INGENIERÍA CIVIL – MECÁNICA DE SUELOS Análisis de Estabilidad de la ribera del Río Chillón a partir de las propiedades mecánicas en suelos inestables en áreas con presencia de rellenos sanitarios informales en el distrito de Carabayllo ARANA LLOCLLA, HAROLD JUNIOR U18212227 BECERRA TINEO RONNAN SNICKER U19215578 BRICEÑO RAMIREZ ERICKA SOLANGE U18100052 MONTES SOTO, JUAN CARLOS U18100718 GOMEZ RINCON JAMIET PAUL U19215711 QUINO ALBINO, LESLIE NOEMI U17303511 SECCIÓN: 31456 PROFESOR: ING. CUENTAS MENDOZA, VICTOR DANIEL Lima – Perú 2022 ÍNDICE DE CONTENIDO 1. Introducción ..............................................................................................................................................5 2. Objetivos del Informe .............................................................................................................................12 3. Marco teórico: .........................................................................................................................................12 3.1. Perfil estratigráfico .................................................................................................................................12 3.2. Contenido de Humedad..........................................................................................................................12 3.3. Límites de consistencia ...........................................................................................................................13 3.4. Gravedad especifica de solidos ..............................................................................................................14 3.5. Materia orgánica en suelo (pérdida por ignición)................................................................................15 3.6. Análisis granulométrico por tamizado .................................................................................................15 3.7. Clasificación de suelos por método AASHTO y SUCS .......................................................................17 4. Ensayos realizados ..................................................................................................................................22 4.1. Perfil estratigráfico .................................................................................................................................22 4.2. Contenido de humedad ..........................................................................................................................23 4.2.1. Normativas ......................................................................................................................................23 4.2.2. Equipos ............................................................................................................................................23 4.2.3. Materiales ........................................................................................................................................24 4.3. Límites de consistencia ...........................................................................................................................26 4.3.1. Normativas ......................................................................................................................................26 4.3.2. Equipos ............................................................................................................................................26 4.3.3. Materiales ........................................................................................................................................27 4.3.4. Procedimiento .................................................................................................................................29 4.4. Gravedad específica de sólidos ..............................................................................................................30 4.5. Materia orgánica en suelo (pérdida por ignición)................................................................................30 4.5.1. Normativas ......................................................................................................................................30 4.5.2. Equipos ............................................................................................................................................30 4.5.3. Materiales ........................................................................................................................................30 4.5.4. Muestra............................................................................................................................................31 4.5.5. Procedimiento .................................................................................................................................31 4.6. Análisis Granulométrico de suelos