CARACTERIZACIÓN DEL SUELO ESTUDIO DE SUELO

República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular Para la Educación Superior
Universidad Nacional Experimental Sur del Lago
“Jesús María Semprum”
“UNESUR”
CARACTERIZACIÓN DEL SUELO
1.- OBJETIVO.- Realizar una serie de ensayos normalizados a los materiales que
serán utilizados como base de fundación para los edificios del Urbanismo “José
Félix Ribas”, con la finalidad de conocer las Características Físicas, Configuración
de los Suelos, Clasificación y Capacidad Portante, con la finalidad de establecer
las recomendaciones necesarias.
2.- UBICACIÓN.- El Urbanismo “José Félix Ribas”, está localizado en el camellón
el Ortigal vía al Castillo, Parroquia Santa Bárbara, Municipio Colón, Estado Zulia.
2.2.- PRODENCIA DEL MATERIAL.- El material proviene del lote de terreno
mediante cinco (05) calicatas, siguiendo la estratigrafía, según la tabla 2.1.
TABLA 2.1.
CALICATA
1
2
3
4
5
ESTRATO 2
M1
M3
M5
M7
M9
ESTRATO 3
M2
M4
M6
M8
M10
3.- PROCEDIMIENTO SEGUIDO PARA EL ESTUDIO.3.1.- Toma de Muestra
3.2.- Ensayos de Laboratorio
3.2.1.- Granulometría por Tamizado
 Es el análisis granulométrico que emplea tamices para la separación
en tamaños de las partículas del suelo. Debido a las limitaciones del
método su uso se ha restringido a partículas mayores que 0.074 mm.
Al material menor que ese se le aplica el método del hidrómetro.
República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular Para la Educación Superior
Universidad Nacional Experimental Sur del Lago
“Jesús María Semprum”
“UNESUR”
 Tamiz: Es el instrumento empleado en la separación del suelo por
tamaños, está formado por un marco metálico y alambres que se
cruzan ortogonalmente formando aberturas cuadradas. Los tamices
del ASTM son designados por medio de pulgadas y números. Por
ejemplo un tamiz 2" es aquel cuya abertura mide dos pulgadas por
lado; un tamiz No. 4 es aquel que tiene cuatro alambres y cuatro
aberturas por pulgada lineal.
 Limitaciones del Análisis Mecánico
No provee información de la forma del grano ni de la estructura de
las partículas
Se miden partículas irregulares con mallas de forma regular.
Las partículas de menor tamaño tienden a adherirse a las de mayor
tamaño.
El número de tamices es limitado mientras las partículas tienen
números de tamaños ilimitados.
Tiene algún significado cuando se realiza a muestras representativas
de suelo.
3.2.2.- Límite de Consistencia

Los límites de Atterberg o límites de consistencia se utilizan para
caracterizar el comportamiento de los suelos finos, aunque su
comportamiento varía a lo largo del tiempo. El nombre de estos es debido al
científico sueco Albert Mauritz Atterberg (1846-1916).
Los límites se basan en el concepto de que en un suelo de grano fino solo
pueden existir cuatro estados de consistencia según su humedad. Así, un
suelo se encuentra en estado sólido cuando está seco. Al agregársele
agua poco a poco, va pasando sucesivamente a los estados
de semisólido, plástico y, finalmente, líquido. Los contenidos de
humedad en los puntos de transición de un estado al otro son los
denominados límites de Atterberg. Los ensayos se realizan en
el laboratorio y miden la cohesión del terreno y su contenido de humedad,
para ello se forman pequeños cilindros de espesor con el suelo. Siguiendo
estos procedimientos se definen tres límites:
1. Límite líquido: cuando el suelo pasa de un estado plástico a un estado
líquido. Para la determinación de este límite se utiliza la cuchara de
Casagrande.
2. Límite plástico: cuando el suelo pasa de un estado semisólido a un estado
plástico.
3. Límite de retracción o contracción: cuando el suelo pasa de un estado
semisólido a un estado sólido y se contrae al perder humedad.
República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular Para la Educación Superior
Universidad Nacional Experimental Sur del Lago
“Jesús María Semprum”
“UNESUR”
Relacionados con estos límites, se definen los siguientes índices:
Índice de plasticidad: Ip ó IP = wl - wp
Índice de fluidez: If = Pendiente de la curva de fluidez
Índice de tenacidad: It = Ip/If
Índice de liquidez (IL ó IL), también conocida
como relación humedad-plasticidad (B): IL = (Wn Wp) / (Wl-Wp) (Wn = humedad natural)
Límite líquido.- Cuchara de Casagrande durante la realización
del ensayo de una muestra de suelo. Esta propiedad se mide
en laboratorio mediante un procedimiento normalizado en que
una mezcla de suelo y agua, capaz de ser moldeada, se
deposita en la cuchara de Casagrande o copa de Casagrande,
y se golpea, hasta que el surco que previamente se ha
recortado, se consecutivamente contra la base de la máquina,
haciendo girar la manivela cierre en una longitud de 12.7 mm (1/2"). Si el número
de golpes para que se cierre el surco es 25, la humedad del suelo (razón peso de
agua/peso de suelo seco) corresponde al límite líquido.
Para calcularlo, se deben realizar al menos dos ensayos, ajustando el contenido
de agua de la muestra de forma aproximada, de manera que el surco se cierre con
un número de golpes entre 15 y 25 en un caso, y entre 25 y 35 en otro. La
humedad correspondiente se obtiene interpolando linealmente el valor de la
humedad correspondiente a 25 golpes entre los dos valores previamente
obtenidos.
Otra forma de obtener el límite líquido es empleando el penetrómetro de cono
inglés, construido en acero inoxidable con una longitud de 35 mm, un ángulo de
ápice de 30° con una masa de 80 g incluyendo su eje. Está montado sobre un
soporte que le permite deslizar y mantenerse en posición vertical, midiendo su
movimiento mediante una carátula. El ensayo consiste en colocar la punta del
cono tocando la superficie del suelo contenido en una cápsula, se libera de su
sujeción oprimiendo un pulsador y cae por su propio peso, dejándolo penetrar en
la masa de suelo durante 5 segundos; tras lo que se fija y se toma la lectura en el
medidor. El límite líquido del suelo se define como el contenido de agua cuando la
penetración del cono es de 20 m.m.
Límite plástico
Para medir la plasticidad de las arcillas se han desarrollado varios criterios de los
cuales se menciona el desarrollado por Atterberg, el cual dijo en primer lugar que
República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular Para la Educación Superior
Universidad Nacional Experimental Sur del Lago
“Jesús María Semprum”
“UNESUR”
la plasticidad no es una propiedad permanente de las arcillas, sino circunstancial y
dependiente de su contenido de agua. Una arcilla muy seca puede tener la
consistencia de un ladrillo, con plasticidad nula, y esa misma, con gran contenido
de agua, puede presentar las propiedades de un lodo semilíquido o, inclusive, las
de una suspensión líquida. Entre ambos extremos, existe un intervalo del
contenido de agua en que la arcilla se comporta plásticamente.
Se define el límite plástico como la humedad más baja con la que pueden
formarse con un suelo cilindros de 3 m.m. de diámetro, rodando dicho suelo entre
los dedos de la mano y una superficie lisa, hasta que los cilindros empiecen a
resquebrajarse.
Límite de contracción
Esta propiedad se manifiesta cuando una pérdida de humedad no trae aparejado
un cambio de volumen. Es el contenido de humedad entre los estados de
consistencia semisólido y sólido. Para su obtención en laboratorio se seca una
porción de suelo (humedad inicial y volumen inicial conocidos) a 105ºC/110ºC y se
calcula la humedad perdida según el siguiente cálculo:
Lc = W - ((V-Vo).ɤW)/Wo)*100
Donde: W= Contenido de humedad de la muestra en prueba. V= Volumen de la
muestra húmeda. Vo= Volumen de la muestra seca. ɤW= Peso específico del
agua (1 gr/cm3) Wo= Peso seco de la muestra.
3.2.3.- Compactación Modificado

En mecánica de suelos, el ensayo de compactación Proctor es uno de
los más importantes procedimientos de estudio y control de calidad de la
compactación de un terreno. A través de él es posible determinar la
densidad seca máxima de un terreno en relación con su grado de humedad,
a una energía de compactación determinada. Existen dos tipos de ensayo
Proctor normalizados; el "Ensayo Proctor Standard", y el "Ensayo Proctor
Modificado". La diferencia entre ambos se encuentra en la energía utilizada,
la cual se modifica según el caso variando el número de golpes, el pisón
(cambia altura y peso), el molde y el número de capas. Ambos ensayos se
deben al ingeniero que les da nombre, Ralph R. Proctor (1933), y
determinan la máxima densidad que es posible alcanzar para suelos, en
determinadas condiciones de humedad y energía.
