tamaño de las partículas de suelo. – Independientemente del origen del suelo, los tamaños de las partículas, en general, que conforman un suelo, varían en un amplio rango. Los suelos en general son llamados grava, arena, limo o arcilla, dependiendo del tamaño predominante de las partículas. Para describir los suelos por el tamaño de sus partículas, varias organizaciones desarrollaron límites de tamaño de suelo separado.

+ Las gravas son fragmentos de rocas ocasionalmente con partículas de cuarzo, feldespato y otros minerales. + Las partículas de arena están formadas principalmente de cuarzo y feldespatos, aunque también están presentes, a veces, otros granos minerales. + Los limos son fracciones microscópicas de suelo que consisten en granos muy finos de cuarzo y algunas partículas en forma de escamas (hojuelas) que son fragmentos de minerales micáceos. + Las arcillas son principalmente partículas submicroscópicas en forma de escamas de mica, minerales arcillosos y otros minerales

Análisis Mecánico del Suelo. – El análisis mecánico es la determinación del rango del tamaño de partículas presentes en un suelo, expresado como un porcentaje del peso (o masa) seco total. Se usan generalmente dos métodos para encontrar la distribución del tamaño de las partículas del suelo: 1) análisis con cribado y 2) análisis hidrométrico.

i) Análisis por cribado El análisis por cribado consiste en sacudir la muestra de suelo a través de un conjunto de mallas que tienen aberturas progresivamente más pequeñas, generalmente se llega hasta el tamaño correspondiente a la malla #200 (0.074mm).

Primero el suelo se seca en horno, y luego todos los grumos se disgregan en partículas pequeñas antes de ser pasados por las mallas. muestra un conjunto de éstas en un vibrador de mallas o manualmente.

El método se complica cuando las aberturas son pequeñas como el cribado a través de las mallas #100 (0.149mm) y #200(0.074mm) suele requerir agua para ayudar el paso de la muestra conocido como procedimiento de lavado. Que consiste en verter agua en un recipiente y agregar el suelo retenido en la malla #200, haciendo el lavado en forma de 8 para liberarlo de sus impurezas, vertiendo el agua sucia y agregando agua limpia, el proceso finaliza cuando el agua que se drena sale lo más limpia posible. Existe una muestra retenida sobre el tamiz de 4,760 mm (N° 4) y otra que pasa dicho tamiz. Ambas fracciones se ensayarán por separado. + Revisar anexo de Granulometría disco duro

ii)

ii)

Análisis Hidrométrico. –

El análisis hidrométrico se basa en el principio de la sedimentación de granos de suelo en agua. Cuando un espécimen de suelo se dispersa las partículas se asientan a diferentes velocidades, dependiendo de sus formas, tamaños y pesos. Por simplicidad, se supone que todas las partículas de suelo son esferas y que la velocidad de las partículas se expresa por la ley de Stokes.

Curva Granulométrica. – Los resultados del análisis mecánico (análisis por cribado e hidrométrico) se presentan generalmente en gráficas semilogarítmicas como curvas de distribución granulométrica (o de tamaño de grano). Los diámetros de las partículas se grafican en escala logarítmica y el porcentaje correspondiente de finos en escala aritmética. O sea, en porcentajes de peso en la ordenada y tamaños de las partículas en la abscisa, la forma de la curva granulométrica da la idea de su distribución, un suelo que esté constituido por partículas de un solo tamaño estará representado por una línea recta.

La razón para la discontinuidad es que las partículas de suelo son generalmente irregulares en su forma. El análisis por cribado da la dimensión intermedia de una

partícula; el análisis hidrométrico da el diámetro de una esfera que se asentaría a la misma razón que la partícula de suelo. Los porcentajes de grava, arena, limo y partículas tamaño arcillas presentes en un suelo se obtienen de la curva de distribución granulométrica. De acuerdo con el Sistema Unificado Clasificación de Suelos.  Hasta este punto con el análisis ya sea por Cribado o Hidrométrico podemos saber el porcentaje que se retiene y que pasa cada malla en el tamizado, y con ello saber los porcentajes de grava, arenas, y finos de dicha muestra. Aunque existen otros parámetros a analizar para poder comprender las Características Principales de los suelos.

Tamaño efectivo, coeficiente de uniformidad y coeficiente de curvatura. – Las curvas granulométricas se usan para comparar diferentes suelos. Además, tres parámetros básicos del suelo se determinan con esas curvas que se usan para clasificar los suelos granulares. Los tres parámetros del suelo son: 1. Diámetro efectivo 2. Coeficiente de uniformidad 3. Coeficiente de curvatura

Diámetro efectivo. El método más conocido es el de Allen Hacen, quien descubrió que la permeabilidad de las arenas sueltas para filtros dependía de dos cantidades que llamo diámetro efectivo y coeficiente de uniformidad. Diámetro Efectivo: Es el diámetro correspondiente al 10% de los finos, se denota como D10, El diámetro efectivo (D10), definido como la abertura del tamiz por el que pasa el 10% de la muestra, está muy relacionado con la permeabilidad. El procedimiento más utilizado es el conocido con el nombre de método de Allen Hazen, El diámetro efectivo D10 es el tamaño de partícula que corresponde a P = 10% de la curva granulométrica, de modo que el 10 % de las partículas son más finas que D10, y el 90% más grueso. El coeficiente de uniformidad U es igual a D60/D10, donde D60 es el tamaño de partícula que corresponde a P = 60%. D10 = 0.15 mm significa que el 10% de los granos de la muestra son menores en diámetro que 0.15 mm. El diámetro D10 es también llamado tamaño efectivo de un suelo. Su obtención es muy sencilla: Consiste en trazar abscisas por los porcentajes 10 ,30 y 60 del material pasante hasta intersecar la curva granulométrica semilogarítmica acumulada. Los diámetros correspondientes a los puntos de intersección serán respectivamente D10, D30 y D60, estos parámetros servirán para la obtención de los coeficientes de

uniformidad y curvatura que define cuantitativamente la graduación de los materiales granulares.

