Resumen y análisis de estudios de suelos

FACULTAD DE ARQUITECTURA - UNCP

“UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU”

FACULTAD : ARQUITECTURA

DOCENTE: ING. HUGO GRANADOS POMASUNCO

CURSO: ESTRUCTURAS ESTRUCTURAS 3

TRABAJO: TRABAJO ESCALONADO

ALUMNO: MORALES VALENCIA VICTOR ANTONIO

Ciclo 2017 – II


I.

MUESTREO DE SUELOS I.1. GENERALIDADES Los procedimientos para obtener información de las características del suelo se pueden dividir en dos categorías:

I.1.1. Métodos indirectos: Dentro de estos se incluyen fotografías aéreas, mapas topográficos, interpretación de mapas e informes de reportes geológicos o estudios de suelo previamente desarrollados. I.1.2. Métodos directos : Realmente son los más importantes y los que más información suministran desde el punto de vista del estudio de suelos, son: 







Reconocimiento geológico de la zona. Incluye la inspección visual directa por un profesional de las condiciones condiciones de los materiales en su estado natural, visitando laderas de ríos o quebradas, cortes existentes de vías, túneles o conducciones naturales. Realización de apiques, perforaciones, trincheras, que permitan la recuperación r ecuperación de muestras alteradas o inalteradas de la zona de interés. Ensayos preliminares in-situ los cuales permiten correlacionar los resultados obtenidos con las propiedades ingenieriles o la información general obtenida. Ensayos detallados in-situ, estos estos permiten medir directamente en campo campo las propiedades de los suelos.

El propósito de este primer aparte es presentar la información respecto a las diferentes técnicas y métodos de recuperación de muestras tanto alteradas como co mo inalteradas para la posterior evaluación de sus propiedades tanto física como mecánica.

I.2. TIPOS DE MUESTRAS Las muestras obtenidas en un proceso de d e muestreo son clasificadas en dos categorías dependiendo de la alteración que sufren al ser retiradas de su lugar original: Muestra alteradas y muestras inalteradas.

I.2.1. Muestras Alteradas: Una muestra alterada se define como aquella donde parte de ella o toda, ha sufrido una alteración tal que ha perdido la estructura que poseía in-situ, estas muestras no representan de forma real las propiedades ingenieriles de resistencia resistencia y permeabilidad del suelo. Una muestra muestra inalterada generalmente es usada para los procesos de identificación y caracterización del suelo. Las muestras inalteradas también son usadas para preparar especimenes de laboratorio y evaluar en ellos propiedades de permeabilidad y resistencia mecánica, cuando la destinación del suelo sea como elemento de construcción.

I.2.2. Muestras Inalteradas: Son aquellas muestras obtenidas por medio de muestreadores y usando técnicas en las cuales es posible preservar de la estructura estructura natural d el material; aunque se use la expresión “inalterada” se debe tener en cuenta que una muestra de suelo al ser retirada de sus condiciones naturales sufre algún tipo de remoldeo o alteración, se denomina así porque representan fielmente las condiciones del suelo in-situ. En estas muestras se realizan todos aquellos ensayos que permiten evaluar las condiciones de resistencia del suelo y comportamiento co mportamiento ingenieril y las propiedades de permeabilidad, además determinar determinar la humedad natural y todos los demás demás ensayos que se pueden ejecutar en las muestras alteradas. Del tipo de muestra requerida dependerá el tipo de proceso de muestreo a planear.

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I.3. RECOLECCION DE MUESTRAS I.3.1. Muestras Alteradas El proceso de muestreo debe efectuarse según el fin que se persiga. Normalmente la recuperación se puede hacer de dos maneras diferentes:

I.3.1.1. Muestras obtenidas de sondeo a cielo abierto Generalmente son excavaciones que se realizan para permitir la exposición de la configuración del terreno, el procedimiento para la recuperación es el siguiente: 

Se retira la primera capa que se encuentra en el suelo y se deposita aparte, en el proceso de muestreo nunca se desecha ni se contamina con la que se encuentra más abajo. Esta primera capa es de espesores variables, de color oscuro y olor a materia orgánica, es sobre la cual se desarrolla la vida, esta capa sirve de nutrientes a las plantas y de hogar a muchos animales. En los proyectos para el desarrollo de obras civiles esta primera capa se le conoce comunmente como “capa estéril” debido a que no aporta nada al desarrollo





del proyecto, pero en casos donde el objetivo del trabajo son procesos de recuperación de suelos o desarrollo de zonas de cultivo, esta es la capa más importante a estudiar. Se toma muestras individuales de cada una de las capas a estudiar, este proceso se lleva a cabo con ayuda de palas, cuchillos, barras, siempre procurando no contaminar las capas entre sí. Las muestras son almacenadas en bolsas o recipientes cerrados, debidamente rotulados que permitan la plena identificación de la muestra. Posteriormente son enviados al laboratorio.

Es común que en vez de tomar muestras individuales se requieran muestras integrales, o sea de todo el perfil de suelo observado, para ello es necesario almacenar en un solo recipiente la muestra tomada de todo el perfil. En cualquiera de los casos es necesario tapar la excavación realizada una vez finalice el proceso, dejando siempre para ubicar el suelo orgánico en la superficie.

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I.3.1.2. Muestreo por barrenos Es muy común que en vez de realizar una excavación, se realicen pequeñas perforaciones con ayuda de barrenos, el procedimiento es el siguiente:

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Con el barreno se avanza a lo largo del terreno extrayendo el suelo arrancado del perfil. Se separa en montículos el material retirado, separándolos a medida que se observen cambios en el material extraído. Los montículos se almacenan en bolsas o recipientes cerrados y rotulados, para luego ser enviados al laboratorio. Si el objetivo es recuperar muestras integrales, se deposita todo en un solo montículo y es este el que se guarda y envía al laboratorio.

