Apuntes-de-Mecanica-de-Suelos-i-Uaeh

MECÁNICA DE SUELOS I
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL ESTADO DE HIDALGO
INSTITUTO DE CIENCIAS BASICAS E INGENIERÍA
INGENIERÍA CIVIL
MECÁNICA DE SUELOS I
APUNTES
DR. FRANCISCO JAVIER OLGIUN COCA
1
MECÁNICA DE SUELOS I
CONTENIDO DEL CURSO
UNIDAD
TEMAS
SUBTEMAS
I
Introducción a la
Mecánica de Suelos
1.1 Origen y formación de suelos
1.2 Factores geológicos que influyen en las propiedades
de los suelos.
1.3 Características y estructuración de los suelos.
1.3.1 Tipos de estructuras de las arcillas.
a) Simple
b) Panaloide
c) Floculenta
d) Compuesta
e) Castillo de naipe
f) Dispersa
1.4 Clasificación de las arcillas, en base a su estabilidad.
1.4.1 Arcillas caolinitas
1.4.2 Arcillas ilitas
1..4.3 Arcillas motmorilonitas.
II
Exploración y muestreo
2.1 Métodos de sondeos.
2.1.1 Métodos de sondeos preliminares.
2.1.2 Métodos de sondeos definitivos.
2.1.3.Métodos geofísicos.
2.2 Sondeos preliminares.
2.2.1 Pozo a cielo abierto con muestreo alterado e
inalterado.
2.2.2 perforación con posteadora y barrenos.
2.2.3 Método de lavado..
2.2.4 Penetración estándar.
2.2.5 Penetración cónica.
2.3. Sondeos definitivos.
2.3.1 Pozo a cielo abierto con muestreo alterado. E
inalterado.
2.3.2. Sondeo de tubo con pared delgada.
2.3.3 Perforación rotatoria para rocas.
2.4. Métodos geofísicos.
2.4.1 Método sísmico.
2.4.2. Método de resistividad eléctrica.
III
Relaciones volumétricas
y gravimétricas.
3.1. Fases de un suelo.
3.1.1 Fase sólida
3.1.2 Fase líquida.
3.1.3 Fase gaseosa.
3.2 relaciones fundamentales de las propiedades
mecánicas de los suelos.
3.2.1 Relación de vacíos.
3.2.2 Porosidad.
3.2.3 Grado de saturación.
3.2.4 Contenido de agua.
3.3. Formulas para determinar relaciones volumétricas y
gravimétricas de suelos saturados y parcialmente
saturados.
3.4 Determinación en el laboratorio del peso especifico
relativo de sólidos.
DR. FRANCISCO JAVIER OLGIUN COCA
2
MECÁNICA DE SUELOS I
IV
Granulometría
V
Plasticidad
VI
Clasificación e
identificación de suelos.
6.1. Sistemas de clasificación de suelos.
6.2 Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS).
6.3. Sistema AASHTO.
VII
Propiedades hidráulicas
de los suelos.
7.1. Flujo laminar y turbulento.
7.2. Ley de Darcy y coeficiente de permeabilidad.
7.3. Métodos para medir el coeficiente de permeabilidad.
7.3.1. Métodos directos.
a) Permeámetro de carga constante.
b) Permeámetro de carga variable.
7.3.2. Métodos indirectos.
a) A partir del análisis granulométrico.
7.4 Factores que influyen en la permeabilidad de los
suelos.
7.4.1. Relación de vacíos.
7.4.2. Temperatura.
7.4.3. Estructura y estratificación.
7.4.4. existencia de agujeros y fisuras.
VIII
Consolidación.
8.1.Distribución de presiones, efectivas, neutras y totales.
8.2. Teoría de consolidación (analogía mecánica de
Terzagui).
8.3. Prueba de consolidación unidimensional.
8.4. Factores que influyen en el tiempo de consolidación.
8.5. Determinación del 0%, 50% y 100% de consolidación
primaria en una curva de consolidación, aplicando el
método del Dr. Casagrande.
8.6. Determinación de la carga de preconsolidación en una
curva de compresibilidad, aplicando el método del Dr.
Casagrande.
8.7. Consolidación primaria en un estrato arcilloso y
determinación de los coeficientes de compresibilidad,
variación volumétrica unitaria, consolidación,
permeabilidad y factor tiempo, necesarios para el análisis
de asentamientos.
IX
Resistencia al esfuezo
cortante.
9.1. Estados de esfuerzos y deformaciones planas.
9.2. Circulo de Mohr.
9.3. Relaciones de esfuerzos principales.
9.4. Pruebas de laboratorio para determinar la resistencia
al esfuerzo cortante.
9.5.1. prueba de compresión simple.
9.5.2. Prueba de corte directo.
DR. FRANCISCO JAVIER OLGIUN COCA
4.1. Análisis granulométrico mecánico.
4.2. Determinación de los coeficientes de uniformidad y de
curvatura.
4.3 Análisis de sedimentación, método del hidrómetro.
5.1. Estados y límites de consistencia de los suelos.
5.2. Determinación en el laboratorio de los límites de
consistencia.
5.2.1. Límite líquido.
5.2.2. Límite plástico.
5.2.3. límite de contracción.
5.3 Carta de plasticidad de los suelos.
3
MECÁNICA DE SUELOS I
X
Mejoramiento mecánico
de los suelos.
DR. FRANCISCO JAVIER OLGIUN COCA
9.5.3. Prueba UU (no consolidad, no drenada)
9.5.4. Prueba CU (Consolidada, no drenada)
9.5.5. Prueba CD (consolidada, drenada)
9.5. Pruebas de campo para determinar la resistencia al
esfuerzo cortante.
9.6.1. Prueba de la veleta.
9.6.2. Prueba con torquímetro.
9.6.3. Prueba con penetrómetro.
9.7. Resistencia al esfuerzo cortante en suelos
friccionantes
9.7.1 Relación de vacíos crítica y licuación de arenas.
10.1. Determinación de pozos volumétricos para de
campo, para los métodos de:
10.1.1. Cono de arena.
10.1.2. Balón de densidad.
10.1.3. Empleando aceite.
10.2. Pruebas de compactación en el laboratorio.
10.2.1. Prueba AASHTO estándar.
10.2.2. Prueba AASHTO modificada.
10.2.3. Prueba Porter.
10.3. Factores que intervienen en el proceso de
compactación.
10.3.1. Contenido de agua.
10.3.2. Energía de compactación.
10.3.3. La recompactación.
10.3.4. La temperatura.
10.3.5. La velocidad de recompactación.
4
MECÁNICA DE SUELOS I
INTRODUCCIÓN.
Karl Terzagui, reconocido universalmente como el Padre de la Mecánica de
Suelos, nació en Praga el 2 de octubre de 1883, y murió el 25 de octubre de
1963, en Winchester Massachussets. Su carrera profesional la dedico a la
búsqueda del método racional, para bordar los problemas de la ingeniería de
suelos y cimentaciones . Sus esfuerzos se vieron coronados, con la publicación en
1925, de su famoso libro Erdbaumechanik, la cual se considera en la actualidad
como el nacimiento de la Mecánica de Suelos.
En su trabajo práctico, el Ingeniero Civil, enfrenta diferentes problemas en los
terrenos, sobre los cuales tiene la necesidad de construir estructuras. Por ello, en
estos apuntes, se intenta enunciar en forma clara los principios fundamentales de
las propiedades mecánicas de los suelos, como una forma teórica, la cual se
complementa con pruebas de laboratorio, que en su conjunto serán una
herramienta en la introducción a la Mecánica de Suelos para los alumnos de la
carrera de Ingeniería civil.
Estos apuntes, se deben de considerar como tal, como las notas que debe escribir
un alumno que cursa la materia de Mecánica de Suelos I. En cada uno de los
temas se realizó un resumen, de tal manera que los apuntes tengan un alcance
muy limitativo, con respecto al conocimiento de la Mecánica de Suelos como
ciencia. Ya que únicamente abarca los fundamentos mas importantes de esta
ciencia y con el intento de emplear un nivel descriptivo que sea de fácil
comprensión para el alumno.
El contenido del curso, esta basado en el programa de la materia, autorizado en la
curricula de la institución, sin embargo se han realizado algunos cambios con
fundamento en la aplicación práctica de la Mecánica de Suelos.
DR. FRANCISCO JAVIER OLGIUN COCA
5
MECÁNICA DE SUELOS I
UNIDAD I
INTRODUCCIÓN A LA MECÁNICA DE SUELOS.
1.1 Origen y formación de suelos
Los suelos son producidos por el intemperismo y la erosión de las rocas, los
cuales pueden ser residuales o transportados, los primeros, son aquellos que se
localizan junto a la roca que le dio origen y los transportados, se consideran
aquellos que son localizados lejos de las rocas que le dan origen, siendo el medio
de transporte: el agua, el viento, los glaciares, los animales o la gravedad.
Los suelos por consecuencia son agregados pétreos que tienen una composición
mineral idéntica a la roca que le dio origen, con la diferencia de que los suelos son
partículas con un tamaño máximo de tres pulgadas (7.5 cm). Las partículas con
tamaño mayor se consideran fragmentos de roca como se identifica en la siguiente
tabla
TAMAÑO
Mayores de 2.0 mts.
DENOMINACIÓN
Macizo rocoso
De 70.0 cm a 2.0 mts.
Fragmentos grandes de roca.
De 20.0 cm a 70.0 cm
Fragmentos medianos de roca
.
Fragmentos chicos de roca
De 3” a 20.0 cm.
No. 4 a 3”
Suelos gruesos (Grava).
No. 200 a No.4
Suelos gruesos (Arenas)
Pasa la malla No. 200
Suelos finos
1.2. Factores geológicos que influyen en las propiedades de los
suelos
Naturaleza de la formación del suelo.
El globo terrestre, esta formado en su parte interna por una núcleo, el cual esta
constituido por compuestos predominantes de hierro y níquel, un magma fluido
rodea al núcleo y envolviendo al magma, se encuentra la corteza terrestre,
formada sobre todo por silicatos, esta capa tiene un espesor de 30 a 40
DR. FRANCISCO JAVIER OLGIUN COCA
6
MECÁNICA DE SUELOS I
kilómetros, en las plataformas continentales esta constituida por grandes masas
heterogéneas con depresiones ocupadas por los mares y océanos.
Sobre yaciendo a la corteza terrestre, existe una pequeña capa, formada por la
desintegración y descomposición de los últimos niveles; esta pequeña capa del
planeta es el suelo, del cual se trata a Mecánica de Suelos.
El suelo es un conjunto de partículas orgánicas e inorgánicas, con una
organización definida y propiedades que varían vectorialmente. En la dirección
vertical, las propiedades varían mucho mas rápido que en el sentido horizontal.
Existen diferentes definiciones de suelo, según sea la utilidad del mismo, por
ejemplo, para los agrónomos tiene un significado, para los geólogos tiene otro
significado, pero para fines de la Mecánica de Suelos, diremos que “Suelo”, es
todo tipo de material terroso que tiene un tamaño menor a tres pulgadas.
La corteza terrestre, es atacada principalmente por el aire y el agua, todos los
mecanismos de ataque pueden incluirse en dos grupos ; desintegración física y
descomposición química.
La desintegración mecánica, se refiere la intemperización de las rocas por agentes
físicos, tales como cambios periódicos de temperatura, acción de congelación del
agua en juntas y grietas de las rocas, efectos de organismos, plantas, etc. Por
estos fenómenos, las rocas llegan a formar arenas, limos y solo en casos
especiales arcillas.
La descomposición química, es la acción de agentes que atacan a las rocas
modificando su composición mineralógica o química. El agente mas importante, es
desde luego el agua y los mecanismos de ataque mas importantes son: la
oxidación, la hidratación, la carbonatación y efectos químicos de la vegetación.
Estos mecanismos generalmente producen arcillas como producto último de
descomposición.
Los suelos deben su origen a una variedad de causas que excede todo poder de
descripción detallada. El resultado de estas causas, es una inmensa diversidad de
suelos resultantes.
De acuerdo al lugar de origen de los suelos, estos se clasifican en suelos
residuales y suelos transportados.
Los suelos residuales, son aquellos que se localizan en el lugar directamente
sobre la roca de la cual se derivan.
Los suelos transportados, son removidos del lugar de formación, por los mismos
agentes geológicos y redepositarlos en otra zona, existiendo en la naturaleza
numerosos agentes de transporte, como los glaciares, el viento, los ríos, corrientes
de agua superficial, los mares y las fuerzas de gravedad. En general un suelo
transportado, queda descrito por un perfil estratigráfico, que resalta la secuencia
de su colocación y el espesor de sus estratos.
DR. FRANCISCO JAVIER OLGIUN COCA
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MECÁNICA DE SUELOS I
Deformación del suelo.
El suelo como sistema de partículas.
Si examinamos un puñado de arena de playa, se advierte a simple vista que el
suelo se compone de granos independientes, lo mismo sucede en todos los
suelos, aunque muchas partículas son tan pequeñas que se requiere de técnicas
microscópicas para distinguirlas.
Un recipiente lleno de suelo seco junto con un pistón, con el cual se le aplicará
una carga vertical, aumentando la escala de esta sección, hasta poder ver las
partículas indivisibles, podemos imaginar la carga transmitida a través del suelo
que genera fuerzas de contacto sobre las partículas del suelo, las cuales se
pueden descomponer en normales N y tangenciales T a la superficie de contacto.
Las partículas individuales, se deforman como resultado de estas fuerzas de
contacto, pudiendo ser esta deformación del tipo elástica o plástica (dependiendo
de su naturaleza mineralógica), la fractura y la deformación, en ciertos casos
puede ser importante. Estas deformaciones producen un aumento en el área de
contacto entre partículas, permitiendo así la aproximación de los centros de
gravedad de las partículas, en el caso de partículas de forma alargada (lajeada),
se produce una flexión y un desplazamiento en las partículas adyacentes, por lo
tanto la deformación general de la masa del suelo es en parte el resultado de las
deformaciones individuales.
Transmisión de fuerzas a través del suelo
DR. FRANCISCO JAVIER OLGIUN COCA
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MECÁNICA DE SUELOS I
Causas del movimiento rotativo entre partículas del suelo
En suelos granulares, la deformación es producida por el aplastamiento de
partículas, por la deflexión de las mismas y por el movimiento relativo entre ellas
(acomodo), por lo que no existe una deformación total y por lo tanto no se puede
hablar de una relación de esfuerzo deformación, por eso los suelos granulares
compactos, reducen sus espacios para disminuir el desplazamiento y flexión de
sus partículas.
Comportamiento de la fase intersticial
Interacción química.
Los espacios que quedan entre las partículas de un suelo, se denominan vacíos,
huecos, poros, o intersticios, estos suelen estar ocupados por aire o por agua
(con o sin materiales disueltos), así pues el suelo es un sistema formado por una
face mineral, denominada esqueleto mineral, mas una fase fluida o fluido
intersticial. Dicho fluido influye al deslizamiento entre dos partículas, según la
DR. FRANCISCO JAVIER OLGIUN COCA
9
MECÁNICA DE SUELOS I
naturaleza química de los minerales que formen las partículas del suelo. En
partículas muy pequeñas al aplicar una carga se juntan las partículas por la
disminución de la face intersticial, encontrando una nueva causa que influye en la
deformación total y a esta interacción entre fases, se le denomina interacción
química.
Partículas de líquido rodeando partículas de suelo
Interacción física.
Volvamos al recipiente con suelo, pero ahora sus espacios están ocupados
totalmente por agua, es lo que se denomina un suelo saturado.
En primer lugar, supongamos que la presión del agua es hidrostática, es decir que
la presión en los poros en cualquier punto, es igual al peso específico del agua,
por la profundidad del punto considerado bajo la superficie del agua, en este caso,
no habrá circulación o flujo del agua.
DR. FRANCISCO JAVIER OLGIUN COCA
10
MECÁNICA DE SUELOS I
Interacción física, entre las fases mineral e intersticial, a). hidrostático, el
agua no circula, b). Pequeño flujo de agua, c). sifonamiento o ebullición.
Suponiendo ahora, que aumenta la presión del agua, mientras el nivel del
recipiente se mantiene constante por medio de un rebosadero, en este caso
existirá un flujo constante de agua y el caudal del líquido que fluya, estará en
función de la sobrepresión aplicada al fondo del recipiente, generando una
propiedad en el suelo denominada como permeabilidad.
Si la subpresión del agua aumenta, se alcanzará una presión para la cual la arena
hierve bajo el flujo ascencional del agua, se dice que ha alcanzado el estado de
ebullición o sifonamiento, evidentemente a existido una interacción física entre
el esqueleto mineral y el agua intersticial.
DR. FRANCISCO JAVIER OLGIUN COCA
11
MECÁNICA DE SUELOS I
El agua puede circular a través del suelo, ejerciendo un efecto sobre el esqueleto
mineral que modifica la magnitud de las fuerzas en los puntos de contacto entre
partículas e influye sobre la resistencia del suelo a la compresión y al esfuerzo
cortante.
SUELOS GRUESOS
Propiedades de los suelos gruesos.
Los suelos gruesos definen su resistencia al esfuerzo cortante en función de dos
propiedades, las cuales se consideran las mas importantes y las cuales son la
Orientación de las Partículas y la Composición Granulométrica.
1.- Composición Granulométrica.
La sucesión de tamaños que presentan los suelos gruesos es de vital importancia
para definir el comportamiento de los mismos, esto se refiere a la cantidad de
tamaños de sus partículas que lo componen. Un material que contiene una
cantidad igual en todos sus tamaños, se dice que tiene una buena composición
granulométrica, y por consecuencia una mejor resistencia al cortante.
Por otro lado, un suelo grueso que presenta una cantidad mucho mayor de un solo
tamaño de partículas o de la carencia de otros tamaños, se dice que presenta una
mala composición granulométrica, y una mala resistencia al cortante.
Para que los materiales pétreos sean considerados con una buena composición
granulométrica, se rrquiere que su curva granulométrica quede comprendida
dentro de los límites establecidos en las zonas de especificación general, para
cada uno de los materiales en particular.
2.- Orientación de las particulas.
Un suelo grueso debe tener una buena orientación de sun particulas para tener
una buena resistencia al esfuerzo cortante.
Cuando las particulas de un suelo grueso presentan angulos en su perimetro, se
dice que entre mas angúlos forme en su periferia, mejor orientación tiene la
particula. Por el contrario se dice que la partícula de un suelo entre mas
redondeada este presenta una peor orientación de sus particulas.
Partícula de un agregado que forma varios ángulos en su periferia y con una
buena orientación de sus partículas.( Esta propiedad la genera el tratamiento de
trituración de los agregados)
DR. FRANCISCO JAVIER OLGIUN COCA
12
MECÁNICA DE SUELOS I
Comparación entre partícula triturada y redondeada
SUELOS FINOS
1.3 Características y estructuración de los suelos.
Minerales constitutivos de los suelos gruesos.
Un mineral, es una sustancia inorgánica y natural, que tiene una estructura interna
característica determinada por un cierto arreglo específico de sus átomos e iones.
Sus propiedades físicas para identificarlos, son el color, el lustre, la tonalidad de
sus raspaduras, la forma de cristalización, la dureza, la forma de su fractura y
disposición de sus planos crucero, la tenacidad, la capacidad para permitir los
rallos de luz y la densidad relativa.
En los suelos formados por partículas gruesas, los minerales predominantes son:
 Silicatos
 Feldespatos de potasio, sodio o calcio.
 Micas.
 Olivino.
 Serpentina.
 Etc.