Coeficiente de Uniformidad. – El coeficiente de uniformidad ( Cu ), definido originalmente por Terzaghi y Peck, se utiliza para evaluar la uniformidad del tamaño de las partículas de un suelo. Se expresa como la relación entre D60 y D10, siendo: Cu =

D60 D10



D60 = el diámetro o tamaño por debajo del cual queda el 60% del suelo, en peso.



D10 = el diámetro o tamaño por debajo del cual queda el 10% del suelo, en peso.

En realidad, la ecuación antes descrita podríamos definirla como coeficiente de No Uniformidad ya que, cuando la uniformidad D10 aumenta el escalar resúltate decrece. Un suelo con un Coeficiente de uniformidad menor de 3, se considera muy uniforme. En el límite, si un terreno estuviera formado por esferas perfectamente iguales, su coeficiente de uniformidad sería 1.

Coeficiente de Uniformidad. – El coeficiente de curvatura permite diferenciar entre suelos seleccionados (o bien graduados) y pobremente seleccionados (o mal graduados), cuya consideración conduce a una definición más precisa del suelo, y que se utiliza en el Sistema de Clasificación Unificada de Suelos. Este coeficiente refleja la curvatura de la curva granulométrica. Los suelos bien graduados tienen valores de este coeficiente comprendidos entre 1 y 3. D 30 ¿ ¿ ¿2 ¿ ¿¿ C c¿

 La curva I representa un tipo de suelo en el que la mayoría de los granos son del mismo tamaño, y se le llama suelo mal graduado.  La curva II representa un suelo en el que los tamaños de las partículas están distribuidos sobre un amplio rango y se le llama bien graduado.  La curva III representa tal suelo y se le llama de granulometría discontinua.

Un suelo bien graduado tiene un coeficiente de uniformidad mayor de aproximadamente 4 para gravas y 6 para arenas, y un coeficiente de curvatura entre 1 y 3 (para gravas y arenas). Un suelo puede tener una combinación de dos o más fracciones uniformemente graduadas.

 Hasta este punto estamos capacitados para realizar una práctica granulométrica de algún suelo y así poder determinar la composición granulométrica del mismo, además de los porcentajes de gruesos y finos; las cantidades que pasan y quedan retenidas en cada tamiz en dos tablas respectivamente para gruesos y otra para finos. Teniendo la tabla llena con sus respectivos valores podemos determinar la gráfica granulométrica y mediante los diámetros efectivos determinar los coeficientes de uniformidad y curvatura los cuales junto con la gráfica nos darán un espectro más amplio para poder determinar el Nombre del suelo que se está estudiando.  Revisar Practica de Laboratorio y Videos en el canal de Youtube.

Consistencia del Suelo. La consistencia es la resistencia del suelo a ser deformado o amasado (remoldeado o roto), gobernada por las fuerzas físicas de adhesión y cohesión, las cuales dependen del contenido de humedad del material, es por esto que la consistencia se expresa en términos de seca, húmeda y mojada.

La consistencia del suelo, es la manifestación de las fuerzas físicas de cohesión y adhesión que actúan dentro del mismo bajo varios estados de humedad, o sea, resistencia a la deformación o ruptura cuando se aplica una fuerza. La consistencia varía con la textura, materia orgánica, cantidad y naturaleza del material coloidal hasta cierto punto con la estructura y especialmente con el contenido de humedad. La clasificación de la consistencia se hace con el suelo seco, húmedo y muy húmedo. Bajo condiciones de sequedad se dice que el suelo es blando, suave, duro, muy duro o cementado, cuando el suelo está húmedo se describe como muy friable, friable o poco friable, cuando está muy húmedo, (por encima de la capacidad de campo) se distinguen dos condiciones: plasticidad y pegajosidad. Así, se habla de suelos poco plásticos, plásticos, muy plásticos y suelos poco pegajosos, pegajosos y muy pegajosos. Pueden darse condiciones combinadas como de alta plasticidad y poca pegajosidad, dependiendo de los tipos de arcillas, sus cantidades y de sus cationes adsorbidos.

Límites de Atterberg. – Los límites de Atterberg (límites de consistencia de suelos de grano fino) fueron desarrollados a comienzos del siglo XX por el sueco Albert Mauritz Atterberg (18461916). Atterberg trabajaba en la industria de la cerámica y había desarrollado pruebas sencillas para describir la plasticidad de una arcilla, importante propiedad para el modelado y evitar la contracción y agrietamiento cuando se hornea. Observó que la plasticidad no era una propiedad permanente en las arcillas, sino circunstancial y dependiente de su contenido de agua. Atterberg definió los siguientes estados de consistencia según el contenido de agua en orden decreciente, para un suelo susceptible de ser plástico:  Estado líquido: con las propiedades y apariencia de suspensión.  Estado semilíquido: con las propiedades de un fluido viscoso.  Estado plástico: en el que el suelo se comporta plásticamente, es decir, se puede moldear y deformar sin exhibir propiedades elásticas, cambios de volumen o agrietamiento.

 Estado semisólido: en el que el suelo tiene la apariencia de un sólido, pero disminuye de volumen al ser secado.  Estado sólido: en que el volumen del suelo no varía con el secado. A partir de los diferentes estados, Atterberg definió varios límites de consistencia o comportamiento, que se constituyen en las primeras convenciones para su designación y desarrolló pruebas sencillas de laboratorio para determinarlos:      

Límite superior de flujo viscoso. Límite líquido - límite inferior de flujo viscoso. Límite de endurecimiento - la arcilla pierde su adherencia a una placa metálica. Límite de cohesión - los granos dejan de ser coherentes entre sí. Límite plástico - límite inferior del estado plástico. Límite de contracción - límite inferior de cambio de volumen.