I.3.2. Muestras Inalteradas El caso más simple corresponde al de cortar un determinado trozo del suelo deseado cubriéndolo con parafina para evitar pérdidas de humedad y empacándolo debidamente para enviarlo al laboratorio. El proceso para obtener este tipo de muestras es el siguiente:   

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

Se limpia y pule la superficie del terreno y se marca el contorno del trozo. Se excava una zanja alrededor del trozo deseado. Se ahonda la excavación y se cortan los lados del trozo empleando un cuchillo de hoja delgada. Una vez tallada la muestra, de corta el trozo y se retira del hoyo. La cara del trozo que corresponda al nivel del terreno se marca con una señal cualquiera para conocer la posición que ocupaba en el terreno. Luego se aplican dos o tres capas de parafina caliente, se rotula y se envía al laboratorio. Si la muestra no va a ser usada pronto, necesita una protección adicional además de las capas de parafina. Esta protección consiste en envolver la muestra en una tela blanda, amarrándola con un cordel, hecho esto se sumerge la muestra entera en parafina en repetidas ocasiones, de tal manera que se alcance un espesor mínimo de 3 mm, suficiente para garantizar su impermeabilidad. En algunas ocasiones es conveniente además, empacar la muestra en una caja de madera para transportarla al laboratorio.

La excavación a cielo abierto brinda siempre una información correcta hasta donde llega, pues permite la inspección visual de los estratos del suelo, sin embargo en muchas ocasiones se requiere estudiar el suelo a profundidades mayores que las que pueden ser alcanzadas satisfactoriamente por excavaciones a cielo abierto, en estos casos es conveniente realizar perforaciones de profundidad. Estas perforaciones se pueden hacer mediante el uso de barrenas hasta llegar al estrato requerido y de allí sacar con un muestreador especial la muestra inalterada.

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II.

CLASIFICACION DE SUELOS II.1. CLASIFICACION POR COMPOSICION El criterio unificado (U.S.C.S.) indica: G: Grava C: Arcilla S: Arena O: Orgánico M: Limo Pt: Turva o tierra de hoja

II.2. CLASIFICACION POR GRANULOMETRIA ARCILLA

0.002 mm.

LIMO

0.002 a 0.02 mm.

ARENA FINA

0.02 a 0.2 mm.

ARENA GRUESA

0.2 a 2.0 mm.

GRAVILLA

2.0 a 20 mm.

GRAVA

20 a 70 mm.

BLOQUES (BOLONES)

70 a 200mm.

II.3. CLASIFICACIÓN SEGÚN RESISTENCIA DEL SUELO ROCA DURA O PRIMITIVA

20 a 25kg/cm2

ROCA BLANDA (TOBA, ARENÍSTICA, CALIZA)

8 a 10kg/cm2

TOSCA o ARENÍSTICA ARCILLOSA

5 a 8kg/cm2

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GRAVA CONGLOMERADA DURA

5 a 7kg/cm2

GRAVA SUELTA o POCO CONGLOMERADA

3 a 4kg/cm2

ARENA DE GRANO GRUESO

1.5 a 2kg/cm2

ARCILLA COMPACTADA o ARCILLA CON ARENA SECA 1 a 1.5kg/cm2

III.

ARENA DE GRANO FINO

0.5 a 1.0kg/cm2

ARCILLA HÚMEDA

0.5kg/cm2

FANGO o ARCILLA EMPAPADA

0.0kg/cm2

ESFUERZO DE CORTE DIRECTO DE LOS SUELOS III.1. GENERALIDADES Cuando una estructura se apoya en la tierra, transmite los esfuerzos al suelo de fundación. Estos esfuerzos producen deformaciones en el suelo que pueden ocurrir de tres maneras:  

Por deformación elástica de las partículas. Por cambio de volumen en el suelo como consecuencia de la evacuación del líquido existente en los huecos entre las partículas. Por deslizamiento de las partículas, que pueden conducir al deslizamiento de una gran masa de suelo.

El primer caso es despreciable para la mayoría de los suelos, en los niveles de esfuerzo que ocurren en la práctica. El segundo caso corresponde al fenómeno de la consolidación. El tercer caso, corresponde a fallas del tipo catastróficos y para evitarla se debe hacer un análisis de estabilidad, que requiere del conocimiento de la resistencia al corte de suelo. El análisis debe asegurar, que los esfuerzos de corte solicitantes son menores que la resistencia al corte, con un margen adecuado de modo que la obra siendo segura, sea económicamente factible de llevar a cabo. Vemos que es absolutamente imposible independizar el comportamiento de la estructura y el del suelo. Por tanto el problema de la determinación de la resistencia al esfuerzo cortante de los suelos puede decirse que constituye uno de los puntos fundamentales de toda la Mecánica de Suelos. En efecto, una valoración correcta de este concepto constituye un paso previo imprescindible para intentar, con esperanza de éxito cualquier aplicación de la Mecánica de Suelos al análisis de la estabilidad de las obras civiles. El procedimiento para efectuar la prueba directa de resistencia al esfuerzo cortante tal como se presenta en este informe, se aplica solamente al más sencillo de los casos que pueden presentarse en la práctica: aquel en que se prueba el material en estado seco.

III.2. CORTE DIRECTO El ensayo de corte directo consiste en hacer deslizar una porción de suelo, respecto a otra a lo largo de un plano de falla predeterminado mediante la acción de una fuerza de corte horizontal incrementada, mientras se aplica una carga normal al plano del movimiento.

III.2.1 Principio del ensayo de corte directo Ciclo 2017 – II


Los aspectos del corte que nos interesa cubrir pueden dividirse en cuatro categorías: a) Resistencia al corte de un suelo no cohesivo (arenas y gravas) que es prácticamente independiente del tiempo. b) Resistencia al corte drenado para suelos cohesivos, en que el desplazamiento debe ser muy lento para permitir el drenaje durante el ensayo. c) Resistencia al corte residual, drenado, para suelos tales como arcillas en las que se refieren desplazamientos muy lentos y deformaciones muy grandes. d) Resistencia al corte para suelos muy finos bajo condiciones no drenadas en que el corte es aplicado en forma rápida.