Óxidos, cuyos exponentes son:
 El cuarzo (SiO2).
 La limonita.
 La magnetita.
 El corindon.
Carbonatos, entre los que destacan:
 La calcita
 La dolomita.
Y sulfatos, cuyos principales representantes son:
 La anhidrita.
 El yeso.
Minerales constitutivos de las arcillas.
Los silicatos, se encuentran en las rocas ígneas y metamórficas y los agentes de
descomposición química dan origen a las arcillas.
DR. FRANCISCO JAVIER OLGIUN COCA
13
MECÁNICA DE SUELOS I
La constitución mineralógica de las arcillas, influye en forma directa sobre su
comportamiento mecánico, estas están constituidas en su mayoría por silicatos
de aluminio hidratados, presentando además, en algunas ocasiones, silicatos
de magnesio, hierro u otros metales también hidratados Estos minerales
tienen casi siempre una estructura cristalina definida, cuyos átomos se disponen
en laminas. Existiendo dos variedades de tales láminas: la sílica y la alumínica.
La sílica, esta formada por un átomo de silicio, rodeado de cuatro de oxigeno,
disponiéndose en forma de tetraedro, los cuales se agrupan en unidades
hexagonales, sirviendo un átomo de oxigeno entre cada dos tetraedros
Esquema de una estructura de lamina sílica
PROPIEDADES DE LOS MINERALES
SUBDIVISIÓN
QUIMICA
NOMBRE
COLOR
DUREZA
FRACTURA
Y
TENACIDAD
BRILLO
RAYA
FORMA
CRISTALINA
PESO
ESPECIFICO
CLORITA
VERDE
2 -2.5
NO ELÁSTICA,
LAMINAR
PERLADO
VERDE
PÁLIDA A
BLANCA
MONOCLINICA
2.7
6
DESIGUAL,
QUEBRADIZO
VITREO CON
EXFOLIACIÓN
PERLADA
BLANCA
MONOCLINICA O
TRICLINICA
2.54 A 2.76
1.5 - 2
REQUIEREN
MICROSCOPIO
PARA SU
IDENTIFICACIÓN
2–3
FLEXIBLES ,
ELASTICAS
FELDESPATO
CAOLINITA
MICAS
SILICATOS
INCOLORO O
BLANCO,
ROJIZO,
AMARILLENTO
(SI ES IMPURO)
BLANCO,
TONOS DE
AMARILLOA
PARDO
BLANCO
(MOSCOBITA),
NEGRO
(BIOLITA),
COLORACIONES
IMPURAS
6.5 – 7
OLIVINA
MONOCLÑINICA
VITREO
VITREO
APERLADO
PIROXENOS
BLANCO,
VERDE, NEGRO
5–7
QUEBRADIZOS
TALCO
BLANCO A
BLANCO
VERDOSO
1BLANDO,
TACTO
UNTUOSO
COMO
JABON
PLATEADO A
GRASO
VITREO A
APERLADO
SERPENTINA
VERDOSO EN
VARIOS TONOS
2–5
A MENUDO
FIBROSA A
COMPACTA.
LAMINAR
GRASO
COMPACTO
ZEOLITAS
DR. FRANCISCO JAVIER OLGIUN COCA
2.5 – 5.5
VITREO
14
MONOCLINICA A
MENUDO COMO
TABLILLAS
APLASTADAS DE 6
LADOS
VITREO O
SEDOSO
2.76 – 3.2
ES COMUN EN LAS ROCAS OBSCURAS
BLANCA A
MONOCLINICA
3.2 – 3.6
GRIS VERDE
BLANCA A
BLANCA
DERDOSA
MONOCLINICA
INCOLORA A
BLANCA
MONOCLINICA
2.7 – 2.8
MONOCLINICA
2.2 – 2.7
2.0 A 2.4
MECÁNICA DE SUELOS I
CORINDON
TONALIDADES
DE GRIS A AZUL
9
QUEBRADIZO A
TENAZ
HEMATITES
GRIS A NEGRO
5.5 – 6.5
LAMINAR
ILMENITA
OXIDOS
LIMONITA
ROJIZO A
NEGRO
PARDUSCO
PARDO A
PARDO
AMARILLENTO
5–6
5.5 – 6
MAGNETITA
GRIS OSCURO
A NEGRO
5.5 – 6.5
CUARZO
BLANCO, GRIS,
NEGRO, ROSA
7
CALCITA
INCOLORO O
BLANCO, PERO
PUEDE ESTAR
MANCHADO
3
DOLOMÍA
BLANCO A
MULTICOLOR
3.5 – 4
ANHIDRITA
BLANCO PERO
AVECES
MANCHADO
3 – 3.5
YESO
INCOLORO A
BLANCO,
PUEDE TEÑIRSE
DE VARIOS
COLORES
CARBONATOS
SULFATOS
CONCOIDEA
QUEBRADIZA
QUEBRADIZA
EXFOLIACIÓN
POBRE
CONCOIDEA,
DESIGUAL,
ASTILLOSA,
QUEBRADIZO A
TENAZ
DIAMANTINO,
VITREO A
APAGADO Y
GRASO
METALICO
APAGADO
ROJA
HEXAGONAL
ROMBOÉDRICA
5.2
SUBMETALICO
HEXAGONAL
4.5 - 5
APAGADO A
SUBMETÁLICO
PARDO
AMARILLENTA
AMORFA, MASAS
TERROSAS
3.6 – 4
ISOMETRICA
5.2
BLANCA
HEXAGONAL
2.65
INCOLORA O
BLANCA
ROMBOHEDRICA
2.71
METÁLICO
ACEITOSO A
VITREO
PERLADO,
VITREO
APAGADO –
COMPACTO
VITREO,
BLANCO
APERLADO,
FIBROSO
SATINADO.
APAGADO
COMPACTO
1.5 – 2
4
NEGRA A
ROJA
PARDOSCA
VITREO Y
APAGADO SI
ES
COMPACTO
VITREO A A
PERLADO
APAGADO
HOJOSO,
CONCOIDEA
HEXAGONAL
ROMBOÉDRICA
(RARA EN FORMA
DE CRISTAL)
MAS
FRECUENTEMENTE
DE GRANULAR A
MASAS
COMPACTAS
MONOCLINICA
Dureza.
La dureza de un mineral se expresa por el número, que le corresponde por la
comparación con la escala de Mohs.
TALCO
YESO
CALCITA
FLUORITA
APATITO
ORTOSA
CUARZO
TOPACIO
CORINDON
DIAMANTE
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
ESCALA MOHS DE DUREZA
Marca los tejidos
Puede ser arañado por la uña.
Puede ser rayado por una moneda de cobre.
Puede ser rayado por una navaja.
Araña los cristales de una ventana.
No se deja rayar por una lima de acero.
Raya la mayor parte de los metales, pero no al diamante.
Raya cualquier material pero no al diamante.
Crucero.
Si un mineral se golpea con un objeto agudo, se rompe a lo largo de un
determinado plano (plano crucero), el cual es paralelo a la cara del cristal, por lo
general la cara del crucero constituye una superficie perfectamente lisa que
parece estar pulida. Algunos minerales ofrecen lo que se llama crucero duro o
difícil, el cual solo se puede determinar con la ayuda de un microscopio.
Fractura.
La fractura de un mineral, se puede lograr mediante un golpe seco, los tipos de
fractura, se denominan:
Concoidal:- Semejante a una superficie suave, c{oncava o convexa.
Desigual.- Superficie áspera irregular, con salientes angulosas y redondeadas.
Astilloza.- Forma astillas en su superficie.
DR. FRANCISCO JAVIER OLGIUN COCA
15
2.8 – 2.9
2.95
2.32
MECÁNICA DE SUELOS I
Mellada.- Superficie irregular, que asemeja la extremidad de una varilla de acero
rota por compresión.
Tenacidad.
La tenacidad, es la capacidad que presenta un mineral, para resistir
aplastamiento, desgarre o flexión, a este respecto, los minerales suelen
clasificarse como sigue:
Quebradizos.- Saltan en fragmentos y son fáciles de pulverizar.
Maleables.- Pueden trabajarse con martillo, hasta reducirlos a laminas delgadas.
Sectil.- Que puede cortarse en capas delgadas con una navaja.
Dúctil.- Susceptible a ser estirado en forma de hilo.
Flexible.- (Inelástico) Puede ser doblado pero no recupera su forma original.
Elástico.- Que puede doblarse, pero vuelve a su forma original cuando cesa la
acción de la fuerza.
Forma cristalina.
Excepto los minerales amorfos ( que no tienen forma definida), todos los demas
tienen la forma de un cristal, limitado por varias o muchas caras.
Peso específico o densidad.
El peso especifico de un mineral, es la relación existente entre la masa de un
volumen de agua a la temperatura de 4°C.
Brillo.
La mayor parte de los minerales ofrecen cierta apariencia característica (brillo) a
la luz reflejada, el brillo puede ser metálico, submetálico o no metálico.
Los brillos no metálicos, pueden dividirse como:
Vítreo.- Con apariencia de vidrio.
Grasos.- Con aspecto graso o aceitoso.
Diamantino.- Con un brillo seco, tan característico de los diamantes.
Perlado.- Con el aspecto característico(iridiscente) de las perlas.
Sedoso.- Muy semejante al matiz de la seda.
Resinoso.- Con aspecto de resina.
Capacidad de transmisión de la luz (Diafaneidad).
Los minerales de acuerdo a su capacidad de transmisión de la luz, se dividen en:
Transparente.- Si a su través, se pueden ver claramente objetos.
Translúcido.- Si transmite la luz, pero no permite ver los objetos a su través.
Opaco.- Si la luz no se transmite a través del mineral o de sus aristas mas finas.
Práctica de laboratorio, en la cual se identificarán las propiedades de los
minerales componentes de una roca o suelo y la clasificación del mismo.
Material:
Una lima de acero.
Una lupa.
Una navaja de acero.
DR. FRANCISCO JAVIER OLGIUN COCA
16
MECÁNICA DE SUELOS I
Parafina.
Los suelos finos, los cuales están constituidos por limos, turbas y arcillas, tienen
propiedades mecanicas que definen su comportamiento, las cuales son
estudiadas por la Mecánica de Suelos.
1.- Estructura.
Los elementos principales de la naturaleza que forman los minerales arcillosos,
son el Aluminio con una carga positiva de 3, el Silicio con una carga positiva de 4 y
el Magnesio con una carga positiva de 2. Estos elementos al combinarse, forman
a los minerales arcillosos como; la Motmorilonita que tiene una alta capacidad
para absorber agua; la ilita que presenta una capacidad media para absorber agua
y la Caolinita que tiene una capacidad baja para absorber agua. Esta capacidad
de absorción, se debe al tipo de elemento que los constituye, ya que los
elementos con mayor valencia positiva, tienen mas uniones con los iones
negativos del agua y por ende una mayor capacidad de absorber agua.
Dependiendo de la cantidad y combinación de elementos para formar un mineral
de arcilla (Cristales o laminas), Estos tienen diferente capacidad de enlazarse con
el hidroxido (Ionizarse), lo que produce que dichas laminas poséan cargas
electricas con diferente intensidad, lo que genera diferentes estructuras en las
arcillas como las siguientes:





Floculenta
Panaloide
Castillo de naipes
Dispersa
Compuestas, Etc.
Por lo tanto se denomina como estructura al arreglo o desposición que adopten
sus particulas minerales.
1.3.1 Tipos de estructuras de las arcillas.
a) Estructura Simple
Es aquella que se produce cuando las fuerzas de gravedad son predominantes en
la disposición de las partículas, es por lo tanto una disposición típica de los suelos
de granos gruesos como las gravas y arenas.
Las partículas se disponen apoyándose directamente unas sobre otras y cada
partícula posee varios puntos de apoyo. Desde el punto de vista ingeniería, su
comportamiento mecánico queda definido por su compacidad y por la orientación
de las partículas.
DR. FRANCISCO JAVIER OLGIUN COCA
17
MECÁNICA DE SUELOS I
Compacidad de un conjunto de esferas
Para medir la compacidad de un suelo de estructura simple, Terzaghi propuso la
relación empírica, determinable en el laboratorio, llamada compacidad relativa.
Cr (%) =
e max
e mín.
e máx. - e nat..
e máx. - e mín.
= Relación de vacíos correspondiente al estado mas suelto del suelo.
=
Relación de vacíos correspondiente al estado mas compacto del
suelo.
e nat.
= Relación de vacios del suelo en estado natural.
b).Estructura Panaloide
Esta estructura se considera típica en suelos de partículas pequeñas (0.02 mm de
diámetro o algo menores), en estas partículas la gravedad ejerce un efecto que
hace que tiendan a sedimentarse en un medio continuo acuoso. Pero dada su
pequeña masa, las partículas en el proceso de sedimentación, son atraídas por
otras partículas de su tamaño similar, ahora otras partículas se van añadiendo,
formando celdas con una cantidad importante de vacíos formando panales al
llegar a su recorrido de sedimentación.
Estructura panaloide
DR. FRANCISCO JAVIER OLGIUN COCA
18
MECÁNICA DE SUELOS I
c) Floculenta
Cuando en el proceso de sedimentación, dos partículas menores de 0.02 mm
llegan a tocarse, se adhieren con fuerza y se sedimentan juntas; así otras
partículas pueden unirse al grupo, formando un grumo, con estructura similar a un
panal. El mecanismo anterior es una estructura muy blanda y suelta, llamada
floculenta. Esta estructura es similar a la panaloide, pero sus cadenas de
partículas son dobles.
Estructura floculenta
d) Compuesta
Las estructuras anteriores, rara vez se presentan puras en la naturaleza, pues la
sedimentación comprende todo tipo de tamaños y tipos, formando esqueletos de
granos gruesos y pequeños, que forman nexos entre ellos, que permiten la
sedimentación de particulas gruesas y finas simultáneamente, esto ocurre
frecuentemente en el agua de mar o lagos con contenido de sales apreciable
donde el efecto floculante de las sales es generada por el viento y las corrientes
de agua.
Estructura compuesta
DR. FRANCISCO JAVIER OLGIUN COCA
19
MECÁNICA DE SUELOS I
e) Castillo de naipes.
Goldschmidt y Lambe, proponen una interpretación diferente para los floculos de
la estructura, ya que las partículas de las arcillas, son laminas con diferente
intensidad de carga y magnitud en la superficie como en las aristas, por ello las
partículas tienen un acomodo parecido a un castillo de naipes o floculada.
Estructura castillo de naipes
f) Dispersa
Algunos autores coinciden en que la estructura de los flóculos de las arcillas,
pueden separarse y orientarse, debido a las presiones osmóticas que son
generadas y eliminadas por el incremento o perdida de agua en el suelo, lo que
concluye que el agua con la carga de sus iones, orienta a las laminas de arcilla en
sus aristas.
Estructura dispersa
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20
MECÁNICA DE SUELOS I
1.4. Clasificación de las arcillas, en base a su estabilidad.
1.4.1 Arcillas caolinitas
Las arcillas caolinitas (Al2O3. 2SiO2. 2H2Oo), están formadas por una lamina
sílica y otra alumínica, que se superponen indefinidamente. La unión entre
todas las retículas, es lo suficientemente firme, para no permitir la penetración
de moléculas de agua entre ellas (adsorción). En consecuencia las arcillas
caoliníticas serán relativamente estables en presencia del agua.
1.4.2 Arcillas ilitas
Las ilítas [(OH)4 Ky ((Si8-y Aly) (Al4 Fe4 Mg4 Mg6)O20por lo general están
estructuradas análogamente que las motmorilonitas, pero su constitución
interna manifiesta tendencia a formar grumos de materia, que reducen el área
expuesta al agua, por unidad de volumen; por ello, su expansividad es menor
que la de las motmorilonitas, y en general, las arcillas ilítas, se comportan en
forma mas favorable para el ingeniero.
1..4.3 Arcillas motmorilonitas.
Las motmorilonitas [ (OH)4 Si8 Al4 O20 nH2O], están formadas por una lámina
alumínica entre dos silícicas, superponiéndose, indefinidamente. En este caso
la unión de las retículas del mineral es débil, por lo que las moléculas de agua,
pueden introducirse en la estructura con mayor facilidad, a causa de las
fuerzas eléctricas, generadas por su naturaleza bipolar. Lo anterior produce un
incremento en el volumen de los cristales, lo que se traduce macrofisicamente
en una expansión. Las arcillas motmorilonitas , especialmente en presencia de
agua, presentarán fuerte tendencia a la estabilidad.
Las bentonitas, son arcillas del grupo de las motmorilonitas, originadas por la
descomposición química de las cenizas volcánicas, y presentan la
expansividad típica del grupo en forma particularmente aguda, lo que las hace
sumamente críticas en su comportamiento mecánico.
Físico - química de las arcillas.
La forma de las laminas o tambien denominados como “coloides” de una arcilla,
son de forma aplastada, que en dos de sus dimenciones son incomparablemente
mayores que las otras dos dimenciónes o espesor de la lamina, lo que genera una
relacion entre el área de su superficie con el peso de las laminas (Superficie
especifica), alcanzando valores de consideración, que generan fuerzas
electromagneticas desarrolladas en la superficie de los compuestos minerales,
esta propiedad se conoce como la “Físico Química de las Arcillas”.
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21
MECÁNICA DE SUELOS I
Las laminas de arcilla poseen cargas negativas en las partes planas y cargas
electricas positivas en sus aristas y la intensidad de dichas cargas, depende de la
estructuración y composición mineral de la arcilla.
La parte las plana de la arcilla posee cargas negativas que atraen los iones
positivos del agua que les rodea H+, y a cationes de diferentes elementos
quimicos como Na+, K+, Ca++, Mg++, Al++ Fe+++, Etc. Esto genera que cada
partícula de arcilla se ve rodeada de una estructura denominada “agua
adsorbida”, esta agua solo se puede retirar de la arcilla elevando su temperatura a
cuando menos 600°C.
El agua adsorbida y el enlace cationico con otros elementos, genera fuerzas de
atracción y de repulsión conocidas como “Fuerzas de Van Der Waals”.
ESQUEMA DE LA PRUEBA DE INMERSIÓN DEL GRUMO EN AGUA
(Método Australiano)
UNMERSIÓN EN AGUA DESTILADA, DEL GRUMO SECADO AL AIRE
EL GRUMO SE AFLOJA Y SE
DISGREGA PARCIALMENTE
DISPERSIÓN TOTAL
HALOS* (Motmorilonitas
salinas, frecuentemente
también carbonatos)
EL GRUMO NO SE AFLOJA
DISPERCIÓN PARCIAL
HALOS* (Ilitas salinas)
NO SE PRESENTA
ESPANSIÓN, (Suelos
orgánicos)
NOSE PRESENTA
EXPANSIÓN, (Arcilla
laterítica)
SE TOMAN GRUMOS
INALTERADOS
HUMEDOS, SE
REMOLDEAN
LIGERAMENTE Y SE
SUMERGEN EN AGUA.
SE PRESENTA DISPERSIÓN (Ilitas)
NO SE PRESENTA DISPERSIÓN
AUSENCIA DE CARBONATOS Y YESO,
SE AGITA VIGOROSAMENTE
SE PRESENTA DISPERCIÓN (Ilitas)
DR. FRANCISCO JAVIER OLGIUN COCA
PRESENCIA DE CARBONATO Y
YESO** (Ilita ca/Mg, motmorilonita
ca/Mg)
NO SE PRESENTA DISPERCIÓN
(Caolinita)
22
MECÁNICA DE SUELOS I
* .- La dispersión se detecta mediante la formación de halos nebulosos finos
alrededor de cada grumo, fácilmente visibles contra un fondo oscuro, mientras
mas pronunciado sean los halos, mas más alta será la dispersión. El
asentamiento del suelo en el líquido que permanece claro durante menos de
10 minutos será un signo de la ausencia de dispersión.
