Guia de Mecanica de Suelos I.docx

UNIVESIDAD NACIONAL DE SAN MARTÍN

MECACANICA DE SUELOS

MECANICA DE SUELOS

INTRODUCCION

En Mecánica de Suelos (MS) se estudia las propiedades y comportamiento del suelo, se lo utiliza

como material de construcción o soporte de

estructuras (terreno de fundación), básicamente de

cimentaciones que son los elementos que transmiten

las cargas de la estructura al terreno. Se sirve de la

recolección y análisis de muestras, para luego

obtener sus resultados y determinación de sus

características físicas, mecánicas y la reacción de

masas de suelos durante la aplicación rápida de

cargas, las cuales serán aplicadas en los diseños de las distintas obras de ingeniería.

El ingeniero civil debe enfrentarse con diversos

e importantes problemas, planteados por el

terreno y sí todas las estructuras: edificios,

puentes, carreteras, túneles, muros, torres,

canales, presas, etc. deberán cimentarse sobre

la superficie de la tierra o dentro de ella (sub

suelo), y para que una estructura se comporte

satisfactoriamente, debe poseer una cimentación adecuada.

Cuando el terreno firme o resistente está próximo a la superficie, una forma viable de transmitir al

terreno las cargas concentradas de los muros o columnas de un edificio es mediante zapatas. Un

sistema de zapatas se denomina cimentación superficial.

Cuando el terreno denso (compacto) no está próximo a la superficie, un sistema habitual para

transmitir el peso de una estructura al terreno es mediante elementos verticales como pilotes o

caissons.

El suelo es el material de construcción más abundante del mundo y en muchas zonas constituye,

de hecho, el único material disponible localmente. Cuando el ingeniero emplea el suelo como

material de construcción debe seleccionar el tipo adecuado de suelo, así como el método de

colocación y, luego, controlar su colocación en obra. Ejemplos de suelo como material de

construcción son las presas de tierra, pavimentos, rellenos, terraplenes, etc.

1



La topografía, otro problema común, así cuando la superficie del terreno no es horizontal y existe

una componente del peso que tiende a provocar el deslizamiento del suelo. Si a lo largo de una

superficie potencial de deslizamiento, los esfuerzos tangenciales debidos al peso o cualquier otra

causa (como agua de filtración, peso de una estructura o fuerzas horizontales producidas por un

terremoto) superan la resistencia al corte del suelo, se produce el deslizamiento de una parte del

terreno.

También tenemos otras estructuras muy ligadas a la mecánica de suelos, son aquellas

construidas bajo la superficie del terreno como las alcantarillas y túneles, entre otros, y que están

sometidas a las fuerzas que ejerce el suelo en contacto con las mismas.

Las estructuras de contención, son otro problema a resolver con el apoyo de la mecánica de

suelos, entre las más comunes están los muros de gravedad, los tablestacados, las pantallas

ancladas y los muros en tierra armada.

El suelo por su complejidad requiere ser estudiado en forma minuciosa con pericia y precisión,

de lo cual depende la seguridad y vida útil de cualquier obra de construcción civil.

Antes los problemas de mecánica de suelos se resolvían en forma empírica o por tanteos,

trayendo como consecuencia riesgo de seguridad y economía.

La reparación de fallas o defectos en la cimentación por lo general son costosas. Muchas veces

se descubren después que la estructura ha estado en uso durante años. Generalmente el

problema se debe al análisis inadecuado de la ingeniería y por no tomar en cuenta ciertas

condiciones predecibles.

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PRIMERA UNIDAD

SUELO :

Definición, Origen y formación, Clases, Textura y estructura de los suelos.

1.1.SUELO

Es el estrato o estratos sueltos de material sin consolidar provenientes de la

meteorización y descomposición de la roca.

Es una mezcla de partículas sólidas, líquidas y gaseosas.

Es una pequeña capa formada por la desintegración y descomposición de los

últimos niveles de la corteza terrestre de nuestro planeta tierra.

1.2. ORIGEN Y FORMACIÓN DE LOS SUELOS

La corteza terrestre es atacada principalmente por el aire y las aguas, siendo los

medios de acción de estas sustancias sumamente variadas. Todos los mecanismos

de ataque pueden incluirse en dos grupos:

a. DESINTEGRACIÓN MECÁNICA.- Es la intemperización de las rocas por

agentes físicos, estos agentes son:

Cambios de temperatura

Congelación del agua

Organismos y plantas.

Todos estos agentes llegan a formar el suelo (arenas, limos y solo en casos

especiales arcillas).

b. DESCOMPOSICIÓN QUIMICA.- Se refiere a la acción de agentes que atacan a

las rocas modificando su constitución mineralógica o química, el principal agente

es el agua, siendo los mecanismos de ataque, la oxidación, la hidratación y la

carbonatación. Los efectos químicos de la vegetación juegan un papel no

despreciable.

Estos mecanismos generalmente producen arcilla como último producto, todos

los efectos anteriores suelen acentuarse con los cambios de temperatura, por lo

3



cuál es frecuente encontrar formaciones arcillosas de importancia en zonas

húmedas y cálidas, mientras que son típicas de zonas más frías formaciones

arenosas o limosas, más gruesas.

En los desiertos cálidos, la falta de agua hace que los fenómenos de

descomposición no se desarrollen, por lo cual la arena predomina en estas

zonas.

ESQUEMA DE LA DESCOMPOSICION QUIMICA

1.3. CLASES DE SUELOS:

a. Suelos residuales.- Son producto del ataque de los agentes del intemperismo,

suelen quedarse en el lugar directamente sobre la roca de la cual se derivan.

b. Suelos Transportados.- Los suelos pueden ser removidos del lugar de

formación, por los mismos agentes geológicos y redepositados en otra zona. Así

se generan suelos que sobreyacen sobre otros estratos sin relación directa con

ellos.

Existen en la naturaleza numerosos agentes de transporte de los cuales podemos

citar como principales los glaciares, el viento, los ríos y corrientes de agua

superficial, los mares y fuerzas de gravedad; estos factores actúan a menudo

combinadamente. En el siguiente esquema de un corte transversal podemos

apreciar las formaciones de los suelos durante vida geológica de la tierra.

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Esquema de la formación de los suelos

1.4. ESTRUCTURA Y TEXTURA DE LOS SUELOS

DEFINICIÓN.- Definimos como Estructura a la propiedad de los suelos que produce

una respuesta a los cambios exteriores y solicitaciones tales como el agua, cargas

(edificios, pavimentos, etc.) respectivamente. Esta propiedad involucra tanto el arreglo

geométrico de las partículas como a las fuerzas que están sobre ellas, Involucra

conceptos como “gradación”, “arreglo”, “vacíos”, fuerzas ligantes y fuerzas eléctricas

asociadas. Textura es la apariencia superficial, depende del tamaño, forma y

graduación de las partículas.

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ESTRUCTURA DE LOS SUELOS GRUESOS.-

Predominan las fuerzas gravitacionales, depende en gran medida de la forma de las

partículas, de su tamaño y de cómo están organizadas. Así su resistencia o

comportamiento hidráulico se ven gradualmente afectados por circunstancias tales

como la orientación de las partículas o la cantidad de vacíos existentes en su masa.

En las figuras se muestran el arreglo de sus partículas. En el gráfico (a) se observa el

arreglo denominado estado más suelto y en el (b) se observa el arreglo denominado

estado más compacto.

Notándose que la cantidad de vacíos en ambos es diferente es decir con relación

de vacíos máx. y mín. en el arreglo de este tipo de partículas, como las partículas

reales difieren de la forma esférica rara vez da un arreglo real y en consecuencia

los diferentes tamaños y formas se combinan para formar suelos muy densos o

sueltos.

Utilizando ambas estructuras se puede concluir que la segunda (densa) exige un

arreglo mejor que la primera, es decir la resistencia que pueda tener el suelo es

mayor y que las partículas menores contribuyen al soporte de cargas y el tener

menor cantidad de vacíos existe menos posibilidad de deformación. En la

naturaleza el suelo se presenta en un estado intermedio donde la relación de

vacíos podría denominarse estado natural (en) que en cierto modo representa el

grado de acomodo entre partículas.

DENSIDAD RELATIVA (Dr.)

La densidad relativa es un término relacionado con el grado de acomodo

de las partículas de un suelo. Matemáticamente puede calcularse con la

ecuación:

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La Dr%, es sinónimo de que un suelo es de partículas gruesas,

correspondiendo en valores menores, menor será la resistencia; si a mayor Dr

%, mayor será la resistencia.

ESTRUCTURA DE LOS SUELOS COHESIVOS

El conocimiento

de la

composición

interna de las

láminas de

arcilla es más

importante a

nivel básico que

a nivel ingenieril, sin embargo es útil comprender su composición a fin de

establecer su comportamiento.

Investigaciones recientes, señalan el ambiente electroquímico, que existe en el

agua, en el momento de la formación del suelo como el factor más influyente en

su futuro comportamiento y la sedimentación individual de tales estructuras,

produce las denominadas estructuras: Floculenta, Panaloide, Castillo de naipes y

Dispersa.

ESTRUCTURA FLOCULENTA (arcilla)

Cuando en el proceso de sedimentación, dos partículas de diámetros

menores de 0.002mm llegan a tocarse, se adhieren y se sedimentan juntas;

así otras partículas pueden Unirse al grupo, formando un grumo, con

estructura similar a un panal. Cuando estos grumos llegan al fondo forman

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Dr %=eMáx .−eNat .

eMáx .−eMín .

x 100

Si : eNat .=eMáx .⇒D r=0%eNat .=eMín .⇒Dr=100 %0 %≤Dr≤100 %



a su

vez

panales, cuyas bóvedas no están ya formadas por partículas individuales;

sino por los grumos mencionados. El rnecanismo anterior produce una

estructura muy blanda y suelta, con gran volumen de vacíos, llamada

floculenta y a veces, panaloide de orden superior.

Las partículas menores de 0,0002 mm = 0.2 micra se consideran ya

coloides; estas partículas pueden permanecer en suspensión

indefinidamente, pues en ellas el peso ejerce poca influencia en

comparación con, las fuerzas eléctricas desarrolladas entre las partículas

cargadas negativamente, según ya se dijo y con las fuerzas moleculares

ejercidas por la propia agua; cuando dos de estas partículas tienden a

acercarse, sus cargas ejercen una repulsión que las aleja de nuevo; las

vibraciones moleculares del agua, impiden que las partículas se precipiten;

el resultado es un movimiento característico en rápido zigzag, conocido

como browniano ( el botánico inglés Brown lo observó por vez primera al

estudiar suspensiones de clorofila al microscopio).

Por este mecanismo, las partículas coloidales de suelo en suspensión no se

sedimentarían jamás. Las cargas eléctricas de la partículas coloidales

pueden, sin embargo, neutralizarse bajo la influencia de la adición de iones

de carga positiva opuesta; un electrolito, por ejemplo un ácido tal como el

clorhídrico, se disocia en agua en iones positivos y negativos (CI- y H+); por

el efecto de los iones H+ en solución, los coloides neutralizan sus cargas y

chocan entre sí, quedando unidos por las fuerzas de adherencia

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desarrolladas. De esta manera pueden empezar a formarse los flóculos de

mayor masa, que ya tienden a depositarse.

En las aguas de mar, sales contenidas actúan como electrolito haciendo

posible la generación del mecanismo antes descrito; en otras aguas

naturales la disociación normal de algunas moléculas (H+, OH-) que

siempre se produce, la presencia de sales, etc…, logra el mismo efecto.

Los flóculos se unen entre si para formar panales, que se depositan

conjuntamente, formando al tocar fondo nuevos panales y dando lugar a

una forma extraordinaria difusa de estructura en la que el volumen del

solidó puede no representar mas de un 5 -10%.

Conforme aumenta el peso debido a la sedimentación continua, las capas

inferiores expulsan agua y se consolidan más. Durante este proceso, las

partículas y grumos se acercan entre sí y es posible que esta

estructuración tan poco firme al principio, alcance resistencias de

importancia.

ESTRUCTURA PANALOIDE

Esta estructura considerada típica en granos de pequeño tamaño (0.002mm

de

diámetro

o algo

menores) que se depositan en un medio continuo, normalmente agua y, en

ocasiones aire. En estas partículas, la gravitación ejerce un efecto que hace

que tiendan

a

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sedimentarse, pero su pequeña masa, otras fuerzas naturales pueden

hacerse de magnitud comparable; concretamente, si la partícula antes de

llegar al fondo del deposito, toca a otra partícula ya depositada, la fuerza de

adherencia desarrollada entre ambas, puede neutralizar al peso, haciendo

que la partícula quede detenida antes de completar su carrera; otra

partícula puede ahora añadirse y el conjunto de ellas podrá llegar a formar

una celda, con cantidad importante de vacíos, a modo de panal mostrada

en la figura. Las fuerzas de adherencia, causantes de estas estructuras son

fuerzas superficiales, ya mencionadas anteriormente.

ESTRUCTURA EN CASTILLO DE NAIPES

Las investigaciones realizadas en partículas de caolinitas, ilitas y

montmorilonitas demuestran que la longitud de ellas es del mismo orden de

magnitud que su ancho y que el espesor varía de 1/100 de estas

dimensiones, en las montmorilonitas, a 1/10 en las caolinitas, ocupando las

ilitas una posición intermedia. Con estos datos es posible estimar que la

superficie especificada de estas partículas (metros cuadrados de área

superficial por gramo de peso) es el orden de 10 en las caolinitas, 80 en las

ilitas y 800 en las montmorilonitas; estas cifras cobran toda su importancia

al considerar la acción de las fuerzas superficiales como factor que

interviene en la estructuración, no siendo difícil concebir que tal factor llegue

a ser determinante.

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Corresponde a la naturaleza bipolar de las láminas de arcilla donde existe

atracción entre los extremos (-) y las partes centrales (+).

ESTRUCTURA DIFUSA

Algunas investigaciones modernas han indicado que una hipótesis

estructural del tipo de "castillo de naipes" en la cual las partículas tienen

contactos mutuos, si bien puede aceptarse como real en muchos casos,

quizá no es la más estable en la que pudiera pensarse. Cualquier

perturbación que pueda existir, como deformación por esfuerzo cortante,

tiende en general a disminuir los ángulos entre las diferentes láminas de

material. Conforme esto sucede actúan entre las partículas presiones

osmóticas inversamente proporcionales al espaciamiento entre ellas. Las

presiones osmóticas tienden a hacer que las partículas se separen y

adopten una, posición tal como la que, esquemáticamente se muestra.

COMPOSICION DE LAS ARCILLAS

Están compuestas por silicatos de Aluminio, Hierro y Silicatos de Magnesio. Con

estructura cristalina dispuestas en forma de hojas de un libro con dos unidades

elementales para armar la estructura de estos minerales. Están formados por:

Lámina silícica.- conformada por 4 átomos de oxigeno dispuestos en los puntos de

un tetraedro, que encierran a un átomo de silicio.

11Un átomo de oxigeno que constituye un nexo con otro tetraedro similar formándose cadenas hexagonaleslugar a la denominada lámina silícica



Lámina Alumínica.- Conformada por 6 átomos de oxigeno con la configuración de un

octaedro, que encierran a un átomo de aluminio.

PRINCIPALES PROPIEDADES DE LOS SUELOS.

1. Estabilidad volumétrica: Los cambios de humedad son la principal fuente: Se levantan

los pavimentos, inclinan los postes y se rompen tubos y muros.

2. Resistencia mecánica: La humedad la reduce, la compactación o el secado la eleva. La

disolución de cristales (arcillas sensitivas), baja la resistencia.

3. Permeabilidad: La presión de poros elevada provoca deslizamientos y el flujo de agua, a

través del suelo, puede originar tubificación y arrastre de partículas sólidas.

4. Durabilidad: El intemperismo, la erosión y la abrasión amenazan la vida útil de un suelo,

como elemento estructural o funcional.

5. Compresibilidad: Afecta la permeabilidad, altera la magnitud y sentido de las fuerzas

ínter partículas, modificando la resistencia del suelo al esfuerzo cortante y provocando

desplazamientos.

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ESQUEMA DE LA LÁMINA ALUMÍNICA

Un átomo de oxigeno que constituye un nexo con otro tetraedro similar formándose cadenas hexagonaleslugar a la denominada lámina silícica

ESQUEMA DE LA LÁMINA SILÍCICA



Las propiedades mencionadas anteriormente se pueden modificar o alterar de muchas

formas: por medios mecánicos, drenaje, medios eléctricos, cambios de temperatura o

adición de estabilizantes (cal, cemento, asfalto, sales, etc.).

DEFINICIONES IMPORTANTES

Geotecnia: Es la ciencia que se basa en el conocimiento de la geología y la mecánica de

los suelos.

Geología: Es la ciencia que estudia a la tierra y los fenómenos que ocurren durante la

vida en el planeta.

Mecánica de suelos: Es la ciencia que estudia las propiedades y comportamiento del

suelo, al cual se lo utiliza como material de construcción o soporte de estructuras (terreno de

fundación), básicamente de cimentaciones que son los elementos que transmiten las cargas

de la estructura al terreno

Sensibilidad: Conocida como susceptibilidad de una arcilla, es la propiedad por la cual,

al perder el suelo su estructura natural, cambia su resistencia, haciéndose menor, y su

compresibilidad, aumenta.

Tixotropía: Propiedad que tienen las arcillas, en mayor o menor grado, por la cual,

después de haber sido ablandada por manipulación o agitación, puede recuperar su

resistencia y rigidez, si se le deja en reposo y sin cambiar el contenido de agua inicial.

Desagregación: Deleznamiento o desintegración del suelo, dañando su estructura,

anegando el material seco y sometiéndolo a calor.

Suelo grueso-granular: Son los de mayor tamaño: Cantos Rodados, gravas y arenas.

Su comportamiento está gobernado por las fuerzas de gravedad.

Suelos fino: Son los limos y arcillas. Su comportamiento está regido por fuerzas

eléctricas, fundamentalmente.

Suelos pulverulentos (desintegrados): Son los no cohesivos, o suelos gruesos, pero

limpios (sin finos); es decir, los gruesos -granulares limpios.

Arcillas Vs limos: En estado seco o húmedo, tiene más cohesión la arcilla. La arcilla

seca es dura mientras el limo es friable o pulverizable. Húmedos, la arcilla es plástica y el

limo poco plástico. Al tacto, la arcilla es más suave y a la vista el brillo más durable.

Suelos especiales:

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Suelos expansivos: Se denomina así a ciertos tipos de arcillas “Grasas”

pegajosas que absorben agua y se hinchan. Cuando se secan se contraen y se

agrietan, a esta acción se le conoce como dilatación - contracción del Suelo.

Estos suelos existen en muchas zonas, generalmente en climas secos.

Como algunos suelos se dilatan o se contraen fundamentalmente debido a los

cambios en el contenido de agua, esto se debe a un tipo de arcilla que recibe el

nombre de “Montmorillonita” se dilatan o encogen, según se añada o se extraiga

agua, uno de los componentes que esta presente es un material llamado

“Bentonita”

Estas arcillas tienen una capacidad de expansión de 8 a 16 veces su volumen.

Identificación de suelos expansivos

Haciendo uso de la carta de plasticidad, se indican los grados de capacidad

expansiva y los intervalos correspondientes del índice de plasticidad.

El hecho de que un suelo con elevado potencial de expansión, se expanda en la

realidad depende de varios factores. El de mayor importancia es la diferencia entre la

humedad de campo en el momento de la construcción y la humedad de equilibrio que

se alcanzará finalmente con la estructura terminada

Suelos dispersivos: En estos suelos ocurre una defloculación de las arcillas. El

fenómeno químico es propio de suelos salinos, cuando, por presencia de sodio se

desplaza el agua recién venida y adsorbida, para romper los enlaces.

El chequeo del potencial dispersivo se hace contando iones disueltos de Na+, Mg++,

Ca++, K+ y comparando con el total de sales en términos de concentración.

El efecto de la dispersión es la erosión interna (tubificación) y la pérdida de

resistencia por destrucción de la estructura del suelo.

En un ensayo de erodabilidad, todos los suelos dispersivos son erodables. Los

suelos dispersivos son sódicos - cálcicos y el remedio es echar cal viva para sacar el

Na+. Se presentan en el Huila y Guajira (ambiente árido y suelo marino)

Suelos colapsables: Los suelos colapsables son aquellos que al ser humedecidos o

al aplicárseles una pequeña carga adicional, sufren una radical redistribución de sus

partículas, reduciendo marcadamente su volumen, los grandes asentamientos que

ocurren pueden causar diversos problemas a las edificaciones, servicios públicos

vitales y otras obras de Ingeniería.

La mayoría de los suelos colapsables que se presentan en estado natural son

eólicos, es decir, arenas y/o limos depositados por el viento, tales como los loes, las

playas eólicas y los depósitos de polvo volcánico, los cuales tienen altas relaciones

de vacíos, pesos específicos bajos y sin cohesión o solo ligeramente cohesivos, Los

depósitos de loes tienen partículas de tamaño de limo. La cohesión en los loes puede

ser el resultado de la presencia de arcilla alrededor de las partículas de tamaño de

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limo, que las mantiene en una condición bastante estable en un estado no saturado.

La cohesión también es ocasionada por la presencia de precipitados químicos

lixiviados por el agua de lluvia. Cuando el suelo se satura, la adhesión de la arcilla

pierde su resistencia y por tanto sufre un colapso estructural.

Muchos suelos colapsables son suelos residuales producto del intemperismo de la

roca madre. Este proceso produce suelos con un gran rango de tamaños de

partículas. Los materiales solubles y coloidales son lavados por agentes de

transporte, resultando grandes relaciones de vacíos y por consiguiente estructuras

inestables.

En los suelos potencialmente colapsables que no contienen sales solubles, la mayor

parte del asentamiento ocurre al producirse la saturación. En cambio, en suelos con

un porcentaje significativo de estas, debido a que su pérdida ocurre en el tiempo, el

asentamiento es gradual y en algunos casos el lavado de suelos puede producir

grandes agujeros.

Suelos orgánicos: El primer producto de estos materiales es la turba, materia

orgánica en descomposición. Por su porosidad, tiene alto contenido de humedad,

baja resistencia, alta compresibilidad e inestabilidad química (oxidable). Deben

evitarse como material de fundación y como piso para rellenos. El humus es de

utilidad económica y ambiental, por lo que debe preservarse.

Suelos solubles: La disolución se presenta en suelos calcáreos (calizas – yesos); El

ácido carbónico producido, ataca de nuevo los carbonatos del suelo, por lo que es

recomendable aislar la obra del flujo de agua.

Ca CO3 + H2O + CO2---------------------- Ca (OH) 2 + H2CO3

El ácido carbónico

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SEGUNDA UNIDAD:

Relaciones Volumétricas y Gravimétricas

2.1. Introducción

En un suelo se distinguen tres fases constituyentes: sólida, líquida y gaseosa. La fase

sólida está formada por las partículas minerales del suelo (incluyendo la capa sólida

adsorbida). La fase líquida formada por el agua libre específicamente, aunque en el

suelo pueden existir otros líquidos de menor significación. La fase gaseosa comprende

sobre todo el aire, pero pueden estar presentes otros gases (vapores sulfurosos,

anhídrido carbónico, etc.)

Las fases líquida y gaseosa del suelo suelen comprenderse en el volumen de vacíos (Vv),

mientras que la fase sólida constituye el volumen de sólidos (Vs). Se dice que un suelo es

totalmente saturado cuando todos sus vacíos están ocupados por agua. Un suelo en tal

circunstancia consta, como caso particular de solo dos fases, sólida y líquida.

Es importante considerar las características morfológicas de un conjunto de partículas

sólidas, en un medio fluido. Eso es el suelo. Las relaciones entre las diferentes fases

constitutivas del suelo (sólida, líquida y gaseosa), permiten avanzar sobre el análisis de la

distribución de las partículas por tamaños y sobre el grado de plasticidad del conjunto.

En los laboratorios de mecánica de suelos puede determinarse fácilmente el peso de las

muestras húmedas, el peso de las muestras secadas al horno y la gravedad específica de

las partículas que conforman el suelo, entre otras.

Las relaciones entre las fases del suelo tienen una amplia aplicación en la Mecánica de

Suelos para el cálculo de esfuerzos. La relación entre las fases, la granulometría y los

límites de Atterberg se utilizan para clasificar el suelo y estimar su comportamiento.

Modelar el suelo es colocar fronteras que no existen. El suelo es un modelo discreto y eso

entra en la modelación con dos parámetros, e y n (relación de vacíos y porosidad), y con las

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fases. El agua adherida a la superficie de las partículas, entra en la fase sólida. En la

líquida, sólo el agua libre que podemos sacar a 105 °C cuando, después de 24 o 18 horas,

el peso del suelo no baja más y permanece constante.

2.2. FASES DEL SUELO

En el suelo puede observarse la existencia de una fase sólida formada por las partículas

minerales, una fase líquida que seria el agua intersticial libre y una parte gaseosa que reúne

al aire o vapores producto de la descomposición orgánica atrapados entre los sólidos.

En Mecánica de Suelos, se relaciona el peso de las distintas fases del suelo con sus

volúmenes correspondientes, por medio del concepto del peso específico.

Peso especifico aparente (gm): Conocido como peso volumétrico, densidad aparente,

peso específico de masa

…………………………………………...(1)

Peso especifico del agua (gw ):

go = gw…………………………………………………….En condiciones

prácticas

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γm=W m

Vm

=W s+Wω

Vm



Peso especifico del agua destilada (go): a 4°C y a P.A. n. m. en sistemas derivados del

métrico decimal es igual a 1 ó a una potencia de 10.

Peso especifico de los sólidos (gs):

2.4 ≤

gs ≤ 2.9 gr./cm3

En los laboratorios de Mecánica de Suelos puede determinarse fácilmente el peso de

las muestras húmedas y secas en el horno o estufa y el peso específico relativo de los

suelos.

Estas magnitudes no son las únicas cuyo cálculo es necesario, es preciso obtener

relaciones volumétricas y gravimétricas para poder determinar otras magnitudes en

términos de estas.

Peso Específico Relativo: Viene hacer la relación entre el peso específico de la

sustancia y el peso específico del agua destilada a 4° C y sujeta a una atmósfera de

presión.

Peso especifico relativo de la muestra (Sm):

…………………..……………………… (3)

Peso especifico relativo de los sólidos (Ss):

...…………..……………………….………….… (4)

2.3. RELACIONES FUNDAMENTALES PARA EL MANEJO DE LAS PROPIEDADES MECANICAS DE LOS SUELOS.

Relación de vacíos (e): También conocido como proporción de vacíos

e = Vv/Vs………………………………..…………………………………….. (5)

0 < e < ¥ ………………………variación teórica

0.25 < e < 15……………………..variación practica

0.25, para arenas muy compactas, a 15, para arcillas altamente compresibles.

Porosidad (h %):

h% = Vv/Vm ………………………………………………………………… (6)

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γ s=W s

V s

. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .(2)

Sm=γm/γ o=Wm

Vm γ o

Ss=γ sγ o=W s

V sγ o



0 <h < 100 ……………………….variación teórica (suelos con fase sólida)

20% <h< 25%……………………..variación práctica.

Grado de saturación (GW %):

Gw % = (Vw/Vv)*100……………………………………………………… (7)

0% < Gw < 100%

0………………….Suelos secos

100……………….suelos saturados

Contenido de humedad (w%):

……………………………………………… (8)

2.4. CORRELACION ENTRE LA RELACION DE VACIOS Y POROSIDAD.

Si consideramos una muestra de suelo, adoptando el valor de la unidad (1) para el

volumen de sólidos se obtiene:

Solución:

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ω%=W ω

W s

x 100

1 . Como dato : V=1 ; Incognitas :Vm , V v , W s , Wω

2 . Consideremos el concepto de Ss : Ss=W s

V s

x γ 0→W s=Ss γ0

3 . De la ecuación (8 ) : ω=WωW s

→W ω=ωSs γ 0

4 . De la ecuación (5 ): e=V v

V s

→V v=1

5 . Aplicando la la definición de porosidad

η=V v

V m

=e1+e

⋯⋯⋯(9 ) ⇒ e=η1−η

⋯⋯⋯⋯(10 )



2.5. FORMULAS PARA SUELOS SATURADOS Y PARCIALMENTE SATURADOS.

SUELOS SATURADOS.

Se considera un suelo con dos fases: La sólida y líquida, en otras palabras los vacíos están

ocupados íntegramente por el líquido (agua). En el esquema (a) consideramos Vs = 1 y en

(b) consideramos Vm = 1

20

Esquema de suelo (a) Esquema de suelo (b)1 . De la formula ( 4 ) obtenemos : 1 . De la formula (6 ) obtenemos :

Ss=W s

V s γ 0

→W s=Ss γ 0 η=V v

Vm

→η=V v

2 . De la formula (5 ) obtenemos : 2 . De la formula (4 ) obtenemos

: e=V v

V s

→V v=e Ss=W s

V s γ 0

→W s=(1−η )Ss γ 0

3 .Del concepto de γ 0 obtenemos : 3. De la formula (3 ) obtenemos

γ 0=Wω

Vω

→Vω=V v=e γ 0=W ω

Vω→Wω=η γ0

W ω=eγ0



De la formula (8) obtenemos:

…………………….. ………………….. (11)

De la formula (1) y (3), obtenemos:

Sm=γmγo

… (3 ) γm=W m

V m

… (1)

Sm=Ss γo+eγ o(1+e ) γ o

=Ss+e1+e

=Ss(1+ω)1+Ssω

=n+ (1−n )Ss………………… (12)

γm=Sm γo=Ss+eγ o=Ss γo (1+ω )=n+(1−n )Ss γ o ..………………(13)

SUELOS PARCIALMENTE SATURADOS

21

ω=Wω

W s

=eγoSsγ o

⇒e=ω Ss

1 . De la formula (5 ) obtenemos : 1 . De la formula (6) obtenemos :

V v=e Ss=W s /V s γ0→V s=1Ss γ0

2 . De la formula ( 4 ) obtenemos : 2 . De la formula (8) obtenemos

Ss=W s /V s γ0→W s=SsV s γ0 ω=W ω

W s

→W ω=ω

3 . De la formula (8) obtenemos : 3. De la formula (2 ) obtenemos

ω=W ω

W s

→W ω=ω Ss γ 0 γ s=W s

V s

=1V s

→e=V v

V s

⇒V v=eSs γ 0



De las formulas (1), (3) y (7) obtenemos:

De (1)

De (3)

………………………………………….….......... (15)

De (7)

2.6. PESO VOLUMETRICO SECO O DENSIDAD SECA ( gd )

En el esquema (a) de suelos saturados:

Peso volumétrico en función de la humedad

22

γm=1+ω1+e

γ s⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(14 )

γm=W s+W ω

Vm

=Ss γ o+WSs γ o

1+eSí :Ss=

γsγ 0

⇒ γs=Ss γ 0

γ s+ωγ s1+e

=(1+ω )γ s1+e

⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(ok )

Sm=(1+ω )Ss

1+e

Gω %=ω Ss

ex100⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(16 )

Sm=γmγ0

=(1+ω) γ 0 Ss

(1+e ) γ 0

=(1+ω)Ss

(1+e )⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(ok )

Gω %=V ω

V v

x 100 ; pero γ o=W ω

V ω

⇒V ω=Wω

γ o=ωSsγ oγ o

∴Gω%=ωS s

ex100 . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .OK

γm=W s+W ω

V s+V v

=W s

V s+V v

=Ssγ o (1+ω )

1+eγ d=

W s+W ω=0

V s+V v

=W s

V s+V v

=Ss γ o1+e

. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .(17)



2.7. SUELOS SUMERGIDOS (g’)

Esto supone considerar el suelo saturado y sumergido, según la ley de Arquímedes, el

suelo experimenta un empuje hidrostático hacia arriba, igual al peso del agua

desalojada.

