UNIVERSIDAD PERUANA UNIÓN FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA ARQUITECTURA E.A.P. DE INGENIERÍA CIVIL
“Formando Líderes Con Valores Cristianos”
INFORME Mecánica de Suelos I ESTUDIO DE CANTERA DE LA SALIDA AREQUIPA FRENTE A LA UPEU CON LOS MÉTODOS DE GRANULOMETRÍA Y LIMITE DE CONSISTENCIA Autor: David Apaza Quenaya
Docente: Bach. Ing. Mario Cipriani Mamani Sanchez
Juliaca, Junio del 2014
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INDICE INTRODUCCION ........................................... ................................................................. ............................................ ............................................ ........................... ..... 04 I. OBJETIVOS ............................................. ................................................................... ............................................ ............................................ ............................... .........05 II. GENERALIDADES........................ GENERALIDADES............................................... ............................................. ............................................ ...................................... ................06 III. DESARROLLO GENERAL DEL TEMA .......................................... ................................................................. ........................... .... 07 3.1 CLASIFICACION CLASIFICACION DE LAS CANTERAS ....................... .............................................. ................................... ............07 3.2 TIPOS DE MUESTREOS ....................................... ............................................................. ............................................ ........................ 07 07 IV. OBTENCION DE MUESTRAS REPRESENTATIVAS REPRESENTATIVAS ......................................... .............................................. ..... 08 V. ENSAYOS REQUERIDOS DE LOS SUELOS.................................... SUELOS.......................................................... ........................... ..... 09 VI. MEMORIA DESCRIPTIVA .................................. ........................................................ ............................................. ................................... ............ 10 6.1 UBICACIÓN ............................................. ................................................................... ............................................ ...................................... ................ 10 6.1.1 DENOMINACION............................................... ..................................................................... .................................. ............10 CANTERA .......................................... ................................................................ ............................................ ........................... ..... 10 6.1.2 GEOGRAFIA ........................................... .................................................................. ............................................. ........................ 10 COORDENADAS UTM ............................................. .................................................................... .......................10 ALTITUD ............................................ .................................................................. ............................................ ........................... ..... 10 6.1.3 POLITICA ............................................ .................................................................. ............................................ ........................... ..... 10 DEPARTAMENTO .......................................... ................................................................. .................................. ...........10 PROVINCIA .......................................... ................................................................ ............................................ ........................ 10 DISTRITO........................................... ................................................................. ............................................ ........................... ..... 10 NUCLEO URBANO.......................................... ................................................................. .................................. ...........10 6.1.4 DELIMITACION............................................. ................................................................... ...................................... ................10 NORTE ............................................ .................................................................. ............................................ ............................... ......... 10 ESTE ............................................ ................................................................... ............................................. .................................. ............10 OESTE ......................................... ............................................................... ............................................. ................................... ............10 SUR ........................................... ................................................................. ............................................ ...................................... ................10 6.1.5 ACCESOS .......................................... ................................................................ ............................................ ............................... .........10 NORTE ........................................... ................................................................. ............................................ ............................... ......... 10 ESTE ........................................... .................................................................. ............................................. .................................. ............10 OESTE ......................................... ............................................................... ............................................. ................................... ............10 SUR ............................................. .................................................................... ............................................. .................................. ............ 10
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INDICE INTRODUCCION ........................................... ................................................................. ............................................ ............................................ ........................... ..... 04 I. OBJETIVOS ............................................. ................................................................... ............................................ ............................................ ............................... .........05 II. GENERALIDADES........................ GENERALIDADES............................................... ............................................. ............................................ ...................................... ................06 III. DESARROLLO GENERAL DEL TEMA .......................................... ................................................................. ........................... .... 07 3.1 CLASIFICACION CLASIFICACION DE LAS CANTERAS ....................... .............................................. ................................... ............07 3.2 TIPOS DE MUESTREOS ....................................... ............................................................. ............................................ ........................ 07 07 IV. OBTENCION DE MUESTRAS REPRESENTATIVAS REPRESENTATIVAS ......................................... .............................................. ..... 08 V. ENSAYOS REQUERIDOS DE LOS SUELOS.................................... SUELOS.......................................................... ........................... ..... 09 VI. MEMORIA DESCRIPTIVA .................................. ........................................................ ............................................. ................................... ............ 10 6.1 UBICACIÓN ............................................. ................................................................... ............................................ ...................................... ................ 10 6.1.1 DENOMINACION............................................... ..................................................................... .................................. ............10 CANTERA .......................................... ................................................................ ............................................ ........................... ..... 10 6.1.2 GEOGRAFIA ........................................... .................................................................. ............................................. ........................ 10 COORDENADAS UTM ............................................. .................................................................... .......................10 ALTITUD ............................................ .................................................................. ............................................ ........................... ..... 10 6.1.3 POLITICA ............................................ .................................................................. ............................................ ........................... ..... 10 DEPARTAMENTO .......................................... ................................................................. .................................. ...........10 PROVINCIA .......................................... ................................................................ ............................................ ........................ 10 DISTRITO........................................... ................................................................. ............................................ ........................... ..... 