1 relaciones de peso y volumen

7/24/2019 1 Relaciones de Peso y Volumen

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Conceptos bsicos

Fases del suelo, Relaciones de peso y volumen


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Las propiedades de peso y volumen de un suelo definen el estado delsuelo. Cuando en Ingeniera Civil trabajamos con suelos,normalmente es necesario conocer caractersticas tales como elespacio ocupado por los vacos en el suelo, la cantidad de aguacontenida en el suelo, el peso unitario del suelo. Estas magnitudes,junto con algunas otras son requeridas para el diseo en geotcnica.

El suelo consta de tres fases constituyentes:FASE SLIDA: fragmentos de roca, minerales, materia orgnicaFASE LQUIDA: agua, con algunos componentes disueltos en ella (sales)FASE GASEOSA: aire o vapor de agua


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Fases del suelo

aire

agua

suelo

Suelo hmedo

Ws

Wv Ww

Waaire

suelo

Suelo seco

Vw = 0

Vs

VvVw

Va

Suelo saturado

agua

suelo

Va = 0


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Relaciones de peso y volumen

Relacin de vacosWw

aire

agua

sueloWs

WvWa

Vs

Vv

Vw

Va

e = Vv/ VsComo puede verse, en principio

e=0 es un caso hipottico

e > 1 ejemplos suelos blandos del Puerto de Montevideo


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Relaciones de peso y volumen

Porosidad

n = Vv/ VT

Wwaire

agua

sueloWs

WvWa

Vs

Vv

Vw

Va

= Vv/(Vv+Vs)= Va+Vw/(Va+Vw +Vs)

0< n


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Relaciones de peso y volumenLa relacin de vacosy la porosidadestn relacionadas

por las siguientes frmulas:

e = 1/ (1-n) n = e/(1+e)

En general se puede afirmar que

disminuye su permeabilidadal disminuir e y n en un suelo disminuye su compresibilidad

aumenta su resistencia al corte


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Grado de Saturacin

El grado de saturacin(S) indica en porcentaje el volumen devacos que est lleno de agua.Es la relacin entre el volumen de agua (Vw) y el volumen de vacos (Vv).

Esta relacin puede variar entre 0 (suelo seco) y 100 % (suelo saturado).

S (%) = Vw/Vv


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Humedad naturalEs la relacin entre el peso del agua libre contenida

naturalmente en el suelo referida al peso de suelo seco ydefinida como porcentaje

wn = Ww/Ws x 100

Es una propiedad de estado, vara con la variacin de la napa

fretica y en los suelos prximos a la superficie, con latemperatura exterior. Es mayor que 0 y puede ser mayor que100 (ej. suelos blandos del Puerto de Montevideo)


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La humedad natural est directamente relacionada con lasdistintas propiedades del suelo:

resistencia

compresibilidad

y en particular con su capacidad de ser compactado

Humedad natural


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Densidad y Peso especfico

Peso Unitario del Suelo Seco (PUSS)Peso especfico seco

Peso Unitario del Suelo Hmedo (PUSH)

Peso especfico hmedoH=PUSH = WT/(VT) =(Ws+Ww)/VT

d=PUSS = Ws/VT

Puede verse fcilmente que :

PUSH = (1+Ww/Ws)x Ws/VT =(1+wn/100) x PUSS


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O mejor ,

PUSS = PUSH/(1+wn/100)

Relacin muy usada en compactacin de suelos

Densidad y Peso especfico


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e = s/ d - 1

S (%) = wn/w x

Se demuestran fcilmente las siguientes relaciones:

(1/d 1/s )1 Con w = 1

Relaciones entre parmetros


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Pesos especficos de slidos de algunos suelos

tipo de suelo s(kN/m )

arena de cuarzo 26,4 - 26,6limo 26,7 - 27,3

arcilla 27,0 - 29,0yeso 26,0 - 27,5

loes 26,5 - 27,3turba 13,0 -19,0


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Procesamiento de datos

P1P

2

P4

P5P3P1P

2

P4

P5P3

No existe el suelo perfectamente homogneo, ni istropo, porlo que generalmente se estudian distintos perfiles del terreno

obtenidos mediante sondeos y calicatas.Finalmente se realizan distintos ensayos de campo ylaboratorio obtenindose las propiedades del terreno y su

posicionamiento plani-altimtrico.

zo(x,y)

z1(x,y)

z2(x,y)


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Es obvio que cuanto ms ensayos tengamos msinformacin tendremos sobre el suelo

Pero, cmo procesar los resultados?

Para eso la herramienta fundamental es la Estadstica


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XX

frecuenciaDado un tipo de ensayo, se obtienenen el terreno resultados que pueden

representarse en un histograma defrecuencias.