** .- Si no se reconoce fácilmente la presencia de carbonatos, esta se puede
verificar mediante la efervescencia del suelo al colocar una gota de acido en
este. ( El acido de una batería puede ser suficiente).
UNIDAD II
EXPLORACIÓN Y MUESTREO.
Para obtener unos resultados confiables en el laboratorio de Mecánica de suelos,
es importante realizar en forma adecuada la etapa anterior e imprescindible
referente a la obtención de las muestras de suelo que las propiedades naturales
intactas para su análisis en el laboratorio.
2.1 Métodos de sondeos.
Los tipos de sondeos que se emplean con mayor frecuencia en la Mecánica de Suelos,
para fines de muestreo y reconocimiento del subsuelo, en general se engloban en dos
tipos: Preliminares , definitivos y geofísicos.
2.1.1 Métodos de sondeos preliminares.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Pozos a Cielo Abierto, con muestreo alterado o inalterado.
Perforaciones con posteadora, barrenos helicoidales o métodos similares.
Métodos de lavado.
Métodos de Penetración Estándar.
Método de Penetración Cónica.
Perforaciones en boleos y gravas con barretones.
2.1.2 Métodos de sondeos definitivos.
1. Pozos a Cielo Abierto, con muestreo o inalterado.
2. Métodos con tubos de pared delgada.
3. Métodos rotatorios para rocas.
2.1.3. Métodos geofísicos.
1. Sísmico.
2. De resistencia eléctrica.
3. Magnético y gravimétrico.
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23
MECÁNICA DE SUELOS I
2.1.1 Pozo a cielo abierto con muestreo alterado e inalterado.
Este es el método mas adecuado para conocer las condiciones del subsuelo, el
cual consiste en excavar en pozo de dimensiones suficientes para que el personal
técnico pueda trabajar y examinar los diferentes estratos del suelo en su estado
natural, así como darse cuenta de las condiciones precisas referentes al agua
contenida en el suelo. Desafortunadamente, este tipo de sondeo no puede llevarse
a grandes profundidades, por el flujo de agua bajo el nivel freático, además se
encárese mucho cuando sean necesarios ademes y se requiera demasiado
traspaleo a causa de la profundidad.
En estos pozos, se pueden tomar muestras alteradas e inalteradas, de los
diferentes estratos que se hayan encontrado.
Las muestras alteradas, son porciones de suelo que se protegerán contra perdidas
de humedad empaquetadas en sacos de lona.
Las muestras inalteradas son extraídas mediante el labrado de la misma en la
pared o en el piso de la excavación, la muestra debe protegerse contra perdidas
de humedad, envolviéndola, en una o varias capas de manta debidamente
impermeabilizada con brea y parafina, manteniendo siempre su posición vertical y
horizontal de acuerdo a la posición original del suelo.
Pozo a cielo abierto
2.2.2 perforación con posteadora y Barrenos helicoidales.
En estos sondeos, la muestra es completamente alterada, pero es representativa
del suelo con respecto a su humedad. La perforación se realiza, haciendo girar ya
sea el barreno o la posteadora, siendo mas adecuado una herramienta mas
serrada para suelos arenosos y una mas abierta para suelos arcillosos, el mas
utilizado en México es la posteadora, que se hace penetrar en el suelo mediante
DR. FRANCISCO JAVIER OLGIUN COCA
24
MECÁNICA DE SUELOS I
un giro sobre el maneral, adaptando el extremo superior de la tubería de
perforación.
Posteadora
En el caso de arenas colocadas bajo el nivel freático, es necesario el empleo de
cucharas muestreadotas para extraer el suelo.
Cuchara muestreadora
2.2.3 Método de lavado.
Este método es económico y rápido para conocer la estratigrafía del suelo, aun
cundo se pueden tener errores hasta de 1.0 metro para definir la frontera de los
estratos, también puede ser auxiliar de otros métodos par avances más rápido Las
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25
MECÁNICA DE SUELOS I
muestras obtenidas por este método, son tan alteradas que no se deben analizar
en el laboratorio.
La perforación, se lleva acabo con un contrapeso de 150 kg. suspendido sobre un
trípode, por una polea, cuya función es hincar el tubo que sirve de ademe para
inyectar un chorro de agua, el cual desestabiliza el suelo y sale con el agua en el
espacio entre el tubo y el ademe.
Dispositivo para el sondeo por lavado
2.2.4 Penetración estándar.
De los métodos anteriores, este es el que más información nos brinda con
respecto al subsuelo, siendo el mayormente empleado en México. En suelos
friccionantes, permite conocer la compacidad de los estratos, en suelos plásticos
permite darse una idea de la resistencia a la compresión, además el método lleva
implícito el muestreo de muestras alteradas representativas del suelo.
El equipo, consta de un muestreador o penetrómetro estándar, el cual se hace
penetrar con un martinete de 63.5 kg (140 lb), que cae desde 76 cm. (30 plg.),
contando el número de golpes necesario para lograr una penetración de 30.0
cm.(1 pie)
El martinete es hueco y guiado por la tubería, es elevado por un cable que pasa
por la polea del trípode, en cada avance de 60.0 cm debe retirarse el
penetrómetro, removiendo el suelo de su interior el cual constituye la muestra. El
fondo del pozo debe ser limpiadote manera cuidadosa usando posteadora o
cuchara muestreadota, seguidamente, a golpes se hace que el penetrómetro entre
DR. FRANCISCO JAVIER OLGIUN COCA
26
MECÁNICA DE SUELOS I
15 cm dentro del suelo. Desde ese momento deben contarse los golpes para
lograr la penetración de los siguientes 30 cm, continuando con la penetración del
muestreador en toda su longitud.
Penetración estándar
2.2.5 Penetración cónica.
Este método consiste en hacer penetrar una punta cónica en el suelo y medir la
resistencia que el suelo ofrece, existen diversos tipos de conos.
Dependiendo de la forma en que se hinquen los conos, estos pueden ser
dinámicos o estáticos .En el caso de los estáticos, se hace penetrar el cono con un
gato, en el cual se mide la presión requerida para la penetración, relacionando así
la energía requerida con la resistencia del suelo a ser penetrado.
En el caso de los dinámicos, el mas empleado es el que se penetra con el equipo
de penetración estándar, con el mismo martinete y a la misma altura de caida.
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27
MECÁNICA DE SUELOS I
Penetrómetos cónicos
a.- Tipo Danes
b.- Tipo Holandes
c. Tipo para ensaye dinámico
d. Tipo de inyección
2.3. Sondeos definitivos.
Estos métodos tienen por objetivo el emplearlos para extraer muestras inalteradas
de los estratos del subsuelo, para determinar la compresibilidad y resistencia,
además de obtener muestras de roca. Los métodos anteriormente vistos, se
considerarán definitivos, cuando de ellos se extraigan las muestras requeridas
para obtener la información deseada, pero si aun después de las exploraciones
anteriores, se requiere de mayor información, se pueden realizar los siguientes
métodos de exploración.
2.3.1 Pozo a cielo abierto con muestreo inalterado.
Este método ya se describió anteriormente, pero se considerará definitivo si el
especialista obtiene toda la información requerida con el sondeo realizado.
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28
MECÁNICA DE SUELOS I
2.3.2. Sondeo de tubo con pared delgada.
Este método, es el mas adecuado para extraer muestras inalteradas o que
conserven en lo mayor posible sus propiedades, el cual consiste en hincar un tubo
con una presión estática (nunca a golpes), el cual con una velocidad adecuada
envuelve al material dentro del tubo, el cual es sellado y extraído para su traslado
en al laboratorio, este método es costoso y funciona únicamente en suelos
blandos y finos.
Muestreadotes de pared delgada
a. Tipo Shelby
b. B. De pistón
c. Dispositivo de hincado por presión de un diferencial
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29
MECÁNICA DE SUELOS I
2.3.3 Perforación rotatoria para rocas.
Cuando el sondeo alcanza una capa de roca, con las herramientas antes descritas
no pueden penetrar la roca, se requiere de maquinas rotatorias de penetración con
brocas de diamante o de tipo cáliz.
En las primeras, en el extremo de la tubería de perforación va colocado un
muestreador especial, llamado corazón, en cuyo extremo inferior se acopla una
broca de acero duro con incrustaciones de diamante industrial, que facilitan la
perforación.
En el tipo cáliz, los muestreadotes son de acero duro y la penetración se facilita
por medio de municiones de acero que se echan a través de la tubería hueca
hasta la perforación y que actúan como abrasivo En rocas muy fracturadas, se
corre el riesgo de que las municiones se pierdan, estas se han construido con
diámetros muy grandes, hasta para hacer perforaciones de tres metros, en estos
casos la máquina penetra al suelo con la misma broca.
Equipo para muestreo en roca
a. Máquina perforadora
b. Muestreador para broca de diamante
c. Muestreador tipo cáliz
d. Algunos tipos de brocas
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30
MECÁNICA DE SUELOS I
2.4. Métodos geofísicos.
Los métodos geofísicos, se emplean para determinar las variaciones en las
características físicas de los estratos del subsuelo o de las rocas que subyacen a
estratos sedimentarios, estos métodos se emplean en forma mas usual en la
geología o la minería y en mucho menor escala en la Mecánica de Suelos.
Para realizar investigaciones preliminares sobre estratos, los métodos son rápidos
y abarcan grandes áreas, pero nunca proporcionan información suficiente para
realizar proyectos de cimentaciones.
A continuación, se describen los s métodos geofísicos que han resultado los más
importantes:
2.4.1 Método sísmico.
Este método se basa en la diferente velocidad de propagación de las hondas
vibratorias de tipo sísmico a través de diferentes tipos de materiales, La velocidad
de propagación para diferentes medios, varia de 150 a 200 m/seg , en rocas
sanas, la velocidad fluctúa de 2000 a 8000 m/seg y el agua tiene una propagación
de 1400 m/seg.
El método consiste en provocar una explosión en un punto determinado del área a
explorar usando una pequeña carga de explosivo, que generalmente es
nitroamonio. En la zona por explorar, se colocan geófonos o registradores de
ondas, separados entre si de 15 a 30 m. La función de los geófonos es captar la
vibración que se transmite en forma aumentada a un oscilógrafo central, que
marca varias líneas para cada geófono. Se realiza una gráfica en la cual se indica
la distancia a la cual se coloca el geófono y el tiempo que tarda en recibir la señal,
en la cual se puede identificar el cambio de material es el subsuelo y la correlación
de que tipo de material se trata.
Exploración geofísica, por el método sísmico
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31
MECÁNICA DE SUELOS I
2.4.2. Método de resistividad eléctrica.
Este método, se basa en el principio de que los suelos presentan diferente
resistividad eléctrica, cuando una corriente es inducida a través del mismo. Su
principal empleo es en la minería, pero en la Mecánica de Suelos se emplea para
determinar la profundidad de los estratos de roca en el subsuelo.
La resistividad eléctrica en el suelo, se mide colocando cuatro electrodos
igualmente espaciado sen la superficie y alineados, los dos exteriores conectados
en serie a una batería, que son los electrodos de corriente la cual es medida por
un amperímetro, en tanto que los interiores son de potencial y están conectados a
un potenciómetro que mide la diferencia de potencial de la corriente circulante.
Los electrodos de corriente son varillas afiladas, mientras que los de potencial son
recipientes porosos llenos de una solución de sulfato de cobre que al filtrarse al
suelo garantiza un buen contacto eléctrico.
Exploración geofísica por el método de resistividad eléctrica.
Métodos Magnéticos y gravimétricos.
Estos métodos en forma general funcionan con el principio de los métodos
eléctricos, variando únicamente en el tipo de variable que se mida. En los
Magnéticos, se mide el campo magnético terrestre de la zona que se trate, por
medio de un magnetómetro.
En el caso de los gravimétricos, se mide el campo gravitacional en diversos
puntos de la zona a explorar. Estos métodos no han sido empleados con fines
ingenieriles dentro de la Mecánica de Suelos.
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32
MECÁNICA DE SUELOS I
UNIDAD III
RELACIONES VOLUMÉTRICAS Y GRAVIMÉTRICAS.
3.1. Fases de un suelo.
En un suelo, se distinguen tres fases constituyentes, la sólida, líquida y gaseosa.
3.1.1 Fase sólida
La fase sólida, esta constituida por las partículas minerales del suelo (incluyendo
la capa sólida adsorbida).
3.1.2 Fase líquida.
La fase líquida está formada por el agua libre que existe dentro del suelo, aunque
pueden existir dentro del suelo, otros líquidos de menor importancia.
3.1.3 Fase gaseosa.
La fase gaseosa comprende sobre todo el aire, si bien pueden estar presentes
otros gases como (vapores, sulfuros, anhídrido, carbónico, etc.).
La capa viscosa de agua adsorbida, presenta propiedades intermedias entre la
fase líquida y sólida.
Las fases líquidas y gaseosas del suelo, constituyen el volumen de vacíos,
mientras los sólidos, constituyen el volumen de sólidos.
Se dice que un suelo es totalmente saturado cuando todos los vacíos están
ocupados por el agua, en tal caso el suelo consta solo de dos fases, una sólida y
una líquida.
Algunos suelos contienen además materia orgánica, en diversas formas y
cantidades. En las turbas, estas materias predominan y consisten en residuos
vegetales parcialmente descompuestos.
Fases de un suelo
DR. FRANCISCO JAVIER OLGIUN COCA
33
MECÁNICA DE SUELOS I
3.2 relaciones fundamentales de las propiedades mecánicas de
los suelos.
En la Mecánica de Suelos se relaciona el peso de las distintas fases con los
volúmenes correspondientes, por medio del concepto de peso especifico es
decir, de la relación entre el peso de la sustancia y su volumen, se distinguen los
siguientes pesos específicos:
‫ﻻ‬o =
Peso especifico del agua destilada a 4°C.
‫ﻻ‬w = Peso especifico del agua en condiciones de trabajo.
‫ﻻ‬m = Peso especifico de la masa del suelo.
Pm =
Wm
______
Vm
=
Ws +Ww
___________
Vm
‫ﻻ‬s = Peso especifico de la fase sólida del suelo.
Ws
‫ﻻ‬s
=
________
Vs
El peso específico relativo, se define como la relación del peso especifico de la
sustancia, entre el peso específico del agua, a 4°C, destilada y sujeta a una
atmósfera de presión.
Pm = Peso específico relativo de la masa del suelo.
‫ﻻ‬m
‫ﻻ‬m
=
_______
‫ﻻ‬o
DR. FRANCISCO JAVIER OLGIUN COCA
34
Wm
=
__________
Vm Po
MECÁNICA DE SUELOS I
Ps = Peso específico relativo de la fase sólida del suelo.
‫ﻻ‬s
‫ﻻ‬s
=
Ws
_______
=
‫ﻻ‬o
__________
‫ﻻ‬
Vs o
Las siguientes relaciones son importantes, para comprender las propiedades de
los suelos.
3.2.1 Relación de vacíos.
Se denomina relación de vacíos, oquedad o índice de poros, a la relación
entre el volumen de los vacíos y el de los sólidos de un suelo.
e =
Vv
__________
Vs
3.2.2 Porosidad.
Se llama porosidad de un suelo, a la relación entre su volumen de vacíos y el
volumen de su masa, y se expresa como porcentaje:
n (%) =
Vv
__________ X 100
Vm
Esta relación, puede variar de 0 en un suelo ideal con solo fase sólida a 100
(espacio vacío), los valores reales suelen oscilar de 20 a 95 %.
3.2.3 Grado de saturación.
Se denomina grado de saturación de un suelo a la relación entre su volumen de
agua y el volumen de sus vacíos.
Vw
Gw (%) = __________ X 100
Vv
Esta relación, varía de 0 en un suelo seco a 100 en un suelo totalmente saturado.
DR. FRANCISCO JAVIER OLGIUN COCA
35
MECÁNICA DE SUELOS I
3.2.4 Contenido de agua.
Se conoce como contenido de agua o humedad de un suelo, la relación entre el
peso del agua contenida en el mismo y el peso de su fase sólida.
w (%) =
Ww
__________
X 100
Ws
Este valor varía teóricamente de cero a infinito, ya que en la naturaleza la
humedad de los suelos, varía entre límites muy amplios.
3.3. Formulas para determinar relaciones volumétricas
gravimétricas de suelos saturados y parcialmente saturados.
y
Considérese una muestra de suelo en representación esquemática, conteniendo
las tres fases constitutivas de un suelo.
VOLUMENES
PESOS
Vg
Wg = 0
Wm
Vv
Ww
Vw
Vs
Ws
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36
Vm
MECÁNICA DE SUELOS I
Considerando que el gas o aíre, no tiene masa, por lo tanto Wg = 0.
El peso total de la muestra, quedará de la siguiente manera:
Wm = Ww + Ws
El volumen total de la muestra quedaría como:
Vm = Vg + Vw + V s
Pero los vacíos, están constituidos por el aire y el agua:
Vv = Vw + Vg
Entonces también el volumen total, se puede expresar como:
Vm = Vv + V s
Sabiendo que la relación de vacíos, es:
e =
Vv
__________
Vs
Se establece, la relación que existe entre los vacíos y la porosidad:
e =
Vv
__________
Vt - Vw
Si dividimos los términos entre Vm,, nos queda la siguiente formula:
e =
Vv
___Vm_______
Vt - Vw
Vm Vm
DR. FRANCISCO JAVIER OLGIUN COCA
37
MECÁNICA DE SUELOS I
Y como la porosidad es = al Vv / Vm, nos queda la siguiente relación:
n
= porosidad:
__________
Con respectoe a la
1 - nVv
n (%) = __________
Vm
Substituyendo el volumen de la muestra:
n (%) =
Vv
__________
Vs + Vv
Si dividimos los términos entre Vs,, nos queda la siguiente formula
n (%) =
Vv
__Vs________
Vs + Vv
Vs
Vs
Y como la relación de vacíos es = al Vv/Vs, nos queda la siguiente relación:
n =
e
__________
1 + e
La densidad absoluta de sólidos, esta definida por:
ds =
Ws
__________
Vs
DR. FRANCISCO JAVIER OLGIUN COCA
38
MECÁNICA DE SUELOS I
Por lo tanto, peso de los sólidos es igual a Ws = ds x Vs
Peso volumétrico seco.
El peso volumétrico del suelo en estado seco, queda definido de la siguiente
manera.
‫ﻻ‬s
Wm
__________
=
Vm
Considerando que al estar seco el suelo, no existe agua en su masa .
‫ﻻ‬s
=
Ws
__________
Vm
Substituyendo el peso de los sólidos, en función de su densidad, quedaría:
‫ﻻ‬s
Ds . Vs
__________
=
Vm
Substituyendo el volumen de la muestra en sus componentes:
‫ﻻ‬s
=
Ds . Vs
__________
Vv
+Vs
Si dividimos los términos entre Vs,, nos queda la siguiente formula
‫ﻻ‬s
=
Ds . Vs
____Vs______
Vv + Vs
Vs
Vs
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39
MECÁNICA DE SUELOS I
‫ﻻ‬s
Ds . Vs
____Vs______
=
‫ﻻ‬s
Vv + Vs
VsDs . Vs
1
__________
=
e
‫ﻻ‬s
+ 1
Ds
__________
=
1
+ e
Peso volumétrico saturado.