El ensayo consiste en compactar una porción de suelo en
un cilindro con volumen conocido, haciéndose variar la humedad para
obtener la curva que relaciona la humedad y la densidad seca máxima a
determinada energía de compactación. El punto máximo de esta curva
corresponde a la densidad seca máxima en ordenadas y a la humedad
óptima en abscisas.
República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular Para la Educación Superior
Universidad Nacional Experimental Sur del Lago
“Jesús María Semprum”
“UNESUR”
La energía de compactación viene dada por la ecuación:
Donde:






Y - energía a aplicar en la muestra de suelo;
n - número de capas a ser compactadas en el cilindro de moldeado;
N - número de golpes aplicados por capa;
P - peso del pisón;
H - altura de caída del pisón; y
V - volumen del cilindro.

El Grado de compactación de un terreno se expresa en porcentaje respecto
al ensayo Proctor; es decir, una compactación del 85% de Proctor Standard
quiere decir que se alcanza el 85% de la máxima densidad del Proctor
Standard. El porcentaje puede ser mayor al 100%, por ejemplo, en casos
en que la energía de compactación en campo es mayor a la del Proctor
Standard.
Las principales normativas que definen estos ensayos son las normas
americanas ASTM D-698 (ASTM es la American Society for Testing
Materials, Sociedad Estadounidense para el Ensayo de Materiales) para el
ensayo Proctor estándar y la ASTM D-1557 para el ensayo Proctor
modificado. En España existen las normas UNE 103-500-94 que define el
ensayo de compactación Proctor normal y la UNE 103-501-94 que define el
ensayo Proctor modificado. En Argentina se puede referir a las normas de
Vialidad Nacional.
3.2.4.- Gravedad Específica
 La gravedad específica es una comparación de la densidad de una
substancia con la densidad del agua: La gravedad Específica = De la subs
tancia /Del agua La gravedad específica es adimensional y numéricamente
coincide con la densidad. Gravedad Específica: La gravedad especifica esta
definida como el peso unitario del material dividido por el peso unitario del a
gua destilada a 4 grados centígrados. Se representa la Gravedad Especifica por Gs, y también se puede calcular utilizando cualquier relación de pe
so de la sustancia a peso del agua siempre y cuando se consideren
volúmenes iguales de material y agua. Gs = Ws/v / Ww/v /pre
 Procedimiento: Pesamos un matraz vacío, el cual debe estar limpio y seco,
alcual se le agrega una cantidad de agua hasta la línea de aforo, luego se l
a agrega una cantidad de suelo, aproximadamente 50 gramos, el cual debe
pasar por el tamiz 40, y debe estar seco al aire. Luego se saca todo elaire d
e la mezcla de agua y suelo, lo cual se hace colocando al baño de Maria
el matraz con el suelo y luego colocándolo en una bomba de vacio,
repitiendo este ciclo por varias horas, hasta que se determine que el aire
República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular Para la Educación Superior
Universidad Nacional Experimental Sur del Lago
“Jesús María Semprum”
“UNESUR”
del matraz ha salido completamente. Luego se enrasa la cantidad de agua
que hace falta, para llegar a la línea de aforo y se saca el aire nuevamente
si es necesario. El proceso de sacar el aire debe durar de 6 a 8 horas para
suelos plásticos y de 4 a a 6 horas para suelos de baja plasticidad.
Luego de tener el matraz con la cantidad de agua especificada, se procede
se procede a pesar el matraz el cual contiene agua y suelo, al mismo tiemp
o que se le tomatemperatura a el agua que esta dentro del matraz. Luego
de haber pesado el matraz, la mezcla de agua suelo, selleva a una cápsula,
en donde se colocara al horno, mínimo por 24 horas, para asegurarnos de q
ue la muestra está totalmente seca, y luego se pesa la capsula. Hay que
tener en cuenta de hallar el peso de la capsula limpia y seca, para poder
hallar luego que peso hay de suelos, restando estos dos pesos.
3.2.5.- Ensayo de Humedad
 Este ensayo tiene por finalidad, determinar el contenido de humedad de
una muestra de suelo. El contenido de humedad de una masa de suelo,
está formado por la suma de sus aguas libre, capilar e higroscópica. La
importancia del contenido de agua que presenta un suelo representa junto
con la cantidad de aire, una de las características más importantes para
explicar el comportamiento de este (especialmente en aquellos de textura
más fina), como por ejemplo cambios de volumen, cohesión, estabilidad
mecánica.
 El método tradicional de determinación de la humedad del suelo en
laboratorio, es por medio del secado a horno, donde la humedad de un
suelo es la relación expresada en porcentaje entre el peso del agua
existente en una determinada masa de suelo y el peso de las partículas
sólidas, o sea: w = ( Ww / Ws ) * 100 ( % ) donde: w = contenido de
humedad expresado en % W w = p e s o d e l a g u a e x i s t e n t e e n l a
m a s a d e s u e l o Ws = peso de las partículas sólidas
 - Equipo necesario. –
Horno de secado (figura 1.1.) con circulación de aire y temperatura
regulable capaz de mantenerse en 110º ± 5º C. –
Balanza (figura 1.2.). Su precisión variará de acuerdo a la cantidad de
muestra a pesar, según lo indicado en la tabla 1.3 –
Herramientas y accesorios. Recipientes de porcelana, guantes, espátula y
brocha.
- Procedimiento.
Se toma una muestra representativa de suelo, de acuerdo al tamaño
máximo de las partículas, según figura 1.4 A continuación, se coloca la
muestra húmeda en un recipiente previamente tarado (Mr), para proceder a
pesar la muestra húmeda más el recipiente, obteniendo Mh. Luego se
coloca el conjunto dentro del horno durante 24 horas, a una temperatura de
República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular Para la Educación Superior
Universidad Nacional Experimental Sur del Lago
“Jesús María Semprum”
“UNESUR”
110º ± 5º C. Transcurrido dicho tiempo, se determina el peso del recipiente
con la muestra seca (Ms).
Cantidad de Muestra a ensayar (grs)
Precisión de la Balanza (gr)
100.00
0.01
100.00 – 1000.00
0.10
1000.00
1.00
Tabla 1.3.- Precisión de la Balanza según cantidad de muestra
Tamaño máximo de las partículas (m.m.)
Cantidad a ensayar (grs)
50.00
3000.00
25.00
1000.00
12.50
750.00
5.00
500.00
2.00
100.00
0.50
10.00
Tabla 1.4.- Cantidad de muestra a ensayar según tamaño máximo
- Cálculos. –
Calcular el contenido de humedad (w) de la muestra:
w = ( Mh - Ms ) / ( Ms - Mr ) * 100 ( % ),
donde:
Mh = peso recipiente más la muestra de suelo húmedo (grs.)
Ms = peso recipiente más la muestra de suelo seca (grs.)
Mr = peso recipiente (grs.)
- Observaciones. - Se recomienda usar el horno a 60º C, para no falsear la
humedad en suelos que contienen cantidades significativas de materia
orgánica, yeso o ciertos tipos de arcillas.
- En la mayoría de los casos, el tiempo de secado varía dependiendo del
tipo de suelo. Por ejemplo una muestra de arena puede secarse en sólo
algunas horas, ciertas arcillas podrán tardar más de 24 horas. En caso de
que el tiempo establecido sea insuficiente, la muestra continuará en el
horno hasta obtener pesadas consecutivas constantes transcurridas 4
horas entre ellas.
- Para evitar pérdidas de humedad, como también absorción de humedad
atmosférica luego de extraer la muestra del horno, se recomienda el empleo
de recipientes herméticos con tapa.
- Las muestras ensayadas para determinar la humedad, deberán ser
descartadas y no se utilizarán en ningún otro ensayo.