por tamizado ................................................................................31 4.6.1. Normativa........................................................................................................................................31 2 4.6.2. Equipos Y Materiales .....................................................................................................................31 4.6.3. Procedimiento .................................................................................................................................32 4.7. Clasificación de suelos por método AASHTO y SUCS .......................................................................34 4.7.1. Normativa........................................................................................................................................34 4.7.2. Equipos Y Materiales .....................................................................................................................34 4.7.3. Procedimiento .................................................................................................................................36 5. Cálculo de resultados obtenidos.............................................................................................................34 5.1. Perfil Estratigráfico ................................................................................................................................34 5.2. Contenido de humedad ..........................................................................................................................35 5.3. Límites de consistencia ...........................................................................................................................37 5.4. Gravedad específica de sólidos ..............................................................................................................38 5.4.1. Gravedad Especifica de Finos .......................................................................................................38 5.4.2. Gravedad Especifica de Gruesos ...................................................................................................39 5.5. Materia orgánica en suelo (pérdida por ignición)................................................................................40 5.6. Curva granulométrica y parámetros de granulometría......................................................................41 5.6.1. Resultados del Tamizado: ..............................................................................................................42 5.6.2. Curva Granulométrica ...................................................................................................................43 5.6.3. Diámetro de tamices por el método gráfico: ................................................................................43 5.6.4. Diámetro de tamices por interpolación: .......................................................................................44 5.6.5. Coeficiente de Uniformidad y Curvatura .....................................................................................45 5.7. Clasificación de suelos por método AASHTO y SUCS .......................................................................46 5.7.1. Clasificación De Suelos - AASHTO...............................................................................................46 5.7.2. Clasificacion De Suelos – SUCS.....................................................................................................47 6. Análisis y evaluación de resultados .......................................................................................................50 6.1. Perfil estratigráfico .................................................................................................................................50 6.2. Contenido de humedad ..........................................................................................................................50 6.3. Límites de consistencia ...........................................................................................................................50 6.4. Gravedad especifica de solidos ...............................................................................................................51 6.5. Materia orgánica en suelo (pérdida por ignición)................................................................................51 6.6. Análisis granulométrico por tamizado .................................................................................................51 6.7. Clasificación de suelos por método AASHTO y SUCS .......................................................................51 7. Comentarios y conclusiones ...................................................................................................................53 8. Anexos ......................................................................................................................................................54 3 9. Referencias Bibliográficas ......................................................................................................................56 ÍNDICE DE TABLAS y/o FIGURAS Imagen N° 1. Extracción de la calicata, en el distrito de Chillón .........................................................................6 Figura N°1. - Símbolo representativo de calicata - Norma aplicable ..................................................................22 Tabla N°1 - Perfil estratigráfico de la Calicata N°1, en el distrito de Carabayllo ...............................................34 Figura N° 2. Modelo de formato profesional de hoja de datos y cálculo de materia orgánica de suelos. ...........41 Tabla N°2 - Tamices de malla cuadrada normalizadas por el MTC....................................................................41 Tabla N°3 - Datos de la calicata C-1 ...................................................................................................................42 Tabla N°4 – Datos de la Curva Granulométrica..................................................................................................43 Tabla N°5 – Datos de la Curva Granulométrica ..................................................................................................43 Tabla N°6 – Datos de la Curva Granulométrica ..................................................................................................44 4 1. Introducción En la actualidad se generan a menudo diversas dudas en la construcción de edificaciones civiles, lo cual se debe a que no se tiene un tipo de suelo donde se realizará el proyecto. Este trabajo tiene como fin realizar el Análisis de Estabilidad de la ribera del Río Chillón a partir de las propiedades mecánicas en suelos, ubicado en el distrito de Carabayllo. En este caso se realizaron distintos ensayos como el contenido de húmedad, límites de consistencia, SUCS, AASHTO, realizamos la curva granulométrica y corte directo bajo la modalidad CD. Asimismo, se evaluarán los parámetros de resistencia al esfuerzo cortante del suelo con el ensayo de corte directo. Comenzamos a realizar el análisis con la excavación de una calicata de 3.00 m de profundidad, posterior a ello se realizaron ensayos correspondientes al estudio de mecánica de suelos. Se tomó en cuenta los siguientes datos para inicio del análisis: Datos del Proyecto Proyecto: Análisis de Estabilidad de la ribera del Río Chillón a partir de las propiedades mecánicas en suelos inestables en áreas con presencia de rellenos sanitarios informales en el distrito de Carabayllo. Ubicación: Chillón, Carabayllo – Lima Tipo de excavación: A cielo abierto. Fecha: Abril, 2022 Calicatas C–1 Profundidad: 0.00 – 3.00 m Material del cauce del río chillón: gravoso con matriz arenosa, las gravas son de forma sub redondeadas a redondeadas de TM 15", compacidad baja, color gris, baja humedad. Nivel freático: N.P. 5 Registro fotográfico: Imagen N° 1. Extracción de la calicata, en el distrito de Chillón Fuente: Laboratorio UTP Datos para el contenido de humedad natural: Límites de Consistencia: LL = N.P LP = N.P Ensayo para la determinación de gravedad específica de suelos Volumen del Picnómetro 20°C: 500 ml Temperatura ambiente: 18°C 6 A =1.00039 Gravedad específica de finos Gravedad especifica de gruesos %Pasante, Malla N°4 (P2) %Retenido, Malla N°4 (P1): 7 Determinación del contenido orgánico: Definir solo el concepto y/o procedimiento de ensayo dado que no hay datos al respecto. Análisis Granulométrico: Masa Inicial de Muestra: 5, 225.69 gr Se presenta a continuación los resultados de un ensayo de corte directo bajo la modalidad CD. Se presentan únicamente los resultados pertenecientes a la fase de corte del suelo, al ser la fase de consolidación análoga al ensayo de consolidación de suelos visto en clase. Probeta 1: Velocidad de desplazamiento (mm/min) = 0.025 Tensión Normal (kPa) = 100 Probeta 2: Velocidad de desplazamiento (mm/min) = 0.025 Tensión Normal (kPa) = 200 Probeta 3: Velocidad de desplazamiento (mm/min) = 0.025 Tensión Normal (kPa) = 300 8 Probeta 1 Tiempo Lecturas Fuerza Tensión Tensión Desplazamiento Desplazamiento transcurrido medidor horizontal de tangencial tangencial horizontal Vertical corte corregida Medido Acumulado Lectura Acumulado mm mm Mm 0.00 Min Fuerza N kPa kPa Mm 0 - 0.00 0.000 0.00 0.00 -1.29 4 - 63.50 20.37 20.41 0.10 -1.31 8 - 130.70 42.10 0.10 -1.32 12 - 151.20 48.80 0.10 -1.34 - 161.50 52.23 0.10 -1.36 - 184.50 59.79 0.10 -1.38 - 201.40 65.40 0.10 -1.39 - 210.30 68.43 0.10 -1.41 - 215.90 70.40 0.10 -1.42 - 221.30 72.31 0.10 -1.42 - 233.20 76.35 0.10 -1.43 - 243.30 79.82 0.10 -1.44 - 247.10 81.24 0.10 -1.44 - 245.60 80.91 0.10 -1.44 - 