23

γ d=γ h1+ω

Donde : γ h :Peso volumétrico

ω :Contenido de humedad



W suelosumergido=V s γ sat−V aguaγ oSi :V s=V aguadesplazada

WSuelo sumergido = Vs (gsat - go) Entonces despejando:

W s

V s

=γ ´=γ sat−γ o

Peso específico de sólidos sumergido g’ = gsat - go; como go = 1 gr/cm3

g’ = gsat – 1 (en gr/cm3)............................................................... ……(18)

PESO ESPECIFICO DE LA MASA SUMERGIDA (g’m)

g’m = gm – 1 (en gr/cm3)……………………………………….…………… (19)

En suelos bajo el nivel freático (suelo sumergido) el empuje hidrostático influye en los pesos

específicos tal como se anota, ya que los suelos sufren un empuje ascensional que en

magnitud es igual al volumen del líquido desplazado. En el cálculo del peso específico

aparente debe contemplarse la posibilidad de que este se encuentre totalmente saturado.

S’s = Ss – 1…………………………………………………………………………… (19´)

S’m = Sm – 1…………………………………………………………. ………………...(20)

Peso específico de sólidos

Suelo γd (gr/Cm3) Suelo γd (gr/Cm3)

Arena de cuarzo 2.65 Montmorillonita 2.41Grava 2.25 - 2.40 Caolinita 2.6

24

Empuje hidrostático V×γ o

γ sat=W s+W ω

V s+V v

=Ss γ o+eγo1+e

.. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . ..( 21 )

γ sat=[ (1−n )Ss+n ] γ o



Limo 2.65 - 2.68 Cuarzo 2..66Arcilla arenosa 2.68 - 2.72 Calcita 2.72Arcilla gravosa 2.73 - 2.75 Mica 2.80 - 2.90

Peso específico seco (γd)

SueloEstado

Seco Húmedo Saturado

Arena suelta 1.50 1.70 2.00Arena med. compacta 1.80 1.90 2.00

Arcilla 2.00 1.90

FORMULAS ADICIONALES

Donde:

25

Porosidad y relación de vacíos

SueloPorosidad (η

%)

Relación de vacíos

(℮)

Grava 40 - 45 0.67 - 1.22Grava Arenosa 15 - 40 0.187-0.67

Arena 20 - 50 0.75 - 1.00Limo arenoso 20 - 30 0.25 - 0.43

Limo 40 - 65 0.67 - 1.85Arcilla compacta 20 - 40 0.25 - 0.67Arcilla gravosa 40 - 90 0.67 - 2.00Arcilla rígida 30 -50 0.43 -1.00

Arcilla plástica 40 -70 0.67 - 2.33Fango 70 - 90 2.33 - 2.90

γ d= (1−η )Ss γ o

η=γ s−γ dγ s

x100…. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . 23

e=γ s−γdγd

. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. 24C r%=D r%=( γd−γ dmim

γdmáx−γ dmím )γ dmáxγ d

x100 .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. . 25



2.8.

PROBLEMAS RESUELTOS:

PRBLEMA Nª 1. Dado el contenido de agua de un suelo saturado y su peso específico

relativo de sólidos, encuentre el peso específico de la masa de ese suelo. Utilice un

esquema en que figuren sólo las cantidades conocidas.

Solución

Por definición:

Si:

Además:

El peso específico de la masa por definición es:

En el esquema:

PROBLEMA Nª 2 Dados n y Vm = 1, encontrar SS para un suelo saturado. Utilice un

esquema en que figuren sólo las cantidades conocidas.

Solución:

Por definición:

26

Sólido

1

Líquido

Líquido

γ d : Peso específico sec o In Situγ dmáx . : Peso específico seco en el estado más densoγ dmím : Peso específico sec o en el estado más suelto

W S=1∴w=WWω

ωγ 0

ω%=(Wω /W s)×100

SS=W S

V S γ0

∴V S=1

SS γ0

VW=WW

γ0

∴V W=wγ 0

11

SS γ 0

γm=Wm

vm

∴ γm=SS γ 01+w

1+wSSγm=

1+wwγ 0

+1

SS γ0

γm=γm−γ 0=SS γ 01+W

1+WSS

−γ0=(SS−1 )γ 0

1+SS

nγ 0nn=

V V

V m

; si : Vm=1∴n=V V

nwγ 0



Por lo tanto:

El peso del agua será:

Aplicando la definición para SS se tendrá:

PROBLEMA Nª 3 En un suelo saturado se conocen el peso especifico húmedo, gm =

2050 kg/m3 y su contenido de agua, w =23%. Encontrar el Ss de dicho suelo. Aplicando

la definición de Ss. Si sabemos que WW = 0.23 TN. y Ws = 1.0 TN.

Solución:

Por lo tanto: Vω=0 .23 m3

También:

De donde:

Por lo que:

PROBLEMA Nº 4 En un suelo saturado se conoce:

SS = 2.65

Sm = 1.80

Calcule la relación de vacíos y el contenido de humedad del suelo:

Solución:

27

Sólido1−nV S=1−n

WW=VW γ 0=nγ 0

W S=W W

w= nwγ 0

SS=W S

V S

=

nwγ0

(1−n ) γ 0

=n

w (1−n )

γω=γo=Wω

V ωVω=

W ω

γ o

γm=Wm

Vm

Vm=1+0 . 23

γm=1 . 23

2 . 05=0 . 6 m3

V S=1

SS γ0

=0 .6−0 . 23=0 . 37m3

SS=1

0 . 37=2 .7

e=V V

V S

;V S=1m3



Por definición

También:

Aplicando la definición de Sm, se tiene:

PROBLEMA Nª 5. Una muestra de arcilla saturada pesa 1526 g. Después de secada

al horno su peso pasa a ser 1053 g. Si el Ss vale 2.70, calcule e, n, w, gm y gd.

Solución:

Puede hacerse el esquema de la fig. a partir de él, usando las definiciones, se tiene:

PROBLEMA Nª 6. En un suelo parcialmente saturado se conoce e, SS, GW.

Suponiendo que el gas disuelto está unifórmenle distribuido en la masa del suelo, abajo

del nivel freático, encuentre gm y g ´m, en función de las cantidades conocidas y

haciendo uso de un esquema apropiado.

28

V V=VW=e m3∴W W=e Tn.

SS=W S

V S γ0

∴W S=V S SSγ 0=2.65 Tn .

Sm=W m

Vm γ 0

= e+2. 651+e

=1 . 80∴ e=1. 06

w=WW

W S

= e2 .65

=1 .062 .65

=0 . 40 ; w=40 %

Ss=W s

V s γ o; V s=390cm3

e=V V

V S

=473390

=1 .21

n=V V

V m

=473473+390

=0 . 55

w=4731053

×100=45 %

γm=Wm

Vm

=1526863

=1 .78 g/cm3

γ d=1053863

=1 .22 g/cm3



Solución:

Por definición:

Si se hace Vs = 1; resulta: Por lo tanto:

Vv = e

También por definición:

Y corresponde:

Luego las incógnitas valdrán:

PROBLEMA Nª 7. En una muestra de suelo parcialmente saturado se conoce el peso

especifico, el contenido de agua w, y el valor de SS. Encuentre el peso específico seco,

la relación de vacíos y el grado de saturación en función de las cantidades conocidas,

utilizando un esquema adecuado.

Solución:

Por definición:

Si hacemos:

Tendremos:

29

e=V V

V S

W S=SS γ 0

GW=VW

V V

∴VW=eGW

WW=eGW γ0

γm=Wm

Vm

=Gω e+SS

1+eγ 0 γm

' =γm−γ 0=(SS−1 )−e (1−GW )

1+eγ 0

w=WW

W S

WW=wW S=1

W S

V S γ 0

=SS∴V S=1

SS γ0

γm=Wm

Vm

=1+wVm

∴Vm=1+ωγm

VW=WW

γ0

∴V W=wγ 0



Una vez construido el esquema, las incógnitas pueden calcularse aplicando las

correspondientes definiciones:

PROBLEMA Nª 8 En un suelo parcialmente saturado se conocen:

Encuentre: El peso volumétrico, el contenido de humedad y densidad seca.

Solución

Por definición:

PROBLEMA Nª 9 En una muestra de suelo parcialmente saturado se conocen:

Encuentre:

Solución:

30

γ d=W S

Vm

= 11+e

Ss γ0

=Ssγ 0

1+e e=V V

V S

=Vm−V S

V S

=Vm

V S

−1=1+wγm

SS γ 0−1

GW=VW

V V

=VW

Vm−V S

=

wγ 0

eSSγ 0

=ω Ss

e

e=0 . 60 , SS=2 . 75 ,GW=70 %

GW=VW

V V

∴VW=V V GW=0 .60×0. 70=0 . 42m3

e=V V

V S

;

Haciendo : V s=1⇒ V V=e=0 .60 m3 ,

V a=V V−VW=0 .60−0 .42=0 . 18m3

w=WW

W S

=0 . 422 .75

−0 .153∴w=15. 3%

γ d=W S

Vm

=2 .751 .60

=1. 72Tnm3=1720kg /m3

γm=2 .75+0. 42

1 . 60=3 .17

1 .60=1.98Tn/m3=1980 kg /m3

Vm=50 cm3 ,Wm=95g ,W S=75 g ,SS=2 .68

(kg/m3)w ,e ,n ,GW , γm , γ d

V S=W S

SS γ0

=752 . 68

=28cm3WW=W m−W S=95−75=20 g .



Entonces:

PROBLEMA Nª 10 El volumen de una muestra irregular de suelo parcialmente

saturado se ha determinado cubriendo la muestra con cera y pesándola al aire y bajo

agua. Se conocen:

Peso total de la muestra al aire: 180.6g

Contenido de agua de la muestra: 13.6g

Peso de la muestra envuelta en cera, en el aire: 199.3g

Peso de la muestra envuelta en cera, sumergida: 78.3g

Peso especifico relativo de los sólidos del suelo: 2.71g

Peso especifico relativo de la cera: 0.92g

Determinar la densidad seca de la muestra y el Grado de Saturación.

Solución:

En este caso convendrá hacer un esquema en que, además de las tres fases usuales,

se haga intervenir a la cera.

El volumen total del suelo y cera será:

31

V a=V m−V S−VW=50−48=2cm3VW=WW

γ0

=20cm3 .

w=WW

W S

=2075=0 . 267∴w=26 . 7 %

n=V V

V m

=2250=0 . 44∴n=44 %e=

V V

V S

=2228=0 .79 .

GW=VW

V V

=2022=0.91∴GW=91 %

γm=9550=1 . 9g /cm3=1900kg /m3 .

γ d=7550=1 .5 g /cm3=1500kg /m3

W t=Wm+Wcera=199 . 3gW m=180 .6 g

∴Wcera=199.3−180.6=18 .7 g

Vm=199 . 3−78 .3

γ o=121. 0 cm3



El volumen de la cera es el cociente de su peso entre su peso especifico, que es un

dato del problema.

El volumen de la masa de suelo será:

Por lo que:

Dato que puede ponerse en el esquema

Pasa al esquema:

Con lo anterior queda completo el esquema operativo de la fig. Ahora:

PROBLEMA Nª 11 Una muestra de arena totalmente seca llena un cilindro metálico de

200 cm3 y pesa 260g (WS), teniendo SS = 2.6. Calcule la relación de vacíos (e).

Solución:

Datos:

Incógnita:

32

V cera=W cera

γcera=18 .7

0 .92=20 . 3 cm3

Vm=V t−Vcera=121−18 .70.92

=121−20. 3=100. 7cm3

w=WW

W S

=0 . 136 ;

W S+WW=180 . 6 g∴w=180 .6−W S

W S

=0. 136

W S=159g

WW=W m−W S=180. 6−159=21 . 6g

V S=W S

SS γ0

=1592 . 71

=58 . 8cm3VW=WW

γ0

=21 .6 g

V a=121−(20 .3+58.8+21 .6) ]=121−100 .7=20 .3cm3

γ d=W S

Vm

=159100 .7

=1. 58 g/cm3=1 . 580kg/m3

GW=VW

V V

21.620 .3+21. 6

=21. 641 . 9

=0 . 52∴GW=52 %

SS=2. 6W m=260gr .Vm=200 cm3

e=?

SS=W S

V S γ0

⇒V S=2602. 6

=100cm3



Si:

PROBLEMA Nª 12 El contenido de agua de un suelo saturado es 40%. El SS de sus

partículas es 2.65. Calcule para tal suelo e y gm

Solución:

Datos:

PROBLEMA Nº 13 En un suelo parcialmente saturado e = 1.2; w = 30%; SS = 2.66; calcule

el gm y el gd de dicho suelo.

Datos:

Solución:

Luego:

33

∴ e=V V

V S

⇒ e=100100

=1V V=Vm−V S⇒V V=100cm3

ω%=40 , Sí :V s=1 SS=2. 65 e=? γm=?

⇒SS=W S

V S γ 0

⇒W S=2. 65 g

V S=1cm3 ,Vm=2 .06cm3

V V=Vm−V S=1.06cm3

w %=W W

W S

×100

0 .40 (2 .65 )=WW

∴VW=1 .06 cm3 y Wω=1 .06 gr

γm=W S+W W

Vm

=2.65+1 .062. 06

=1.80095 g/cm3=1800kg/m3

e=V V

V S

=1.061=1 . 06

e=1 .2 SS=2. 66 ω=30 % γm , γ d=?

Ss=W s

V s γ 0

γ s=Ss γ 0 gr /cm3

γm=SS (1+w ) γ 0

1+e



PROBLEMA Nª14. Una muestra de suelo pesa 122 gr y tiene un peso especifico relativo

Sm = 1.82. El peso especifico relativo de los sólidos es SS = 2.53. Si después de secada al

horno la muestra pesa 104 gr. ¿Cuál será su volumen de sólidos y de aire respectivamente?

Datos:

Solución:

PROBLEMA Nº 15. Una muestra de arcilla saturada pesa 1526g y 1053g después de

secada al horno. Calcule su w% Considerando gs = 2.70 g/cm3, calcule también e, n y

gm

Datos:

Solución

34

γm=(1+0 .3 ) (2 . 66 ) (1g /cm3 )

1+1 .2

γm=1 .5718 g /cm3=1571 .8 kg/m3

γ d=γm

1+w=1 . 5718

1 . 3g/cm3=1.2091 g/cm3=1209 . 1 kg/m3

W m=122gSm=1. 82W S=104 g

V S ,V a=?

Sm=W m

Vm γ 0

⇒Vm=1221. 82

⇒Vm=67 . 03cm3

SS=W S

V S γ0

⇒VS=1042. 53

⇒V S=41.10cm3

V V=Vm−V S=25 .93 cm3

V V=VW+V a⇒V a=67 . 03cm3

w ,e ,n , γm=?γ S=2. 70g /cm3

γ S=W S

V S

⇒V S=10532. 70

⇒V S=390cm3

V V=Vm−V S⇒V V=473

e=V V

V S

=473390

=1 .21 n=V V

V m

×100=0 .55=55 %



BIBLIOGRAFÍA

35

γm=W S+W W

Vm

=1 .77 g/cm3

w %=W W

W S

×100=45 %



ENSAYOS DE LABORATORIO.

Determinar en el laboratorio, el contenido de Humedad, el peso volumétrico (Densidad aparente) y el peso especifico de sólidos.

1. DETERMINACION DEL CONTENIDO DE HUMEDAD EN ELLABORATORIO DE LA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL REFERENCIAS: ASTM D2216 – 71 (NORMAS ASTM parte 19)

OBJETIVO:

Determinar el contenido de humedad de una muestra representativa del suelo natural.

METODO I

EQUIPO:

36



Recipiente para humedad (aluminio o lata)

Horno eléctrico (estufa) con control de temperatura de 110 ± 5°C

Balanza de precisión.

MUESTRA:

Se utiliza parte del suelo extraído (alterado o inalterado)

Para lograr una determinación confiable del Contenido de Humedad, se

recomienda utilizar cantidades mínimas de Muestra (muestra representativa).

Tamaño de partículas (mm)

Peso mín. muestra (gr)

Nº 4 (4.75 mm) 100N º 40 (0.42 mm) 10 50

12.5 mm 30050 mm 1000

PROCEDIMIENTO:

1. Se pesa una lata con su respectiva tapa (tamaño recomendable 5 cm. De

diâmetro, por 3 cm. de altura, ó 6.4 cm. por 4.4 cm.)

2. Colocar una muestra representativa de suelo húmedo en la lata y determinar el

peso del recipiente + suelo húmedo (Wtara+sh). Sí para determinar el peso se

presentaría una demora de 3 a 5 minutos, es necesario colocar la tapa para

mantener la humedad.

3. Luego de pesar la muestra húmeda, se retira la tapa y colocarla debajo del

recipiente y coloque la muestra en el horno.

4. Después de 24 horas, se pesa la lata con el suelo seco (Wtara+ss), si la pesada no

se realiza inmediatamente se debe colocar la tapa. Asegúrese de usar la misma

balanza para todas las mediciones.

5. Determinar la cantidad de agua evaporada

37



Ww = (Wh – Ws)

6. Determinar el contenido de humedad mediante la siguiente expresión.

Donde:

: Contenido de humedad expresado en porcentaje

: Peso del agua existente en la masa del suelo, en estado

natural.

: Peso de las partículas sólidas.

Recomendaciones:

Se recomienda usar el horno a 60ºC, para no falsear la humedad en suelos que

contienen cantidades significativas de materia orgánica, yeso o ciertos tipos de

arcillas.

En la mayoría de los casos, el tiempo de secado varía dependiendo del tipo de

suelo. Por ejemplo una muestra de arena puede secarse en sólo algunas horas,

ciertas arcillas podrán tardar más de 24 horas. En caso de que el tiempo

establecido sea insuficiente, la muestra continuará en el horno hasta obtener

pesadas consecutivas constantes transcurridas 4 horas entre ellas.

Las muestras ensayadas para determinar la humedad, deberán ser descartadas y

no se utilizarán en ningún otro ensayo.

PRESENTACIÓN DE RESULTADOS:

El ensayo de laboratorio encargado por el docente, se presentarán según formato

adjunto.

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN MARTÍN FACULTAD DE INGENIERIÁ CIVIL

LABORATORIO DE MECÁNICA DE SUELOS

DETERMINACION DEL CONTENIDO DE HUMEDADProyecto:

38

ω%=W ω

W s

×100

ω%

W ω

W s



Ubicación: Hecho por:Descripción del suelo:Condición de la muestra: Alterada - InalteradaFecha de muestreo:Fecha de ensayo:

Muestra Nº 1 2 3 4 5Peso

recipiente + suelo húmedo

(gr)Peso

recipiente + suelo seco (gr)

Peso recipiente (gr)

Peso suelo seco (gr)

Peso agua (gr)Contenido de

humedad ( % )

Humedad promedio (w

%)

Comentarios: El contenido de humedad de una masa de suelo, esta formado por la

suma de sus aguas libre, capilar e higroscópica:

La importancia del contenido de agua que presenta un suelo representa junto con la

cantidad de aire, una de las características más importantes para explicar y comprender

el comportamiento de este (especialmente en aquellos de textura más fina), como por

ejemplo cambios de volumen, cohesión, estabilidad mecánica.

La humedad varía con la profundidad, dicha variación se manifiesta mediante el gráfico,

en cuyas ordenadas se indica la profundidad “Z” de la toma de muestra y en las abscisas

el contenido de humedad.

Análisis de resultados:

39



Método II

Determinación del contenido de humedad In Situ

Método del Speedy:

Consiste en mezclar una muestra de suelo previamente pesada con carburo de

calcio molido en el interior de una cámara de acero hermética, la cual posee en su

base un manómetro que registra la presión originada por el gas acetileno entregando

indirectamente la humedad del suelo referida al peso húmedo de la muestra. La

limitante es que este método entrega resultados falsos en suelos plásticos y además

la muestra empleada es muy reducida.

EQUIPO:

Kit para ensayo de contenido de humedad

PROCEDIMIENTO:

1. Limpiar el speedy.- utilizando el cepillo, que contiene el Kit se limpia la cámara

interior para eliminar los residuos de la anterior prueba, asegurando con ello

mejor resultado.

2. Preparar el material para la prueba en el lugar donde se requiera realizar el

ensayo, no es necesario la preparación con minerales concentrados, pulverizar

el material si tuviese terrones dejando el material listo según las especificaciones

de preparación, en caso de agregados no es necesario la preparación

3. Pesar el material, poner en posición la balanza para pesar el material

correctamente, este peso, deberá balancear el brazo de la balanza y de esta

forma hacer coincidir las marcas rojas que posee la palanca.

4. Colocar la muestra del material a utilizar dentro de la cámara del speedy, todo

este procedimiento deberá realizarse en un tiempo máximo de 1 minuto.

5. Poner en el cabezal de la cámara interior del speedy el carburo absorbente, para

lo cual se utilizara el cucharón que se encuentra en el kit, el mismo que se

encuentra calibrado para utilizar la cantidad de carburo necesario para el

ensayo, cuidándose de que el material se encuentre al ras.

40



6. Tapar y ajustar el speedy y colocar en forma horizontal, tal que la muestra que

se encuentre en el interior no se realice un mezclado rápido, con el carburo.

7. Mover.- Una vez tapado y ajustado el speedy se autochequeará el dial de

speedy para mantener o visualizar que marque cero una vez verificado el mismo,

mover vigorosamente durante 15 segundos y se verá si el dial marca una nueva

lectura, si así fuese, se procederá a mover por un espacio de un minuto,

repitiendo el mismo a cada minuto con breve intervalo siendo conveniente llegar

hasta los tres minutos como máximo.

8. Lectura del dial.- Una vez que se haya realizado el paso anterior se deberá leer

inmediatamente el dial del speedy poniendo en forma horizontal determinándose

de esta forma la humedad de la muestra, siendo la misma con una lectura directa

en porcentaje.

9. Se retira el seguro de la tapa extrayendo el material cuidando de que no haga

contacto con ningún material corrosivo, ya que esta muestra tiene un alto potencial

de ignición, limpiar y guardar para un próximo ensayo.

2. DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD IN SITU (PESO VOLUMÉTRICO DE UN SUELO)

El ensayo permite obtener la densidad del terreno y así verificar los resultados

obtenidos en faenas de compactación de suelos, en las que existen especificaciones

en cuanto a la humedad y la densidad.

Entre los métodos utilizados, se encuentran el método del cono de arena, el del

balón de caucho e instrumentos nucleares entre otros.

Tanto el método del cono de arena como el del balón de caucho, son aplicables en

suelos cuyos tamaños de partículas sean menores a 50mm, utilizan los mismos

principios, o sea, obtener el peso del suelo húmedo (Whum) de una pequeña

perforación hecha sobre la superficie del terreno y generalmente del espesor de la

capa compactada. Obtenido el volumen de dicho agujero (Vol. Excavado), la

densidad del suelo estará dada por la siguiente expresión:

γ h=W h

V ol . Exc .

( grcm3 )

METODO VOLUMÉTRICO

EQUIPO Y MUESTRA:

Se utiliza un cilindro de acero (molde proctor, muestreador),

41



Se determina su volumen interior.

luego se llena con una muestra inalterada (penetrando el cilindro al suelo

inalterado).

PROCEDIMIENTO:

1. Medición del volumen del cilindro vacío (Vcil.)

2. Pesar el cilindro vacío (Wcil.)

3. Pesar el cilindro lleno de suelo (W total)

4. Cálculo de la densidad aparente

METODO DE REEMPLAZO DE ARENA:

Es uno de los métodos más utilizados. Representa una forma indirecta de obtener el

volumen del agujero utilizando para ello, una arena estandarizada compuesta por

partículas cuarzosas sanas, no cementadas, de granulometría redondeada y

comprendida entre las mallas Nº10 ASTM (2,0 mm.) y Nº35 ASTM (0,5 mm.)

Equipo

Aparato cono de arena, compuesto por una válvula cilíndrica de12.7 mm. de abertura,

con un extremo terminado en embudo y el otro

ajustado a la boca de un recipiente de

aproximadamente 3785cm3 (1 galón). de

capacidad. El aparato deberá llevar una placa

base, con un orificio central de igual diámetro

al del embudo.

Arena estandarizada, la cual deberá ser lavada y secada en horno hasta masa

constante. Generalmente se utiliza arena de Ottawa, que corresponde a un material

que pasa por la malla Nº 20 ASTM (0,8 5 mm.) y queda retenida en la malla Nº 30 A

STM (0,60mm.)

Dos balanzas, de capacidad superior a 10kg. y 1000gr, con precisión de 1gr. y de

0,01gr. Respectivamente.

Equipo de secado, podrá ser un hornillo o estufa de terreno.

Molde patrón de compactación de 6” de diámetro. y 944cc. De capacidad.

42

γ h=W cil . lleno con suelo−W cil .vacío

V int .cil .

=W t−W cil .

Vm



Herramientas y accesorios. Recipientes herméticos con tapa, martillo, cincel, tamices,

espátula, brocha y regla metálica.

Muestra:

Se tomara según lo recomendado por la Norma ASTM.

Tamaño máx. de las partículas (mm)

Tamaño mín. de la perforación (cm2)

Tamaño máx. de la muestra para determinar la

humedad50 2800 100025 2100 500

12.7 1400 2504.75 700 100

PROCEDIMIENTO:

1. Determinación de la densidad (aparente) de la arena de reemplazo. Se pesa el

molde de compactación (W) con su base ajustada y se verifica su volumen (V).

2. Se coloca el molde sobre una superficie plana, firme y horizontal, montando en

el la placa base y el aparato de densidad, procurando que la operación sea

similar a la que se desarrollará en el terreno. Luego se abre la válvula y se deja

escurrir la arena hasta llenar el molde, se cierra la válvula, se retiran el aparato

de densidad y la placa base y se procede a enrasar cuidadosamente el molde,

sin producir vibración, registrando el peso del molde más la arena que contiene.

Esta operación se repetirá hasta obtener, a lo menos, tres pesadas que no

difieran entre sí más de un 1%.Promediando los valores, se obtiene el peso del

molde con arena (Wa) y se determina la densidad aparente suelta de la arena.

Da=W a

V m

Donde: Da: Densidad aparente de la arena

Wa: Peso de la arena en el molde

Wm: Volumen del molde proctor

3. Determinación del peso de arena necesario para llenar el cono mayor y el

espacio de la placa base. Se llena el aparato de densidad con arena registrando

el peso del conjunto (Wt). Luego se coloca la placa base sobre una superficie

plana, firme y horizontal, montando en ella el aparato de densidad. Se abre la

válvula y se espera hasta notar que la arena ha parado de fluir, momento en el

43



cual se cierra la válvula. Finalmente se registra el peso del aparato de densidad

más la arena remanente (Wr). Esta operación se repetirá para obtener un

segundo valor que se promediará con el anterior y por diferencia de pesos se

obtendrá la masa de arena que llena el cono mayor y el espacio de la placa base

(We).

4. Determinación del volumen del hoyo. Nivelada la superficie a ensayar, se coloca la

placa base y se procede a excavar un agujero dentro de la abertura de ésta. El

volumen de suelo más o menos a remover, será el indicado en la tabla siguiente, la

cual esta en función del tamaño máximo de las partículas del suelo. Este material

extraído será depositado dentro de un recipiente hermético. Luego se pesa el

aparato de densidad con el total de arena (W t), el que es puesto en seguida sobre la

abertura de la placa base y se abre la válvula dejando escurrir la arena hasta que se

detenga, momento en el cual se cierra la válvula y se determina el peso del aparato

de densidad más la arena remanente (Wr). Finalmente, se recupera la arena de

ensayo desde dentro del agujero y se coloca en un envase aparte, de modo de

reacondicionarla para poder volver a utilizarla en otra toma de densidad.

5. Determinación de la masa seca de material extraído. El material removido se

deposita en un recipiente hermético al que previamente se le determinó su peso

(Wr). El conjunto se pesa para obtener el peso del material más el recipiente (W sh+r).

Luego, dentro del recipiente se mezcla el material y se obtiene una muestra

representativa (Wh) según la tabla anterior, para determinar mediante secado a

estufa en terreno, el peso de la muestra seca (Ws) y por ende su humedad (W%).

Finalmente, se extrae otra muestra representativa la que se deposita dentro de un

envase sellado para obtener la humedad en laboratorio, la que se compara con la

del terreno.

Cálculos

Densidad de la arena:

44

Da=W a

V m



45



Recomendaciones:

1. Generalmente es deseable contar con una arena uniforme o de un solo tamaño

para evitar problemas de segregación, de modo que con las condiciones de

vaciado pueda lograrse la misma densidad, del suelo que se ensaya.

2. En el momento de ensayo, en el terreno, se debe evitar cualquier tipo de

vibración en el área circundante, ya que esto puede provocar introducir un

exceso de arena en el agujero.

3. En suelos en que predominan las partículas gruesas es recomendable

determinar la humedad sobre el total del material extraído.

46



PRSENTACIÓN DE RESULTADOS



DENSIDAD IN SITUProyecto:Ubicación: Hecho por:Descripción del suelo:Condición de la muestra: Alterada - InalteradaFecha de muestreo:Fecha de ensayo:

Densidad aparente de la arenaEnsayo Nª 1 2 3 Promedio

Peso del moldePeso del molde + arena

Volumen del moldeDensidad de la arena suelta

Calibración del cono y espacio de la placa base con arenaEnsayo Nª 1 2 3 Promedio

Peso del aparato de densidad lleno con arena

Peso del aparato con arena sobrante

Peso arena en el cono y espacio de la placa base

Determinación del contenido de humedad del suelo extraído en terrenoEnsayo Nª 1 2 3 Promedio

Peso recipiente + suelo húmedo

Peso recipiente + suelo seco

Peso recipiente

Peso suelo seco

Peso agua

Contenido de humedad ( % )

Determinación del volumen del suelo extraído

Peso del aparato de densidad lleno de arena

Peso de la arena necesaria para llenar el embudo mayor

Peso del aparato con arena sobrante después del ensayo

Volumen del suelo ( cm3 )

Densidad seca in situ (gr/cm3)

47



Observaciones:

3. DETERMINACION DEL PESO ESPECÍFICO Y GRAVEDAD ESPECÍFICA DE UN SUELO.

a. DETERMINACION DE LA GRAVEDAD ESPECÍFICA DE LA GRAVA GRUESA

O PIEDRA

PROCEDIMIENTO: Se utiliza una balanza especial

1. Mediante un hilo, se cuelga una piedra a la palanca de la balanza y se pesa

la piedra ( Wpa peso de la piedra en el aire )

2. Se coloca un vaso con agua sobre el soporte respectivo se sumerge la

piedra colgante al agua y se pesa de nuevo (peso de la piedra en el agua).