:
República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular Para la Educación Superior
Universidad Nacional Experimental Sur del Lago
“Jesús María Semprum”
“UNESUR”
Pesado de la muestra en la balanza
Muestra en el Horno de Secado
3.2.6.- Densidad de Campo
 El ensayo permite obtener la densidad de terreno y así verificar los
resultados obtenidos en faenas de compactación de suelos, en las que
existen especificaciones en cuanto a la humedad y la densidad. Entre los
métodos utilizados, se encuentran el método del cono de arena, el del balón
de caucho e instrumentos nucleares entre otros. Tanto el método del cono
de arena como el del balón de caucho, son aplicables en suelos cuyos
tamaños de partículas sean menores a 50 mm. y utilizan los mismos
principios, o sea, obtener el peso del suelo húmedo (P hum) de una
pequeña perforación hecha sobre la superficie del terreno y generalmente
del espesor de la capa compactada. Obtenido el volumen de dicho agujero
(Vol. Exc), la densidad del suelo estará dada por la siguiente expresión: γ
hum = P hum / Vol. Exc ( grs/cc ) Si se determina luego el contenido de
humedad (w) del material extraído, el peso unitario seco será: γ seco = γ
hum / ( 1 + w ) ( grs/cc )
 Método del cono de arena según NCh 1516 Of. 1979. Es el método más
utilizado. Representa una forma indirecta de obtener el volumen del agujero
utilizando para ello, una arena estandarizada compuesta por partículas
cuarzosas, sanas, no cementadas, de granulometría redondeada y
comprendida entre las mallas Nº 10 ASTM (2,0 mm.) y Nº 35 ASTM (0,5
mm.).
- Equipo necesario. - Aparato cono de arena, compuesto por una válvula
cilíndrica de 12,5 mm. de abertura, con un extremo terminado en embudo y
el otro ajustado a la boca de un recipiente de aproximadamente 4 lts. de
capacidad. El aparato deberá llevar una placa base, con un orificio central
de igual diámetro al del embudo (figura 2.11.).
- Arena estandarizada, la cual deberá ser lavada y secada en horno hasta
masa constante. Generalmente se utiliza arena de Ottawa, que
corresponde a un material que pasa por la malla Nº 20 ASTM (0,85 mm.) y
queda retenida en la malla Nº 30 ASTM (0,60 mm.).
República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular Para la Educación Superior
Universidad Nacional Experimental Sur del Lago
“Jesús María Semprum”
“UNESUR”
- Dos balanzas, de capacidad superior a 10 kgs. y 1000 grs., con precisión
de 1 gr. y de 0,01 gr. Respectivamente. - Equipo de secado, podrá ser un
hornillo o estufa de terreno.
- Molde patrón de compactación de 4” de diámetro y 944 cc. de capacidad.
- Herramientas y accesorios. Recipientes herméticos con tapa, martillo,
cincel, tamices, poruña (Cucharón), espátula, brocha y regla metálica
- Determinación de la masa seca de material extraído.
El material removido se deposita en un recipiente hermético al que
previamente se le determinó su peso (W 6 ).
El conjunto se pesa para obtener el peso del material más el recipiente (W
7 ). Luego, dentro del recipiente se mezcla el material y se obtiene una
muestra representativa (W 1 0 ) según la tabla 2.12. para determinar
mediante secado a estufa en terreno, el peso de la muestra seca (W 1 1 ) y
por ende su humedad (w).
Finalmente, se extrae otra muestra representativa la que se deposita dentro
de un envase sellado para obtener la humedad en laboratorio, la que se
compara con la de terreno.
- Cálculos. - Calcular la densidad aparente suelta (DAS) o peso unitario
suelto de la arena, mediante la siguiente expresión: DAS = ( W 2 - W 1 ) / V
1 ( grs/cc )
donde:
W 1 = peso del molde de compactación (grs.)
W 2 = peso del molde más arena estandarizada (grs.)
V 1 = volumen del molde de compactación (cc.)
- Calcular el peso de arena (W 5 ) para llenar el cono y el espacio de la
placa base, mediante la siguiente expresión: W 5 = W 3 - W 4 ( grs )
donde:
W 3 = peso aparato de densidad lleno de arena (grs.)
W 4 = peso aparato de densidad con arena remanente (grs.) - Calcular el
contenido de humedad (w) del material removido: w = ( W 1 0 - W 1 1 ) / W
1 1 * 100 ( % ) donde:
W 10 = peso de la muestra representativa húmeda (grs.)
W 11 = peso de la muestra representativa seca (grs.)
Calcular el peso del material seco extraído (W 1 2 ): W 1 2 = ( W 7 - W 6 ) /
( w + 100 ) * 100 ( % )
donde:
W 6 = peso del recipiente hermético (grs.)
W 7 = peso del recipiente hermético más el suelo húmedo (grs.)
- Calcular el volumen (V) del material extraído: V = ( W 8 - W 9 - W 5 ) /
DAS ( cc )
República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular Para la Educación Superior
Universidad Nacional Experimental Sur del Lago
“Jesús María Semprum”
“UNESUR”
donde:
W 8 = peso del aparato de densidad lleno de arena (grs.)
W 9 = peso del aparato de densidad con arena remanente (grs.)
- Calcular el peso unitario o densidad seca in situ ( γ d ) del material
extraído, mediante la siguiente expresión: γ d = W 1 2 / V ( grs/cc ) –
Observaciones. - Generalmente es deseable contar con una arena uniforme
o de un solo tamaño para evitar problemas de segregación, de modo que
con las condiciones de vaciado pueda lograrse la misma densidad, del
suelo que se ensaya.
- En el momento de ensayo en terreno, se debe evitar cualquier tipo de
vibración en el área circundante, ya que esto puede provocar introducir un
exceso de arena en el agujero.
- En suelos en que predominan las partículas gruesas es recomendable
determinar la humedad sobre el total del material extraído.
3.2.7.- CBR
El Ensayo CBR (California Bearing Ratio: Ensayo de Relación de Soporte
de California) mide la resistencia al esfuerzo cortante de un suelo y para
poder evaluar la calidad del terreno para subrasante, sub base y base
de pavimentos.
Se efectúa bajo condiciones controladas de humedad y densidad.
Este es uno de los parámetros necesarios obtenidos en los estudios
geotécnicos previos a la construcción, como también lo son el Ensayo
Proctor y los análisis granulométricos del terreno.
Diferenciamos distintos tipos de CBR en función de la calidad de suelos, a
saber:
CBR suelos inalterados.
República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular Para la Educación Superior
Universidad Nacional Experimental Sur del Lago
“Jesús María Semprum”
“UNESUR”
CBR suelos remoldeados.
CBR suelos gravosos y arenosos.
CBR suelos cohesivos poco o nada plásticos.
CBR suelos cohesivos plásticos.
La finalidad de este ensayo, es determinar la capacidad de soporte (CBR)
de suelos y agregados compactados en laboratorio, con una humedad
óptima y niveles de compactación variables. Es un método desarrollado por
la división de carreteras del Estado de California (EE.UU.) y sirve para
evaluar la calidad relativa del suelo para sub-rasante, sub-base y base de
pavimentos.
El ensayo mide la resistencia al corte de un suelo bajo condiciones de
humedad y densidad controladas, permitiendo obtener un (%) de la relación
de soporte.
El (%) CBR, está definido como la fuerza requerida para que un pistón
normalizado penetre a una profundidad determinada, expresada en
porcentaje de fuerza necesaria para que el pistón penetre a esa misma
profundidad y con igual velocidad, en una probeta normalizada constituida
por una muestra patrón de material chancado. La expresión que define al
CBR, es la siguiente: CBR=(carga unitaria del ensayo / carga unitaria
patrón) * 100 ( %) De la ecuación se puede ver que el número CBR, es un
porcentaje de la carga unitaria patrón.
En la práctica el símbolo de (%) se quita y la relación se presenta
simplemente por el número entero. Usualmente el número CBR, se basa en
la relación de carga para una penetración de 2,5 mm. (0,1”), sin embargo, si
el valor de CBR a una penetración de 5 mm. (0,2”) es mayor, el ensayo
debe repetirse. Si en un segundo ensayo se produce nuevamente un valor
de CBR mayor de 5 mm. de penetración, dicho valor será aceptado como
valor del ensayo.
Los ensayos de CBR se hacen sobre muestras compactadas con un
contenido de humedad óptimo, obtenido del ensayo de compactación
Proctor.
Antes de determinar la resistencia a la penetración, generalmente las
probetas se saturan durante 96 horas para simular las condiciones de
trabajo más desfavorables y para determinar su posible expansión. En
general se confeccionan 3 probetas como mínimo, las que poseen distintas
energías de compactación (lo usual es con 56, 25 y 10 golpes). El suelo al
cual se aplica el ensayo, debe contener una pequeña cantidad de material
que pase por el tamiz de 50 mm. y quede retenido en el tamiz de 20 mm.