XXmn XmxAdems de los valores mnimo ymximo que determinan el intervalo

de resultados obtenidos, se definendistintos parmetros que caracterizanesta propiedad del suelo.


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Procesamiento de datosParmetros bsicos

Media = x = 1 /n xi

Varianza = Var = 2 = 1 /(n-1) (xi - x)2

Desvo estndar =

Coeficiente de Variacin = CV = / x x 100


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Procesamiento de datosMedia = x = 1 /n xi [X]Es un indicador del valor ms representativo del

conjunto de resultados obtenidos.

Varianza = Var = 2 = 1 /(n-1) (xi- x)2 [X]2

Desvo estndar = [X]Son indicadores de la dispersin del conjunto devalores obtenidos respecto a la media.

Coeficiente de Variacin = CV = / x x100 (%)


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Procesamiento de datosEstos parmetros permiten calificar al suelo- Si el desvo y la varianza son muy pequeos, los resultados de los

ensayos son muy prximos a la Media, podemos considerar que lapropiedad considerada tiene un valor constante para el sueloestudiado en el sitio considerado.

- Si desvo y varianza son muy altos, no podemos considerar lapropiedad constante, sino variable en el entorno [Xmn , Xmx].

X

X

XmxXmn

XX


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Resumen-El suelo es un sistema de tres fases: slida, lquida y gaseosa

-Estas tres fases tienen vital importancia en su comportamientoIngenieril.

-Pueden definirse distintos parmetros y propiedades quedefinen el estado del suelo: ndice de vacos, porosidad,humedad natural, densidad hmeda y seca, peso especfico departculas slidas, grado de saturacin.

-El estudio de estos parmetros y propiedades debe hacersecon el apoyo de la herramienta estadstica.


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Ejemplos de casos en UruguayFormacin Libertad-Dolores

ensayo humedad optima PUSmx1 17.4 1.792 17.8 1.813 18.4 1.784 17.0 1.79

5 19.0 1.736 17.2 1.807 18.0 1.758 18.2 1.779 14.8 1.9010 14.5 1.86

11 16.8 1.8412 15.0 1.88media 17.0 1.8desvo 1.49 0.05CV (%) 8.75 2.88

PUSM vs Hopt

PUSM = -0.0324Hopt + 2.359

R2= 0.86

1.70

1.75

1.80

1.851.90

1.95

2.00

10.0 15.0 20.0humedad ptima (%)

PUSM(

kg/dm3)

Humedad nat. vs.

profundidad

0

2

4

6

15 20 25 30 35

humedad nat. (%)

prof.(m))


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Wopt d e S (%)s= 2,68 18,54 1,608 0,667 74,5(kg/dm3) 21,52 1,525 0,758 76,1

23,6 1,545 0,734 86,0

20,70 1,566 0,711 78,0

20,23 1,592 0,683 79,3

20,04 1,604 0,670 80,1

23,14 1,464 0,830 74,7

19,05 1,647 0,628 81,3

16,79 1,545 0,735 61,320,64 1,546 0,734 75,419,25 1,558 0,720 71,621,95 1,565 0,712 82,620,83 1,584 0,692 80,723,79 1,514 0,770 82,824,94 1,487 0,802 83,322,79 1,488 0,801 76,322,89 1,557 0,722 85,025,79 1,506 0,780 88,617,97 1,676 0,599 80,4

20,64 1,581 0,696 79,523,89 1,516 0,768 83,421,01 1,554 0,725 77,719,26 1,621 0,653 79,014,56 1,582 0,694 56,2

Promedio 20,99 1,56 0,72 78,08Desvo 2,6 0,051 0,056 7,2

CV(%) 12,6 3,3 7,8 9,2

Formacin Fray Bentos

Planta de celulosa de MBopicuResultados de ensayos de compactacin


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Suelos de la ciudad de Cardona

Para el clculo del ndice de poros se asume s = 2,65 grs/cm3

Cateo No. Prof. nat. d e n(mts) (%) (gr/cm3) (gr/cm3)

1 0,4 20,2 1,34 1,11 1,38 0,586 0,3 16,8 1,42 1,22 1,18 0,548 0,15 23,3 1,21 0,98 1,70 0,639 0,67 15,5 1,42 1,23 1,16 0,5413 0,37 23,8 1,36 1,10 1,41 0,5918 24,6 1,30 1,04 1,54 0,6122 0,35 22,1 1,33 1,09 1,43 0,5923 0,3 26,7 1,20 0,95 1,80 0,6429 0,2 26,8 1,38 1,09 1,43 0,59

promedio 22,2 1,33 1,09 1,45 0,59desvo 4,0 0,08 0,09 0,21 0,04CV % 18,1 6,1 8,6 14,6 6,0

Parmetros del suelo en estado natural.