El peso volumétrico del suelo en estado saturado total, queda definido de la
siguiente manera.
‫ﻻ‬sat
=
Wm
__________
Vm
Considerando que al estar saturado el suelo, el volumen del agua ocupa todo el
volumen de los vacíos Vw = Vv . y el peso del agua es igual a su volumen,
considerando que su densidad es de 1.0 ; Vw = Vv = Ww = Wv
‫ﻻ‬sat
Ws + Ww
= __________
‫ﻻ‬sat
Vm
Ws + Ww
= __________
Vs +Vv
Substituyendo el peso de los sólidos, en función de su densidad, quedaría:
‫ﻻ‬sat
=
Ds . Vs
_____
+ Ww
_ ____
Vs +Vv
Si dividimos los términos entre Vs,, nos queda la siguiente formula:
‫ﻻ‬sat
=
Ds . Vs
+ vw
_Vs____
Vs _ ____
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40
Vs + Vv
Vs
Vs
MECÁNICA DE SUELOS I
‫ﻻ‬sat
=
Ds . 1
_ ____
+e
_ ____
‫ﻻ‬sat
=
Ds1
_ ____
1 +e
+e
_ ____
1 +e
3.4 Determinación en el laboratorio del peso especifico relativo de
sólidos.
El peso específico relativo de sólidos (Densidad absoluta de sólidos) de un suelo, se
determina en el laboratorio, haciendo uso de un matraz con marca de enrase. (ver
pruebas de laboratorio)
El matras se llena hasta su marca, primero con agua y después con agua y la muestra de
suelo. El aire atrapado entre las partículas de suelo, se desaloja por ebullición, o
exponiendo la suspensión al vacío. Si la temperatura del agua, es la misma que la de la
suspensión, puede utilizarse una formula para determinar el ds, utilizando los siguientes
esquemas:
Siendo:
Wfw = Peso del matraz lleno de agua.
Wfsw = Peso del matraz con suelo y agua.
Entonces se tiene:
Wfsw - W fw = Ws - Peso del agua desplazada por los sólidos.
El peso del agua desplazada por los sólidos vale:
Ww = Vs . Po =
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41
Ws
________
Ds
MECÁNICA DE SUELOS I
Por lo tanto:
Ws
Wfsw - Wfw = Ws . - ________
Ds
De donde
Ws
ds = __________________
Wfw + Ws + Wfsw
UNIDAD IV
GRANULOMETRÍA
La granulometría de un suelo, se define como la cantidad de tamaños que tienen
sus partículas, en los suelos gruesos, cuando se tiene un número suficiente de
todos los tamaños se dice que esta bien graduado, y presenta un mejor
comportamiento con respecto a su comportamiento mecánico e hidráulico.
En los suelos finos, por el contrario las propiedades mecánicas e hidráulicas,
están definidas por la estructuración de sus partículas, por lo que la composición
granulométrica resulta inútil.
4.1. Análisis granulométrico mecánico.
El análisis granulométrico mecánico, se refiere a la separación de las partículas de
un suelo por tamaños, empleando coladeras o mallas, en las cuales se deposita el
material y se vibra hasta clasificar las partículas por su tamaño en las que pasan la
criba y las que se retienen. Primero se usa para obtener las fracciones de los
tamaños mayores del suelo, llegando generalmente hasta el tamaño de la malla
No. 200.
La muestra se suelo se hace pasar por a través de un juego de tamices en
aberturas descendentes, hasta la malla No. 200; (0.074 mm), los retenidos en
cada malla se pesan y el porcentaje que representan con respecto al peso de la
muestra total, se suma a los porcentajes retenidos en todas las mallas de mayor
tamaño; el complemento a 100 % de esa cantidad, da el porcentaje del suelo que
es menor al tamaño representado por la malla en cuestión.
Así puede tenerse un punto de la curva granulométrica correspondiente a cada
abertura. El método se dificulta cuando las partículas son de un tamaño pequeño,
por ejemplo, las partículas que pasan la malla No. 200, requieren deagua para
ayudar al paso de la muestra(procedimiento de lavado)
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MECÁNICA DE SUELOS I
a. Arena uniforme
b. Suelo bien graduado
c. y d Arcillas
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MECÁNICA DE SUELOS I
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MECÁNICA DE SUELOS I
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MECÁNICA DE SUELOS I
4.2. Determinación de los coeficientes de uniformidad y de
curvatura.
Hallen Hazen, propuso el Coeficiente de Uniformidad
D60
Cu = _______________
D10
Donde:
D60 : Tamaño tal, que el 60 % en peso del suelo, sea igual o menor.
D10 : Llamado por Hazen diámetro efectivo; es el tamaño tal que sea igual o menor
que el 10 % en peso del suelo.
En realidad el Cu, es un coeficiente de no uniformidad, pues su valor numérico
decrece cuando la uniformidad aumenta. Los suelos con Cu < 3, se consideran
muy uniformes: aun las arenas naturales muy uniformes, raramente presentan Cu
< 2.
Como dato complementario, necesario para definir la graduación, se define el
Coeficiente de Curvatura del suelo con la siguiente expresión.
( D30)²
Cc = _______________
D10 X D60
D30 ; se define como el Tamaño tal, que el 30 % en peso del suelo, sea igual o
menor
El Cc tiene un valor entre 1 y 3, en suelos bien graduados, con amplio margen de
tamaños de partículas y cantidades apreciables de cada tamaño intermedio.
La curvas granulométricas, se representan en una escala logarítmica, para su
mejor y más fácil interpretación, ya que en este caso, la curva se acerca
notablemente a una línea recta en muchos suelos naturales.
4.3 Análisis de sedimentación, método del hidrómetro.
El Dr. r Casagrande propuso el Hidrómetro Aerodinámico, calibrado en pesos
específicos relativos, mejorando así en método del Hidrómetro (densímetro), el
cual es hoy el mas empleado para determinar el tamaño de las partículas de los
suelos finos.
El método, se basa en la velocidad de sedimentación de las partículas en un
líquido, esta en función de su tamaño. La ley en la que se basa este principio, es
en la de Stokes, la cual relaciona la velocidad de sedimentación de acuerdo al
tamaño de las partículas. Esta relación puede establecerse empíricamente con la
observación en un microscopio, o bien por procedimientos teóricos.
Con la Ley de Stokes, se obtiene el diámetro equivalente de la partícula, que es el
diámetro de una esfera Ss, que se sedimenta con la velocidad de una partícula de
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50
MECÁNICA DE SUELOS I
suelo real, sin embargo en las partículas de arcillas que son de forma laminar, el
largo de las mismas puede ser de cuatro veces el diámetro nominal, lo cual
presenta problemas, ya que dos granulometrías de similares pueden corresponder
a un polvo de roca y a una arcilla con estructura floculenta.
UNIDAD V
PLASTICIDAD
5.1. Estados y límites de consistencia de los suelos.
Estado líquido.- Es el que presentan los suelos cuando manifiestan las
propiedades de una suspensión.
Estado Semilíquido.- Cuando los suelos tienen el comportamiento de un fluido
viscoso.
Estado Plástico.- Cuando los suelos mantienen una deformación producida por
un esfuerzo, sis agrietarse, desmoronarse o sufrir cambios volumetricos
apreciables.
Estado Semisólido.- Es cuando el suelo tiene la apariencia de un sólido, sin
embargo al secarse disminuyen su volumen.
Estado Sólido.- Es cuando un suelo ya no varia su volumen aun cuando se
someta a secado.
5.2. Determinación en el laboratorio de los límites de
consistencia.
Las fronteras entre los estados de consistencia, se conocen como los límites de
consistencia
5.2.1. Límite líquido.
Límite Líquido.- Es el contenido de agua que marca la frontera entre los estados
Semilíquido y Plástico.
5.2.2. Límite plástico.
Límite Plástico.- Es el contenido de agua que marca la frontera entre los estados
Plástico y Semisólido
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51
MECÁNICA DE SUELOS I
5.2.3. límite de contracción.
Límite de Contracción. Es el contenido de agua que marca la frontera entre los
estados semisólido y sólido.
Ïndice Plástico.- Es la diferencia aritmética entre el Límite Líqudo y el Límite
Plástico.
Prueba de laboratorio para obtener los Límites de Consistencia.
A).Limite Líquido
Equipo
Cápsula de porcelana.
Espátula de acero flexible de 7.5 cm de largo por 2.0 cm de ancho.
Gotero.
Copa de Casagrande.
Balanza de 200 g.
Horno con termostato.
Desecador de cristal.
Vaso con capacidad de 500 ml.
Paño absorbente-.
Vidrio de reloj.
Placa de vidrio.
Moldes de lamina galvanizada de 2 por 2 por 10 cm. calibrador con vernier.
Grasa grafitada.
Procedimiento
1.-se toma una muestra de 150 g. de material que pasa la malla no 40 saturado, y
se coloca en la cápsula de porcelana y se homogeniza la humedad con la
espátula.
2.-se coloca en la copa de Casagrande el material suficiente y se extiende con la
espátula en un espesor de 8 a 10 mm en la parte central de la muestra colocada.
3.-se efectúa una ranura en la parte central con una pasada del ranurador.
4.-se acciona la manivela del aparato para hacer caer la copa, a razón de dos
golpes por segundo, durante 25 golpes, y se ajusta el contenido de dad hasta que
la longitud de contacto de la muestra sea de 13 mm.
5.-
se toman 10 g. de material y se colocan en un vidrio de reloj.
6. - se determina el contenido de humedad y se reporta el límite líquido
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52
MECÁNICA DE SUELOS I
b). Limite plástico.
1.-se toma una muestra de material preparado, y se le da forma de una esfera de
12 mm de diámetro, que deberá moldearse con los dedos para que pierda la
humedad y se forma un cilindro manipulándola sobre la palma de la mano.
2.-se rola el cilindro con los dedos sobre la placa de vidrio reduciendo su diámetro
ligeramente mayor de 3 mm.
3.-si al alcanzar dicho diámetro el cilindro se rompe en varias secciones,
precisamente a los 3mm, se dice que esta en el límite plástico.
4.-se colocan en un vidrio de reloj los fragmentos del cilindro y se determina el
contenido de humedad reportando así el límite plástico.
c).- Contracción lineal.
1.-Se toma material con la humedad correspondiente al límite líquido.
2.-Con el material se llena el molde de prueba, al cual se le habrá aplicado una
capa delgada de grasa . el llenado se efectúa en tres capas golpeándolo entre
cada capa contra una superficie dura
3.-Se enrasa el molde con la espátula y se deja orear a la sombra hasta que
cambie ligeramente su color y se pone a secar al horno, 18 hrs a 105 °c
4.-Se extrae del horno el molde y se deja secar al ambiente.
5.-Finalmente se mide con el calibrador la longitud del espécimen y se calcula la
contracción lineal.
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53
MECÁNICA DE SUELOS I
5.3 Carta de plasticidad de los suelos.
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54
MECÁNICA DE SUELOS I
UNIDAD VI
CLASIFICACIÓN, E IDENTIFICACIÓN DE SUELOS
6.1. Sistemas de clasificación de suelos.
Dada la gran variedad de suelos que se presentan en la naturaleza, por ello la
Mecánica de suelos, ha desarrollado métodos para su clasificación, los cuales en
general están basados en la granulometría y en su plasticidad, de los cuales se
destacan:
 Sistema de Clasificación de Aeropuertos.
 Sistema AASHTO.
 Sistema Unificado de Clasificación de Suelos
6.2 Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS).
Este sistema cubre los suelos gruesos y los suelos finos, distinguiendo ambos por
el cribado de la malla 200, las partículas gruesas son mayores que ella y las finas
son menores, Un suelo se considera grueso sí mas del 50 % de sus partículas
son gruesos, y finas si mas de la mitad de sus partículas son finas.
Suelos gruesos.
El símbolo de cada grupo está formado por letras mayúsculas, que son las
iniciales de los nombres ingleses de los suelos mas típicos de ese grupo.
a). Gravas y suelos que predominen estas. Símbolo “G” (gravel)
b). Arenas y suelos arenosos. Símbolo “S” (sand).
Las gravas y arenas, se subdividen en cuatro grupos:
1.- Material prácticamente limpio de finos, bien graduado. Símbolo “W” (well
graded), en combinación con los signos genéricos, se obtiene GW y SW.
2.- . Material prácticamente limpio de finos, mal graduado. Símbolo “P” (poorly
graded), en combinación con los signos genéricos, se obtiene GP y SP.
3.- Material con cantidad apreciable de finos no plásticos. Símbolo “M” (del sueco
mo y mjala), en combinación con los signos genéricos, se obtiene GM y SM.
4.- Material con cantidad apreciable de finos plásticos. Símbolo “C” (del sueco mo
y mjala), en combinación con los signos genéricos, se obtiene GC y SC.
Suelos finos.
a). Limos inorgánicos , de símbolo genérico “M”.
b).- Arcillas inorgánicas, de símbolo “C”.
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55
MECÁNICA DE SUELOS I
c).- Limos y arcillas orgánicas , de símbolo genérico “O”.
Cada de uno de estos tipos, se dividen según su límite líquido en dos grupos. Si
este es menor de 50, el suelo es de compresibilidad baja o média y se le agrega el
símbolo “L” (low compresibiliti), y obteniendose por esta combinación los
siguientes grupos ML, CL y OL.
Los suelos finos con límite mayor de 50, o sea de alta compresibilidad llevan el
símbolo “H” (high compresibilite), teniéndose así los grupos MH, CH y OH.
Identificación de campo de suelos finos
El criterio para identificar a los suelos finos en campo, es la tenacidad, la dilatancia
y la resistencia en estado seco.
Dilatancia.
Es la reacción al agitado, prepare una muestra de suelo de aproximadamente 10
cm3, añádale agua suficiente para dejarlo manejable pero no pegajoso.
Coloque la muestra en la palma de la mano y agítese horizontalmente, golpeando
vigorosamente contra la otra mano varias veces. Después del agitado, se observa
la aparición brillosa del agua en la superficie y el tiempo en que se opaca la
muestra por la introducción del agua libre de la superficie, en las arenas y limos, el
tiempo es mas rápido que en las arcillas.
Resistencia en estado seco
Moldéese una porción de suelo hasta alcanzar una consistencia de masilla, déjela
secar al sol y al aire y después desmorónela entre los dedos, considerando que la
resistencia en estado seco aumenta con la plasticidad. Los limos y arenas
presentan poca resistencia y las arcillas tienen mayor resistencia por su cohesión.
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MECÁNICA DE SUELOS I
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MECÁNICA DE SUELOS I
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58
MECÁNICA DE SUELOS I
UNIDAD VII
PROPIEDADES HIDRÁULICAS DE LOS SUELOS
Aguas subterráneas
Las aguas que se hallan por debajo del terreno natural, pueden encontrarse en
estado líquido, gaseoso o sólido, los suelos y las rocas, poseen la propiedad de
permitir que el agua pase a su través, y cuando esto sucede, se dice que son
permeables a este determinado fluido, las arenas gruesas y limpias son
permeables a prácticamente todos los fluidos, no siendo así los suelos finos..
Orígenes de las aguas subterráneas
Proceden principalmente de la infiltración de las aguas meteóricas tales como;
lluvia, hielo o nieve, infiltrados por los cursos del agua, como lagos, ríos, canales
mares, presas, etc. Las aguas profundas no son químicamente puras, ya que
contienen gases y aire por medio de burbujas.
Existen aguas subterráneas, de otras dos procedencias, las juveniles que
proceden de los magmas y las aguas connotas, que son las que quedaron
subterráneas al mismo tiempo que las rocas.
A diferentes profundidades del terreno natural existen zonas de saturación en la
que el agua llena todos los poros de los suelos y todas las cavidades de las rocas,
esta agua se designa como agua freática y superficie superior es el nivel freático.
Las aguas existentes por encima del nivel freático, son aguas retenidas por
atracción (absorción) y las que están por debajo del nivel freático son aguas libres
o de gravitación, es decir que se mueven obedeciendo las leyes de la gravedad.
En el caso de las arcillas o los limos puede ser nula por completo las fuerzas
gravitatorias, ya que se ejercen fuerzas de atracción entre las cargas eléctricas de
las partículas y los iones eléctricos del agua del agua.
Los suelos saturados, por encima del nivel freático poseen una capacidad de
succión que produce el movimiento capilar de agua.
La humedad atraída por encima del nivel freático y de la orla capilar, estas quedan
cubiertas por partículas de humedad higroscópica, por ello las aguas
subterráneas se clasifican en tres tipos:
Aguas gravitativas.
Aguas capilares.
Aguas giroscópicas.
Nivel freático.
El nivel de aguas freáticas, no es horizontal, ni en el sentido longitudinal, su nivel
sigue en el mayor de los casos el perfil del terreno natural superficial y el nivel
varía con respecto a la temporada de lluvias.
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59
MECÁNICA DE SUELOS I
7.1. Flujo laminar y turbulento.
Los Problemas relativos al flujo de líquidos en general, pueden dividirse en dos
grupos principales: los que se refieren al flujo laminar y aquellos que tratan con un
flujo turbulento.
Un flujo se define como laminar cuando las líneas de flujo permanecen sin juntarse
entre sí en toda su longitud.
Flujos laminar y turbulento
El flujo turbulento, ocurre cuando la condición anterior no se cumple. Se sabe que
a velocidades bajas ocurre un flujo laminar, mientras que al aumentarlas se
transforma en turbulento, si en ese punto, la velocidad se reduce, el flujo volverá a
ser laminar.
7.2. Ley de Darcy y coeficiente de permeabilidad.
El flujo de agua a través de medios porosos es de gran interés en la Mecánica de
Suelos, está gobernada por la ley descubierta experimentalmente por Henri Darcy
en 1856, el investigó las características del flujo de agua a través de filtros
formados con materiales térreos, o cual es afortunado para la investigación en la
Mecánica de suelos. Darcy encontró que para velocidades pequeñas el gasto
queda expresado por:
Q
dV
= _____ = kAi
Dt
cm
____
seg
Donde A es el área de la sección transversal e i es el gradiente hidráulico del
líquido.
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60
MECÁNICA DE SUELOS I
Esquema del dispositivo experimental de Darcy
Darcy construyo sus filtros con arenas finas, de lo cual se deduce que en estos
suelos el flujo es laminar y en limos y arcillas de grano mas fino, el agua circula a
velocidades menores, por lo que la ley de Darcy únicamente es aplicable a suelos
de partículas no muy gruesas, quedando excluidas las gravas limpias , cantos
rodados etc.
En la ecuación anterior aparece una constante física de proporcionalidad (k),
llamada el coeficiente de permeabilidad.
En términos simples, el coeficiente de permeabilidad de un suelo es la velocidad
del agua a través del mismo, pero esta depende de las propiedades físicas del
suelo y también de algunos factores, tales como temperatura y otros.
7.3. Métodos para medir el coeficiente de permeabilidad.
Hay varios métodos para determinar la permeabilidad de los suelos , unos directos
llamados así por que se basan en pruebas cuyo objetivo fundamental es la
medición de tal coeficiente, otros indirectos , proporcionados en forma secundaria,
por técnicas que primeramente persiguen otros fines. Estos métodos son los
siguientes:
Directos.
1.-Permeámetro de carga constante.
2.- Permeámetro de carga variable.
3.- Prueba directa de los suelos en el lugar.
Indirectos.
1.- Calculo a partir de la curva granulométrica.
2.- Calculo a partir de la prueba de consolidación.
3.- Cálculo con la prueba horizontal de capilaridad.
