Informe de Laboratorio #1 (Geotecnia CI 4401-1)

Profesor Roberto Gesche S.

Profesor Auxiliar

José Salomon G. Valentina Guevara P.

Integrante

Ignacio Prado C.

Fecha de entrega

28 de Septiembre de 2015

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Contenidos

Introducción .................................................................................................................................... 3

Metodología del Ensayo .................................................................................................................. 4

Memoria de Cálculo ...................................................................................................................... 10

Resultados del Laboratorio ........................................................................................................... 11

Conclusiones ................................................................................................................................. 15

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Introducción

En los proyectos de ingeniería, conocer el tipo de suelo en donde se ubicará una obra es

de suma importancia ya que permite determinar factores de suma importancia para cada etapa

del proyecto, tanto en el diseño como en la construcción y mantención.

Para determinar el tipo de suelo y sus características existen algunos métodos de

laboratorio, pero es muy importante que el ingeniero sea capaz de reconocer el tipo y los

diferentes componentes de un suelo, incluso en terreno. Para esto existen algunas clasificaciones

dependiendo del tamaño del grano y también según algunas características como la elasticidad de

la muestra.

Para determinar algunas de las características del suelo existen ensayos que se pueden

realizar muy fácilmente e incluso en terreno. Estos ensayos son sacudimiento, amasado, brillo y

resistencia de una muestra seca.

En el presente informe se hacen principalmente descripciones cualitativas de las muestras

sin ensayos de laboratorio. Es mucho lo que se puede decir de un suelo sin estar en el laboratorio

y puede llevar a tomar decisiones importantes en el proyecto en el que se esté trabajando.

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Metodología del Ensayo

El ensayo realizado en el laboratorio contó con dos etapas:

En primer lugar, se realizó un análisis de observación a 9 muestras diferentes en donde se

buscó identificar diferentes propiedades, tales como el color, la humedad, clasificación por

tamaño, graduación, forma de partículas, entre otros. En el caso de que la presencia de finos fuera

muy grade, se debía realizar una prueba de plasticidad con el fin de determinar si corresponde a

limo o arcilla. Dicha prueba consiste en mojar un poco de suelo en la palma de la mano y formar

una pequeña bola de este y se golpea repetidamente el borde de la mano lo que puede causar la

salida del agua del suelo.

A continuación se muestran las diferentes muestras a observar:

Figura 1: Muestra 1

5

Figura 2: Muestra 2

Figura 3: Muestra 3

6

Figura 4: Muestra 4

Figura 5: Muestra 5

7

Figura 6: Muestra 6

Figura 7: Muestra 7

8

Figura 8: Muestra 8

Figura 9: Muestra 9

9

La segunda parte del laboratorio consiste en un análisis granulométrico, para el cual se

procedió de la siguiente manera:

- Se pesa la muestra de suelo, con bolones y sin ellos. Se pasa la muestra de suelo por la

malla 3/8” y se separa el material que pasa esta malla, con el fin de determinar

posteriormente el porcentaje de finos.

- Se hace pasar el material que queda retenido en la malla 3/8” por todas aquellas mallas de

tamaño de apertura mayor, y se pesan las porciones de material que queda retenido en

cada una de ellas.

- Se mezcla y homogeniza el material que pasa la malla 3/8” y se selecciona una muestra de

300 gramos.

- Se hace pasar la muestra representativa por las mallas que restan y se pesa la porción de

suelo que queda retenida en cada una.

La apertura de cada malla se muestra en la Tabla 1.

Tabla 1: Medidas de las diferentes mallas

El procedimiento a seguir para los cálculos de la curva granulométrica consiste en

determinar, para las partículas menores a 3/8’’, el peso asociado a la muestra real (recordando

que se trabajó con una muestra representativa). Luego de tener los pesos que quedaron en cada

tamiz, se procede a calcular el porcentaje de retención o porcentaje del total de la muestra que se

queda en cada tamiz, para luego poder calcular el porcentaje total acumulado (o porcentaje que

pasa por cada tamiz). Finalmente se grafica en escala logarítmica el porcentaje que pasa en

función de los diámetros de los tamices.