Para calcular los límites de Atterberg, el suelo se tamiza por la malla No 40 y la porción retenida es descartada.

Plasticidad. – La plasticidad es la propiedad que expresa la magnitud de las fuerzas de las películas de agua dentro del suelo ya que éstas permiten que el suelo sea moldeado sin romperse hasta un determinado punto. Es el efecto resultante de una presión y una deformación. La magnitud de la deformación que puede soportar un suelo con un determinado contenido de humedad está dada por la distancia que las partículas pueden moverse sin perder su cohesión. El fenómeno de plasticidad en los suelos puede explicarse de la siguiente manera: Las partículas coloidales en un suelo a bajos contenidos de humedad están probablemente desordenadas Imagen I. Cuando el contenido de humedad es suficiente para alcanzar el límite inferior de plasticidad, las partículas se orientan cuando se les aplica una presión, Cuando la presión se incrementa por encima de la tensión de estas películas que mantienen unidas las partículas, éstas se deslizan unas sobre otras; Después que la presión cesa, las partículas no retoman su posición original porque están unidas en sus nuevas posiciones por la tensión de las películas húmedas. Se muestran las curvas real e idealizada de la relación esfuerzo - deformación de una arcilla suave durante su intervalo plástico.

Podemos decir que la plasticidad es la propiedad de un material por la cual es capaz de soportar deformaciones rápidas, sin rebote elástico, sin variaciones volumétricas apreciables y sin desmoronarse ni agrietarse. Muy ligadas a la carga eléctrica de las partículas de dicho material.

Límites de Consistencia. – La

frontera

entre

el

estado

sólido

y

semisólido

se

llama

límite de

contracción, La frontera convencional entre los estados semisólido y plástico se llama límite plástico, que se determina alternativamente presionando y enrollando una pequeña porción de suelo plástico hasta un diámetro al cual el pequeño cilindro se desmorona, y no puede continuar siendo presionado ni enrollado. El contenido de agua a esta condición se anota como límite plástico. Y a la frontera entre el estado plástico y líquido, se llama límite líquido, El límite líquido es el contenido de agua, expresado en porcentaje respecto al peso del suelo seco, que delimita la transición entre el estado líquido y plástico de un suelo remoldeado o amasado.

Límite líquido (LL). Casagrande desarrolló un dispositivo normalizado como se muestra en la Figura y descrito por la norma ASTM D 423 excepto por el acanalador utilizado. El límite líquido se estableció como el contenido de agua de un suelo cuando para 25 golpes ejercidos por la caída de la taza (a razón de 2 golpes por segundo) desde la altura de 1 cm, dos secciones determinadas de suelo separadas por una ranura normalizada de 2 mm de espesor en su parte inferior y 11 mm en su parte superior y una altura

de 8 mm, cerraran en una distancia de ½ pulgada a lo largo de la parte inferior de la ranura. Un diagrama esquemático de un dispositivo para determinar el límite líquido se muestra en la figura de abajo, que consiste en una copa de bronce y una base de hule duro. La copa de bronce se deja caer sobre la base por una leva operada por una manivela.

Ranurador

Para la prueba del límite líquido se coloca una pasta en la copa. Se corta una ranura en el centro de la pasta de suelo, usando la herramienta de corte estándar, Luego, con la leva operada por la manivela, se levanta la copa y se deja caer desde una altura de 10 mm. A los 25 golpes se define el límite líquido. El procedimiento para la prueba del límite líquido está dado en la Prueba D-4318 de la ASTM. Casagrande (1932) concluyó que cada golpe en un dispositivo estándar para límite líquido corresponde a una resistencia cortante del suelo de aproximadamente 1 g/cm2 ("0.1 kN/m2). Por consiguiente, el límite líquido de un suelo de grano fino da el contenido de agua para el cual la resistencia cortante del suelo es aproximadamente de 25 g/cm2 ("2.5 kN/m2).

Casagrande observó que el número de golpes necesarios para cerrar la ranura dependía del contenido de agua del suelo y que cuando una serie de resultados de un suelo se representa en un gráfico donde el eje de la humedad es aritmético y el eje del número de golpes es logarítmico, esos resultados forman una línea recta. Esa curva fue llamada curva de flujo.

Límite Plástico (Lp). – El límite plástico se define como el contenido de agua, en porcentaje, con el cual el suelo, al ser enrollado en rollitos de 3.2 mm de diámetro, Debe fragmentarse en segmentos de 3.0 - 10.0 mm (1/8 - 3/8 pl.) de longitud. se desmorona. El límite plástico es el límite inferior de la etapa plástica del suelo. La prueba es simple y se lleva a cabo enrollando repetidamente a mano sobre una placa de vidrio una masa de suelo de forma elipsoidal. Terzaghi agregó la especificación que indica que dicho espesor debe ser de 1/8 de pulgada o 3 mm. El enrollado debe hacerse en placas de vidrio y no sobre papel, ya que este aceleraría el proceso de secado de la muestra.

Índice Plástico (Ip). – El índice de plasticidad (Ip) Numéricamente es la diferencia entre el límite líquido y el límite plástico de un suelo, corresponde a un rango de contenido de humedad en el cual el suelo es plástico o se comporta plásticamente.

Ip = Ll – Lp

Acorde al valor del índice de plasticidad:



Suelos friables o desmenuzables: (IP < 1)  Suelos débilmente plásticos: (1 < IP < 7)  Suelos medianamente plásticos: (7 < IP < 15)  Suelos altamente plásticos: (IP > 15)



En este punto conociendo las definiciones y la determinación de los limites e índices antes mencionados, podemos realizar la practica en laboratorio y determinar el limite líquido, limite plástico e índice plástico, que nos ayudara para la clasificación y determinación de suelo.