7.3.1. Métodos directos.
a) Permeámetro de carga constante.
Es el método mas simple para determinar el coeficiente de
permeabilidad. Una muestra de suelo de área transversal A y longitud
L, confinada en un tubo, se somete a una carga hidráulica h.
DR. FRANCISCO JAVIER OLGIUN COCA
61
MECÁNICA DE SUELOS I
Permeámetro de carga constante
El agua fluye a través de la muestra, midiéndole la cantidad en cm3,
que pasan en el tiempo t en seg., aplicándose la ley de Darcy.
El gradiente hidráulico vale i=h/L, entonces k = VL/hAt.
b) Permeámetro de carga variable.
En este tipo de Permeámetro se mide la cantidad de agua que atraviesa una
muestra de suelo, por diferencia de niveles en un tubo alimentador. En la figura
aparecen dos dispositivos típicos , el (a) usado en suelos predominantemente
finos, y el (b) apropiado para materiales mas gruesos.
Permeámetro de carga variable
Al ejecutar la prueba, se llena de agua el tubo vertical del Permeámetro,
observándose su descenso a medida que el agua atraviesa la muestra.
DR. FRANCISCO JAVIER OLGIUN COCA
62
MECÁNICA DE SUELOS I
7.3.2. Métodos indirectos.
a) A partir del análisis granulométrico.
Existe una correlación entre la composición granulométrica y la permeabilidad de
un suelo arenoso grueso, ya que los poros entre las partículas minerales son
relativamente grandes y por ello la permeabilidad puede ser alta, ya que en los
suelos finos, los poros y canalículos son mas pequeños, por lo cual estos
materiales son de menor permeabilidad. Este procedimiento sin embargo, debe
tomarse con reserva para conocer la permeabilidad, dado que existen otros
factores que afectan la permeabilidad que no se consideran en este método.
K = CD²10 (cm/seg)
Donde k = constante de permeabilidad y D10 = diámetro efectivo del suelo.
Allen Hazen obtuvo su formula con arenas uniformes, con diámetro efectivo entre
0.1 y 0.3 mm, en estos suelos C varia de 41 a 146, El valor de C = 116, suele
considerarse como un valor aceptable.
Terzaghi, propuso la formula siguiente, en la cual involucra la temperatura, ya que
al aumentar la temperatura, se desminuye la viscosidad del agua.
K = C D²10 (0.7 + 0.003t) (cm/seg)
7.4 Factores que influyen en la permeabilidad de los suelos.
7.4.1. Relación de vacíos.
La relación entre la cantidad de vacíos de un suelo y su permeabilidad, nos indica
que entre mas vacíos tenga un suelo, mayor permeabilidad se manifiesta en el
mismo, por la cantidad de espacios que permiten el desplazamiento del agua a
través del suelo.
7.4.2. Temperatura.
La temperatura que posea el agua libre que fluye a través de un suelo, influye en
su facilidad de drenar por los poros del mismo, ya que al aumentar su
temperatura, disminuye su viscosidad y aumenta la facilidad de pernear el agua a
través del suelo.
7.4.3. Estructura y estratificación.
La estructura, sobre todo en los suelos finos, juega un papel importante en la
permeabilidad de un suelo, ya que una estructura dispersa, permite con mayor
facilidad el paso del agua, que una estructura flocúlenta.
7.4.4. existencia de agujeros y fisuras.
Otro factor muy importante en la permeabilidad de los suelos, es la existencia de
agujeros y fisuras en las partículas de los suelos arenosos, ya que por estos
elementos se permite el paso del agua, que sería una permeabilidad adicional a
propia del suelo.
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63
MECÁNICA DE SUELOS I
UNIDAD VIII
CONSOLIDACIÓN
Puesto que los suelos, no tienen resistencia a la tensión, las características de
deformación bajo compresión, son las de mayor interés Al observar los suelos
suaves, se nota que el suelo reduce su volumen conforme pasa el tiempo y
aumenten las cargas que tiene encima por sedimentación sucesiva .
Consolidómetro de anillo flotante
Al proceso de disminución de volumen, que tenga lugar en un lapso, provocado
por el aumento de las cargas sobre el suelo, se le llama proceso de consolidación.
El asentamiento que sufrirá un edificio construido sobre un material consolidable,
se puede estimar por medio de la prueba de consolidación unidimensional, sobre
especimenes representativos del suelo, extraídos de una forma tan inalterada que
sea posible, se puede calcular así la magnitud y la velocidad de los asentamientos
probables, debido a las cargas aplicables.
En el marco de consolidación, se coloca la muestra inalterada y se van aplicando
cargas que var repartidas uniformemente en toda su superficie.
Las cargas se van aplicando en periodos de tiempo suficiente para que la
velocidad de deformación se reduzca prácticamente a cero. En cada incremento
de carga, se hacen lecturas del extensómetro para conocer la deformación
correspondiente a diferentes tiempo, los datos de estas lecturas, se dibujan en una
grafica que tenga por abscisas los valores de los tiempos transcurridos en escala
logarítmica, y como ordenadas las correspondientes lecturas del extensómetro en
DR. FRANCISCO JAVIER OLGIUN COCA
64
MECÁNICA DE SUELOS I
escala natural, estas curvas se llaman de consolidación y se obtienen una para
cada incremento de carga.
Forma típica de consolidación en arcillas
Una Vez que el suelo alcanza su máxima deformación, bajo un incremento de
carga, su relación de vacíos llega a un valor menor, y que puede determinarse con
las lecturas del extensómetro, así para cada incremento de carga se tiene una
reducción en la relación de vacíos. En suma de toda la prueba, una vez aplicados
todos los incrementos de carga, se tienen valores para construir una gráfica, en
cuyas abscisas se ponen los valores de presión actuante, en escala natural o
logarítmica y en cuyas ordenadas se anotan las relaciones de vacíos y a esta
curva se le denomina de compresibilidad.
Forma típica de curva de compresibilidad de suelos compresibles
Generalmente en una curva de compresibilidad, se obtienen tres tramos, el A es
un tramo curvo que comienza casi en forma horizontal y cuya curvatura es
progresiva, alcanzando su máximo en su unión con el tramo B.
El tramo B es generalmente un tramo recto y con el se llega al final de la prueba.
A partir de este punto es común someter a la prueba de consolidación a una
segunda etapa, ahora de descarga, en la que se somete al espécimen a pruebas
DR. FRANCISCO JAVIER OLGIUN COCA
65
MECÁNICA DE SUELOS I
de descarga, permaneciendo en cada decremento de carga, el tiempo suficiente
para que la velocidad de deformación se reduzca prácticamente a cero, si bien
nunca llega el suelo a su relación de vacíos inicial; El tramo C, corresponde a esta
segunda etapa, con el espécimen llevado a carga final nula, como es usual.
Curvas de compresibilidad para dos procesos de carga y
descarga
8.1. Distribución de presiones, efectivas, neutras y totales.
Para analizar las presiones que se presentan en un suelo durante el fenómeno de
consolidación, y en general en la Mecánica de Suelos.
Considérense dos partículas en contacto, con una superficie plana de área A,
representativa de todas las áreas de contacto en la masa del suelo
Equilibrio de fuerzas actuantes en una masa de suelo
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66
MECÁNICA DE SUELOS I
Puede definirse la relación de áreas de contacto como:
As
A = _________
A
Si la fuerza total normal al plano de contacto es P y la cortante total es T. Los
esfuerzos totales normales y cortantes se definen como.
T
γ = _________
A
Los esfuerzos en la superficie interfacial son diferentes a los anteriores y de
acuerdo con un criterio semejante, se definen como
Ps
σs = _________
As
Ts
γs = _________
As
Ps y Ts, son las fuerzas normal y tangencial actuantes entre las dos partículas
sólidas.
Considérese el equilibrio en la dirección normal al plano de contacto.
P = Ps + (A – As) un
un, en la ecuación anterior, es la presión en el agua intersticial.
Un = γ
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67
wZ
MECÁNICA DE SUELOS I
8.2. Teoría de consolidación (analogía mecánica de Terzagui).
El modelo mecánico propuesto por Terzaghi, para explicar el fenómeno de
consolidación, se basa en un cilindro, provisto de un pistón sin fricción, con una
pequeña perforación en él, tal como aparece en la figura.
El pisón está soportado por un resorte unido al fondo del cilindro, este esta
totalmente lleno de un fluido incompresible. Si se coloca sobre el pistón una carga
P, manteniendo el orificio cerrado, es evidente que el resorte no puede deformarse
nada y, así, toda la carga P estará soportada por el fluido.
Pero si se permite que el fluido salga por el orificio, abriendo éste también es
evidente que habrá una transferencia gradual de carga del fluido al resorte.
Esquema del modelo mecánico de Terzaghi, para explicar el
fenómeno de consolidación
8.3. Prueba de consolidación unidimensional.
Durante la prueba se aplican incrementos de carga axial y por efectos de estas, el
agua tiende a salir del suelo, a través de piedras porosas colocadas en sus caras,
el cambio de volumen se mide con un micrómetro colocado en el marco de carga
sobre la piedra porosa superior.
Para cada incremento de carga aplicada, se miden los cambios de volumen, los
datos registrados conducen a la obtención de la curva de consolidación.
Dibujando las lecturas del micrómetro como ordenadas ,en escala natural y los
tiempos como abscisas en escala logarítmica , se logra que la curva de
consolidación obtenida en laboratorio, sea fácilmente comparada con la curva
teórica
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68
MECÁNICA DE SUELOS I
8.4. Factores que influyen en el tiempo de consolidación.
El tiempo es un factor importante en el tiempo de consolidación, sobre todo el
tiempo en que permanezca la aplicación de la carga. El espesor del estrato, es
también un factor importante en el fenómeno de consolidación por la distancia que
tiene que recorrer el agua para drenarse, durante el proceso.
El fenómeno de permeabilidad, también es un factor importante en el proceso de
consolidación, en virtud de que un estrato con mayor constante de permeabilidad
permite un menor tiempo en el drenaje del agua.
La compresibilidad de un suelo consolidable, es un factor que influye en el
proceso, aunque se debe hacer la aclaración que el coeficiente de compresibilidad
de un suelo, depende de la estructuración y la composición mineralógica del suelo.
8.5. Determinación del 0%, 50% y 100% de consolidación primaria
en una curva de consolidación, aplicando el método del Dr.
Casagrande.
Al iniciar la prueba de consolidación, no se sabe si las primeras deformaciones se
deben a ajustes del material o representan el inicio del fenómeno de
consolidación, la curva para la primera mitad del proceso, es prácticamente una
parasol, en la cual puede determinarse el 0% de consolidación, con la aplicación
de una propiedad de las curvas.
Es mas difícil, determinar el punto teórico que corresponde al 100 % dela
consolidación primaria, de los varios métodos propuestos para este fin, se
describe a continuación el propuesto por el Dr. A Casagrande, que requiere la
graficación de la curva en una escala semilogarítmica.
DR. FRANCISCO JAVIER OLGIUN COCA
69
MECÁNICA DE SUELOS I
En la curva de consolidación presenta generalmente un tramo recto, en el cual se
hace notable la consolidación secundaria, esto permite definir por simple
inspección la zona en la cual se completa la consolidación primaria, esta zona es
la correspondiente a la transición entre la parte inclinada de amplia curvatura y el
tramo recto final. Empíricamente, se ha observado que la intersección del tramo
recto de compresión secundaria y la tangente a la parte curva en su punto de
inflexión, que además representa la transición de la consolidación primaria y la
secundaria, se localiza el 100 % de consolidación primaria.
La línea del 0%, se obtiene escogiendo un tiempo arbitrario t1, tal que el punto
correspondiente B, en la curva observada esté situado antes del 50 % de
consolidación, de un modo notorio. Obténgase el punto C, correspondiente a un
tiempo t/4 y determínese la diferencia de ordenadas, a de los puntos.
Puesto que entre estos dos puntos hay una relación de abscisas de cuatro y que
se advierte que son puntos de una parábola,se sigue que su relación de
ordenadas ha de ser de raíz cuadrada de 4=2. Es decir, el origen de una parabola
estará a una distancia a arriba de C. Es aconsejable repetir esta construcción
simple varias veces, partiendo de puntos diferentes y situar el 0% de consolidación
a una elevación promedio de las obtenidas.En la figura anteriór puede verse en la
parte derecha, la escala U (%)trazada a partir de los límites encontrados, es
evidente así encontrar el tiempo necesario para que la muestra de suelo alcance
el50 % de consolidación (t50)
DR. FRANCISCO JAVIER OLGIUN COCA
70
MECÁNICA DE SUELOS I
8.6 Consolidación secundaria.
Es el fenómeno de fluido viscoso, el cual se atribuye al deslizamiento progresivo
entre las partículas del material que se reacomodan, tendiendo a estados mas
compactos, para adaptarse a su nueva condición de carga, puede contribuir
también alguna clase de flujo plástico de las partículas laminares constitutivas de
los suelos arcillosos, Cuando las deformaciones plásticas o los deslizamientos
entre ellas, se hacen comparables a la velocidad de expulsión del aguay del
volumen decreciente de vacíos entre las partículas, es cuando el efecto se hace
notable y se refleja en la curva de consolidación, dando lugar al tramo final típico,
sensiblemente recto en un trazado semilogarítmico.
8.7. Determinación de la carga de preconsolidación en una curva
de compresibilidad, aplicando el método del Dr. Casagrande.
El doctor Terzaghi durante sus investigaciones sobre el fenómeno de
consolidación de suelos finos, lo condujeron al importante descubrimiento de que
el tramo virgen de una curva de compresibilidad, es usualmente recto en un
trazado semilogarítmico. Esto se atribuye generalmente a variaciones de carga del
suelo a lo largo de su historia geológica y al inevitable remoldeo de las muestras
de suelo extraídas para efectuar las pruebas.
En la siguiente figura de la curva de compresibilidad, se muestra en la a), se
presenta en escala aritmética, en la b), en escala semilogarítmica. En el segundo
se muestra se presta para un análisis fácil de la historia de la muestra.
DR. FRANCISCO JAVIER OLGIUN COCA
71
MECÁNICA DE SUELOS I
Curvas detalladas de compresibilidad.
Ejemplo de una prueba de consolidación:
Un edificio con un peso total de 1000 toneladas, se pretende construir
sobre un estrato de arcilla plástica, que presenta un espesor de 12.0
metros. Se obtuvo una muestra inalterada para su análisis en el
laboratorio, a la cual se le realizó la prueba de consolidación
unidimensional. ¿ Calcular los siguientes incisos?:
1. Las gráficas de consolidación.
2. El 0, 50 y 100 % de consolidación.
3. La carga de preconsolidación.
4. El asentamiento total sobre el estrato de arcilla.
5. El tiempo en años en el cual se manifestará dicho asentamiento.
6. El coeficiente de compresibilidad.
7. El coeficiente de consolidación.
8. La constante de permeabilidad.
10.0 M.
15.0 M.
12.0 M.
CARACTERÍSTICAS DE LA ARCILLA.
PESO VOLUMÉTRICO NATURAL= 910
HUMEDAD= 29.3
RELACIÓN DE VACIOS= 1.479
PESO DE LOS SÓLIDOS = 79.5
DENSIDAD ABSOLUTA DE SÓLIDOS: 2.21
DR. FRANCISCO JAVIER OLGIUN COCA
72
KG/M3
%
GRS.
MECÁNICA DE SUELOS I
CARACTERÍSTICAS DEL CONSOLIDÓMETRO
DIAMETRO DEL ANILLO=
7.5 CM.
ÁREA DEL ANILLO =
50.0 CM2.
ALTURA DE LA MUESTRA=
15.0 mm.
Registros de carga de la prueba de consolidación unidimensional.
CARGA=
0.125
KGS/CM2
FECHA
TIEMPO EN
HRS : MIN.
28/04/06
09:00
TIEMPO
TRANSCURRIDO
.
MIN. O
SEG.
0.00
5.00
10.00
15.00
30.00
1.0
2.0
4.0
8.0
15.0
30.0
60.0
120.0
240.0
1440.0
SEG.
SEG.
SEG.
SEG.
SEG.
MIN.
MIN.
MIN.
MIN.
MIN.
MIN.
MIN.
MIN.
MIN.
MIN.
09:01
09:02
29/04/2006
CARGA=
09:00
0.250
FECHA
TIEMPO EN
HRS : MIN.
29/04/06
09:00
09:01
09:02
30/04/2006
DR. FRANCISCO JAVIER OLGIUN COCA
09:00
LECTURA DEL
MICRÓMETRO
EN MM.
19.671
19.631
19.623
19.618
19.608
19.594
19.582
19.576
19.573
19.570
19.568
19.559
19.553
19.551
19.551
KGS/CM2
TIEMPO
TRANSCURRIDO
.
MIN. O SEG.
0.00
5.00
10.00
15.00
30.00
1.0
2.0
4.0
8.0
15.0
30.0
60.0
120.0
240.0
1440.0
SEG.
SEG.
SEG.
SEG.
SEG.
MIN.
MIN.
MIN.
MIN.
MIN.
MIN.
MIN.
MIN.
MIN.
MIN.
73
LECTURA
DEL
MICRÓMETRO
EN MM.
19.551
19.530
19.517
19.508
19.500
19.483
19.465
19.453
19.445
19.435
19.426
19.415
19.404
19.389
19.373
MECÁNICA DE SUELOS I
CARGA=
0.500
KGS/CM2
FECHA
TIEMPO EN
HRS : MIN.
30/04/06
09:00
TIEMPO
TRANSCURRIDO
.
MIN. O
SEG.
0.00
5.00
10.00
15.00
30.00
1.0
2.0
4.0
8.0
15.0
30.0
60.0
120.0
240.0
1440.0
SEG.
SEG.
SEG.
SEG.
SEG.
MIN.
MIN.
MIN.
MIN.
MIN.
MIN.
MIN.
MIN.
MIN.
MIN.
09:01
09:02
01/05/2006
CARGA=
09:00
1.00
FECHA
TIEMPO EN
HRS : MIN.
01/05/06
09:00
09:01
09:02
02/05/2006
DR. FRANCISCO JAVIER OLGIUN COCA
09:00
LECTURA DEL
MICRÓMETRO
EN MM.
19.373
19.325
19.308
19.299
19.275
19.241
19.209
19.175
19.149
19.126
19.105
19.084
19.058
19.001
18.849
KGS/CM2
TIEMPO
TRANSCURRIDO
.
MIN. O SEG.
0.00
5.00
10.00
15.00
30.00
1.0
2.0
4.0
8.0
15.0
30.0
60.0
120.0
240.0
1440.0
SEG.
SEG.
SEG.
SEG.
SEG.
MIN.
MIN.
MIN.
MIN.
MIN.
MIN.
MIN.
MIN.
MIN.
MIN.
74
LECTURA
DEL
MICRÓMETRO
EN MM.
18.849
18.8
18.772
18.749
18.71
18.642
18.545
18.418
18.280
18.158
18.028
17.899
17.769
17.669
17.507
MECÁNICA DE SUELOS I
CARGA=
2.00
FECHA
TIEMPO EN
HRS : MIN.
02/05/06
09:00
KGS/CM2
TIEMPO
TRANSCURRIDO
.
MIN. O
SEG.
0.00
5.00
10.00
15.00
30.00
1.0
2.0
4.0
8.0
15.0
30.0
60.0
120.0
240.0
1440.0
SEG.
SEG.
SEG.
SEG.
SEG.
MIN.
MIN.
MIN.
MIN.
MIN.
MIN.
MIN.
MIN.
MIN.
MIN.