240.10 79.27 0.10 -1.45 - 252.10 83.40 0.10 -1.45 - 256.20 84.93 0.10 -1.45 - 255.20 84.78 0.10 -1.45 - 261.20 86.95 0.10 -1.45 - 263.70 87.97 0.10 -1.45 - 265.50 88.76 0.10 -1.45 - 267.00 89.45 0.10 -1.46 - 266.50 89.47 0.10 -1.46 - 265.20 89.22 0.10 -1.46 - 263.50 88.84 0.10 -1.46 - 263.40 88.99 0.10 -1.46 9 Probeta 2 Tiempo Lecturas Fuerza Tensión Tensión Desplazamiento Desplazamiento transcurrido medidor horizontal de tangencial Tangencial horizontal vertical corte corregida Medido Acumulado Lectura Acumulado mm mm mm 0.00 min Fuerza N kPa kPa mm 0 - 0.00 0.00 0.00 0.00 -0.86 4 - 123.20 39.52 39.60 0.10 -0.87 8 - 154.70 49.83 0.10 -0.88 12 - 188.70 60.90 0.10 -0.89 - 234.70 75.90 0.10 -0.90 - 291.90 94.60 0.10 -0.92 - 337.40 109.57 0.10 -0.93 - 372.50 121.21 0.10 -0.94 - 409.90 133.60 0.10 -0.95 - 425.40 138.99 0.10 -0.95 - 437.40 143.21 0.10 -0.96 - 439.90 144.33 0.10 -0.96 - 441.10 145.02 0.10 -0.97 - 445.50 146.77 0.10 -0.98 - 447.70 147.80 0.10 -0.98 - 448.00 148.21 0.10 -0.98 - 448.50 148.68 0.10 -0.98 - 448.40 148.96 0.10 -0.98 - 448.40 149.27 0.10 -0.98 - 446.30 148.89 0.10 -0.98 - 444.70 148.67 0.10 -0.99 - 444.50 148.91 0.10 -0.99 10 Probeta 3 Tiempo Lecturas Fuerza Tensión Tensión Desplazamiento Desplazamiento transcurrido medidor horizontal de tangencial tangencial horizontal vertical corte corregida Medido Acumulado Lectura Acumulado mm mm mm 0.00 min Fuerza N kPa kPa mm 0 - 0.00 0.00 0.00 0.00 -2.069 4 - 85.50 27.43 27.48 0.10 -2.080 8 - 164.10 52.86 0.10 -2.092 12 - 257.60 83.14 0.10 -2.107 - 338.40 109.44 0.10 -2.118 - 390.10 126.42 0.10 -2.126 - 449.20 145.87 0.10 -2.134 - 475.40 154.69 0.10 -2.138 - 513.40 167.40 0.10 -2.141 - 536.90 175.43 0.10 -2.144 - 579.90 189.87 0.10 -2.147 - 596.80 195.80 0.10 -2.149 - 634.50 208.60 0.10 -2.151 - 651.20 214.54 0.10 -2.152 - 671.50 221.69 0.10 -2.153 - 684.30 226.38 0.10 -2.154 - 709.80 235.31 0.10 -2.155 - 711.20 236.27 0.10 -2.156 - 717.00 238.69 0.10 -2.157 - 716.50 239.03 0.10 -2.158 - 727.00 243.04 0.10 -2.159 - 725.50 243.05 0.10 -2.160 - 721.00 242.05 0.10 -2.161 - 721.50 242.73 0.10 -2.162 - 720.10 242.78 0.10 -2.163 11 2. Objetivos del Informe Los objetivos de este análisis de la calicata, en el distrito de Carabayllo, tiene como objetivos los siguientes: Determinar las condiciones del terreno analizado, mediante un perfil estratigráfico. Determinar el contenido de humedad del suelo Determinar la compactación del suelo. Determinar el contenido de materia orgánica y mineral con pérdida por Ignición. Conocer y adquirir conocimientos del método de análisis granulométrico mecánico para poder determinar de manera adecuada la distribución de las partículas de un suelo. Determinar el tipo de suelos de acuerdo con SUCS y Aashto. Determinar el porcentaje de paso de los diferentes tamaños de la muestra de suelo y con estos datos construir su curva granulométrica. Determinar los parámetros de ángulo de fricción interna y cohesión del suelo. Determinar la tensión tangencial corregida conforme avance el desplazamiento horizontal. Determinar la deformación vertical conforme avance el desplazamiento horizontal. Determinar la tensión tangencial corregida conforme avance el desplazamiento horizontal. 3. Marco teórico: 3.1. Perfil estratigráfico Un perfil estratigráfico es la representación gráfica de la continuidad de la disposición de las capas del suelo, tanto los espesores y el orden de sucesión de los estratos, su ubicación y sus características. La columna estratigráfica se realiza a partir de datos de perforaciones, datos de prospección geofísica, o bien también sale de los cortes naturales o artificiales del terreno que muestran las rocas. 3.2. Contenido de Humedad La aplicación práctica de la determinación del contenido de agua en un material es poder conocer el peso del agua removida al secar dicho material cuando este húmedo (espécimen de prueba) hasta peso constante, en un horno controlado a y usar este calor como el peso del agua en el espécimen de prueba. El peso del material remanente después de secado en el horno corresponde al peso de las partículas sólidas. 12 Métodos para medir la humedad en el suelo El Método del Tacto: Este método ha sido utilizado por muchos años por los agricultores e investigadores para la determinación de la humedad, esta consiste que al apretar las tierras con a palma de la mano, se puede obtener una cantidad una estimación aproximada a la humedad del suelo. La Sonda De Neutrones: Se ha utilizado extensamente en trabajos de investigación para determinar la humedad del suelo. una sonda de neutrones contiene una fuente radioactiva que envía una cierta cantidad de neutrones rápidos. La Resistencia Eléctrica: Existen algunos dispositivos tales como los bloques de yeso y los sensores de ciertas marcas que utilizan la resistencia eléctrica para medir la humedad del suelo. El principio físico