Revisar practica de límites y el video en el canal de YouTube.

Clasificación e Identificación de Suelos. – Los ingenieros geotécnicos clasifican los tipos de partículas del suelo en función de varios experimentos (secado, paso por tamices y moldeado). Estos experimentos aportan la información necesaria sobre las características de los granos del suelo que los componen. Los ingenieros geológicos también clasifican el suelo en función de su génesis o su historial de estratificación, SISTEMA DE CLASIFICACION Y UNIFICACION DE LOS SUELOS (USCS). Unified Soil Classification System (USCS) o bien es español SCUS es un sistema de suelos usado en ingeniería y geología para describir la textura y el tamaño de las partículas de un suelo. Este sistema de clasificación puede ser aplicado a la mayoría de los materiales sin consolidar y se representa mediante un símbolo con dos letras. Sistema Unificado de Clasificación de Suelos es La forma original de este sistema fue propuesto por Casagrande en 1942 para usarse en la construcción de aeropuertos emprendida por el Cuerpo de Ingenieros del Ejército durante la Segunda Guerra Mundial. ampliamente usado por los ingenieros (Prueba D-2487 de la ASTM). El Sistema Unificado de Clasificación de Suelos - SUCS (Unified Soil Classification System (USCS) es un sistema de clasificación de suelos usado en ingeniería y geología para describir la textura y el tamaño de las partículas de un suelo. Este sistema de clasificación puede ser aplicado a la mayoría de los materiales sin consolidar y se representa mediante un símbolo con dos letras.

clasifica los suelos en dos amplias categorías: 1. Suelos de grano grueso que son de naturaleza tipo grava y arenosa con menos del 50% pasando por la malla No. 200. Los símbolos de grupo comienzan con un prefijo G o S. G significa grava o suelo gravoso y S significa arena o suelo arenoso. 2. Los suelos de grano fino con 50% o más pasando por la malla No. 200. Los símbolos de grupo comienzan con un prefijo M, que significa limo inorgánico, C para arcilla inorgánica u O para limos y arcillas orgánicos. El símbolo Pt se usa para turbas, lodos y otros suelos altamente orgánicos. Otros símbolos son también usados para la clasificación: • W: bien graduado • P: mal graduado • L: baja plasticidad (límite líquido menor que 50) • H: alta plasticidad (límite líquido mayor que 50)

Con los datos de las practicas anteriores y con la ayuda de tablas podremos determinar el tipo de suelo en los siguientes pasos y los datos que debemos tener:

 Porcentaje de grava, es decir, la fracción que pasa la malla de 76.2 mm y es retenida en la malla No. 4 (abertura de 4.75 mm)  Porcentaje de arena, es decir, la fracción que pasa la malla No. 4 (abertura de 4.75 mm) y es retenida en la malla No. 200 (abertura de 0.075 mm)  Porcentaje de limo y arcilla, es decir, la fracción de finos que pasan la malla No. 200 (abertura de 0.075 mm)  Coeficiente de uniformidad (Cu) y coeficiente de curvatura (Cc)  Límite líquido e índice de plasticidad de la porción de suelo que pasa la malla no. 40

Los símbolos de grupo para suelos tipo grava de grano grueso son:

(GW, GP, GM, GC, GC-GM, GW-GM, GW-GC, GPGM, y GP-Gc.) Similarmente, los símbolos de grupo para suelos de grano fino son

CL, ML, OL, CH, MH, OH, CL-ML, y Pt I.

II.

Determine el porcentaje de suelo que pasa la malla No. 200, (P). Si F < 50%, se trata de un suelo de grano grueso, es decir, tenemos un suelo tipo grava o arenoso (donde F= porcentaje de granos más finos que la malla No. 200). Vaya al paso 2. Si F ≥ 50%, se trata de un suelo de grano fino. Vaya al paso 3. Para un suelo de grano grueso, (100 - P) es la fracción gruesa en porcentaje. Determine el porcentaje de suelo que pasa la malla No. 4 y es retenido en la malla No. 200, FI . Si FI < (100 - P)/2, entonces el suelo tiene más grava que arena, por lo que es un suelo tipo grava. Vaya a la tabla 2.5

III.

y figura 2.12 para determinar el símbolo de grupo, y luego vaya a la figura 2.13 para obtener el nombre de grupo propio del suelo. Si Fl ≥ (100 - F)/2, entonces se trata de un suelo arenoso. Vaya a la tabla 2.6 y figura 2.12 para determinar el símbolo de grupo y a la figura 2.13 para obtener el nombre de grupo del suelo.

IV.

Para un suelo de grano fino, vaya a la tabla 2.7 y figura 2.12 para obtener el símbolo de grupo. Si se trata de un suelo inorgánico, vaya a la figura 2.14 para obtener el nombre del grupo. Si se trata de un suelo orgánico, vaya a la figura 2.15 para obtener el nombre del grupo.



También existe otras cartas y formas de clasificar un suelo, Revisar videos con formatos de Juárez Badillo y Videos en el Canal en YouTube.