10 NUCLEO URBANO.......................................... ................................................................. .................................. ...........10 6.1.4 DELIMITACION............................................. ................................................................... ...................................... ................10 NORTE ............................................ .................................................................. ............................................ ............................... ......... 10 ESTE ............................................ ................................................................... ............................................. .................................. ............10 OESTE ......................................... ............................................................... ............................................. ................................... ............10 SUR ........................................... ................................................................. ............................................ ...................................... ................10 6.1.5 ACCESOS .......................................... ................................................................ ............................................ ............................... .........10 NORTE ........................................... ................................................................. ............................................ ............................... ......... 10 ESTE ........................................... .................................................................. ............................................. .................................. ............10 OESTE ......................................... ............................................................... ............................................. ................................... ............10 SUR ............................................. .................................................................... ............................................. .................................. ............ 10
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6.2 DESCRIPCION DEL AREA DE ESTUDIO.......................................... ...................................................... ............11 6.2.1 MORFOLOGIA ........................................... ................................................................. .......................................... .................... 11 11 6.2.2 CLIMA ........................................... .................................................................. ............................................. .................................. ............11 6.2.3 PRECIPITACION PRECIPITACION ........................................... ................................................................. ...................................... ................ 12 12 6.2.4 GEOLOGIA DEL AREA ............................................... ...................................................................... .......................12 6.2.5 SITUACION HIDROGRAFICA HIDROGRAFICA .......................................................... ..........................................................13 6.2.6 PLANO DE UBICACIÓN ................................... ......................................................... .................................. ............14 VII. TRABAJO DE CAMPO .......................... ................................................ ............................................ ............................................ ........................... ..... 15 7.1 RECONOCIMIENTO PRELIMINAR DE LA ZONA ..................................... .....................................15 7.2 EXPLORACION PRELIMINAR ............................................ ................................................................... ........................... .... 15 VIII. DATOS Y RESULTADOS DE LOS ENSAYOS REALIZADOS ........................... ........................... 16 1. Exploración y muestreo de suelos ......................................... ............................................................. ....................17 2. Contenido de humedad en suelos ........................................... ............................................................... ....................19 3. Gravedad especifica de los suelos ......................................................... .............................................................. ..... 21 4. Determinación de las relaciones gravimétricas y volumétricas .............24 5. Análisis Granulométrico de los suelos Norma ASTM C136-05 ..............25 6. Límite de consistencia de los suelos Norma ASTM D 4318 ..................... ..................... 26 7. Compactación de suelos ........................................ .............................................................. ...................................... ................28 8. Densidad de suelos en campo .......................................... ................................................................. ........................... .... 30 9. El ensayo de CBR ....................................... ............................................................. ............................................ ........................... ..... 31 IX. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ......................................... ............................................................. ....................33
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INTRODUCCION Todo proyecto de ingeniería, incluidas las acciones y obras de estabilización de laderas y taludes, debe contar con una evaluación geotécnica del terreno donde se ha propuesto su ejecución. El alcance de dicha evaluación depende de las condiciones del terreno como tal y de las características del proyecto, y de la etapa de desarrollo que se trate. En cada caso deberá combinarse en diferente medida la información general y de conjunto, donde puede jugar un papel importante la experiencia y el conocimiento previo del área por parte del especialista, con la información puntual generada en los sondeos y ensayos decampo y de laboratorio. El resultado final de la evaluación geotécnica integral de un terreno permite hacer una apreciación general sobre su aptitud y limitaciones para el desarrollo de un proyecto en particular y presentar la caracterización geotécnica del terreno. Aunque la caracterización geotécnica de un terreno forma parte de todo estudio geotécnico, sea éste preliminar o definitivo, debe diferenciarse, en todo caso, entre la caracterización geotécnica y las recomendaciones de diseño. Las normas ASTM D 420, en los procedimientos recomendados en la guía para la selección y uso de las normas y prácticas aplicables a la investigación de suelos, rocas y aguas subterráneas en proyectos de construcción, sean ellos superficiales o subterráneos, o de recuperación de terrenos degradados por la erosión en masa. Los ensayos de laboratorio pertinentes son objeto de normas propias que están enunciadas. Las condiciones del subsuelo en un terreno dado son el resultado de una combinación de procesos naturales en los que intervienen factores topográficos, geológicos, climáticos y antrópicos. Un programa de investigación geotécnica, adecuado y consistente, permitirá la evaluación de los resultados de estos procesos y la determinación de los valores de las propiedades de los suelos y de las rocas requeridos para la evaluación de las condiciones generales del terreno y para la preparación de los diseños geotécnicos.
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I. OBJETIVOS El presente Estudio tiene el propósito de determinar las propiedades físico-mecánicas del terreno de fundación, evaluar las condiciones de la vía, definir y diseñar el pavimento requerido para la carretera. Obtener una muestra que sea representativa en forma precisa del lote donde fue tomada. Realizar una metodología para tomar la muestra de suelo en laboratorio de un muestreo para la interpretación en los resultados de los análisis.
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II. GENERALIDADES Una cantera es un tipo de mina no subterránea. Está ubicada usualmente en una zona que se sabe es abundante en rocas o formaciones rocosas particulares. Los términos "cantera" y "gravera" son a menudo confundidos o usados indistintamente. La extracción minera de rocas es usada en proyectos de construcción y las minas se encuentran en todo el mundo. Una cantera tiene a menudo una gran concentración de un tipo particular de roca, como por ejemplo piedra caliza, pizarra, granito o mármol Existen dos tipos de canteras. Las de roca de dimensión, de las que se extraen grandes bloques que serán usados para hacer baldosas y azulejos, lajas, tejas y mesadas; y las de grava y rocas de partícula pequeña, que están disponibles en las fosas y se usan para proyectos de paisajismo, caminos de grava, drenaje cerca de los cimientos de las casas o para controlar las malezas que rodean a una planta. Una cantera es algo rentable, pero también tiene propósitos educativos. Tanto las rocas como los minerales pueden ser extraídos. La cantera puede contener roca estratificada o roca blanda (caliza, arenisca) que liberan un polvo fino. Cantera es el término genérico que se utiliza para referirse a las explotaciones de rocas industriales y ornamentales; también es una explotación superficial a cielo abierto de una roca muy bien clasificada y cuantificada, a excepción de las calizas, carbón y metales, donde se refiere a la actividad minera que produce áridos: rajón, gravas, gravillas, arenas, etc., que abastecen las necesidades de la construcción; además donde se aplica la más variada tecnología que va desde el pico y la pala hasta la pólvora y maquinaria de diferente orden. Igualmente se refiere a las explotaciones a cielo abierto de materiales de construcción entre los cuales se incluyen las rocas industriales y ornamentales, gravas, gravillas, arenas y arcillas. Es el lugar donde se extraen materiales de construcción, sea directamente o después de transformación, áridos para vías, o materiales para otras necesidades ingenieriles tales como enrocados, terraplenes y obras de contención. Excluyendo de esta clasificación la extracción de minerales propiamente dichos. También se le llama cantera a un sitio de explotación de agregados que usualmente es a cielo abierto.