3. Se calcula el peso ó la gravedad específica según:

Ss=W pa

W pa−W ps

Donde: Wp: Peso de la piedra

Wpa: Peso de la piedra en el aire

Wps: Peso de la piedra sumergida en el agua

b. DETERMINACION DEL PESO ESPECÍFICO DEL MATERIAL GRUESO. Para

partículas mayores a la malla N º4 ASTM según método C-127

La finalidad de este ensayo, es determinar la absorción de los agregados

gruesos expresada como porcentaje y su gravedad específica.

Equipo:

Estanque con agua.

Una canastilla de alambre de malla Nº 6 (3mm) o más fina, con una

capacidad de 4.0 a 7.0 cm3.

Horno de secado con circulación de aire y temperatura regulable capaz de

mantenerse en 110º ± 5ºC.

Herramientas y accesorios Recipientes plásticos y paño.

48



PROCEDIMIENTO:

1. Para determinar la absorción del material, se toman 1000gr. de suelo

retenido en la malla Nº 4 ASTM y se lava en la malla Nº 200 ASTM (0,075

mm), de este modo se elimina el material fino presente, hasta que el agua

salga totalmente limpia. Esta muestra lavada, se seca en el horno hasta

masa constante durante 24 horas.

2. Retirar la muestra del horno, se pesa al aire (Ws) y luego enfriar a

temperatura ambiente durante 3 horas, inmediatamente se sumerge el

material durante 15±4 horas dentro del estanque de agua (dentro de la

canastilla).

3. Cumplido el tiempo, se retira la muestra y se seca la superficie

individualmente con un paño, evitando durante esta operación la

evaporación de agua desde los poros de las partículas.

4. Finalmente se pesa la muestra, obteniendo el peso al aire de la muestra

saturada superficialmente seca (Wss) y se determina el % de absorción

(%A), según como se define en la especificación ASTM-C-125.

Cálculos.

1. Calcular el porcentaje de absorción (% A) de la muestra:

Donde:

Ws: peso al aire de la muestra secada al horno (gr.)

Wss: peso al aire de la muestra saturada y superficialmente seca

2. Cálculo la gravedad específica saturada (Sm) de la muestra:

Donde:

Wms: Peso de la muestra saturada con sup. Seca y determine su

peso sumergido en el agua teniendo cuidado de remover todo el aire

entrampado antes de la pesada.

49

%A=W ss−W s

W s

x100

Sm=W ss

W ss−Wms



3. Cálculo del valor del Peso específico aparente (Ss) de la muestra:

Donde:

Ws = Peso, al aire, de la muestra secada al horno (gr)

Wms = Peso de la muestra saturada con superficie seca, en agua (gr)

c. DETERMINACION DEL PESO ESPECÍFICO RELATIVO DE LOS SÓLIDOS,

pasa la malla Nº 4, ASTM D 854-58.

El peso específico de un suelo (gs) se define como el cociente entre el peso al

aire de las partículas sólidas y el peso, al aire, de un volumen igual de agua

destilada, considerando igual temperatura y el mismo volumen.

La gravedad específica de un suelo (Ss) se define como el peso unitario del

material dividido por el peso unitario del agua destilada a 4ºC. La Ss se calcula

mediante la siguiente expresión:

D o n d e:

gs: Peso específico de los sólidos (gr/cm3)

go : Peso específico del agua a 4ºC (gr/cm3)

De esta forma, la gravedad específica puede ser calculada utilizando cualquier

relación de peso de suelo (Ws) al peso del agua (Ww), siempre y cuando se

consideren los mismos volúmenes, como se observa en la siguiente expresión:

EQUIPO:

Suministro de agua desaireada con temperatura estabilizada.

Frasco volumétrico de 250 ó 500 ml

50

Ss=W s

W s−W ms

Ss=γ sγ o

Ss=W s

W s+W fω−W fωs

=W s

W ω



Bomba de vacíos o aspirador para producir vacío.

Mortero y mango para mortear

Balanza de precisión 0.1 gr.

Termómetro.

Desecador.- con un diámetro aprx. De 200 mm.

Horno.- Capas de mantener una temperatura de 110±5º C

Opcional: Recipiente de agua helada y mezclador mecánico de refrescos.

Con anterioridad a la practica (1día antes), se debe recolectar y desairear una

cantidad suficiente de agua común o destilada, cerca de 1000 ml cada grupo,

utilizar agua común, agua caliente, y/o agua helada para efectuar una

estabilización en la temperatura del agua.

PROCEDIMIENTO:

1. Mezclar de 100 a 120 gr. de suelo secado al aire o al horno con agua en un

recipiente evaporador hasta formar una pasta cremosa. Si no se utiliza un

mezclador eléctrico, remojar el suelo entre 20 y 30 minutos (la ASTM

recomienda 12 horas, para muestras secadas al horno).

2. Opcional: Transferir la pasta al vaso mezclador eléctrico de refrescos y

añadir agua hasta formar una mezcla de cerca de 200ml de suelo-agua.

Batir estas mezclas durante 5 a 10 minutos. Si se hace este paso, es

necesario utilizar un matraz (de 500 ml)

3. Se pesa el frasco vacío (W¦) y se registra, luego se llena con agua de

desaireada (hasta la marca de 500 ml), tener mucho cuidado en no

introducir aire nuevamente por agitación excesiva, como alternativa, es

posible aplicar vacío por unos cuantos minutos después de haber llenado el

frasco hasta los ¾ de su capacidad y luego llenar hasta la marca y registrar

(W¦W = Peso del frasco con agua), el cuello del frasco debe estar seco, se

registra la TºC de modo que la mezcla agua suelo se encuentre a la misma

temperatura aproximadamente dentro de 1º C , esta operación puede

hacerse mientras el suelo esta siendo mezclado. Este paso se puede omitir

si existe una curva de calibración del frasco.

4. Luego de 15 a 30 minutos, transferir el suelo saturado del plato evaporador

al frasco volumétrico. Tener cuidado que no queden partículas de suelo en

51



el recipiente evaporador, añadir agua con temperatura estabilizada para

completar los 2/3 a ¾ de la capacidad y luego se agita el matraz con la

mano.

W total=W f vacío+W s

W ω=W total−W fωs

5. Conectar el frasco a la bomba de vacío por un tiempo de unos 10 minutos,

durante este tiempo agitar suavemente la mezcla moviendo cuidadosamente

el frasco. Observar que la reducción en la presión del aire dentro del frasco

produce “ebullición” del agua. La eficiencia del vacío es verificable de la

siguiente manera:

1. Luego de aplicar vacío al frasco por 10 minutos a la mezcla suelo-agua.

2. Llenar el frasco hasta unos 20 mm por debajo de la marca del frasco

con agua desaireada y con temperatura estabilizada.

3. Se vuelve aplicar vacío por varios minutos y marcando con un lápiz de

color adecuado el nivel del agua en el cuello del frasco.

4. Retirando cuidadosamente la tapa para romper el vacío y si el nivel de

agua sube más de 3 mm, el desairemiento será suficiente.

6. Cuando el proceso de desaireamiento se haya completado, se afora el

frasco hasta la marca de 500 ml (base del menisco se encuentre en la

marca), secar el cuello por encima de la marca con papel secante enrollado.

Luego se pesa y se obtiene el peso del frasco con agua y muestra (W¦ws)

asegúrese que la Tº C esté dentro de 1º C con respecto a la utilizada al

medir W¦w

7. Cálculo de la gravedad específica.

8. Repetir la secuencia (pasos 1 a 9) para valores adicionales de Ss, hasta

tener valores dentro de un rango del 2%:

52

Gs=W s

W s+W fω−W fωs

Mayor valor de Ss

Menor valor de Ss

≤1 .02



Tabla de valores para el factor de corrección.

TºC αDensidad (g en

gr/cm3)16 1.0007 0.9989718 1.0004 0.9986220 1.0000 0.9982322 0.9990 0.9978024 0.9996 0.9973226 0.99681 0.99681

RECOMENDACIONES:

1. Ensayar, por lo menos dos pruebas y determinar el promedio.

2. El error entre los ensayos, así determinados debe ser < 1-2%, caso contrario

repetir el ensayo.

CALIBRACIÓN DEL FRASCO

1. El frasco deberá limpiarse, secarse y pesarse y registrar el peso

2. El frasco deberá ser llenado con agua destilada hasta la marca volumétrica

a temperatura ambiente y se determina su peso Wfw un termómetro se

introduce en el agua y se determina Ti.

3. Preparar una grafica del (Wbw), versus TºC (hacer mínimo 4 puntos en un

sistema de coordenadas, por ejemplo, con 16, 20 24 y 28ºC)

PRESENTACIÓN DE RESULTADOS



DETERMINACION DE LA GRAVEDAD ESPECÍFICA DE LOS SÓLIDOS

Proyecto:Ubicación: Hecho por:Descripción del suelo:Condición de la muestra: Alterada - InalteradaFecha de muestreo:Fecha de ensayo:

Gravedad específica y absorción de los sólidos ret. en la malla Nº 4

Determinación de la absorciónMuestra Nº 1 2 3 4

Peso muestra seca

Peso muestra

53



Saturada con Sup.Seca. (S.S.S.)

% de absorción

Determinación de la gravedad específicaMuestra Nº 1 2 3 4

Observaciones:



DETERMINACION DE LA GRAVEDAD ESPECÍFICA DE LOS SÓLIDOS

Proyecto:Ubicación: Hecho por:Descripción del suelo:Condición de la muestra: Alterada - InalteradaFecha de muestreo:Fecha de ensayo:

Gravedad específica de los sólidos que pasa la malla Nº 4 Método con extracción de aire

Calibración del frasco

54



Determinación de la Gravedad EspecíficaEnsayo Nº 1 2 3 4

Peso muestra seca: Ws

Peso frasco + muestra + agua a Tº de ensayo

Temperatura de agua de ensayo (Tºx)

Corrección (α)

4. DETERMINACION DE LAS DENSIDADES MAXIMA Y MINIMA.Su finalidad es determinar las densidades secas máxima y mínima de suelos no

cohesivos, no cementados, de tamaño máximo nominal hasta 80mm., que contengan

hasta un 12% en masa de partículas menores que 0,08mm. y un IP igual o menor

que 5.

El método se aplica ya que en esta clase de suelos, estén secos o saturados, la

compactación por impacto no produce una curva bien definida de relación humedad-

densidad.

Karl Terzaghi expresó el grado de compacidad de estos suelos en términos de la

densidad relativa también denominado índice de densidad (ID), la cual se encuentra

en función de las densidades máxima y mínima obtenidas en laboratorio.

Equipo:

55



Table vibratory and accessories.

56



Mesa vibradora de acero, con cubierta de aproximadamente 750 * 750mm.,

apoyada sobre amortiguadores y accionada por medio de un vibrador

electromagnético (figura)

Dos moldes cilíndricos, uno de 2832 cc. y el otro de 14160cc. De capacidad,

cada uno con un equipo anexo compuesto de una placa base de acero de

12,5mm. de espesor, una sobre carga de plomo que junto a la placa base sean

equivalentes a 14 Kpa. para el molde en uso y un collarín para recibir las sobre

cargas.

Horno de secado con circulación de aire y temperatura regulable capaz de

mantenerse en 110 º ± 5 º C.

Un deformímetro comparador o dial lector de deformación, con un recorrido de

50mm. y precisión de 0,01mm.

Herramientas y accesorios. Balanza de capacidad superior a 10 kg. Y precisión

de 1gr., cronómetro, regla metálica, pala, poruña, tamices y recipientes plásticos.

Procedimiento:

1. Determinación de la densidad mínima. Se selecciona el molde, aparato de

llenado y el peso de la muestra, según el tamaño máximo de partículas del

suelo, de acuerdo a la tabla de la figura 2. y se seca la muestra en horno hasta

obtener pesadas consecutivas constantes. Se pesa el molde a utilizar (Wm) y se

verifica su volumen (Vm). Se coloca este sobre una superficie firme, plana y

horizontal y se procede a depositar sin altura de caída, el suelo seco y

homogenizado según el tamaño máximo nominal de partículas, evitando golpear

o vibrar el molde.

Tamaño máximo de partículas

Ømm

Tama ño mínimo de la muestra de e

ensayo, kg.

Aparato de lle nado para determinar densidad mínima

Capacidad del molde

Lts.

80 45 Palana 14.240 10 Cuchara 2.820 10 Cuchara 2.810 10 Embudo de 25 mm 2.85 10 Embudo de12,5 mm. 2.8

Si el tamaño máximo nominal es menor ó igual a 10 mm., se coloca el material

dentro del molde tan suelto como sea posible, vaciándolo a flujo constante y

ajustando la altura de descarga de modo que la caída libre sea desde una altura

de 25mm. Simultáneamente, mover el embudo en forma de espiral, desde la

57



pared del molde hacia el centro con el objetivo de ir formando una capa de

espesor uniforme.

Si el tamaño máximo nominal es mayor a 10mm., se coloca el material dentro

del molde de modo que se deslice en vez de caer sobre el fondo. Sujetar con la

mano las partículas mayores para impedir que rueden hacia afuera, llenando

hasta aproximadamente 25mm. por sobre el borde del molde. Finalmente, se

enrasa el material excedente y se pesa el molde más el suelo que contiene (W1).

2. Determinación de la densidad máxima vía seca. Utilizando el molde lleno con el

material empleado en la determinación de la densidad mínima, se apoya la placa

base sobre la cara superior de la muestra y se colocan los diales en tres

posiciones distintas, anotando los diferentes niveles de la placa, obteniendo un

promedio de lecturas iniciales (Li).

Retirados estos, se instala el collarín sobre el molde y la sobre carga sobre la

placa base, ajustando el conjunto en la mesa vibradora.

Se hará vibrar la mesa a su amplitud máxima durante 8 minutos. Luego se

retiran la sobre carga y el collarín, colocando nuevamente los diales en las

mismas posiciones iniciales y se registran los nuevos niveles de la placa,

obteniendo así un promedio de lecturas finales (Lf).

Finalmente, se retira la placa base y se pesa el molde más el suelo vibrado (W2),

el cual deberá ser semejante a W1, salvo que durante la vibración se haya

producido pérdida de finos.

3. Determinación de la densidad máxima vía húmeda. Esta puede real izarse sobre

el material de la muestra acondicionada (seca) a la cual se le agrega suficiente

cantidad de agua dejándola remojar durante 1/2 hora o bien, sobre la muestra de

suelo húmedo proveniente de terreno. Seleccionado el molde y el peso de la

muestra según la tabla arriba indicada, se llena el molde con suelo húmedo

mediante una palana o cuchara, agregando luego una cantidad suficiente de

agua para que una pequeña película se acumule sobre la superficie. Se vibra el

molde con el suelo saturado durante 6 minutos, reduciendo la amplitud de

vibración durante los minutos finales para evitar que el suelo fluya. Concluido

dicho tiempo, se elimina el agua que aparezca sobre la superficie de la muestra.

Luego se apoya la placa base sobre la cara superior de la muestra y se repiten

los pasos descritos en la determinación de la densidad máxima vía seca.

Obtenidas las lecturas del dial finales, se retira la placa base y se extrae con

58



cuidado el total de la muestra húmeda, la que se seca al horno hasta conseguir

pesadas consecutivas constantes (W3).

Cálculos:

Calcular la densidad seca mínima del suelo (gd min) :

gd min = (W1 - Wm) / Vm ( gr / cm3)

Donde:

Wm = peso del molde (gr.)

W1 = peso del molde más el suelo (gr.)

Vm = volumen del molde (cm3.)

Calcular la densidad seca máxima del suelo (gd máx.) por la vía seca:

γmáx=(W 2−W m )

V m−f c x A x (Li−Lf )en

grcm3

Donde:

W2 = peso del molde más el suelo vibrado (gr.)

A = área del molde (cm2)

fc = factor de corrección de diales (valor = 1/10)

Li = promedio de lecturas de dial iniciales

Lf = promedio de lecturas de dial finales

Calcular la densidad seca máxima del suelo (gdmáx.) por la vía húmeda:

gd máx. = W3 / (Vm - f c * A * (Li - Lf)) (gr/cm3)

Donde:

W3 = peso del suelo vibrado seco (gr.)

Recomendaciones:

1. El valor de la densidad máxima de un suelo, estará dado por el mayor valor

obtenido entre los métodos seco y húmedo.

2. En la determinación de la densidad máxima de un suelo, el método seco

asegura resultados en un período de tiempo más breve, sin embargo para

gravas y arenas gruesas, se obtiene una densidad máxima mayor en estado

saturado.

59



Cálculo de la densidad relativa (DR%).

Dr %=emáx−enat .

emáx−emímx 100

Donde:

emín. = relación de vacíos del suelo en su estado más compacto

emáx. = relación de vacíos del suelo en su estado más suelto

enat. = relación de vacíos del suelo en su estado natural

Sin embargo, es conveniente expresar la densidad relativa en función de los pesos

unitarios o densidades secas del suelo, pues el cálculo de la relación de vacíos,

requiere del valor de la gravedad específica del suelo, por lo que la densidad relativa

puede expresarse mediante la siguiente expresión:

Dr %=( γ d−γ dmím

γ dmáx−γdm´ m) γdmáxγd

x 100

Donde:

gd máx. = peso unitario seco del suelo en su estado más compacto

gd mím = peso unitario seco del suelo en su estado más suelto

gd nat = peso unitario seco in situ

En la Tabla observa la clasificación del estado del suelo de acuerdo a su densidad

relativa

.Estado del suelo Densidad relativa %

Muy suelto 0-15Suelto 15-35Medio 35-65Denso 65-85

Muy denso 85-100

60



TERCERA UNIDAD:

3.-EXPLORACION DE SUELOS

3.1. Estudios del Suelo (tareas y fines).

El propósito de la investigación de un suelo depende de que el suelo en

estudio, represente un suelo de fundación o un material de construcción.

a. El Suelo como Terreno de fundación.

Por medio de los estudios al sub suelo, se quiere obtener los valores admisibles o

aplicables para la sobrecarga debido a edificaciones por construir (resistencia del

suelo, presión admisible de contacto). Así mismo, se desea averiguar algo, en

cuanto al comportamiento del suelo por efecto del asentamiento o sea el efecto que

produce la carga de la edificación, las vibraciones y otros factores de las cuales se

deben conocer no solamente la magnitud si no también el desarrollo de los

asentamientos pueden variar en gran escala. En suelos no cohesivos de unos

centímetros y en suelos cohesivos de decímetros, la medida del asentamiento

admisible depende del tipo de edificación y de su uso.

Los resultados de los estudios del sub suelo representan la base para:

El trazado de carreteras, ferrocarriles, canales, donde se debe tomar en cuenta

asentamientos no uniformes, deslizamientos, nivel freático.

La selección de la fundación más adecuada y económica de edificaciones, en

cuanto a la profundidad y tipo de cimentación.

Además se

tiene que

tomar en

61



cuenta el ambiente del sitio de construcción y el efecto de la edificación a las

escenas de los alrededores.

La investigación del sub suelo, también influye en la elaboración de planos del muestreo

del terreno donde se dan todos los perfiles de perforaciones y excavaciones ya hechos

y otros datos conocidos.

b. El suelo como material de construcción.

En la construcción de terraplenes para carreteras, ferrocarriles, canales, etc.

En la construcción de diques (presas) de lagos de embalses o diques protectores en

los ríos.

En el relleno de muros de contención, muelles.

En la elevación de terrenos.

62



Como capas de sub base, base y capas de desgaste de carreteras, aeropuertos,

campos deportivos etc.

Como material filtrante para sistemas de drenaje de pozos etc.

Como material impermeabilizante en la construcción de presas, canales etc.

En el relleno de socavones abandonados en minas.

En general como material de construcción, arena, grava, piedra picada, agregados,

etc.

Estudios Complementarios e impresindibles:

1. Efecto del agua en cualquier obra.

Normalmente habrá que determinar la profundidad de la napa freática y sus

variaciones. En los suelos cohesivos además se tiene que averiguar los cambios de

comportamiento físico del suelo, según alteraciones en el contenido de humedad. En

base a estos estudios se puede tomar decisiones:

La decisión en cuanto a la reducción del nivel freático.

Las cotas adecuadas de las cimentaciones y la protección contra el agua

subterránea.

Las fuerzas del agua subterránea actuantes en las edificaciones bajo el nivel

freático.

Tipo de drenaje y protección de taludes en desmontes y terraplenes (filtros de

drenaje, filtro de taludes.)

Seguridad al deslizamiento por debajo de presas, vertederos.

Peligro de congelaciones (carreteras y edificaciones en zona frías.)

Contracción e hinchamiento del suelo, según cambios en el contenido de

humedad, lo que produce deformaciones en la obra.

La compactación de terraplenes (carreteras) según el contenido de humedad.

Propiedades químicas del agua (PH, bacterias, etc.).

2. Efecto de la topografía general del terreno.

Como afectará al diseño de las cimentaciones y la construcción.

Propiedades adyacentes, presencia de ríos, quebradas, cunetas, canales,

árboles, formaciones rocosas.

Accesos disponibles para vehículos y maquinaria.

3. Efecto de las redes de servicios subterráneos.

63



Cableado eléctrico y teléfono.

Tuberías de agua y alcantarillado.

4. Efecto de las formaciones geológicas.

La posibilidad de hundimiento.

Presencia de fallas geológicas

5. Efecto de la presencia de sulfatos y /o sustancias químicas en el suelo.

Determinar los posibles efectos de deterioro en las estructuras de la cimentación.

6. Efecto de la ocurrencia de los fenómenos naturales.

Posibilidad de ocurrencia de terremotos.

Inundaciones, deslizamientos; por crecida de ríos, quebradas, etc.

3.2. Exploración en suelos.

Generalidades.

Los mapas geológicos, cuando existen, dan una primera información respecto a la

condición del terreno, con aproximación se puede pronosticar las propiedades del suelo.

Los mapas geológicos son apropiados para la investigación previa de zonas amplias en

estudio (urbanizaciones, etc.) muchas veces ya son conocidas las condiciones del suelo

en las inmediaciones de una obra por ejecutar, o sea ya han sido obtenidos datos del

suelo en investigaciones previas para otras edificaciones. Estos datos pueden

representar la base de los estudios nuevos por llevar a cabo.

Métodos de Exploración de suelos

1. Excavaciones o pozos a cielo abierto.

El método más simple para reconocer al terreno

consiste en excavar un pozo donde se ve las capas de

suelo en plena estratificación. La profundidad de estas

excavaciones es muy limitada, se llega solamente a

unos 2 á 4 metros de profundidad. En tales

excavaciones se obtiene tanto muestras alteradas

como inalteradas. Una vez encontrada el nivel freático

ya no se penetra más y la excavación se da por

terminada.

64



2. Perforaciones: barrenadas manual o mecánicamente, por percusión con

cables ligeros.

Barrenadas manual o mecánicamente. Normalmente estos sondeos exploratorios

es un medio barato en suelos de tipo favorables, los suelos deben tener la cohesión

suficiente para que las paredes de la excavación puedan permanecer sin soporte, la

presencia de materiales granulares (gravas, piedras) o cualquier obstrucción

impedirá la rotación de la barrena, la muestra de suelo obtenida por las helicoidales

es completamente alterada, en otras palabras los cortes de suelo son llevados a la

superficie por la hélice en movimiento continuo. Se pueden usar para obras de

investigación del terreno si se las provee de un tubo central hueco en el cual se

adapta el tubo de muestreo.

65



Percusión con cables ligeros. Este método se puede usar en cualquier tipo de

suelo, las perforaciones se pueden alinear donde se requieran mediante tubos de

acero, usándose una gran variedad de herramientas para diferentes tipos de suelo y

roca. Una torre con cables de percusión requiere un torno de fricción para levantar o

bajar las herramientas de perforación, estas maquinas pueden estar provistas de un

motor hidráulico, para operar un taladro rotatorio adecuado para la perforación en

roca hasta un límite de penetración.

La perforación en suelos altamente cohesivos se efectuará con barrenas cortadoras

de arcilla, un tubo de acero con el borde abierto y una cuchilla en el extremo o

conchas un tubo de acero con borde abierto y una cuchilla en el extremo. Las

arenas y las gravas se remueven de la excavación con la concha. En caso de

perforaciones en rocas o piedras grandes, se usan cinceles de varios tipos para

romper la roca y los fragmentos se sacan con la concha. En rocas duras el proceso

es lento, por lo que es preferible emplear el taladro rotatorio. El uso de agua vertida

en el agujero puede ser inevitable cuando se perfora en suelos granulares por

encima de la napa freática Sin embargo su uso debe ser limitado siempre y cuando

se agregue agua se registraran en los registros de perforación.

En la Perforación Lavada, el suelo se

desprende y se remueve de la perforación

con una corriente de agua. Estas muestras

sedimentadas en el exterior se pueden usar

para propósitos de identificación.

Si se sacan muestras secas en tubos sin

alteración se logrará una identificación fiel

como las raspaduras de barrena.

Es más adecuado para arenas uniformes o arcillas.

66



3. La prueba del lavado. Es un método sencillo para determinar la profundidad de

una interfase entre suelo blando o suelto y una capa firme o compacta. Se trabaja

hacia arriba y hacia abajo con tuberías de lavado que envían agua a presión en un

pozo sin revestimiento. No hay posibilidades de identificación del suelo ya que el

agua generalmente no regresa. Es difícil en muchos casos imposible, obtener

muestras secas. Sin embargo si se dispone de agua suficiente y el suelo no

contiene grandes formaciones de grava o piedras grandes, este método constituye

una forma rápida y económica de establecer el nivel de un estrato bien definido que

puede ser reconocido al tacto por los tubos de lavado a medida que van de arriba

hacia a bajo. Las pruebas de lavado se deben correlacionar con perforaciones

realizadas mediante métodos más exactos, y cuando las perforaciones están muy

espaciadas, las pruebas de lavado deben verse como datos complementarios. Son

un método conveniente de rápida exploración subterránea en obras fluviales o

marítimas, para investigar, por ejemplo, la profundidad en que se encuentran capas

de arena o lodo sobre la roca en un proyecto de pilotaje o dragado.

4. Investigaciones geofísicas

Método sísmico.- Este método se funda en la velocidad de propagación de las

ondas vibratorias de tipo sísmico a través de diferentes medios materiales. En los

suelos, la velocidad de propagación varía entre 150 y 2500 m/seg.,

correspondiendo los valores mayores a mantos de grava muy compactos y los

menores a arenas sueltas; los suelos arcillosos tienen valores medios, mayores

para las arcillas duras y menores para las blandas. En roca sana la velocidad de

propagación fluctúa entre 2000 y 8000 m/seg.

El método consiste en provocar explosiones en la zona a explorar, colocando

registradores de ondas (geófonos) que captan las vibraciones, transmitiéndolas a

un oscilógrafo central, las ondas P (u ondas directas) y ondas S (u ondas

refractadas), las que llegan al geófono en tiempos diferentes. Las ondas P viajan

más rápido que las ondas S; por lo tanto, la primera llegada de ondas perturbadoras

estará relacionada con las velocidades de las ondas P en varios estratos. La

velocidad de estas ondas se obtiene mediante la ecuación:

67



Por medio de gráficos y cálculos, se averigua la estratificación del terreno. Este

método permite determinar espesores de los diferentes estratos, midiendo la

velocidad de propagación de ondas sísmicas. Para su interpretación, los estratos

superiores deben presentar velocidades de propagación inferiores a las de los

estratos que lo subyacen y estos deben ser relativamente paralelos entre sí. La

técnica de refracción sísmica, consiste en crear ondas de impacto y vibración en el

interior del terreno. Esto se produce golpeando la superficie del suelo con un

martillo, cualquier peso o mediante el estallido de una pequeña carga explosiva

enterrada en el suelo.

A cierta distancia del lugar donde se producirá el impacto, se colocan unos

detectores llamados geófonos, dispuestos en línea recta y a distancias que vayan

aumentando entre ellos (ver figura). A través de un sismógrafo, se registra el tiempo

empleado por la onda elástica en llegar a cada detector y por medio de una

ecuación se determina el espesor del estrato en estudio. Cuanto más denso sea el

material, tanto más rápido se desplazarán las ondas a través de él. Siguiendo el

siguiente procedimiento:

68

v=√E (1−μ )

(γg ) (1−2 μ ) (1+μ )

Donde :E :Módulo de elasticidad .γ :Peso específico del medio .g : Aceleración debido a la gravedad .μ :Módulo de Poisson .



1. Obtenga los tiempos de primer arribo, t1, t2, t3,…, en varias distancias x1, x2, x3,

…, desde el punto de impacto.

2. Trace una gráfica del tiempo “t” versus la distancia “x”.

3. Determine las pendientes de las líneas ab, bc, cd…

69

Pendiente ab=1v1

Pendiente bc=1v2

Pendiente cd=1v3

Donde : v1 , v2 , v3 ,. .. , son las velocidades de las ondas Pen los estratos I , II , III , .. .



4. Determine el espesor del estrato superior Z1, mediante la ecuación:

5. Determine el espesor del segundo estrato Z2, mediante la ecuación:

En el análisis de resultados, se debe tener en cuenta lo siguiente:

1. Las ecuaciones para determinar el espesor de los estratos se basan en la

suposición que v1<v2<v3<…

2. Cuando el suelo esta saturado debajo del nivel freático, la velocidad de las ondas

“P” puede ser mentirosa. Las ondas P viajan a una velocidad aproximada de 1500

m/s a través del agua y para suelos secos y sueltos, la velocidad es menor a

1500 m/s. Sin embargo en una condición saturada, viajarán a través del agua que

ocupan los poros con una velocidad aproximada de 1500 m/s. Si previamente no

se ha identificado el nivel freático, la velocidad de las ondas P pueden ser

erróneamente interpretadas e indicar un material más resistente. En general debe

verificarse las exploraciones geofísicas mediante perforaciones.

En la tabla se indican algunos valores típicos de velocidades de ondas P de algunos

suelos. 1

Tipo de suelo Velocidad en m/seg.

Arena, limo seco y suelo superior de grano fino 200 1000

Arcillas compactas, grava arcillosa y arena arcillosa densa

1000 2500

1 Braja M. Das. Pr incípios de Ingenier ía de Cimentaciones Pagina Nº

70

Z1=12 √v2−v1

v2+v1

xc

xc :se obtiene del gráfico

Z2=12 [T i2−2Z1

√ v32−v1

2

v3 v1] v3 v2

√ v32−v2

2

Donde T i 2 es el cruce de tiempo de la línea cd .