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Memoria de Cálculo

(1) Coeficiente de Uniformidad:

𝐶𝑢 =𝐷60

𝐷10

Dónde: 𝐶𝑢 : Coeficiente de uniformidad

𝐷𝑖 [𝑚𝑚]: Diámetro tal que el i[%] del suelo pasa por la malla.

(2) Coeficiente de Curvatura:

𝐶𝑐 =𝐷30

2

𝐷10 ∗ 𝐷60

Dónde: 𝐶𝑐 : Coeficiente de curvatura. 𝐷𝑖 [𝑚𝑚]: Diámetro tal que el i[%] del suelo pasa por la malla.

(3) Porcentaje de Suelo Retenido

𝑅𝑖 =𝑃𝑟𝑖

𝑃𝑡∗ 100

Dónde: 𝑅𝑖 [%]: Porcentaje de peso retenido. 𝑃𝑟𝑖[𝑔𝑟]: Peso de suelo retenido por la malla i. 𝑃𝑡[𝑔𝑟]: Peso total de la muestra. (4) Suelo que Pasa

𝑃𝑖 = 100 − ∑𝑅𝑗

Dónde: 𝑅𝑗 [%]: Porcentaje de peso retenido.

𝑃𝑖 [%]: Peso de suelo que pasa por la malla i.

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Resultados del Laboratorio

1. Análisis Visual

Muestra 1: Fino de alta plasticidad (arcilla, ya que no libera agua luego de la

prueba) de color café, presenta humedad baja, no se aprecia forma de las

partículas ni la presencia de bolones y no existe materia orgánica. Presenta una

meteorización alta y una mala graduación.

Muestra 2: Fino de baja plasticidad (limo, ya que libera agua luego de la prueba)

de color café, presenta humedad baja, no se aprecia la forma de las partículas ni

la presencia de bolones, y no existe materia orgánica. Presenta una meteorización

alta y una mala graduación.

Muestra 3: Arena gruesa color café claro y de baja humedad, no presenta finos ni

bolones y tiene una mala graduación. Se aprecia una humedad baja, no hay

materia orgánica y se observa un grado de meteorización medio a alto. Las

partículas son de forma redondeada a sub-redondeada, y menores a 3/8’’.

Muestra 4: Grava color gris de forma sub-angular a angular, menores a 1 cm.

Presenta un grado de meteorización medio a bajo y una mala graduación. No

presenta humedad, bolones, finos ni materia orgánica.

Muestra 5: Arena color café claro con piedras color morado, con un porcentaje

medio de finos. Tamaño menor a 1mm por lo que no se logra identificar la forma.

Presenta un grado de meteorización alto y una graduación mala a media. No se

observa materia orgánica ni bolones. Posee una baja humedad.

Muestra 6: Arena de varios colores (gris a café) con un bajo porcentaje de fino.

Tamaño menor a 1mm por lo que no se logra identificar la forma. Presenta un

grado de meteorización medio a alto y una mala graduación. Tiene una baja

humedad, casi no presenta materia orgánica y no contiene bolones.

Muestra 7: Grava de diferentes colores (se observa gris, morado, café, entre

otros) sin presencia de finos. Se observan formas redondeadas a sub-

redondeadas y algunos casos sub-angulares en las partículas, de

aproximadamente 1’’. Presenta un grado de meteorización medio y una mala

graduación. No se observa humedad, bolones ni materia orgánica.

Muestra 8: Grava de color gris sin presencia de fino. Las partículas son menores a

2’’ de forma angular, sin presencia de bolones. No se aprecia humedad ni materia

orgánica. Presenta un grado de meteorización bajo a medio y una mala

graduación.

Muestra 9: Grava de Santiago de color variado (café claro y gris, principalmente)

de baja humedad y buena graduación (presencia de grava, arena y finos). Grava

de forma redondeada a sub-redondeada, menores a 3’’. Se aprecia la existencia

de materia orgánica pero no de bolones.

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2. Análisis Granulométrico

En la Tabla 2 se muestra la separación general del suelo.

Tabla 2: Separación del suelo por tamaño

Material Diámetro [mm] Pesos [g]

Sobre 3'' 75 1765

Sobre 3/8'' 9,5 1570

Bajo 3/8'' 9,5 1655

Total 4990

Y la muestra los pesos retenidos y los pesos que dejaron pasar tanto para las partículas

sobre 3/8’’ como para las menores a 3/8’’.