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III. DESARROLLO GENERAL DEL TEMA 3.1 CLASIFICACION DE LAS CANTERAS 3.1.1. Según el tipo de explotación: a) Canteras a cielo abierto, canteras en laderas, cuando la roca se arranca en la falda de un cerro. b) Canteras en corte, cuando la roca se extrae de cierta profundidad en el terreno.
3.1.2. Según el material a explotar: a) Canteras de materiales consolidados o roca; b) Canteras de materiales no consolidados como suelos, saprolito, agregados, terrazas aluviales y arcillas.
3.1.3. Según su origen: a) Canteras de formación de aluvión o fluviales; b) Canteras de roca o peña.
3.2 TIPOS DE MUESTREOS 1. Exploración y muestreo de suelos 2. Contenido de humedad en suelos 3. Gravedad especifica de los suelos 4. Determinación de las relaciones gravimétricas y volumétricas 5. Análisis Granulométrico de los suelos Norma ASTM C136-05 6. Límite de consistencia de los suelos Norma ASTM D 4318 7. Compactación de suelos 8. Densidad de suelos en campo 9. El ensayo de CBR
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IV. OBTENCION DE MUESTRAS REPRESENTATIVAS Muestras alteradas: Se toman de trozos de suelo arrancado por la pala excavadora, introduciéndolo en bolsas. Si se pretende obtener la humedad del terreno, puede guardarse la muestra en un recipiente estanco, o parafinarla. Se dice que una muestra es alterada cuando no guarda las mismas condiciones que cuando se encontraba en el terreno de donde procede, por ejemplo cuando llevamos al laboratorio una porción de material en su estado suelto como puede ser el tepetate de un banco de materiales. Estas a su vez pueden dividirse en muestras representativas e integrales. Las muestras representativas e integrales se obtienen de las paredes de un corte, de un pozo a cielo abierto, de un frente natural, del frente abierto de un banco, de los taludes de un almacenamiento o de capas de terracerías construidas. Cuando se requiera determinar la estratigrafía y propiedades del subsuelo que pueda observarse directamente en la superficie de la pared, una vez limpiada, las muestras representativas se toman de cada estrato de suelo que se identifique plenamente en la pared, con ayuda de las herramientas indicadas. Cada muestra obtenida se envasa en una bolsa de plástico limpia y resistente o en cualquier otro recipiente hermético, se introduce una tarjeta de identificación y se cierra inmediatamente el envase para evitar cambios en el contenido de agua.
Muestras inalteradas: Requieren una limpieza superficial previa a la toma de la muestra, y un parafinado posterior de las caras de la muestra, en las que el suelo queda en contacto con el exterior. Pueden ser: Ahora bien, para obtener muestras inalteradas, el método que se debe considerar como el más satisfactorio para conocer las condiciones del subsuelo es pozo a cielo abierto. Ya que consiste en excavar un pozo de dimensiones suficientes para que un técnico pueda directamente bajar y examinar los diferentes estratos de suelo en su estado natural, así como darse cuenta de las condiciones precisas referentes al agua contenida en el suelo. Desgraciadamente este tipo de excavación no puede llevarse a grandes profundidades a causa, sobre todo, de la dificultad de controlar el flujo de agua bajo el nivel freático; naturalmente que el tipo de suelo de los diferentes. La excavación de pozos a cielo abierto rinde siempre una información correcta hasta donde él llega, pues permite inspección visual de los estratos del suelo. Sin embargo, la mayoría de las investigaciones del suelo requieren estudios del terreno a profundidades mayores que las que pueden ser alcanzadas satisfactoriamente con excavaciones a cielo abierto.
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- En bloque: tallando a mano un bloque aproximadamente cúbico, con dimensiones superiores a 15 o 20 cm. La calidad de esta muestra es excelente. V. ENSAYOS REQUERIDOS DE LOS SUELOS
1. Granulometría El análisis Granulométrico Es la determinación de los tamaños de las partículas de una cantidad de muestra de suelo, y aunque no es de utilidad por sí solo, se emplea junto con otras propiedades del suelo para clasificarlo. En los suelos granulares nos da una idea de su permeabilidad y en general de su comportamiento ingenieril, no así en suelos cohesivos donde este comportamiento depende más de la historia geológica del suelo. La granulometría de un suelo tiene considerable importancia. Las dimensiones de los fragmentos que lo integran son, en parte, la base de la subdivisión en gravas, arenas y arcillas. El tamaño y la uniformidad de la dimensión o selección revelan la competencia y eficiencia del agente de transporte. En materiales normales depositados por agua, su tamaño es en cierto grado un índice de la proximidad mayor o menor de la roca generadora. Por eso, un suelo con granos muy gruesos indica poco transporte. Los distintos agentes y modos de transporte conducen a depósitos que difieren materialmente en selección y capacidad de transporte. Las corrientes de turbidez son capaces de conducir materiales gruesos a largas distancias sin mayor selección, mientras que las corrientes normales de agua o aire depositan algunos de los sedimentos mejor seleccionados que se conocen, es decir, arenas de playa, médanos.
2. Límites de consistencia Los límites de consistencia se basan en el concepto de que los suelos finos, presentes en la naturaleza, pueden encontrarse en diferentes estados, dependiendo del contenido de agua. Así un suelo se puede encontrar en un estado sólido, semisólido, plástico, semilíquido y líquido.