Loes 250 750Aluvial 500 2000Roca:

Pizarra y esquistos 2500 5000Arenisca 1500 5000Granito 4000 6000

Caliza sana 5000 1000

Método dinámico.- (métodos gravimétricos). En los métodos

gravimétricos se mide la aceleración del campo gravitacional en

diversos puntos de la zona a explorar. Los valores de dicha

aceleración ligeramente más altas que el normal de la zona indicaran

la presencia de masas duras o rocas; lo contrario será un índice de la

presencia de masas ligeras o cavernas. La interpretación de los

resultados de estos métodos es errática y muy difícil.

Método de resistividad eléctrica.- La principal aplicación de este método

está en el campo de la minería, pero en mecánica de Suelos también se ha

aplicado, para determinar la presencia de estratos de roca en el sub suelo la

base de este método, consiste en mediciones de la resistividad eléctrica de

los suelos, la cual varía con la naturaleza del mismo.

La resistencia que opone al paso de la electricidad, dependerá en gran parte

de la densidad y humedad del suelo.

El procedimiento consiste en enviar mediante dos electrodos impolarizables,

una corriente eléctrica de intensidad I, de ser posible continua y medir la

71



diferencia de potencial δ existente entre otros dos electrodos (Ver figura). El

conocimiento de δ e I, permite calcular una resistividad que se compara con

un ábaco o patrón de referencia. La corriente varía entre 50 y 100

miliamperios.

72



La resistividad (δ) eléctrica se determina mediante la ecuación:

La resistividad depende del contenido de agua. Así las arcillas saturadas

tienen muy baja resistividad eléctrica; a la inversa los suelos y rocas secos

tienen alta resistividad.

En la tabla se indican algunos valores típicos de resistividades.

Tipo de suelo Resistividad en Ohms x cm

Arcilla o limo orgánico saturado 500-2,000

Arcilla o limo inorgánico saturado 1,000-5,000

Arcillas y Limos duros semisaturados,

arenas y gravas saturados5,000-15,000

Lutitas, arcillas y limos secos 10,000-50,000

Areniscas, arenas y gravas secas 20,000-100,000

Rocas cristalinas sanas 100,000-1´000,000

Tabla de la Resistividad eléctrica de suelos y rocas

73

δ=R AL

Donde : R :Resistencia eléctrica .A :Área de la sec ción transversal del material .L:Longitud del material .δ :Re sistividad eléctrica ( ohm . m o ohm . centimetro )



Fuente: Sowers G. B. y Sowers G. F., 1975

La caída de voltaje, ΔV, se mide entre los electrodos internos. Si el perfil

del suelo es homogéneo, la resistividad eléctrica queda determinada

mediante la ecuación:

En la naturaleza el suelo se encuentra en estratos, por lo tanto tendrán

resistividades diferentes, la resistividad determinada mediante la

ecuación anterior se lo conoce como resistividad aparente. La obtención

de la resistividad real de varias capas y sus espesores se usa el método

empírico siguiendo los pasos:

1. Obtención de la resistividad aparente.

2. Realizar las pruebas con varios espaciamientos de los electrodos. En

consecuencia la suma de las resistividades δ se grafica como

ordenadas.

3. Las distancias “D” se grafican como abscisas.

4. La figura tendrá segmentos relativamente rectos. La pendiente de

estos dará la resistividad de los estratos individuales.

5. El calculo de los espesores Z1, Z2, Z3, ... Se determina según se

observa en la fg.

3.3. Espaciamiento y profundidad de las excavaciones y perforaciones

exploratorias

74

δ=2 π D ΔVI

⋯⋯⋯Conocida como resistividad aparente

Donde : D :Dis tan cia en metros.ΔV :Caida de voltaje entre los dos electrodos int eriores .I :Corriente eléctrica entre 50 y 100 miliamperios



El número, tipo y profundidad de los sondeos que deben ejecutarse, depende

fundamentalmente del tipo del sub suelo y de la importancia de la obra.

Por ejemplo en lugares de perfil errático, tales como cauces fluviales o glaciares, en

general se presentan los problemas más delicados, pues es muy probable cometer

errores que hace que resulte muy difícil una determinación precisa de las propiedades

básicas, resistencia y compresibilidad: En cambio en lugares con perfiles de

estratificación más uniforme, los sondeos exploratorios, se llevan a cabo de una forma

más precisa y más segura.

Un punto que requiere especial cuidado es la determinación de la profundidad a que

debe llevarse la exploración del suelo. Para fines de cimentación, en donde

asentamientos y resistencia son los factores determinantes, el área de apoyo de las

estructuras, concretamente el ancho, es de importancia vital, pues el efecto de las

presiones superficiales aplicadas al suelo es netamente dependiente de este concepto.

El sondeo debe llevarse a una profundidad tal que los esfuerzos transmitidos desde la

superficie ya no produzcan efectos de importancia, o sea cuando las presiones

transmitidas llegan a ser del orden de 5 a 10% de las aplicadas

En otras ocasiones, la profundidad de los sondeos se fijará con criterios muy diferentes,

un caso típico se tiene cuando los sondeos revelan la presencia de suelos muy blandos,

que obliguen a pensar en la conveniencia de cimentaciones piloteadas, apoyadas en

estratos firmes tales estratos resistentes.

En otros casos, se hará necesario precisar las características del suelo blando para

poder estimar los asentamientos y capacidad de carga con que se diseñan esos pilotes.

Para citar un ejemplo: Investigando al sub suelo de una presa por construir es necesario

encontrar los estratos impermeables y firmes respectivamente, para reconocer el

espesor de las capas superficiales por impermeabilizar y estabilizar.

3.4. Toma de muestras (alteradas e inalteradas) para ensayos de laboratorio.

Muestras alteradas.- Estas muestras se

obtienen tanto en pozos a cielo abierto como

en perforaciones. La textura original del suelo

ya esta destruida con estas muestras. No es

posible determinar la compacidad ni el peso

75



volumétrico (densidad aparente) del suelo, no obstante sirven para precisar otras

propiedades físicas, tales como la granulometría, limites de plasticidad, peso

específico de sólidos.

Las muestras alteradas se sacarán en todo cambio en los estratos, o por lo menos de

cada metro de profundidad. Para poder determinar el contenido de humedad es

necesario poner las muestras inmediatamente dentro de un recipiente hermético

cerrado a menos que exista un equipo para averiguar el contenido de humedad In Situ.

Muestras inalteradas.- Estas muestras que

conservan su estado original (la compacidad

natural, peso volumétrico original, etc.) serán

obtenidas cuando sea necesario determinar

ciertas propiedades del suelo (compacidad,

resistencia, asentamiento, permeabilidad etc.).

En perforaciones es muy difícil obtener muestras

inalteradas, para tales fines, se requiere de equipo

muy especial, y además se obtiene las muestras

solamente de suelos cohesivos o de rocas.

Sin embargo, en pozos a cielo abierto no es

problemático sacar las muestras inalteradas, para este propósito se puede utilizar un

cilindro de acero de la forma siguiente:

Las muestras inalteradas se obtendrá también cortando cubos mediante un cuchillo

longitudinal de arista del cubo ±15 cm. Dado el caso, que no se investigue a las

muestras inmediatamente después del muestreo, entonces las muestras deberán

cubrirse herméticamente con parafina o en caso de que se haya extraído con cilindro

muestreador este debe taparse a ambos extremos.

a. En los suelos de alta cohesión Susceptibles de alteración. Las clases 1 y 2

requieren de un buen diseño de toma de muestras como un pistón o tubo de

paredes delgadas que empuja o introduce en el suelo con ayuda de un gato

hidráulico, nunca forzado a golpes de martillo.

76



b. En los suelos no Susceptibles de alteración. El muestreo de las clases 1 y 2 se

hace con tubos abiertos que son martillados en el suelo con martillo deslizador o a

partir de muestras tomadas a mano cuidadosamente de los pozos de prueba.

Comentarios:

El ingeniero debe reconocer el justo valor de la calidad del muestreo, tanto que esta

puede significar una economía de los costos de diseño, un muestreo de alta calidad

representa una mayor exactitud en la determinación de las fuerzas cortantes, con

mayores presiones de soporte, por consiguiente, una reducción en los costos de

cimentación.

El ingeniero debe estudiar el problema de la cimentación y decidir que grado de

perfección en el muestreo es económicamente justificable, mantener siempre

presente que ciertas pruebas In situ, como las de veleta o cono, pueden proporcionar

información más confiable que las pruebas de laboratorio hechas en muestras

inalteradas.

3.5. ENSAYOS DE PENETRACION.

Los ensayos de penetración in situ están muy difundidos hoy en día, principalmente por

su sencillez y por su costo relativamente accesible, pero debemos agregar que en

muchos casos su interpretación es muy difícil.

Los penetrómetros son barras metálicas que

se introducen en el terreno para medir

determinadas propiedades del mismo y

generalmente están constituidas por las

varillas, la punta que se introduce en el terreno

y el dispositivo de accionamiento.

Constituyen un método auxiliar en la

investigación de las características del terreno,

sus resultados permiten obtener ciertos datos sobre la densidad de los suelos y la

consistencia de suelos cohesivos, así como compresibilidad y resistencia al corte. Son

usados generalmente para determinar los límites de las capas, niveles rocosos o estratos

resistentes y las cavidades del terreno. También sirven para comprobar rápidamente la

uniformidad del terreno, en combinación con otro reconocimiento, como por ejemplo los

sondeos.

77



Los ensayos de penetración pueden ser dinámicos, que

consisten en hincar mediante golpes una varilla o tubo, o

pueden ser estáticos, que consisten en medir la resistencia a

la penetración de la varilla, la que se hinca lentamente, de

modo que los efectos dinámicos resultan despreciables, es

decir, la punta es forzada hacia adelante a una velocidad

regulada.

Tipos de penetrómetros.

Penetrómetros estáticos. El más típico es el cono holandés (CPT) o cono estático,

el cual se hinca mediante una fuerza estática, dada por gatos mecánicos o

hidráulicos. Consta de un tubo, en cuyo

interior se aloja una varilla, que lleva en la

punta un cono 60º (Ver figura). Se mide el

esfuerzo necesario para la hinca del conjunto

y de vez en cuando sólo se hinca la varilla

interior móvil, lo que da la fuerza necesaria

para la hinca del cono, es decir, la resistencia

del terreno a la punta del cono. Por

diferencia, es posible obtener la resistencia

por el fuste, debida a la adherencia y el

rozamiento entre el tubo y el terreno.

Los resultados de la penetración estática

se representan gráficamente de la

siguiente manera: se grafica en ordenadas

la profundidad y en abscisas la resistencia

por la punta (kg /cm2) o su resistencia total

y el roce del tubo de revestimiento (fuste).

Los ensayos de penetración estática dan

buenas indicaciones sobre la resistencia del

terreno, pero tienen la desventaja de que en

suelos densos o muy densos, el equipo

78



pueda quedar bloqueado al no poder imprimir una fuerza mayor de penetración, con lo

cual es imposible llegar a grandes profundidades.

Penetrómetros dinámicos. La

manera más simple de obtener

información sobre el grado de

compactación in situ (compacidad en s

uelos granulares; consistencia en suelos

finos), consiste en golpear una barra y

medir lo que penetra en el terreno en

función del número de golpes. En

comparación con el penetrómetro

estático, la interpretación es más difícil,

sin embargo la ejecución del ensayo es

más sencilla, por ello este tipo de

ensayos están ampliamente difundidos.

La mayor ventaja del penetrómetro

dinámico sobre el estático es que no

necesita el lastre o anclaje de reacción

de éste último, que muchas veces puede

ser de varias toneladas, como

consecuencia tenemos que los

penetrómetros dinámicos son mucho más manejables baratos y rápidos.

Existen varios tipos de penetrómetros dinámicos, por ejemplo el tipo DIN 4094, el

penetrómetro estándar ASTM D-1 5 8 6, penetrómetros manuales, etc.

Penetrómetros manuales. Este tipo de penetrómetros se hinca en el terreno mediante

golpes dados generalmente con un mazo de madera. Como es usual al resto de los

penetrómetros, es posible registrar el número de golpes y las profundidades de

penetración. También se pueden obtener pequeñas muestras del terreno mediante una

ranura longitudinal y los huecos superiores que comúnmente poseen.

Penetrómetro DIN - 4094. Existen dos tipos: ligero y pesado. El penetrómetro ligero

puede emplearse en suelos no muy compactos hasta profundidades de unos 8 metros.

Para profundidades mayores y suelos más rígidos se utiliza el penetrómetro pesado.

Las características de estos equipos se indican en la tabla siguiente:

Penetrómetro Peso del Mazo Altura de caída Varillas Largo de

79

Penetrómetr



(kg) (cm) varillas (m)

Ligero 10 50 Tubo 22 x 4.5 1.0

Pesado 50 50Varilla de

sondaje1.0 - 2.0

Características de penetrómetros según DIN - 4094.

Fuente: Schulze W. y Simmer K., 1970.

Ensayo de penetración normal (SPT), según norma ASTM D-1586- 64T.

Este método es ampliamente conocido y relativamente simple. Consiste en contar el

número de golpes que se requieren para hincar 30 cm. una cuchara saca muestras en el

terreno, con un peso determinado y una altura de caída fija. El muestreador usado,

comúnmente llamado cuchara normal, es de 2” de diámetro y se hinca en el fondo del

pozo mediante la acción de golpes de un martinete que pesa 65 kg., el que cae desde

una altura de 75cm.

Para efectuar el ensayo es preciso avanzar con un sondeo normal. Al llegar al punto que

se desea ensayar se introduce la cuchara de 2” hasta el fondo. En esta perforación previa

se debe retirar todo el material perturbado o suelto (si el suelo es cohesivo generalmente

las paredes mantienen su posición, pero si se trata de suelos de paredes inestables se

suele entubar con revestimiento metálico o lodos tixotrópicos).

Una vez introducida la cuchara en el fondo de la perforación haciéndola penetrar unos 15

cm. mediante golpes a las cabezas de las varillas, se inicia entonces el ensayo de

penetración, contando el número de golpes (N) necesarios para hacer penetrar la

cuchara 30 cm. No debe contarse el número de golpes necesarios para introducirla los

primeros 15 cm. ya que se supone que el terreno se puede encontrar alterado en el fondo

del sondeo.

Se cuentan sin embargo los golpes necesarios para introducirla los 30 cm. Siguientes y

este será el número de penetración estándar(N)

Un criterio de rechazo a la penetración, es cuando el avance es menor a 1” por cada 50

golpes. Terminado el ensayo, se gira la cuchara y se extrae la muestra, se desarma el

muestreador retirando la camisa interior que posee dicha muestra.

La información que entrega este ensayo es muy valiosa pero su interpretación y análisis

requiere de extremada prudencia, fundamentalmente por las limitaciones que se

80



presentan en la ejecución del ensayo y factores atribuibles a las características del

terreno mismo, por ejemplo, valores de N distintos para un mismo estrato debido a que

los suelos no siempre se encuentran uniformemente distribuidos, siendo la causa de esta

variación, la presencia de partículas gravosas, rellenos u otros materiales similares.

El SPT entrega una buena referencia acerca de la compacidad de los suelos arenosos,

sin embargo, en estratos de grava la cuchara no puede hincarse, pues la afilada punta de

la cuchara se dobla.

En suelos arcillosos los resultados no son muy confiables, existiendo circunstancias

conocidas que justifican la falta de garantía de los resultados obtenidos. Primero, la

arcilla exhibe cierta viscosidad o resistencia a la deformación rápida, lo cual influye en el

ensayo, sin que tenga correspondencia en la resistencia del terreno a cargas

permanentes. Segundo, se ha podido comprobar que una gran parte de la resistencia a la

penetración de la cuchara en arcillas, se debe a la adherencia a la superficie lateral, pero

ésta tratándose de un fenómeno tan rápido, queda influido por la sensibilidad de la arcilla,

su tixotropía y en general, por la capacidad de este suelo a adherirse casi

instantáneamente a una superficie metálica.

Toma de muestras. La muestra se retira de la camisa que la contiene y se coloca en

envases o recipientes especiales, sellándola con parafina sólida. Se rotula para su

identificación y se envía al laboratorio para los ensayos pertinentes. Esta muestra debe

considerarse como remoldeada, ya que el espesor de las paredes del tubo es muy

grande con relación a su diámetro interior.

En cada ensayo que se ejecute se deben anotar los datos relativos al sondaje mismo,

como por ejemplo fecha, número del sondeo, método de perforación, sistema de

recubrimiento del pozo, profundidad, nivel freático, límites o cotas de los estratos,

identificación de los suelos, registro del índice de penetración y tiempo de duración del

ensayo.

Interpretación del SPT. En las tablas se entregan diversas relaciones entre el N y la

densidad relativa para las arenas o la consistencia para las arcillas.

N (para hundir 30 cm) Densidad relativa

0-4 Muy suelta

4-10 Suelta

10-30 Medianamente densa

81



30-50 Densa

>50 Muy densa

N (para hundir 30 cm) Consistencia

2 Muy blanda

2-4 Blanda

4-8 Media

8-15 Rigida

15-30 Muy rigida

>30 Dura

Compacidad N(SPT) Ø

Muy suelta <4 <30

Suelta 4-10 30-35

Compacta 10-30 35-40

Densa 30-50 40-45

Muy densa >50 >45

En la tabla se indican las conclusiones obtenidas por Meyerhof sobre la densidad y el

ángulo de fricción interna de las arenas.

Los valores más bajos mencionados en la tabla anterior, corresponden a arenas

uniformes, en cambio los valores altos a arenas bien graduadas. Cuando las arenas sean

algo arcillosas, el valor inferior debe reducirse en un mínimo de 5º y cuando se trate de

arenas mezcladas con gravas, el límite superior puede incrementarse en 5º.

Finalmente, Meyerhof relacionó la resistencia por punta del cono dinámico (holandés) y el

número de golpes (N) del SPT, mediante la siguiente expresión:

Rp = n x N

Donde:

Rp = resistencia por punta (Kg. / cm2)

N = índice de penetración estándar SPT

n = valor de tabla según el tipo de suelo

n Tipo de suelo

2.5 Limo arenoso

3.6 Arena y arena con gravas

82



4.0 Arena fina y arena limosa

4.8 Arena fina a media

8-18 Arena y grava

12-16 Grava arenosa

Nota: Todas las muestras extraídas de pozos de sondeo deben marcarse con:

Nombre de la obra, lugar, fecha del muestreo, número del pozo, número de la muestra,

profundidad de la muestra extraída, tipo de muestra (alterada ó inalterada), marcar lado

superior e inferior de la muestra, las muestras deben protegerse contra los rayos del sol y

el calor.

3.6 Recomendaciones para exploración de suelos.

ESTRUCTURA (PROYECTO) ESPACIAMIENTO (m)

Urbanizaciones con casas hasta 2 pisos 40 – 70

Fabricas de un piso (luces hasta 6 metros) 30 – 60

Edificios para varios pisos 20 – 50

Carreteras y aeropistas 250 – 500

Presas 20 – 60

Puentes 20 – 25

Canteras 50 – 100

Canales 500 – 1000

Vías urbanas 50 - 100

Edificios

ESTRUCTURA (PROYECTO)NUMERO DE PISOS

1 2 3 4 5

30 METROS 3.5 m. 6.0 m 10.0 m 16..0 m 24.0 m.

60 METROS 4.0 m. 3.5 m 12.5 m. 21.0 m. 33.0 m.

120 METROS 4.0 m. 3.5 m 13.5 m. 25.0 m. 41.0 m.

MUROS DE CONTENCION

83



Tuberías

Canales

Usando reglas establecidas por la American Societe of Civil Engineers (1972).

Dp: Profundidad de perforación o excavación en metros.

S: Número de Pisos.

Según el reglamento Nacional de Edificaciones

Para cimentaciones superficiales sin sótano:

Para cimentaciones con sótano

84

TUBERIAS

Dp=D1+Z Considerando que Z=1 .5B



Donde:

Dp: Profundidad de perforación o excavación en metros

D1: Distancia Vertical de desplante de la zapata o fondo de cimentación.

B: Es el ancho de la zapata más grande.

H: Es la distancia vertical entre el nivel del piso terminado del sótano y la

superficie del terreno natural.

3.7. METODOLOGIA PARA LA EXPLORACIÓN DEL SUB SUELO

La metodología usada es de tipo exploratorio y descriptivo. Se inicia con trabajos de

exploración de campo, luego el muestreo, seguido del análisis de laboratorio, para

finalmente a la luz de los resultados ver la factibilidad del proyecto

1. RECOLECCIÓN INFORMACIÓN BIBLIOGRÁFICA.

En esta fase se recopilará y analizará toda la información existente de la zona

involucrada en el estudio, como cartografía, Topografía de la zona en estudio e

información estadística de la ocurrencia de fenómenos naturales que han generado

situaciones de desastre, a fin de disponer de un panorama total del ambiente donde

se desarrollara el proyecto.

Tener una idea general del tipo de Estructuras de uso general.

Tener una idea general de la topografía y del tipo de suelo que se encontrara

cerca y alrededor del lugar de estudio, se obtiene las siguientes fuentes:

Mapas de levantamientos geológicos – INGEMMET

Carta Nacional

Reportes de los suelos estudiados

Información Hidrometereológica

Reglamento nacional de Edificaciones

Norma E050

Manuales de Suelos, entre otros.

La Información obtenida así es sumamente útil en la planeación de una

investigación. En algunos casos se logran ahorros considerables si se detectan de

antemano problemas que pueden luego encontrarse en el Programa de

Exploración.

85

Dp=H+D1+Z Considerando que Z=1 . 5B



2. RECONOCIMIENTO DE CAMPO

El Ingeniero debe siempre hacer una inspección visual del lugar de estudio para

obtener información sobre:

La topografía general del lugar, la posible existencia de canales de drenaje,

botaderos de basura y otros materiales. Además la evidencia del flujo plástico

en taludes y grietas profundas y ampliar a intervalos regularmente espaciados

puede ser indicativo de suelos expansivos.

Estratificación del suelo en cortes profundos, como los que se realizan para la

construcción de las vías.

Tipo de vegetación en el sitio que indique la naturaleza del suelo.

Huellas de niveles altos del agua en edificios y en estribos de puentes.

Niveles de agua freática, que son determinados por observación de pozos

cercanos.

Tipos de construcciones vecinas y existencia de grietas en muros o viviendas.

Evidencia de erosión en las riberas de los ríos o torrenteras.

La evidencia de inundaciones fluviales o pluviales.

La Naturaleza de la estratificación y propiedades físicas de suelos vecinos, también

se obtienen de reportes disponibles de la exploración del sub suelo para estructuras

existentes.

3. INVESTIGACIÓN DEL SITIO

La fase de investigación del sitio del programa de exploración consiste en la

planeación, efectuar sondeos de prueba y recolectar muestras del suelo a los

intervalos deseados para sub secuentes observaciones y pruebas de laboratorio. La

Profundidad mínima aproximada requerida de los sondeos debe ser

predeterminada.

La Profundidad puede ser cambiada durante la operación de barrenado o de

excavación a suelo abierto, dependiendo del sub suelo encontrado.

Para determinar la profundidad mínima aproximada se debe tener en cuenta las

reglas establecidas

3.1. Determinar el espaciamiento de las calicatas utilizando las tablas

estadísticas, se cuadricula el área de estudio en hectáreas y de acuerdo a

86



las necesidades de obtener la información se determina áreas para la

exploración

3.2. Determinar la profundidad de la excavación y/o perforación mediante la

distribución de tensiones en el sub suelo.

ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS DE LOS ENSAYOS DE LABORATORIO

El proceso de Identificar las capas o estratos de depósitos que subyacen bajo una

estructura y sus características físicas que se denomina exploración del subsuelo.

Su Propósito es obtener información que ayude al ingeniero en:

1. Seleccionar el tipo y profundidad de la cimentación adecuada para una

estructura dada.

2. Evaluar la capacidad de carga de la Cimentación.

3. Estimar el asentamiento probable de una estructura.

4. Detectar problemas potenciales de la cimentación (por ejm: suelo

expansivo, suelo colapsable, relleno sanitario, antiguo cementerio, etc.)

5. Determinar la Localización del nivel freático.

6. Predecir el empuje Lateral de la tierra en estructuras como Muros de

Retensión, tabla estacados.

7. Establecer métodos de construcción para condiciones ambientales del

suelo.

TAMBIEN ES IMPORTANTE LA IDENTIFICACION VISUAL.

La identificación visual, es el reconocimiento preliminar del suelo sin necesidad de

empleo de equipos o ensayos de laboratorio, los cuales más tarde nos darán una

confirmación y permitirán ampliar la información obtenida en terreno.

Esta identificación es una etapa previa para el estudio de Mecánica de Suelos, de ahí su

gran importancia. A pesar de que los ensayos son muy simples de realizar, la

identificación visual requiere de cierta experiencia para poder diferenciar los distintos

tipos de suelos. Los términos usados para designar a los tipos de suelos son: grava,

arena, limo y arcilla; pero es sabido que los suelos naturales generalmente son una

mezcla de dos o más de éstos y muchos contienen una cantidad de materia orgánica en

un estado de descomposición parcial o total. Sin embargo, es posible discernir el

componente predominante y asimilar las muestras aun grupo y los demás constituyentes

87



del suelo se indican como adjetivos. Así, una arcilla limosa tiene las propiedades de una

arcilla, pero contiene una cantidad importante de limo; un limo orgánico está compuesto

prioritariamente por limo, pero contiene una cantidad significativa de materia orgánica.

PROPIEDADES GEOTÉCTICAS DEL SUELO

Estas propiedades pueden ser determinadas mediante apropiadas pruebas de

Laboratorio. Recientemente se ha puesto énfasis en la determinación in-situ de las

propiedades de resistencia y deformación del suelo. Debido a que así se evita la

perturbación de las muestras durante la exploración de campo. Así mismo el Ingeniero

debe ser consiente de que los depósitos del suelo natural sobre los cuales las

cimentaciones se construyen, no son homogéneas en la mayoría de los casos. El

Ingeniero debe entonces tener un conocimiento pleno de la geología de la zona. Es decir,

del origen y naturaleza de la estratificación del suelo, así como las condiciones del agua

del sub suelo.

3.8. RECOLECCIÓN DE MUESTRAS DE SUELO EN EL TERRENO (Ref. AASHTO T86-70,

ASTM D420-69)

OBJETIVOS:

Enseñar a los estudiantes los métodos para la obtención de muestras

Capacitar al estudiante para obtener un indicio de la variación, según la profundidad,

del contenido de humedad natural del suelo.

Recolectar información para dibujar un perfil del terreno.

Como obtener las muestras de suelo, para los ensayos de laboratorio.

EQUIPO:

Palanas, picos

Bolsas de polietileno

Bolsas plásticas

Latas (12) o recipientes para contenido de humedad.

PROCEDIMIENTO:

1. Cada grupo debe excavar una calicata, de

por lo menos 1.5 m de profundidad.

88



2. Tomar dos muestras para contenido de humedad, por cada metro de profundidad

y donde se produzcan cambios visuales en el estrato de suelo. Colocar las tapas

de los recipientes de humedad inmediatamente después de obtener la muestra.

3. Es necesario recolectar 30 kg. de suelo por grupo o suficiente material, par los

ensayos de laboratorio sub siguientes. Esta muestra deberán llevarse al

laboratorio, identificarse mediante un rótulo. Así mismo se recomienda ponerlo en

un recipiente grande y secarlo al aire.

4. Cada grupo deberá preparar el registro de excavaciones, de las calicatas o

perforaciones realizadas.

89



5. Cada grupo deberá dibujar un perfil estratigráfico, utilizando una escala

apropiada. Deberá hacerse una descripción visual del suelo en cada estrato, por

ejemplo arena arcillosa gris, capa vegetal negra, arena gravosa, etc.

INFORME TECNICO

INDICE

INTRODUCCIÓN

GENERALIDADES

Objetivo del estudio

Ubicación del área en estudio

Condiciones climáticas

Características del Proyecto

METODOLOGIA

INVESTIGACIONES EFECTUADAS

Aspectos Geológicos

Trabajos de Campo

Pozos de muestreo

Muestreo Disturbado

Muestreo Inalterado

Registro de Excavaciones

Ensayos de Laboratorio

90



Clasificación de Suelos

DESCRIPCIÓN DEL PERFIL ESTRATIGRAFICO

ANALISIS DE RESULTADOS

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIOES

CUARTA UNIDAD:

GRANULOMETRIA DE LOS SUELOS

4.1 Generalidades

El ingeniero interesado en suelos deberá estar suficientemente enterado de los

métodos y criterios basados en la distribución granulométrica.

La finalidad es obtener la distribución por tamaño de las partículas presentes en una

muestra de suelo. Así es posible también su clasificación mediante sistemas como

AASHTO o SUCS. El ensayo es importante, ya que gran parte de los criterios de

aceptación de suelos para ser utilizados en bases o sub -bases de carreteras, presas

de tierra o diques, drenajes, etc., depende de este análisis.

Para obtener la distribución de tamaños, se emplean tamices normalizados y

numerados, dispuestos en orden decreciente.

4.2 Definición

91



Es el estudio y determinación de los diferentes tamaños de las partículas de los

suelos, la granulometría ofrece criterios que permiten encasillar a un suelo en

sistemas de clasificación ampliamente difundidos con la posibilidad de poder utilizar

experiencias de otras investigaciones.

4.3 Clasificación de los suelos según investigaciones de las instituciones internacionales.

4.4

Análisis mecánico y gradación de suelosComprende todos los métodos para la separación de un suelo seco en diferentes

tamaños o fracciones. El de tamizado para las partículas grueso – granulares (gravas,

arenas) y el de sedimentación para la fracción fina del suelo (limos, arcillas, granos < a

0.075 mm), pues no son discriminables por tamizado.

a. ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO POR TAMIZADO EN SECO. Referencia ASTM

D421-58 y D422-63. AASHTO T87-70 y AASHTO T88-70

92



Viene hacer la actividad de hacer pasar la muestra de suelo seco mediante un

juego de tamices que se disponen en forma descendente de acuerdo a la

abertura de su diámetro en mm. Hasta el tamiz # 200 (0.075 mm.)

La distribución granulométrica de los suelos, suele ser representada en una “gráfica

granulométrica”, dibujando con porcentajes en peso como ordenadas y tamaños de

partículas como abscisas. La representación en escala semilogaritmica (eje de las abscisas

en escala logarítmica y a escala natural las ordenadas), un suelo constituido por partículas

de un solo tamaño estará representado por una línea vertical, una curva muy tendida indica

gran variedad en tamaños (suelo muy heterogéneo), suelo bien graduado

Como una medida simple de la uniformidad de un suelo, se utiliza el coeficiente de

uniformidad (Cu). El mismo que indica la variación del tamaño de las partículas presentes

93



en la muestra de ensayo. Así mismo se puede indicar que sí este valor es muy grande

quiere decir que entre los diámetros D60 y D10 difieren en tamaño apreciablemente. No

podemos estar seguros que no exista un vacío de gradación.

Como medida de la gradación, se utiliza el coeficiente de curvatura (Cc). El mismo que

indica la forma de la curva entre D60 y D10.

