Miguel Cano González

MECÀNICA DEL SÒL I DE LES ROQUES

Tema 4 – Identificació de l'estructura dels sòls

Dept. d'Enginyeria Civil - Àrea d'Enginyeria del Terreny

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

Grui

xuts

Fins

GRANULOMETRIA

GRANULOMETRIA

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

decreixent

GRANULOMETRIAAssaig 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

GRANULOMETRIAAssaig 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

0.0010.0100.1001.000DIAMETRO DE LAS PARTICULAS (mm)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

% P

ASA

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

% R

ETIENE

0.0010.0100.1001.000

1060 / DDCU

)/( 1060230 DDDCC

10D

Si ↑C u menys uniformitat

GRANULOMETRIA• Resultats: La corba granulomètrica

• Uniforme: Cu < 5• Poc uniforme: 20 > Cu > 5• Ben graduada: Cu > 20

Uniforme

Contínua

Discontínua

Poc uniforme

Aquests paràmetres ajuden a determinar l'origen geològic dels sediments

Ben graduada

EQUIVALENT D'ARENA

Floculat d'argila

Arena

Aigua

Proveta

h1

h2

EA=(h1/h2)x100

- Proporció de sòl fi i granular:

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

EA<25 Sòl plàstic perillós

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, wP

Límit líquid, wL

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) = (WL – W) / Ip Per a sòls blans Ic≈0 i rígids Ic>1.

PLASTICITAT DELS SÒLS

• Determinació del límit plàstic

Material per a la determinació del LPTamisatge a 0.4 mm per a separar la fracció fina de la gruixuda

PLASTICITAT DELS SÒLS

• Determinació del límit plàstic

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

Material per a l'assaig

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 3632

• Determinació del límit líquid amb la cullera de Casagrande

PLASTICITAT DELS SÒLS• Determinació del límit líquid amb el

penetròmetre de con

W %

Penetració, mm20 mm

WL

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 WP < W < WL

• Estructures floculades W > WL

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

Assaig de Crumb Assaig Pinhole

PROPIETATS DE LES ARGILESSusceptibilitat:• 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=su-inalterada/su-pastada

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

SUSCEPTIBILITAT DESCRIPCIÓS ≈ 1 No susceptible

1<S<2 Baixa susceptibilitat2<S<4 Susceptibilitat mitjana4<S<8 Susceptibles8<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.

PROPIETATS DE LES ARGILES

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

PROPIETATS DE LES ARGILEShttp://www.ngi.no/en/Areas-of-research-and-development/Soil-and-rock-slides/The-Quick-Clay-Landslide-at-Rissa---1978/

El lliscament de Rissa

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

PROPIETATS DE LES ARGILES

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

PROPIETATS DE LES ARGILES

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

PROPIETATS DE LES ARGILES

Contingut de matèria orgànica• S'expressa com a percentatge de MO en relació al pes

sec de sòl: • MO=MMO/MS x 100• Mètodes d'estimació:

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

PROPIETATS DE LES ARGILES

PROPIETATS DE LES ARGILESContingut 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 CaCO3

Argila 0-10Argila margosa 10-30

Marga 30-70Calcària margosa 70-90

Calcària 90-100

CLASSIFICACIÓ DE SÒLS

Sistema unificat de classificació de sòls• Símbols de grup (prefix i sufix)

HL

CLASSIFICACIÓ DE SÒLSDivisiones mayores Simb Nombre del grupo

Suelos granulares gruesosmás 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 limpiaSW Arena bien graduada, arena

fina a gruesa.SP Arena pobremente graduada

Arena con >12% finos

SM Arena limosaSC Arena arcillosa

Suelos con finos graduadosmás del 50% pasa el tamiz No.200

limos y arcillaslímite líquido < 50

inorgánicoML limoCL arcilla

orgánico OL Limo orgánico, arcilla orgánica

limo y arcillalímite líquido ≥ 50

inorgánicoMH limo de alta plasticidad,

limoelásticoCH Arcilla de alta plasticidad

orgánico OH Arcilla orgánica, Limo orgánico

Suelos altamente orgánicos Pt turba

CLASSIFICACIÓ DE SÒLS• Carta de Casagrande