Se recomienda que esta fracción no exceda del 20%.
República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular Para la Educación Superior
Universidad Nacional Experimental Sur del Lago
“Jesús María Semprum”
“UNESUR”
- Equipo necesario. - Aparato
para medir la expansión (figura
3.15.), compuesto por una
placa metálica provista de un
vástago ajustable de metal con
perforación de diámetro menor
o igual a 1,6 mm. y un trípode
metálico para sujetar el calibre
comparador con indicador de
dial. - Prensa de ensayo de
capacidad mínima de 44 KN. y
cabezal o base movible a una
velocidad de 1,25 mm/min para
presionar
el
pistón
de
penetración en la probeta. Este
equipo debe estar provisto de
un dispositivo indicador de
carga con lecturas de curso no
menor que 50 mm. - Molde
metálico, cilíndrico de diámetro
interior de 152,4 ± 0,7 mm. y
altura de 177,8 ± 0,1 mm.
Figura 3.15. Aparato para medir expansión.
Debe tener un collarín de extensión metálico de 50,8 mm. de altura y una
placa base metálica de 9,5 mm. de espesor, con perforaciones de diámetro
igual o menor que 1,60 mm. (figura 3.16. y 3.17).
- Disco espaciador metálico, cilíndrico, de 150,8 mm. de diámetro y 61,4
mm. de altura. - Pisón metálico con una cara circular de 50 ± 0,2 mm. de
diámetro y con una masa de 2500 ± 10 grs. La altura de caída debe ser 305
± 2 mm. controlada por una guía tubular.
- Pistón de penetración metálico de 50 ± 0,5 mm. de diámetro y no menor
que 100 mm. de largo.
- CALIBRE Compuesto por dos deformímetros con indicador de dial, de
0,01 mm. de precisión.
- Sobrecargas, una metálica anular y varias metálicas ranuradas con una
masa de 2,27 kgs. cada una y 149,2 mm. de diámetro, con una perforación
central de 54 mm. de diámetro.
- Horno de secado con circulación de aire y temperatura regulable capaz de
mantenerse en 110º ± 5º C. - Herramientas y accesorios. Estanque lleno de
agua, pailas o bandejas de mezcla, depósito de remojo, papel filtro, platos y
tamices.
República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular Para la Educación Superior
Universidad Nacional Experimental Sur del Lago
“Jesús María Semprum”
“UNESUR”
- Procedimiento - Preparación de la muestra. Se prepara una muestra de
tamaño igual o superior a 56 kgs. Esta muestra deberá secarse al aire o en
un horno, a una temperatura menor que 60º C, hasta que se vuelva
desmenuzable. Además, se deberán disgregar los terrones evitando reducir
el tamaño natural de las partículas. La muestra se pasa por el tamiz de 20
mm. (3/4” ASTM) descartando el material retenido. Si es necesario
mantener el porcentaje de material grueso del material original se deberá
efectuar un reemplazo. Para esto se determina por tamizado el porcentaje
del material que pasa por el tamiz de 50 mm. (2” ASTM) y queda retenido
en el tamiz de 20 mm. Figura 3.17. Secciones equipo CBR. Fuente: Valle
Rodas R., 1982. Se reemplaza dicho material por una masa igual de
material que pasa por el tamiz de 20 mm. y queda retenido en el tamiz de 5
mm. tomada de la porción no utilizada de suelo original. Una vez obtenida
la muestra de ensaye, se selecciona una porción representativa de unos 35
kg. para realizar el ensayo de compactación Proctor. El resto de la muestra,
se divide en tres porciones de unos 7 kg. cada una. - Compactación de
probetas CBR. Normalmente se compactan de tres a cinco probetas en un
rango de 90 a 100% de la DMCS determinada según el ensayo Proctor.
Cada porción de suelo, se debe mezclar con una cierta cantidad de agua
para obtener la humedad óptima, si es necesario curar el suelo, debe
colocarse dentro de un recipiente tapado para lograr una distribución
uniforme de la humedad. Una vez que se haya pesado el molde (Mm) y
verificado su volumen (Vm), se coloca el disco espaciador sobre la placa
base, se fija el molde con el collarín sobre la placa y se coloca un disco de
papel filtro sobre el disco espaciador. Dentro del molde se compacta
mediante 5 capas cada una de las porciones de suelo húmedo, utilizando
para cada porción una energía de compactación distinta (Nº de golpes), de
manera que la densidad a la cual se desee determinar el CBR quede
comprendida entre las densidades de dos probetas. Se compactarán con
56, 25 y 10 golpes respectivamente. Al comienzo y al final de la
compactación deberán tomarse 2 muestras representativas de suelo para
calcular el contenido de humedad. En caso que las muestras no sean
sumergidas, la humedad se determina concluida la penetración. Finalizada
la compactación, se retira el collarín y se enrasa el suelo al nivel del borde
del molde, rellenando los huecos dejados por la eliminación del material
grueso con material de menor tamaño. Se retiran la placa base perforada,
el disco espaciador y se pesa el molde con el suelo compactado (W 1 ). Determinación de las propiedades expansivas del suelo . Sobre la placa
base perforada, se coloca un disco de papel filtro grueso y se ajusta el
molde con el suelo compactado en forma invertida, de manera que el
espacio formado por el disco espaciador quede en la parte superior. En la
superficie libre de la muestra, se coloca un disco de papel filtro grueso y
sobre éste se coloca la placa metálica perforada provista de un vástago
República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular Para la Educación Superior
Universidad Nacional Experimental Sur del Lago
“Jesús María Semprum”
“UNESUR”
regulable. Sobre ésta placa se colocarán las sobrecargas, cuyo número
deberá ser especificado o de lo contrario, se usará una sobrecarga mínima
de 4,54 kgs., equivalente al peso de un pavimento de hormigón de 5
pulgadas de espesor. A continuación se coloca todo el conjunto
cuidadosamente dentro del estanque sin agua, sobre pequeños bloques
metálicos o de otro material con el objeto de permitir el libre acceso del
agua por debajo de la muestra. Se monta el trípode y se instala el
comparador de dial de tal modo que su punta palpable quede tocando el
vástago. Luego, se llena el estanque con agua y se registra la lectura inicial
del comparador de dial (Li). El tiempo de inmersión dependerá del tipo de
saturación. Para un ensayo con saturación normal se deja el molde
sumergido durante 96 horas, en cambio para un ensayo de saturación
completa se dejará el tiempo necesario hasta que no haya más
hinchamiento, lo que se comprueba cuando dos lecturas de dial efectuadas
con 24 horas de intervalo difieren en menos de 0,03 mm. Durante todo el
tiempo de inmersión el nivel de agua se debe mantener constante.
Registrada la lectura final del comparador de dial (Lf), se retira el trípode y
se saca el molde del agua, para dejarlo drenar durante 15 minutos.
Finalmente se retiran las sobrecargas, los discos de papel filtro y las placas
perforadas para determinar el peso del molde más el suelo compactado y
saturado (W2).
- Determinación de la resistencia a la penetración. Se lleva la probeta a la
máquina de ensayo y se colocan sobre ella, una cantidad tal de cargas para
reproducir una sobrecarga igual a la que supuestamente ejercerá el
material de base y pavimento del camino proyectado (pero no menor que
4,54 kg.), redondeando a múltiplos de 2,27 kg. En caso de que la probeta
haya sido sumergida, la carga será igual a la aplicada durante la inmersión.
Se apoya el pistón de penetración con una carga lo más pequeña posible
(no debe exceder de 45 Newton) y se colocan los diales de lectura de
tensión y deformación en cero. Esta carga inicial, se necesita para asegurar
un apoyo satisfactorio del pistón, pero debe considerarse como carga cero
para la relación carga-penetración. La velocidad de carga aplicada al pistón
de penetración será de 1,25 mm/min. Se anotarán las lecturas de carga, en
los siguientes niveles de penetración: 0,65 - 1,25 - 1,90 - 2,50 - 3,10 - 3,75 4,40 - 5,00 - 7,50 - 10,00 y 12,5 milímetros (o bien, 0,025 - 0,050 - 0,075 0,100 - 0,125 - 0,150 - 0,175 - 0,200 - 0,300 - 0,400 y 0,500 pulgadas).