CAP. VIII:

Fenómeno Capilar y Proceso de Contracción. Tensión Superficial. Cuando se altera la forma de la superficie de un líquido de manera que el área aumente es cuando ocurre un trabajo; éste se recupera cuando la superficie se retrae a su forma primitiva, de modo que la superficie resulta capaz de almacenar energía potencial. El trabajo necesario para aumentar el área de una superficie liquida resulta ser, proporcionalmente al aumento, definiéndose como coeficientes de tensión superficial la relación entre ambos conceptos.

dW = T s=

Donde

Ts

Ts

dA

dW dA

es el coeficiente mencionado que se mide en unidades de trabajo o

energía, representa la fuerza por unidad de longitud, a lo largo de la superficie. Cuando hablamos de la superficie de un líquido hay un fenómeno llamado menisco que se presenta de dos maneras en forma convexa y cóncava donde existe un desnivel de presión de modo que cuando es convexo esa presión es menor que cuando se presenta de manera cóncavo. En la figura del lado derecho se inyecta un aire a un tubo de pequeño diámetro de 1mm aproximadamente a través de la boquilla donde entra la presión P el líquido en la parte inferior del tubo debido a la presión p, la superficie cede provocando un menisco que a su vez provoca un aumento en la superficie que encierra el tubo, antes que el menisco se rompa al crecer adopta una forma semiesférica por lo que decimos que el área debe ser: 2 A = 2π R

Siendo R el radio del menisco Y también el radio del tubo pero, como todo esto varia decimos que:

dA= 4πRdR

por lo tanto, con lo antes mencionado el trabajo será:

dA= 4π

Ts

RdR

En el lado cóncavo del tubo existe la presión p, mientras que en el lado convexo obra Pa = presión atmosférica, si se desprecia el pequeño aumento de presión hidrostática con la profundidad, la fuerza neta que actúa en esa área será: Pa ¿ dS

(p -

Y tanto el área como las presiones varían decimos que:

dW = (p -

Pa ¿ dS

dR

Ya que tanto el área y las presiones varían

dW = (p -

Pa ¿

2 2π R dR

Las expresiones se pueden igualar:

4π

Ts

RdR = (p Pa= p−

Pa ¿

2 2π R dR

2Ts R

Esta última formula expresa que la presión pa en el lado convexo del menisco es siempre menor que la presión p en el cóncavo.

Ángulo de Contacto. De acuerdo con las leyes de la hidrostática, la superficie del líquido tiene una inmediata vecindad con la pared sólida, una de esas moléculas esta solicitada por dos tipos de fuerza: cohesión y adhesión; la primera es debidas a la acción de las demás moléculas del líquido mientras que la segunda es ejercida por moléculas de las paredes del recipiente. Existen resultantes para ambas fuerzas de adhesión (Fa) y de Cohesión (Fc), lo cual genera una inclinación dominando las fuerzas de cohesión. La inclinación puede varias debido a estas fuerzas o incluso al material que contenga el fluido; de esta manera es como se forman los meniscos cóncavos o convexos. El agua por ejemplo forma meniscos cóncavos con el vidrio, mientras que el mercurio los forma convexos.

Para identificar la inclinación del ángulo se tiene que si  < 90° el menisco es cóncavo, si  > 90° el menisco es convexo.

Ascensión

Capilar. –

Si observamos la figura con el agua colocada a ras y con la presencia del tubo hace que se forman unos meniscos, de lo anterior se deduce que si el tubo es de pequeño diámetro la forma del menisco podrá considerarse cercana a la esférica, por lo que anteriormente vimos se dice que: por presiones P2 será menor que P1 en el lado convexo, siendo su diferencia: Pa= p−

2Ts R

Si el tubo está abierto al aire P2 < Pa, pero la presión del agua bajo la superficie del líquido es mayor que P2, por lo que en el lado convexo del menisco no está en equilibrio y eso genera una presión neta hacia arriba que se define como Pa – P2. Por efecto de esta presión el agua sube por el tubo hasta formar una columna que equilibre esa diferencia de presiones. Según la figura tenemos que: R=

r cos

;

Una vez que el agua subió la presión será: P 2+ γ w h

P2=Pa −

2Ts R

=

P a−

2 T s cos r

Por lo tanto, la presión vale: Pa−

2 T s cos +γ w h r

Y cuando se alcanza el equilibrio la presión esta debe ser la atmosférica. De lo anterior también podemos decir:

h=

2 T s cos r γw

Efectos Capilares. – La tensión superficial existente en la superficie de un líquido expuesto al aire es debida a la atracción intermolecular que la masa del líquido ejerce sobre aquellas moléculas situadas en la superficie, entre los fenómenos causados por la tensión superficial; uno de los más característicos y de mayor importancia practica es el de la ascensión capilar.

Siendo el contacto agua-aire la proximidad de:

T

s=73

dinas gf =0.074 cm cm

siendo gf, gramos-fuerza y Ts varia con la Temperatura del agua y no tiene valor fijo. Y para h se dice que:

h=

0.3 D

D = diámetro del tubo capilar en cm.

Proceso de Contracción en suelos Finos. –

Con las consideraciones anteriores ya es posible entender el mecanismo de contracción de los suelos finos, hecho experimental de conocimiento común, así como las razones para el mismo; un suelo Saturado exhibe primeramente una superficie brillante, que cambia a opaco por efecto de evaporación y que contienen meniscos cóncavos en cada poro, al evaporarse el agua el radio de los meniscos va disminuyendo y también aumentando por lo tanto, la presión capilar se comprime; si la evaporación continua el mismo efecto seguirá hasta un punto en que la presión capilar sea incapaz de producir mayor deformación; en ese momento comenzara la retracción de los meniscos hacia el interior de la masa de suelo cambiando de oscuro a más claro. En los suelos los poros ocupados por el agua no son de tamaño uniforme, si no que varían por ejemplo en arenas gruesas son aproximadamente de 2.5 cm y en arcillas ordinarias entre 0.1 y o.001 micras. Existe el punto de contracción máxima y es cuando los meniscos se retraen al diámetro de los poros más pequeños y en el cual hay esfuerzo de tensión importantes y por lo tanto una máxima presión capilar. Estos diámetros mínimos disminuirán de acuerdo a la relación de vacíos.

