Estudio de Mecánica de Suelos en Moquegua: Informe Completo

UNIVERSIDAD JOSE CARLOS MARIATEGUI
FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL
UNIVERSIDAD JOSE CARLOS MARIATEGUI
FACULTAD DE IMGENIERIAS Y ARQUITECTURA
TEMA:
ESTUDIO DE MECÁNICA DE SUELOS CON FINES DE
IDENTIFICACION DEL SUELO QUE PREDOMINA EN EL LUGAR
CURSO:
MECÁNICA DE SUELOS I
DOCENTE:
MGR. JORGE ERIK MORÓN LAVADO
INTEGRANTES:
MIRIAN ROCIO APAZA GUTIERREZ
IVAN FLORES FLORES
JAVIER EDWIN MARCA MAMANI
CRISTOFER CUAYLA PEÑALOZA
VALERIA VILLAROEL AGUILAR
RUBEN
CONTENIDO
MECÁNICA DE SUELOS I
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1. GENERALIDADES
1.1. Objetivo del Estudio
1.2. Normatividad
1.3. Ubicación
1.3.1. UBICACIÓN DEL PROYECTO DE ESTUDIO
1.3.2. MAPA DE UBICACIÓN DEL PROYECTO
1.4. Altitud de la zona
2. ANTECEDENTES
2.1.1. Geomorfología
2.1.2. Geología
3. DESCRIPCIÓN DEL ESTUDIO
3.1. Metas del Estudio
3.2. Duración del Estudio
4. INVESTIGACION DE CAMPO
4.1. Trabajos de Campo
4.2. Calicata o Pozo de Exploración
4.3. Muestreo y registros de Exploración
5. ENSAYOS DE LABORATORIO
5.1. Ensayos Estándar
6. CONCLUSIONES
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PRESENTACIÓN
SEÑOR Mgr. JORGE ERIK MORÓN LAVADO, docente del curso
MECANICA DE SUELOS, ponemos a su consideración el presente
trabajo que titula: “ESTUDIO DE MECÁNICA DE SUELOS CON
FINES DE IDENTIFICACION DEL SUELO QUE PREDOMINA EN
EL LUGAR DEL CENTRO POBLADO SAN ANTONIO.
En el presente estudio adjuntamos los distintos ensayos que hemos
realizado para la determinación del tipo de suelo en el laboratorio.
El EMS fue realizado en Centro Poblado San Antonio, distrito de
Moquegua, en el departamento de Moquegua.
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MEMORIA DESCRIPTIVA
NOMBRE DEL ESTUDIO:
“ESTUDIO DE MECÁNICA DE SUELOS CON FINES DE IDENTIFICACION
DEL SUELO QUE PREDOMINA EN EL LUGAR.
1.0 GENERALIDADES
1.1 Objetivo del Estudio
El presente EMS tiene por objeto investigar el terreno existente en la
zona con fines de identificación del suelo. El proyecto de estudio
está ubicado en centro poblado san Antonio distrito de Moquegua,
en SECTOR SUR 1 VILLA EL SALVADOR, aledaño de la UJCM.
El proceso seguido para los fines propuestos, fue el siguiente:





Reconocimiento del terreno
ejecución de una calicata
Tomas de muestras
Ejecución de ensayos de laboratorio
Identificación del suelo
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1.2. Normatividad:
El presente estudio está sujeto a la Norma de Suelos y Cimentaciones “E-50”
del Reglamento Nacional de Construcciones vigente, y las normas ASTM y
AASHTO que en ella se mencionan.
1.3 Ubicación:
Hacia el norte limita con Puno y Arequipa; hacia el sur con Tacna y el mar de
Grau; hacia el este con los departamentos Puno y Tacna; hacia el oeste con
Arequipa y el mar de Grau (océano Pacífico que corresponde al Perú). Situado
en la región suroeste, tiene regiones de costa y sierra. Ubinas, su inquietante
volcán, es el único en actividad en todo el Perú. En sus faldas, la tierra es
fecunda, en contraste con la desolación de sus cumbres.
UBICACIÓN DEL PROYECTO DE ESTUDIO:
 Capital: 1410 msnm (Moquegua).
 Altitud Máxima: 3756 msnm (Ichuña).
 Altitud Mínima: 5 msnm (Pueblo Nuevo).
 Latitud sur: 15º 58´ 15".
 Longitud oeste: entre meridianos 70º 48´ 5" y 71º 29´ 18".
 Número de provincias: 3.
 Número de distritos: 20.
 Provincias: Mariscal Nieto, General Sánchez Cerro, Ilo.
MAPA DE UBICACIÓN DEL PROYECTO
1.4 Altitud de la zona
Moquegua tiene una altitud de unos 1.410 msnm. Tiene un área total de 3949
km²..
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2.0 ANTECEDENTES
Lamentablemente no pudimos obtener ningún estudio de suelos cerca del lugar
que nos sirvan de referencia, como estudiantes de la UCJM es nuestro primer
estudio que vamos a realizar en el curso de mecánica de suelos.
2.1 Geomorfología
Las unidades geomorfológicas que se diferencian en el área son: Llanura
Costanera, Flanco Andino y Cadena de Conos Volcánicos. Estos rasgos se
desarrollan a manera de fajas longitudinales con sus características propias
relativas a altitud, relieve, clima, geología etc.
2.2 Geología
Las rocas más antiguas que afloran en el cuadrángulo son los volcánicos del
Grupo Toquepala de edad Cretácea superior a Terciario inferior. Se compone
de derrames y piroclásticos andesíticos y riolíticos con más de 3,000 m. de
espesor y aflora a lo largo del Flanco Andino. En el presente estudio se le ha
dividido en las siguientes formaciones: Quellaveco, Paralaque, Inogoya y
Toquepala. La gruesa secuencia volcánica se ha depositado en condiciones
subaéreas; por las discordancias que existen entre las formaciones, se
determinan varias fases de volcanismo con algunos períodos de inactividad. A
los volcánicos Toquepala sobre yace con fuerte discordancia los clastos
continentales de la formación Moquegua cuyo espesor varía de 550 a 600 m.
La formación cubre la mayor extensión de la parte meridional del cuadrángulo
y, de acuerdo a trabajos anteriores, se le ha dividido en dos miembros:
Moquegua inferior de composición arcillo-arenosa y Moquegua superior arenoconglomeradita. En la columna geológica del área aparece la formación
Huaylillas, compuesta principalmente de tufos rio líticos que sobre yacen con
discordancia al Grupo Toquepala y la formación Moquegua. En relación con
estudios previos se le considera de edad Plioceno medio a superior. Sus
afloramientos más importantes se hallan en el flanco andino, donde ocurren a
manera de remanentes de erosión. La formación Capillune, compuesta de
conglomerados con intercalaciones de areniscas-tufáceas, sobre yace con
discordancia a los tufos Huaylillas. La formación se considera del Plioceno
superior y aflora en localidades muy restringidas dentro del cuadrángulo. A los
clásticos Capillune se sobrepone el volcánico Barroso, compuesto
principalmente de derrames andesíticos, aflora en el extremo NE del
caudrángulo, constituyendo el volcán Arundane. El volcánico Barroso se
considera de edad Plio-Pleistocena. En los flancos bajos del volcán Arundane
se encuentran acumulaciones morrénicas, al pie del frente andino y cubriendo
parcialmente la formación Moquegua, se extiende un manto más o menos
continuo de depósitos aluviales del Cuaternario. Las rocas ígneas afloran en
forma dispersa en la parte septentrional del cuadrángulo, a lo largo del flanco
andino. Los cuerpos mayores son de composición diorítico- granodiorítica y al
lado de ellos existen pequeños stocks de granitos, monzonitas y dacitas. Estas
intrusiones representan la continuación hacia el sur del Batolito Andino, por lo
cual la edad de su emplazamiento debe ubicarse entre las postrimerías del
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Cretáceo y el Terciario inferior. El rasgo estructural más importante en el
sistema de fallas Incapuquio, de orientación NW-SE. Estas fallas en cierta
forma han controlado el emplazamiento de los cuerpos monzoníticos y
dacíticos, así como la formación de las chimeneas de brecha, con las cuales
se asocian los yacimientos de cobre de Toquepala, Quellaveco y Cuajone. En
el cuadrángulo de Moquegua se encuentra la mina de Toquepala que es la
mayor productora de cobre del país. Además, en el área quedan los
yacimientos de cobre de Quellaveco y Cuajone. Los tres depósitos son del tipo
diseminado y sus reservas acumuladas superan los 1,200 millones de T.M.
3.0 DESCRIPCIÓN DEL ESTUDIO
3.1 Metas del Estudio:
El presente estudio tiene como fin la clasificación de suelo, de un área de
estudio ubicado centro poblado san Antonio, distrito de Moquegua, para
realizar el mencionado estudio se realizó la excavación de una calicata, para
poder observar en laboratorio las distintas propiedades del suelo de nuestra
área de estudio, los ensayos necesarios para la clasificación de suelos son:






Ensayo de contenido de humedad.
Ensayo de granulometría
Ensayo de límite líquido y plástico.
Peso especifico
Proctor
Clasificación de suelos
3.2 Duración del Estudio
Para la realización de nuestra calicata que tiene una profundidad de 1.70 m
La duración del estudio es de 9 días los cuales no fueron seguidos debido a los
horarios académicos de los estudiantes y la disposición del laboratorio, el
detalle es el siguiente:
 Excavación de la calicata 1 día
 Extracción del material 1dia
 Ensayo de granulometría 1dia
 Limite líquido y plástico 1dia
 Gravedad especifica
2 día
 Clasificación de suelos 1dia
 Informe
1dia
4.0 INVESTIGACION DE CAMPO
4.1 Trabajos de Campo
Correspondió a la etapa de prospección in-situ, donde se tomaron muestra de
Una (01) calicatas de 1.70 m de profundidad, que permitieron caracterizar al
suelo de fundación en el área delimitada para el Proyecto de estudio del curso,
en mención, tomándose muestras de las capas de suelo encontrado.
4.1.1 Calicata o Pozo de Exploración
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Se programo la ejecución de Una (01) calicata o pozo de exploración “A Cielo
Abierto”, designado como C – 1, ubicada convenientemente y con
profundidades suficientes de 1.70 m.
4.1.2 Muestreo y registros de Exploración
Las muestras de materiales obtenidas en los trabajos de campo fueron
analizadas en el Laboratorio de Mecánica de Suelos de la UJCM, para
determinar sus propiedades y características físico – mecánicas
fundamentales, tales como, Análisis Granulométricos por tamizado, Limites de
Consistencia, Humedad, Pesos Específicos, Proctor, ensayos ejecutados
siguiendo las normas vigentes.
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5.0 ENSAYOS DE LABORATORIO
Los ensayos de Laboratorio, fueron realizados en el Laboratorio de Mecánica
de Suelos de la UJCM, bajos las normas de la American Society For Testing
and Materials (A.S.T.M).
5.1 Ensayos Estándar
Se realizaron los siguientes ensayos:
 Análisis granulométrico
 Limite Líquido.
 Limite Plástico.
 Índice de Plasticidad.
 Humedad Natural (ASTM D – 2216)
 Gravedad especifica
 Clasificación de Suelos SUCS (ASTM D – 2487)
HUMEDAD
La humedad o contenido de humedad de un suelo es la relación, expresada
como porcentaje, del peso de agua en una masa dada de suelo, al peso de las
partículas sólidas.
En primer lugar, debemos identificar el tipo de suelo. Aunque un simple
examen visual nos permita determinarlo con cierta aproximación, se debe
completar la descripción con ensayos de granulometría, determinación de los
límites de Atterberg, humedad, etc.
Esta propiedad física del suelo es de gran utilidad en la construcción civil y se
obtiene de una manera sencilla, pues el comportamiento y la resistencia de los
suelos en la construcción están regidos, por la cantidad de agua que contienen.
El contenido de humedad de un suelo es la relación del cociente del peso de
las partículas sólidas y el peso del agua que guarda, esto se expresa en
términos de porcentaje.
DETERMINACION DEL CONTENIDO DE HUMEDAD
a. MÉTODOLOGIA
Se determina el peso de agua eliminada, secando el suelo húmedo hasta un
peso constante en un horno controlado a 110 ± 5 °C*. El peso del suelo que
permanece del secado en horno es usado como el peso de las partículas
sólidas. La pérdida de peso debido al secado es considerada como el peso del
agua.
Nota. - (*) El secado en horno siguiendo este método (a 110 °C) no da
resultados confiables cuando el suelo contiene 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
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confiables del contenido de humedad para estos suelos, secándolos en un
horno a una temperatura de 60 °C o en un desecador a temperatura ambiente.
b. APARATOS

Horno de secado
Horno de secado termostáticamente controlado, de preferencia uno del tipo
tiro
forzado, capaz de mantener una temperatura de 110 ± 5 °C.