Finalmente, se retira el total de la muestra de suelo del molde y se
determina el contenido de humedad de la capa superior, con una muestra
de 25 mm. de espesor. Si se desea determinar la humedad promedio, se
deberá extraer una muestra que abarque el total de la altura del molde.
- Cálculos y gráficos. - Calcular la densidad inicial de la muestra (γi) antes
de ser sumergida, mediante la siguiente expresión: γi = (W1- Mm)/Vm(
gr./cc)
República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular Para la Educación Superior
Universidad Nacional Experimental Sur del Lago
“Jesús María Semprum”
“UNESUR”
donde:
W1 = peso del molde más el suelo compactado (gr.)
Mm= peso del molde (gr.)
Vm= capacidad volumétrica del molde (cm 3 )
- Calcular la densidad saturada de la muestra(γs) luego de ser sumergida,
mediante la siguiente expresión: γs = (W2 - Mm) / Vm (gr/cc )
donde:
W 2 = peso del molde y el suelo compactado y saturado (grs.)
- Calcular la expansión de la muestra, como porcentaje de la altura inicial
(%E), mediante la siguiente expresión: % E = E / 116,4 * 100 ( % )
donde: E= expansión en mm. (diferencia de lecturas del dial de deformación
(Lf - Li)) 116,4=altura de la probeta en mm. (altura del molde menos altura
del disco espaciador)
- Obtener la curva tensión contra deformación, graficando en la ordenada,
las tensiones de penetración en megapascales (MPa) y en la abscisa la
penetración en milímetros. En algunos casos la curva puede tomar
inicialmente una forma cóncava hacia arriba, debido principalmente a
irregularidades en la superficie de la probeta. Si esto ocurriera, el punto
cero debe corregirse trazando una recta tangente a la mayor pendiente de
la curva y se traslada el origen al punto en que la tangente corta la abscisa.
- Usando los valores de tensión (corregidos o no) tomados de las curvas
tensión contra penetración, se calcula el CBR (%) para 2,5 mm. y 5 mm. de
penetración dividiendo las tensiones normales por 6,9 MPa. y 10,3 MPa.
respectivamente, multiplicándolas por 100. Se calcula también el CBR para
la carga máxima si la penetración es menos que 5 mm. interpolando la
tensión normal.
- Usando los datos obtenidos anteriormente de las tres probetas, se dibuja
la curva CBR contra densidad seca (si se trata de suelos granulares, se
graficará la curva solo con la penetración de 5 mm.; en cambio para suelos
arcillosos, se graficarán la de 2,5 y 5 mm. de penetración). Con ella se
puede determinar el CBR correspondiente a una densidad seca
preestablecida.
- Observaciones.
- En suelos plásticos, el tiempo de curado no debe ser menor que 24 horas,
en cambio en suelos de baja plasticidad el plazo puede ser menor e incluso
podría eliminarse.
- Si la densidad a la cual se requiere el CBR, es menor que la obtenida
mediante 10 golpes de pisón, se compacta la probeta con menor energía de
compactación.
- Si la muestra de suelo proviene de zonas desérticas en que se asegure
que las precipitaciones anuales son inferiores a 50 mm. o no nieva, se
puede eliminar la inmersión.
República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular Para la Educación Superior
Universidad Nacional Experimental Sur del Lago
“Jesús María Semprum”
“UNESUR”
- En suelos finos o granulares que absorben fácilmente humedad, se
permite un período de inmersión más corto, pero no menor de 24 horas, ya
que se ha demostrado que con este período de tiempo, no se verán
afectados los resultados.
- Para suelos del tipo A-3, A-2-5, y A-2-7, el procedimiento a aplicar
(inmersión o no), debe quedar a criterio del ingeniero responsable del
estudio.
- Para suelos del tipo A-4, A-5, A-6, A-7, cuando el CBR en 5 mm. es mayor
que en 2,5 mm., se debe confirmar con información obtenida con ensayos
previos, o bien repetir el ensayo. Si los ensayos previos o el ensayo de
chequeo entregan un resultado similar, emplear la razón de soporte de 5
mm. de penetración.
- Para suelos del tipo A-1, A-2-4, y A-2-6, se calcula el CBR sólo para 5
mm. de penetración.
- En la tabla 3.20. se indican rangos de valores de CBR, con una
clasificación y posibles uso como material de construcción.
Tabla 3.20
CBR
2-5
CLASIFICACIÓN CUALITATIVA DEL SUELO
MUY MALA
5-8
8 - 20
20 - 30
30 - 60
60 - 80
80 - 100
MALA
REGULA - BUENA
EXCELENTE
BUENA
BUENA
EXCELENTE
USO
SUB-RASANTE
SUB-RASANTE
SUB-RASANTE
SUB-RASANTE
SUB - BASE
BASE
BASE
3.2.8.- Corte Directo
 La finalidad de los ensayos de corte, es determinar la resistencia de
una muestra de suelo, sometida a fatigas y/o deformaciones que
simulen las que existen o existirán en terreno producto de la
aplicación de una carga.
Para conocer una de estas resistencias en laboratorio se usa el
aparato de corte directo, siendo el más típico una caja de sección
cuadrada o circular dividida horizontalmente en dos mitades. Dentro
de ella se coloca la muestra de suelo con piedras porosas en ambos
extremos, se aplica una carga vertical de confinamiento (Pv) y luego
una carga horizontal (Ph) creciente que origina el desplazamiento de
la mitad móvil de la caja originando el corte de la muestra
El ensayo induce la falla a través de un plano determinado. Sobre
este plano de falla actúan dos esfuerzos:
República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular Para la Educación Superior
Universidad Nacional Experimental Sur del Lago
“Jesús María Semprum”
“UNESUR”
- un esfuerzo normal aplicado externamente debido a la carga
vertical (Pv).
- un esfuerzo cortante ( τ ), debido a la aplicación de la carga
horizontal.
Estos esfuerzos se calculan dividiendo las respectivas fuerzas por el
área (A) de la muestra o de la caja de corte y deberían satisfacer la
ecuación de Coulomb: τ = c + σ n * Tg ( φ )
Según esta ecuación la resistencia al corte depende de la cohesión
(c) y la fricción interna del suelo ( φ ). Al aplicar la fuerza horizontal,
se van midiendo las deformaciones y con estos valores es posible
graficar la tensión de corte ( τ ), en función de la deformación ( ε ) en
el plano de esta tensión de corte. De la gráfica es posible tomar el
punto máximo de tensión de corte como la resistencia al corte del
suelo.
Los valores de τ se llevan a un gráfico en función del esfuerzo
normal ( σ n ), obteniendo la recta intrínseca, donde τ va como
ordenada y σ n como abscisa.
El ángulo que forma esta recta con el eje horizontal es el ángulo φ y
el intercepto con el eje τ, la cohesión c.
Recta intrínseca. Los ensayos de corte directo en laboratorio se
pueden clasificar en tres tipos según exista drenaje y/o consolidación
de la muestra, por lo tanto los valores de c y φ dependen
esencialmente de la velocidad del ensayo y de la permeabilidad del
suelo.
- Ensayo no consolidado no drenado (UU). Es un ensayo rápido,
donde el corte se inicia antes de consolidar la muestra bajo la carga
normal (Pv); si el suelo es cohesivo y saturado, se desarrollará
exceso de presión de poros. Generalmente la recta intrínseca en el
diagrama de τ contra σ es horizontal, donde τ =Cu. No se permite el
drenaje de la muestra en todo el ensayo.
- Ensayo consolidado no drenado (CU). En este ensayo se permite
que la muestra drene ó se consolide durante la aplicación de la carga
vertical, de modo que en el momento de aplicar el esfuerzo de corte
las presiones intersticiales sean nulas, pero no durante la aplicación
del esfuerzo cortante. La tensión de corte es rápida para que la
presión de poros no pueda disiparse en el transcurso del ensayo.
Estos ensayos no se usan en suelos permeables y es necesario
medir el movimiento vertical durante la consolidación (drenaje) para
saber cuándo se ha producido por completo. Por lo tanto, la ecuación
de Coulomb se transforma en: τ = c c u + σ * Tg ( φ cu ) = c c u + ( σ
+ µ ) * Tg ( φ c u )
- Ensayo consolidado drenado (CD). La velocidad de corte es lenta,
se permite el drenaje de la muestra durante todo el ensayo siendo
República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular Para la Educación Superior
Universidad Nacional Experimental Sur del Lago
“Jesús María Semprum”
“UNESUR”
las presiones intersticiales nulas durante la aplicación del esfuerzo
cortante ( µ =0), esto implica que: σ = σ ’, c=c’, φ = φ ’. Por otro lado,
según la forma en que se aplica el esfuerzo horizontal, los ensayos
de corte se pueden clasificar en dos tipos.