Representación gráfica de la granulométria de una muestra.

94



95

1 . Coeficiente de uniformidad :

Cu=D60

D10

>3 Heterogéneo , <3 muy uniforme , >15 muy heterogéneo .

Donde :D60 : Significa tal tamaño de grano ,que el 60 % en peso pasa .D10 : Significa tal tamaño de grano ,que el 10 % en peso pasa .

2 . Coeficiente deg radación :

Cc=(D30 )

2

D60 D10

;

Sí : 1<Cc<3 →Será un suelo bien graduado compuesto por todotamaño de part ´ culas .



Nota: Los coeficientes de uniformidad y curvatura serán determinados, si se cumple

que el 12 % o menos pasa por la malla Nº 200 (Joseph Bowles)

Problema Nº 1: Se tiene los siguientes datos del ensayo de granulometría por tamizado en

seco. Determinar el Cu y Cc, así mismo graficar la curva granulométrica

Se

determina el porcentaje de error (ε)

ε=W i−¿W f

W i

x 100<2 ;casocontrario se repitir áel ensayo .¿

Donde :

W i :Peso inicial ode sarandeoW f :Peso final despué sdel sarandeo

Paranuestro caso :ε=W i−¿W f

W i

x100=472.5−471.8472.5

=0.15 %<2→OK ¿

Cálculo del Cu yC c :

96

Peso muestra seca antes del lavado (Ws) en gr. 500

Nota: La muestra es lavada en la malla Nº 200 (0.075 mm), el trabajo se debe realizar con prudencia con la finalidad

de no deteriorar el tamiz.

Peso tarro en gr. 421.2Peso muestra seco

después de lavar en gr472.5

Malla Nº Diámetro (mm)

Peso Ret. (gr)

% Retenido % Acumulado

% Que pasa

4 4.750 9.80 1.96 1.96 98.0410 2.000 39.50 7.90 9.86 90.1420 0.840 72.60 14.52 24.38 75.6240 0.425 128.50 25.70 50.08 49.9260 0.250 108.50 21.70 71.78 28.22

100 0.150 103.00 20.60 92.38 7.62200 0.075 8.40 1.68 94.06 5.94

Cazoleta 1.50 5.94 100.00 0.00471.80 100.00



Cu=(D60 )(D10 )

=3.64 > 3 ok C c=(D30 )

2

D 60D10

=0.73<1nosatisface

Problema Nº 2: Se tiene los siguientes datos del ensayo de granulometría por tamizado en

seco. Determinar el Cu y Cc, así mismo graficar la curva granulométrica

Malla Nº Abertura en (mm)

Pesos ret. (gr) % ret. % ret. Acumulado

% que pasa

11/2" 38.1 0.00 0.00 0.00 100.001" 25.4 1818.10 12.00 12.00 88.00

3/4" 19.05 1212.10 8.00 20.00 81.003/8" 9.525 3030.20 20.00 40.00 60.00Nº4 4.75 2272.70 15.00 55.00 45.00

Cazoleta 6818.10 45.00 100.00 0.00Para el análisis del material fino (arena) se tomo sólo 200 gramos.

10 2.000 31.50 7.00 62.00 38.0020 0.841 27.50 6.00 68.00 32.0040 0.420 29.10 7.00 75.00 25.0060 0.250 22.00 5.00 80.00 20.00

100 0.149 24.10 5.00 85.00 15.00200 0.075 20.80 5.00 90.00 10.00

Cazoleta 45.00 10.00 100.00 0.00

b. ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO POR SEDIMENTACIÓN (METÓDO DEL

HIDRÓMETRO); referencia ASTM D421-58 y D422-63. AASHTO T87-70 y

T-88-70.

97

Cu=D60

D10

=9 . 5250 . 075

=127>3→ok

Cc=(D30 )

2

D10 D60

=(0. 721 )2

9.525 x 0 .075=0 . 73<1

Conclusión :El suelo es mal graduado



El análisis del Hidrómetro es un método utilizado para obtener una

aproximación de la distribución granulométrica de los suelos cuyas partículas

sean de tamaño inferior a 0.075 mm (malla Nº 200), hasta alrededor de 0.001

mm. Los resultados se presentan en un gráfico semilogarítmico, dibujando

con porcentajes en peso como ordenadas y tamaños de partículas como

abscisas, estos resultados pueden combinarse con los de la gradación mayor

a 0.075mm, con lo cual se denominará granulometría cerrada. El método del

hidrómetro permite obtener el porcentaje de arcilla (% más fino que 2 micras).

Ley de Stokes (G. G. Stokes - 1850): El análisis del Hidrómetro utiliza la

relación entre la velocidad de caída de esferas en el medio continuo (agua), el

diámetro de la esfera, el peso específico tanto de la esfera como del medio

continuo, y la viscosidad del fluido.

98

v=2 γ s−γ 0

9η (D2 )2

.. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . ..(b . 1)

Donde : v : Velocidad de caída de la esferaγ s : Peso específico de la esfera

γ0 : Peso específico del fluido (agua )η : Vis cos idad absoluta , o dinámica del fluido (agua ) , endinas x s

cm2; o

grcm

x s

D : Diámetro de la esfera



Resolviendo la ecuación (b.1) para D utilizando el peso específico del agua,

se obtiene:

El rango de variación de los diámetros D para los cuales es valida esta

ecuación es:

Para resolver la ecuación (b.2) es necesario obtener el término velocidad v,

conocer los valores de:

Como el peso específico del agua y su viscosidad varían con la temperatura,

por lo cual esta variable debe ser considerada.

Fundamento teórico:

Para obtener la velocidad de las partículas se utiliza el hidrómetro.

Figura Nº 1

Se mezcla una cantidad de suelo con agua y un pequeño contenido de un

agente dispersante para formar una solución de 1000 cm3. Se obtiene una

solución con un peso específico ligeramente mayor que 1.000 (teniendo en

cuenta que el peso específico del agua destilada es 1.000 a 4ºC). El agente

99

D=18 η vγ s−γω

cm .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .(b .2 )

0 .0002 mm≤D≤0 .2 mm

η , γ s y γω



dispersante o llamado defloculante, se añade a la solución para neutralizar las

cargas sobre las partículas más pequeñas de suelo, que por lo general tienen

carga negativa. Con orientación adecuada, estos granos cargados

eléctricamente se atraen entre si con fuerza suficiente para permanecer

unidos, creando así unidades mayores que funcionan como partículas

mayores. Estas sedimentan más rápidamente a través del fluido que las

partículas aisladas.

El agente dispersante utilizado es el metafosfato de sodio (NaPO3), y el

silicato de sodio (Na3SiO3), los cuales neutralizan la carga eléctrica de las

partículas de suelo. La cantidad utilizada es de 125 cm3 de solución al 4% de

metafosfato de sodio en 1000 cm3 de suspensión, la cual puede variar si la

solución permanece turbia después de 2 o 3 horas.

Se debe determinar el PH de la solución antes de utilizar algún agente

dispersivo. Puesto que el metafosfato de sodio produce una solución acida

(toma azul los papeles utilizados para determinar acidez) y por consiguiente

se podría esperar una mejor eficacia como agente dispersivo en suelos

alcalinos. El silicato de sodio, produce una solución alcalina (toma rosada al

papel utilizado para medir acidez) y debería ser más eficiente en suelos

ácidos o suelos cuyo PH es menor de 7.

100



El hidrómetro más usado es el tipo 152H (según norma ASTM) y esta

calibrado para leer la aceleración de la gravedad de un suelo de Ss = 2.65 en

1000 cm3 de suspensión siempre que no haya más de 60 g de suelo en la

solución. La lectura por consiguiente esta directamente relacionada con el

peso específico relativo de la solución.

El hidrómetro determina la gravedad específica de la suspensión agua-suelo

en el centro del bulbo (fg. Nº 1). Todas las partículas de mayor tamaño que

aquellas que se encuentren aún en suspensión en la zona mostrada como L

(la distancia entre el centro de volumen del bulbo y la superficie del agua)

habrán caído por debajo de la profundidad del centro del volumen, y esto

hace decrecer permanentemente la gravedad específica de la suspensión en

el centro del volumen del hidrómetro. Además es obvio pensar que el

hidrómetro tiene un peso constante a medida que disminuye la gravedad

específica de la suspensión, el hidrómetro se hundirá más dentro de la

suspensión (aumentando así la distancia L). Es necesario recordar que la

densidad del agua decrece a medida que la temperatura aumenta (o

diminuye) de 4ºC. Esto ocasiona adicionalmente un hundimiento mayor del

hidrómetro dentro de la suspensión.

Como la profundidad “L” representa la distancia de caída de las partículas en

un intervalo de tiempo dado t, entonces la velocidad se define como:

Par determinar L, es necesario medir la distancia L2 y varios valores de la

distancia variable L1 (representadas en la fg Nº 1) utilizando una escala.

Usando un cilindro de sedimentación graduado de sección transversal A

conocida, sumergir dentro de él el bulbo del hidrómetro y determinar el

cambio en la medición del cilindro. Esto permitirá determinar el volumen del

bulbo del hidrómetro Vb. A continuación se puede calcular la longitud L en cm

si L1 y L2 están en cm. y Vb en cm3, en la siguiente ecuación:

101

v=Lt

que se utilizará en la ecuación de Stokes



El término (-Vb/A), toma en cuenta que la suspensión de suelo-agua se

eleva una cantidad (Vb/A) cuando el hidrómetro es colocado en el cilindro

de sedimentación, entonces así el centro de volumen se desplaza hacia

arriba 1/2 (Vb/A) de la ecuación (b.3). Al dibujar una curva de las lecturas

del hidrómetro (las cuales se relacionan con los valores correspondientes

de L1) contra L, se obtiene el valor de L para cualquier lectura del

hidrómetro R. Como esta curva es lineal, sólo se necesitan 3 puntos para

establecer la curva R contra L. como el hidrómetro 152H tiene

dimensiones razonablemente dentro de los patrones, los valores de L

pueden obtenerse una sola vez con proyección adecuada para la mayoría

de los trabajos posteriores de (MS), tal como se muestra en la tabla Nº 01.

La lectura del hidrómetro únicamente por el error del menisco para ser

utilizada en la ecuación (b.3) (en una suspensión turbia, es necesario leer

en la parte superior del menisco). La velocidad de caída consiste en que la

lectura real de la distancia L que las partículas han recorrido es

independiente de la T, gravedad específica de la solución o cualquier otro

tipo de variable.

Si conocemos el diámetro de la partícula y el % de suelo que aún

permanece en suspensión, el cual en este caso sería el % de material más

fino. Se tendría suficiente información para dibujar la curva granulométrica.

Corrección por temperatura para utilizar en la suspensión agua-suelo.

Como corrección de cero es (±) y corrección de temperatura es también

(±), con el signo que se indique en la tabla Nº 02, la lectura corregida del

hidrómetro para granos de suelo en suspensión se calcula como:

102

L=L1+12 (L2−

V b

A ) . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . ..(b . 3)



103

Rc=Rral−correccióncero+CT .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .(b . 4 )Una vez corregida la lectura del hidrómetro , el % de material más finopuede calcularse (si consideramos quenovar ía el Ss=2 .65 ) como :

% material más fino=Rc

W s

x100 .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . ..(b . 5 )

Donde : Rc : granos de suelo en suspensión en un tiempo t dadoW s : peso original de suelo colocado en suspensión

Sí Ss no es igual a 2 . 65 , es posible calcular una cons tan te a para utilizaren la ecuación (b . 5)aSs

Ss−1

=12 .652 .65−1

∴a=Ss (1. 65 )

(Ss−1 )2. 65. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . ..(b . 6 )

El % más fino cuando Ss≠2. 65 se calcula :

El % más fino=Rc a

W s

x100 . .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . ..(b . 7 )



En la taTabla Nº 03 se dan los valores de a.

La ecuación (b.2) también puede escribirse en función de L y t.

104

D=√30η980 (Ss−Sω)

Lt

D=K √Lt .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. (b .8 )

K=f (T ,Ss , u ) se muestra en la tabla Nº4



ENSAYOS DE LABORATORIO

Para suelos con tamaño de partículas mayor a 0,075 mm. (75 micrones) se utiliza el método

de análisis mecánico mediante tamices de abertura y numeración indicado en la tabla. Para

suelos de tamaño inferior, se utiliza el método del hidrómetro, basado en la ley de Stokes.

Tamiz Nº (ASTM)

Abertura real (mm.) Tipo de suelo

3 ” 76,12

GRAVA

2 ” 50,8011/2 ” 38,10

1” 25,40¾” 19,05

3/8” 9,524 4,75 ARENA GRUESA

10 2,00ARENA MEDIA20 0,84

40 0,4260 0,25

ARENA FINA100 0,105200 0,075

Fuente : Ing. Joseph E. Bowles. Manual de laboratorio de mecánica de suelos, pg. 42

MÉTODO: ANÁLISIS MECÁNICO POR TAMIZADO EN SECO.

1. Equipo.

105



Un juego de tamices normalizados según la tabla

anterior.

Dos balanzas: con capacidades superiores a 20

kg. y 2000 gr. Y precisiones de 1gr. y 0,1gr.

Respectivamente.

Horno de secado con circulación de aire y

temperatura regulable capaz de mantenerse en 110 º ± 5 º C.

Un vibrador mecánico.

Herramientas y accesorios. Bandeja metálica, recipientes plásticos y escobilla.

2. Procedimiento

Se homogeniza cuidadosamente el total de la muestra en estado natural

(desmenuzándola con un mortero), tratando de evitar romper sus partículas

individuales, especialmente si se trata de un material blando, piedra arenosa u otro

similar.

Se reduce por cuarteo una cantidad de muestra levemente superior a la mínima

recomendada según el tamaño máximo de partículas del suelo.

Tamaño máx. de partículas (mm) Cantidad mím. A ensayar (Kg.)

4.75 0.5

25 10.0

50 20.0

80 32.0

106



Se seca el material dentro de un horno a una temperatura

de 110 ºC, hasta conseguir pesadas consecutivas

constantes en la muestra. Cuando esté seca, se obtiene la

cantidad mínima recomendada o peso de la muestra

(Wm.) a ensayar según la tabla anterior.

Inmediatamente obtenido el tamaño de muestra a

ensayar, se pesa y se lava con el fin de eliminar todo

el material fino menor a 0,075 mm. Para esto, se

remoja el suelo en un recipiente con agua hasta que

las partículas más finas se suelten, en seguida se lava

el suelo colocando como filtro la malla Nº 200 ASTM

(0,075 mm.), hasta observar que el agua utilizada

salga limpia. El material retenido en la malla se

deposita en una bandeja y se coloca al horno durante 24 horas. Cumplido el tiempo

de secado y una vez enfriada la muestra, se pesa (Wm después lavado).

A continuación, se deposita el material en un juego de

tamices, los que deberán encontrarse limpios y ordenados en

forma decreciente los mayores arriba hasta los diámetros

inferiores abajo. El juego deberá contar de una tapa en la

parte superior y una bandeja de residuos en la inferior.

Se hace vibrar el conjunto durante 5 a 10 minutos,

tiempo después del cual se retira del vibrador y se

registra el peso del material retenido en cada tamiz.

Sumar estos pesos (Wf. peso final o después del

ensayo) y comparar con el peso inicial o peso de la

muestra seca después del lavado, con el cual se inicio

el cribado. Esta operación permite detectar cualquier

pérdida de suelo durante el proceso de tamizado. Si se

tiene una pérdida de más del 2% con respecto al peso

original, se considera que el experimento no es satisfactorio y por consiguiente debe

repetirse.

107



Calcular el porcentaje en cada tamiz. Así mismo calcular

el porcentaje que pasa, comenzando por el 100% y

sustraer el porcentaje retenido en cada malla como un

proceso acumulativo.

Cada integrante del grupo debe hacer una gráfica semilogarímica del tamaño de la

partícula vs porcentaje que pasa. Si menos del 12% del material pasa a través del

tamiz Nº 200, es necesario calcular el Cu y Cc.

PRESENTACIÓN DE RESULTADOS



DETERMINACION DE LA GRANULOMETRÍAProyecto:Ubicación: Hecho por:Descripción del suelo:Condición de la muestra: Alterada - InalteradaFecha de muestreo:Fecha de ensayo:

Wsuelo seco: Antes del lavado (gr) =Wsuelo seco: Después del lavado (gr) =

N° de malla Peso retn. (gr) % ret. % ret. Acumulado % que pasa

1´´

3/4"

1/2"

3/8"

4

8

10

16

108



30

40

50

80

100

200

Cazoleta

QUINTA UNIDAD:

PLASTICIDAD EN SUELOS

109

GRAFCA DE LA CURVA GRANULOMÉTRICA Y CALCULOS :

1 . Con los resultados de la tabulación , graficar la curva granulométrica ,sobre un papel semi logarítmico .

2 . Deter minar el Cu y Cc respectivamente .3 . Análisis y justificación de resultados



5.1. Generalidades

En los suelos cohesivos (arcillas, limos, margas, arcillas arenosas, limos arenosos)

debe averiguarse el comportamiento por la plasticidad.

La plasticidad en los suelos cohesivos no es una propiedad permanente, sino

circunstancial y dependiente de su contenido de humedad (agua). Por ejemplo una

arcilla bastante seca, puede tener la consistencia de un ladrillo con plasticidad nula, y

esa misma, con gran contenido de agua puede presentar las propiedades de un lodo

semilíquido. Entre ambos extremos, existe un intervalo del contenido de agua en que la

arcilla se comporta plásticamente.

5.2. Definición

Es la propiedad de un material (suelo) por el cual es capaz de soportar deformaciones

rápidas sin rebote elástico, sin variación volumétrica apreciable, sin deformarse ni

agrietarse.

5.3. Estados de consistencia

Según su contenido de agua en orden decreciente, un suelo es susceptible de ser

plástico y puede estar en cualquiera de los siguientes estados de consistencia,

definidos por Atterberg.

Estado Líquido.- Cuando el suelo tiene las propiedades y apariencia de una

Suspensión.

Estado Semi líquido.- Cuando el suelo tiene las propiedades y apariencia de un

líquido viscoso.

Estado Plástico.- Cuando el suelo está sujeto a deformaciones.

Estado Semi Sólido.- Cuando el suelo se encuentra en proceso de

endurecimiento difícil de trabajarse, disminuye su volumen al estar sujeto al

secado.

Estado Sólido.- Cuando el suelo no cambia su volumen al irse secando.

110



5.4. Limites de consistencia o límites de Atterberg.

Los límites de consistencia fueron propuestos el científico sueco A. Atterbeg, nosotros

podemos considerar que los LL y LP han sido y son ampliamente utilizados a nivel mundial,

principalmente para la identificación y clasificación de los suelos, ambos también son útiles

para predecir la máxima densidad seca o el optimo contenido de humedad en los

problemas de compactación. El LC, es importante en las zonas donde el suelo sufre

grandes cambios de volumen. Los límites de adhesión y cohesión no tienen relevancia en el

campo de la ingeniería civil.

Límite Líquido (LL): Es el contenido de agua de un suelo arcilloso con el cual

empieza a fluir si se agita ligeramente varias veces. También podemos decir que es el

contenido de agua por debajo del cual el suelo tiene un comportamiento plástico.

Límite Plástico (LP): Es el contenido de agua con el cual el suelo puede moldearse

en cilindros o rollitos de 3 mm de diámetro sin que se rompan o desmoronen. O

también se puede expresar como el contenido de agua por debajo del cual se puede

considerar al suelo como no plástico.

Límite de adhesión: Es el contenido de agua con que la arcilla comienza a pegarse a

las superficies metálicas tales como, cuchillas del arado y espátulas de trabajo en los

laboratorios.

Límite de Cohesión: Es el contenido de agua con que los grumos de arcilla son

capaces de pegarse unas con otras.

Límite de Contracción (LC).- Frontera entre los estados de consistencia semí sólido

y sólido definido con el contenido de humedad (agua) con el que el suelo ya no

disminuye su volumen al seguirse secando.

5.4.1 Determinación del limite líquido (LL).

Hoy en día se emplea el equipo ideado por A. Casagrande es un equipo

mundialmente usado, compuesto por una copa o cápsula de latón, articulada por

111



un extremo, que sube y baja por la acción de hacer girar una manivela, la altura

de caída de la copa se ajusta para que sea exactamente 1 centímetro, la copa se

golpea sobre una base de caucho duro. Adicionalmente se debe contar con la

presencia de dos ranuradores, uno tipo ASTM generalmente utilizado para suelos

poco plásticos y otro tipo Casagrande, los cuales sirven para hacer ranuras en la

muestra que se colocará sobre la copa.

El material (suelo) que se utiliza para la prueba debe pasar la malla N° 40 (0.420

mm), antes de la prueba, el suelo se amasa y se deposita en la copa, se hace una

ranura en el centro de la muestra de suelo, Luego entonces se gira la manivela y

se cuenta el numero de golpes que la copa cae sobre la base de caucho, hasta

que la ranura se cierre en unos 12 mm de longitud. Se toma un poco de suelo de

alrededor de la ranura y se determina su contenido de humedad. Se repite la

operación tres a cuatro veces añadiendo agua o amasando con la finalidad que se

deshidrate la muestra, no agregar suelo seco, hasta que se hagan dos mediciones

de la humedad para consistencias correspondientes a menos de 25 golpes, y

otras dos mediciones para un numero mayor. Los resultados se grafican tomando

en abscisas el numero de golpes (NG) en escala logarítmica, y como ordenadas el

contenido de humedad correspondiente, se obtienen puntos que definen una línea

que generalmente es una recta. La intersección de esta línea con la vertical

correspondiente a 25 golpes da el contenido de humedad al que se denomina

Límite líquido (LL).

Problema N° 1: Determinar

el Límite líquido de un suelo si contamos con los siguientes resultados de laboratorio.

112



Procedimiento de cálculo:

1. Del laboratorio se obtiene los pesos del suelo húmedo (Wsh), peso del suelo

seco (Wss), peso del tarro (Wtarro) y número de golpes (NG) en el ensayo del

Límite líquido.

2. En gabinete se determina los pesos: del agua (Ww) y porcentaje de humedad

(w%).

3. Se procede a graficar en un sistema de coordenadas, el contenido de

humedad en el eje de ordenadas en escala natural, el NG en el eje de

abscisas en escala logarítmica. Se obtienen puntos de coordenadas (NG, w

%) deben generar una línea recta. El Límite líquido quedará determinado por

el punto de intersección de esta línea, con la perpendicular al eje de las

abscisas en el valor correspondiente a 25 golpes.

113

Determinación del Límite liquidoÍtem N° de tarro (gr) 1 2 3

1 W tarro + Ws.h. (gr) 41 37.08 39.882 W tarro + Ws.s. (gr) 36.65 33.07 35.023 Wagua (gr) 4.35 4.01 4.864 Wtarro 15.17 15.47 15.58

5 w% 20.25 22.78 25.006 N° de golpes 36 20 17



5.4.2 Determinación del limite Plástico (LP)

El límite plástico se determina moldeando un poco de suelo plástico (20 gr

aproximadamente), haciendo rodar con la mano sobre una placa de vidrio en

cilindros o rollitos de 3 mm (velocidad de 80 a 90 movimientos por minuto),

dichos cilindros de suelo que se forman y doblan rodando de nuevo; se pierde

con ello cierta humedad. Esta operación debe repetirse hasta que los cilindros

no puedan rodarse sin antes desmoronarse, en este momento el diámetro

debe ser aproximadamente de 3 mm. Entonces se determina el contenido de

humedad pesando los cilindros de suelo, secándolos en un horno y

volviéndolos a pesar. Se admite que este contenido de agua representa el

Límite Plástico (LP) del suelo ensayado.

Problema N° 1: Determinar el Límite plástico de un suelo si contamos con los

siguientes resultados de laboratorio.

Determinación del Límite plásticoN° de tarro 1 2 3

W tarro + Ws.h. 26.82 26.12 26.54

W tarro + Ws.s. 25.21 24.73 25.08

Wagua 1.61 1.39 1.46

Wtarro 15.23 15.23 15.22

Ws.s. 9.98 9.5 9.86

W % 16.13 14.63 14.81

LP % 15.19

114



5.4.3 Determinación del Índice plástico (IP).

El índice plástico queda determinado por la diferencia entre el Límite

líquido y el Límite plástico:

IP = LL – LP………………………………………………………(5.1)

5.4.4 Ecuación de la curva de fluidez O índice de fluencia (IF)

Es la pendiente de la línea que queda definida al unir los puntos de

coordenadas w% vs NG, y queda definida mediante la siguiente ecuación:

IF= ∆ω∆ NG

=ω1−ω2

logN 1−log N2

¿=ω=IF logNG+C

Donde:

C: Constante que representa la ordenada de la abcisa de 1 golpe

W: Contenido de humedad, como porcentaje del peso seco

IF: índice de fluidez pendiente de la curva de fluidez, igual a la variación

del contenido de agua correspondiente a un ciclo de la escala logarítmica.

NG: número de golpes en la copa de Casagrande

5.4.5 Índice de tenacidad (IT)

115



La tenacidad queda definida por el valor del esfuerzo cortante capas de

resistir el suelo en el límite plástico

5.4.6 Índice de consistencia (Kw)

A partir de los valores de los límites, líquido y plástico. Así como de su

contenido de humedad natural se puede determinar el grado de consistencia,

e indica la consistencia del suelo en estado natural. Este valor es de gran

importancia para las arcillas en el mismo orden que la densidad relativa en

suelos arenosos.

Donde:

LL: Límite líquido

wn: Contenido de humedad natural

LP: Límite plástico

Sí el contenido de humedad en estado natural es igual al límite plástico,

entonces el Índice de consistencia será igual al 100%. Las arcillas pueden

presentar la siguiente variación de su consistencia:

Kw < 0 Consistencia líquida

0 < Kw < 0.50 Consistencia viscosa

0.5 < Kw < 0.75 Consistencia suave

0.75 < Kw < 1 Consistencia plástica (semirígida)

Kw > 1 Consistencia media dura, dura sólida.

5.4.5 Índice de fluidez o índice de liquidez (IL)

IL=ω−LPIP

Cuando: w = LP. Entonces IL = 0%

Cuando: w = LL. Entonces IL = 100%

5.4.6 Relación entre el límite líquido (LL) e índice plástico (IP).

116

I T= IPIF

Kω=LL−ωnat .

LL−LPx 100



Como base para la clasificación de suelos cohesivos se utiliza un diagrama

que muestra la relación en el LL de un suelo en la abscisa y su IP en la

ordenada

Donde:

CH: Arcilla inorgánica de alta plasticidad

CL: Arcilla inorgánica de baja plasticidad

OH: Arcilla orgánica de alta plasticidad

OL: Arcilla orgánica de baja plasticidad

MH: Limo inorgánico de alta plasticidad

ML: Limo inorgánico de baja plasticidad

OL: Limo inorgánico de baja plasticidad

OH: Limo inorgánico de alta plasticidad

5.4.7 La plasticidad:

La plasticidad de un suelo se atribuye a la deformación de la capa de agua

adsorbida alrededor de los minerales; desplazándose como sustancia viscosa

a lo largo de la superficie mineral, controlada por la atracción iónica. La

plasticidad en las arcillas, por su forma aplanada (lentejas) y pequeño

tamaño, es alta. La plasticidad del suelo, depende del contenido de arcilla.

Skempton (1953), expresó esta relación matemáticamente con la actividad

de la arcilla (A, según la ecuación:

A= IP%arcilla

Donde:

117



IP : Índice Plástico

% de arcilla: % de arcilla % en peso WS de partículas < a 2μ

La actividad de la montmorilolnita es alta. A = 7,20

La actividad de la ilita es media. A = 0,90

La actividad de la caolinita es baja. A = 0.38

5.4.8 Resistencia al esfuerzo cortante (τ):

El límite líquido proporciona una medida de la resistencia al corte que posee

un suelo mezclado con agua. Se puede decir que mide la verdadera cohesión

potencial de un material y que además depende de la superficie total de sus

áreas de contacto, es decir de la finura y forma de sus granos, cuanto más

pequeños y más aplanados son los granos de una arcilla, mayor es el área

total de contacto entre los granos, por lo tanto mayor será la cantidad de agua

necesaria para revestirlos, como consecuencia el Límite líquido será más alto.

El límite plástico esta afectado por el contenido orgánico, que eleva su valor

sin elevar simultáneamente el LL, en consecuencia los suelos con contenido

orgánico tienen bajos índices de plasticidad y límites líquidos relativamente

altos.

Resistencia al esfuerzo cortante (τ), en el límite plástico:

τ=Anti log( IP+log 25IF ) gr /cm2

Resistencia al esfuerzo cortante (τ), para cualquier contenido de

humedad:

τ=Antilog ( ¿−ωn

IF+log 25)gr /cm2

Resistencia al esfuerzo cortante (τ), en el límite líquido:

τ=Antilog ( ¿−¿IF+ log25)=25 gr /cm2

118



5.4.3 Determinación del límite de contracción (LC)

El Límite de Contracción es medido siguiendo la variación del volumen de una

muestra de suelo en función de su humedad, cuando la humedad disminuye

el volumen de la muestra permanece constante, luego el límite de

contracción, es la humedad a partir de la cual el volumen de la muestra deja

de disminuir, cuando el contenido de humedad decrece.

5.5. ENSAYOS DE LABORATORIO

5.5.1 DETERMINACIÓN DEL LIMITE LÍQUIDO ASTM 423-66

Equipo:

Aparato del Límite Líquido (Copa de Casagrande), el que consiste en

una taza (cuchara) de bronce con una masa de 200 ± 20 gr. montada

en un dispositivo de apoyo fijado a una base de caucho, madera o

plástico duro.

Acanalador (Casagrande o ASTM), mango de calibre de 1cm. para

verificar altura de caída de la cuchara o copa.

Plato de evaporación de porcelana de 120mm. de diámetro.

Espátula hoja flexible de 20mm. de ancho y 70mm. de largo.

Horno de secado con circulación de aire y temperatura regulable capaz

de mantenerse en 110 º± 5ºC.

Balanza de precisión de 0,01gr.

Herramientas y accesorios. Placas de vidrio, agua destilada, recipientes

herméticos, malla Nº 40 ASTM y probeta de 25ml de capacidad.

Procedimiento:

1. Cada mimbro del grupo debe

pulverizar una cantidad

suficiente de suelo secado al

119



aire (de una muestra de 5 Kg. Puesta a secar la semana anterior), para

obtener una muestra representativa del material que pasa la malla Nº

40, aproximadamente de 250gr. En seguida se pone a la muestra en el

plato de evaporación agregándole suficiente cantidad de agua destilada,

mezclando con la espátula hasta lograr una pasta homogénea. Esta

muestra debe curarse durante el tiempo que sea necesario para lograr

una adecuada distribución de la humedad.

2. Luego cada grupo debe verificar que la altura de la maquina que va

utilizar sea exactamente de 1cm. Para esta operación se puede utilizar

la cabeza en forma de dado de 1cm en el extremo superior del

ranurador patrón. Hacer la calibración con respecto a la marca de

desgaste. Si la altura de caída no se calibra dentro de estos límites, es

posible introducir un error de varias unidades %, en la determinación del

contenido de humedad.