Balanzas
De capacidad conveniente y con las siguientes aproximaciones: de 0.01 g
para muestras de menos de 200 g de 0. 1 g para muestras de más de 200
g.
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
Recipientes
Recipientes apropiados fabricados de material resistente a la corrosión, y al
cambio de peso cuando es sometido a enfriamiento o calentamiento
continuo, exposición a materiales de pH variable, y a limpieza.

Otros utensilios
Se requiere el empleo de cuchillos, espátulas, cucharas, lona para cuarteo,
divisores de muestras, etc.
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c. MUESTRAS

Las muestras serán preservadas y transportadas de acuerdo a la Norma
ASTM D-4220, Grupos de suelos B, C ó D. Las muestras que se
almacenen antes de ser ensayadas se mantendrán en contenedores
herméticos no corroíbles a una temperatura entre aproximadamente 3
°C y 30 °C y en un área que prevenga el contacto directo con la luz
solar. Las muestras alteradas se almacenarán en recipientes de tal
manera que se prevenga ó minimice la condensación de humedad en el
interior del contenedor.

La determinación del contenido de humedad se realizará tan pronto
como sea posible después del muestreo, especialmente si se utilizan
contenedores corroíbles (tales como tubos de acero de pared delgada,
latas de pintura, etc.) o bolsas plásticas.

Cuando se trabaje con una muestra pequeña (menos de 200 g) que
contenga partículas de grava relativamente grandes, no es apropiado
incluirlas en la muestra de ensayo. Sin embargo, en el reporte de
resultados se mencionará y anotará el material descartado.

Para aquellas muestras que consistan íntegramente de roca intacta, el
espécimen mínimo tendrá un peso de 500 g. Porciones de muestra
representativas pueden partirse en partículas más pequeñas,
dependiendo del tamaño de la muestra, del contenedor y la balanza
utilizada y para facilitar el secado a peso constante.
d. PROCEDIMIENTO

Determinar el peso del contenedor y material húmedo usando una
balanza seleccionada de acuerdo al peso del espécimen. Registrar este
valor.
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
Remover la tapa (si se usó) y colocar el contenedor con material
húmedo en el horno. Secar el material hasta alcanzar una masa
constante. Mantener el secado en el horno a 110 ± 5 °C a menos que
se especifique otra temperatura. El tiempo requerido para obtener peso
constante variará dependiendo del tipo de material, tamaño de
espécimen, tipo de horno y capacidad, y otros factores. La influencia de
estos factores generalmente puede ser establecida por un buen juicio, y
experiencia con los materiales que sean ensayados y los aparatos que
sean empleados.

Luego que el material se haya secado a peso constante, se removerá el
contenedor del horno (y se le colocará la tapa si se usó). Se permitirá el
enfriamiento del material y del contenedor a temperatura ambiente o
hasta que el contenedor pueda ser manipulado cómodamente con las
manos y la operación del balance no se afecte por corrientes de
convección y/o esté siendo calentado. Determinar el peso del
contenedor y el material secado al homo usando la misma balanza
usada. Registrar este valor.
e. CALCULOS
Se calcula el contenido de humedad de la muestra, mediante la siguiente
fórmula:
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W=
Peso de Agua
x100
Peso de Suelo secado al horno
W=
Wn − Ws
x100
Ws
W=

En donde:






Ww
x100
Ws
W = es el contenido de humedad, (%)
Ws= es el peso seco
Wn = es el peso de la muestra, en estado natural.
Ww = es el peso del agua, en gramos
Ws = es el peso de las partículas sólidas, en gramos
Este es el mismo procedimiento que vamos a realizar para las muestras
de los estratos faltantes.
ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO POR TAMIZADO






Determinar la cantidad en % de diversos tamaños que constituyen el
suelo, en cuanto al total de la muestra utilizada.
El análisis granulométrico tiene por objeto la determinación cuantitativa
de la distribución de tamaños de partículas de suelo.
Clasificación mediante sistema SUCS.
Para obtener la distribución de tamaños, se emplean tamices
normalizados y numerados, dispuestos en orden decreciente.
Verificar si el suelo puede ser utilizado para la construcción de
proyectos.
Conocer la utilización de los instrumentos del laboratorio.
NORMAS
La norma que describe este método es la ASTM D-422 (2007) / AASHTO T88;
en base a esta norma no se basara para determinar los diferentes cálculos que
se realiza en el ensayo, uno de los cuales es el de determinar los porcentajes
de suelo que pasan por los distintos tamices de la serie empleada en el
ensayo, hasta el de 74 mm (N°200).
Además, así como existe esas normas hay otras como:


UNE 7 050-2 (tamices de ensayo. Telas metálicas, chapas perforadas y
láminas electro formadas. Medidas nominales de las aberturas.
UNE 103 100 (preparación de muestras para ensayos de suelos)
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EQUIPO EMPLEADO






