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INTRODUCCIÓN
La enorme importancia de tener conocimiento sobre el comportamiento de
suelos ha llevado al ingeniero moderno a realizar una serie de estudios que le
permita construir cualquier tipo de estructura sin que estas sufran con el tiempo
asentamientos, falla o en dado caso un deslizamiento de talud.
El tratar de iniciar cualquier construcción sin llevar a cabo, primero, un estudio
del suelo, es quizás uno de los mayores riesgos que pueden correrse en el
campo de ingeniería. Es imposible proyectar una cimentación adecuada para
una estructura sin conocer el carácter del suelo que se encuentre bajo de ella,
ya que, en definitiva, es dicho suelo el que soporta la carga.
Para determinar las propiedades de un suelo en el laboratorio, es preciso
contar con muestras representativas de dicho suelo. Un muestreo adecuado y
representativo es de primordial importancia, pues tiene el mismo valor que el
de los ensayes en sí. A menos que la muestra obtenida sea verdaderamente
representativa de los materiales que se pretenden usar, cualquier análisis de la
muestra solo será aplicable a la propia muestra y no al material de cual
procede. De aquí la imperiosa necesidad de que el muestreo sea efectuado por
persona conocedora de su trabajo, las muestras pueden ser de dos tipos:
alteradas o inalteradas. Se dice que la muestra es alterada cuando no guarda
las mismas condiciones que cuando se encontraba en el terreno de donde
procede e inalteradas en caso contrario.
Para poder comprender de una mejor manera lo expuesto anteriormente fue
necesario realizar una práctica en el laboratorio de mecánica de suelos
tomando una muestra representativa del suelo y con ella podríamos conocer
algunas de las propiedades volumétricas y gravimétricas. Así mismo a partir de
los datos obtenidos pudimos graficar la curva granulométrica de la muestra de
suelo la cual nos permitiría conocer el tipo de suelo con el que estamos
trabajando, arena arcillosa, arena limosa, caliche arcillosa, entre otros.
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MARCO TEÓRICO
La mecánica de suelos es una disciplina de la ingeniería que tiene por objeto el
estudio de una serie de métodos que conduce, directa o indirectamente, al
conocimiento del suelo en los diferentes terrenos sobre los cuales se van a
erigir estructuras de índole variable la enorme importancia de su conocimiento
por el ingeniero moderno ha sido y es demostrada a diario con hechos por
todos conocidos. El tratar de iniciar cualquier construcción sin llevar a cabo,
primero, un estudio del suelo, es quizás uno de los mayores riesgos que
pueden correrse en el campo de la ingeniería.
El suelo está constituido por infinidad de partículas y la variedad en el tamaño
de estas es ilimitada. Cuando se comenzaron las investigaciones sobre las
propiedades de los suelos se creyó que sus propiedades mecánicas dependían
directamente de esta distribución en tamaños. Sin embargo, hoy sabemos que
es muy difícil deducir con certeza las propiedades mecánicas de los suelos a
partir de su distribución granulométrica.
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, a la vez que nos
auxilia para la realización de otros ensayos. 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.
El análisis granulométrico puede expresarse de dos formas:
1. Analítica. Mediante tablas que muestran el tamaño de la partícula contra
el porcentaje de suelo menor de ese tamaño (porcentaje respecto al
peso total).
2. Gráfica. Mediante una curva dibujada en papel log-normal a partir de
puntos cuya abscisa en escala logarítmica es el tamaño del grano y cuya
ordenada en escala natural es el porcentaje del suelo menor que ese
tamaño (porcentaje respecto al peso total). A esta gráfica se le
denomina curva granulométrica.
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Al realizar el análisis granulométrico distinguimos en las partículas cuatro
rangos de tamaños:
1. Grava: Constituida por partículas cuyo tamaño es mayor que 4.76 mm.
2. Arena: Constituida por partículas menores que 4.76 mm y mayores que
0.074 mm.
3. Limo: Constituido por partículas menores que 0.074 mm. y mayores que
0.002 mm.