3. Cada miembro del grupo colocará el aparato de límite líquido sobre una

base firme (verificando que esté limpia y seca). Preparar el material,

cuando la mezcla obtenga una apariencia cremosa, su estado es

adecuado en general. Se debe continuar añadiendo pequeñas

cantidades adicionales de agua y mezclando cada vez hasta obtener

una mezcla homogénea. Cuando el suelo se encuentre en un punto de

consistencia (pegosidad). se deposita en la copa unos 50 a 70 gr. del

material preparado, para luego

alisar la superficie con la espátula,

de modo que la altura obtenida en

120



el centro sea de 10mm. y la masa ocupe un volumen de 16 cm3

aproximadamente. Una vez enrasado, se pasa el acanalador para dividir

la pasta en dos partes, a través de un canal de 63mm. de longitud. Si se

presentan desprendimientos de la pasta en el fondo de la copa, se debe

retirar todo el material y reiniciar el procedimiento.

4. Cuando se tiene la ranura, se

gira la manivela del aparato

con una frecuencia de 2

golpes por segundo,

contando el número de

golpes necesarios para que

la ranura cierre en 10mm. de

longitud en el fondo de ella

(ver secuencia en la figura).

Finalmente, se toman aproximadamente 10gr. del material que se junta

en fondo del canal para determinar la humedad.

5. El material sobrante se traslada al

plato de evaporación para mezclarlo

nuevamente con agua destilada y

repetir el procedimiento por lo menos

2 veces más, de modo de obtener

tres puntos que varíen en un rango

de 15 a 35 golpes (ideal es tomar 5

puntos). Es importante señalar que el

ensayo se debe realizar desde la condición más húmeda al a más seca.

Cálculos y gráficos.

1. Calcular la humedad de cada prueba.

2. Construir un gráfico semi- logarítmico, donde la humedad será la

ordenada (en escala natural) y el número de golpes (N), la abscisa. En

el gráfico, dibujar los puntos correspondientes a cada una de las tres o

121



más pruebas y construir una recta llamada curva de flujo, pasando tan

aproximadamente como sea posible por dichos puntos.

3. Expresar el límite líquido (LL) del suelo, como la humedad

correspondiente a la intersección de la curva de flujo con la abscisa en

25 golpes, aproximando al entero más próximo. Este dato también

puede interpolarse matemáticamente con N=25 golpes, obteniendo así

el límite líquido.

Recomendaciones:

1. Variables que pueden afectar el resultado de la prueba del límite líquido,

son por ejemplo: utilizar una porción mayor de suelo a ensayar en la

cuchara, no cumplir con la frecuencia de golpes especificada (2 golpes

por segundo), el tiempo en realizar la prueba, la humedad del

laboratorio y la temperatura del ensayo. También podrá afectar el tipo

de herramienta empleada para hacer la ranura. La desarrollada por

Casagrande, tiene la ventaja de permitir un mejor control de la

profundidad de la pasta de suelos en la copa, en cambio la de ASTM es

mejor para suelos con bajo límite líquido, en los cuales es generalmente

difícil hacer la ranura, como sucede con materiales arenosos y limosos.

Para estos suelos, sería incluso necesario formar parcialmente la ranura

con la ayuda de la espátula, después de lo cual la ranura puede ser

retocada con cualquiera de los ranuradores patrón.

2. La altura de caída de la copa debe ser verificada antes de comenzar un

ensayo, utilizando el mango de calibre de 10mm. adosado al ranurador.

En caso de no tener la altura especificada (1cm.), se aflojan los tornillos

de fijación y se mueve el de ajuste hasta obtener la altura requerida.

3. El tiempo de curado varía según el tipo de suelo. En suelos de alta

plasticidad se requerirá de por lo menos 24 horas, en cambio en suelos

de baja plasticidad, este plazo puede ser mucho menor e incluso en

ciertos casos puede eliminarse.

4. En suelos arcillosos el acanalador será pasado una vez, en cambio para

limos se requerirán 2 a 3 pasadas, limpiando cada vez el acanalador.

122



5.5.2 Determinación del límite plástico s e g ú n D424-59

El límite plástico se ha definido arbitrariamente como el contenido de

humedad del suelo al cual un cilindro de éste, se rompe o resquebraja al

amasado presentando un diámetro de aproximadamente 3mm.

Esta prueba es bastante subjetiva, es decir, depende del operador, el cual

debe ayudarse con un alambre u otro material de 3mm. De diámetro para

hacer la comparación y establecer el momento en que el suelo se resquebraja

y presenta el diámetro especificado.

La muestra necesaria para realizar este ensayo deberá tener un peso

aproximado de 20 gr. y pasar completamente por el tamiz de 0,5 mm. (Malla

Nº 40 ASTM).

Equipo:

1. Plato de evaporación de porcelana de 120mm. de diámetro.

2. Espátula hoja flexible 20mm. de ancho y 70mm. de largo.

3. Placa de vidrio esmerilado o mármol como superficie de amasado.

4. Horno de secado con circulación de aire y temperatura regulable

capaz de mantenerse en 110 º ± 5 º C.

5. Patrón de comparación, puede usarse un alambre ó plástico de 3mm.

de diámetro.

6. Balanza de precisión de 0, 01gr.

7. Probeta de 25mm. de capacidad.

8. Herramientas y accesorios. Malla N º40 ASTM, agua destilada y

recipientes herméticos.

P r o c e d i m i e n t o:

1. La muestra de ensayo se prepara de manera idéntica a la descrita en

el límite líquido, o bien puede usarse la misma muestra que se usó en

ese ensayo, en la etapa en que la pasta de suelo se vuelva lo

suficientemente plástica para moldearla como una esfera.

2. Se toma una porción de suelo de aproximadamente 1cm3, se amasa

entre las manos (ver figura) y se hace rodar con la palma de la mano o

la base del pulgar considerando la acción de 80 a 90 movimientos de

la mano por minuto (un golpe = movimiento hacia delante y hacia

123



atrás), por sobre la superficie de amasado, formando un cilindro.

Cuando se alcance un diámetro aproximado a 3mm. se dobla y amasa

nuevamente, para volver a formar el cilindro, lo que se repite hasta

que el cilindro se disgregue al llegar al diámetro de 3mm. en trozos de

tamaño de 0,5 a 1cm. de largo y no pueda ser reamasado ni

reconstituido (Ver figura).

3. El contenido de humedad que tiene el suelo en ese momento

representa el límite plástico, el cual se determina colocando las

fracciones de suelo en un recipiente, secándolas al horno.

4. Se deben hacer tres determinaciones que no difieran entre sí en más

de 2%, en caso contrario deberá repetirse el ensayo.

C á l c u l o s:

1. Calcular el límite plástico (LP%) del suelo, como el promedio de las

tres determinaciones realizadas.

2. Calcular el índice de plasticidad (IP%), mediante la siguiente

expresión:

IP (%) = LL - LP

D o n d e:

LL = límite líquido del suelo (%)

LP = límite plástico del suelo (%)

3. Con los datos de LL, LP y la humedad natural (w) del suelo, calcular el

índice líquido (IL) y el índice de consistencia o grado de

consistencia(IC o Kw) del suelo, mediante las siguientes expresiones:

IL = (w - LP) / IP

IC = (L L - w) / IP

Recomendaciones:

Esta determinación es subjetiva por la cual el operador debiera ser el

mismo para todas las determinaciones y de este modo evitar

dispersión en los resultados obtenidos.

La falla o resquebrajamiento del cilindro se puede definir de las

siguiente manera:

124



Simplemente por separación en pequeños pedazos

Por desprendimiento de escamas en forma tubular desde dentro hacia

afuera del cilindro de suelo.

Por pedacitos en forma de barril de 6 a 8mm. de largo.

Para producir la falla no es necesario reducir la velocidad de amasado

y / o la presión de la mano cuando se llega a 3mm. de diámetro. Los

suelos de muy baja plasticidad son una excepción en este sentido, en

estos casos, la bolita inicial debe ser del orden de 3mm. antes de

empezar a enrollar con la mano.

Es recomendable realizar el ensayo en cámara húmeda para evitar la

evaporación en la muestra de suelo.

Si no es posible determinar uno de los límites (LL o LP), o si la

diferencia es negativa (IP), el suelo se calificará como no plástico (N

P).

5.5.3 Determinación del límite de contracción según ASTM D 427-61

Nota importante: Evitar el contacto directo del Hg con la piel debido a que es

una sustancia altamente dañina.

Como se vio en los ensayos anteriores (LL, LP), con ellos se puede predecir

la presencia potencial de cambios de volumen en el suelo que podrían

provocar problemas posteriores. Sin embargo, para obtener una indicación

cuantitativa de cuanto cambio de humedad puede presentarse (antes de tener

un cambio de volumen significativo y para obtener una indicación de la

cantidad de éste), es necesario hacer el ensayo del límite de contracción.

El ensayo comienza con un volumen de suelo que presente un estado de

humedad entre la condición de saturación completa (pero no absolutamente

necesario) y la humedad cercano al límite líquido o superior. El suelo se deja

secar, en cuyo proceso se supone que cualquier pérdida de humedad está

acompañada por una disminución en el volumen global de la muestra (o

relación de vacíos).

125



A partir de ese valor límite en el contenido de humedad, es posible producir

cambios adicionales en el volumen del suelo debido a la pérdida adicional de

agua de poros.

El tamaño de la muestra de ensayo será de aproximadamente 30 gr. Y

deberá pasar completamente por el tamiz de 0, 5mm.

Equipo:

Plato de evaporación de porcelana de 140mm. de diámetro.

Regla de enrase de acero de 150mm. de largo.

Espátula o cuchillo con hoja flexible de 75mm. de largo y 20mm. de

ancho.

Molde cilíndrico metálico o de porcelana, con fondo plano de unos

45mm. de diámetro y 13mm. de altura.

Taza de vidrio de 60mm. de diámetro y 30mm. de altura, con borde

superior pulido y esencialmente paralelo a la base.

Placa de vidrio con 3 puntas para sumergir la muestra en un recipiente

con mercurio (Ver figura).

Probeta con una capacidad de 25 ml. y graduada cada 0,1ml.

Balanza de 0,01 gr. de precisión.

Horno de secado con circulación de aire y temperatura regulable capaz

de mantenerse en 110 º ± 5 ºC.

Mercurio suficiente para llenar la taza de vidrio y agua destilada.

Equipo para determinar el límite de contracción.

Fuente: Valle Rodas R., 1982.

126



P r o c e d i m i e n t o:

1. El molde se calibra pesándolo (Wt) y obtenemos su capacidad

volumétrica. Para esto último, se llena con mercurio, se enrasa, se

pesa (Wt+Hg) y se determina el volumen de mercurio mediante el dato de

su densidad (HG = 13,53gr/cm3). Se registra dicha capacidad como

volumen de la pastilla de suelo húmedo a ensayar (Vm), aproximando a

0,01cm3.

2. Se toma la muestra de ensayo de 40gr de suelo, llamado material

representativo, del utilizado para las prácticas del Ll Y Lp y se coloca en

el plato de evaporación, mezclándola con una suficiente cantidad de

agua destilada, llenando completamente los huecos y dejando el suelo

lo suficientemente consistente para colocarlo en el molde sin inclusión

de burbujas de aire. La humedad necesaria para alcanzar la

consistencia requerida es ligeramente superior al límite líquido y en

suelos plásticos puede exceder hasta en un 10% dicho valor.

3. A continuación es necesario curar la muestra al menos 24 horas para

que se mezclen homogéneamente las partes líquida y sólida. Este plazo

es variable de acuerdo al tipo de suelo.

4. Se recubre el interior del molde con una capa delgada de vaselina, con

el objeto de evitar la adherencia del suelo al molde. Se coloca una

porción de suelo húmedo de aproximadamente 1/3 de la capacidad del

molde en el centro de éste y se extiende hacia los bordes, golpeando el

molde contra una superficie firme recubierta con papel secante.

5. Se agrega una cantidad de suelo similar a la de la primera capa y se

compacta haciendo que el aire atrapado suba a la superficie, se agrega

más material hasta llenar el molde con un exceso, para luego enrasarlo

con la regla y limpiarlos restos adheridos al exterior del molde.

6. Luego se pesa el molde con el suelo húmedo compactado (W t+sh ) y se

deja secar al aire hasta que la pastilla de suelo moldeado se despegue

del molde o cambie de color oscuro a claro, la que se seca dentro del

horno hasta masa constante y se determina el peso del molde con el

127



suelo seco (Wt+ss). El secado primario (al aire), se realiza con el fin de

reducir la posibilidad de que el suelo se fracture formándose grietas en

él, debido al violento cambio de temperatura en el horno.

7. Finalmente, se debe obtener el volumen de la pastilla de suelo seco,

para ello debe llenarse la taza con mercurio hasta que rebalse, se

enrasa con la placa de vidrio y se limpian los restos adheridos al exterior

de la taza.

8. Luego se coloca la taza llena sobre el plato de evaporación (de peso

W1) y se deposita la pastilla de suelo en el mercurio sumergiendola con

las puntas de la placa de vidrio, hasta que esta tope firmemente contra

el borde de la taza, tratando de no dejar aire atrapado bajo el trozo de

suelo ni bajo la placa de vidrio.

9. Al sumergir la pastilla de suelo, se desplaza un volumen de mercurio

que queda en el plato de evaporación, el que debe pesarse (W2) ya que

con la densidad del mercurio se conocerá el volumen desplazado, que

es igual al volumen de la pastilla de suelo seco (Vs), aproximando a

0,01cm3

C á l c u l o s:

1. Calcular la humedad del suelo (w%) al momento de moldear, mediante

la siguiente expresión:

Donde:

Wt+sh = Peso del molde más suelo húmedo (gr.)

Wt+ss = Peso del molde más suelo seco (gr.)

Wt = Peso del molde (gr.)

2. Cálculo el límite de contracción (LC) :

128

ω%=W t+sh−W t +ss

W t+ ss−W t

x100=Wω

W ss

x100

LC%=ω%−(V m−V s

W t+ss−W t) xγω x100

LC%=ω%−ΔVW ss

xγω x100



Donde:

Vm = volumen de la pastilla de suelo húmedo (cm3)

Vs = volumen de la pastilla de suelo seco (cm3)

gw = densidad del agua (gr / cm3)

∆V = Cambio de volumen del suelo

3. Calcular el volumen del suelo húmedo (Vm) :

Donde:

Wt +Hg =Peso del molde lleno de mercurio (gr.)

gHg = Densidad del mercurio (13,57gr /cm3)

4. Calcular el volumen del suelo seco (Vs):

Donde:

W1 =Peso del plato de porcelana más mercurio desplazado (gr.)

W2 = Peso del plato de porcelana (gr.)

5. Calcular la relación de contracción (RC), como la relación entre un

cambio de volumen dado y su correspondiente cambio en la humedad

sobre el límite de contracción y el cambio volumétrico del suelo (Vc),

definido como la disminución de volumen que presenta la masa de

suelo cuando su humedad (w) disminuye a una semejante al límite de

contracción (LC), mediante las siguientes expresiones:

129

V h=Vm(cm3 )=

W t+Hg−W t

γHg=W Hg

γHg

V s(cm3 )=

W 1−W 2

γHg



6. Calcular la relación de contracción lineal del suelo (LS), definida como la

disminución en una dimensión que presenta una masa de suelo cuando

su humedad (w) disminuye a un porcentaje igual al límite de contracción

(LC), mediante la siguiente expresión:

SEXTA UNIDAD:

CLASIFICACIÓN DE SUELOS

6.1.- GENERALIDADES

Resolver un problema de geotecnia supone conocer y determinar las propiedades del

suelo; por ejemplo:

Para determinar la velocidad de circulación de un acuífero, se mide la

permeabilidad del suelo, se utiliza la red de flujo y la ley de Darcy.

Para calcular los asentamientos de un edificio, se mide la compresibilidad del

suelo, valor que se utiliza en las ecuaciones basadas en la teoría de la

consolidación de Terzaghi.

Para calcular la estabilidad de un talud, se mide la resistencia al corte del suelo y

este valor se lleva a expresiones de equilibrio estático.

130

RC=

ΔVV ss

ΔωW ss

=W t+ ss−W t

V ss γω

ΔV=Δωγω

Δω=ωi−(ω=LC )∴El cambio volumétrico=Contracción volumétrica=V c

V C=(ωi−LC ) xRC (% )Donde :V ss=Volumen del suelo sec o

LS=[1−3√ 1V c+1 ] x100 %



En otros problemas, como pavimentos, no se dispone de expresiones racionales para

llegar a soluciones cuantificadas. Por esta razón, se requiere una taxonomía de los

suelos, en función de su comportamiento, y eso es lo que se denomina clasificación de

suelos, desde la óptica geotécnica.

Agrupar suelos por la semejanza en los comportamientos, correlacionar propiedades

con los grupos de un sistema de clasificación, aunque sea un proceso empírico,

permite resolver multitud de problemas sencillos. Eso ofrece la caracterización del

suelo por la granulometría y la plasticidad. Sin embargo, el ingeniero debe ser

precavido al utilizar esta valiosa ayuda, ya que soluciones a problemas de flujos,

asentamientos o estabilidad, soportado sólo en la clasificación, puede llevar a

resultados desastrosos.

Las relaciones de fases constituyen una base esencial de la Mecánica de Suelos. El

grado de compacidad relativa de una arena es seguro indicador del comportamiento de

ese suelo. La curva granulométrica y los Límites de Atterberg, de gran utilidad, implican

la alteración del suelo y los resultados no revelan el comportamiento del suelo in situ.

De hecho una de las más importantes funciones de un sistema sería proporcionar la

máxima información normativa, a partir de la cual el técnico sepa en que dirección

profundizar su investigación.

6.2.- SISTEMA UNIFICADO DE CLASIFICACION DE SUELOS (SUCS)

Está basado en la identificación de los suelos según sus calidades estructurales, la

plasticidad y la agrupación con relación a su comportamiento como materiales de

construcción.

Para la clasificación se toma en cuenta lo siguiente:

Porcentaje de la fracción que pasa el tamiz N° 200

Forma de la curva de distribución granulométrica

Características de plasticidad y compresibilidad.

Los suelos se separan en tres grupos.

Suelos de grano grueso

131



Suelos de grano fino

Suelos altamente orgánicos

LOS SUELOS DE GRANO GRUESO:

Se dividen en gravas (G) y arenas (S), las gravas contienen un 50% > de la fracción

gruesa retenida en el tamiz N° 4 (4.75 mm). Y las arenas son aquellos suelos cuya

porción 50% > pasa el tamiz N° 4. Tanto las gravas (G) como las arenas (S) se dividen

en cuatro grupos secundarios:

GW, SW : Limpio de finos bien graduado

GP, SP : Limpio de finos mal graduado

GM, SM : Con cantidad apreciable de finos no plásticos

GC, SC : Con cantidad apreciable de finos plásticos.

LOS SUELOS DE GRANO FINO:

Los limos (M) y las arcillas (C), se dividen a su vez en dos grupos secundarios basados

en el hecho de que el suelo tiene un LL relativamente bajo (L = low), o alto (H = high)

En la Carta de Plasticidad, estos suelos tienen un límite líquido y un índice plástico que

resultan puntos por debajo de la línea “A”.

LOS SUELOS ALTAMENTE ORGÁNICOS:

Son usualmente muy comprensibles y tienen características inadecuadas para la

construcción.

Se clasifican dentro del grupo designado por el símbolo Pt: turba, el humus y los suelos

de pantanos son ejemplos típicos de este grupo de suelos.

CRITERIOS PARA LA CLASIFICACION “SUCS” SEGÚN RESULTADOS

OBTENIDOS POR MEDIO DE ENSAYOS DE LABORATORIO

SUELOS DE GRANO GRUESO (más del 50% será retenido por la malla N° 200)

1. Distinción entre grava y arena (G, S)

132



> 50% retenido por la malla N° 4 (4.75 mm), el suelo será G

< 50% retenido por la malla N° 4 (4.75 mm), el suelo será S.

2. Material que pasa por la malla N° 200 (0.075 mm)

< 5% gravas o arenas limpios bien ó mal graduados: GW, GP o SW, SP.

> 12% gravas ó arenas con finos GM, GC, ó SM, SC.

Entre 5 y 12% simbología doble.

3. Determinación de la graduación para suelos de grano grueso con pocos

finos (menor del 12% que pase la malla N° 200).

a.- Coeficiente de uniformidad.

b.- Coeficiente de gradación

133

Cu=D60

D10

>3 el suelo será : GW , SW

Donde :Cu :Coeficiente de uniformidadD60:Porcentaje que pasa la malla correspondienteD10:Porcentaje que pasa lamalla correspondiente

Cc=(D30 )2

D10 D60

: Sí 1<Cc<3 el suelo será : GW , SW

Donde :Cc :Coeficiente de graduación

D60 :Porcentaje que pasa la malla correspondienteD10 :Porcentaje que pasa la malla correspondienteD30 :Porcentaje que pasa la malla correspondiente

Se tiene que cumplir las dos afirmaciones :Entonces el suelo será : GW , SWCu>3

1<Cc<3Caso contrario o de no cumplirse los dos int ervalosel suelo será :GP, SP



4. Suelos de grano grueso con finos (GM, GC, ó SM, SC)

Se toma en cuenta los límites:

a.- Para GM Y SM (Suelos limosos)

Los límites deben encontrarse bajo la línea “A” o el IP debe ser menor de 4

b.- Para GC y SC (mezclas bien graduadas con arcilla):

Los límites deben encontrarse sobre la línea “A” o el IP debe ser mayor de 7

SUELOS DE GRANO FINO:

Esta clasificación está basada sólo en los límites de Atterberg para la fracción que pasa

la malla Nº40, y se obtiene a partir de la llamada Carta de Plasticidad.

CARTA DE PLASTICIDAD:

134



Detalle de clasificación en la zona de LL <30 y el IP <10

Donde:

CH: Arcilla inorgánica de alta plasticidad

CL: Arcilla inorgánica de baja plasticidad

OH: Arcilla orgánica de alta plasticidad

OL: Arcilla orgánica de baja plasticidad

MH: Limo inorgánico de alta plasticidad

ML: Limo inorgánico de baja plasticidad

OL: Limo inorgánico de baja plasticidad

OH: Limo inorgánico de alta plasticidad

1. Grupo CL y CH (constituido por arcilla inorgánica).

a.- El grupo CL comprende a la zona sobre la línea “A”

LL < 50 % y IP > 7 %

b.- El grupo CH comprende a la zona arriba de “A”

LL < 50 %

2. Grupo ML y MH (limos inorgánicos).

135



a.- El grupo ML comprende a la zona bajo la línea “A” con

IP < 4 %

b.- El grupo MH, corresponde a la zona debajo de la línea “A”

LL > 50 %

Los suelos finos que caen sobre la línea “A” con 4% < I y < 7%, se consideran

como casos de frontera asignándoles el símbolo CL – ML.

3. Grupo OL y OH (Suelos orgánicos):

Las zonas correspondientes son las mismas que los de los grupos ML y MH. Una

pequeña adición de materia orgánica coloidal hace que el LL. De una arcilla

crezca sin apreciable cambio de su IP.

4. Grupos Pt:

El límite líquido de estos grupos suele estar entre el 300 y 500 %, quedando su

posición en la carta de plasticidad netamente debajo de la línea “A”.

6.2 SISTEMA DE CLASIFICACION AASHTO (American association of state

highway officiale), (Asociación Americana de Agencias Oficiales de Carreteras

Y Transportes).

Se distingue entre 7 grupos básicos: El mejor suelo para sub rasante de carreteras

viene clasificado como A - 1, le sigue en calidad el A – 2, siendo el A – 7 de peor

calidad. Los siete grupos básicos se han dividido en sub grupos con un Índice de

Grupo (IG), con el fin de aproximar dentro de las valorizaciones del grupo, los

índices de grupo van de cero (0) para la mejor subrasante a 20 para pésimas. Los

incrementos de valor de los índices de grupo reflejan una reducción en la capacidad

para soportar cargas, por el efecto combinado del LL e IP y disminución en el % de

material grueso.

El IG se lo obtiene mediante el uso de una formula para índice de grupo basado en

la granulometría y los límites (LL e IP) del suelo.

136



Donde:

a = Porción de porcentaje que pasa el tamiz N° 200 mayor del 35%

expresada como número entero positivo (1 – 40).

b = Porción de porcentaje que pasa el tamiz N° 200 mayor del 15%

expresada como número entero positivo (1 – 40).

c = Porción numérica del límite líquido mayor de 40 y que no exceda de 30

número entero ( I a 20 )

d = Porción numérica del IP mayor de 10 y que no exceda de 30 número

entero (I a 20)

El índice de grupo se expresa en un paréntesis después del número del grupo por

ejemplo. A – 6 (7). La clasificación de las subrasantes en términos del IG es la

siguiente:

137

IG=(F200−35 )[0 .2+0 .005(LL−40 )]+0 .01(F200−15)( IP−10 )F200:Porcentaje que pasa la malla Nº200 exp resado en entero positivo .

o también :IG=0 .2 a+0. 005 a c+0 .01 b da=F200−35b=F200−15c=LL−40d=IP−10



Excelente................A – I (0) Buena.................IG de 0 a 1

Regular.................IG de 2 a 4 Mala....................IG de 5 a 9

Muy mala............ IG de 10 a 20

Suelos A – 1.- Son mezcla bien graduadas de gruesos a finos con aglutinantes no

plásticos o de plasticidad débil. Estos suelos tienen una gran estabilidad a la carga,

sin afectar las condiciones de humedad, se comportan satisfactoriamente como

bases de superficie bituminosas de desgaste delgadas. Los suelos clasificados en

este grupo son materiales adecuados o que pueden hacerse adecuados para capas

granulares de base

Suelos A – 2.- Están constituidos de material fino y grueso mezclados con

aglutinantes, pero son inferiores a los suelos A – 1 debido a su mala graduación, a

su aglutinante inferior o ambas cosas. En la superficie de la carretera pueden

presentar una gran estabilidad cuando estén secos, según la cantidad y

características del aglutinante, pueden reblandecerse, cuando se humedecen o

volverse sueltos y polvorientos durante los periodos de sequía. Si se usan como

capas de base, los tipos plásticos pueden perder estabilidad, debido a la saturación

por capilaridad o deficiencia de drenaje.

Los suelos A-2-4 y A-2-5, incluyen aquellos materiales granulares que tienen un

suelo aglutinante con características de los suelos A-2-6 y A-2-7 incluyen materiales

granulares que tienen un suelo aglutinante con características de los suelos de los

grupos A – 6 y A – 7.

Suelos A – 3.- Están compuestos por arenas deficientes en aglutinante. Son típicos

en este grupo la arena fina de desierto y la arena transportada por el viento (costa

peruana) así como las mezclas de depósitos aluviales de arena fina de mala

graduación con pequeñas cantidades de arena gruesa, tienen una estabilidad

deficiente a la carga de los suelos, excepto cuando están húmedas, las condiciones

de humedad las afecta ligeramente; no tienen cambios de volumen y constituyen

una sub rasante adecuada para pavimentos de todo tipo, cuando están confinados.

Pueden ser compactados por vibración, con rodillo de acero, con rodillos de llantas

o cubiertas neumáticas.

138



Suelos A–4.-Están compuestas predominantemente por limos con solo moderados

cantidades de arcilla pegajosa coloidal. Se encuentran frecuentemente y

proporcionan una superficie firme para la circulación cuando están secos, teniendo

un escaso abultamiento después de ser cargados. Cuando absorben agua se

abultan, perjudicialmente pierden estabilidad. Varían ampliamente en composición

textural desde limosos arenosos, barros limosos y arcillosos, son difíciles de

compactar ya que el intervalo de humedad para una compactación satisfactoria, es

muy pequeña. Los tipos más prácticos se dilatan con los aumentos del contenido de

humedad, especialmente cuando se han compactado a un contenido de humedad

inferior al óptimo. Las superficies bituminosas requieren bases sustanciales cuando

se colocan sobre sub rasantes de los de este grupo.

Suelos A –5.- Son similares a los A – 4, con excepción de que incluyen suelos de

graduación muy mala. Estos suelos se presentan raramente, son suceptibles al

abultamiento cuando se retira la carga aunque estén secos. Las propiedades

plásticas dificultan la conveniente compactación, las bases de tipo flexible

colocadas durante la construcción y no son aceptables como sub rasantes para

capas delgadas de capa flexible estabilizada, ni para superficies bituminosas. Están

sujetas a la acción de la congelación, se ha observado que los pavimentos

colocados sobre sub rasantes de este tipo de suelo se agrietan excesivamente.

Suelos A –6.- Se componen predominantemente de arcilla con contenidos

moderados de materiales gruesos. En los estados de plasticidad blanda o rígida

solo absorben agua adicional cuando se les manipula, tienen una buena aptitud

portante cuando está compactado a la densidad máxima, pero bajan su capacidad

portante cuando absorben humedad, presentan índices de plasticidad altos, por

encima de 18 de esos suelos indican una naturaleza cohesiva del material

aglutinante (arcilla) y solamente serán adecuados para rellenos y sub rasantes

cuando se colocan y mantienen bajo contenido de humedad. Mientras, que el flujo

de agua por gravitación es muy pequeño, la acción capilar que ocasiona que el

agua se mueva de las porciones húmedas a las más secas es muy grande y se

pueden desarrollar por este motivo grandes fuerzas expansivas. Serán inadecuadas

para sub-base bajo capas delgadas flexibles o capas superficiales bituminosas a

causa de los grandes cambios de volumen que motivan las variaciones de humedad

y la pérdida de poder portante después de la aducción de agua.

139



Suelos A –7.- Están compuestos predominantemente de arcilla como los suelos A

– 6, pero debido a las partículas de limo de tamaño uniforme, a la materia orgánica,

escamas de única, o carbonato de cal, son elásticos. Un determinado contenido de

humedad se deforma y abultan apreciablemente cuando se retira la carga. También

presentan las características dadas para los suelos A-6 en el párrafo anterior. Son

difíciles de compactar convenientemente lo que hace que sean especialmente

inadecuados para pavimentos flexibles.

Los suelos A-7-5.- Comprenden los suelos A -7 con índice de plasticidad

moderado, en relación al LL y pueden ser altamente elásticos, así como estar

sujetos a considerables cambios de volumen.

Los suelos A-7-6.- Comprenden suelos con índice de plasticidad muy alto con

relación al LL y estar sujetos a cambios de volumen extremadamente altos.

Turba y Escombros.- Son aquellos compuestos de turba y escombros muy

blandos, contienen grandes cantidades de material orgánico y no deben ser usados

en ningún tipo de construcción.

Ejemplo:

Un suelo A-7-6 con un 73% de material fino que pasa el tamiz N° 200 un LL de 65%

y un IP de 28% tendrá. Determinar el IG.