Serie de tamices de malla cuadrada y tejido de alambre de abertura de
mala en mm siguiente: 3”, 2”, 1 ½”, 1”, ¾”, 3/8”, #4, #10, #20, #40, #60,
#140, #200 y una bandeja para retener lo que pasa la última malla.
Balanzas con una sensibilidad de 0.1g para pesar el material.
Horno capaz de mantener una temperatura constante de 110 +/- 5ºC.
Envases adecuados para el manejo y secado de las muestra.
Cepillo y brocha, para limpiar las mallas de los tamices.
Opcional:(agitador mecánico o batidora con motor eléctrico que sea
capaz de suministrar a una varilla agitadora una cierta velocidad).
PROCEDIMIENTO
1. Se toma por cuarteo una cantidad de la muestra
2. Pesar la muestra en una balanza fina (la balanza tiene que estar calibrada)
3. Pasar la muestra por los tamices de la serie gruesa: (2 ½”, 2”, 1 ½”, 1”, ¾”,
½”, 3/8”, N°4).
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4. Pesar las muestras que pasan por cada tamiz.
5. De las muestras que pasan por el tamiz N°4 (estas son arenas, limos y
arcillas), tomar una porción representativa.
6. Decantar la muestra con agua para que pase los limos y arcillas.
7. Secar la muestra en el horno (para luego tamizarlo por la serie fina).
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ESTRATO N°2
DETERMINACION DE CC Y CU

Primero determinamos la granulometría
pulg
2"
1 1/2"
1"
3/4"
1/2"
3/8"
1/4"
N°4
N°10
N°20
N°40
N°50
N°100
N°200
FONDO


peso
retenido
50.8
0
37.5
304.4
25
549.7
19
220.2
12.5
1169.7
9.5
1018.1
6.35
1309.6
4.75
795.2
2
393.6
0.85
252.5
0.425
142.6
0.3
57.3
0.15
89.9
0.075
38
……..
2.2
SUMATORIA 6343
abertura
%
retenido
0.000
4.799
8.666
3.472
18.441
16.051
20.646
12.537
6.205
3.981
2.248
0.903
1.417
0.599
0.035
100
%pasante
100.000
95.201
86.535
83.063
64.622
48.572
27.925
15.389
9.183
5.203
2.954
2.051
0.634
0.035
0.000
0
Calculamos Los diámetros requerido D10, D30 Y D60.
𝐃𝟐 − 𝐃𝟏
%𝐱
𝐃𝐱 =
∗ 𝐋𝐎𝐆 ( ) + 𝐃𝟏
%𝟐
%𝟏
𝐋𝐎𝐆( )
%𝟏
DONDE:
Dx: diámetro requerido.
%x: porcentaje del diámetro requerido.
Entonces veamos un ejemplo de cómo calcular D10, debemos ubicar
en la columna de % pasante, el valor del diámetro buscado, en caso
que no lo encontremos realizamos una interpolación.
𝐃𝟏𝟎 =
𝟐 − 𝟒. 𝟕𝟓
𝟏𝟎
) + 𝟒. 𝟕𝟓
∗ 𝐋𝐎𝐆 (
𝟗. 𝟏𝟖𝟑
𝟏𝟓.
𝟑𝟖𝟗
𝐋𝐎𝐆 (𝟏𝟓. 𝟑𝟖𝟗)
𝐃𝟏𝟎 = 𝟐. 𝟒𝟓
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
Realizamos el mismo procedimiento para calcular D30, D60.
D10
D30
D60

2.454
6.758
11.720
Luego de calcular los diámetros requeridos, pasamos a calcular CU
Y CC con las siguientes formulas.
D60
CU =
D10
CC =
CU =
D302
D10 ∗ D60
11.720
= 4.776
2.454
6.7582
= 1.588
2.454 ∗ 11.720
 Debemos tener en cuenta que para identificar una grava si es bien
graduado o mal gradada, se debe cumplir lo siguiente:
 CU>4
 1<CC<3
 Con los datos que conocemos de nuestro suelo, según S.UC. S es
grava bien graduada (GW)
CC =
CURVA GRANULOMETRICA DEL ESTRATO 2
Curva Granulometrica
120.000
porcentaje que pasa
100.000
80.000
60.000
40.000
20.000
0.000
1
10
100
-20.000
Abertura (mm)
%pasante
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GRANULOMETRIA DEL ESTRATO 1
pulg
1"
3/4"
1/2"
3/8"
1/4"
N°4
N°10
N°20
N°40
N°50
N°100
N°200
FONDO


peso
retenido
25
0
19
74
12.5
170.9
9.5
309.3
6.35
725.9
4.75
780.61
2
368.14
0.85
227
0.425
190.6
0.3
84.8
0.15
127
0.075
60
……..
5.1
SUMATORIA 3123.35
abertura
%
retenido
0.000
2.369
5.472
9.903
23.241
24.993
11.787
7.268
6.102
2.715
4.066
1.921
0.163
100
%pasante
100.000
97.631
92.159
82.256
59.015
34.022
22.236
14.968
8.865
6.150
2.084
0.163
0.000
Calculamos Los diámetros requerido D10, D30 Y D60.
𝐃𝟐 − 𝐃𝟏
%𝐱
𝐃𝐱 =
∗ 𝐋𝐎𝐆 ( ) + 𝐃𝟏
%𝟐
%𝟏
𝐋𝐎𝐆(%𝟏)
DONDE:
Dx: diámetro requerido.
%x: porcentaje de diámetro requerido.
Entonces veamos un ejemplo de cómo calcular D30, debemos ubicar
en la columna de % pasante, el valor del diámetro buscado, en caso
que no lo encontremos realizamos una interpolación.
𝟐 − 𝟒. 𝟕𝟓
𝟑𝟎
) + 𝟒. 𝟕𝟓
𝐃𝟑𝟎 =
∗ 𝐋𝐎𝐆 (
𝟐𝟐. 𝟐𝟑𝟔
𝟑𝟒. 𝟎𝟐𝟐
𝐋𝐎𝐆 (𝟑𝟒. 𝟎𝟐𝟐)
𝐃𝟑𝟎 = 𝟑. 𝟗𝟑𝟔

Realizamos el mismo procedimiento para calcular D10, D60.
D10
D30
D60

0.523
3.936
6.507
Luego de calcular los diámetros requeridos, pasamos a calcular CU
Y CC con las siguientes formulas.
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CU =
CC =