- Ensayos de tensión controlada. Se aplica el esfuerzo horizontal, se
miden las deformaciones hasta llegar hasta la estabilización, luego
se aumenta la fuerza horizontal y así sucesivamente, hasta que llega
el momento en que las deformaciones no se estabilizan, lo que nos
indica que hemos sobrepasado la carga de rotura.
- Ensayos de deformación controlada. La mitad móvil de la caja se
desplaza a una velocidad determinada; los esfuerzos horizontales se
van midiendo con un anillo dinamométrico conectado en serie con la
fuerza horizontal (figura 3.5.).
Metodología del ensayo.
- Equipo necesario.
- Máquina de corte directo, capaz de sujetar la probeta entre dos
piedras porosas, medir las cargas normales, medir cambios de
espesor, medir desplazamientos y permitir el drenaje a través de las
piedras porosas.
- Cajas de corte, normalmente son cuadradas de 10 o 6 cm. de lado,
o bien cilíndricas de 6, 10 ó 16 cm. de diámetro, con sus respectivas
piedras porosas.
- Dos balanzas, una de 0,1 gr. de precisión; la otra de 0,01 gr. Horno de secado con circulación de aire y temperatura regulable
capaz de mantenerse en 110º ± 5º C.
- Cámara húmeda
- Herramientas y accesorios.
Equipo para compactar las probetas remoldeadas, diales de
deformación, agua destilada, espátulas, cuchillas enrasador,
cronómetro, regla metálica, recipientes para determinar humedad,
grasa.
- Procedimiento.
- Método para suelos no cohesivos. Se pesa una muestra de arena
(seca o de humedad conocida) suficiente para hacer tres ensayos a
la misma densidad. Se ensambla la caja de corte, se obtiene la
sección (A) de la muestra y se coloca la arena en la caja junto al
pistón de carga y la piedra porosa. Se aplica la carga vertical (Pv) y
se coloca el dial para determinar el desplazamiento vertical (se debe
incluir el peso del pistón de carga y la mitad superior de la caja de
corte en el peso P v). En ensayos consolidados se comienza cuando
el asentamiento se ha detenido; en suelos no cohesivos esto puede
hacerse a partir de la aplicación de Pv. Se separa la caja de corte, se
fija el bloque de carga y se ajusta el deformímetro para medir el
República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular Para la Educación Superior
Universidad Nacional Experimental Sur del Lago
“Jesús María Semprum”
“UNESUR”
desplazamiento cortante (en ensayos saturados se debe saturar la
muestra el tiempo necesario). Luego se comienza a aplicar la carga
horizontal midiendo desde los deformímetros de carga, de cambio de
volumen y de desplazamiento cortante. Si el ensayo es del tipo
deformación controlada se toman esas lecturas a desplazamientos
horizontales de 5, 10 y cada 10 o 20 unidades. La tasa de
deformación unitaria debe ser del orden de 0,5 a no más de 2
mm/min. y deberá ser tal que la muestra falle entre 3 y 5 minutos. Se
repite el procedimiento por lo menos en dos muestras utilizando un
valor distinto de carga vertical (se sugiere doblar la carga).
- Método para suelos cohesivos. Se moldean 3 o 4 probetas de una
muestra de suelo inalterada, utilizando un anillo cortante para
controlar el tamaño. Se ensambla la caja de corte, se saturan las
piedras porosas y se mide la caja para calcular el área (A) de la
muestra. Se colocan la muestra en la caja de corte, las piedras
porosas y el pistón de carga sobre el suelo, la carga normal P v y se
ajusta el deformímetro vertical. Para un ensayo consolidado es
necesario controlar el deformímetro vertical igual que en el ensayo
de consolidación para determinar cuando la consolidación haya
terminado. Luego, se separan las mitades de las cajas de corte
dejando una pequeña separación y se empalma la cabeza de carga,
asegurando que la carga normal refleje la fuerza normal más el peso
del bloque de carga y la mitad superior de la caja de corte. Se acopla
el deformímetro de deformación cortante y se fija en cero tanto el
deformímetro horizontal como vertical (en ensayos saturados se
llena la caja con agua y se espera la saturación de la muestra).
Aplicar la carga de corte tomando lecturas del deformímetro de
carga, de desplazamientos de corte y verticales (cambios de
volumen). En ensayos de deformación controlada, las lecturas se
toman a desplazamientos horizontales de 5, 10 y cada 10 o 20
unidades. La tasa de deformación unitaria debe ser la misma que en
el caso anterior (no más de 2 mm/min.) y tal que falle entre 5 a 10
minutos, a menos que el ensayo sea consolidado drenado. La
velocidad de deformación para este último, debería ser tal que el
tiempo para que ocurra la falla (t f ) sea: t f =50*t 5 0 , donde t 5 0 es
el tiempo necesario para que ocurra el 50% de la consolidación bajo
la carga normal Pv. Al finalizar el ensayo, se remueve el suelo y se
toman muestras para determinar el contenido de humedad. El
procedimiento se repetirá para las muestras adicionales.
- Cálculos. Los siguientes cálculos son aplicables tanto a suelos
cohesivos como a suelos no cohesivos. - Se grafican en escala
natural las curvas de deformación, donde la ordenada será la
República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular Para la Educación Superior
Universidad Nacional Experimental Sur del Lago
“Jesús María Semprum”
“UNESUR”
deformación horizontal y la abscisa el tiempo necesario de las
distintas probetas. Se obtiene la máxima deformación horizontal. Con
los valores de carga vertical y tangencial se calcula la tensión
tangencial y la tensión normal.
Gráficamente se pueden obtener el esfuerzo cortante (τ) y el
esfuerzo normal (σn), mediante las siguientes expresiones: τ=Ph / A
(kgs/cm2) y σn=Pv / A (kgs/cm2)
donde:
Pv = carga vertical aplicada (kgs.)
Ph = carga horizontal aplicada (kgs.)
A = área nominal de la muestra (cm 2 ) Con los datos de τ y σ n de
cada una de las probetas, se traza la recta intrínseca y de ella se
obtiene c y φ ,
donde
c es la ordenada de la recta hasta el eje de las abscisas y
φ el ángulo que forma la horizontal con la recta intrínseca.
Es posible trazar además la curva de deformaciones verticales,
donde se llevan en ordenadas las deformaciones (asentamiento
hinchamiento) y en abscisas el tiempo.
- Observaciones. - La velocidad del ensayo debe ser la estipulada,
ya que si es muy rápida en ensayos drenados, la presión de poros
no es capaz de disiparse.
- Es fundamental que en ensayos consolidados, esta se realice
completamente. Deben hacerse con especial cuidado las lecturas de
los comparadores (diales) y de las fuerzas tangenciales aplicadas, al
igual que el trazado de las curvas.
Las ventajas de este tipo de ensayos es la simplicidad y velocidad de
avance para suelos no cohesivos.
- Es conveniente recordar que el propósito de efectuar ensayos de
corte en el laboratorio es reproducir las situaciones del terreno, pero
como las condiciones in situ están en etapa de investigación, el
mejor ensayo de laboratorio será aquel en que mejor se entiendan y
controlen las condiciones de fatiga y deformación tal como ocurre en
un ensayo triaxial.
- Las muestras de suelos cohesivos, se deben moldear (en lo
posible) dentro de una cámara húmeda. - En arcillas muy blandas, el
separar las mitades de la caja de corte se realizará cuidadosamente
porque el material podría ser extruido fuera de la caja por la zona de
separación, en estos casos se deben utilizar cargas verticales
pequeñas.
- El ensayo de corte directo tiene las siguientes limitaciones:
República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular Para la Educación Superior
Universidad Nacional Experimental Sur del Lago
“Jesús María Semprum”
“UNESUR”
- El área de la muestra cambia a medida que el ensayo progresa.
Esto no es sea demasiado significativo, cuando las muestras fallan a
deformaciones muy bajas.
- Cuando se diseñó la caja de corte, se supuso que la superficie de
falla real sería plana y que el esfuerzo cortante tendría una
distribución uniforme a lo largo de esta, sin embargo, con el tiempo
se estableció que estas suposiciones no siempre son válidas
- Al emplear en el ensayo una muestra muy pequeña, los errores de
preparación son relativamente importantes.
