MECÀNICA DEL SÒL I DE LES ROQUES

Miguel Cano González

MECÀNICA DEL SÒL

I DE LES ROQUES

Tema 4 – Identificació de l'estructura

dels sòls

GRANULOMETRIA

• Límits granulomètrics (USGS, en mm)

– Blocs > 200 – Cudols: 60 – 200 – Graves: 2 – 60 • Gruixudes: 20 – 60 • Mitjanes: 6 – 20 • Fines: 2 – 6 – Arenes: 0.06 – 2 • Gruixudes: 0.6 – 2 • Mitjanes: 0.2 – 0.6 • Fines: 0.06 – 0.2 – Llims: 0.002 – 0.06 – Argiles: <0.002 Gruixuts Fins

GRANULOMETRIA

• Mètode de determinació:

Assaigs

granulomètrics

– Per a partícules fines: Assaig granulomètric per sedimentació

• Basat en la llei de Stokes: la velocitat de caiguda de les

partícules en un medi fluid és proporcional al quadrat del seu diàmetre

– Per a partícules gruixudes: Assaig granulomètric per tamisatge

• Assecat en estufa

• Tamisatge a través de tamisos de llum de malla

GRANULOMETRIA

Assaig granulomètric per sedimentació:

• Basat en la llei de Stokes: la velocitat de caiguda de les partícules en un medi fluid és proporcional al quadrat del seu diàmetre

• Mètode de la pipeta i mètode del densímetre • Errors del mètode del densímetre:

– Hi ha interferència interpartícula i amb les parets de la proveta.

– Els grans d'argila no són esfèrics.

– El pes específic de les partícules no és uniforme.

D = (C/(_s-_w) x (z/t))1/2

v = z/t = (_s-_w) x D2 / (C )

z 

GRANULOMETRIA

Assaig per tamisatge

Llum de malla més gruixuda

Llum de malla més fina Safata d’arreplega de fins

GRANULOMETRIA

• Resultats: La corba granulomètrica

 Diàmetre efectiu o eficaç  permeabilitat  Coef. d’uniformitat  Coeficient de curvatura 0.001 0.010 0.100

1.000DIAMETRO DE LAS PARTICULAS (mm)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 % PASA 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 % R E TIE N E 0.001 0.010 0.100 1.000 10 60 / D D C_U  ) /( _{60 10} 2 30 D D D C_C  10 D Si ↑C _u menys uniformitat

GRANULOMETRIA

• Resultats: La corba granulomètrica

• Uniforme: C_u < 5 • Poc uniforme: 20 > C_u > 5 • Ben graduada: C_u > 20 Uniforme Contínua Discontínua Poc uniforme

Aquests paràmetres ajuden a determinar l'origen geològic dels sediments

EQUIVALENT D'ARENA

EA=0 argila pura EA=20 sòl plàstic EA=40 sòl no plàstic

EA=100 Arena pura neta

EA>75 Bé per a formigó i morters

PLASTICITAT DELS SÒLS

• Un sòl fi (amb un cert grau de cohesió) només

pot existir en la naturalesa en quatre estats de

consistència en funció de la seua humitat:

– Sòlid – quan està sec

– Semisòlid

– Plàstic

– Líquid – barreja fluida d'aigua i sòl

Límit de retracció Límit plàstic, w_P Límit líquid, w_L

PLASTICITAT DELS SÒLS

• Significat físic: com més

gran siga la quantitat d'aigua

que conté un sòl, menor serà

la interacció entre partícules

adjacents i més s'aproximarà

el sòl, en el seu

comportament, al d'un líquid

Origen de l'aigua adsorbida per les partícules d'un sòl

Estat de les partícules per a diversos estats de consistència

PLASTICITAT DELS SÒLS

• Límits d'Atterberg

– Quantifiquen els continguts en aigua (expressats com a humitat del sòl) pels quals es produeixen els canvis d'estat “sòlid – semisòlid” i “semisòlid – plàstic”.

– La seua determinació és prou subjectiva; no obstant això, el seu ús és molt extens, perquè els resultats obtinguts són prou orientatius sobre el comportament del sòl.