09:01
09:02
03/05/2006
CARGA=
FECHA
09:00
4.00
09:00
09:01
09:02
04/05/2006
DR. FRANCISCO JAVIER OLGIUN COCA
09:00
17.507
17.42
17.385
17.345
17.278
17.182
17.02
16.85
16.67
16.505
16.434
16.35
16.269
16.189
16.093
KGS/CM2
TIEMPO
TIEMPO EN HRS
TRANSCURRIDO
: MIN.
.
03/05/06
LECTURA DEL
MICRÓMETRO
EN MM.
0.00
5.00
10.00
15.00
30.00
1.0
2.0
4.0
8.0
15.0
30.0
60.0
120.0
240.0
1440.0
75
MIN. O SEG.
SEG.
SEG.
SEG.
SEG.
SEG.
MIN.
MIN.
MIN.
MIN.
MIN.
MIN.
MIN.
MIN.
MIN.
MIN.
LECTURA
DEL
MICRÓMETRO
EN MM.
16.093
15.992
15.961
15.930
15.862
15.761
15.635
15.497
15.369
15.270
15.218
15.151
15.107
15.047
14.923
MECÁNICA DE SUELOS I
CARGA=
8.000
KGS/CM2
FECHA
TIEMPO EN
HRS : MIN.
TIEMPO
TRANSCURRIDO
.
MIN. O
SEG.
LECTURA DEL
MICRÓMETRO
EN MM.
04/05/06
09:00
0.00
5.00
10.00
15.00
30.00
1.0
2.0
4.0
8.0
15.0
30.0
60.0
120.0
240.0
1440.0
SEG.
SEG.
SEG.
SEG.
SEG.
MIN.
MIN.
MIN.
MIN.
MIN.
MIN.
MIN.
MIN.
MIN.
MIN.
14.923
14.810
14.780
14.755
14.690
14.600
14.505
14.403
14.320
14.261
14.210
14.149
14.111
14.060
14.011
09:01
09:02
01/05/2006
09:00
DESCARGA
FECHA
TIEMPO EN HRS
: MIN.
CARGA EN
KG/CM2
09:00
09:30
10:00
10:30
11:00
11:30
12:00
12:30
8.00
4.00
2.00
1.00
0.500
0.250
0.125
0.000
05/05/06
DR. FRANCISCO JAVIER OLGIUN COCA
76
MIN. O SEG.
LECTURA
DEL
MICRÓMETRO
EN MM.
14.011
14.083
14.213
14.324
14.483
14.605
14.808
15.128
MECÁNICA DE SUELOS I
Determinación de las relaciones de vacíos.
DESCARGA
CARGA
CARGA
PRESIÓN
(KG7CM2)
LECTURA
MICRÓMETRO
(MM)
DEFORMACIÓN
(MM)
DEFORMACIÓN
/ HALTURA DE
SÓLIDOS
RELACIÓN DE
VACIOS
0.000
0.125
0.250
0.500
1.0
2.0
4.0
8.0
4.0
2.0
1.0
0.500
0.250
0.125
0.000
19.671
19.551
19.373
18.849
17.507
16.093
14.923
14.011
14.083
14.213
14.324
14.483
14.605
14.808
15.128
0.000
0.120
0.298
0.822
2.164
3.578
4.748
5.660
5.588
5.458
5.347
5.188
5.066
4.863
4.543
0
0.0247
0.0614
0.1695
0.4462
0.7377
0.9790
1.1670
1.1522
1.1254
1.1025
1.0697
1.0445
1.0027
0.9367
2.092
2.0673
2.0306
1.9225
1.6458
1.3543
1.1130
0.9250
0.9398
0.9666
0.9895
1.0223
1.0475
1.0893
1.1553
Determinación de la altura de sólidos.
Hs = 10 Ws
A ds
Donde:
Hs = Altura de sólidos.
Ws = Peso de sólidos.
A = Área del anillo.
ds = Densidad absoluta de los sólidos.
DR. FRANCISCO JAVIER OLGIUN COCA
77
MECÁNICA DE SUELOS I
Carga de preconsolidación:
Es la carga máxima que ha soportado el suelo en su historia geológica, antes de la
ejecución de la prueba a la que se le sometió en la consolidación.
1.- Realícese la gráfica de compresibilidad.
2.- Determine el punto de máxima curvatura T.
3.- Trácese una línea horizontal al punto T. (H).
4.- Trácese una tangente a la curva en el punto T.
5.- Trácese una bisectriz al ángulo que forman T y H. (C).
6.- Prolónguese con una línea recta, el tramo virgen de la curva de consolidación
hasta interceptar la bisectriz C.
7.- El punto de intersección tiene como absisa la carga de preconsolidación del
suelo.
Coeficiente de compresibilidad.
DR. FRANCISCO JAVIER OLGIUN COCA
78
MECÁNICA DE SUELOS I
e1
av
e2
-
= .
.
p2
-
p1
Donde:
av
e1
e2
= Coeficiente de compresibilidad.
P1
P2
= Presión inicial.
= Relación de vacíos inicial.
= Relación de vacíos final.
= Presión final.
Coeficiente de consolidación.
0.197
cv
Hm²
= .
.
t50
Donde:
cv
= Coeficiente de consolidación.
Hm
= Altura de la muestra deformada.
0.197
T50
= Constante adimensional.
= Tiempo de consolidación al 50 %.
Constante de permeabilidad.
av Hm² ‫ﻻ‬m
k
= .
.
t50
Donde:
k
= Constante de permeabilidad.
Hm
= Altura de la muestra deformada.
av = Área del espécimen o del anillo del consolidómetro.
‫ﻻ‬m = Peso volumétrico del suelo.
DR. FRANCISCO JAVIER OLGIUN COCA
79
MECÁNICA DE SUELOS I
T50
= Tiempo de consolidación al 50 %.
Asentamiento.
Hm
Δm =
Hh
Δm
Donde:
Hm = Altura del espécimen (en cm).
Hh = Altura del estrato (en cm.).
Δm = Deformación de la muestra para la presión de diseño (en cm).
Δh = Deformación o asentamiento del estrato de arcilla (en cm).
Tiempo en que se presentará el asentamiento.
Tm
Hm =
Th
Hm
Donde:
Tm = Tiempo en que se deformó la muestra para la presión de diseño (en min).
Th = Tiempo en que se asentará el estrato.
Hm = Altura del espécimen (en cm).
Hh = Altura del estrato (en cm.).
DR. FRANCISCO JAVIER OLGIUN COCA
80
MECÁNICA DE SUELOS I
UNIDAD IX
RESISTENCIA AL ESFUERZO CORTANTE.
9.1. Estados de esfuerzos y deformaciones planas.
La determinación de la resistencia al esfuerzo cortante de un suelo, es uno de los
puntos fundamentales de la Mecánica de suelos, ya que es imprescindible para la
estabilidad de los suelos en las obras civiles.
El francés C.A. Coulomb admitió que los suelos fallan por esfuerzo cortante a lo
largo de planos de deslizamiento, luego entonces la presión ejercida y el área del
plano de falla dan origen a la ley de resistencia, en la cual el suelo falla cuando el
esfuerzo actuante alcanza un valor de corte tal que:
S = σ tan φ
Esta proporción, esta en función de un ángulo, al cual Coulomb llamo “Angulo de
fricción interna” y lo definió como una constante del material.
En las arenas sueltas, su resistencia es de cero, ya que se toma entre las manos y
se desliza entre los dedos, (σ=0) en cambio una arcilla no se cuela entre los
dedos por que si tiene una resistencia al esfuerzo cortante. Coulomb observo que
en las arcillas francas, el esfuerzo cortante es igual a la cohesión, por lo que
carecen de ángulo de fricción interna (φ=0).
S=C
Sin embargo la mayoría de los suelos presentan características mixtas, por lo que
presentan ángulo de fricción interna y cohesión. Por lo tanto para este caso y en
forma general la ley de Coulomb, puede escribirse de la siguiente manera:
S= C + σ tan φ
De lo anterior, se deducen tres tipos de suelos:
Cohesivo
Friccionante
Cohesivo – friccionante.
9.2. Circulo de Mohr.
.En el circulo de Mohr, se considera que el circulo tiene un diámetro en las
abscisas igual la diferencia de el esfuerzo desviador menos el esfuerzo horizontal
o de confinamiento del suelo, y la línea de falla, es una tangente a dicho circulo,
que se debe de traza como tangente de cuando menos dos círculos y en las
ordenadas se determina el valor de la cohesión y el esfuerzo cortante. El ángulo
DR. FRANCISCO JAVIER OLGIUN COCA
81
MECÁNICA DE SUELOS I
de fricción interna, se define como el ángulo que forma la tangente con la
horizontal.
δ
δ = π tan Φ
Φ
Circulo de Mohr, para un suelo friccionante.
δ
δ= C
Φ= 0
C
π
Circulo de Mohr para un suelo cohesivo
δ
δ = C + π tan Φ
Φ
C
π
DR. FRANCISCO JAVIER OLGIUN COCA
82
MECÁNICA DE SUELOS I
Circulo de Mohr para un suelo cohesivo friccionante.
9.3. Relaciones de esfuerzos principales .
Considérese en el esquema, en el que se muestra un espécimen de muestra de
suelo sujeto a un esfuerzo vertical σ1, que se considera el principal mayor y a un
esfuerzo lateral, σ3, considerado como el principal menor; en esta figura el ángulo
de fricción interna φ es el que forma un plano cualquiera BB’, con el plano
horizontal AA’, en el cual actúa el esfuerzo principal mayor, aparece un detalle
del espécimen de suelo, que corresponde al elemento triangular rayado. El ángulo
φ se mide en sentido contrario a las manecillas del reloj.
Condiciones de un suelo expuesto a compresión triaxial.
9.5. Pruebas de laboratorio para determinar la resistencia al esfuerzo
cortante.
9.5.1. prueba de compresión simple.
La prueba de compresión simple, se realiza a los suelos puramente arcillosos, y
consiste en labrar un espécimen de una muestra inalterada de sección circular o
cuadrada, a la cual se le aplica una carga vertical hasta producir su falla, esta
esfuerzo vertical, se divide entre el área del espécimen para determinar el
esfuerzo desviador con el cual se dibuja el circulo de Mohr, para determinar su
resistencia al esfuerzo cortante.
9.5.2. Prueba de corte directo.
DR. FRANCISCO JAVIER OLGIUN COCA
83
MECÁNICA DE SUELOS I
Durante muchos años, esta fue la única prueba para medir la resistencia al
cortante de los suelos, es una prueba muy simple, la cual consiste en introducir
una muestra de suelo en el aparato con las condiciones de compactación y
humedad natural del suelo, haciendo deslizar la parte superior del aparato para
provocar la falla del suelo, midiendo en extensometros la deformación de falla y la
carga requerida para romper el material, la cual se divide entre el área de la
muestra y determinar el esfuerzo desviador, el cual se grafica mediante un circulo
de Mohr y se determina el esfuerzo cortante.
Esquema del aparato de resistencia al esfuerzo cortante directo.
9.5.3. Prueba UU (no consolidada, no drenada)
Se labra un espécimen de una muestra inalterada, en forma circular, en un torno
de labrado, se introduce dentro de un látex impermeable para evitar el aumento o
perdida de agua, se coloca en la cámara de compresión triaxial y se le aplica una
carga de confinamiento de 0.5 kg/cm2, y se aplica la carga vertical de compresión
a una velocidad uniforme, hasta la falla del espécimen, anotando en intervalos
uniformes de deformación, las lecturas obtenidas en el extensómetro del anillo de
carga, una ves fallado el espécimen, se calcula el esfuerzo para diferentes
deformaciones dividiendo la carga entre el área del espécimen y el esfuerzo
máximo obtenido mediante una grafica de esfuerzo – deformación, se utiliza para
dibujar el circulo de Mohr.
Se repite el mismo procedimiento pero ahora con una carga de confinamiento de
1.0 kg/cm2.
Una ves dibujados los dos círculos de Mohr, se traza la tangente a los círculos y
se determinan los valores de cohesión y ángulo de fricción interna.
9.5.4. Prueba CU (Consolidada, no drenada)
Es el mismo procedimiento que en el punto 9.5.3, solo que el espécimen antes de
someterla a la compresión triaxial, se realiza la prueba de consolidación
unidimensional, para medir su resistencia al cortante una vez de haber pasado por
el fenómeno de consolidación.
DR. FRANCISCO JAVIER OLGIUN COCA
84
MECÁNICA DE SUELOS I
Conjunto de dispositivos para la prueba de compresión triaxial.
9.5.5. Prueba CD (consolidada, drenada)
Es el mismo procedimiento que en el punto 9.5.3, solo que el espécimen antes de
someterla a la compresión triaxial, se realiza la prueba de consolidación
unidimensional, para medir su resistencia al cortante una vez de haber pasado por
el fenómeno de consolidación y en el látex se introducen una piedras porosas que
permiten que el suelo drene el agua libre durante el proceso de compresión.
9.6. Pruebas de campo para determinar la resistencia al esfuerzo cortante.
Dentro de las pruebas mas empleadas para medir la resistencia al esfuerzo
cortante, se puede mencionar la de la Veleta haciendo la aclaración que sus
resultados son completamente empíricos, ya que carecen de un fundamento
científico y únicamente nos proporcionan un valor aproximado
9.6.1. Prueba de la veleta.
La veleta, consta de un vástago, desmontable en piezas a cuyo extremo inferior
esta ligada la veleta propiamente dicha, generalmente de cuatro aspas fijamente
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MECÁNICA DE SUELOS I
ligadas a un eje. Para efectuar la prueba, una ves hincada la veleta a la
profundidad deseada, se aplica gradualmente el vástago un movimiento circular en
su extremo superior en donde existe un mecanismo que permite medir la fuerza
empleada para romper el suelo.
9.7. Resistencia al esfuerzo cortante en suelos friccionantes.
En el caso de los suelos puramente friccionantes como las arenas limpias, las
gravas limpias, los enrocamientos (aunque estos no son suelos) y las
combinaciones de tales materiales. Cuando mayores sean sus partículas, mayores
serán las concentraciones de presión en ellos. Analógicamente, los puntos de
contacto aumentan con la mejor distribución granulométrica. Las presiones en los
puntos de contacto cobran importancia si se relacionan con la resistencia original
de los granos del material, pues bajo aquellas, éstos pueden llegar a deformarse o
a romperse. La resistencia al esfuerzo cortante en una masa de suelo friccionante,
depende de las siguientes características del propio material.
 Compacidad.
 Forma de los granos.
 Distribución granulométrica.
 Resistencia individual de las partículas.
 Tamaño de las partículas.
9.7.1. Relación de vacíos crítica y licuación de las arenas.
En las arenas sueltas, cuando se someten a un esfuerzo cortante, su volumen y
sus vacíos disminuyen, en cambio en las arenas compactas, cuando se someten a
esfuerzo cortante, su volumen aumenta y sus vacíos también, de lo anterior, se
puede intuir que existe un valor intermedio de la relación de vacíos, tal que la
arena que lo tuviese, no variaría su volumen al deformarse bajo esfuerzo cortante,
este valor ha sido llamado por Casagrande como Relación de vacíos crítico.
Si una arena suelta al deformarse, tiende a compactarse , lo que aumenta la
presión en el agua, si esta no se drena con la suficiente rapidez, este aumento de
presión neutral rebaja la presión efectiva y la resistencia al esfuerzo cortante hasta
llevarla acero, a este fenómeno se le conoce como licuación de las arenas.
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MECÁNICA DE SUELOS I
UNIDAD X
MEJORAMIENTO MECÁNICO DE LOS SUELOS.
Se denomina compactación de suelos, al proceso mecanico por el cual se busca
mejorar las características de resistencia, compresibilidad y esfurzo-deformación
de los mismos.
10.1. Determinación de pesos volumétricos de campo, por los
métodos de:
10.1.1. Cono de arena (trompa de elefante).
El objetivo de esta prueba, es determinar la masa volumétrica seca que presenta
un material en estado natural o compactado y su contenido de humedad, para
calcular el grado de acomodo que presenta con respecto a la masa volumétrica
seca máxima determinada en el laboratorio.
Equipo:
 Bascula de 120 Kg.
 Balanza de 3000 Grs.
 Barreta.
 Cucharón de lamina.
 Regla metálica de 30.0 cm.
 Charola rectangular.
 Recipiente para humedad.
 Trompa de elefante o cono de arena.
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MECÁNICA DE SUELOS I

Bolsas de polietileno.
Procedimiento:
1.- Una ves seleccionado el lugar en donde se realizará la prueba, se limpia la
superficie, de tal manera que se tenga una superficie plana y libre de partículas
sueltas.
2.- Se efectúa una excavación en el sitio de prueba, con dimensiones de acuerdo
al tamaño máximo del material del estrato. El sondeo se hace con cuidado para
evitar alteración en sus paredes y fondo, con un volumen mínimo de acuerdo a la
tabla siguiente.
3.- Se coloca en un recipiente el material que se valla extrayendo.
4.- Se pesa el material y se registra como (Wm)
5.- Se toma una muestra representativa de acuerdo a su tamaño máximo y se
determina su contenido de humedad.
6.- se pesa una cantidad de arena de Ottawa para llenar el sondeo (Wsi)
7.- Se llena el dispositivo con arena , ya sea con el cono de arena o con la trompa
de elefante.
8.- Se determina el peso que sobro.(Wsf) y se determina el peso de la arena
empleada (Ws).
9.- se calcula el volumen del sondeo.
10.- Se calcula el peso volumétrico húmedo del lugar.
11.- se calcula y reporta el peso volumétrico seco del lugar.
Y se determina el grado de compactación.
10.1.2. Balón de densidad.
El procedimiento es el mismo que el inscrito en el punto 10.1.1, considerando el
equipo de balón en lugar del cono de arena.
10.1.3. Empleando aceite.
El procedimiento es el mismo que el inscrito en el punto 10.1.1, considerando el
aceite, en lugar del cono de arena.
10.2. Pruebas de compactación en el laboratorio.
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MECÁNICA DE SUELOS I
10.2.3. Prueba Porter.
EQUIPO REQUERIDO PARA LA PRUEBA PORTER
DETERMINACIÓN DEL V.R.S. ESTÁNDAR SATURADO.
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Y
MECÁNICA DE SUELOS I
DETERMINACIÓN DE LA MASA VOLUMÉTRICA SECA MÁXIMA,
DETERMINADA CON LA PRUEBA DE CARGA ESTÁTICA
“PORTER”
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MECÁNICA DE SUELOS I
10.3. Factores que intervienen en el proceso de compactación.
La naturaleza del suelo.
Es claro que la clase de suelo con la que se trabaja influye de manera decisiva en
el proceso de compactación; ya que la naturaleza del mismo requiere de
diferentes tipos de energia para obtener su mejor acomodo. Los suelos los
podemos clasificar como: Friccionantes, Cohesivos y Cohesivos-friccionantes.
Los suelos cohesivos, son definidos de esta manera por que su resistencia al
esfuerso cortante depende del valos de la cohesion.
Los suelos Friccionantes, se denominan de esta manera por que se resistencia al
esfuerzo cortante, depende de su ángulo de fricción interna.
En los suelos Cohesivos-friccionantes, su resistencia al cortante, depende de los
dos valores de cohesión y de su ángulo de fricción interna.
.- El método de compactación.
Existen diferentes tipos de energías de compactación y diferentes equipos para
compactar, los cuales nos proporcionan diferentes tipos de energía, como se
indica a continuación:
ENERGIA
EQUIPO
Placa vibratoria
Rodillo Pata de cabra
Rodillo liso
Rodillo liso vibratorio
Rodillo neumático
Pizon manual
Bailarina
Vibración
Amasado
Estática
Estática y vibración.