III.2.2. Ensayos de resistencia al esfuerzo de corte en suelos Los tipos de ensayos para determinar la resistencia al esfuerzo cortante de los suelos en Laboratorio son: Corte Directo, Compresión Triaxial, Compresión Simple. Durante muchos años, la prueba directa de resistencia al esfuerzo cortante fue prácticamente la única usada para la determinación de la resistencia de los suelos: hoy, aún cuando conserva interés práctico debido a su simplicidad, ha sido sustituida en buena parte por las pruebas de compresión Triaxial.

III.2.3. Clasificación de ensayos de corte directo III.2.3.1. Ensayos no consolidados – no drenados El corte se inicia antes de consolidar la muestra bajo la carga normal (vertical). Si el suelo es cohesivo, y saturado, se desarrollará exceso de presión de poros. Este ensayo es análogo al ensayo Triaxial no consolidado – drenado.

III.2.3.2 Ensayo consolidado – no drenado Se aplica la fuerza normal, se observa el movimiento vertical del deformímetro hasta que pare el asentamiento antes de aplicar la fuerza cortante. Este ensayo puede situarse entre los ensayos triaxiales consolidado – no drenado y consolidado – drenado.

III.2.3.3. Ensayo consolidado – drenado Ciclo 2017 – II


La fuerza normal se aplica, y se demora la aplicación del corte hasta que se haya desarrollado todo el asentamiento; se aplica a continuación la fuerza cortante tan lento como sea posible para evitar el desarrollo de presiones de poros en la muestra. Este ensayo es análogo al ensayo Triaxial consolidado – drenado. Para suelos no cohesivos, estos tres ensayos dan el mismo resultado, esté la muestra saturada o no, y por supuesto, si la tasa de aplicación del corte no es demasiado rápida. Para materiales cohesivos, los parámetros de suelos están marcadamente influidos por el método de ensayo y por el grado de saturación, y por el hecho de que el material esté normalmente consolidado o sobreconsolidado. Generalmente, se obtienen para suelos sobreconsolidados dos conjuntos de parámetros de resistencia: un conjunto para ensayos hechos con cargas inferiores a la presión de preconsolidación y un segundo juegos para cargas normales mayores que la presión de reconsolidación. Donde se sospeche la presencia de esfuerzo de preconsolidación en un suelo cohesivo sería aconsejable hacer seis o más ensayos para garantizar la obtención de los parámetros adecuados de resistencia al corte.

III.3. FUDAMENTOS PARA EL ANALISIS DE ENSAYO – LEY DE COULOMB El ensayo de corte directo impone sobre un suelo las condiciones idealizadas del ensayo. O sea, induce la ocurrencia de una falla a través de un plano de localización predeterminado. Sobre este plano actúan dos fuerzas (o esfuerzos): un esfuerzo normal debido a una carga vertical (Pv) aplicada externamente y un esfuerzo cortante debido a la aplicación de una carga horizontal (Ph). Estos esfuerzos se calculan simplemente como: n=

Pv /A

t f = Ph /A

Donde A es el área nominal de la muestra (o de la caja de corte) y usualmente no se corrige para tener en cuenta el cambio de área causada por el desplazamiento lateral de la muestra (Ph).La relación entre los esfuerzos de corte de falla ( t f ) y los esfuerzos normales ( σ n ) en suelos, se muestra en la figura 5.21 y puede representarse por la ecuación siguiente:

tf = c + σ n * tg Φ

Fig. 5.21 Relación entre los esfuerzos de corte máximo y los esfuerzos normales. La línea recta obtenida se conoce como Envolvente de falla

III.3.1. Educación de falla de corte coulomb Ciclo 2017 – II


En 1776 Coulomb observó que si el empuje que produce un suelo contra un muro de contención produce un ligero movimiento del muro, en el suelo que está retenido se forma un plano de deslizamiento esencialmente recto. El postuló que la máxima resistencia al corte, t, en el plano de falla está dada por t = c + s tan j Donde s es el esfuerzo normal total en el plano de falla j es el ángulo de fricción del suelo c es la cohesión del suelo. La utilización de la ecuación de Coulomb no condujo siempre a diseños satisfactorios de estructuras de suelo. La razón para ello no se hizo evidente hasta que Terzaghi publicó el principio de esfuerzos efectivos. s = s´+ u Donde u = presión intersticial s´= esfuerzo efectivo Pudo apreciarse entonces que, dado que el agua no puede soportar esfuerzos cortantes substanciales, la resistencia al corte de un suelo debe ser el resultado únicamente de la resistencia a la fricción que se produce en los puntos de contacto entre partículas; la magnitud de ésta depende solo de la magnitud de los esfuerzos efectivos que soporta el esqueleto de suelo. Por tanto, cuanto más grande sea el esfuerzo efectivo normal a un plano de falla potencial, mayor será la resistencia al corte en dicho plano. Entonces, si se expresa la ecuación de Coulomb en términos de esfuerzos efectivos, se tiene: t = c´ + s´ tan j´ En la cual los parámetros c´ y j´ son propiedad del esqueleto de suelo, denominadas cohesión efectiva y ángulo de fricción efectiva, respectivamente. Puesto que la resistencia al corte depende de los esfuerzos efectivos en el suelo, los análisis de estabilidad se harán entonces, en términos de esfuerzos efectivos. Sin embargo, en ciertas circunstancias el análisis puede hacerse en términos de esfuerzos totales y por tanto, en general, se necesitará determinar los parámetros de resistencia al corte del suelo en esfuerzos efectivos y en esfuerzos totales. Es decir, los valores de c´, j´ y c, j. Estos se obtienen, a menudo en ensayos de laboratorio realizados sobre muestras de suelo representativas mediante el ensayo de corte directo (ASTM D-3080-72) o el ensayo de compresión Triaxial (ASTM D-2805-70).