PLASTICITAT DELS SÒLS

• Límits d'Atterberg

– Límit plàstic (WP): humitat del sòl quan comencen a

desfer-se petits cilindres de sòl d‘almenys 3 mm

– Límit líquid (WL): humitat per a la qual la resistència a la

cisalla del sòl és prou baixa perquè el sòl fluïsca i tanque 12 mm d'una esquerda estàndard a exactament 25 colps

– Índex de plasticitat (PI) = WL – WP

– Índex de consistència (IC) = (W_L – W) / I_p  Per a sòls

PLASTICITAT DELS SÒLS

• Determinació del límit plàstic

Material per a la determinació del LP Tamisatge a 0.4 mm per a separar la

PLASTICITAT DELS SÒLS

PLASTICITAT DELS SÒLS

• Determinació del límit plàstic

Cilindres resultants Detall clevills

Aquests cilindres (aprox. 3 mm) s'introdueixen en un vas i es pesa el conjunt abans d'introduir-lo en l'estufa, on s'asseca la mostra per a després, per diferència de

masses, determinar la humitat del sòl

PLASTICITAT DELS SÒLS

• Determinació del límit líquid amb la cullera de

Casagrande

PLASTICITAT DELS SÒLS

Acanaladors

Cullera de Casagrande

• Determinació del límit líquid amb la

cullera de Casagrande

PLASTICITAT DELS SÒLS

• Determinació del límit líquid amb la cullera de

Casagrande (Preparació de la mostra de sòl)

PLASTICITAT DE SÒLS

• Determinació del límit líquid amb la cullera de

Casagrande (realització de l’esquerda)

PLASTICITAT DE SÒLS

• Determinació del límit líquid amb la cullera de

Casagrande (realització de l'assaig)

PLASTICITAT DE SÒLS

Nre. de colps per a tancar la canaleta

Esquerda tancada de 12 mm de longitud

Aquest procés es realitza dues vegades: en una, la humitat ha de ser baixa, així el nre. de colps serà elevat (entre 25 i 35, aprox.), i després es repeteix l'assaig afegint-hi aigua a la mostra

(augmenta la humitat), de manera que el nre. de colps descendeix (entre 15 i 25 aprox.)

• Determinació del Límit Líquid amb la cullera de

Casagrande (Finalització de l'assaig)

PLASTICITAT DELS SÒLS

15

28

29 32 36

• Determinació del límit líquid amb la cullera de

Casagrande

PLASTICITAT DELS SÒLS

• Determinació del límit líquid amb el

penetròmetre de con

W %

Penetració, mm

20 mm W_L

PLASTICITAT DELS SÒLS

• Els límits d'Atterberg estan relacionats amb la

quantitat d'aigua adsorbida sobre la superfície de

les partícules del sòl.

• A causa del gran augment de la superfície per

unitat de pes en disminuir la grandària de les

partícules, pot esperar-se que la quantitat

d'aigua estiga molt influenciada per la quantitat

de partícules de grandària fina d'un sòl

• En sòls cohesius saturats, normalment 

W

< W < W

PROPIETATS D'ARGILES

Índex de dispersió:

• Facilitat amb la qual els terrossos d'argila s'esmicolen (enfonsen) en aigua.

• Un sòl amb alta dispersió és erosionable

PROPIETATS DE LES ARGILES

Susceptibilitat:

• Quocient entre la resistència al tall sense drenatge d'una argila en estat natural i després del seu pastat amb un contingut d'humitat constant. S=s_u-inalterada/s_u-pastada

• ↑S  ↑ pèrdua de s_u en alterar l'estructura de la mostra. • Exemple típic  quick clay  S>16

SUSCEPTIBILITAT DESCRIPCIÓ S ≈ 1 No susceptible 1<S<2 Baixa susceptibilitat 2<S<4 Susceptibilitat mitjana 4<S<8 Susceptibles 8<S<16 Molt susceptibles 16<S Ràpides (quick clays)

Susceptibilitat:

El lliscament de Rissa, a Noruega (29-4-1978).