La arcilla, por ejemplo al agregarle agua, pasa gradualmente del estado sólido al
estado plástico y finalmente al estado líquido. El contenido de agua con que se produce el cambio de estado varía de un suelo a otro y en mecánica de suelos interesa fundamentalmente conocer el rango de humedades, para el cual el suelo presenta un comportamiento plástico, es decir, acepta deformaciones sin romperse (plasticidad), es decir, la propiedad que presenta los suelos hasta cierto límite sin romperse. El método usado para medir estos límites de humedad fue ideado por Atterberg a principios de siglo a través de dos ensayos que definen los límites del estado plástico. Los límites de
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Atterberg son propiedades índices de los suelos, con que se definen la plasticidad y se utilizan en la identificación y clasificación de un suelo.
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VI. MEMORIA DESCRIPTIVA 6.1 UBICACIÓN 6.1.1 DENOMINACION CANTERA: Salida Arequipa km 6
6.1.2 GEOGRAFIA COORDENADAS UTM C=-16
M=18.5
ALTITUD: 3828 M.S.N.M.
6.1.3 POLITICA DEPARTAMENTO: Puno PROVINCIA: San Román DISTRITO: Juliaca NUCLEO URBANO: Santa Eulalia MZ G LT 11
6.1.4 DELIMITACION NORTE: Distrito De Calapuja Prov. De Lampa ESTE: Distrito De Pusi Prov. De Huancané OESTE: Distrito De Lampa Prov. De Lampa SUR: Distrito De Cabana
6.1.5 ACCESOS NORTE: Distrito De Calapuja ESTE: Distrito De Pusi OESTE: Distrito De Lampa SUR: Distrito De Cabana
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6.2 DESCRIPCION DEL AREA DE ESTUDIO 6.2.1 MORFOLOGIA EL Perú es un país de relieve accidentado (complejo y heterogéneo) La complejidad de nuestro territorio hace que tengamos todas las formas de relieve: valles, quebradas, mesetas, montañas, cordilleras, picos, nevados, volcanes, desiertos, selvas, etc., que nos proporcionan variedad de recursos en los reinos: animal, vegetal y mineral. La sierra está conformada por la Cordillera de los Andes, desde los 500 m.s.n.m. hasta los 6768 m.s.n.m., altitud que corresponde a su cima más alta, el nevado del Huascarán, en Ancash. Su superficie es de 404 989 km2, que representa el 35,5% del territorio nacional. Hacia 1997, se concentraba en ella el 35,5% de la población del país. Las mesetas son áreas geográficas de relieve plano o ligeramente ondulado, situadas a muchos metros de altitud. La mayor parte de ellas se encuentran a más de 3 800 metros sobre el nivel del mar. Son favorables a la agricultura y ganadería. Las más importantes son las de Collao. En Puno, y la de Bombón, en Junín. Cerca de tu localidad.
6.2.2 CLIMA El clima de la provincia de San Román es cambiante, y tiene las siguientes características generales: Es frígido, ventoso y con escasa humedad. Predomina el contraste térmico. Hay períodos en que el frío y el calor devienen en insoportables. En épocas de lluvias, generalmente entre enero y marzo, suelen hacerse presente granizadas, *nevadas, truenos, relámpagos y rayos. Los vientos de diversa forma e intensidad son frecuentes.
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6.2.3 PRECIPITACION
Temperatura >máxima (en ºC) Temperatura mínima (en ºC) Precipitaciones >mensuales (en mm)
6.2.4 GEOLOGIA DEL AREA Los terrenos por donde atraviesa la actual carretera y la alternativa propuesta, es de gran importancia ya que nos permite conocer: -La estabilidad o inestabilidad frente al comportamiento de los afloramientos rocosos. -El tipo de roca existente y su comportamiento ante los fenómenos del intenperismo, dando pautas sobre su utilización en las diferentes etapas que conforman la construcción de una vía. La carretera que parte de la salida Arequipa, cruza por terrenos de una morfología irregular , caracterizados por colinas de afloramientos rocosos, con pendiente de 15 a 20 grados; así como por planicies con una inclinación hacia el mar de 10 a 15, cubiertas en parte por acumulaciones de arenas y materiales aluviales, remanentes de numerosas quebradas.
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6.2.5 SITUACION HIDROGRAFICA Río Coata: Nace de la confluencia de los ríos Lampa y Cabanillas, recorre 49.5 km desembocando en el lago Titicaca a 3810 msnm, cerca de la península de Capachica a 15°36’ latitud sur y 69°55’ longitud oeste.
Lagunas: Destaca la laguna de Saracocha en el distrito de Cabanillas, ubicada a una altitud de 4135 m.s.n.m., entre las coordenadas 70º37’ Longitud Oeste y 15º46’
Latitud Sur; tiene una superficie de 14.00 km2, un perímetro de 32,77 km y una profundidad estimada en 75.30 m; pertenece a la cuenca del Río Coata. La laguna Saracocha tiene un desnivel relativo de 18,80 m respecto a la laguna Lagunillas, es decir que Saracocha se encuentra por debajo del nivel de Lagunillas. La laguna de Saracocha es considerada como una importante reserva hídrica, y gracias a la construcción de la represa de Lagunillas se tiene previsto irrigar las pampas de Cabanillas, Cabana, Mañazo y otras zonas adyacentes. En un futuro cercano sus aguas también serán canalizadas y conducidas hacia las ciudades de Juliaca y Puno, para que previo tratamiento sean consumidas por las familias de estas localidades. Esta laguna y los ríos que surcan el territorio provincial se caracterizan por su variedad de aves y peces, destacando la trucha y el pejerrey
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6.2.6 PLANO DE UBICACIÓN
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VII. TRABAJO DE CAMPO 7.1 RECONOCIMIENTO PRELIMINAR DE LA ZONA El reconocimiento de la zona de influencia del área en concesión del proyecto vial se realizó, la segunda semana del mes de Abril, mayo, Junio; con el objeto de identificar las localidades que se encuentran directamente involucradas y colindantes al eje de la vía; además de programar las excavaciones directas de las provincias, distritos, centros poblados y comunidades campesinas del departamento de Juliaca. Se hizo un reconocimiento de campo y coordinación con los actores locales involucrados dentro del área de exploración.