El grafico derecho indica la relación entre la presión y la relación de vacíos (Curva A), obtenida al comprimir una muestra confinada del suelo; esta curva indica la presión que debe aplicarse al suelo para que llegue a una relación de vacíos determinada.

La curva B representa la máxima presión capilar que puede desarrollarse para una e dada.

Si la muestra se comprime con una presión p y llega a una relación e, el diámetro de poro mínimo (dmin) produciría una compresión capilar máxima (Pc) con los meniscos desarrollados totalmente. Si la muestra llega a una relación e a través de un proceso de evaporación, la presión necesaria en la fase solida será P que es proporcionada por los efectos capilares. Pero P < Pc. El punto donde las curvas se interceptan significa que la evaporación siguió hasta el punto que P = Pc y la e corresponde a una condición crítica, ya que debe mantenerse para estar comprimido a esa presión. Por lo tanto, en este punto existirá el mínimo volumen y se habrá llegado al LIMITE DE CONTRACCIÓN.

CAP. IX:

Propiedades Hidráulicas del Suelo. Flujo Laminar y Turbulento. –

En la vida Real los problemas relativos a los flujos de fluidos se pueden clasificar de manera practica en:

 Flujo Laminar  Flujo Turbulento Se sabe que a velocidades bajas un flujo ocurre en forma laminar, existe un punto de transición, un intervalo de velocidad en el cual el flujo puede pasar de lamiar a turbulento y viceversa; Reynolds probo que existe una velocidad en cada fluido, suponiendo que el diámetro de conducción y la temperatura no afectaran que todo fluido debería ser laminar, y encontró que la velocidad critica del agua puede expresarse como:

V c=

36 1 2 1+ 0.0337 T +0.00022 T D

( )

Donde: V c =¿

Velocidad Critica en cm/seg

T = Temperatura del Agua en °C D = Diámetro de la conducción en cm.

Así mismo la Vc resulta ser inversamente proporcional al Diámetro de la Conducción por la que pasa el flujo, en el en el gráfico de abajo se muestra la variación de la velocidad con el gradiente hidráulico en flujo laminar y turbulento.

En conductos donde el agua fluye siempre existirá perdidas en las fronteras lo que conlleva a decir que la distribución velocidades figura de

de es como en la abajo.

Ley de Darcy y Coeficiente de Permeabilidad. – Darcy en 1856 investigó las Características del flujo del agua a través de filtros, formados principalmente por materiales térreos, Darcy encontró que, para velocidades suficientemente pequeñas, el gasto queda expresado por: Q=

dV =kAi cm3 / seg dt

A = Área Total i = gradiente hidráulico del flujo i=

h1−h 2 L

En cualquier punto del flujo la altura piezométrica h es la carga de la elevación z del punto, más la carga de presión en dicho punto (p/γw). La carga de velocidad se desprecia por ser muy pequeño, la diferencia de h representa la perdida de energía sufrida por el flujo en el desplazamiento L. Partiendo de la ecuación de Continuidad se deduce que: v =ki

La velocidad del flujo es directamente proporcional al gradiente hidráulico.

Darcy construyo sus filtros de arena finas, generalmente en estos suelos el flujo del agua es laminar, mientras que las cargas hidráulicas no sean excesivas, en suelos aún más finos el agua fluye a velocidades aun menores.

Velocidad de descarga, velocidad de filtración y velocidad real. – La velocidad v que se deduce directamente de la ley de Darcy, se llama velocidad de descarga o simplemente velocidad, la velocidad v1 que toma en cuenta la existencia de una fase solida impermeable, se llama velocidad de filtración y es la velocidad media de avance del agua en la dirección del flujo. v 1=

1+e v e

Sin embargo, en la velocidad de filtración se supuso que el agua tenia trayectoria recta al pasar a lo largo del filtro y eso no representa la velocidad con la cual el agua se está moviendo, ya que el agua recorre una línea irregular de longitud Lm, entonces V2 será la media real de dicha velocidad: v 2=v 1

Lm 1+e Lm = v L e L

Métodos para Medir el Coeficiente de Permeabilidad del Suelo. –

El coeficiente de permeabilidad de un suelo es un dato con mucha importancia, ya que tiene un alcance de criterio basado en la experiencia y repercute en la elaboración de los cálculos a la hora de proyectar o diseñar. Existen varios métodos para la determinación de tal coeficiente unos directos y otros indirectos, por ejemplo:

a)

Directos:  Permeámetro de carga constante  Permeámetro de carga variable  Prueba Directa de suelos en el Lugar

b)

Indirectos:  Cálculo a partir de la curva granulométrica  Cálculo a partir de la prueba de consolidación  Calculo con la prueba horizontal de capilaridad

A continuación de describen algunos métodos, otros quedaran expuestos en el momento que se estudie cada tema por particular, lo cual será en otros cursos más adelante y otros temas vistos en dicho curso un poco más adelante.

Métodos a partir de la Curva Granulométrica. – Desde hace tiempo se ha tratado de hallar correlación entre la granulometría de un material y su permeabilidad, y es obvio que, si existe, por ejemplo: en suelos arenosos gruesos los poros entre partículas minerales son relativamente grandes por tal razón la permeabilidad resulta alta y en suelos con granos más pequeños la permeabilidad resulta mucho menor. Existen algunas expresiones que son muy toscas a la hora de arrojar un resultado debido a muchos factores que se incluyen en las mismas expresiones y que no deben tomarse como una verdad absoluta ni como formulas definidas y exactas; ya que los métodos más precisos son más complicados y muy costosos. Prácticamente todos los métodos en estudio siguen la fórmula clásica de Alle Hazen: k =C D210

cm ( seg )