D60
D10
D302
D10 ∗ D60
CU =
6.507
= 12.442
0.523
CC =
3.9362
= 4.556
0.523 ∗ 6.507
Debemos tener en cuenta que para identificar una grava si es bien
graduado o mal graduado, se debe cumplir lo siguiente:
 CU>6
 1<CC<3
Con los datos que conocemos podemos determinar que es un tipo de
suelo de grava mal graduada (GP).
CURVA GRANULOMETRICA DEL ESTRATO 1
Curva Granulometrica
120.000
porcentaje que pasa
100.000
80.000
60.000
40.000
20.000
0.000
1
10
100
-20.000
Abertura (mm)
MECÁNICA DE SUELOS I
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LIMITES DE CONSISTENCIA
Los límites de Atterberg o 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 Atterberg son propiedades índices de los suelos, con que se
definen la plasticidad y se utilizan en la identificación y clasificación de un
suelo.
L. Contracción
Sólido
0Contracción
W%
L. Plástico
Semi - Sólido
L. Líquido
Plástico
Líquido
100 W%
Límites de Atteberg
LIMITE LIQUIDO Y LIMITE PLASTICO (NTP 339.129 (ASTM D4318))
a. LIMITE LIQUIDO
DEFINICION
Esta propiedad se mide en laboratorio mediante un procedimiento
normalizado en que una mezcla de suelo y agua, capaz de ser
moldeada, se deposita en la cuchara de Casagrande o copa de
Casagrande, y se golpea consecutivamente contra la base de la
máquina, haciendo girar la manivela, hasta que el surco que
previamente se ha hecho en la muestra se cierre en una longitud de 12,7
mm (1/2"). Si el número de golpes para que se cierre el surco es 25, la
humedad del suelo (razón peso de agua/peso de suelo seco)
corresponde al límite líquido.
Para calcularlo, se deben realizar al menos dos ensayos, ajustando el
contenido de agua de la muestra de forma aproximada, de manera que
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el surco se cierre con un número de golpes entre 15 y 25 en un caso, y
entre 25 y 35 en otro. La humedad correspondiente se obtiene
interpolando linealmente el valor de la humedad correspondiente a 25
golpes entre los dos valores previamente obtenidos.2
Otra forma de obtener el límite líquido es empleando el penetró metro de
cono inglés, construido en acero inoxidable con una longitud de 35 mm,
un ángulo de ápice de 30° con una masa de 80 g incluyendo su eje. Está
montado sobre un soporte que le permite deslizar y mantenerse en
posición vertical, midiendo su movimiento mediante una carátula. El
ensayo consiste en colocar la punta del cono tocando la superficie del
suelo contenido en una cápsula, se libera de su sujeción oprimiendo un
pulsador y cae por su propio peso, dejándolo penetrar en la masa de
suelo durante 5 segundos; tras lo que se fija y se toma la lectura en el
medidor. El límite líquido del suelo se define como el contenido de agua
cuando la penetración del cono es de 20 mm.
EQUIPOS UTILIZADOS
1.
2.
3.
4.
5.
Aparato de casa Grande
Ranurador
Balanza
Horno
Tamiz N 40
PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO DE LIMITE LIQUIDO
1. Una vez preparado el material, se coloca una parte de estas en la
cazuela y se comprime y se extiende sobre la misma, procurando no
dejar burbujas de aire y que su máximo valor de profundidad sea
10mm
2. Haciendo una pasada de arriba hacia abajo y manteniendo el
rasurador normal a la superficie de la cazuela, se realizara la ranura
lo mas uniforme posible.
3. Se acciona la cazuela a una razón de dos golpes por segundo
contando el número de golpes necesarios hasta que el talud de la
ranura se cierre a lo largo de los 13mm.
4. Se extrae una parte del suelo ´presente en la cazuela asegurándose
de que sea de lao a lado de la ranura y colocar en un recipiente de
masa conocida y luego se pesa
b. LIMITE PLASTICO
DEFINICION
Cuando el suelo pasa de un estado plástico a un estado semisólido y se
rompe. Es el contenido de humedad, expresado en porciento del peso
del suelo seco, existente en un suelo en el límite entre el estado plástico
y el estado semisólido del mismo. Este límite se define arbitrariamente
como el más bajo contenido de humedad con el cual el suelo, al ser
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moldeado en barritas cilíndricas de menor diámetro cada vez, comienza
a agrietarse cuando las barritas alcanzan a tener 3 mm. de diámetro.
Las propiedades físicas de las partículas de un suelo, tales como el limo
y arcilla, difieren grandemente de acuerdo a su contenido de agua. De
esta forma un suelo se puede comportar entre ciertos límites como un
sólido, en que el volumen del suelo no varía con el secado; entre otros
límites, como un material plástico, en el que el suelo se comporta
plásticamente y finalmente como un material semilíquido, con las
propiedades de un suelo viscoso. Estos límites son denominados límites