7.2 EXPLORACION PRELIMINAR Es obtener el perfil de subsuelo, tomar muestras de suelo, realizar ensayos in-situ pare estimar parámetros de los materiales, y determinar la profundidad de la roca basal y el nivel freático si es necesario. Antes de iniciar cualquier programa de campo, se debe recopilar y evaluar toda la documentación técnica disponible: mapas topográficos, fotografías aéreas, mapas geológicos, fuentes de minerales, generales o locales, mapas geotécnicos, e informes que cubran el área del proyecto. Igualmente deben estudiarse, cuando los haya, informes de investigaciones del subsuelo de proyectos adyacentes o cercanos. Es necesario tener en cuenta que aun cuando los mapas e informes anteriores sean obsoletos y de valor limitado a la luz del conocimiento presente, una comparación de lo viejo con lo nuevo, a menudo revela información valiosa e inesperada. En esta etapa de reconocimiento es necesario hacer énfasis en la descripción de los rasgos y procesos que se observan más que en su interpretación.
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VIII. DATOS Y RESULTADOS DE LOS ENSAYOS REALIZADOS 1. EXPLORACIÓN Y MUESTREO DE SUELOS 2. CONTENIDO DE HUMEDAD EN SUELOS 3. GRAVEDAD ESPECÍFICA DE LOS SUELOS 4. DETERMINACIÓN DE LAS RELACIONES GRAVIMÉTRICAS Y VOLUMÉTRICAS 5. ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO DE LOS SUELOS NORMA ASTM C136-05 6. LÍMITE DE CONSISTENCIA DE LOS SUELOS NORMA ASTM D 4318 7. COMPACTACIÓN DE SUELOS 8. DENSIDAD DE SUELOS EN CAMPO 9. EL ENSAYO DE CBR
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1. EXPLORACIÓN Y MUESTREO DE SUELOS
INTRODUCCION La exploración y muestreo son dos actividades que explican perfectamente la razón de un apique. Como estudiantes de ingeniería civil y en especial de mecánica de suelos es importante tener conceptos claros referentes al tema. En este trabajo es importante definir estos términos para poder desarrollar la a ctividad de campo de manera adecuada. El estudio de suelos permite ejecutar y planear una obra civil, porque facilita la identificación de capas en el terreno, obteniendo información que ayuda a conocer las características presente en un suelo, como la permeabilidad, porcentaje de humedad, plasticidad, desgaste, entre otras.
OBJETIVOS Determinar la gran importancia que tiene el estudio de “Exploración y Muestreo” de un terreno, para su posterior cimentación en una obra de construcción. Determinar las características del suelo explorado. Identificar las capas presentes en el suelo. Perfil de exploración de la cantera 50 a 70 kilos
DATOS Y RESULTADOS 0.20 0.80
Grava Arcilla
100 gramos minimo de grava
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2. CONTENIDO DE HUMEDAD EN SUELOS
INTRODUCCIÓN El contenido de humedad (w) es relación entre el peso de agua libre más la absorbida en la Muestra (Mesh) y el peso de la muestra seca al horno (Mesd) a una temperatura constante de Aproximadamente 105 ºC ± 5 ºC durante 16 horas. Si el suelo contiene material orgánico la Temperatura no debe exceder 60°C para evitar alterar las sustancias que lo constituyen.
La temperatura debe ser, por norma, de 110±5 °C. El secado a esa temperatura evapora Solo el agua libre más la absorbida en los poros, el agua químicamente ligada permanece en El suelo a esa temperatura lo indica que existe una cantidad apreciable de agua en el suelo Después de secado al horno a 110°C.**
** El secado en horno siguiendo este método a (110°C) no da resultados confiables cuando el suelo contienes yeso u otros minerales que contienen gran cantidad de agua de hidratación o cuando el suelo contiene cantidades significativas de material orgánico. Se pueden obtener valores confiables del contenido de humedad para estos suelos, secándolos en un horno a temperatura de 60°C o en un desecador a temperatura ambiente.
OBJETIVOS El presente modo operativo establece el método de ensayo para determinar el contenido de humedad de un suelo.
Determinar la relación expresada como porcentaje del peso del agua en una masa dada (muestra de suelo) al peso de las partículas sólidas.
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DATOS Y RESULTADOS
Ensayo Nº T 005
T 070
1 Peso Suelo Humedo + Tara
47.66
44.76
2 Peso Suelo Seco + Tara
45.00
42.00
3 Peso del Agua
2.66
2.76
4 Peso del Tara
17.25
16.41
5 Peso Suelo Seco
27.75
25.59
6 % De Humedad
9.59
10.79
Tara
Nº
7 Promedio % de Humedad Paso N° 1: Se toma el peso de la tara o contenedor (M c). Paso N° 2: Se toma el peso del contenedor mas la Muestra húmeda ( Mcw). Paso N° 3: Se seca la muestra en el horno a 105 ºC ± 5 ºC por 16 horas. Paso N° 4: Luego de haber secado la muestra en el horno de secado durante el tiempo reglamentario (16 horas), se saca la muestra con las pinzas o guantes de cuero y se deja enfriar a temperatura ambiente. Paso N° 5: Se pesa el contenido de la muestra seca más el contenedor en gramos. (M cs). Paso N° 6: El contenido de agua (% w), se calcula de la siguiente manera:
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3. GRAVEDAD ESPECÍFICA DE LOS SUELOS INTRODUCCIÓN La gravedad específica de un suelo se utiliza en el cálculo de las relaciones de fase de los suelos, en los cálculos de los ensayos de granulometría por sedimentación, compresibilidad y Potencial de expansión. La densidad relativa es una comparación de la densidad de una sustancia con la densidad de otra que se toma como referencia. La densidad relativa es a dimensional (sin unidades), ya que queda definida como el cociente de dos densidades. El valor de la gravedad específica es necesario para calcular la relación de vacíos de un suelo, igualmente en el análisis de hidrómetro, para la determinación del peso unitario del suelo y también en ocasiones para determinar la mineralogía del suelo.