III.3.2. Componentes de la resistencia al corte De la ley de Coulomb se desprende que la resistencia al corte de suelos en términos generales tiene dos componentes: 



Fricción (tg Φ) que se debe a la trabazón entre partículas y al roce entre ellas cuando están sometidas a esfuerzos normales. Cohesión (C) que se debe a fuerzas internas que mantienen unidas a las partículas en una masa.

Como en la ecuación” t f = c + σ n * tg Φ” existen dos cantidades desconocidas ( c y Φ), se requiere obtener dos valores, como mínimo de esfuerzo normal y esfuerzo cortante para obtener una solución. Como el esfuerzo cortante t y el esfuerzo normal σn tienen el mismo significado dado en la construcción del círculo de Mohr, en lugar de resolver una serie de ecuaciones simultáneas para c y paratg Φ, es posible dibujar en un plano de ejes cordenados los valores de t contra σn para los diferentes ensayos (generalmente con t como ordenada), dibujar una línea a través del lugar geométrico de los puntos, y establecer la pendiente de la línea como el ángulo y la intersección con el eje t como la cohesión c.

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Para materiales no cohesivos, la cohesión debería ser cero por definición y la ecuación de Coulomb se convierte en:

tf = σ n *

tgΦ

Siendo N la fuerza vertical que actúa sobre el cuerpo, la fuerza horizontal necesaria ( T ) para hacer deslizar el cuerpo, debe ser superior a N, siendo el coeficiente de roce entre los dos materiales. Esta relación también puede ser escrita de la forma siguiente: T = N tgΦ

siendo Φ, el ángulo de roce o ángulo formado por la resultante de las dos fuerzas con la fuerza normal. La resistencia al deslizamiento es proporcional a la presión normal y puede ser representada Por la figura 5.22.

Fig. 5.22 Mecanismos de los fenómenos de fricción

III.3.3. Ensayo de corte directo

La fig. 5.20a muestra los principales detalles del aparato de corte directo, en el cual la muestra de suelo se introduce en un molde dividido horizontalmente en dos mitades. Se aplica luego a la muestra una fuerza normal N mediante una placa de carga, y, luego de fijar la mitad superior del molde, se corta la muestra en un plano horizontal mediante la aplicación de una fuerza cortante t. El diseño del molde no permite el control del drenaje de la muestra. Esta no es una limitante en el caso de arenas y gravas, que son materiales de drenaje libre y por lo general fallan en condiciones completamente drenadas. Sin embargo, en depósitos de arcilla un elemento de suelo en el campo puede fallar sin ningún drenaje, con drenaje parcial, o drenaje completo. La falta de control del drenaje hace obvio que exista una incertidumbre sobre si este valor representa o no la verdadera resistencia no drenada. Por esta razón, la resistencia al corte no drenada de un suelo arcilloso a menudo se mide en una cámara Triaxial, la cual permite el completo control del drenaje de la muestra. Sin embargo, el ensayo de corte directo puede utilizarse para medir la resistencia drenada de los suelos arcillosos si primero se consolida por completo la muestra bajo

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la carga normal y luego se corta la muestra a una velocidad suficientemente lenta para asegurarse de la disipación inmediata del exceso de presión intersticial que se produce durante el corte.

IV.

LIMITES DE ATTERBERG

IV.1. GENERALIDADES 



Los límites de Atterberg, límites de plasticidad o límites de consistencia, se utilizan para caracterizar el comportamiento de los suelos finos,1 aunque su comportamiento varía a lo largo del tiempo. El nombre de estos es debido al científico sueco Albert Mauritz Atterberg Los límites de Atterberg son ensayos de laboratorio normalizados que permiten obtener los límites del rango de humedad dentro del cual el suelo se mantiene en estado plástico. Con ellos, es posible clasificar el suelo en la Clasificación Unificada de Suelos (Unified Soil Classification System, USCS).

IV.2. DEFINICIONES Los ensayos se realizan en el laboratorio y miden la cohesión del terreno y su contenido de humedad, para ello se forman pequeños cilindros de espesor con el suelo. Siguiendo estos procedimientos se definen tres límites: a) Contenido de humedad (w): Razón entre peso del agua y peso del suelo seco de una muestra. Se expresa en porcentaje: Donde: WW: peso agua WS: peso suelo seco b) Límite Líquido (wL ó LL): contenido de humedad del suelo en el límite entre el estado semi-líquido y plástico. c) Limite Plástico (wp ó LP): es el contenido de humedad del suelo en el límite entre los estados semi-sólido y plástico. d) Índice de Plasticidad (IP): es la diferencia entre los límites líquido y plástico, es decir, el rango de humedad dentro del cual el suelo se mantiene plástico: IP = LL – LP

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IV.3. EQUIPO 1. Máquina de Casagrande 2. Acanalador 3. Balanza de sensibilidad 0.1g 4. Varios: espátula de acero flexible, cápsulas de porcelana, placa de vidrio, horno regulable a 110º, agua destilada

IV.4. POCEDIMIENTO Y CÁLCULO IV.4.1. Preparación del material Se utiliza únicamente la parte del suelo que pasa por la malla # 40 (0.42 mm). Se procede a agregar o retirar agua según sea necesario y revolver la muestra hasta obtener una pasta semi-líquida homogénea en términos de humedad. Para los limos y suelos arenosos con poco contenido de arcilla el ensayo se podrá realizar inmediatamente después de agregar agua, siguiendo el procedimiento indicado en letra b. Para los limos arcillosos será necesario conservar la pasta aproximadamente 4 horas en un recipiente cubierto. Para las arcillas este tiempo deberá aumentarse a 15 o más horas para asegurar una humedad uniforme de la muestra.