de estos dispositivos es que el contenido de humedad se puede determinar por la resistencia al paso de corriente eléctrica entre dos electrodos en contacto con el suelo. Entre más agua haya en la tierra, más baja es la resistencia. Método del Alcohol Etílico: Consiste en saturar con alcohol metílico una muestra de suelo previamente pesada y encenderle fuego, obteniendo el secado de la muestra por combustión. Se repite el ensayo hasta obtener pesos constantes y luego se determina el contenido de humedad. Método utilizado en el laboratorio Método Gravimétrico: Es el método más utilizado para medir agua en el suelo y es una técnica estándar usada comúnmente para obtener datos referenciales de contenido de agua en el suelo, y para la construcción de las curvas de calibración, cuando se utilizan otros métodos y equipos. Se debe tomar una muestra de 125 de suelo húmedo y colocarlo en una tara. oSe secó al horno por 24 horas a una temperatura de 105 ºC oSe pesó el suelo seco en una balanza analítica oSe utilizó la siguiente fórmula: 3.3. Límites de consistencia En 1911, el científico sueco Atterberg, describió métodos para describir la variación de la consistencia de un suelo en función del contenido de humedad, es decir en suelos de grano fino a mayor contenido de agua menor es la consistencia, y si este contenido de agua se reduce la consistencia aumenta. Atterberg, propuso cinco límites, estos son: 13 Límite de cohesión: Es el contenido de humedad con el cual las boronas de suelo son capaces de pegarse una a otras. Límite de pegajosidad: Es el contenido de humedad con el cual el suelo comienza a pegarse a las superficies metálicas tales como la cuchilla de la espátula. Límite de contracción: Es el contenido de humedad por debajo del cual no se produce reducción adicional de volumen o contracción en el suelo. Límite líquido: Cuando el suelo pasa de un estado semilíquido a un estado plástico y puede moldearse. Límite plástico: Cuando el suelo pasa de un estado plástico a un estado semisólido y se rompe. Límite de retracción o contracción: Cuando el suelo pasa de un estado semisólido aun estado sólido y deja de contraerse al perder humedad. Los límites de Atterberg son propiedades índices de los suelos, con que se definen la plasticidad y se utilizan en la identificación y clasificación de un suelo en la clasificación Unificada de Suelos (SUCS). Plasticidad y límites de consistencia Plasticidad es la propiedad que tienen algunos suelos de deformarse sin agrietarse, ni producir rebote elástico. Los suelos plásticos cambian su consistencia al variar su contenido de agua. Índice de Plasticidad: Se expresa con el porcentaje del peso en seco de la muestra de suelo, e indica el tamaño del intervalo de variación del contenido de humedad con el cual el suelo se mantiene plástico. 3.4. Gravedad especifica de sólidos La gravedad especifica de los sólidos se define como a relación numérica entre el peso en el aire de los sólidos de un espécimen de suelo a una temperatura dada, y el peso en el aire de un volumen igual (al de los sólidos) de agua destilada a la misma temperatura. Por otro lado, en suelos se requiere conocer la gravedad específica y la absorción de los agregados es de gran importancia 14 pues nos ayuda a conocer estos parámetros de los suelos y podemos obtener resultados precisos en otros ensayos pues es un auxiliar de otros por ejemplo el Proctor. Gravedad especifica es un tipo particular de densidad relativa, particularmente en mecánica de suelos es la densidad del suelo entre la densidad del agua. Este cociente nos da un valora adimensional que nos sirve para clasificar en un tipo específico nuestra muestra de suelo. Como desconocemos el volumen de nuestra muestra de sólido utilizaremos un procedimiento diferente que involucra una relación de temperatura con densidad para calcular nuestro GS o gravedad específica del suelo. 3.4.1. Aplicación del Gs Es un factor auxiliar para determinar las características índices de los suelos, tales como la porosidad, la relación de vacíos, la saturación. Se utiliza también en estudios de consolidación, gradiente hidráulico crítico, hidrometría o densimetría. Se describen dos procedimientos, uno para suelos granulares finos, de partículas menores de 4,76 mm, esto es, limos y arcillas y otro, para suelos granulares gruesos, de partículas mayores de 4,76 mm, correspondientes a gravas fragmentos de roca. 3.5. Materia orgánica en suelo (pérdida por ignición) Es un ensayo de materiales que sirve para determinar la oxidación cuantitativa de materia orgánica en materiales identificados como turbas, lodos orgánicos y suelos que contengan materia vegetal relativamente no descompuesta o materiales como madera, raíces, pasto o materiales carbonáceos y proporciona una estimación valida del contenido orgánico 3.6. Análisis granulométrico por tamizado Es