OBJETIVOS Lograr obtener la gravedad especifica en los suelos. Obtener el peso por unidad de volumen de las partículas sólidas que constituyen a un suelo.
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DATOS Y RESULTADOS CALIBRACION DEL PICNÓMETRO.MP 1 2 3 4 5 (promedio)M p
[g] 334 334 334 334 334 334
Masa del picnómetro Masa del picnómetro lleno de agua Densidad del agua V P
( M PW ,C M P )
W ,C
(344,16 95,42) 0,997765
95,42 [g] 344,16 [g] 0,997765 [g/ml]
249,29ml
DETERMINACION DE GRAVEDAD ESPECÍFICA. Mp 96,312 g Vp 250,331ml Mc 56,77 g Mc, sw 93,80 g w
(93,80 91,36) (91,36 56,77)
M pw,t
M S
33,86 g
Gt
M p
0,0705
(V p * w,t ) 96,312 (250,331* 0,99821) 346,19 g M S
M pw,t ( M pws ,t M S )
G20ºC
K Gt
33,86 346,19 (364,25 33,86)
1 * 2,143 2,143
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2,143
4. DETERMINACIÓN DE LAS RELACIONES GRAVIMÉTRICAS Y VOLUMÉTRICAS
INTRODUCCIÓN El suelo es un material constituido por el esqueleto de partículas sólidas rodeado por espacios libres (vacíos), en general ocupados por agua y aire. Para poder describir completamente las características de un depósito de suelo es necesario expresar las distintas composiciones de sólido, líquido y aire, en términos de algunas propiedades físicas. En el suelo se distinguen tres fases:
Sólida: formada por partículas minerales del suelo. Líquida: generalmente agua (específicamente agua libre), aunque pueden existir otros líquidos de menor significación. Gaseosa: comprende sobre todo el aire, si bien pueden estar presentes otros gases, por Ejemplo: vapores de sulfuro, anhídridos carbónicos, etc. Algunos suelos contienen, además, materia orgánica (residuos vegetales parcialmente descompuestos) en diversas formas y cantidades. Pese a que la capa adsorbida y el contenido de materia orgánica son muy importantes desde el punto de vista de las propiedades mecánicas del suelo, no es preciso considerarlos en la medición de pesos y volúmenes relativos de las tres fases principales.
OBJETIVOS Lograr los procedimientos de laboratorio para obtener las relaciones gravimétricas y volumétricas de los suelos. Obtener los valores numéricos de las relaciones gravimétricas y volumétricas de suelos, contando además con resultados obtenidos en la práctica.
DATOS Y RESULTADOS CALCULOS DE LOS CONTENIDOS DE HUMEDAD n° de tara
W tara
W tara + Muestra húmeda
W tara + Muestra seca
W agua W muestra seca
1
39,963
55,963
55,484
0,479
15,521
3,086
2
38,084
62,879
61,933
0,946
23,849
3,967
3
37,262
67,010
62,755
4,255
25,493
16,691
4
41,380
70,950
70,799
0,151
29,419
0,513
Contenido de humedad promedio El contenido de humedad de la muestra es = 6.064% 23
W
6,064
5. ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO DE LOS SUELOS NORMA ASTM C136-05 INTRODUCCION La granulometría se define como la distribución de los diferentes tamaños de las partículas de un suelo, expresado como un porcentaje en relación con el peso total de la muestra seca. Aprenderemos a utilizarla como un instrumento en la clasificación de los materiales, ya que la descripción por tamaño tiene especial interés en la selección de materiales para rellenos de carreteras y presas, los cuales requieren materiales con graduaciones determinadas. La granulometría de un suelo tiene considerable importancia. Las dimensiones de los fragmentos que lo integran son, en parte, la base de la subdivisión en gravas, arenas y arcillas. El tamaño y la uniformidad de la dimensión o selección revelan la competencia y eficiencia del agente de transporte. En materiales normales depositados por agua, su tamaño es en cierto grado un índice de la proximidad mayor o menor de la roca generadora. Por eso, un suelo con granos muy gruesos indica poco transporte. Los distintos agentes y modos de transporte conducen a depósitos que difieren materialmente en selección y capacidad de transporte. Las corrientes de turbidez son capaces de conducir materiales gruesos a largas distancias sin mayor selección, mientras que las corrientes normales de agua o aire depositan algunos de los sedimentos mejor seleccionados que se conocen, es decir, arenas de playa, médanos.
OBJETIVOS - Determinar la cantidad en % de diversos tamaños que constituyen el suelo, en cuanto al total de la muestra utilizada. - Verificar si el suelo puede ser utilizado para la construcción de proyectos. - Conocer la utilización de los instrumentos del laboratorio. - Conocer y definir ciertas características importantes del suelo como son: La Permeabilidad, Cohesión, altura de ascenso capilar, y facilidad de drenaje. 24
DATOS Y RESULTADOS N TAMIZ" 4
FAC MALLA mm
PESO PARCIAL
4.75
% RETENIDO
% RETENIDO ACUMULADO
% PASANTE ACUMULADO
48.30
9.6600
9.6600
90.3400
10
2
59.30
11.8600
21.5200
78.4800
20
0.84
117.50
23.5000
45.0200
54.9800
40
0.42
75.40
15.0800
60.1000
39.9000
73.6200
26.3800
60
0.25
67.60
13.5200
80
0.17
52.40
10.4800
84.1000
15.9000
100
0.14
33.30
6.6600
90.7600
9.2400
200
0.074
45.70
9.1400
99.9000
0.1000
0.1000
100.0000
0.0000
FONDO TOTAL
0.50
500.00
100.0000
De este grafico anterior obtenemos que el peso específico seco máximo es de aproximadamente 500 kg/m3 con una humedad optima del 14%.