IV.4.2. Determinación del límite liquido En la práctica, el límite líquido se determina sabiendo que el suelo remoldeado a w = wL tiene una pequeña resistencia al corte (aprox. 0.02 kg/cm2) de tal modo que la muestra de suelo remoldeado necesita de 25 golpes para cerrar en ½ pulgada dos secciones de una pasta de suelo de dimensiones especificadas más adelante. a) Se deberá iniciar el ensayo preparando una pasta de suelo en la cápsula de porcelana con una humedad ligeramente superior al límite líquido, para lo cual recibirán indicaciones del instructor, b) Desmontar y secar la cápsula de la máquina de Casagrande, asegurándose que ella se encuentre perfectamente limpia y seca antes de iniciar el procedimiento, c) Montar la cápsula en su posición para el ensayo, d) Colocar entre 50 y 70 g de suelo húmedo en la cápsula, alisando la superficie a una altura de 1 cm con la espátula, cuidando de no dejar burbujas de aire en la masa de suelo, e) Usando el acanalador separar el suelo en dos mitades según el eje de simetría de la cápsula; para una arcilla, el surco se puede hacer de una vez; los limos pueden exigir 2 o 3 pasadas suaves antes de completarlo, siendo este procedimiento aún más complejo cuando se trata de suelos orgánicos con raicillas, 3 f) Girar la manivela de manera uniforme a una velocidad de dos revoluciones/seg; continuar hasta que el surco se cierre en ½” de longitud; anotar el número de golpes, cuando éste

sea inferior a 40, g) Revolver el suelo en la cápsula de Casagrande con la espátula y repetir las operaciones e) y f) h) Tomar una muestra de aproximadamente 5 g de suelo en la zona donde se cerró el surco y pesarla de inmediato para obtener su contenido de humedad, lo que permitirá obtener un punto en el gráfico semi-logarítmico de humedad v/s número de golpes que se describe más adelante,

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i) j)

Vaciar el suelo de la cápsula de Casagrande a la de porcelana (que todavía contiene la mezcla de suelo inicial), continuar revolviendo el suelo con la espátula (durante el cual el suelo pierde humedad) y en seguida repetir las etapas (b) a (h), Repetir etapas (2) a (9), 3 a 4 veces, hasta llegar a un número de golpes de 15 a 20.

Cálculo de wL. Sobre un papel semi- logarítmico se construye la “curva de flujo” como se indica en la figura. Los puntos obtenidos tienden a alinearse sobre una recta lo que permite interpolar para la determinación de la ordenada wL para la abscisa N = 25 golpes.

Nota: Método de un punto. Se puede obtener el valor de wL a través de una sola determinación. Este método es válido para suelos de mismo tipo y formación geológica; se ha observado que tales suelos tienen curvas de flujo de iguales inclinación, en escala semilog. Se usa la fórmula:

Donde: semi-log)

α = inclinación curva de flujo (escala

N = número de golpes w = contenido de humedad correspondiente a N. (valores comunes de tgα : 0.12 a 0.1

3)

IV.4.3. Determinación del límite plástico El límite plástico es el contenido de humedad para el cual el suelo se fractura al ser amasado en bastoncitos de diámetro 1/8” (3 mm) cuando se amasa una pequeña porción de suelo entre la palma

de la mano y una superficie lisa.

a) Utilizar una porción del material que queda del ensayo del límite líquido, b) En los suelos muy plásticos wP puede ser muy diferente de wL; para evitar excesivas demoras en el ensayo con los suelos muy plásticos, es necesario secar el material al aire durante un cierto tiempo extendiéndolo sobre la placa de vidrio o amasándolo sobre toalla nova; se le puede igualmente colocar sobre el horno (a temperatura baja), al sol, o bien bajo una ampolleta eléctrica; en cualquier caso es necesario asegurarse que se seque de manera uniforme, c) Tomar una bolita de suelo de 1 cm3 y amasarla sobre el vidrio con la palma de la mano hasta formar bastoncitos de 3 mm de diámetro,

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d) Reconstruir la bolita de suelo, uniendo el material con fuerte presión de las puntas de los dedos y amasar nuevamente un bastoncito hasta llegar al límite plástico, e) El límite plástico, wP, corresponde al contenido de humedad para el cual un bastoncito de 3 mm, así formado, se rompe en trozos de 0.5 a 1 cm de largo, si no se está seguro de haber alcanzado wP, es recomendable amasar una vez más el bastoncito, f) Pesar inmediatamente el bastoncito así formado para determinar su contenido de humedad, g) Realizar 2 o 3 ensayos repitiendo etapas (3) a (6) y promediar; diferencias entre 2 determinaciones no deberán exceder a 2 %

V.

ANALISIS GRANULOMETRICO DE SUELOS En los comienzos de la investigación de las propiedades de los suelos se creyó que las propiedades mecánicas dependían directamente de la distribución de las partículas constituyentes según sus tamaños; por ello era preocupación especial de los ingenieros la búsqueda de métodos adecuados para obtener tal distribución. Con suficiente experiencia, es posible deducir las propiedades mecánicas de los suelos a partir de su distribución granulométrica o descripción por tamaños. Solamente en suelos gruesos, cuya granulometría puede determinarse por mallas, la distribución por tamaños puede revelar algo de lo referente a las propiedades físicas del material, los suelos gruesos bien gradados, o sea con amplia gama de tamaños, tienen comportamiento ingenieril más favorable, en lo que atañe a algunas propiedades importantes, que los suelos de granulometría muy uniforme. Más aún en los suelos gruesos, el comportamiento mecánico e hidráulico está principalmente definido por la compacidad de los granos y su orientación, las cuales son destruidos al momento de hacer la pruebo debido al modo de realizarse, de modo que todas esas propiedades decisivas se pierden. Existen muchos métodos para este análisis, sin embargo los más importantes y/o frecuentes son el Ensayo por Tamizado y el Hidrométrico; para granos gruesos y otros más finos respectivamente.