de consistencia y se expresa en términos de humedad del suelo.
También, estos límites son llamados límites de ATTERBERG, en honor
al científico sueco que los estableció en 1911, los cuales han quedado
normalizados como: limites líquidos, limites plásticos e índice de
plasticidad. Por consistencia se entiende el grado de cohesión de las
partículas de un suelo y su resistencia a aquellas fuerzas exteriores que
tienden a deformar o destruir su estructura.
EQUIPOS UTILIZADOS
1.
2.
3.
4.
5.
Balanza eléctrica
Horno eléctrico
Placa de vidrio
Espátula
Pipeta
PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO DE LIMITE PLASTICO
1. Se trabaja con el material preparado para el límite liquido se toma
aproximadamente 30gr de la muestra.
2. Se amasa en una placa de vidrio, haciendo un rollito con las medidas
de 7cm de largo y 3mm de diámetro, uno de los asistentes del
laboratorio nos indicó que mientras el diámetro sea mejor es mejor.
3. El rollito se hizo manualmente con ayuda de una espátula y una
pipeta.
4. Luego de que se hizo el rollito de 7cm de largo y 3mm de diámetro,
se introduce en una tara, lo cual se pesa antes de meter el rollito de
la muestra de limite plástico.
5. Seguidamente se pesa la muestra y es introducida al horno.
6. Pasado 24hrs se procede a sacar la muestra y pesarla nuevamente.
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PANEL FOTOGRAFICO DEL LIMITES
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LIMITE DE PLASTICO
Muestra
Recipiente
Peso del Recipiente
Peso Recipiente + Suelo
Humedo
Peso Recipiente + Suelo
Seco
Peso de Agua
Peso Suelo Seco
LIMITE DE PLASTICO
Muestra
N°
N°
(g)
(g)
(g)
(g)
(g)
N°
Recipiente
N°
Peso del Recipiente
(g)
Peso Recipiente + Suelo
Humedo
(g)
Peso Recipiente + Suelo
Seco
(g)
Peso de Agua
(g)
Peso Suelo Seco
(g)
LIMITE LIQUIDO
Muestra
N°
Golpes
N°
Recipiente
N°
Peso Recipiente
(g)
Peso Recipiente + Suelo
Humedo
(g)
Peso Recipiente + Suelo
Seco
(g)
Peso de Agua
Peso Suelo Seco
MECÁNICA DE SUELOS I
1
2
1( 2 )
22.34
3
1( 3 )
22.96
28.07
30.94
28.26
1.02
5.1
27.38
10.79
4.94
29.64
1.3
6068
1
2
2
3
1(
1) 3( 1 )
30.35
3( 2 )
17.53
3( 3 )
29.53
36.14
22.09
35.21
35.25
10.99
0.89
21.24
0.85
3.071
34.23
0.98
14.7
1
1( 1)
23.16
29.28
1
26
1( 1 )
5.3
1
2
22
1( 2 )
5.27
3
18
1( 3 )
5.26
26.67
26.1
25.71
22.39
4.28
17.09
22.02
4.08
16.75
21.58
4.13
16.32
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LIMITE LIQUIDO
Muestra
Golpes
N°
N°
Recipiente
N°
Peso Recipiente
(g)
Peso Recipiente + Suelo
Humedo
(g)
Peso Recipiente + Suelo
Seco
(g)
Peso de Agua
Peso Suelo Seco
LIMITE NATURAL
Muestra
N°
Recipiente
N°
Peso del Recipiente
(g)
Peso Recipiente + Suelo
Humedo
(g)
Peso Recipiente + Suelo
Seco
(g)
Peso de Agua
(g)
Peso Suelo Seco
(g)
%
PROMEDIO
LIMITE NATURAL
Muestra
N°
Recipiente
N°
Peso del Recipiente
(g)
Peso Recipiente + Suelo
Humedo
(g)
Peso Recipiente + Suelo
Seco
(g)
Peso de Agua
(g)
Peso Suelo Seco
(g)
%
PROMEDIO
MECÁNICA DE SUELOS I
1(
1
)
1
21
2
2
20
3
13
3( 1 )
5.21
3( 2 )
5.25
3( 3 )
5.22
26.75
22.57
19.88
22.62
4.13
17.41
19.28
3.29
14.03
17.02
2.86
11.8
1
1( 1)
191.5
600
1
1
1( 2 )
167.7
600
590
10
398.5
2.5
%=
591.3
8.7
423.6
2.05
2.275
3
3( 1 )
144.6
3
3
3( 2 )
143.5
744.6
743.5
733.5
11.1
588.9
1.885
%=
732
11.5
588.5
1.954
1.9195
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ENSAYO DE GRAVEDAD ESPECÍFICA
La gravedad específica es la relación del peso de la muestra seca entre el peso
del agua que ocupa el mismo volumen del suelo.
Gs =
ws
x K
ws + w2 − w3
Donde:
ws :
Peso de la muestra seca.
w2 : Peso de frasco mas agua.
w3 :
Peso de frasco mas peso seco mas peso de agua.
K :
Factor de corrección por temperatura.
Para el valor de K se usa una tabla de corrección para compensar cualquier
temperatura.
Temperatura
en ºC
16
16.5
17
17.5
18
18.5
19
19.5
20
20.5
21
21.5
22
22.5
23
Factor de Corrección
K
1.0007
1.0007
1.0006
1.0005
1.0004
1.0003
1.0002
1.0001
1
0.9999
0.9998
0.9997
0.9996
0.9995
0.9993
Temperatura
en ºC
23.5
24
24.5
25
25.5
26
26.5
27
27.5
28
28.5
29
29.5
30
Factor de Corrección
K
0.9992
0.9991
0.999
0.9988
0.9987
0.9986
0.9984
0.9983
0.9982
0.998
0.9979
0.9977
0.9976
0.9974
La norma GG-07 describe y regula el método para la determinación de la
gravedad específica de los suelos que pasan el tamiz de 4.75 mm (# 4), por
medio de un picnómetro o fiola. Cuando el suelo contenga partículas mayores
de 4.75 mm se seguirá el método de ensayo ASTM C127 para el material
retenido sobre dicho tamiz, y este método será utilizado para el material con
diámetros menores que 4.75 mm.
MECÁNICA DE SUELOS I
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EQUIPO Y MATERIAL UTILIZADO.