25
6. LÍMITE DE CONSISTENCIA DE LOS SUELOS NORMA ASTM D 4318 INTRODUCCION El límite de consistencia se basa en el concepto de que los suelos finos, presentes en la naturaleza, pueden encontrarse en diferentes estados, dependiendo del contenido de agua. Así un suelo se puede encontrar en un estado sólido, semisólido, plástico, semilíquido y líquido. La arcilla, por ejemplo al agregarle agua, pasa gradualmente del estado sólido al estado plástico y finalmente al estado líquido. El contenido de agua con que se produce el cambio de estado varía de un suelo a otro y en mecánica de suelos interesa fundamentalmente conocer el rango de humedades, para el cual el suelo presenta un comportamiento plástico, es decir, acepta deformaciones sin romperse (plasticidad), es decir, la propiedad que presenta los suelos hasta cierto límite sin romperse. El método usado para medir estos límites de humedad fue ideado por Atterberg a principios de siglo a través de dos ensayos que definen los límites del estado plástico. Los límites de Atterberg son propiedades índices de los suelos, con que se definen la plasticidad y se utilizan en la identificación y clasificación de un suelo.
OBJETIVOS - Determinar por medio del Índice de plasticidad el rango de plasticidad de un suelo. - Observar y determinar el contenido de Humedad existente en un suelo a través del Límite líquido y también mediante el ensayo del Límite Plástico.
26
DATOS Y RESULTADOS LIM ITE LIQUIDO ASTM D-423 T - 053
T 075
T 070
T 008
34
`27
22
15
TARA+SUELO HUMEDO
31.16
28.83
24.14
25.65
TARA+SUELO SECO
25.00
23.21
19.36
20.76
6.16
5.62
4.78
4.89
7.91
8.09
7.86
9.88
17.09
15.12
11.50
10.88
36.04
37.17
41.57
44.94
TARA Nº
Nº DE GOLPES
PESO DE AGUA PESO DE TARA PESO DE SUELO SECO HUMEDAD (%)
LIM ITE PLASTICO ASTM D-424 TARA Nº
T 057
T 014
TARA+SUELO HUMEDO
14.73
41.47
9.97
34.32
TARA+SUELO SECO PESO DE AGUA
4.76
7.15
PESO DE TARA
7.90
8.38
PESO DE SUELO SECO HUMEDAD (%)
2.07
25.94
229.95
27.56
A partir del gráfico donde se obtuvieron los números indican la actividad de cada arcilla, puede afirmarse que a mayor actividad más importante será la influencia de la fracción arcillosa en las propiedades del suelo. Los resultados del diagrama se obtuvieron con minerales arcillosos. En el gráfico se observa cómo el aumento de fracción arcillosa inferior a 2µ produce un incremento del índice de plasticidad.
27
7. COMPACTACIÓN DE SUELOS INTRODUCCIÓN En mecánica de suelos, el ensayo de compactación Proctor es uno de los más importantes procedimientos de estudio y control de calidad de la compactación de un terreno. A través de el es posible determinar la compactación máxima de un terreno en relación con su grado de humedad, condición que optimiza el inicio de la obra con relación al costo y el desarrollo estructural e hidráulico. Existen dos tipos de ensayo Proctor normalizados; el "Ensayo Proctor Normal", y el "Ensayo Proctor Modificado". La diferencia entre ambos estriba en la distinta energía utilizada, debido al mayor peso del pisón y mayor altura de caída en el Proctor modificado. Ambos ensayos se deben al ingeniero que les da nombre, Ralph R. Proctor (1933), y determinan la máxima densidad que es posible alcanzar para suelos o áridos, en unas determinadas condiciones de humedad, con la condición de que no tengan excesivo porcentaje de finos, pues la prueba Proctor está limitada a los suelos que pasen totalmente por la malla No 4, o que tengan un retenido máximo del 10 % en esta malla, pero que pase (dicho retenido) totalmente por la malla 3/8”. Cuando el material tenga retenido en la malla 3/8” deberá determinarse la humedad óptima y el peso volumétrico seco máximo con la prueba de Proctor estándar. El ensayo consiste en compactar una porción de suelo en un cilindro con volumen conocido, haciéndose variar la humedad para obtener el punto de compactación máxima en el cual se obtiene la humedad óptima de compactación. El ensayo puede ser realizado en tres niveles de energía de compactación, conforme las especificaciones de la obra: normal, intermedia y modificada.
OBJETIVOS Hallar la máxima densidad y el óptimo contenido de humedad del material de base. Hallar el Contenido de Humedad Óptima del material de base para energía estándar y modificada. Hallar la Densidad Seca del material de base para energía estándar y modificada.
28
DATOS Y RESULTADOS ENSAYO DE CO MPACTACIO N - C O NTENIDO DE HUMEDAD ASTM D-1557
Ensayo
Nº
1
2
3
Peso de muestra húmeda + molde
Grs.
10385
10592
10694
Peso del molde
Grs.
5968
5968
5968
Peso de la muestra húmeda
Grs.
4417
4624
4726
Volúmen del molde
c.c.
2116.01
2116.01
2116.01
Gr/c.c.
2.087
2.185
2.233
Nº
1
12
18
Peso muestra húmeda + tara
Grs.