V.1. ENSAYO POR TAMIZADO Consiste en hacer pasar una muestra de suelo seco por un arreglo de tamices organizados de mayor a menor tamaño de abertura de tal forma que van quedando retenidos en cada uno las partículas con un diámetro menor a la abertura del tamiz anterior y mayor al del tamiz en el que están retenidas. De esta forma es posible determinar el porcentaje de masa de cada uno de los tamaños de grano.

Los tamices son hechos de malla de alambre forjado con aberturas rectangulares que varían en tamaño desde 101.6 mm (4") en la parte más gruesa hasta el número 400 (0.038 mm) en la serie correspondiente a suelo fino, sin embargo, en la práctica el tamiz más pequeño es el tamiz No.200 Ciclo 2017 – II


(0.075). Para mallas de tamaño inferior al de este tamiz es difícil permitir el paso libre del agua. El suelo, por supuesto, provee generalmente más resistencia que el agua al tamizado; por consiguiente, los tamices de malla más pequeña que el número 200 son más interesantes desde un punto de vista académico que desde el práctico.

Para representar gráficamente la distribución de los diversos tamaños de partículas que contiene una muestra de un material, hará falta seguir un proceso de ensayo granulométrico por cedazos. Nuestro primer paso será la selección de la muestra a ensayar, luego de determinado su peso, se coloca en su totalidad, seca, en la malla más gruesa de nuestra batería de tamices y al vibrar el conjunto de mallas, conseguiremos que cada corpúsculo se quede en la malla de tamaño menor al de su diámetro.

V.1.1. EQUIPO      

Serie de tamices. Juego de tamices Mortero y mano de mortero Balanza de sensibilidad 0.1 g Horno o estufa eléctrica Recipientes metálicos

V.1.2. PROCEDIMIENTO a) Cada grupo debe tener exactamente 500 g de suelo secado al horno tomado de una bolsa de muestra obtenida del terreno. Es necesario asegurarse que la muestra sea representativa para lo cual es posible utilizar un cuarteador mecánico. b) Si la muestra debe lavarse no es necesario triturar el suelo. c) Si la muestra contiene grabas y arenas y muy pocos finos el lavado se puede omitir. d) El lavado consiste en colocar la muestra sobre el Tamiz No. 200 y lavar cuidadosamente utilizando agua común hasta cuando el agua que pase sea clara. Es necesario ser muy cuidadoso en este proceso para evitar daños en el tamiz y la perdida de suelo que eventualmente pueda salpicar fuera del tamiz.

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e) Verter cuidadosamente el residuo, con ayuda de agua en un recipiente y permitir sedimentar por un periodo suficiente hasta lograr que el agua de la parte superior se vuelva transparente, y colocar el recipiente con la suspensión suele y agua en el horno para secado. f) Al día siguiente, regresar al laboratorio y pesar el residuo secado al horno. g) A continuación hacer pasar la muestra a través de una serie de tamices desde los diámetros mayores arriba hasta los diámetros inferiores abajo. Para suelos arenosos con granos finos, se recomiendan: Tamiz No. Abertura (mm) 4 4.75 10 2 30 0.6 50 0.3 100 0.15 200 0.075 Fondo Si hay gravas pequeñas en la muestra podría utilizarse un tamiz ½ pulgada (12.5 mm) antes del tamiz No. 4 en la serie. Para muestras con gravas de tamaño mayor una serie típica recomendable seria: Tamiz No. Abertura (mm) 2” 50 mm 1” 25 mm ¾” 19 mm ½” 12.5 mm 3/8” 9.5 mm

No. 10 2 mm No. 20 0.85 mm No. 100 0.15 mm (Dependiendo del tamaño máximo del agregado utilizando inspección visual) El tamaño de una muestra varía entre 1500 g, para gravas con partículas máximas de 19 mm ¾” hasta 5000 g para materiales cuya partícula máxima sea 75 mm 3”.

Colocar la serie de tamices en el agitador eléctrico y tamizar de 5 a 10 minutos, dependiendo de una inspección visual. Si no se dispone de agitador eléctrico puede hacerse el tamizado manualmente por cerca de 10 minutos. h) Quitar la serie de tamices del agitador mecánico y pesar cada retenido que queda en cada tamiz y sumarlos todos para posteriormente compararlos con el peso inicial obtenido en el paso No. 6 esta operación permite detectar perdidas 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 ensayo no es satisfactorio y se debe repetir. i) Calcular el porcentaje en cada tamiz dividiendo el peso retenido en cada uno de ellos por el peso de la muestra original. j) Cada grupo debe trazar curvas en un gráfico semilogaritmico del tamaño de la partícula contra el porcentaje más fino o porcentaje pasa. a.

Si menos de 12% del material pasa a través del tamiz No. 200, es necesario calcular el Cu y el Cc y mostrarlos en la gráfica. b. Sí más del 12% de la muestra pasa a través del tamiz No. 200 es necesario hacer un análisis de hidrómetro.

V.2. ENSAYO HIDROMETRICOS Todos los sistemas de clasificación utilizan el tamiz No.200 como un punto divisorio, las clasificaciones se basan generalmente en términos de la cantidad retenida o cantidad que pasa a través del tamiz No.200. Ocasionalmente es deseable conocer la escala aproximada de partículas

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de suelo menores que el tamiz No.200. Cuando se presenta esta necesidad, entonces se recurre al método del análisis granulométrico del hidrómetro, que es comúnmente utilizado.

El principal objetivo del análisis de hidrómetro es obtener el porcentaje de arcilla (porcentaje más fino que 0.002 mm) ya que la curva de distribución granulométrica cuando más de 12 % del material pasa a través del tamiz No. 200 no es utilizada con criterio dentro de ningún sistema de clasificación de suelos y no existe ningún tipo de conducta particular que dependa intrínsecamente de la forma de dicha curva. La conducta de la fracción de suelo cohesivo del suelo depende principalmente del tipo y porcentaje de arcilla de suelo presente, de su historia geológica y del contenido de humedad más que de la distribución misma de los tamaños de la partícula.