4. Arcilla: Constituida por partículas menores que 0.002 mm.
Para determinar las propiedades de un suelo en el laboratorio, es preciso
contar con muestras representativas de dicho suelo. Un muestreo adecuado y
representativo es de primordial importancia, pues tiene el mismo valor que el
de los ensayes en sí.
Las muestras pueden ser de dos tipos:
Muestras inalteradas: Son aquellas muestras obtenidas por medio de
muestreadores y usando técnicas en las cuales es posible preservar de
la estructura natural del 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
ingenieril y las propiedades de permeabilidad, además determinar la
humedad natural y todos los demás ensayos que se pueden ejecutar en
las muestras alteradas.
Muestras alteradas, son aquellas que están constituidas por el material
disgregado o fragmentado, en las que no se toman precauciones
especiales para conservar las características de estructura y humedad;
no obstante, en algunas ocasiones conviene conocer el contenido de
agua original del suelo, para lo cual las muestra se envasan y
transportan en forma adecuada.
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Para obtener muestras alteradas el muestreo debe efectuarse según el fin que
se persiga. Para tomar muestras individuales de un sondeo a cielo abierto
(pozo de 1.50m x 1.50m de sección y de la profundidad requerida) se sigue el
procedimiento siguiente:
Se rebaja la parte seca y suelta de un suelo con el propósito de obtener
una superficie fresca
Se toma una muestra de cada capa en un recipiente y se coloca una
tarjeta de identificación
Las muestras se envían en bolsas al laboratorio
Principales tipos de suelo
Algunas características del suelo: El conocimiento de las principales
características físicas del suelo, es fundamentalmente importante en el estudio
de la mecánica de suelos, púes mediante su atinada interpretación se puede
predecir el futuro comportamiento de un terreno baja cargas cuando dicho
terreno presente diferentes contenidos de humedad .Estas características se
explican a continuación.
Peso volumétrico: se denomina peso volumétrico de un suelo (γ) al peso dicho
suelo contenido en la unidad de volumen, y generalmente se expresa kgcm3
. Se
le denomina peso volumétrico seco suelto (p.v.s.s) de un suelo al peso
volumétrico aparente de él tomado el peso del mismo. Previamente
cuarteada y secado en horno a peso constante.
Densidad: la densidad absoluta de un cuerpo es la masa de dicho cuerpo
contenida en la unidad de volumen ,sin incluir sus vacíos , la densidad
aparente es la masa de un cuerpo contenida en la unidad de volumen
incluyendo sus vacíos.
Absorción: el método se refiere a la determinación de la absorción del material
en 24 horas. Para ello, la muestra seleccionada del agregado grueso retenido
en la malla de 3/8 ¨, se sumerge en agua durante 24 horas. Al final de este
tiempo deberá extraerse el material del agua y proceder a su secado
superficial, mediante un lienzo absorbente.
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Granulometría: El análisis granulométrico se refiere a la determinación de la
cantidad en porciento de los diversos tamaños de las partículas que
constituyen el suelo.
El análisis granulométrico puede expresarse de dos formas:
1. Analítica. Mediante tablas que muestran el tamaño de la partícula contra
el porcentaje de suelo menor de ese tamaño (porcentaje respecto al
peso total).
2. Gráfica. Mediante una curva dibujada en papel log-normal a partir de
puntos cuya abscisa en escala logarítmica es el tamaño del grano y cuya
ordenada en escala natural es el porcentaje del suelo menor que ese
tamaño (porcentaje respecto al peso total). A esta gráfica se le
denomina curva granulométrica.
Al realizar el análisis granulométrico distinguimos en las partículas cuatro
rangos de tamaños:
1. Grava: Constituida por partículas cuyo tamaño es mayor que 4.76 mm.
2. Arena: Constituida por partículas menores que 4.76 mm y mayores que
0.074 mm.
3. Limo: Constituido por partículas menores que 0.074 mm y mayores que
0.002 mm.