Fiola: Recipiente de vidrio de cuello largo y angosto, en el cual tiene una
marca que señala un volumen exacto a una temperatura determinada
que está gravada en el mismo recipiente y generalmente es 20º.

Balanza: para tomar nuestros pesos

Embudo: De tamaño mediano tal que su parte delgada entre en la fiola.

Termómetro: Capaz de medir el rango de temperatura presente en los
líquidos.

Pocillos: De tamaño medio donde se va a pesar la muestra.

Otros: Franela, recipiente.

Agua: Suficiente para llenar la fiola hasta la marca indicada.
PROCEDIMIENTO.
a) Se cuartea la muestra seca adecuadamente y se toma una muestra
representativa de 250gr.
b) Con agua se llena la fiola hasta la marca indicada y con el termómetro
se toma su temperatura; dependiendo de esta se usará un factor de
corrección de la tabla antes indicada en la formula final.
MECÁNICA DE SUELOS I
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c) Pesar y registrar el peso de la fiola más agua.
d) Vaciar un poco del agua destilada de la fiola en un recipiente para que la
muestra de suelo pueda entrar y no se derrame agua.
e) Con el embudo introducir la muestra de 250 gr. En la fiola y luego
colocarla en un recipiente con agua que hervirá en la cocina o estufa con
la finalidad de eliminar los espacios presentes entre las partículas del
suelo. Las partículas que quedan en las paredes de la fiola se hacen
caer inyectando agua con ayuda de la pipeta.
f) Con la franela hacer girar la fiola constantemente sobre una mano para
acomodar las partículas; una vez que los espacios de aire hayan
desaparecido dejar enfriar en agua.
g) Completar en la fiola el nivel de agua destilada que se saco es decir
hasta la marca.
MECÁNICA DE SUELOS I
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h) Pesar y registrar el peso de la fiola mas muestra más agua.
CALCULOS.
Para hallar la gravedad específica del suelo usaremos la fórmula:
Gs =
ws
x K
ws + w2 − w3
ws = 250 gr. (Peso de muestra seca)
w2 = 683.8 gr.
w3 = 839.27 gr.
(Peso de fiola mas agua)
(Peso de fiola mas muestra mas agua)
T
= 21ºC
K
= 0.9998 (Factor de corrección según la tabla)
Remplazando:
𝐆𝐬 = 𝟐. 𝟔𝟒𝟒
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5.0 PERFILES ESTRATIGRÁFICOS
Durante los trabajos de campo se realizaron las descripciones de los materiales
encontrados en las calicatas a cielo abierto, a partir de esta información, así
como la de los perfiles de penetración dinámica y los ensayos de laboratorio,
se obtuvo los perfiles estratigráficos que se muestran a continuación.
MECÁNICA DE SUELOS I
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6.0 DESCRIPCION DE SUELOS EN CAMPO
La identificación visual, es el reconocimiento preliminar del suelo sin necesidad
de empleo de equipos o ensayos de laboratorio. Más tarde, los ensayos de
laboratorio confirmarán y permitirán precisar la información obtenida del
terreno.
Esta identificación es una etapa inicial para el estudio de Mecánica de Suelos,
que permite tomar decisiones y ajustar el programa de investigación. Los
términos básicos para designar a los tipos de suelos son: grava, arena, limo y
arcilla; sin embargo, en la naturaleza los suelos son una mezcla de dos o más
de estos y a veces contienen una cantidad de materia orgánica.
En la calicata realizada se pudo ver a simple vista un solo estrato, pero al
momento de realizar las diferentes pruebas y observaciones en la identificación
visual se encontró tres estratos, los cuales designamos con los siguientes
nombres: Estrato 1, Estrato 2.
Después de observar sus características y con ayuda de la teoría llegamos a
las siguientes conclusiones:
 Estrato 1:
Descripción de suelos
Angularidad:
Describe la angularidad de la arena (solamente de la arena gruesa), grava,
bolones y cantos. Los describe como angular, subangular, sub redondeado o
redondeado.
Forma
Describe la forma de la grava, cantos rodados y boleos como chatas,
alargadas, o chatas y alargadas
Color
Describe el color. El color es una propiedad importante para la identificación de
suelos orgánicos, y dentro de determinada localidad, puede ser útil para la
identificación de materiales de origen geológico similar. Si la muestra contiene
MECÁNICA DE SUELOS I
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estratos o fragmentos de colores variados, esto debe anotarse y se deben
describir todos los colores representativos. El color debe describirse para
muestras húmedas. Si el color representa una condición seca, este hecho se
debe establecer en el reporte.
Olor
Describe si el olor es orgánico o inusual. Los suelos que contienen una
cantidad considerable de material orgánico, usualmente tienen un olor
característico de vegetación descompuesta.
Esto aparece principalmente en muestras frescas, pero si las muestras están
secas, el olor casi siempre podría revivirse exponiendo a temperatura alta la
muestra humedecida. Se debe describir si el olor es inusual (producto derivado
del petróleo, químicos y similares).
Condición de Humedad
Describe la condición de humedad como seca, húmeda o muy húmeda
Consistencia
Para un suelo intacto de grano fino, se describe la consistencia como muy
suave, suave, firme, dura y muy dura. Esta observación es inapropiada para
suelos con cantidad considerable de grava.
Cementación
Describe la cementación de suelos intactos de grano grueso como débil,
moderado o fuerte
MECÁNICA DE SUELOS I
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Estructura
Rango de las partículas
Para componentes de grava y arena, describe la escala del tamaño de las
partículas dentro de cada componente. Por ejemplo, alrededor del 20% de
grava fina a gruesa, alrededor de 40% de arena fina a gruesa.
Tamaño máximo de partícula
Describe el tamaño máximo de la partícula encontrada en la muestra
Dureza
Describe la dureza de la arena gruesa y partículas mayores, se les denomina
dura. Duro significa partículas que no se rajan, fracturan o desintegran bajo el
golpe de un martillo.
De acuerdo a los anteriores cuadros clasificamos este estrato como:
Estrato
Angularidad
Forma
Color
Olor
Condición de humedad
Consistencia
Cementación
Estructura
Estrato2
Sub angular
Chata
Marrón claro
Sin olor
Casi seco
Duro
Moderada
estratificada
10% de finos y 90% de
grava y arena
Rango de partículas
Tamaño
partícula
Dureza
MECÁNICA DE SUELOS I
máximo
de
1 ½”
Duro
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PROCTOR