V.2.1. Procedimiento a) Tomar exactamente 50g de suelo secado al horno y pulverizado y mezclarlo con 125 ml de solución al 4% molar de NaPO3. Una solución de 4% de meta fosfato de sodio p uede hacerse mezclando 40 g de material seco con suficiente agua hasta completar 1000 ml. La solución debe ser siempre fresca y en ningún caso deber ser preparada con más de un mes de anticipación. b) 2. Dejar asentar la muestra de suelo cerca de una hora. Transferir la mezcla al vaso de loa maquina batidora y añadir agua común hasta llenar 2/3 del vaso y mezclar durante 3 a 54 minutos. c) 3. Transferir el contenido del vaso al cilindro de sedimentación d teniendo cuidado de no perder material y añadir agua hasta la marca de los 1000 ml, Preparar el cilindro patrón con 125 ml de la solución dispersante en 1000 ml y verificar que la temperatura sea igual en ambos cilindros. d) 4. Taponar con un tapón de caucho o con la mano la boca del cilindro de sedimentación donde se encuentra el suelo en suspensión agitarla de forma vertical por un minuto. Poner sobre la mesa, remover cuidadosamente el tapón, inmediatamente insertar el hidrómetro tomar lecturas con los siguientes intervalos de tiempo: e) 1, 2, 3 y 4 minutos tomar igual mente lectura de temperatura. f) Hacer nuevas series más de este proceso hasta que dos series consecutivas no cambien datos en las lecturas del hidrómetro. g) Una vez se haya logrado acuerdo de las medidas, se deben tomar medidas adicionales a los siguientes intervalos de tiempo. h) 8, 15, 30, 60 minutos, y 2, 4, 8, 16, 32, 64, 96 horas. i) Los intervalos sugeridos después de dos horas para registrar mediciones son solo aproximados ya que a cualquier tiempo se pueden tomar. j) Registrar la lectura de temperatura con cada registro de hidrómetro. k) La práctica puede terminarse antes de 96 horas a discreción del instructor o cuando el tamaño de las partículas D que se encuentran en suspensión sea del orden de 0.001 mm.

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V.2.2. Cálculos a) Aplicar la corrección de menisco a las lecturas del hidrómetro y enterrar en la tabla C para obtener los valores de L. b) 1.2. Con Gs buscar el valor para K de la tabla C. c) 1.3. Con los valores L y K y el tiempo transcurrido t, para dichas lecturas calcular los valores para D utilizando la ecuación d) D = K RAIZ( L/t) mm e) 1.4. Utilizando los valores de Rc calcular el porcentaje más fino. f) 5.5 Trazar la curva de gradación con los datos obtenidos de porcentaje más fino y D.

V.3. CURVA GRANULOMÉTRICA La curva granulométrica de un suelo es una representación gráfica de los resultados obtenidos en un laboratorio cuando se analiza la estructura del suelo desde el punto de vista del tamaño de las partículas que lo forman.

VI.

SIMBOLOGIA DE LOS SUELOS

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VI.1 SISTEMA AASHTO En EEUU nace en 1929 uno de los primeros sistemas de clasificación, el cual fue creado para evaluar los suelos sobre los cuales se contraían las carreteras, es así como nace en 1945 el sistemas AASHO, el cual ha derivado en la actualidad como AASHTO. Este sistema describe un procedimiento para clasificar a los suelos en un total de 7 grupos, basándose en los ensayes de laboratorio de granulometría, limite líquido e índice de plasticidad.

VI.2 SISTEMA USCS El “Sistema Unificado de Clasificación de Suelos” deriva de un sistema desarrollado por A.

Casagrande para agrupar e identificar en forma rápida en obras militares durante la guerra. Este sistema divide los suelos en 2 grandes grupos, uno de granos gruesos y otro de granos finos. De esta forma el sistema comienza a darnos las nomenclaturas que representaran a un determinado tipo de suelo: Los suelos de grano grueso son considerados como tal cuando el 50% de su peso es mayor a 0.08 mm, si dentro de este porcentaje el 50% de su peso queda retenido en el tamiz de 5 mm. Se le asigna la letra G, y en sentido opuesto, es decir que si el 50% del peso de las partículas pasa el tamiz de 5 mm. Se le asigna la letra S. A la letra G y S se les agrega una segunda letra que nos indicara el tipo de graduación, las cuales corresponden a la siguiente definición: W: Buena graduación con poco o ningún fino. P: Graduación pobre, uniforme o discontinúa con poco o ningún fino. M: Que contiene limo o limo y arena. C: Que contiene arcilla o arena y arcilla.

VI.3. SISTEMA UNIFICADO DE CLASIFICACIÓN DE SUELOS (S.U.C.S): El sistema cubre los suelos gruesos y los finos, distinguiendo ambos por el cribado a través de la malla No 200; las partículas gruesas son mayores que dicha malla y las finas menores. Un suelo se considera grueso si más del 50% de sus partículas son gruesas, y fino, si más de la mitad de sus partículas, en peso, son finas. Se describirán a continuación los diferentes grupos referentes a suelos gruesos.

VI.3.1. Suelos Gruesos El símbolo de cada grupo está formado por dos letras mayúsculas, que son las iniciales de los nombres ingleses de los suelos más típicos de ese grupo. El significado es: Gravas y suelos en que predominan estas. Símbolo genérico, G (gravel). Arenas y suelos arenosos. Símbolo genérico S (sand). Las gravas y las arenas se separan con la malla No 4, de manera que un suelo pertenece al grupo genérico G, si más del 50% de su fracción gruesa (retenida en la malla No 200) no pasa la malla No 4, y es del grupo genérico S, en caso contrario. Las gravas y las arenas se subdividen en cuatro tipos.