4. Arcilla: Constituida por partículas menores que 0.002 mm.
En el análisis granulométrico se emplean generalmente dos métodos para
determinar el tamaño de los granos de los suelos:
1. Método Mecánico.
2. Método del Hidrómetro.
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Análisis Granulométrico Mecánico por Tamizado.
Es el análisis granulométrico que emplea tamices para la separación en
tamaños de las partículas del suelo. Debido a las limitaciones del método su
uso se ha restringido a partículas mayores que 0.074 mm. Al material menor
que ese se le aplica el método del hidrómetro.
Tamiz:
Es el instrumento empleado en la separación del suelo por tamaños, está
formado por un marco metálico y alambres que se cruzan ortogonalmente
formando aberturas cuadradas. Los tamices del ASTM son designados por
medio de pulgadas y números. Por ejemplo un tamiz 2" es aquel cuya abertura
mide dos pulgadas por lado; un tamiz No. 4 es aquel que tiene cuatro alambres
y cuatro aberturas por pulgada lineal.
Limitaciones del Análisis Mecánico
No provee información de la forma del grano ni de la estructura de las
partículas.
Se miden partículas irregulares con mallas de forma regular.
Las partículas de menor tamaño tienden a adherirse a las de mayor tamaño.
El número de tamices es limitado mientras las partículas tienen números de
tamaños ilimitados.
Tiene algún significado cuando se realiza a muestras representativas de
suelo.
Método del Hidrómetro.
El método más usado para hacer la determinación indirecta de porcentajes de
partículas que pasan el tamiz no. 200 (0.075 mm.), hasta 0.001 mm, es el
hidrómetro basado en la sedimentación de un material en suspensión en un
líquido, el hidrómetro sirve para la determinación de la variación de la densidad
de la suspensión con el transcurso del tiempo y medir la altura de caída del
gramo de tamaño más grande correspondiente a la densidad media.
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HERRAMIENTA UTILIZADA EN LA PRÁCTICA:
1 Recipiente metálico (W=2.4 kg y V=2.665 l)
1 Vaso de aluminio
Charola
Mallas no. 10, 20, 40, 60, 100 y 200.
Balanza
1 maso
1 pala
MATERIAL UTILIZADO:
Tierra extraída (caliche arenoso)
Agua
PRUEBA DE HUMEDAD DE LA ARCILLA
La muestra de suelo que se utilizó para la realización de la práctica del análisis
granulométrico del suelo (caliche arenoso). A continuación se describirán los
pasos que se llevaran a cabo para dicha práctica.
1. Se depositó la muestra de suelo en una
lona para disgregarla, ya que era un
material granular, y la práctica requería que
las partículas del suelo estuvieran lo más
pequeñas posibles.
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Fig. 1 Disgregación del material.
2. Después de realizar la disgregación de la muestra de suelo, la
colocamos en una superficie limpia y plana, se mezcló y se amontono en
forma cónica para después achatarla y dividirlas en cuatro partes
iguales, de cada cuarto se tomó una muestra y se depositó en un
recipiente metálico (w=2.4 kg y v = 2.665 lts).
3. Ya realizado el cuarteo tomamos una muestra representativa y
procedimos a pesarla (w =5540 gr.) esto nos sirvió para el cálculo de la
masa volumétrica del suelo.
DATOS OBTENIDOS.
Recipiente = 2400gr.
Recipiente + material = 5540gr.
4.-Se procede a pesar las capsulas 6 y 8.
Capsula 6 = 47.9gr.
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Fig. 2 Revoltura del material.
Fig. 3 Cuarteo.
Fig. 4 Muestra representativa. Fig. 5 Pesaje de la muestra representativa.
Capsula 8 = 41.9gr.
5.- Después de llenan las capsulas con el material enrasado.
Capsula 6 lleno = 184.2gr.
Capsula 8 lleno = 140.6gr.
6.- De ahí se hace la prueba rápida, se lleva la capsula 8 al mechero de
bunsen, y se deposita el material de muestra en una charola y se coloca un
vidrio de reloj hasta que este pierde la humedad. Después se coloca en la
capsula 8 se vuelve a pesar.