Donde: K = coeficiente de permeabilidad D10 = Diámetro Efectivo de Hazen

Hazen obtuvo su fórmula experimentando con arenas Uniformes con diámetros efectivo de 0.1 y 3 mm en estos suelos C arrojo un valor entre 41 y 146. El valor C =

116 suele mencionarse como un promedio aceptable de las de las experiencias de Hazen; sin embargo, por sentido común muchos tipos de suelos quedan fuera de estos valores, aun así, según las investigaciones de Hazen la variación de C para esos tipos de suelos restantes quedan fuera por ser excesivos y a su vez hacen que la formula o expresión no sea confiable. Otro factor que influye en esta expresión es la Temperatura ya que con ella la viscosidad del agua va a variar, es por ello que se incluye: k =C ( 0.7+0.03 t ) D 210 Siendo t en grados °C Otros investigadores como Schlichter tomado en cuenta otros factores además de la temperatura tal como la compacidad: k =771(

D210 )( 0.7+0.03 t ) c

Donde c es una función de n

Terzaghi también puso de su cosecha y da para suelos arenosos: k =C1 D210 ( 0.7+ 0.03t ) Donde: C1 =C0

(

n−0.13 3 √ 1−n

2

)

Donde la porosidad y el Co un coeficiente indicado en la tabla:

Cabe mencionar que Otros Investigadores también han descubierto otros valores y otros aspectos partiendo de Hazen.

Permeámetro de Carga Constante. – Este medo es el más simple para determinar el coeficiente de permeabilidad de un suelo, por ejemplo: Tenemos una muestra de suelo de área transversal A y longitud L, confinada en un tubo, se somete a una carga hidráulica h. El Agua Fluye a través de la muestra midiéndose la cantidad en cm3 que pasa en el tiempo t. aplicando la ley de Darcy: V =kAit Donde V es la cantidad de agua. El gradiente hidráulico medio vale i=

h L

Por lo tanto: ¿^ VL k= ¿ El inconveniente del permeámetro es que en suelos poco permeables el tiempo de prueba se hace tan largo que deja de ser practico.

Permeámetro de Carga Variable. – Con este tipo de permeámetro de carga variable se mide la cantidad de agua que atraviesa, una muestra de suelo por diferencia de niveles en un tubo alimentador; en las siguientes imágenes aparecen dos tipos de dispositivos

a)

Para suelos con mayor finos b) Para materiales más gruesos

Cuando se ejecuta la prueba se llena de agua el tubo vertical del permeámetro, observando su descenso a medida que el agua atraviesa la muestra: a = Área del tubo vertical de carga A = Área de la Muestra L = Longitud de la Muestra h1 = Carga hidráulica de la prueba h2 = Carga Hidráulica al final de la prueba hc = Altura de ascensión capilar, que debe reducir de la lectura total del tubo de carga t = Tiempo requerido para la carga hidráulica h1 y h2 según la ley de Darcy: dV =kAi dt=kA

h dt L

El agua habrá tenido un descenso dh: dV =−a dh Igualando ambas expresiones kA

h dt = L

−a dh

(Integrando)

k=

la At

ln

h1 la h1 =2.3 log h2 At h2

Siendo t el tiempo de la prueba, con el inciso b de la figura anterior es más sencillo llegar a la expresión: k =2.3

L h1 log t h2

Cuando la caída de la carga hidráulica sea pequeña en comparación a la carga media, podrá usarse el permeámetro de carga variable donde: h=

h 1+h 2 2

El permeámetro de carga variable, se usan solo en suelos relativamente permeables, generalmente arenas y limos o mezcla de esos materiales, no plásticas. La razón es que la naja permeabilidad de las arcillas daría lugar a tiempos de prueba muy largos y los cambios de temperatura producirían errores importantes. Cuando se use un permeámetro en que el agua fluya hacia abajo a través del suelo, debe tenerse especial cuidado de impedir la formación de una nata limosa sobre la superficie de la muestra, lo cual sucede cuando la superficie superior se perturba bajo el agua y permite la sedimentación del material; este efecto se puede eliminar limpiando la superficie con un chorro de agua suave estando la muestra sumergida y cubriendo dicha superficie con una capa de arena más gruesa y más permeable que la muestra misma. Es muy importante realizar la prueba de permeabilidad en muestras inalteradas en arcillas y también en suelos arenosos o limosos plásticos o poco plástico; realizar estas pruebas con una muestra alterada dará una ideal totalmente errónea de la permeabilidad del suelo. Las muestras para las pruebas de permeabilidad deben ser pequeñas, pues eso dará varias ventajas: 1. Puede ejecutarse mejor la prueba y hacer varias pruebas, lo cual nos dará una aproximación más cercana al tener de parámetro varias pruebas. 2. Son menos quebradizas. Como se mencionó anteriormente las muestras representativas de suelo deben ser inalteradas y se ha comprobado que el uso de la parafina no ha dado resultados por su poca adherencia al suelo húmedo, aun así, poniendo capas delgadas y secando lentamente. El sello más eficaz es un gel Bentonitico como se observa a continuación.

Pasos: a) La muestra se Coloca en el interior de un cilindro, colocando a su vez una placa de vidrio húmedo y se llena el espacio anular con parafina derretida hasta una altura de 0.5 cm, dejándose enfriar; este anillo de parafina proporciona un sostén a la prueba; el resto del espacio se llena con gel Bentonitico, inyectándolo con un tubito de vidrio unido a un bulbo de hule. b) Se deja reposar hasta que el gel se endurece y se limpia con mucho cuidado la superficie superior, y se coloca una capa de arena fina para su protección. c) Por ultimo todo el anillo y la muestra se protegen con una capa de arena Ottawa Estándar y se retira la placa de vidrio quitando la parafina que haya quedado pegado a la cara inferior de la muestra. El lugar de la capa de vidrio lo ocupa ahora una malla de bronce o latón que mantiene la muestra en posición. Si se va a trabajar con suelo remoldeados, poco o nada plásticos, el material debe secarse al horno, usando una malla apropiada en su base; en cambio una muestra suelta se coloca a volteo a través de un embudo, cayendo el material de una altura constante. Una muestra compactada se coloca por capas delgadas compactando con un pistón de hule, raspando las superficies para evitar napas. Las dimensiones de los permeámetros y los alimentadores pueden tener una amplia gama de tamaños según se requiera, ya se había comentado que cuando se usaba arcilla en la prueba de permeámetro de carga constante los tiempos eran muy extensos, pero se ha comprobado que si el gradiente hidráulico se aumenta los tiempos se reducen.