140

IG=(73−35 ) [0 . 2+0 .005 (65−40 ) ]+0. 01 (73−15 ) (28−10 )=22 . 79≃20oIG=0 .2a+0. 005ac+0 . 01bd=22.35≃20



141

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sifica

ción

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suel

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mez

clas

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gado

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11

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rech

a. N

o in

dica

sup

erio

ridad

de

A-3

sob

re A

-2.



Problema: El ensayo de granulometría efectuada a una muestra de suelo obtenida por

cuarteo es la siguiente:

Así mismo se cuenta con los resultados de los ensayos para determinar el

LL=51.80% y LP = 27.3%. Determinar la clasificación de la muestra de

suelo mediante el método AASHTO.

Clasificación general

Materiales fino - arcillosos (más del 35% del total pasa la malla Nº 200)

% de material que pasa Nº 200

A-4 A-5 A-6 A-7

A-7-5 IP < LL-30A-7-6 IP > LL-30

% de material que pasa Nº 200

36 mín. 36 mín. 36 mín. 36mín

LL 40 máx. 41 mín. 40 máx. 41 mín.IP 10 máx. 10 máx. 11mín. 11 mín.IG 6 máx. 12 máx. 15 máx. 20 máx.

Conclusión el suelo es: A-7-6 (9)

142

Malla Nº % que pasa20 95.3340 89.6560 75.45

140 64.26200 47.23

Solución:IP=LL−LP=51 . 80−27 . 30=24 .5Aplicando el método AASHTO1 .Cálculo del IG :IG= (47 . 23−35 ) [0 . 2+0 .005 (51 .8−40 ) ]+. 01 (47 .23−15 ) (27 .3−10 )=8.68IG≃9

2 .Porcentaje que pasa la malla Nº 200=47 . 23>35 % (ver tabla)Entonces el suelo puede ser : A−4 , A−5 , A−6 , A−7Aplicando las condiciones según la tabla :



Problema: El análisis de un suelo ha arrojado los siguientes resultados, de

granulometría y límites de consistencia, LL = 54% y LP = 29%. Se solicita clasificar la

muestra de suelo mediante los métodos AASTO y SUCS, a partir de los resultados

indicados.

Solución:

143

Análisis granulométrico

Malla NAbertura en

mm Pesos ret. (gr)

2" 0.001" 0.00

1/2" 157.50Nº4 4.75 162.00

Cazoleta 1180.50Para el análisis del material fino (arena) se tomo sólo 200 gramos.

10 2.000 29.5020 0.841 24.6030 0.595 19.1040 0.42 21.5060 0.25 22.00

100 0.149 24.00200 0.075 19.70

Cazoleta 39.60

Tabulación de resultados

Malla N Abertura en mm

Pesos ret. (gr)

% ret. % ret. Acumulado

% que pasa

2" 0.00 0.00 0.00 100.001" 0.00 0.00 0.00 100.00

1/2" 157.50 10.50 10.50 89.50Nº4 4.75 162.00 10.80 21.30 78.70

Cazoleta 1180.50 78.70 100.00 0.00Para el análisis del material fino (arena) se tomo sólo 200 gramos.

10 2.000 29.50 11.61 32.91 67.0920 0.841 24.60 9.68 42.59 57.4130 0.595 19.10 7.52 50.11 49.8940 0.42 21.50 8.46 58.57 41.4360 0.25 22.00 8.66 67.23 32.77

100 0.149 24.00 9.44 76.67 23.33200 0.075 19.70 7.75 84.42 15.58

Cazoleta 39.60 15.58 100.00 0.00



Método SUCS:

144

1 .1 Suelos de grano grueso más del 50 % Ret . en la malla Nº 200Grava (G) o Arena (S )

1 .2 Distinción entre G y SPara que sea G :Más del 50 % ret . malla Nº 4 → OK

1 .3 Material que pasa la malla Nº 200Pasa la malla Nº 200=15 . 58 > 12 %⇒ Podrá ser GM o GC

1 .4 Determin ación del Cu y Cc

Pasa la malla Nº 200=15 . 58 > 12 % no se det ermin a .1 .5 Suelos de grano grueso con finos : GM o GCEn la carta de Plasticidad :Los valores se encuentran sobre la línea ( A ) , el IP=25>7→OK∴El suelo es GC .Suelo gravoso , con arcilla de alta plasticidad .



Método AASHTO

145

2 .1 Cálculo del IG :IG=0 .01 (F200−15 ) (IP−10 )=0 .01 (15 .58−15 ) (25−10 )IG=0 .0087≃0

2 .2 En la tablaMaterial que pasa la malla Nº 200=15 .58<35%⇒El suelo puede ser : A−1 , A−3 , A−2Anlizando en la tabla.



PROBLEMA: El análisis de un suelo da los siguientes resultados LL= 18, LP = 14% y

la granulometría respectivamente. Clasificar el suelo mediante los métodos SUCS y

AASHTO e indicar sus principales características.

Tabulación de la granulometría:

146



Solución:

Metodo SUCS:

Método AASHTO

147

N° de mallaPeso retn.

(gr) % ret.% ret.

Acumulado% que pasa

1´´ 0 0 0 100

3/4" 15 5 5 95

1/2" 8 3 8 92

3/8" 9 3 11 89

4 12 4 15 85

8 10 3 18 82

10 2 1 19 81

16 8 3 22 78

30 23 8 30 70

40 21 7 37 63

50 28 9 46 54

80 39 13 59 41

100 21 7 66 34

200 37 12 78 22

Cazoleta 67 22 100 0

1 .1 Suelos de grano grueso más del 50 % Ret . en la malla Nº 200Grava (G) o Arena (S )

1 .2 Distinción entre G y SPara que sea S :Más del 50 % pasa malla Nº 4 → OK

1 .3 Material que pasa la malla Nº 200Pasa la malla Nº 200=22% > 12 % ⇒ Podrá ser GM o GC


Pasa la malla Nº 200=22 > 12% no se det ermina .1 .5 Suelos de grano grueso con finos : GM o GCEn la carta de Plasticidad :Los valores se encuentran sobre la línea ( A ) , el IP=4Por lo tan to el suelo será :SM−SCSuelo Arenoso Limoso y Arcilloso de baja plasticidad .



148

Clasificación general Materiales gruesos (menos del 35% del total pasa la malla Nº 200)

Clasificación del grupoA-1 A-3 A-2

A-1-a A-1-b A-6 A-2-4 A-2-5 A-2.6 A-2-7% de material que pasa

Nº 200

Nº 10 50 máx.

Nº 4030 máx.

50 máx. 51 mín.

Nº 200 15máx.25 máx.

10 máx.

35 máx.

35 máx.

35 máx.

35máx.

Caract. del materialLL

IP6 máx. NP 40

máx.41 mín. 40

máx.41 mín.

IG0 0 0 10

máx.10

máx.11 mín. 11 mín.

Materiales constituyentes

Fragmentos de piedra, grava y

arena

Arena fina Grava o Arena limosa o Arcillosa

Clasificación como subrasante Excelente a buena

Conclusión: El suelo es A-2-4 (0)

2 .1 Cálculo del IG :IG=0 .01 (F200−15 ) (IP−10 )=0 . 01 (22−15 ) (4−10 )=− 0 . 42≃0

2 .2 En la tablaMaterial que pasa la malla Nº 200=15 .58<35%⇒El suelo puede ser : A−1 , A−3 , A−2Anlizando en la tabla.



PROBLEMA: El análisis de un suelo da los siguientes resultados, Clasificar el suelo mediante los métodos SUCS y AASHTO; si los resultados de consistencia y granulometría son respectivamente: LL = 32.10%; LP = 13.56%

149

N° de mallaPeso retn.

(gr)% ret,

% ret. Acumulado

% que pasa

1/2" 0 0 0 100

4 0 0 0 100

8 0 0 0 100

10 0 0 0 100

16 4 2 2 98

20 6 3 5 95

30 2 1 6 94

40 10 5 11 89

50 12 6 17 83

80 24 12 29 71

100 15 8 37 64

200 27 13 50 50

Cazoleta 100 50 100 0



Solución:

Método SUCS:

150

1 .1 Suelos de grano :Grueso más del 50 % Re t . en la malla Nº 200Fino más del 50 % pasa en la malla Nº 200

1 .2 Distinciónentre G y SG > 50 % ret . Malla Nº 4S>50 % pasa Malla Nº 4→OK

1 .3 En nuestro caso se retiene el 50 % y pasa el 50 % Nº 200Por lo tan to el suelo puede ser S−C o S−M


Pasa la malla Nº 200=50 > 12 % no se det ermina .1 .5 Suelos de grano grueso con finos : S−M o S−CEn la carta de Plasticidad :Los valores se encuentran sobre la línea ( A ) , el IP=18 .60 %Por lo tan to el suelo será :S−CSuelo Arenoso y Arcilloso de baja plasticidad .



Método AASHTO

151

Clasificación general Materiales fino - arcillosos (más del 35% del total pasa la malla Nº 200)

Clasificación de grupo A-4 A-5 A-6 A-7% que pasa Nº 200 A-7-5 IP < LL-30

A-7-6 IP > LL-30% de material que pasa

Nº 20036 mín. 36 mín. 36 mín. 36mín

LL 40 máx. 41 mín. 40 máx. 41 mín.IP 10 máx. 10 máx. 11mín. 11 mín.IG 6 máx. 12 máx. 15 máx. 20 máx.

Materiales constituyentes Suelos Limosos Suelos Arcillosos

Clasificación como subrasante

Regular a mala

Conclusión: El suelo es A-6 (6)

2 .1 Cálculo del IG :IG=0 .2a+0. 005ac+0 . 01bda=50−35 c=32 .16−40b=50−15 d=18 .60−10IG=5. 97≃6

2 .2 En la tablaMaterial que pasa la malla Nº 200=50 %>35%⇒El suelo puede ser : A−4 , A−5 , A−6 , A−7Anlizando en la tabla.



PROBLEMA: El análisis de un suelo da los siguientes resultados, Clasificar el suelo mediante los métodos SUCS y AASHTO; si los resultados de consistencia son: Ll =16.20%; LP = 8.00%

Solución:

Método SUCS:

152

1 .1 Suelos de grano :Grueso más del 50 % Re t . en la malla Nº 200 →OK⇒G o S

1 .2 Distinciónentre G y SG > 50 % ret . Malla Nº 4→OkS>50 % pasa Malla Nº 4→No cumple .

1 .3 Material que pasa la malla Nº200< 5 % →Gw>12 %→GPPor lo tan to el suelo tendrá simbo log ía doble


Cu=D60

D10

=306 .76>3 Cumple Cc=(D30 )2

D60 D10

=0 .36 No cumple

El suelo será :GP−GM o GP−GC1 .5 Suelos de grano grueso con finos : GP−GM o GP−GCEn la carta de Plasticidad :Los valores se encuentran sobre la línea ( A ) , el IP=8 .2%Por lo tan to el suelo será :GP−GCSuelo Gravoso mal graduado con arcilla de baja plasticidad , conpresencia de arena, por pasar>15% malla Nº 4 .



Método AASHTO

En mecánica de suelos

se requiere de bastante

seriedad, en el análisis de los resultados, e interpretación de las normas

correspondientes, es así que la ASTM D-2487, con fines de clasificación mediante el

método SUCS, considera grupos de suelos gruesos (G, S), finos inorgánicos y

orgánicos, según se indican en las tablas siguientes:

153

2 .1 Cálculo del IG :IG=0 .2a+0. 005ac+0 . 01bda=11−35 c=16 . 2−40b=11−15 d=8. 0−10IG=negativo≃0

2 .2 En la tablaMaterial que pasa la malla Nº 200=11%<35 %⇒El suelo puede ser : A−1 , A−3 , A−4Anlizando en la tabla.



SEPTIMA UNIDAD:

RELACIÓN DE SOPORTE CALIFORNIA (CBR)

7.1 COMPACTACIÓN DE LOS SUELOS

7.1.1 GENERALIDADES.-

Si se excavan masas de suelos y se redepositan sin tomar un cuidado

especial, la porosidad, permeabilidad y compresibilidad de estas masas

de suelos aumenta, mientras que su capacidad para resistir la erosión

interna disminuye grandemente.

Por ello se acostumbra compactar a todo tipo de terraplenes , así por

ejemplo, como presas, diques, bordes de defensa, muelles, pavimentos

etc., incluso algunas veces se hace necesario compactar el terreno

natural, como en el caso de cimentaciones sobre arenas con una

densidad relativa o compacidad relativa suelta .

El grado de compactación que alcanza un suelo dado sometidos a un

procedimiento de compactación también dado, depende en gran parte del

contenido de humedad del suelo. Una compactación máxima se obtiene

para un cierto contenido de humedad conocido como “contenido óptimo

de humedad” mientras que el procedimiento utilizado para mantener

154



durante la compactación la humedad del terraplén cerca de la óptima, se

conoce como control de humedad.

7.1.2 DEFINICIÓN.

Es la densificación o estabilización del suelo por medios mecánicos,

mejora la resistencia y estabilidad volumétrica, afectando la

permeabilidad, como consecuencia del proceso de densificación de la

masa.

7.1.3 METODOS DE LA COMPACTACION DE SUELOS.

Los métodos convenientes de compactación de terraplenes artificiales se

dividen en tres grupos.

Los adecuados para suelos no cohesivos

Los materiales puramente friccionantes se compactan eficientemente por

métodos vibratorios, tales como el uso de plataformas vibratorias y

rodillos lisos vibratorios.

Los adecuados para suelos arenosos o limosos con cohesión

moderada

Los suelos de cohesión moderada se compactan mediante rodillos

neumáticos.

Los adecuados para arcillas

Los suelos altamente plásticos, como la arcilla se compactan con rodillos

“pata de cabra”.

Además de los métodos de compactación de terraplenes artificiales se

conocen ciertos procedimientos de la compactación de masas naturales

de suelo, tales como la aplicación de una pre carga encima del terreno, el

estallido de pequeñas cargas de dinamita en el interior de la masa, la

hinca de pilotes, la instalación de drenes de arena (para la consolidación

acelerada de la arcilla), etc.

7.1.4 LA MAXIMA DENSIDAD SECA Y EL CONTENIDO ÓPTIMO DE

HUMEDAD.

155



Cualquier sea el tipo de equipo de compactación disponible y el grado de

cohesión del suelo. La eficacia del procedimiento de compactación

depende en gran medida del contenido de humedad del suelo. La

efectividad de la compactación se mide por el peso de los sólidos por

unidad de volumen, es decir, por lo que se conoce con la “densidad

seca”. Existe una relación entre la densidad seca de un suelo

compactado y su contenido de humedad.

Para ciertas condiciones de ensayo, la densidad seca que corresponde a

la cima de la curva se conoce como “Máx. Densidad Seca” ó densidad

seca para el 100 % de compactación, y el correspondiente contenido de

humedad optimo (OCH). Sí por ejemplo, todas las condiciones se

mantienen inalteradas menos el peso del rodillo, o sea la energía

específica de compactación y se utiliza un rodillo más liviano, el valor de

la máxima densidad seca, como lo indica la curva “PE” es menor, y el

contenido optimo de humedad mayor, que pasa un rodillo más pesado

curva “PM”

7.1.5 PRUEBA DE COMPACTACIÓN “PROCTOR” NORMALIZADO.

PRUEBA PROCTOR ESTANDAR (ASTM D-698)

Con el objetivo de reproducir al menos teóricamente, en el laboratorio

ciertas condiciones de compactación de campo es necesario efectuar un

156



determinado procedimiento de compactación. Que consiste en compactar

dentro de un molde, con cierta energía de compactación.

ASTM D - 968 PROCTOR ESTANDARDescripción Método A Método B Método C

Diámetro del molde 4” (101.6mm) 4” (101.6mm) 6” (152.4mm)Volumen del molde 0.0333 p3 (944cm3) 0.0333 p3 (944cm3) 0.0333 p3 (944cm3)

Peso del Pizón 5.5 lb(2.5kg) 5.5 lb(2.5kg) 5.5 lb(2.5kg)Altura de caída del

pizón12plg (304.8mm) 12plg (304.8mm) 12plg (304.8mm)

Número de golpes/capa

25 25 25

Número de capas 3 3 3Energía de

compactación12,400 pie lb/p3 12,400 pie lb/p3 12,400 pie lb/p3

Compactación 600KN-m/m3 600KN-m/m3 600KN-m/m3

Suelo por usarse

Porción que pasa la malla N° 4 se usa sí 20% o menos por peso de material es retenido en la malla N° 4

Porción que pasa la malla 3/8”, se usa si el suelo retenido en la malla N° 4 es más del 20% y 20% o menos por peso es retenido en la malla de 3/8”.

Porción que pasa la malla ¾” se usa, si más de 20%, por peso de material es retenido en la malla de 3/8” y menos de 30%, por peso es retenido en la malla de ¾”.

7.1.6 PRUEBA DE COMPACTACIÓN “PROCTOR” MODIFICADO.

Debido al rápido desenvolvimiento del equipo de compactación de campo

comercialmente disponible, la energía de compactación ha aumentado y

por eso, con el propósito de reproducir en el laboratorio las condiciones

de compactación de campo, ha sido necesario modificar la prueba de

Proctor, de modo que conservando el número de golpes por capa se

eleva el número de esta de 3 a 5, aumentando al mismo tiempo el peso

del pistón (4.5 Kg.) y la altura de caída de (18” = 45.7 cm.),

respectivamente la máxima densidad seca obtenida con esta mayor

energía de compactación resultará mayor que la densidad seca (Ds)

obtenida en la prueba Proctor Estándar, y consecuentemente la humedad

optima será menor que aquel caso.

ASTM D – 1557 PROCTOR MODIFICADO

Descripción Método A Método B Método CDiámetro del molde 4” (101.6mm) 4” (101.6mm) 6” (152.4mm)Volumen del molde 0.0333 p3 (944cm3) 0.0333 p3 (944cm3) (2124 cm3)

Peso del Pizón 10 lb(4.54 kg) 10 lb(4.54 kg) 10 lb(4.54kg)

157



Altura de caída del pizón

12plg (304.8mm) 12plg (304.8mm) 12plg (304.8mm)

Número de golpes/capa

25 25 56

Número de capas 5 5 5Energía de

compactación56,000 pie lb/p3 56,000 pie lb/p3 56,000 pie lb/p3

Compactación 2700KN-m/m3 2700KN-m/m3 2700KN-m/m3

Suelo por usarse

Porción que pasa la malla N°4 se usa sí 20% o menos por peso de material es retenido en la malla N° 4

Porción que pasa la malla 3/8”, se usa si el suelo retenido en la malla N° 4 es más del 20% y 20% o menos por peso es retenido en la malla de 3/8”.

Porción que pasa la malla ¾” se usa, si más de 20%, por peso de material es retenido en la malla de 3/8” y menos de 30%, por peso es retenido en la malla de ¾”

Esfuerzo de compactación:

La energía aplicada durante la compactación con un martillo que se deja

caer de una altura es la siguiente:

Donde:

W : Peso del martillo en kg.

H : Altura de caída del martillo

N : Número de golpes por capa

n : Número de capas

V : Volumen del molde en cm3

ENSAYO DE COMPACTACION Y EL EQUIPO

DesignaciónASTM

DesignaciónAASHTO

EnergíaFt – lb / ft3

Diámetro – Volumen del Molde

Peso- altura de caída del martillo

N° de capas - Golpes/capa

Diámetro máx. de partículas

PS. D 698 (A)

(B)

(C )

T- 99 (A) 12375 4 in - 0.033 5.5 lb. – 12 in 3 - 25 N° 4

(B) 12375 4 in – 0.033 5.5 lb. – 12in 3 - 25 N° 4

(C) 12375 6in – 0.075 5.5 lb. – 12 in 3 - 56 3/4

158

Ec=(W x H x N x n )

Ven cm−kg /cm3 , o , lb−pie / p lg3



PM. D – 1557(A)

(B)

(C )

T – 180 (A) 56250 4 in – 0.033 10 lb. -18 in 5 - 25 N° 4

(B) 56250 4in – 0.033 10 lb. – 18 in 5 - 25 N° 4

(C) 56250 6 in – 0.075 10 lb. – 18 in 5 - 56 3/4

7.1.7 CORRELACIÓN ENTRE LA PRUEBA PROCTOR ESTÁNDAR Y

PROCTOR MODIFICADA EN COMPARACIÓN CON LA

COMPACTACIÓN EN OBRA MEDIANTE RODILLOS

De acuerdo con los diferentes equipos mecánicos pesados para la

compactación de suelos se obtienen ciertas correlaciones en cuanto a la

máxima densidad y el contenido optimo de humedad.

7.1.8 COMPACTACIÓN DE LOS SUELOS NO COHESIVOS

Por medio de rodillos de 5 a 15 TN. Equipados con vibradores que

operan a frecuencias comprendidas entre 1100 y 1500 pulsos/minuto, se

ha obtenido la compactación efectiva de arena gruesa grava y enrocado

de piedra, aplicando capas de 30 a 40 cm. de espesor, y entre 2 a 4

pasadas de tales rodillos tirados a una velocidad que no exceda de

alrededor de 3 Km. /hora suele resultar adecuada para alcanzar un alto

grado de compactación. También pueden utilizarse en estos suelos los

159



rodillos neumáticos, pero se necesita en este caso un número mayor de

pasadas entre 6 y 8, debido a la mayor velocidad del rodillo.

El suelo debe ser depositado en capas de un espesor no mayor de 30

cm, compactando áreas limitadas pueden usarse compactadores

manuales de pistón, accionados por motor de explosión (espesor de

capas de 10 a 20 cm).

Corte Perfilado de Subrasante

Riego y compactado

7.1.9 COMPACTACIÓN DE SUELOS ARENOSOS O LIMOSOS CON

COHESIÓN MODERADA

A medida que aumenta la cohesión, disminuye rápidamente la eficacia de

las vibraciones como medio de compactación. También la baja

160



permeabilidad de estos suelos hace difícil la penetración con agua, no

obstante la compactación por capas utilizando distintos rodillos,

neumáticos y patas de cabra.

Los rodillos neumáticos son más convenientes en la compactación de

suelos arenosos ligeramente cohesivos, los rodillos patas de cabra tienen

su máxima eficacia en suelos plásticos para presas de embalse y otros

terraplenes, se utiliza rodillos neumáticos de 50 Tn. Con presiones de

inflado de las llantas muy altas (>9 Kg/cm2) y capas de espesor

compactando que varia entre 15 y 30cm (utilizando rodillos de 100 TN. El

espesor puede variar entre 30 y 45 cm.), se requiere usualmente 4 a 6

pasadas para alcanzar la compactación deseada

A veces en obras grandes es necesario determinar el número de pasadas

por medio de ensayos de compactación en el terreno mismo antes de

inicio de los trabajos . Los rodillos patas de cabra usados en la

construcción de presas de tierra pesan alrededor de 15 TN. Según el

tamaño del pie, la presión de contacto varia entre 20 y 40 Kg./cm2.En

terraplenes de caminos se utilizan rodillos algo menores. El espesor de

las capas por compactar no debe exceder de unos 15 cm. El número

requerido de pasadas debe determinarse en el terreno por medio de

ensayos previos. La forma de la pata mas adecuada depende del tipo del

suelo. Hay una tendencia hacia el uso de patas tronco piramidales que

evitan el arado del suelo a su paso. La superficie de apoyo más efectiva

es función de la plasticidad y granulometría del suelo. En suelos menos

plásticos la superficie de la pata a usar es mayor que en suelos muy

cohesivos.

Se usan también rodillos patas de cabra vibrantes, en estos casos la

acción principal de la vibraciones es la de aumentar el efecto

gravitacional del paso del rodillo debe tenerse presente, que en suelos de

plasticidad moderada, la aspersión de agua durante el proceso de

compactación es poca eficacia. Si el contenido de humedad del suelo a

usar es mayor que el optimo, el agua debe agregarse en el propio

préstamo o por aspersión antes de iniciar las compactaciones para

161



obtener un mejor efecto de uniformización de la humedad si el contenido

de humedad , del suelo en el terreno es mayor que el óptimo, debe

permitirse que se seque en el lugar de su almacenamiento, la densidad

seca y el contenido de humedad del suelo se controlan en el terraplén

continuamente (método del reemplazo de arena).

7.1.9 COMPACTACIÓN DE ARCILLAS.

Si el contenido natural de humedad de una arcilla en el préstamo no está

próximo al óptimo puede resultar muy difícil llevarlo a dicho valor óptimo,

sobre todo, si el contenido natural de humedad es demasiado alto. Por

eso a veces es inevitable utilizar la arcilla con un contenido de humedad

diferente del óptimo.

Extrayendo la arcilla de los préstamos se obtiene pedazos o terrones.

Ahora bien solo los rodillos patas de cabra están en capacidad de reducir

el tamaño de espacios abiertos existentes entre los terrones.

En la compactación de estos suelos se obtienen mejores resultados

cuando el contenido de humedad es ligeramente superior al límite

plástico. Si es mucho mayor la arcilla tiende a pegarse al rodillo, o bien

este a hundirse en el terreno. Si es mucho menor, los terrones no se

deforman y los espacios quedan abiertos. El espesor de las capas por

compactar y el número de las pasadas requerido debe averiguarse

previamente por medio de ensayos.

RODILLO PATA DE CABRA Y DE NEUMÁTICOS

162



7.1.10 COMPACTACIÓN DE MASAS NATURALES DE SUELOS Y DE

TERRAPLENES EXISTENTES – MÉTODO DE COMPACTACIÓN

ESPECIALES.

Los estratos naturales y los terraplenes existentes no pueden

compactarse en capas y por eso un agente compactador debe actuar en

el interior de la masa de suelo.

Una forma efectiva para compactar arena no cohesiva es por vibraciones

a mucha profundidad. El método consiste en hincar pilotes, cuando se

hincan pilotes en arena suelta, la superficie del terreno situado entre

pilotes se asienta, a pesar de la disminución de volúmenes producido por

el desplazamiento de arena por los pilotes.

Otro método de compactación satisfactoria de gruesos estratos de arena

consiste en hacer estallar pequeñas cargas de dinamita en muchos

puntos del interior de su masa

Los suelos arenosos con alguna cohesión y los terraplenes existentes

cohesivos, también pueden compactarse hincando pilotes. La

compactación de estos suelos sin embargo, es causada por la presión

estática, la que reduce el tamaño de los espacios vacíos.

Los suelos altamente plásticos (compresibles) pueden compactarse por

precarga. La zona a ser tratada se cubre con un terraplén que transmite

un peso unitario suficientemente alto como para consolidar el suelo en

una magnitud que aumenta la resistencia y reduzca su compresibilidad a

los límites requeridos dentro del tiempo disponible para la operación

precarga.

También es posible acelerar el proceso de consolidación (disminución de

la compresibilidad) por medio de la instalación de drenes de arena,

cuando existan capas naturales de drenaje, sí se facilita la expulsión del

agua de las capas plásticas. El método consiste en la hinca de caños de

acero (30 cm) llenándolos con una mezcla de grava y arena luego

163



retirando el tubo de acero, la consolidación del suelo circundante se

acelera extrayendo por bombeo agua de los drenes.

7.1.11 GRADO DE COMPACTACIÓN

En una obra nunca se logra precisamente la máxima densidad seca

indicada por las pruebas de compactación del laboratorio (pruebas

PROCTOR) por eso se define como grado de compactación de un suelo

compactado la relación , en porcentaje, entre la densidad seca obtenida

en obra y máxima densidad seca averiguada en el laboratorio por tal obra

El control de la obra se lleva generalmente investigando el grado de

compactación de los materiales ya compactados y estableciendo un

mínimo aceptable, que varía según la importancia y función de la obra.

En obras importantes se recomienda siempre recurrir a secciones

experimentales (por ejemplo terraplenes de prueba ) que permitan

determinar el espesor de las capas y el número de pasadas de un cierto

equipo para obtener el grado de compactación deseado.

El grado de compactación de suelos se expresa:

La máxima densidad seca (máx. Ds) puede representar el valor obtenido

por la prueba proctor estándar ó proctor modificado. La aplicación del

valor para máx. Ds depende de las distintas condiciones de la obra.

Según normas elementales, hay ciertas demandas en cuanto a la

compactación de terraplenes en caminos

Hasta una profundidad de 2 m. Por debajo de la capa de desgaste.

Gc ³ 100% proctor estándar para suelos friccionantes

Gc ³ 97% proctor estándar para suelos cohesivos

En profundidades mayores que 2 m. Por debajo de la capa de desgaste

164

Gc%=γsec a

( log rada en elcampo )

γ secamáx . (log rada en el laboratorio )x 100



Gc ³ 100% proctor estándar, suelos friccionantes terraplenes hasta 2

metros de altura.

Gc ³ 97% proctor estándar; suelos cohesivos terraplenes hasta 2m de

altura

Gc ³ 92% proctor estándar suelos cohesivos, terraplenes más altos

que

2 metros de altura.

El grado de compactación, presas de tierra, campos de aterrizaje etc.

Debe corresponder a las demandas específicas de la obra.

7.1.12 Determinación de la densidad in situ; Método del Reemplazo de

arena:

1. Se determina el peso de la arena por unidad de volumen (Da).

2. Se pesa el frasco con la arena y se determina además el peso que

se necesita para llenar el embudo mayor (peso antes del ensayo

“P”, peso necesario para llenar el embudo mayor “p”)

3. Se limpia el sitio escogido y luego se excava un hoyo de unos 10

cm de diámetro.

4. Cuidadosamente se extrae el material colocándolo en un frasco y

se pesa (Wf).

5. Se cierra la válvula y se enrosca el embudo menor al cuello del

frasco.

6. El aparato se coloca encima del hoyo.

7. Una vez que la arena deja de caer, lo que puede verse.

8. Se determina el

peso del suelo seco.

165



9. Se desenrosca el cono y se pesa nuevamente el frasco con la

arena que haya sobrado (peso de la arena después del ensayo “p

´”).

10. Determinación de la densidad seca de campo:

7.1.13 PENETRÓMETRO PROCTOR.

Herramienta que se hinca a mano. Se trata de una aguja o varilla con un

dispositivo para medir la fuerza requerida (en libras), para que la penetre

(variable en tamaño y forma) profundice en el suelo 3’’por lo general. La

operación se hace en el laboratorio y en campo, simultáneamente, para

comparación de الd, o de la humedad si se quiere. (No debe existir grava

en el suelo)

ENSAYOS DE LABORATORIO

b. Prueba Proctor Modificado:

Equipo:

166

γ s=γd=W s

Vm

; W s=W h x100

1+ω; V=P−p−p´

Da

Donde :γ s : densidad sec aW s : peso del suelo secoVm :volumen muestra, volumen arena en el hoyo , volumen del hoyoW h : peso del suelo húmedoDa : densidad de la arena



1. Molde de compactación de 2124 cm3, 15.24cm de diámetro

interior, 11.64 cm de altura, con base y collar.

2. Pisón o Martillo, con altura libre de caída de 18”, 4.54 kg

3. Extractor de muestras

4. Latas para determinar el

contenido de humedad

5. Horno de secado.

6. Tamices de ¾”, 3/8”, la Nº 4

(4.75mm)

7. Bandeja, espátula, Balanza,

cucharas, mezclador, horno eléctrico, etc.