Capsula 8 después de la prueba rápida.= 177.7gr.
7.-Se coloca la capsula 6 en el horno a 105° C. durante 10 horas. Después se
saca del horno y se pesa.
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Fig. 7 Prueba rápida.Fig. 8 Pesaje de material en
capsulas.
Fig. 6 Pesaje de material en capsulas.
Capsula 6 = 172.8gr.
8.- Para obtener el contenido de agua se utiliza la siguiente formula.
h= ((p . i .c . lleno−p . c . vacio )−( p . f . c .lleno−p . c . vacio)
(p .i . c . lleno−p . c . vacio)) (100)
Sustituyendo los valores obtenemos el contenido de agua de cada capsula:
hprueba rapida= 8.67%
hhorno =8.36%
PRUEBA GRANULOMÉTRICA DE CALICHE.
1. Se depositó la muestra de suelo en el piso limpio para iniciar con el
cuarteo. y se amontono en forma cónica para después achatarla y
dividirlas en cuatro partes iguales
2. De cada cuarto se tomó
una muestra y se depositó en un recipiente metálico. Para luego
colocarlo en una charola (4700 gr).
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Fig. 9 Cuarteo del material.
Fig. 10 Material en la Charola
3.-luego se procede a cribar el material obtenido, con la malla núm. 4.y se pesa
la charola con el material que pasó la malla 4.
Charola + caliche=12200 kg
Caliche=7700 gr
Del material retenido (grava) de la malla se procede a cribarlos con las
respectivas mallas. Una vez hecho esto se pesan para saber la granulometría
o tamaños de material que este tiene.
Mallas en pulgadas Peso en gramos3 02 1201 ½ 01 440¾ 540½ 13603/8 480Charola retiene la malla núm. 4 1870 Tabla 1 Datos obtenidos de la prueba.
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Fig.11 Cribado Fig.12 Pesando el material.
Fig.13 Cribado de la grava Fig.14 Pesado de cada malla
3. De esos 7700gr que pasaron la malla núm. 4 de suelo se tomaron tan
solo 200 gr. lo depositamos en un vaso de aluminio y le agregamos agua
para saturar la muestra totalmente, el proceso de saturación tuvo una
duración de 24 horas.
4. Ya saturado totalmente el material se realizó el lavado, que consistió en
disolver la muestra de suelo con el agua e ir retirando el agua sucia del
vaso, la cual se coló o filtro a través de la malla numero 200 lo que se
retenía en ella se volvía a depositar en el vaso, este procedimiento se
realizó hasta que el agua ya no adquirió un color turbio sino clara y
limpia.
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Fig. 15 Saturación de la muestra.
Fig. 16 Inicio del lavado de la muestra. Fig. 17 Lavado de la muestra utilizando malla no. 200
Fig. 18 Lavado de la muestra. Fig. 19 Muestra sin residuos de finos.
5. Ya que se lavó bien la muestra de suelo se metió al horno por 24 horas,
esto con el fin de secarla totalmente.
6. Ya teniendo el material seco, lo pesamos y proseguimos a realizar el
cribado, este proceso se realizó mediante el uso de las mallas número
10, 20, 40, 60,100 y 200. Con los retenidos en cada una de las mallas ya
podíamos, hacer los cálculos pertinentes para conocer la curva
granulométrica del suelo.
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Fig. 20 Muestra dentro del horno.
Fig. 21 Cribado. Fig. 22 Pesaje de los retenidos en las mallas.
Fig. 23 Retenidos en las mallas 10, 20, 40, 60, 100 y 200.