Amasado
Dinámica
Dinámica y vibración
COMPACTADOR DE PLACA VIBRATORIA
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MECÁNICA DE SUELOS I
Compactador liso bibratorio
Compactador pata de cabra
10.3.1. Contenido de agua.
El contenido de agua en el material que se compacta, es una variable importante en el
proceso de algunos materiales. A partir del aumento de agua se aumentan los pesos
volumétricos de los materiales compactados, llegando a un valor óptimo, después del cual
el peso volumétrico empieza a disminuir con el aumento de agua. En relación a un
proceso de compactación de campo, dicho contenido de agua en el óptimo para el equipo
y la energía correspondientes.
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MECÁNICA DE SUELOS I
GRÁFICA TÍPICA DE CONTENIDO DE AGUA
En el caso de la compactación de materiales puramente friccionantes, el agua
funciona como un lubricante para permitir el mejor acomodo de sus partículas,
pero si le adicionamos agua por encima de la humedad óptima no le en perjudicial,
ya que esta será drenada por las mismas características del material, ya que no
retienen agua en sus partículas.
El sentido en el cual se recorra la escala de humedades al efectuar la
compactación.
Este proceso se resalta en las pruebas que se realizan en el laboratorio, en las
que es común presentar resultados en base a gráficas, las cuales se elaboran a
partir de un suelo relativamente seco, al que se va agregando agua y las curvas
son muy diferentes si se realizan a partir de un suelo húmedo, al que se le va
retirando el agua.
Las investigaciones experimentales demuestran que en el primer caso, se
obtienen pesos específicos mayores que en el segundo. Este efecto parece ser
particularmente notable en los suelos finos plásticos con contenidos de agua
inferiores al óptimo.
El contenido de agua original del suelo.
Se refiere este concepto al contenido natural de agua que el suelo poseía antes de
añadirle o quitarle humedad para compactarlo, en busca del contenido óptimo o
cualquier otro con el que se hubiere decidido la compactación.
En el proceso de campo, el contenido de agua original, no solo ejerce gran
influencia en la respuesta del suelo al equipo de compactación, sino que también
gobierna en gran parte el comportamiento interior de la masa del suelo.
10.3.2. Energía de compactación.
La energía especifica.
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MECÁNICA DE SUELOS I
Se entiende por energía específica de compactación la que se entrega al suelo por
unidad de volumen, durante el proceso mecánico de que se trate.
E = Nn Wh
V
Donde:
E = Energía especifica
N = Número de golpes del pisón compactador por cada una de las capas en que
se acomoda el material en el molde de compactación.
n = Número de capas que se disponen hasta llegar al molde.
W = Peso del pisón compactador.
V = Volumen total del molde de compactación, igual al volumen total del suelo
compactado.
H = Altura de caída del pisón al aplicar los impactos al suelo.
10.3.3 La recompactación.
El material que ha sido compactado varias veces, al compactarlo nuevamente, no
presenta problema alguna, sino por el contrario, en la practica se ha observado
que el material recompactado presenta mayores pesos volumétricos, lo que se
refiere a un mejor acomodo.
10.3.4 La temperatura.
La temperatura ejerce un importante efecto en los procesos de compactación de
campo, en primer lugar por efectos de evaporación del agua incorporada al suelo
o de condensación de la humedad ambiente en el mismo. Además, puede llegar a
ejercer algún efecto en la consistencia y manejabilidad de los suelos con que se
trabaja.
10.3.5 La velocidad de compactación.
La velocidad a la cual se desplaza el equipo de compactación, es de suma
importancia, ya que depende de ello la concentración de la energía de
compactación, por lo tal a mayor velocidad del compactador, será menor
transmisión de la energía que se refleja en el peso volumétrico.
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BIBLIOGRAFÍA
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MECÁNICA DE SUELOS (TOMO I),EDITORIAL LIMUSA.
2
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MECÁNICA DE SUELOS Y CIMENTACIONES
EDITORIAL LIMUSA.
3
LAMBE T.W. Y R. WITMAN.
MECÁNICA DE SUELOS
EDITORIAL LIMUSA.
4
TERZAGHI K. Y R.B. PECK.
MECÁNICA DE SUELOS EN LA INGENIERÍA PRÁCTICA
EDITORIAL ATENEO.
5
MANUAL DE LA COMISIÓN FEDERAL DE ELECTRICIDAD.
6
RICO RODRÍGUEZ Y HERMILO DEL CASTILLO
INGENIERÍA DE SUELOS APLICADA A LAS VIAS TERRESTRES
EDITORIAL LIMUSA.
7
NORMATIVA PARA LA INFRAESTRUCTURA DEL TRANSPORTE
SECRETARIA DE COMUNICACIONES Y TRANSPORTES
INSTITUTO MEXICANO DEL TRANSPORTE
EDICIÓN 2004
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a).- Nombre de la práctica.
Identificación preliminar de una arcilla.
b).- Objetivo.
Determinar en forma previa a que tipo de arcilla pertenece un grumo de suelo
plástico, mediante el procedimiento de la prueba de Inmersión del Grumo en
Agua..(Método Australiano)
c).- Material y equipo.
 Matraz de precipitado.
 Un grumo de arcilla.
 Una lupa.
 Agua destilada o de lluvia.
 Papel y bolígrafo
d).- Introducción.
Para el Ingeniero Civil, es importante conocer que tipo de arcilla que constituye el
terreno natural, para estimar cuales son sus propiedades de plasticidad, que
problemas provocará en una estructura una arcilla motmorilonita con respecto a
los cambios volumétricos por la perdida o ganancia de humedad, además de
predecir el nivel de asentamiento que provocará la estructura dependiendo del tipo
de arcilla que constituye a dicho terreno. Y sobre todo, decidir el método de
estabilización o mejoramiento de la arcilla para desplantar una estructura
disminuyendo el riesgo de una falla
e).- Actividades a realizar.
1. Realizar las actividades de acuerdo a lo indicado en el siguiente diagrama
de flujo.
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MECÁNICA DE SUELOS I
INMERSIÓN EN AGUA DESTILADA, DEL GRUMO SECADO AL AIRE
2.-
EL GRUMO SE AFLOJA Y SE DISGREGA
PARCIALMENTE
DISPERSIÓN TOTAL HALOS*
(Motmorilonitas salinas,
frecuentemente también
carbonatos)
EL GRUMO NO SE AFLOJA
DISPERCIÓN PARCIAL
HALOS* (Ilitas salinas)
NO SE PRESENTA
ESPANSIÓN, (Suelos
orgánicos)
NOSE PRESENTA
EXPANSIÓN, (Arcilla
laterítica)
SE TOMAN GRUMOS
INALTERADOS HUMEDOS, SE
REMOLDEAN LIGERAMENTE Y
SE SUMERGEN EN AGUA.
SE PRESENTA DISPERSIÓN (Ilitas)
NO SE PRESENTA DISPERSIÓN
AUSENCIA DE CARBONATOS Y YESO, SE AGITA
VIGOROSAMENTE
SE PRESENTA DISPERCIÓN (Ilitas)
PRESENCIA DE CARBONATO Y YESO** (Ilita ca/Mg,
motmorilonita ca/Mg)
NO SE PRESENTA DISPERCIÓN (Caolinita)
3.- Realizar un reporte acerca de las observaciones realizadas y conclusiones
acerca del tipo de arcilla identificada.
a).- Nombre de la práctica.
Obtención de una muestra inalterada.
b).- Objetivo.
Extraer una muestra inalterada del material que constituye un estrato del terreno
natural, conservando sus propiedades de humedad, masa volumétrica y posición.
c).- Material y equipo.
 Barreta
 Pala redonda
 Pala cuadrada
 Zalpapico
 Flexómetro.
 Espátula.
 Plástico transparente autoadherible.
 .Trozo de madera de 30.0 por 30.0 cm.
 Papel y bolígrafo
d).- Introducción.
Para el Ingeniero Civil, es de fundamental importancia, el conocer el procedimiento
mediante el cual se extrae una muestra de un estrato del terreno natural,
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MECÁNICA DE SUELOS I
conservando sus propiedades inalteradas, para que su análisis en el laboratorio
nos arroje valores confiables en cuanto a sus propiedades mecánicas.
e).- Actividades a realizar.
2. Definir el lugar en el terreno natural, sobre el cual se realizará la extracción
de la muestra inalterada.
3. Realizar una excavación en un área suficiente en la cual se pueda
maniobrar para extraer el material producto de la excavación. Llevando
dicha excavación hasta la profundidad a la cual se localiza el estrato sobre
el cual se pretende extraer la muestra inalterada.
4. Labrar con una espátula una muestra ya sea sobre el piso o sobre la pared
de la excavación, la cual tendrá forma de un cubo regular de 25.0
centímetros por lado, manteniéndola unida en la parte inferior al terreno
natural
5. Colocar una etiqueta de papel en la parte posterior de la muestra, en la cual
se indique la ubicación del lugar de extracción, la profundidad y los datos
necesarios para identificar la muestra.
6. Envolver la muestra con plástico transparente autoadherible, con la
cantidad necesaria para que la muestra no pierda humedad.
7. Cortar la parte inferior de la muestra y terminar de envolverla.
8. Colocar la muestra sobre la base de madera y transportarla al laboratorio.
a).- Nombre de la práctica.
Exploración del terreno natural con posteadora.
b).- Objetivo.
Determinar los estratos que componen el terreno natural en una forma superficial,
definiendo: sus espesores; su descripción geológica; y sus características más
importantes como (humedad, alteración, oxidación, Etc.). Empleando diferentes
tipos de porteadoras.
c).- Material y equipo.
 Barreta
 Pala redonda
 Posteadoras de diferentes tipos.
 Flexómetro.
 Zalpapico.
d).- Introducción.
Para el Ingeniero Civil, es de fundamental importancia, el conocer la constitución
estratigráfica del terreno natural, sobre el cual pretenda desplantar la cimentación
de una estructura, en muchas situaciones en las cuales se enfrenta el Ingeniero,
no se cuenta con Estudio de Mecánica de Suelos, por lo que se debe conocer los
tipos de materiales que constituyen el terreno natural y distinguir sus propiedades
cualitativas, para tomar una desicion adecuada con respecto al tipo de
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MECÁNICA DE SUELOS I
cimentación a emplear y el mejoramiento al terreno que se requiere, para mejorar
las propiedades de resistencia o drenaje.
e).- Actividades a realizar.
9. Definir el lugar en el cual se realizará la exploración al terreno natural.
10. Retirar el estrato formado por la capa vegetal, empleando un zalpapico y la
pala cuadrada en un área aproximada de 40.0 por 40.0 centímetros.
11. Continuar la exploración con el equipo de porteadora, hasta una
profundidad aproximada de 1.50 metros, separando los materiales
extraídos de cada estrato, definiendo algunas propiedades de forma visual,
como espesor, color, textura, nivel de saturación, tipo, etc.
12. Realizar un esquema en el cual se dibuje un perfil estratigráfico,
describiendo en forma breve la propiedades de los materiales y una
conclusión en la cual a criterio de los alumnos, se defina cual sería el
estrato mas adecuado para desplantar la cimentación de una estructura.
a).- Nombre de la práctica.
Determinación del peso volumétrico de una muestra inalterada.
b).- Objetivo.
Determinar el peso volumétrico de una muestra inalterada de suelo.
c).- Material y equipo.
 Balanza de precisión.
 1 kg. de Parafina.
 Recipiente metálico de 4.0 lts..
 1 mt. De hilo.
 Espátula.
 Cubeta.
 Bolígrafo y papel.
d).- Introducción.
Para calcular la resistencia de un suelo, por medio de su capacidad de carga sin
importar la teoría que se empleé en los cálculos, para definir su coeficiente de
variación volumétrica de un suelo para cuantificar los acarreos o determinar la
cantidad de estabilizador que se requiere en un suelo, son algunos de los casos
en los cuales se requiere de la aplicación del peso volumétrico de un suelo en su
estado natural.
Para conocer esta propiedad del suelo, se emplea el principio de Arquimedes, por
medio del cual conocemos el volumen de un cuerpo con geometría irregular, al
sumergirlo en un líquido, por medio del volumen desalojado.
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MECÁNICA DE SUELOS I
e).- Actividades a realizar.
13. De una muestra inalterada, se labra un fragmento de forma
aproximadamente cúbica, de dimensiones de 10.0 centímetros por lado..
14. En un recipiente metálico, se funde la parafina, hasta que en estado líquido,
presente una temperatura aproximada de 60.0°C.
15. El Fragmento de la muestra de suelo, se pesa al aire en la balanza de
precisión, anotando su peso en gramos ( Pm).
16. El Fragmento de la muestra de suelo, se introduce en la parafina por partes,
hasta conseguir su impermeabilidad total.
17. Se deja enfriar la muestra hasta que la parafina pierda se adhesividad y se
pesa recubierta de parafina, anotando su peso en gramos (Pmp).
18. Se amarra con un hilo la muestra recubierta y se pesa sumergida en la
cubeta llena con agua, anotando su peso sumergido en gramos (Ps)
19. Se calcula el peso volumétrico con la siguiente formula:
Pv = Pm/ (Ps -((Pmp-Pm)/Dp))
.Donde:
Pv = Peso volumétrico del suelo
Pm = Peso de la muestra al aire en gramos.
Ps = Peso sumergído de la muestr, en grs.
Pmp = Peso de la muestra recubierta de parafina.
Dp = Densidad de la parafina, (de 0.93)
a).- Nombre de la práctica.
Determinación del contenido de humedad en un suelo.
b).- Objetivo.
Determinar la cantidad de fase líquida que se encuentra dentro de la masa de un
suelo.
c).- Material y equipo.
 Balanza de precisión.
 Horno de temperatura controlada.
 Charola circular o capsula para humedad de aluminio.
 Fuente de calor.
 Espátula.
 Bolígrafo y papel.
d).- Introducción.
En gran parte de las actividades de la Ingeniería Civil es de suma importancia el
determinar el contenido de humedad que tienen los suelos, ya que en su mayoría
de ellos, su comportamiento mecánico y de resistencia, está en función directa de
la cantidad de agua que contiene, Los mayores catástrofes naturales en los
cuales se colapsan las obras civiles se deben al aumento de la humedad en los
materiales, que provocan su inestabilidad por la perdida de resistencia, por ello es
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MECÁNICA DE SUELOS I
de vital importancia el conocer los rangos de humedad en los cuales se debe
mantener un suelo para aprovechar sus mejores propiedades mecánicas.
e).- Actividades a realizar.
20. De una muestra de suelo, se pesa una porción representativa y se registra
su peso en gramos (Pm)
21. Se coloca la muestra pesada en una charola redonda o en una capsula
para humedades y se introduce al horno a una temperatura de 110°C,
durante un lapso de 16 horas, o se puede secar en una fuente de calor
moviéndola constantemente para evitar el quemado de la materia orgánica,
se coloca constantemente un vidrio en la parte posterior para determinar
cuando el suelo está completamente seco (cuando el vidrio se empaña,
significa que el suelo sigue evaporando humedad). .
22. Se saca la muestra del horno o cuando ya no se empaña el vidrio, se deja
enfriar en un desecador para que no absorba humedad del ambiente y se
pesa en la balanza, registrando su peso seco en gramos (Ps).
23. Se calcula el contenido de la humedad en por ciento con la siguiente
formula:
W = ((Pm-Ps)/Ps)*100
.Donde:
W = Contenido de humedad en por ciento.
Pm = Peso de la muestra en gramos.
Ps = Peso seco de la muestra, en gramos.
a).- Nombre de la práctica.
Determinación de la composición granulométrica.
b).- Objetivo.
Determinar el porcentaje de partículas de cada tamaño en porcentaje, del cual
está compuesta una muestra de suelo.
c).- Material y equipo.
 Bascula de 120 Kg.
 Balanza de 3000 Grs.
 Mallas de 3”, 21/2”, 2”, 11/2”, 1”, ¾”,1/2”, ¼”, Nos. 4,10,20,40,60,100 y 200
 Cucharón de lamina.
 Charola rectangular.
 Recipiente metálico de 1.0 lts..
 Fuente de calor.
 Molde metálico de 10.0 lts.
 Bolígrafo y papel.
d).- Introducción.
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MECÁNICA DE SUELOS I
Las propiedades mecánicas de un suelo grueso, y su resistencia al esfuerzo
cortante, están directamente en función de su composición granulométrica y la
orientación de sus partículas, por ello, es de suma importancia conocer la cantidad
de tamaños que forman sus partículas para predecir su comportamiento. A su vez
para realizar la clasificación de un suelo, por el Sistema Internacional “SUCS”, se
requiere de calcular los coeficientes de curvatura que están en función de su curva
granulométrica.
e).- Actividades a realizar.
1.- Obtenida una muestra alterada de suelo, de 40.0 kg. aproximados, se prepara
la muestra por medio del secado, disgregado y cuarteo, llenando el molde metálico
de 10.0 lts.,de los cuarteos opuestos de la muestra con el cucharón de lamina, a
una altura de caída de 15.0 cm. Aproximados.
2.- Se enraza el molde, y se pesa el material empleado, para dividirlo entre el
volumen del molde y determinar su peso volumétrico seco suelto, en kg/m3..
3.- Se coloca el material introducido en el molde, en un charola rectangular y se
hace pasar mediante cribado por cada una de las mallas incluidas dentro de los
tamaños de 3” a la No. 4.
4.- Del material que pasa la malla No. 4, se obtienen 200 grs. Y se dejan
saturando en un recipiente metálico de 1.0 lts., durante 16 horas, o se hierven a
fuego lento durante 15 minutos para que todas sus partículas se disuelvan.
5.- El material saturado o hervido, se escurre y se seca dentro del mismo
recipiente en la fuente de calor, posteriormente, se hace pasar mediante cribado,
por las mallas incluidas dentro de los tamaños de la No. 4 a la No. 200.
6.- Durante el cribado de la muestra, se anota el peso en gramos retenido en cada
una de las mallas.
7.- Se calcula el por ciento retenido en cada malla, dividiendo el peso retenido
entre el peso total de la muestra por cien.
8.- Se van sumando los por cientos parciales de cada malla, para definir los
porcentajes acumulados, y graficar así la curva granulométrica.
a).- Nombre de la práctica.
Determinación del límite líquido de un suelo.
b).- Objetivo.
Determinar el contenido de humedad en el cual un suelo pasa de un estado
plástico, a un estado semilíquido.
c).- Material y equipo.
 Cápsula de porcelana.
 Espátula de acero flexible de 7.5 cm de largo por 2.0 cm de ancho.
 Gotero.
 Copa de Casagrande.
 Balanza de 200 g.
 Horno con termostato.
 Desecador de cristal.
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




Vaso con capacidad de 500 ml.
Paño absorbente-.
Vidrio de reloj.
Placa de vidrio.
Bolígrafo y papel.
d).- Introducción.
Para el Ingeniero Civil, es de vital importancia conocer los estados de consistencia
que presenta un suelo con el aumento o disminución de la humedad, ya que en
cada uno de esos estados, presentan diferente comportamiento mecánico. El
saber que una estructura cívil, se puede asentar, e inclusive colapsar si el suelo
sobre el cual esta desplantado aumenta su humedad y pasa de un estado plástico
a un estado semilíquido o líquido. Y por el contrario, el Ingeniero Civil, debe saber
que la mayor resistencia de un suelo, se presenta dentro del rango de humedad
del estado plástico, por ello toma importancia el conocer los límites en los cuales
el suelo pasa de un estado a otro. .
e).- Actividades a realizar.