Datos obtenidos de ensayos realizados en la subrasante depavimentos de la ciudad de Cardona


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Ampliacin de superficie terrestre del Puerto.

Fondo de la baha: suelos compresibles y bajo poder soporte.

Terrapln (espign F): acopio de maderas superficie 4 h - 12 h5 m de espesor, apoyado sobre suelo compresiblesuelos no seleccionados, escombros y restos dedemoliciones.

Puerto de Montevideo


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1era (preliminar), al Sur del espign F, antes de la construccin del terrapln(perforaciones P1 a P6)

2da, fuera de la zona de influencia del terrapln, suelo natural (PA, PB, PC)

3era, zona del terrapln denominada Zona A (6 perforaciones)

Estudios de suelo

P2

P6

P1

P3

P5

P4

PC

PA

Esp

ignF

PB

Zona A

N


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Resultados de los estudios de suelo

Capa de suelo compresible:

Espesor 3 a 5 m

Consistencia muy blanda

Clasificacin CH y MHAlta plasticidad (wLprom = 111 %, wPmedia = 37 %)

Valores altos de humedad natural (wnmedia = 116%)

Suelos finos, ms del 70% pasa por el tamiz N200

ngulo de friccin interna y cohesin nulos

N del SPT nulos


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Resultados obtenidos en la capa de suelo compresible

Tercera campaa, bajo el terrapln, Zona A

Humedad

NaturalWN (%)

Lmite

LquidoWL (%)

Lmite

PlsticoWP (%)

Densidad

Hmeda

H (kg/dm3)

Densidad

Seca

D (kg/dm3)

N ensayos 25 18 18 15 15

Media 133 103 34 1,39 0,62Desvo 23 19 5 0,04 0,08

CV (%) 17 18 15 3 13

HumedadNatural

WN (%)

LmiteLquido

WL (%)

LmitePlstico

WP (%)

DensidadHmeda

H (kg/dm3)

DensidadSeca

D (kg/dm3)

N ensayos 38 22 22 20 20

Media 89 130 39 1,42 0,75Desvo 11 9 5 0,04 0,04

CV (%) 12 7 14 3 6

Humedad

Natural

WN (%)

Lmite

Lquido

WL (%)

Lmite

Plstico

WP (%)

N ensayos 12 10 10

Media 164 83 38Desvo 14 7 9

CV (%) 9 8 22

Primera campaa

Segunda campaa, fuera de zona de influencia del terrapln


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Puerto de Montevideo eo no2,017 0,6691,853 0,649

2,543 0,7182,492 0,7143,163 0,7603,361 0,7713,251 0,7653,299 0,7672,621 0,7242,300 0,6972,524 0,716

2,224 0,6902,429 0,7082,455 0,7112,210 0,6882,174 0,685


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29

-10,0

-5,0

0,0

5,0

10,0

15,0

1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100

Progresivas (m)

Cota(m

)

Cota terraplen Zt (m)

Cota terreno promedio Zo (m)

Cota terreno compresible Zc (m)

1,6

1k3861k360

1k420

Zona I ZonaII

1k600

ZonaIII

Terrapln del acceso Norte al

Puente sobre el Ro Santa Luca:Proceso constructivo y clculo de Estabilidad.


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30

Puente sobre ro Santa Lucaacceso San Jos

Cateo prof. Wn WL WP Wntriax Wncons dtriax dcons eo S

(m) (%) (%) (%) (%) (%) kgf/dm3 kgf/dm3 (%)

1 1,20/1,80 60 38 17 52,0 48,0 1,19 1,08 1,464 88P1 2 3,20/3,80 45 32 19 26,3 1,53 0,729 96

3 6,20/6,80 36 27 21 30,1 1,39 0,907 92

4 1,69/2,19 50 32 17 41,7 64,0 1,31 1,11 1,389 10041,4 1,32

P2 5 2,69/3,19 30 28 18 28,9 30,0 1,52 1,49 0,777 100

41,5 1,30

6 0,54/1,14 30 30 17 29,8 26,4 1,44 1,54 0,721 100P4 7 1,54/2,14 49 31 18 38,3 53,8 1,27 1,13 1,340 100

43,4 1,34

8 3,54/4,14 37 29 17 17,9 1,74 0,527 93

9 0,37/0,97 25 49,8 29,5 1,16 1,43 0,854 94

86,8 0,9210 2,37/2,97 54 37,0 31,3 1,36 1,41 0,881 98

P5 50,2 1,2011 3,37/3,97 49 43,3 42,6 1,23 1,21 1,185 98

12 5,37/5,97 52 42,9 52,0 1,25 1,10 1,388 98

1 relaciones de peso y volumen

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