Procedimiento:

1. Cada grupo debe tomar aproximadamente 30 kg, para los

métodos “A” y “B”, 35 kg para el método “C”, de suelo y

secado al aire.

2. Luego del secado al aire pulverizarlo suficientemente para

determinar el porcentaje de material retenido en la malla Nº

4 (4.75mm), 3/8”, ¾”, para escoger el método A, B o C, a ser

utilizado.

3. Prepare cuatro especímenes con contenidos de agua,

cercanos al óptimo, seleccionar los contenidos de agua de

tal forma que dos puntos queden en el lado seco y dos en el

lado húmedo, los cuales deben variar alrededor del 2%.

4. Medir el molde de compactación para determinar el volumen

5. Pesar el molde de compactación sin incluir el collar

6. Ensamble y asegure el molde y el collar.

167



7. Compactar el espécimen en cinco capas, después de la

compactación cada capa deberá tener aproximadamente el

mismo espesor, antes de la compactación, colocar el suelo

suelto dentro del molde y extenderlo en una capa de

espesor uniforme, compactar cada capa con 56 golpes por

capa.

8. Al operar el pisón, se debe tener cuidado de evitar la

elevación de la guía mientras el pisón sube. Mantener la

guía firmemente y dentro de los 5º de la vertical. Aplicar los

golpes en una relación uniforme de aproximadamente 25

golpes/minuto, de tal manera que proporcione una cobertura

completa y uniforme de la superficie del espécimen.

9. Después de compactar la última capa remover el collar. El

cuchillo debe usarse para ajustar o arreglar el suelo

adyacente al collar, soltando el suelo del collar y removiendo

sin permitir el desgarro del suelo bajo la parte superior del

molde.

10. Cuidadosamente enrasar el espécimen compactado, por

medio de una regla recta la parte superior, formando una

superficie plana.

11. Determine y registre el peso del molde mas el suelo

compactado

12. Remueva el material del molde y determine el contenido de

humedad del suelo compactado.

Cálculos:

168



7.2 RELACION DE SOPORTE CALIFORNIA (CBR)

GENERALIDADES:

El método CBR fue propuesto en 1929 por los Ingenieros T. E. Stanton y O. J.

Porter, del departamento de carreteras del Estado de California. Desde esta

fecha, tanto en Europa como en América, el método CBR se ha generalizado y es,

hoy en día, uno de los más empleados en el cálculo de pavimentos flexibles.

Este método ha sido adoptado por el cuerpo de ingenieros del ejército

estadounidense, así como por otros organismos técnicos y viales, ha

experimentado varias modificaciones, pero en la actualidad se sigue, en líneas

generales. El procedimiento sugerido por el U. S. Waterways Experiment Station,

Vicksburg, Misisipi.

169



En general las fallas en los pavimentos flexibles, se debe principalmente a las

fallas por corte del suelo o de los materiales que conforman las diferentes capas.

Su diseño se basa en los resultados del corte directo, prueba triaxial o

simplemente midiendo la resistencia a la penetración del material.

El índice C.B.R. Es un valor empírico que sirve para determinar la resistencia de

terrenos de fundación y/o cimentación de carreteras, aeropuertos, etc. Será

determinado por la penetración de un pistón (con cierta velocidad) a una muestra

compactada al contenido óptimo de humedad modificado.

El índice C.B.R. Se obtiene como un porcentaje del esfuerzo requerido para hacer

penetrar un pistón en el suelo que se ensaya, dividido entre el esfuerzo requerido

para hacer penetrar el mismo pistón hasta la misma profundidad en una muestra

patrón compuesto de piedra triturada y compactada.

Valores correspondientes a la muestra patrón (MACADAM)EN UNIDADES METRICAS EN UNIDADES INGLESASmm Kg/cm2 Plg. Libras/plg2

PENETRACIONCARGA UNITARIA

PENETRACIONCARGA UNITARIA

2.54 70.31 0.1 10005.08 105.46 0.2 15007.62 133.58 0.3 190010.16 161.71 0.4 230012.7 182.80 0.5 2600

En el diseño de pavimentos flexibles el C.B.R. Que se utiliza es el valor que se

obtiene para una penetración de 0.1” (2.54 mm).Sin embargo, si el valor CBR a

una penetración de 0.2” (5.08 mm) es mayor, el ensayo deberá repetirse. Si un

170

CBR (% )= Esfuerzo del suelo ensayadoEsfuerzo del sueloPatron

x100



segundo ensayo produce nuevamente un valor de CBR mayor de 5.08mm de

penetración, se debe considerar el valor mayor obtenido.

En general se establece en este método una relación entre la resistencia a la

penetración de un suelo, y su valor relativo como base de sustentación de

pavimentos flexibles. Este método, si bien es empírico, se basa en un sinnúmero

de trabajos de investigación llevados a cabo tanto en los laboratorios de ensayo

de materiales, así como en escala natural o directamente en el terreno, lo que

permite considerarlo como uno de los mejores métodos prácticos.

CONDICIONES DEL ENSAYO (RELACIÓN ENTRE LA DENSIDAD Y EL INDICE C.B.R.):

La densidad deberá ser la que se espere obtener con el medio de construcción

empleado (método de compactación), es decir cuando se trata de un terraplén en

el cual vamos a exigir el 95% de máx. densidad proctor, la muestra habrá de

compactarse con la humedad optima correspondiente.

Para pistas de aeropuertos y a veces para carreteras se exige la máx. densidad

proctor modificada que es más elevada. Sí por circunstancias especiales, no sea

posible lograr las densidades máximas estándar, el ensayo habrá de realizarse

con otras densidades (en función de la humedad) análogas a tales densidades,

que en realidad se alcanza.

La densidad del suelo se alterará si cambia la proporción de humedad y se habrá

de prever las peores condiciones de resistencia en el suelo que podrá encontrarse

en el transcurso del tiempo.

TIPOS DE ENSAYOS

El ensayo puede realizarse sobre muestras remoldeadas que representan

aproximadamente iguales condiciones de humedad y densidad como el material

en la obra, sobre muestras inalteradas ó “IN SITU”.

Para el pavimentado encima de terraplenes se opera sobre muestras

remoldeadas y para proyectar pavimentos encima del suelo natural o sobre una

carretera antigua se determinará el C.B.R. “in situ” o con muestras sin perturbar

171



Ensayando a capas de base o sub base de carreteras y aeropuertos debe todavía

tomarse en cuenta la sobrecarga debido a las capas superiores yacentes encima

de la capa ensayada. Eso significa que se habrá de determinar la presión de

contacto producida por estas capas superiores y aplicar la misma presión de

contacto sobre las muestras por ensayar, en todo caso, lo que se pretende es que

la muestra ensayada sea la más representativa de las peores condiciones en que

el terreno se ha de encontrar en el transcurso de su vida, en especial lo que se

refiere a su estado de humedad.

TIPOS DE SUELOS

Aplicando el método de diseño C.B.R. Todas las capas como, sub rasantes, sub

bases y bases se las agrupa en tres clases

Suelos sin cohesión (de ninguna plasticidad). Suelo cohesivo (suelo expansivo de alta plasticidad) Suelo altamente plástico.

SUELOS NO COHESIVOS (ARENAS Y GRAVAS)

A estos suelos se les compacta fácilmente mediante rodillos lisos vibratorios (o

por medio del tránsito) y por eso, sus pesos volumétricos máximos alcanzados

(gsmáx.) en la obra corresponden a los de ensayo Proctor – Modificada.

Muestras sin cohesión alguna, una vez compactadas al contenido optimo de

humedad modificado, serán ensayadas al índice C.B.R. (prueba de penetración)

sin otro tratamiento.

SUELOS CON COHESION

Tales como las arenas limosas, limos orgánicos y limos arcillosos serán tratadas

de manera diferente que se obtengan datos que mostrarán el comportamiento

sobre un rango completo de contenido de humedad anticipados para muestras

representativas.

Se compactarán tres muestras a diferentes densidades al contenido óptimo de

humedad (proctor modificada) ósea debe averiguarse primero este mismo

contenido de humedad óptimo y luego se compactará una muestra con 12 golpes,

la segunda con 25 golpes y la tercera con 56 golpes por capa respectivamente,

172



después las muestras serán sumergidas al agua y se las deja hincharse durante

un plazo de cuatro días y luego se realiza la penetración con el fin de obtener una

serie de curvas que muestran la relación entre el peso volumétrico, contenido de

agua y el índice C.B.R. determinado por el 95% de la máxima densidad seca.

SUELOS ALTAMENTE PLASTICOS

Los que comprenden las arcillas grasosas y limos inorgánicos , los procedimientos

de prueba son los mismos que para suelos cohesivos. No obstante, las pruebas

que se realizan con estos suelos tienen una finalidad que es la determinación de

humedades y densidades apropiadas y estas no son necesariamente los valores

óptimos obtenidos a través de la prueba “proctor modificada”. Por lo general, la

expansión mínima y el máximo C.B.R. Ocurren para un contenido de humedad

ligeramente mayor que el óptimo.

DETERMINACIÓN DEL C.B.R. DE SUELOS PERTURBADOS Y REMOLDEADOS (Referencias, Norma ASTM D1883-73; AASHTO T193-63)

Equipo:PARA LA COMPACTACIÓN DE MUESTRAS

Molde de compactación de Ø i = 15.2 x 17.5 a 20 cm. De altura (o

equivalente con collar) se acopla un collarín de 5 cm. Y una base

perforada. El ensamble de estas piezas se aprecia en la figura I.

Disco espaciador de 15.1 cm. de Ø por 6.14 cm. de altura ( ó 5.1 cm.)

Martillo ó pisón.- Generalmente se emplea el martillo de 10 libras con una

altura de caída de 18” – según método AASHTO T-180.

PARA MEDIR EL HINCHAMIENTO DEL MATERIAL AL ABSORVER AGUA

Plato y vástago.- El vástago cuya altura puede graduarse se halla fijado en

el disco metálico, como se indica en la figura I.

Trípode y extensómetro, para medir la expansión del material se emplea

un extensómetro, con aproximación a 0.001”, montado sobre un trípode en

la forma indicada en la figura I y fotografías.

173



Pesas.- Como sobre carga se emplea una pesa anular y varias pesas

cortadas en la forma indicada en la figura I las cuales son de plomo y cada

una pesa 5 libras.

PARA LA PRUEBA D

EQUIPO DE PENETRACION

Pistón.- Un pistón cilíndrico, de acero de 3 pulgadas cuadrados de sección

circular y de longitud suficiente para poder pasar a través de las pesas y

penetrar el suelo hasta ½”.

Aparato para aplicar la carga.- Puede emplearse una prensa hidráulica o

cualquier aparato especialmente diseñado, que permita aplicar la carga

una velocidad de 0.05 pulgadas por minuto (1.27 mm/Min).

Generalmente, los aparatos que se fabrican para este tipo de ensayos

llevan anillos calibrados

Equipo mixto.- Además del indicado anteriormente, deberá disponerse de

un equipo misceláneo necesario, tal como balanzas, hornos, tamices

graduados, papel filtro, tanques para inmersión de muestras cronómetros,

extensómetros, etc.

PREPARACION DEL MATERIAL

1. Si se halla húmedo tendrá que ser secado previamente ya sea al aire o

calentándolo a una temperatura no mayor de 60°C

2. Una vez secado el material, será menester desmenuzar los terrones

existentes, teniendo cuidado de no romper las partículas individuales de la

muestra.

174



3. Las muestras que se vayan a compactar, habrán de tamizarse en las mallas

de ¾” y la N° 4. La fracción retenida en el tamiz de ¾”, se descartará y

reemplazará, en igual proporción por el material comprendido entre los

tamices ¾” y la N° 4 luego se mezclarán bien las dos fracciones del

material tamizado.

4. Se determina el contenido de humedad de las muestras así preparadas

5. Cantidad de material.- para cada determinación de densidad, o sea, para

determinar un punto de la curva de compactación se necesitan unos 5 Kg.

De material. De modo que para cada curva de compactación, deberá

disponerse de unos 30 Kg. De material, suponiendo que se determinen 5 ó

6 puntos. Así mismo, ha de tenerse presente que cada muestra se debe

utilizar una sola vez, es decir, que no podrá usarse material que haya sido

previamente compactada.

DETERMINACION DE LA DENSIDAD Y HUMEDAD

El problema principal consiste en preparar en el laboratorio una muestra que

tenga, prácticamente la misma densidad y humedad que se proyecta alcanzar en

el sitio donde se construirá el pavimento.

En el método C.B.R., el procedimiento comúnmente empleado para compactar las

muestras es, en líneas generales, el que indicamos a continuación.

1. Se ensambla el molde cilíndrico, se introduce el disco espaciador y se

coloca encima de este disco un papel filtro grueso de 6” de Ø para que el

suelo no se pegue durante la compactación.

2. La muestra que ha sido debidamente preparada, como indicamos

anteriormente, se humedece añadiendo cantidad de agua que ha sido

previamente determinada, se mezcla bien el material, a fin de obtener una

muestra uniformemente húmeda y se determina su contenido de humedad,

para poder determinar con mayor exactitud la humedad óptima.

175



Una vez preparada la muestra, con su correspondiente contenido de

humedad, se la coloca dentro del molde y se compacta en 5 capas que

tenga un espesor aproximadamente igual, haciendo caer el pisón 56 veces

sobre cada capa. Esta compactación se hace siguiendo un método

análogo al indicado en AASHTO ST-180 D la briqueta compactada deberá

tener un espesor aproximado de 5 pulgadas.

3. Una vez compactada la muestra, se quitará el collarín metálico, se enrasará

la parte superior de aquella, suavemente hasta nivelarla en el molde.

Llenar con suelos finos los pequeños huecos que se hayan podido formar

en la operación. Se volteará el molde, y se quitará la base metálica

perforada y el disco espaciador.

4. Se pesará el molde con la muestra y se determinará la densidad y la

humedad de aquella.

DETERMINACION DE LA EXPANSION DEL MATERIAL

1. Una vez determinada la densidad y humedad de la muestra, indicada o

descrita anteriormente, se colocará un papel filtro grueso de 6” de diámetro

sobre la superficie enrasada; se montará encima de está superficie el plato

metálico perforado y se volteará el molde (de forma que el espacio dejado

por el disco espaciador quede en la parte superior) y asegurar el molde a

la base de forma que el suelo quede en contacto con el papel filtro.

2. Sobre la superficie libre de la muestra se colocará un papel filtro grueso de

6” de diámetro y se montará el plato con él vástago graduable, en la forma

indicada en la figura II.a, luego sobre el plato se colocarán varias pesas de

plomo. La sobrecarga que se aplique mediante pesas de plomo, debe ser

prácticamente igual a la correspondiente al pavimento ( Sub -Base, Base y

capa de rodamiento) a construirse. La sobrecarga mínima a emplearse

será de 10 libras (4.54 Kg.) equivalente a la de un pavimento de concreto

de espesor equivalente a 5” (12.5 cm)

3. Una vez colocado el vástago y las pesas en la forma indicada líneas arriba

se colocará cuidadosamente el molde dentro de un tanque o depósito lleno

de agua. Para permitir el libre acceso de agua por debajo de la muestra se

176



recomienda colocar el molde sobre bloques metálicos y no directamente

sobre la superficie del tanque o depósito. Así mismo, para que la muestra

se sature fácilmente por la parte superior de las pesas véase la figura II–a.

Los niveles de agua dentro y fuera del molde deben ser iguales.

4. Colocado dentro del tanque con agua se monta el trípode con un

extensómetro, en la forma representada en la figura II-a y se toma y

registra la “lectura inicial” 0,1,2,4,8,12,24,36,48,72 y 96 horas. O también.

5. Cada 24 horas y por un periodo de 96 horas (4 días), se toman y registran

las “lecturas” del extensómetros.

6. Al cabo de 96 horas, o antes si el material es arenoso, se toma y anota la

“lectura final” para calcular el hinchamiento o expansión del material: La

expansión progresiva diaria, así como la expansión total registrada al cabo

de los cuatro días, es referida, en porciento, a la lectura inicial que tenía la

muestra antes de ser sumergida en agua. Los adobes, suelos orgánicos a

algunos suelos cohesivos tienen expansiones muy grandes, generalmente

mayores de 10%. Las especificaciones establecen, generalmente, que los

materiales de préstamo para sub base deben tener expansiones menores

del 2% al cabo de 4 días. Así mismo se recomienda que los materiales

para bases tengan expansiones menores del 1%.

Nota:

1. Los suelos que tienen hinchamientos de 3% o más, generalmente tienen

C.B.R. Menores del 9%

177



2. Los suelos que tienen hinchamientos de 2% como máximo, tienen

aproximadamente C.B.R. Iguales o mayores al 15%.

3. Los suelos que tienen hinchamientos menores de 1%, tienen

generalmente, C.B.R. Del 30%

DRENAJE:

Después de saturada la muestra durante 4 días, se saca el cilindro y

cuidadosamente se drena, durante 15 minutos, el agua libre que queda. Como

para drenar bien el agua hay que voltear el cilindro, sujétese bien el disco y las

pesas metálicas al hacer la operación. Luego, remuévase el disco, las pesas y el

papel filtro y pésese la muestra.

DETERMINACION DE LA RESISTENCIA A LA PENETRACION

1. Si no es necesario sumergir la muestra en agua, se colocará sobre ella la

pesa anular y se montarán las pesas de plomo, de tal modo que se

obtenga una sobrecarga semejante a la del pavimento a construirse. Una

vez preparada así la muestra, se procederá como se indica en los párrafos

siguientes.

2. Si la muestra ha sido sumergida en agua para medir la expansión, como

indicamos anteriormente, y después que haya sido drenada, se colocará la

pesa anular y encima las pesas de plomo que tenía la muestra cuando

estaba sumergida en agua, o sea que la sobrecarga para la prueba de

penetración deberá ser prácticamente igual a la sobre carga colocada

durante el ensayo de

hinchamiento.

3. El molde con la muestra y la sobre

carga, se colocan debajo de la

178



prensa y se asienta el pistón sobre la primera, aplicando una carga de 10

libras (4.5 Kg.).

4. Una vez “asentado” el pistón, se coloca en (0) cero el extensómetro que

mide la deformación. Sí para la aplicación de la carga se emplea un

aparato con anillo calibrado, el extensómetro del anillo deberá también

colocarse en cero.

5. Se hinca el pistón manteniendo una velocidad de 0.05 pulgadas por minuto

(1.27mm/min.), y se leen las cargas totales necesarias para hincar el pistón

en incrementos de 0.025, hasta alcanzar ½”.

6. Hincando el pistón hasta 0.5 pulgadas (1.27 cm.), se suelta la carga

lentamente se retira el molde de la prensa, y se quitan las pesas y la base

metálica perforada.

7. Finalmente, se determina el contenido de humedad de la muestra, para el

control de campo, bastará determinar el contenido de humedad de la parte

superior de la muestra, pero en las pruebas de laboratorio se recomienda

tomar el valor promedio de los diferentes contenidos de humedad

obtenidos en los extremos y parte media de la muestra.

CALCULOS Y PRESENTACION DE RESULTADOS.

1.Dibujar una curva de resistencia a la penetración (la ordenada) en lbs/plg 2

contra la penetración en mm ó pulg., tanto para la muestra recién

compactada como para la muestra saturada. Sí la curva no es

esencialmente lineal a través del origen extender una línea desde la

porción recta de la curva para tratar de interceptar el eje de las abcisas. La

179



diferencia entre este valor y la penetración correspondiente a cero es una

corrección que debe utilizarse para calcular el C.B.R. Las curvas para

ambas muestras (la saturada y la recién compactada) deben dibujarse en

la misma gráfica con su identificación adecuada junto con los valores de

corrección de las curvas de forma que se pueda apreciar fácilmente el

efecto de saturación en la muestra.

2.Obtener la resistencia a la penetración para 2.5 y 5 mm y calcular el C.B.R. ( El

C.B.R. De un suelo es la carga unitaria correspondiente a 0.1” ó 0.2” de

penetración expresada en por ciento de su respectivo “ valor estándar”, si

los C.B.R. Para 0.1” y 0.2” son semejantes, se recomienda usar los

calculos al C.B.R correspondiente a 0.2”, si el C.B.R correspondiente a

0.2”, es muy superior al C.B.R correspondiente a 0.1”, deberá repetirse el

ensayo.

En el CÁLCULO DEL INDICE C.B.R.: En caso de que sea necesario se determinará los valores de esfuerzo corregidos de modo siguiente:

Los índices C.B.R. Se obtendrá dividiendo el esfuerzo en el suelo ensayado entre

el esfuerzo en el suelo patrón multiplicado por cién, según una penetración de 0.1”

ó 0.2”, considerando como índice C.B.R. El valor mayor averiguado para 0.1” de

penetración. Sí varias pruebas de comprobación resultan con un mayor índice de

C.B.R. Para 0.2” de penetración, se considerará este valor como representativo.

180

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

25 GOLPES

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Libras/Pulgadas2

Pe

ne

tra

cio

n e

n P

ulg

ad

as

C.B.R.

1.841.851.861.871.881.891.901.911.921.931.941.951.961.971.981.992.002.012.022.032.042.052.062.072.082.092.102.112.122.132.14

0 10 20 30 40 50

De

ns

ida

d

C.B.R.

Lib

ras/p

ulg

ad

as

2

Penetración en pulgadas

POR CORREGIR

CURVA CORREGIDA



PROCEDIMIENTO DE LOS ENSAYOS DE LABORATORIO

Suelos gravosos y arenosos con poco o nada de material fino.-

Estos suelos sin cohesión generalmente tienen índices plásticos inferiores al 2%,

y pueden ser compactados rápidamente en el campo.

En general, su capacidad de soporte no se altera apreciablemente con los

cambios de humedad, de ahí que su C.B.R. Que se adopte para los cálculos de

diseño de pavimentos flexibles, puede ser el correspondiente a su densidad

máxima, ó si se sigue un criterio más conservador, el menor de los C.B.R.

Obtenidos. El C.B.R. De estos suelos granulares es generalmente mayor de 20 %

Suelos no cohesivos, poco plasticos y poco o nada expansivos: son en

general, GM, GC, SM, SC, CL, ML, OL. Para determinar el C.B.R. De estos

suelos se recomienda seguir:

PRIMERO: Se aplica condiciones climáticas normales y aquellos suelos cuya

capacidad de soporte no varía apreciablemente cuando se altera ligeramente su

contenido de humedad, ósea que no requieren un control muy estricto cuando son

compactados en el campo.

SEGUNDO: Es un procedimiento más elaborado y se aplica a condiciones

climáticas desfavorables y aquellos suelos que son muy “sensibles” a pequeños

cambios de humedad, lo que hace que se requiera un mayor control de ella en el

campo.

Los ensayos del C.B.R. se realizan sobre muestras compactadas al C.O.H. Para

el suelos específicos, determinado previamente utilizando el ensayo de

compactación modificado (densidad Vs Humedad), Utilizando los métodos 2 ó 4

de la norma ASTM D698-70 ó D 1557-70 (para el molde de 15.20 cm. de

diámetro) se debe compactar las muestras utilizando las siguientes energías de

compactación.

Falta cuadro

ENSAYOS DE LABORATORIO: C.B.R. CON MUESTRAS REMOLDEADAS,

COMPACTADAS Y SATURADAS.

OBJETIVO

181



Dar información sobre la expansión esperada en el suelo bajo la estructura del

pavimento cuando el suelo se satura.

Dar indicación de la pérdida de resistencia debida a la saturación en el campo.

El valor del CBR se utiliza para establecer una relación entre el comportamiento de

los suelos principalmente con fines de utilización como base y sub rasante bajo

pavimentos de carreteras y aeropistas.

PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO DE LABORATORIO

1. Preparar aproximadamente 4.5 Kg. De suelo de grano fino menor que el tamiz Nº 4. ó

55 Kg. De material con partículas de 19 mm de diámetro máximo, al contenido de

humedad óptimo del suelo determinado con el esfuerzo de compactación adecuado

(ensayo de compactación). Si se desea curar el suelo para obtener una distribución

más uniforme de la humedad. Se debe mezclar con el porcentaje necesario de

humedad y almacenar en un recipiente sellado por espacio de 12 a 24 horas antes

del ensayo.

La muestra se pasa por el tamiz de (3/4”ASTM) descartando el material retenido. Si

es necesario mantener el porcentaje de material grueso del material original se

deberá efectuar un reemplazo. Para esto se determina por tamizado el porcentaje del

material que pasa por el tamiz de 50 mm. (2”ASTM) y queda retenido en el tamiz de

¾”.

Se reemplaza dicho material por una masa igual de material que pasa por el tamiz d e

¾”. Y queda retenido en el tamiz de 4.75 mm. tomada de la porción no utilizada de

suelo original.

2. Antes de compactar el suelo en un molde, se debe tomar una muestra representativa

para determinar su contenido de humedad (por lo menos 100 gr, si el suelo es de

grano fino).

3. Pesar el molde sin su base ni el collar y regístrese los datos.

4. Ajustar el molde a la base, insertar el disco espaciador (el disco redondo sólido de

15.1 x 5.1. cm) en el molde y cubrirlo con un disco de papel de filtro.

182



5. Compactar el suelo de acuerdo con la norma ASTM ó D1557 Métodos B o D para el

suelo utilizado de acuerdo con lo especificado por el instructor. Tomar una muestra

representativa para determinar el contenido de humedad final del suelo remanente.

Para el caso de la práctica se utilizará: (Tres ensayos)

Los métodos se indican en la tabla.

METODOS GOLPES CAPASPESO DEL MARTILLO

Suelos de grano fino

56,25,10 5 4.5 kg

Suelos de grano grueso

56 5 4.5 kg

6. Quitar el collar y enrasar la muestra suavemente hasta nivelar en el molde. Llenar

con suelos finos los pequeños huecos que se hayan podido formar en la operación

anterior de nivelación de la muestra. Para suelos de grano grueso se pueden utilizar

partículas de suelo ligeramente menores que el agujero para completar el volumen en

el sitio requerido

7. Retirar la base y el disco espaciador, pesar el molde con el suelo compactado y

determinar el peso unitario total del suelo.

8. Colocar un disco de papel de filtro sobre la base, invertir la muestra (de forma que el

espacio de 5.1. cm dejado por el disco espaciador quede en la parte superior) y

asegurar el molde a la base de forma que el suelo quede en contacto con el papel de

filtro. Para muestras no saturadas, llevar a cabo los pasos 9 a 11 que se presentan a

continuación.

9. Colocar la muestra en la máquina de compresión y sentar el pistón sobre la superficie

de suelo utilizando una carga inicial no mayor de 4.5 Kg. Fijar el cero en los

deformímetros de medida de carga y de penetración (o deformación).

10. Hacer lecturas de deformación o penetración como se indica en la “Exposición

General” y tomar las respectivas lecturas de deformímetro de carga. Extraer la

muestra del molde y tomar dos muestras representativas adicionales para contenido

de humedad.

183



Para muestras saturadas:

11. Colocar la placa perforada con el vástago ajustable sobre el suelo compactado y

aplicar suficientes pesas ranuradas adicionales para obtener la sobrecarga deseada

dentro de una aproximación de 2.2 Kg. Cuidando de que la sobrecarga total no sea

inferior a 4.5 Kg. Registrar la sobrecarga total (asegurarse de incluir la placa

perforada como parte del peso de sobrecarga). También asegurarse de usar un disco

de papel de filtro entre la base perforada del vástago y el suelo para evitar que el

suelo se pegue a la base del vástago.

12. Sumergir el molde y las pesas en un recipiente de agua de forma que el agua tenga

acceso tanto a la parte superior como a la parte inferior de la muestra y ajustar el

deformímetro de carátula (con lecturas al 0.01 mm) en su respectivo soporte (Fgs.

indicadas en la teoría). Marcar sobre el molde los puntos donde se apoya el soporte

de forma que pueda removerse y volverse a localizar sobre el molde en el mismo sitio

cuando se desee hacer una lectura.

13. Colocar suficientes pesas ranuradas (no menos de 4.5 Kg.) sobre la muestra de suelo

par simular la presión de sobrecarga requerida.

14. Ajustar en cero el deformímetro de expansión y registrar el tiempo que comienza del

ensayo, tomar las lecturas a:

0, 1, 2, 4, 8, 12, 24, 36, 48,72 y 96 horas. De tiempo transcurrido.

El ensayo de expansión puede terminarse después de 48 horas si las lecturas en el deformímetro de expansión se mantienen constantes por lo menos durante 24 horas

15. Al final de las 96 horas de inmersión, sacar la muestra y dejarla drenar por espacio de

15 min. Secar completamente la superficie superior de la muestra con toallas de

papel.

16. Pesar la muestra sumergida incluyendo el molde y regístrese los datos.

17. Hacer los pasos 9 a 11 (es decir, tomar lecturas de penetración y cargas).

18. Tomar muestras para contenido de humedad del espécimen saturado de la

siguiente forma:

184



Dos dentro de los 3 cm superiores del suelo

Dos dentro de los 3 cm inferiores del suelo

Dos en el centro de la muestra de suelo

CALCULOS Y PRESENTACIÓN DE RESULTADOS

19. Dibujar una curva de resistencia a la penetración (la ordenada) en Lbs/plg2 contra la

penetración de plg. tanto para la muestra recién compactada como para la muestra

saturada. Si la curva no es esencialmente lineal a través del origen, extender una

línea desde la porción recta de la curva para tratar de interceptar el eje de las

abscisas. La diferencia entre este valor y la penetración correspondiente a cero es

una corrección que debe utilizarse para calcular el valor de CBR. Las curvas para

ambas muestras (la saturada y la recién compactada) deben dibujarse en la misma

gráfica con su identificación adecuada, junto con los valores de corrección de las

curvas, de forma que se pueda apreciar fácilmente el efecto de saturación en la

muestra.

20. Obtener la resistencia a la penetración para 2.5 y 5.0 mm de la curva (utilizando las

correcciones del paso 1 anterior si se necesitan) y calcular el valor de CBR

21. Calcular los contenidos de humedad y las densidades secas de las muestras antes de

saturar y en la condición final luego de saturadas. Para la muestra saturada, utilizar

los datos del paso 18 del procedimiento A

22. Calcular el porcentaje de expansión sobre la base de la altura nominal inicial de la

muestra. Dibujar una curva de porcentaje de expansión (ordenada) contra el tiempo

transcurrido en una gráfica separada

23. El informe debe comparar los valores de CBR, presentar un resumen de los

contenidos de humedad adecuadamente identificados, e incluir las curvas requeridas.

Discutir el significado de un valor grande o pequeño obtenido en el CBR, cualquier

cambio sufrido en el valor de CBR con la saturación, y cualquier expansión que

hubiera podido tener lugar. ¿Cómo podría reducirse la expansión (si existe una

cantidad significativa) o eliminarse para este suelo? Asegurarse de registrar en el

informe los datos de Clasificación Unificada del Suelo y su respectiva clasificación

AASHTO.

185



186

Documents

Guia de Mecanica de Suelos I.docx