88.66
61.13
63.00
Peso muestra seca + tara
Grs.
84.33
57.28
57.68
Peso del agua
Grs.
4.33
3.85
5.32
Peso de la tara
Grs.
23.62
16.22
16.01
Peso de la muestra seca
Grs.
60.71
41.06
41.67
Contenido de humedad
%
7.1
9.4
12.8
Gr/c.c.
1.95
2.00
1.98
4
5
25
33
0.00
0.00
CONTROL DE DENSIDAD
Densidad húmeda CONTENIDO DE HUMEDAD Tara
PESO ESPECIFICO SECO Densidad seca
El contenido de humedad se determinó en Excel por medio de la siguiente fórmula
w
( Peso cáp mat húmedo ) ( Peso cáp mat sec o) ( Peso cáp mat sec o) ( Peso cápsula)
29
100
8. DENSIDAD DE SUELOS EN CAMPO INTRODUCCIÓN La compactación es el término que se utiliza para describir el proceso de densificación de un material mediante medios mecánicos; el incremento de densidad se obtiene al disminuir el contenido de aire en los vacíos en tanto se mantienen el contenido de humedad aproximadamente constante. Cuando el trabajo de compactación va progresando en el campo, es conveniente saber si el peso volumétrico especificado se está logrando o no. Tres procedimientos estándar se usan para determinar el peso específico de campo de compactación: En el siguiente informe se hace mención a dos de los métodos más utilizados para la determinación de la densidad del suelo en campo, como es el caso del cono de arena que es lejos el método más utilizado. 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 que con ayuda de un aparato cono de arena, compuesto por una válvula cilíndrica de 12,5 mm. de abertura, con un extremo terminado en embudo y el otro ajustado a la boca de un recipiente de aproximadamente 4 lts. de capacidad.
OBJETIVOS - Aprender a realizar los 2 métodos más usados para poder obtener humedades y densidades en el campo. - Determinar, in situ, la densidad del suelo y su humedad mediante el método del cono de arena. - Determinar la densidad húmeda, la densidad seca, el porcentaje de humedad del suelo y la cantidad de agua por metro cúbico con ayuda del densímetro nuclear. - Comparar los datos obtenidos tanto en el cono de arena, como con el densímetro nuclear, para calcular el porcentaje de efectividad y ver si se hizo bien el ensayo.
30
DATOS Y RESULTADOS
Muestra 01
Muestra 02
1
PESO DE ARENA + CONO + FRASCO
6835
6672
2
PESO DE ARENA + CONO + FRASCO
2335
2471
3
PESO DE ARENA EN HOYO + CONO
4500
4201
4
PESO DE ARENA EN HOYO
2840
2541
5
VOLUMEN DE ARENA EN HOYO
2206.68
1969.77
6
PESO DE MATERRIAL EXTRAUIDO
4789
5132
7
DENSIDAD HUMEDA EN CAMPO
2.17
2.04
8
DENSIDAD SECA EN CAMPO
2.17
2.605
9
DENSIDAD SECA EN LABORATORIO
2.14
2.14
10
GRADO DE COMPACTACION
1.014
1.217
31
9. EL ENSAYO DE CBR INTRODUCCIÓN Existen una serie de parámetros referentes al terreno que son indispensables en cualquier construcción u obra de ingeniería civil. Muchos de estos parámetros se obtienen a partir de ensayos realizados en el laboratorio. El objetivo de este documento es nombrar algunos de los ensayos más frecuentes y explicar de forma general que metodología seguimos y cuál es el fin de cada uno.
OBJETIVOS
Evaluar la resistencia del material utilizado Hacer el ensayo mediante la comparación entre la carga de penetración en el suelo y aquella de un material natural. Determinar un índice CBR, que nos permita expresar las características de Resistencia y deformación del suelo extraído. Determinar el porcentaje de humedad en el horno. Correlacionar la humedad en el terreno con la usada en el diseño
DATOS Y RESULTADOS Compactacion
numero de molde golpes po capa
56
56
56
5
5
5
3228.74
3228.74
3228.74
7672
8307
7565
numero de capas volumen del molde peso del molde condicion de l amuestra
no sat
peso de suelo humedo + molde
no sat 12402
12843
11977
4730
4536
4412
peso de suelo humedo densidad de suelo humedo
no sat
1.46496776
1.4048824 1.36647733
Humedad
numero de tara peso tara
16
16
21
peso de tara + suelo humedo
60
59
61
56.64
55.27
58.64
3.36
3.73
2.36
40.64
39.27
37.64
peso de tara + suelo seco peso del agua peso seco contenido de humedad
8.26771654 9.49834479 6.26992561
densidad de suelo seco
1.35309749 1.28301702 1.28585516 32
Penetracion
penetracion/tiempo
kg
kg/cm2
kg
kg/cm2
kg
kg/cm2
0.63 mm (0:30 min)
34 1.75257732
14.5 0.74742268
30 1.54639175
1.27 mm (1:00 min)
76.5 3.94329897
183 9.43298969
62 3.19587629
1.91 mm (1:30 min)
134.5 6.93298969
230 11.8556701
97.5
2.54 mm (2:00 min)
206.2
10.628866
247 12.7319588
180 9.27835052
3.81 mm (3:00 min)
215 11.0824742
320 16.4948454
269 13.8659794
5.09 mm (4:00 min)
230 11.8556701
496 25.5670103
380 19.5876289
6.35 mm (5:00 min)
256 13.1958763
531
27.371134
530 27.3195876
7.62 mm (6:00 min)
357 18.4020619
615.5 31.7268041
670 34.5360825
8.89 mm (7:00 min)
382 19.6907216
781
40.257732
789 40.6701031
10.16 mm (8:00 min)
477 24.5876289
829 42.7319588
929 47.8865979
33
5.0257732