Tabla 3: Datos de la Granulometría

Tamiz ASTM

Diámetro [mm]

Pesos Retenidos

[g]

% Retenido

% Que pasa (por prueba)

Peso Total %

Retención % Que

pasa (total)

2 1/2" 63 0 0,0 100,0 0,0 0,0 100,0

2" 50 0 0,0 100,0 0,0 0,0 100,0

1 1/2" 37,5 125 8,0 92,0 125,0 3,9 96,1

1" 25 295 18,8 73,2 295,0 9,1 87,0

3/4" 19 340 21,7 51,6 340,0 10,5 76,4

1/2" 12,5 525 33,4 18,2 525,0 16,3 60,2

3/8" 9,5 250 15,9 2,2 250,0 7,8 52,4

#4 4,75 65 21,6 78,4 357,5 11,1 41,3

#8 2,36 45 15,0 63,4 247,5 7,7 33,6

#10 2 10 3,3 60,1 55,0 1,7 31,9

#30 0,6 60 19,9 40,2 330,0 10,2 21,7

#40 0,425 15 5,0 35,2 82,5 2,6 19,1

#50 0,3 30 10,0 25,2 165,0 5,1 14,0

#100 0,15 40 13,3 11,9 220,0 6,8 7,2

#200 0,075 15 5,0 7,0 82,5 2,6 4,7

Fondo 20 6,6 0,3 110,0 3,4 1,2

(*) En donde el peso total corresponde a los pesos asociados a la muestra total y no a la

representativa.

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Con los cuales se construye el Error! Reference source not found., el cual muestra la

distribución del suelo bajo 2 ½’’.

Gráfico 1: Curva Granulométrica

De donde se desprenden los valores

𝐷10 = 0,2 𝑚𝑚 𝐷30 = 1,6 𝑚𝑚

𝐷60 = 12,5 𝑚𝑚

Y de las ecuaciones (1) y (2) se obtiene que 𝐶𝑐 = 1,024

𝐶𝑢 = 62,5

Luego, se puede decir que la muestra está bien graduada.

Si se quisiera hacer más completo el análisis, se debería hacer un análisis de los finos

(aquel material que fue capaz de atravesar todos los tamices y que, por lo tanto, es muy pequeño

como para hacer un análisis del estilo anterior). Éste se basa en la Ley de Stokes, la cual relaciona

la caída de esferas en un fluido, el peso específico de la esfera y del fluido, y la viscosidad del

fluido, para así poder determinar la velocidad de sedimentación de las partículas.

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

80,0

90,0

100,0

0,01 0,1 1 10 100

% Q

ue

Pas

a

Tamaño de Partícula [mm]

Curva Granulométrica

14

Se debe mezclar una muestra de fino de 50 [gr] con agua destilada y 125 [ml] de un agente

dispersante, obteniendo una solución de 1000 [cc]. Luego se agita la mezcla durante unos minutos

y se deja reposar con un termómetro y el hidrómetro dentro. Se deben realizar lecturas cada hora,

por un período de 24 horas.

Finalmente, con los valores medidos se calcula el peso de los sólidos suspendidos con el fin

de estimar los diámetros de las partículas

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Conclusiones

En primer lugar, se puede concluir la utilidad de conocer a simple vista las características

básicas de un tipo de suelo ya que, utilizando el análisis visual, el cual no tiene una alta

complejidad, se puede conocer de donde proviene un tipo de suelo. Luego, conociendo de

antemano las características de determinado suelo, solo se requiere reconocer dicha muestra para

ya tener una idea general de que se está trabajando. Más aun, ensayos tan simples como el de

golpear la mano para ver la plasticidad tienen la utilidad suficiente como para poder separar

suelos de alta plasticidad con suelos de baja.

Sin embargo, todas estas prácticas tienen poca utilidad si es que es la única información

que se puede obtener de una muestra por lo que claramente son técnicas iniciales en cualquier

muestreo.

En cuanto a la granulometría, se entiende que, a pesar de lo simple del procedimiento,

este entrega bastante información sobre el suelo y no solamente su composición. No obstante, es

imprescindible realizar todos los pasos con el mayor cuidado posible para intentar tener la menor

cantidad posible de errores, ya sea en la dispersión de finos en el aire, granos que se mezclan en

tamices que no corresponden, etc.