3.3.- Clasificación.
El Sistema Unificado de Clasificación de Suelos - SUCS (Unified Soil
Classification System (USCS)) es un sistema de clasificación de
suelos usado en ingeniería y geología para describir la textura y el
tamaño de las partículas de un suelo. Este sistema de clasificación
puede ser aplicado a la mayoría de los materiales sin consolidar y se
representa mediante un símbolo con dos letras. Cada letra es
descrita debajo (con la excepción de Pt). Para clasificar el suelo hay
que realizar previamente una granulometría del suelo mediante
tamizado u otros. También se le denomina clasificación modificada
de Casagrande.
Primera y/o segunda letra
Segunda letra
Símbolo
Definición
Definición
Letra
G
grava
S
arena
M
limo
C
O
P
pobremente graduado (tamaño de partícula
uniforme)
W
bien gradado (tamaños de partícula diversos)
H
alta plasticidad
L
baja plasticidad
arcilla
orgánico
República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular Para la Educación Superior
Universidad Nacional Experimental Sur del Lago
“Jesús María Semprum”
“UNESUR”
Si el suelo tiene entre un 5-12% de finos, pasantes del tamiz #200 se
considera que ambas distribuciones de granos tienen un efecto
significativo para las propiedades ingenieriles del material.
Estaríamos hablando por ejemplo de gravas bien graduadas pero
con limos. En esos casos se recomienda usar doble notación, por
ejemplo: GW-GM correspondiente a "grava bien graduada" y "grava
con limo"
Si el suelo tiene más del 15% del peso retenido por el tamiz #4
(R#4 > 15%), hay una cantidad significativa de grava, y al sufijo "con
grava" se le puede añadir el nombre del grupo, pero el símbolo del
grupo no cambia. Por ejemplo, SP-SM con grava se refiere a "Arena
pobremente graduada con limo y grava"
República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular Para la Educación Superior
Universidad Nacional Experimental Sur del Lago
“Jesús María Semprum”
“UNESUR”
Tabla de Clasificación
Símbolo
del grupo
Divisiones mayores
Grava
> 50% de la fracción
gruesa retenida en el
tamiz nº4 (4.75 mm)
grava limpia
menos del 5%
pasa el tamiz
nº200
grava con más de
12% de finos
pasantes del
tamiz nº 200
Suelos
granulares
gruesos
más del 50%
retenido en el
tamiz nº200
(0.075 mm)
Nombre del
grupo
GW
grava bien
graduada, grava
fina a gruesa
GP
grava pobremente
graduada
GM
grava limosa
GC
grava arcillosa
SW
Arena bien
graduada, arena
fina a gruesa.
SP
Arena pobremente
graduada
SM
Arena limosa
SC
Arena arcillosa
Arena limpia
Arena
≥ 50% de fracción
gruesa que pasa el
tamiz nº4
Arena con más de
12% de finos
pasantes del
tamiz nº 200
República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular Para la Educación Superior
Universidad Nacional Experimental Sur del Lago
“Jesús María Semprum”
“UNESUR”
ML
limo
CL
arcilla
OL
Limo
orgánico, arcilla
orgánica
MH
limo de
alta plasticidad,
limo elástico
CH
Arcilla de alta
plasticidad
OH
Arcilla orgánica,
Limo orgánico
Pt
turba
inorgánico
limos y arcillas
límite líquido < 50
orgánico
Suelos de
grano fino
más del 50%
pasa el tamiz
No.200
inorgánico
limo y arcilla
límite líquido ≥ 50
orgánico
Suelos altamente orgánicos
3.4.- Capacidad Admisible (Portante)
En cimentaciones (Las Cimentaciones son las bases que sirven de
sustentación al edificio; se calculan y proyectan teniendo en
consideración varios factores tales como la composición y resistencia
del terreno, las cargas propias del edificio y otras cargas que inciden,
tales como el efecto del viento.), técnicamente la capacidad portante
es la máxima presión media de contacto entre la cimentación y el
terreno tal que no se produzcan un fallo por cortante del suelo o un
asentamiento diferencial excesivo. Por tanto la capacidad portante
admisible debe estar basada en uno de los siguientes criterios
funcionales:
- Si la función del terreno de cimentación es soportar una
determinada tensión independientemente de la deformación, la
capacidad portante se denominará carga de hundimiento.
República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular Para la Educación Superior
Universidad Nacional Experimental Sur del Lago
“Jesús María Semprum”
“UNESUR”
- Si lo que se busca es un equilibrio entre la tensión aplicada al terreno
y la deformación sufrida por éste, deberá calcularse la capacidad
portante a partir de criterios de asiento admisible.
- De manera análoga, la expresión capacidad portante se utiliza en las
demás ramas de la ingeniería misma. para referir a la capacidad de
una estructura para soportar las cargas aplicadas sobre ella

Capacidad de carga a corto y a largo plazo
Las propiedades mecánicas de un terreno suelen diferir frente a
cargas que varían (casi) instantáneamente y cargas cuasi
permanentes. Esto se debe a que los terrenos son porosos, y estos
poros pueden estar total o parcialmente saturados de agua.
En general los terrenos se comportan de manera más rígida frente a
cargas de variación cuasinstantánea ya que éstas aumentan la
presión intersticial, sin producir el desalojo de una cantidad
apreciable de agua.
En cambio bajo cargas permanentes la diferencia de presión
intersticial entre diferentes partes del terreno produce el drenaje de
algunas zonas.
En el cálculo o comprobación de la capacidad portante de un terreno
sobre el que existe una construcción debe atenderse al corto
plazo (caso sin drenaje) y al largo plazo (con drenaje). En el
comportamiento a corto plazo se desprecian todo los términos
excepto la cohesión última, mientras que en la capacidad portante
a largo plazo (caso con drenaje) es importante también el rozamiento
interno del terreno y su peso específico.
Karl von Terzaghi, (*Praga, 2 de octubre de 1883 - † Winchester,
Massachusetts (Estados Unidos), 25 de octubre de 1963). Ingeniero
reconocido como el padre de la mecánica de suelos y de la
ingeniería geotécnica.
Desde el comienzo de su carrera dedicó todos sus esfuerzos a
buscar un método racional para resolver los problemas relacionados
con la ingeniería de suelos y las cimentaciones. La coronación de
sus esfuerzos se dio en 1925, con la publicación Erdbaumechanik,
considerada hoy como el punto de partida de la mecánica de suelos.
De 1925 a 1929 trabajó en el Instituto Tecnológico de
Massachusetts, donde inició el primer programa estadounidense
sobre mecánica de suelos, y consiguió que esta ciencia se
convirtiese en una materia importante en la Ingeniería Civil.
En 1938 pasó a la Universidad de Harvard donde desarrolló y
expuso su curso sobre geología aplicada a la ingeniería, retirándose
como profesor en 1953 a la edad de 70 años. Se nacionalizó
estadounidense en 1943.
República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular Para la Educación Superior
Universidad Nacional Experimental Sur del Lago
“Jesús María Semprum”
“UNESUR”
Su libro Soil Mechanics in Engineering Practice, escrito en
colaboración con Ralph B. Peck, es de consulta obligada para los
profesionales de la ingeniería geotécnica. Está considerado entre los
mejores ingenieros civiles del siglo XX.
Terzaghi tomó ideas de ingenieros como Coulomb y Rankine para
poder establecer una clasificación para los suelos. Terzaghi
Colaboró en la mecánica de rocas, haciendo una calificación
Geomecànica para el estudio de túneles con apoyos de acero.
Terzaghi (1943) fue el primero en presentar una teoría para evaluar
la capacidad última de carga de cimentaciones superficiales, la cual
dice que una cimentación es superficial si la profundidad Df de la
cimentación es menor que o igual al ancho de la misma. Sin
embargo investigadores posteriores han sugerido que cimentaciones
con Df igual a 3 ó 4 veces el ancho de la cimentación se definen
como cimentaciones superficiales.
Terzaghi sugirió que para una cimentación continua o de franja (es decir, la razón
de ancho a largo de la cimentación tiende a 0), la superficie de falla en un suelo
bajo carga última se supone similar a la mostrada en la figura, (Note que este es el
caso de la falla cortante general. El efecto del suelo arriba del fondo de la
cimentación se supone reemplazado por el efecto de una sobrecarga equivalente
q = g Df (donde g = peso específico del suelo). La zona de falla bajo la
cimentación se separa en tres partes.