 5-6 milions m3 _{ Causa = construcció terraplè  1 mort}

 Argiles marines o argiles ràpides (quick clay)  Baixa resistència enfront d'esforços de tall ràpids i pèrdua de

resistència quan es pasten o reemmotlen  Es comporten com un líquid viscós capaç de fluir amb baixes pendents a gran velocitat (20-40 km/h)

 Dipòsit marí de baixa densitat  estructures en “castell de naips”  Carrega elèctrica no compensada + sals en l'aigua intersticial.

 En quedar emergides  reducció de la salinitat interparticular  material inestable (quick clay)

 Quan s’incrementa la tensió de tall  col·lapse de

l’estructura en “castell de naips”  l'esforç no pot ser resistit per l'edifici estructural  l'esforç es transfereix a l'aigua  s'incrementa u ( = ’ + u)  disminueix la tensió efectiva  Coulomb: la resistència al tall baixa ( = c’ + ( – u) tg´

PROPIETATS DE LES ARGILES

Activitat col·loïdal

• Activitat = IP / Fracció argilenca

• Permet comparar la capacitat d'adsorció d'aigua (que depèn de la superfície específica  forma de les fulletes d'argila) per a una mateixa quantitat de fins

0 20 40 60 80 % fracción 2 micras 0 20 40 60 80 IP 0 20 40 60 80 % fracción 2 micras 0 20 40 60 80 IP A ≈ 0.6

PROPIETATS DE LES ARGILES

Argiles inactives A < 0.75

Argiles normals 0.75 < A < 1.25 Argiles actives 1.25 < A < 2.00

Activitat de sòls del sud de la província d'Alacant

Influència % fins en l’IP Influència naturalesa dels fins en l’IP

Tixotropia

• Pèrdua de resistència d'un col·loide en pastar-lo i la seua posterior recuperació amb el temps.

• Aquestes argiles es converteixen en líquides en pastar-les i se solidifiquen en repòs (sense assecar-se).

• La bentonita és un exemple  s’empra en sondejos i murs pantalla

Mineralogia

• Proporciona la composició dels minerals argilencs.

• Aporta gran informació sobre el tipus i comportament de l'argila.

• E. g.: ↑ montmoril·lonita  Expansivitat • Difracció de raigs X

Contingut de matèria orgànica

• S'expressa com a percentatge de MO en relació al pes sec de sòl:

• MO=M_MO/M_S x 100 • Mètodes d'estimació:

– Mètodes químics  Mètode de Schollemberg – Mètodes físics  Pèrdua al foc

PROPIETATS DE LES ARGILES

Contingut de carbonat càlcic

• Indicatiu de la seua resistència mecànica i de la sensibilitat a l'aigua.

• Mètode calcímetre de Bernard

• CaCO₃ + 2HCl  H₂O + CaCl₂ + CO₂

DESCRIPCIÓ

CaCO

Argila

0-10

Argila margosa

10-30

Marga

30-70

Calcària margosa

70-90

Calcària

90-100

CLASSIFICACIÓ DE SÒLS

Sistema unificat de classificació de sòls

• Símbols de grup (prefix i sufix)

H L

CLASSIFICACIÓ DE SÒLS

Divisiones mayores Simb Nombre del grupo

Suelos granulares gruesos más del 50% retenido en el tamiz nº200 (0.075 mm) Grava > 50% de la fracción gruesa retenida en el tamiz nº4 (4.75 mm) grava limpia <5% más pequeña que el tamiz nº200

GW grava bien graduada, grava

fina a gruesa

GP grava pobremente graduada

grava con >12% finos GM grava limosa GC grava arcillosa Arena < 50% de fracción gruesa que pasa el tamiz nº4

Arena limpia SW

Arena bien graduada, arena fina a gruesa.

SP Arena pobremente graduada

Arena con >12% finos

SM Arena limosa

SC Arena arcillosa

Suelos con finos graduados más del 50% pasa el tamiz No.200 limos y arcillas límite líquido < 50 inorgánico ML limo CL arcilla

orgánico OL Limo orgánico, arcilla

orgánica

limo y arcilla límite líquido ≥ 50

inorgánico MH

limo de alta plasticidad, limoelástico

CH Arcilla de alta plasticidad

orgánico OH Arcilla orgánica, Limo

orgánico

CLASSIFICACIÓ DE SÒLS