RESULTADOS
Calculo de la masa volumétrica
Datos
Mv= Mm.r−Mr
V Mm.r= 5.54 kg
Dónde: Mr=2.4 kg
Mv= masa volumétrica V=2.665 l=2.665x10-3 m3
Mm.r= masa del recipiente con el material Mv= 5.54kg−2.4kg2.665 x10−3m3
Mr= masa del recipiente Mv= 1,178.2363kg
m3
V= volumen del recipiente
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Fig. 24 Malla no. 1025.9 gr
Fig. 25 Malla no. 2023 gr
Fig. 26 Malla no. 4017.1 gr
Fig. 28 Malla no. 1008.4gr
Fig. 29 Malla no.2005.2 gr
Fig. 27 Malla no. 60 8.8 gr
Análisis granulométrico de la muestra de suelo
Malla no. Diámetro
(mm.)
Masa de
suelo retenido
en cada
malla.
(gr.)
Porcentaje de
suelo retenido
en cada
malla.
(%)
Porcentaje
que pasa
(%)
10 2.000 25.9 29.29 70.71
20 0.850 23 26.01 44.7
40 0.425 17.1 19.34 25.36
60 0.250 8.8 9.95 16.11
100 0.150 8.4 9.50 6.66
200 0.075 5.2 5.88 0.7
Pasa 200 0
Suma 88.4 100.00
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Tabla 2 Composición granulométrica que pasa la malla no. 4.
Fig. 28 curva granulométrica del suelo.
D10= 0.1
D30= 3
D60= 9.5
Coeficiente de uniformidad Arena bien graduada
Cu=D60D10
Cu=9.50.1
Cu= 95
Coeficiente de curvatura Cu¿6 pero Cc ∉ [1,3]
Cc= (D 30 )2
D10∗D 60 ∴ es una arena bien graduada
Cc= (03 )2
0.1∗9.5
Cc= 9.47
PRUEBA DE DENSIDAD.
1. Se toma 100gr. De caliche.
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1≤ Cc≤ 3
Cu¿ 6
Fig. 30 pesando el caliche.
2. Se coloca el caliche en el matraz, luego se le coloca agua considerada,
para expulsar el aire atrapado.
3. Se calienta el matraz hasta que llegue el punto de ebullición en la parrilla
a 120°C.
4. Después de rebullirse se saca y se espera a que se enfrié a 20°C.
5. Y se va tomando la temperatura con el termómetro, en la superficie, en
medio y al fondo del matraz.
6. Finalmente Se termina de llenar el matraz hasta los 500 mililitros. Y
luego se pesa todo el matraz con toda el agua y material dentro de él.
S
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Fig. 31 matraz ebullendo
Fig. 32 midiendo la temperatura Fig. 33 pesando el matraz
Datos obtenidos
Peso total con el matraz=729.1 gr.
Peso matraz con agua=666.2 gr
Peso de la muestra = 100gr.
c=ws
ws+wmw−wmws=100
100+666.2−729.1=2.6954
Conclusión
De acuerdo a los coeficientes de curvatura y uniformidad que se obtuvieron de
la curva granulométrica de la muestra de suelo se observó que se trataba de
una arena bien graduada, ya que estos límites indican que dicho suelo debería
estar entre los rangos Cu>6 y 1 ≤ Cc ≤ 3, en principio no se podría dar un
resultado determinante sobre este suelo es decir, si es apto o no para la
construcción, ya que todavía hace falta calcular los limites plásticos y líquidos,
ellos nos indicaran la compresibilidad del suelo, lo que si podríamos decir este
suelo no paso la primera prueba por lo mencionado anteriormente de acuerdo
a los coeficientes de curvatura y de uniformidad. Ya teniendo los límites
plásticos y líquidos podríamos determinar el tipo de suelo con el que estamos
trabajando.
Cabe mencionar que durante estas prácticas los materiales que se utilizaron
fueron diferente al principio fue arcilla en la prueba granulométrica dela grava y
para la prueba de fino de utilizo caliche arenoso y por tanto no fue algo
adecuada para las pruebas.
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BIBLIOGRAFÍA
Badillo, E. J. (2005). Mecánica de Suelos I: Fundamentos de la Mecánica de
suelos. México: Limusa.
Das, B. M. (1985). Fundamentos de Ingeniería Geotécnica . California:
Thompson Learning.
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