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Grupos GW y SW. Material prácticamente limpio de finos, bien graduado. Símbolo W (well graded). Para cumplir con los requisitos de estos grupos se garantiza en la práctica especificando que el contenido de partículas finas no sea mayor de un 5% en peso.

La graduación se juzga por medio de los coeficientes de uniformidad y curvatura. Para considerar una grava bien graduada se exige que su coeficiente de uniformidad sea mayor que 4; mientras que el de curvatura debe estar comprendido entre 1 y 3. En el caso de las arenas bien graduadas, el coeficiente de uniformidad será mayor que 6, en tanto el de curvatura debe estar entre los mismos límites anteriores. 

Grupos GP y SP. Material prácticamente limpio de finos, mal graduado. Símbolo P (poorly graded).

Son de apariencia uniforme o presentan predominio de un tamaño o de un margen de tamaños, faltando algunos intermedios; deben satisfacer los requisitos señalados, en lo referente al contenido de partículas finas (máximo 5%), pero no cumplen los requisitos de graduación indicados para su consideración como bien graduados. Dentro de esos grupos están comprendidas las gravas uniformes, tales como las que se depositan en los lechos de los ríos, las arenas uniformes, de médanos y playas y las mezclas de gravas y arenas finas, provenientes de estratos diferentes obtenidas durante un proceso de excavación. 

Grupos GM y SM. Material con cantidad apreciable de finos no plásticos. Símbolo M (d el sueco mo y mjala).

En estos grupos el contenido de finos afecta las características de resistencia y esfuerzo – deformación y la capacidad de drenaje libre de la fracción gruesa; en la práctica se ha visto que esto ocurre para porcentajes de finos superiores a 12%, en peso, por lo que esa cantidad se toma como frontera inferior de dicho contenido de partículas finas. La plasticidad de los finos en estos grupos varía entre nula y media; es decir, es requisito que los límites de plasticidad localicen a la fracción que pase la malla No 40 abajo de la línea A o bien que su índice de plasticidad sea menor que 4. 

Grupos GC y SC. Material con cantidad apreciable de finos plásticos. Símbolo C (clay).

Como en el grupo anterior, el contenido de finos debe ser mayor que 12%, en peso, y por las mismas razones expuestas para los grupos GM y SM. Sin embargo, en estos casos, los finos son de media a alta plasticidad; es ahora requisito que los límites de plasticidad sitúen a la fracción que pasa la malla No 40 sobre la línea A, teniéndose además, la condición que el índice plástico sea mayor que 7. A los suelos gruesos con contenido de finos comprendido entre 5% y 12%, en peso, el sistema unificado los considera casos de frontera, adjudicándoles un símbolo doble. Por ejemplo, un símbolo GP-GC indica una grava mal graduada, con un contenido entre 5% y 12% de finos plásticos (arcillosos). Cuando un material no cae claramente dentro de un grupo, deberán usarse también símbolos dobles, correspondientes a casos de frontera. Por ejemplo, el símbolo GW-SW se usará para un material bien graduado, con menos de 5% de finos y formada su fracción gruesa por iguales proporciones de grava y arena.

VI.3.2. Suelos finos También en este caso el sistema considera a los suelos agrupados, formándose el símbolo de cada grupo por dos letras mayúsculas, escogidas por un criterio similar al usado para los suelos gruesos y dando lugar a las siguientes divisiones: Limos inorgánicos, de símbolo genérico M (del sueco mo y mjala) Arcillas inorgánicas, de símbolo genérico C (clay) Limos y arcillas orgánicas, de símbolo genérico O (organic) Cada uno de estos tres tipos de suelos se subdivide, según su límite líquido en dos grupos. Si éste es menor de 50%, es decir, si son suelos de compresibilidad baja o media, se añade al símbolo genérico la letra L (low compressibility). Los suelos finos con límite líquido mayor de 50%, o sea los de alta compresibilidad, llevan tras el símbolo genérico la letra H (high compressibility). Ciclo 2017 – II


Los suelos altamente orgánicos, usualmente fibrosos, tales como turbas y suelos pantanosos, extremadamente compresibles, forman un grupo independiente de símbolo Pt (del inglés peat: turba). Grupos CL y CH. El grupo CL comprende a la zona sobre la línea A de la carta de plasticidad, definida por LL < 50% e IP > 7%, donde: LL: límite líquido IP: índice de plasticidad El grupo CH corresponde a la zona arriba de la línea A, definida por LL > 50%. Grupos ML y MH. El grupo ML comprende la zona abajo de la línea A, definida por LL < 50% y la porción sobre la línea A con IP < 4. El grupo MH corresponde a la zona abajo de la línea A, definida por LL > 50%. En estos grupos quedan comprendidos los limos típicos inorgánicos y limos arcillosos, los tipos comunes de limos inorgánicos y limos arcillosos. Los tipos comunes de limos inorgánicos y polvo de roca, con LL < 30%, se localizan en el grupo ML. Los depósitos eólicos, del tipo loess, con 25% < LL < 35% usualmente, caen también en este grupo. Los suelos finos que caen sobre la línea A y con 4% < IP < 7% se consideran como casos de frontera, asignándoles el símbolo doble CL-ML. Grupos OL y OH. Las zonas correspondientes a estos dos grupos son los mismos que la de los grupos ML y MH, respectivamente, si bien los orgánicos están siempre en lugares próximos a la línea A. Una pequeña adición de materia orgánica coloidal hace que el límite líquido de una arcilla crezca sin apreciable cambio de su índice plástico; esto hace que el suelo se desplace hacia la derecha de plasticidad, pasando una posición más alejada de la línea A. Grupos Pt. Las pruebas de límites pueden ejecutarse en la mayoría de suelos turbosos, después de un completo remoldeo. El límite líquido de estos suelos puede estar entre 300% y 500%, quedando su posición en la carta de plasticidad netamente abajo de la línea A; el índice plástico normalmente varía entre 100% y 200%.

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Resumen y análisis de estudios de suelos

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