En su planteamiento, Terzaghi, llega a la propuesta de una ecuación para obtener
la Capacidad de Carga Ultima (a la que llama: q ), para una zapata alargada:
c
República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular Para la Educación Superior
Universidad Nacional Experimental Sur del Lago
“Jesús María Semprum”
“UNESUR”
Y para el caso de emplearse una zapata cuadrada, propone:
Dónde:
qu = capacidad de carga última del suelo en t/m2 .
γ1 γ2 = peso volumétrico del suelo bajo la zapata y sobre el nivel del
desplante, respectivamente en t/m2 .
C = ordenada al origen de la envolvente de resistencia corte del
suelo (cohesión) en t/m2
NC, Nγ, Nq = factores de capacidad de carga, que son función del
ángulo de fricción interna del suelo.
B = ancho de la zapata en m.
DF = profundidad de desplante m.
Identificación del Suelo
Los Suelos se presentan en un espacio físico terrestre con gran variedad en
sus características las cuales varían según el tipo que se tenga razón por la cual
en el presente Estudio de identificación del suelo buscamos en una primera fase
los aspectos que identifican, el Olor, Color, Textura o Terro, de las muestras de
suelos que se tomaron en campo.
República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular Para la Educación Superior
Universidad Nacional Experimental Sur del Lago
“Jesús María Semprum”
“UNESUR”
Las muestras tomadas en el sitio, tomándose en cuenta los
cambios en la morfología de relieve que pudiesen alterar las características
presentes en la zona, a través de 5 calicatas, con alturas máximas de 5 metros, el
modelo de sedimentación y la cantidad de horizontes u estratos observados en
cada una de las calicatas, según la Tabla 3.1.
Materia
Estrato 1
Estrato 2
Estrato 3
Orgánica
Color
Color
Color
0.25 m (OL)
0.90 m (SM)
0.25 m (CL) gris
marrón
marrón
oscuro
0.20 m (CL)
0.70 m (CH)
gris oscuro
marrón
0.50 m (OL)
0.20 m (CL)
0.70 m (CL) gris
gris-amarillo
gris oscuro
oscuro
0.25 m (OL)
0.40 m (SM)
0.65 m (CL) gris
marrón
marrón
oscuro
-
-
0.10 m (OL)
0.40 m (CL)
0.30 m (CH)
marrón
gris azulado
marrón amarillo
0.15 m (OL)
0.35 m (OH)
1.50 m (CL)
marrón
marrón
gris oscuro
0.25 m (OL)
0.90 m (CH)
0.25 m (CL)
marrón
marrón
gris oscuro
Calicata
Profundidad
01
1.80
0.40 m
02
1.60
0.55 m
03
1.80
0.20 m
04
1.45
0.45 m
05
1.25
0.58 m
06
1.90
0.80 m
07
1.75
0.50 m
08
2.50
0.40 m
1.12 m (CH)
ocre
Leyenda:





OL
SM
CL
OH
CH
Suelo Limo-Arcilloso
Arena Limo-Arcillosa
Material Arcilloso
Arcilla Orgánica de Plasticidad Media a Alta
Arcilla Inorgánica de Plasticidad Elevada
-
República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular Para la Educación Superior
Universidad Nacional Experimental Sur del Lago
“Jesús María Semprum”
“UNESUR”
Resultados de los Ensayos de Laboratorio
Se ejecutaron los respectivos ensayos normalizados para clasificar el tipo
de suelo y poder determinar sus características físicas y su capacidad portante.
Material
Muestra 1
Muestra 2
Muestra 3
Muestra 4
Muestra 5
Para desarrollar la actividad de identificación del suelo realizamos principalmente
una Calicata en un área específica, en la misma evaluamos los diferentes estratos
del suelo y de igual manera extrajimos muestra a cada 20cm recalcando que la
calicata se realizó con unas medida de 1m de Ancho, Largo y Profundidad.
Entendiendo lo ya antes mencionado es evidente que un sistema de
Identificación de suelos debe ir agrupado de acuerdo con sus propiedades
mecánicas básicas, las cuales proporcionan una visión más clara sobre el suelo
donde se pretende realizar el proyecto de construcción y a su vez el criterio
clasificador que ha de ser preponderantemente y de naturaleza cualitativa.
Evaluación Identificativa del Suelo
Calicata: Se Realizó con Características y medidas de 5m de Ancho, Largo y
Profundidad.
Toma de Muestra: Se tomaron en general 5 muestras del perfil del suelo a cada
20cm por separadas.
República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular Para la Educación Superior
Universidad Nacional Experimental Sur del Lago
“Jesús María Semprum”
“UNESUR”
Procedimiento y Resultados de la Identificación:
Muestra Perturbada: Se llama muestra perturbada ya que se agregaron unidas
en un envase todas las muestras que se habían tomado por separado a cada 20
cm en campo, teniendo por entendido que para el presente estudio su proceso lo
exige.
Olor de la Muestra: La muestra No presentó ningún olor en particular.
Color: El Color presente en la muestra es Pardo Claro.
Textura: La textura de la muestra se presenta con un aspecto Limoso o con gran
propiedad de Limo.
Condición de Humedad: Húmeda pero sin Agua Visible.
Dilatancia / Según la Permeabilidad: La muestra Presenta Arcilla pero no es el
elemento que predomina.
Tenacidad / Según el Estudio de Tenacidad: La muestra presenta plasticidad
Alta.
Resistencia de La Muestra al Estado Seco: La Muestra se cuarteo, lo cual nos
indica que la misma presenta Arcilla.
Las condiciones del perfil del suelo estudiadas en campo y descritas
anteriormente se sustentan bajo el Manual Didáctico de Ensayo de Mecánica de
los Suelos de los Ingenieros Gustavo Oviedo y Lunavic Serrudo en este mismo
sentido los resultados descritos corresponden a las cualidades descriptivas de las
capas del suelo obtenidas de la calicata realizada en el Sector y que concluye
describiendo condiciones y propiedades que identifican el suelo y que permiten
conducir el presente proyecto dentro del diseño y selección de material adecuado
para su conformación en general.
República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular Para la Educación Superior
Universidad Nacional Experimental Sur del Lago
“Jesús María Semprum”
“UNESUR”
ESTUDIO DE SUELO
Los límites de Atterberg obtenidos se resumen en la siguiente tabla
Límites
Plásticos
21,03 39,25 28,45 5,26 26,95
Límites
Líquidos
18,18 65,80 42,24 15,01 41,58
Índices de
Plasticidad
3,08 29,07 19,68 8,14 22,04
(*)No
toma en cuenta los No Plásticos.
CAPACIDAD DE CARGA
Considerando los resultados obtenidos en el estudio, las características
de las estructuras a edificar, se estudiará la capacidad de carga
considerando que la representación del suelo de fundación está definida
por un estrato arcilloso, en donde los parámetros geo mecánicos de
diseño lo definen en los tres metros inferiores al estrato que será
mejorado
Se toma como representativo del suelo de fundación entre 3 y 5 m,
tomando en cuenta que los dos primeros metros serán mejorados
rellenando con suelo granular. Aplicando el promedio armónico de esos
tres valores se obtiene Nprom =10. Con ese NSPT corregido y promediado
resulta una cohesión c =0,64 kg/cm2, que llevada a las expresiones
señaladas para profundidad de fundación Df = 0,5 m, se obtiene:
qúlt = 4,05 kg/cm2
Para un factor de seguridad FS = 3,5, se obtiene:
qadm = 1,16 kg/cm2
El módulo de balastro del suelo para cálculo de las fundaciones sobre
un medio elástico se tomará:
Ks = 40 x FS x qadm = 40 x 5 x 1,16 = 2.314 t/m3
República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular Para la Educación Superior
Universidad Nacional Experimental Sur del Lago
“Jesús María Semprum”
“UNESUR”
ASPECTOS SÍSMICOS
La ubicación de la estructura a construirse se enmarca en la zonificación
Sísmica número 4, a la que se le asigna un valor de coeficiente de
aceleración horizontal de 0,25, y el coeficiente de aceleración vertical con
un valor de 0,175, el 70% de la aceleración horizontal.
Perfil del suelo S3. (Normas Venezolanas. COVENIN1756:2001.
Edificaciones Sismorresistente