un proceso mecánico mediante el cual se separan las partículas de un suelo en sus diferentes tamaños; se lleva a cabo utilizando tamices o mallas normalizadas (a cada número de malla le corresponde una abertura estándar), en orden decreciente. El análisis granulométrico por tamizado se realiza a las partículas con diámetros superiores a 0,075 mm. (Malla #200). IMPORTANCIA Y UTILIDAD DEL ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO En los suelos granulares nos da una idea de su permeabilidad y en general de su comportamiento ingenieril, no así en suelos cohesivos donde este comportamiento depende más de la historia geológica del suelo. El análisis granulométrico nos permite estudiar el tamaño de las partículas y medir la importancia que tendrán según la fracción de suelo que representen. Este tipo de análisis se realiza por 15 tamizado, o por sedimentación cuando el tamaño de las partículas es muy pequeño, se puede encontrar gravas, arenas, limos y arcillas. Si bien un análisis granulométrico es suficiente para gravas y arenas, cuando se trata de arcillas y limos, turbas y margas se debe completar el estudio con ensayos que definan la plasticidad del material. CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS La textura y propiedades físicas del suelo dependerán del tamaño de ellas. Mayor tamaño de partículas significa mayor espacio entre ellas, resultando un suelo más poroso; menor tamaño de partículas tendrá menor espacio entre ellas dificultando el paso del aire y el agua, por tanto, este suelo será menos poroso. Los tamaños de grano se han clasificado con base en las dimensiones dada en determinados estándares. Cuando se realiza un análisis físico de una muestra de suelo, se define dentro de ella variados tamaños de grano que se enmarcan en rangos específicos, definidos por diversas entidades o agrupaciones. Para clasificar a los constituyentes del suelo según su tamaño de partículas, se han establecido muchas clasificaciones granulométricas. Básicamente todas aceptan los términos de grava, arena, limo y arcillas, pero difieren en los valores de los límites establecidos para definir cada clase. Arena: Constituida por partículas menores que 4.76 mm y mayores que 0.074 mm. Limo: Constituido por partículas menores que 0.074 mm y mayores que 0.002 mm. Arcilla: Constituida por partículas menores que 0.002 mm. INTERPRETACIÓN DE LAS CURVAS GRANULOMÉTRICAS La curva granulométrica de un suelo es una representación gráfica de los resultados obtenidos en un laboratorio cuando se analiza la estructura del suelo desde el punto de vista del tamaño de las partículas que lo forman. Se representa gráficamente en un papel denominado "log-normal" por tener en la horizontal una escala logarítmica, y en la vertical una escala natural. El eje de las abscisas represente el diámetro de la malla y el eje de las ordenadas representa el porcentaje que pasa por cada malla. Las curvas granulométricas se usan para comparar diferentes suelos, además, tres parámetros básicos del suelo se determinan con esas cuervas que se usan para clasificar los suelos granulares. Los tres parámetros son: Diámetro efectivo Coeficiente de uniformidad Coeficiente de curvatura 16 El diámetro en la curva de distribución del tamaño de las partículas correspondientes al 10% de finos se define como diámetro efectivo o D10 El coeficiente de uniformidad está dado por la relación: Donde: Cu = coeficiente de uniformidad D60 = diámetro correspondiente al 60% de finos en la curva El coeficiente de curvatura se expresa como: Donde: Cz = coeficiente de curvatura D30 = diámetro correspondiente al 30% de fino 3.7. Clasificación de suelos por método AASHTO y SUCS El Sistema Unificado de Clasificación de Suelos – SUCS, 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, en relación al AASHTO es un órgano que establece normas, su empleo se restringe a proyectos de carreteras y, en menor medida, a ciertas aplicaciones que incluyen la caracterización de materiales de relleno, estos dos sistemas de clasificación se determinara para buscar una relación entre los esfuerzos y deformaciones que sufre el suelo en base a la relación de las dimensiones del cimiento 17 de concreto armado, estas dimensiones pueden denominarse como las dimensiones propiamente dichas (longitud) y también las cargas que solicita cada estructura en base al análisis estructural. El Sistema Unificado de Clasificación de Suelos – SUCS Fuente Braja M.Das: Tabla de clasificación de suelos utilizando el SUCS Fuente Braja M. Das: Grafico de índice plasticidad y limite líquido. Fuente Braja M. Das: Diagrama de flujo para clasificar suelos de grano grueso utilizando el SUCS 18 Fuente Braja M. Das: Diagrama de flujo para clasificar suelos de grano grueso utilizando el SUCS Fuente Braja M. Das: Diagrama de flujo para clasificar suelos de grano grueso utilizando el