Se entiende por compactación la aplicación mecánica de cierta energía, o
cantidad de trabajo por unidad de volumen, para lograr una reducción de los
espacios entre las partículas sólidas de un suelo, con el objeto de mejorar sus
características mecánicas. Al obtenerse un mejor acomodo de las partículas
sólidas y la expulsión de aire que contiene el suelo, se produce un aumento de
su peso volumétrico o específico.
Si a un suelo cuya humedad es baja se le van dando ciertos incrementos a su
contenido de agua y se le aplica cada vez la misma energía de compactación,
su peso volumétrico va aumentando, propiciado por la acción lubricante del
agua, hasta que llega un momento en el que el peso volumétrico del material
seco, calculado a partir del peso volumétrico del material húmedo y de la
humedad, alcanza un valor máximo.
Al contenido de agua con el que se obtiene el mejor acomodo de partículas y el
mayor peso volumétrico o especifico del material seco, para una determinada
energía de compactación, se le denomina humedad óptima y al peso
volumétrico correspondiente se le designa como peso volumétrico o peso
específico seco máximo.
Objetivo
Determinar el peso volumétrico seco máximo(dmáx) y la humedad óptima del
suelo en estudio(Wópt)
NORMA
Norma AASHTO T-99-70
Norma ASTM D-698-70 y D-1557-70
MATERIALES
Muestra de suelo natural seco.
Agua
EQUIPO
-
Compactador
-
Tara
-
Molde
de
compactación
proctor modificado
-
Horno
-
Balanza con aproximación a
0.1 gr.
-
Probeta con capacidad de
100 ml.
-
Pisón de un peso de 2.5 Kg.
-
Charola
rectangular
40X60 cms.
MECÁNICA DE SUELOS I
de
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-
Malla No. ¾”
-
Regla o solera para enrasar
-
Vaso de aluminio
-
Brocha
-
Estopa
molde
-
Guantes de seguridad
-
Cucharón
para
limpieza
MECÁNICA DE SUELOS I
del
PÁGINA 36
PROCEDIMIENTO
1. Para el presente laboratorio se ha extraído una muestra de suelo natural, y se
ha secado al sol, para seleccionar la muestra representativa se ha mezclado el
suelo homogéneamente, luego se ha formado un cono y emparejado con una
regla y se ha divido en cuatro partes, del cual se ha tomado una de las partes
como muestra representativa, quedando el suelo listo para la realización de la
practica.
2. La muestra de suelo representativa se ha tamizado con la malla N° ¾” una
cantidad de 6,000 gr, para cada ensayo.
3. A la muestra de suelo pesada le agregamos agua, para empezar agregamos un
3% del peso del la muestra de suelo = 180gr o 180ml, homogenizamos la
humedad y llenamos el molde, compactándolo en 3 capas aproximadamente
iguales, dándole 25 golpes a cada una de estas. Después de que se haya
compactado en suelo, la última capa no debe salir del molde mas de 2.5 cms.
4. Se enrasa el molde y se pesa, registrándolo como: Peso del molde + suelo
húmedo.
5. Tomamos aproximadamente 500 gr de la muestra húmeda, es llevada al horno
en taras pa obtener el peso seco, esto se repetirá para todas las muestras a
ensayar.
6. Se toma otra muestra de suelo de 6,000gr y le hace el incremento de agua
recomendado, que es de un 2% + con respecto al peso inicial de la muestra (6,000
grs.); por lo que la cantidad de agua a agregar para el segundo ensayo es el 5%:
Cantidad de agua = 6,000 X 0.05 = 300 grs. de agua ó 300ml.
7. Se distribuye la humedad en forma homogénea y se repite la compactación
como se describió anteriormente.
8. Es recomendable que esta prueba se logre en un mínimo de 4 ensayes y un
máximo de 6, con el fin que se logre definir la parábola de forma completa, en
nuestro caso se realizó 4 ensayos incrementándose para cada ensayo como se
mencionó anteriormente el 2%, asi comenzamos con el 3% y la ultima muestra se
trabajo con 9%, la cual ya estaba en caída.
9. Se obtienen los datos y se realiza cálculos respectivos.
10. Se grafican de la siguiente forma:
MECANICA DE SUELOS
Página 37
En el eje de las abscisas se indican los contenidos de agua en % y en el eje de las
ordenadas los pesos volumétricos secos.
11. En el punto más alto de la parábola, con la horizontal se obtiene el peso
volumétrico seco máximo (dmáx) y con la vertical se obtiene la humedad óptima
(W ópt)
RESULTADOS
Después de los cálculos realizados después de todo el proceso de laboratorio se
ha determinado lo siguiente:
Densidad máxima: 2.147 gr/cm3
Humedad optima: 7%
TIPO PROCTOR
Standard
VOLUMEN
2123.06
1
2
3
4
METODO DE COMPACTACION
C
C
C
C
PESO
SUELO
MOLDE
10943.2
11141.7
11327.4
11305.1
6450.3
6450.3
6450.3
6450.3
4492.9
4691.4
4877.1
4854.8
2.116
2.210
2.297
2.287
PESO SUELO HUMEDO + TARA
6729.60
6700.00
6969.60
6940.00
PESO SUELO SECO + TARA
6549.60
6400.00
6549.60
6400.00
TARA
549.60
400.00
549.60
400.00
PESO DE AGUA
180.00
300.00
420.00
540.00
PESO
SECO
6000
6000
6000
6000
CONTENIDO DE AGUA(%)
3.00
5.00
7.00
9.00
PESO VOLUMETRICO SECO(gr/cm3)
2.055
2.105
2.147
2.098
+
PESO MOLDE
PESO
SUELO
COMPACTADO
HUMEDO
PESO VOLUMETRICO HUMEDO
RECIPIENTE Nº
DE
SUELO
MECANICA DE SUELOS
Página 38
2.150
2.140
2.130
2.120
DENSIDAD SECA gr/cm3
2.110
2.100
2.090
2.080
2.070
2.060
2.050
2.040
2.030
2.020
2.010
2.000
1.990
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
8.00
9.00
10.00
11.00
12.00
% HUMEDAD
CONCLUCIONES:

Se considera que una buena granulometría es aquella que está constituida
por partículas de todos los tamaños, de tal manera que los vacíos dejados
por las de mayor tamaño sean ocupados por otras de menor tamaño y así
sucesivamente.

Las curvas granulométricas dadas en nuestro laboratorio tienden a
semejarse a las curvas granulométricas recomendadas por la Norma
Técnica peruana, la cual establece unos límites para las partículas tanto
fino como grueso.

Con esta práctica nosotros podemos identificar si un suelo tiene una
fracción granular gruesa o una fracción fina

El método del tamizado es relativamente fácil para realizar la clasificación
de nuestro suelo
MECANICA DE SUELOS
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
La muestra de suelo usada tiene que estar completamente seca para
empezar el ensayo, si la muestra esta húmeda hacerla secar en el horno a
110 ºC de 16 a 24 horas.

Con un buen desarrollo del proceso en el ensayo se determinó con éxito la
gravedad específica del suelo y/o de la muestra obtenida.

Se ha realizado el ensayo de compactación Proctor de acuerdo a los
procedimientos señalados en las normas de mecánica de suelos.
MECANICA DE SUELOS
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