Factores que Influyen en la Permeabilidad de los suelos. –

I.- La relación de Vacíos II.- La Temperatura del Agua III.- La estructura y estratificación del suelo IV.- La existencia de agujeros, fisuras etc.

I.-

K=k ´ F ( e ) , k´ es una constante real de la temperatura del agua, e = 1.0 y F

=1 para fines prácticos: a). - F(e) =

e2

para arenas

b). – F(e) = C2 (e – eo) para arcillas. Descritas así por el flujo de agua.

Prueba Horizontal de Capilaridad. – La rapidez con la que se eleva el agua por acción capilar, en un suelo es una medida indirecta de la permeabilidad, Terzaghi desarrollo un método practico para estimaciones de permeabilidad en el campo; dicha prueba sirvió de antecedente a lo que hoy conocemos como Prueba Horizontal de Capilaridad.

El método consiste en colocar una muestra de suelo en un tubo vertical transparente, detenida por una malla apropiada colocada en el extremo inferior, si fija el tubo de tal manera que la base quede justamente bajo el nivel del agua como se aprecia en la figura anterior. Se hacen observación de la superficie de avance ascendente del agua a partir del instante en que comenzó el experimento, haciendo una gráfica del valor de h contra los correspondientes tiempos, de obtiene una curva similar a las que aparecen abajo, llamadas curvas maestras.

Aunque el procedimiento es simple, el análisis teórico del método es laborioso; las curvas teóricas resultan ser asíntotas horizontales respecto a la altura de la elevación capilar y al diámetro del tubo, mientras que por otra parte las curvas empíricas no están definidas, pues los suelos reales contienen poros de muchos tamaños.

La distancia x recorrida en el tiempo t, por el agua en el interior de la muestra, resulta ser: x 2=mt Donde m es una constante de suelo relacionada con el coeficiente de permeabilidad en la forma: m2=z ´ k Donde z´ es un valor constante para un tipo de suelo dado, que puede determinarse por medio de unas cuantas pruebas de calibración; las cuales consisten en hacer pruebas con permeámetros (ensayos de permeabilidad) proporcionando el valor de k.

conociendo z´ del tipo de suelo con que se trabaje se podrá aplicarse sistemáticamente la prueba horizontal de capilaridad a otras muestras del mismo material. Cuando realizamos una prueba horizontal de permeabilidad es conveniente medir la distancia “x” que el agua ha recorrido a través de la muestra en cm, y el tiempo correspondiente en minutos e introducir una constante adicional, de tal manera que el coeficiente de permeabilidad k quede expresado automáticamente por una cantidad multiplicado por

−4

10

por lo cual la constante z´ quedara sustituida por

una nueva constante llamada Z. 2

k=

m 10−4 Z

Donde m representa el cuadrado de la distancia x en cm, que el agua recorre en el primer minuto, valor extrapolado de una serie de observaciones que se dibujan con puntos que quedan sobre una línea recta. En general se ha observado que Z varía entre 10 y 50, por ejemplo, para arenas limosas, secadas al horno se obtiene un valor del orden 20. A fin de evitar desviaciones en los resultados de las pruebas, los suelos deben tratarse siempre de la misma manera, secándolos al horno y enfriándose en un desecador antes de la prueba. Las pruebas horizontales de capilaridad son útiles como pruebas rápidas de campo, para la clasificación de los materiales de bancos; especialmente en la construcción de presas de tierra. Existen suelos difíciles de manejar para realizar dicha prueba, para ello se debe tener el equipo adecuado y la experiencia necesaria para controlar la prueba. Si la relación obtenida de dibuja en escalas logarítmicas se tienen ciertas ventajas ya que las rectas quedan representadas a 45°, por lo cual un solo punto que toque la línea de 45° es suficiente para trazar esas rectas, leyendo el valor de m directamente en la intersección de la línea del eje t = 1 min. No obstante, es usual determinar varios puntos de trazado a la recta de 45° que más se apegue; algunas veces sucede que los puntos van cayendo perfectamente sobre la recta de 45° pero la línea a veces brinca bruscamente a una distancia corta como se observa en la figura de abajo en las líneas B, B´, B´´, estas irregularidades se deben al hecho de que la muestra se comprime por presión capilar a un grado tal que realmente se fisura en frente del agua, estas fisuras pueden notarse en la muestra observando con mucho detalle. Otra ventaja del trazo logarítmico es que los resultados de pruebas hechas en

materiales de permeabilidad bastantes diferentes pueden disponerse cómodamente en una solo gráfica, mientras que el trazo aritmético requiere de muchos gráficos con distintas escalas.

Usando una constante Z = 20 los resultados de las pruebas representan a los coeficientes de permeabilidad siguientes: Curva A m = 20 k=

m 2 −4 10 Z

y

= 20 x

Z = 20 10−4

cm/seg

Curva B m = 4.5 y k=

m 2 −4 10 Z

= 1.01 x

Z = 20 −4

10

cm/seg

Si la sección permeable de una presa de tierra ha de estar formada por ejemplo de material con k > 20 x material con k