1.-se toma una muestra de 150 g. de material que pasa la malla no 40 saturado, y
se coloca en la cápsula de porcelana y se homogeniza la humedad con la
espátula.
2.-se coloca en la copa de Casagrande el material suficiente y se extiende con la
espátula en un espesor de 8 a 10 mm en la parte central de la muestra colocada.
3.-se efectúa una ranura en la parte central con una pasada del ranurador.
4.-se acciona la manivela del aparato para hacer caer la copa, a razón de dos
golpes por segundo, durante 25 golpes, y se ajusta el contenido de dad hasta que
la longitud de contacto de la muestra sea de 13 mm.
5.- se toman 10 g. de material y se colocan en un vidrio de reloj.
6. - se determina el contenido de humedad y se reporta el límite líquido, en por
ciento.
a).- Nombre de la práctica.
Determinación del límite plástico de un suelo.
b).- Objetivo.
Determinar el contenido de humedad en el cual un suelo pasa de un estado
semisólido, a un estado plástico.
c).- Material y equipo.
 Cápsula de porcelana.
 Espátula de acero flexible de 7.5 cm de largo por 2.0 cm de ancho.
 Gotero.
 Balanza de 200 g.
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117
MECÁNICA DE SUELOS I
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
Horno con termostato.
Desecador de cristal.
Vaso con capacidad de 500 ml.
Paño absorbente-.
Vidrio de reloj.
Placa de vidrio.
Bolígrafo y papel.
d).- Introducción.
Para el Ingeniero Civil, es de vital importancia conocer los estados de consistencia
que presenta un suelo con el aumento o disminución de la humedad, ya que en
cada uno de esos estados, presentan diferente comportamiento mecánico. El
saber que una estructura cívil, se puede asentar, e inclusive colapsar si el suelo
sobre el cual esta desplantado aumenta su humedad y pasa de un estado plástico
a un estado semilíquido o líquido. Y por el contrario, el Ingeniero Civil, debe saber
que la mayor resistencia de un suelo, se presenta dentro del rango de humedad
del estado plástico, por ello toma importancia el conocer los límites en los cuales
el suelo pasa de un estado a otro. .
e).- Actividades a realizar.
1.-se toma una muestra de material preparado, y se le da forma de una esfera de
12 mm de diámetro, que deberá moldearse con los dedos para que pierda la
humedad y se forma un cilindro manipulándola sobre la palma de la mano.
2.-se rola el cilindro con los dedos sobre la placa de vidrio reduciendo su diámetro
ligeramente mayor de 3 mm.
3.-si al alcanzar dicho diámetro el cilindro se rompe en varias secciones,
precisamente a los 3mm, se dice que esta en el límite plástico.
4.-se colocan en un vidrio de reloj los fragmentos del cilindro y se determina el
contenido de humedad reportando así el límite plástico.
a).- Nombre de la práctica.
Prueba Porter.
b).- Objetivo.
Determinar del peso volumétrico seca máximo de un suelo, por medio de carga
estática, empleando el procedimiento de la prueba Porter .
c).- Material y equipo.
 Prensa de carga estática con una capacidad de 100 toneladas.
 Molde metálico de 15.0 cm. De diámetro, y 12.0 cm. De altura, compuesto
de base, molde y collarín.
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118
MECÁNICA DE SUELOS I
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Varilla punta de bala.
Bascula de 120 Kg.
Balanza de 3000 Grs.
Malla de 1”.
Cucharón de lámina.
Charola rectangular.
Recipiente metálico de 1.0 lts..
Fuente de calor.
Molde metálico de 10.0 lts.
Bolígrafo y papel.
d).- Introducción.
Para calcular el grado de compactación de una capa de suelo o terreno natural,
cuando el proyecto indique como prueba de comparación una de carga estática,
se deberá de calcular dicho porcentaje, como una comparación del peso
volumétrico seco máximo obtenido con la prueba Porter, la cual nos representa en
el laboratorio el procedimiento de compactación de suelos cohesivos-friccionantes
mediante el compactador de rodillo liza vibratorio.
e).- Actividades a realizar.
1.- De una muestra alterada de suelo, se seca, disgrega y cuartea y de un cuarteo,
se criba por la malla de 1”.
2.- Del material que pasa la malla de 1”, se pesan 5.0 kgs, y se colocan en una
charola cuadrada. Se le incorpora agua al suelo en un volumen pequeño y se
homogeniza manipulándola con las manos.
4.- Se repite el incremento de agua hasta obtener la humedad óptima, la cual se
comprueba que al comprimir una porción de material con la palma de la mano y
formando un grumo, este se fragmente en dos porciones al comprimirlo con los
dedos pulgar y medio. .
5.- Del material húmedo, se pesan 4.0 kg. Y se colocan dentro del molde metálico,
en tres porciones, acomodando el material con 30 golpes por cada capa con la
varilla punta de bala.
6.- Se coloca el molde en la prensa y se le aplica carga estática en una forma
lenta, tal que en cinco minutos debe llegar hasta una presión 160 kg/cm2.
7.- La carga se mantiene por un lapso de un minuto debiendo de expulsar una
gota de agua en la base del molde, para indicar que el suelo contiene la humedad
óptima, y a descarga se hace en un lapso de otro minuto. Si no expulsa la gota de
agua, significa que al suelo le falta humedad, y si por el contrario expulsa agua en
demasía, indica que el suelo tiene humedad superior a la óptima, debiéndose
repetir el proceso hasta conseguir la humedad óptima.
8.- Cuando se obtiene la certeza de que la muestra se compactó con la humedad
óptima, se retira el molde de la prensa, se le quita el collarín y se determina la
altura faltante del material dentro del molde.
9.- Del material sobrante en la charola, se pesan 500 gramos, para determinar su
contenido de humedad.
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119
MECÁNICA DE SUELOS I
10.- Se calcula el volumen ocupado por el material dentro del molde, el cual al ser
dividido por el peso empleado de 4.0 kg. Se obtiene el peso volumétrico húmedo
máximo.
11.- Se corrige el peso volumétrico anterior por la humedad que contiene y se
determina el peso volumétrico seco máximo, reportándose junto con su humedad
óptima.
a).- Nombre de la práctica.
AASHTO estándar.
b).- Objetivo.
Determinar el peso volumétrico seco máximo y la humedad óptima, en suelos que
se emplean en la construcción de terracerías, compactando la muestra en un
molde en tres capas, con un pizón de 2.5 kg., de peso y una caída libre de 30.5
cm.
c).- Material y equipo.
 Prensa de carga estática con una capacidad de 100 toneladas.
 Molde metálico, compuesto de base, molde y collarín.
 Pizón metálico.
 Bascula de 120 Kg.
 Balanza de 3000 Grs.
 Malla de 3/4”.
 Malla No. 4.
 Regla metálica.
 Base cúbica de madera.
 Probeta graduada de 500 cm3.
 Cucharón de lámina.
 Charola rectangular.
 Recipiente metálico de 1.0 lts..
 Fuente de calor.
 Bolígrafo y papel.
d).- Introducción.
Para calcular el grado de compactación de una capa de terracerías o terreno
natural, se deberá de calcular dicho porcentaje, como una comparación del peso
volumétrico seco máximo obtenido con la prueba AASHTO estándar, la cual nos
representa en el laboratorio el procedimiento de compactación de suelos
cohesivos ó friccionantes. La prueba tiene cuatro variantes:
A. Se aplica a materiales que pasan la malla No. 4 y se emplea el molde de 4”
de diámetro.
B. Se aplica a materiales que pasan la malla No. 4 y se emplea el molde de 6”
de diámetro.
C. Se aplica a materiales que tienen retenido en la malla No. 4 y se efectúa en
la fracción que pasa la malla de ¾”, se emplea el molde de 4” de diámetro.
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120
MECÁNICA DE SUELOS I
D. Se aplica a materiales que tienen retenido en la malla No. 4 y se efectúa en
la fracción que pasa la malla de ¾”, se emplea el molde de 6” de diámetro.
Para elegir la variante adecuada, se debe considerar preferentemente, el
molde de 4”, pero si presenta problemas para efectuar la prueba, se empleará
el molde de 6”.
e).- Actividades a realizar.
1.- De una muestra secada, disgregada y cuarteada, se toman 4 kg.
aproximadamente de material para las variantes A y C, que pase la malla No. 4. Y
7.5 kg. aproximadamente de material para las variantes B y D, que pasen la malla
de ¾ de pulgada.
2.- Se agrega humedad repartida uniformemente del 4 al 6 % inferior a la óptima
estimada, tal que al comprimir una porción en la palma de la mano, no deje
partículas adheridas a esta, ni la humedezca, y que a la vez el material pueda
tomarse con dos dedos sin desmoronarse.
3.- Para las variantes A y C , se criba el material por la malla No. 4 y para las
variantes B y D, no es necesario.
4.- Se divide el material en tres porciones y se coloca una de ellas en el molde, y
apoyándose sobre el bloque resistente, se compacta con el pizón, repartiendo
uniformemente los golpes en el material, siendo 25 golpes para las variantes A y C
y 56 golpes para las variantes B y D.
5.- Se escarifica la superficie de la capa compactada y se repite el proceso de
compactación dentro del molde para las otras dos porciones de material..
6.- Se retira el collarín del molde y se enrasa el espécimen con la regla metálica,
depositando el excedente en la charola..
7.- Se pesa el cilindro de molde con el material y se anota su peso.
8.- Se saca el espécimen del cilindro, se corta y se toma una porción
representativa de la parte central, para determinar su contenido de humedad.
9.- Se incorpora el material sobrante y se disgregan los grumos. Se agrega el 2 %
de agua aproximadamente con respecto al peso inicial de la muestra y se repiten
las acciones indicadas en los puntos 4 a 8.
10.- Se realizan cuatro o cinco determinaciones hasta que se igualen los pesos
volumétricos o el último sea menor que el penúltimo.
A. Se determina el contenido de humedad de cada uno de los especimenes.
B. Recalcula el peso volumétrico húmedo del material con la siguiente formula:
Peso Vol. = (Peso del material mas el molde / Vol. Del cilindro) X 100
C. Se calcula el peso volumétrico seco mediante la siguiente formula:
Peso Vol. Seco = Peso Vol. Húmedo / (100 + el contenido de humedad)
D. Se grafica el peso volumétrico seco contra el contenido de humedad de
cada uno de los especimenes elaborados.
E. Se reporta el peso volumétrico seco máximo que corresponde a la cresta de
la curva graficada y la humedad óptima equivalente al contenido de agua
del mismo punto.
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MECÁNICA DE SUELOS I
a).- Nombre de la práctica.
AASHTO modificada 3 capas.
b).- Objetivo.
Determinar el peso volumétrico seco máximo y la humedad óptima, en suelos que
se emplean en la construcción de capas de un pavimento, compactando la
muestra en un molde en tres capas, con un pizón de 4.54 kg., de peso y una
caída libre de 47.5 cm.
c).- Material y equipo.
 Prensa de carga estática con una capacidad de 100 toneladas.
 Molde metálico, compuesto de base, molde y collarín.
 Pizón metálico.
 Bascula de 120 Kg.
 Balanza de 3000 Grs.
 Malla de 3/4”.
 Malla No. 4.
 Regla metálica.
 Base cúbica de madera.
 Probeta graduada de 500 cm3.
 Cucharón de lámina.
 Charola rectangular.
 Recipiente metálico de 1.0 lts..
 Fuente de calor.
 Bolígrafo y papel.
d).- Introducción.
Para calcular el grado de compactación de una capa de terracerías o terreno
natural, se deberá de calcular dicho porcentaje, como una comparación del peso
volumétrico seco máximo obtenido con la prueba AASHTO modificada tres capas,
la cual nos representa en el laboratorio el procedimiento de compactación de
suelos cohesivos ó friccionantes. La prueba tiene cuatro variantes:
E. Se aplica a materiales que pasan la malla No. 4 y se emplea el molde de 4”
de diámetro.
F. Se aplica a materiales que pasan la malla No. 4 y se emplea el molde de 6”
de diámetro.
G. Se aplica a materiales que tienen retenido en la malla No. 4 y se efectúa en
la fracción que pasa la malla de ¾”, se emplea el molde de 4” de diámetro.
H. Se aplica a materiales que tienen retenido en la malla No. 4 y se efectúa en
la fracción que pasa la malla de ¾”, se emplea el molde de 6” de diámetro.
Para elegir la variante adecuada, se debe considerar preferentemente, el
molde de 4”, pero si presenta problemas para efectuar la prueba, se empleará
el molde de 6”.
e).- Actividades a realizar.
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MECÁNICA DE SUELOS I
1.- De una muestra secada, disgregada y cuarteada, se toman 4 kg.
aproximadamente de material para las variantes A y C, que pase la malla No. 4. Y
7.5 kg. aproximadamente de material para las variantes B y D, que pasen la malla
de ¾ de pulgada.
2.- Se agrega humedad repartida uniformemente del 4 al 6 % inferior a la óptima
estimada, tal que al comprimir una porción en la palma de la mano, no deje
partículas adheridas a esta, ni la humedezca, y que a la vez el material pueda
tomarse con dos dedos sin desmoronarse.
3.- Para las variantes A y C , se criba el material por la malla No. 4 y para las
variantes B y D, no es necesario.
4.- Se divide el material en tres porciones y se coloca una de ellas en el molde, y
apoyándose sobre el bloque resistente, se compacta con el pizón, repartiendo
uniformemente los golpes en el material, siendo 25 golpes para las variantes A y C
y 56 golpes para las variantes B y D.
5.- Se escarifica la superficie de la capa compactada y se repite el proceso de
compactación dentro del molde para las otras dos porciones de material..
6.- Se retira el collarín del molde y se enrasa el espécimen con la regla metálica,
depositando el excedente en la charola..
7.- Se pesa el cilindro de molde con el material y se anota su peso.
8.- Se saca el espécimen del cilindro, se corta y se toma una porción
representativa de la parte central, para determinar su contenido de humedad.
9.- Se incorpora el material sobrante y se disgregan los grumos. Se agrega el 2 %
de agua aproximadamente con respecto al peso inicial de la muestra y se repiten
las acciones indicadas en los puntos 4 a 8.
10.- Se realizan cuatro o cinco determinaciones hasta que se igualen los pesos
volumétricos o el último sea menor que el penúltimo.
F. Se determina el contenido de humedad de cada uno de los especimenes.
G. Recalcula el peso volumétrico húmedo del material con la siguiente formula:
Peso Vol. = (Peso del material mas el molde / Vol. Del cilindro) X 100
H. Se calcula el peso volumétrico seco mediante la siguiente formula:
Peso Vol. Seco = Peso Vol. Húmedo / (100 + el contenido de humedad)
I. Se grafica el peso volumétrico seco contra el contenido de humedad de
cada uno de los especimenes elaborados.
J. Se reporta el peso volumétrico seco máximo que corresponde a la cresta de
la curva graficada y la humedad óptima equivalente al contenido de agua
del mismo punto.
a).- Nombre de la práctica.
AASHTO modificada 5 capas.
b).- Objetivo.
Determinar el peso volumétrico seco máximo y la humedad óptima, en suelos que
se emplean en la construcción de capas de un pavimento, compactando la
muestra en un molde en cinco capas, con un pizón de 4.54 kg., de peso y una
caída libre de 47.5 cm.
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MECÁNICA DE SUELOS I
c).- Material y equipo.
 Prensa de carga estática con una capacidad de 100 toneladas.
 Molde metálico, compuesto de base, molde y collarín.
 Pizón metálico.
 Bascula de 120 Kg.
 Balanza de 3000 Grs.
 Malla de 3/4”.
 Malla No. 4.
 Regla metálica.
 Base cúbica de madera.
 Probeta graduada de 500 cm3.
 Cucharón de lámina.
 Charola rectangular.
 Recipiente metálico de 1.0 lts..
 Fuente de calor.
 Bolígrafo y papel.
d).- Introducción.
Para calcular el grado de compactación de una capa de terracerías o terreno
natural, se deberá de calcular dicho porcentaje, como una comparación del peso
volumétrico seco máximo obtenido con la prueba AASHTO modificada cinco
capas, la cual nos representa en el laboratorio el procedimiento de compactación
de suelos cohesivos ó friccionantes. La prueba tiene cuatro variantes:
I. Se aplica a materiales que pasan la malla No. 4 y se emplea el molde de 4”
de diámetro.
J. Se aplica a materiales que pasan la malla No. 4 y se emplea el molde de 6”
de diámetro.
K. Se aplica a materiales que tienen retenido en la malla No. 4 y se efectúa en
la fracción que pasa la malla de ¾”, se emplea el molde de 4” de diámetro.
L. Se aplica a materiales que tienen retenido en la malla No. 4 y se efectúa en
la fracción que pasa la malla de ¾”, se emplea el molde de 6” de diámetro.
Para elegir la variante adecuada, se debe considerar preferentemente, el
molde de 4”, pero si presenta problemas para efectuar la prueba, se empleará
el molde de 6”.
e).- Actividades a realizar.
1.- De una muestra secada, disgregada y cuarteada, se toman 4 kg.
aproximadamente de material para las variantes A y C, que pase la malla No. 4. Y
7.5 kg. aproximadamente de material para las variantes B y D, que pasen la malla
de ¾ de pulgada.
2.- Se agrega humedad repartida uniformemente del 4 al 6 % inferior a la óptima
estimada, tal que al comprimir una porción en la palma de la mano, no deje
partículas adheridas a esta, ni la humedezca, y que a la vez el material pueda
tomarse con dos dedos sin desmoronarse.
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MECÁNICA DE SUELOS I
3.- Para las variantes A y C , se criba el material por la malla No. 4 y para las
variantes B y D, no es necesario.
4.- Se divide el material en cinco porciones y se coloca una de ellas en el molde, y
apoyándose sobre el bloque resistente, se compacta con el pizón, repartiendo
uniformemente los golpes en el material, siendo 25 golpes para las variantes A y C
y 56 golpes para las variantes B y D.
5.- Se escarifica la superficie de la capa compactada y se repite el proceso de
compactación dentro del molde para las otras cuatro porciones de material..
6.- Se retira el collarín del molde y se enrasa el espécimen con la regla metálica,
depositando el excedente en la charola..
7.- Se pesa el cilindro de molde con el material y se anota su peso.
8.- Se saca el espécimen del cilindro, se corta y se toma una porción
representativa de la parte central, para determinar su contenido de humedad.
9.- Se incorpora el material sobrante y se disgregan los grumos. Se agrega el 2 %
de agua aproximadamente con respecto al peso inicial de la muestra y se repiten
las acciones indicadas en los puntos 4 a 8.
10.- Se realizan cuatro o cinco determinaciones hasta que se igualen los pesos
volumétricos o el último sea menor que el penúltimo.
K. Se determina el contenido de humedad de cada uno de los especimenes.
L. Recalcula el peso volumétrico húmedo del material con la siguiente formula:
Peso Vol. = (Peso del material mas el molde / Vol. Del cilindro) X 100
M. Se calcula el peso volumétrico seco mediante la siguiente formula:
Peso Vol. Seco = Peso Vol. Húmedo / (100 + el contenido de humedad)
N. Se grafica el peso volumétrico seco contra el contenido de humedad de
cada uno de los especimenes elaborados.
O. Se reporta el peso volumétrico seco máximo que corresponde a la cresta de
la curva graficada y la humedad óptima equivalente al contenido de agua
del mismo punto.
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