SUCS American Association of State Highway and Transportation Officials – AASHTO Formula a usar para el índice de grupos: 𝐼𝐺 = (𝐹 − 35) × (0.2 + 0.005 × (𝐿𝐿 − 40)) + 0.01 × (𝐹 − 15) × (𝐼𝑃 − 10) Para índice de grupos en suelos de los subgrupos A-2-6 y A-2-7 se calcula con esta fórmula: 𝐼𝐺 = 0.01 × (𝐹 − 15) × (𝐼𝑃 − 10) Fuente: Principios de ingeniería geotécnica Braja M. Das 19 Fuente: Principios de ingeniería geotécnica Braja M. Das 3.8. Corte Directo (CONSOLIDADO DRENADO - CD) En el ensayo de corte directo tiene como objetivo determinar la resistencia al esfuerzo cortante de una muestra, valor que entre otras cosas será muy útil para el cálculo de la capacidad portante y la resistencia al esfuerzo cortante en el suelo se debe a dos componentes: la cohesión, aportada por la fracción del suelo y responsable, a su deformación, del comportamiento plástico de este y el rozamiento interno entre las partículas granulares o fricción. IMPORTANCIA Y UTILIDAD DEL CORTE DIRECTO La prueba de corte directo es adecuada para un ensayo consolidado drenado porque las trayectorias de drenaje a través del espécimen de ensayo son cortas, permitiendo por esto que los excesos de las presiones de poro sean disipados bastante rápidos. La resistencia interna por área unitaria que la masa de suelo ofrece para resistir la falla y el deslizamiento a lo largo de cualquier plano dentro de él, para analizar los problemas de la estabilidad del suelo, tales como la capacidad de carga. Formulas a usar para corte directo en distintos casos: Fuente Braja M. Das: Diagrama de arreglo para la prueba de corte directo 20 𝑡𝑓 = 𝑜 × tan(Ø)} 𝑡𝑓 = 𝑓(𝑜) Donde: Tf: esfuerzo cortante sobre el plano de falla. 𝑜 : esfuerzo normal sobre el plano de falla. 𝑡𝑓 = 𝑐 + (𝑜) × tan(Ø) c: cohesión. Ø : ángulo de fricción interna Fuente Braja M. Das: Prueba de corte directo de arena, ángulo de fricción. 21 Fuente Braja M. Das: circulo de MOHR y envolvente de falla. 4. Ensayos realizados 4.1. Perfil estratigráfico Para poder realizar el perfil estratigráfico es necesario contar con la calicata del terreno a analizar, asimismo se requiere los datos de la curva granulométrica mediante el tamizado, la carta de plasticidad y los coeficientes de uniformidad - gradación, y, por último, se delimita los parámetros para poder obtener 2 tipos de clasificación de suelos (SUCSAASHTO), de esta manera obtendremos la información completa y detallada. Figura N°1. - Símbolo representativo de calicata - Norma aplicable Fuente: Norma E.050 Suelos y Cimentaciones 22 4.2. Contenido de humedad 4.2.1. Normativas ASTM D 2216-19: Standard Test Method of Laboratory Determination of Water (Moisture) Content of Soil and Rock by Mass NTP 339.127: SUELOS. Método de ensayo para determinar el contenido de humedad de un suelo. 1ª Edición AASHTO T – 265: Standard Method of Test for Laboratory Determination of Moisture Content of Soils 4.2.2. Equipos Horno de secado. - Horno de secado termostáticamente controlado, de preferencia uno del tipo tiro forzado, capaz de mantener una temperatura de 110 ± 5 ºC. Balanzas. - De capacidad conveniente y con las siguientes aproximaciones: De 0,01 g para muestras de menos de 200 g De 0,1 g para muestras de más de 200 g. 23 4.2.3. Materiales Recipientes. - Recipientes apropiados fabricados de material resistente a la corrosión, y al cambio de peso cuando es sometido a enfriamiento o calentamiento continuo, exposición a materiales de pH variable, y a limpieza. Nota 2. Los recipientes y sus tapas deben ser herméticos a fin de evitar pérdida de humedad de las muestras antes de la pesada inicial y para prevenir la absorción de humedad de la atmósfera después del secado y antes de la pesada final. Se usa un recipiente para cada determinación. Desecador (opcional). - Un desecador de tamaño apropiado que contenga sílica gel o fosfato de calcio anhidro. Es preferible usar un desecante cuyos cambios de color indiquen la necesidad de su restitución (Ver Sección 6.3.5 del presente ensayo). Nota 3. El sulfato de calcio anhidro se vende bajo el nombre comercial Drier hite. Utensilios para manipulación de recipientes. - Se requiere el uso de guantes, tenazas, o un sujetador apropiado para mover y manipular los recipientes calientes después de que se hayan secado. 24 Otros utensilios. - Se requiere el empleo de cuchillos, espátulas, cucharas, lona para cuarteo, divisores de muestras, etc. Procedimiento del ensayo de humedad en agregado grueso. El procedimiento a seguir para el desarrollo del ensayo de humedad total es el siguiente: a. Separar el agregado grueso del fino tamizando en la malla n° 4. b. Seleccionar una muestra representativa por cuarteo. c. Seleccionar una muestra de mayor de 2 Kg de agregado grueso en función del tamaño máximo nominal. d. Tomar un recipiente (tara), anotar su identificación y determinar su peso. e. Pesar la muestra húmeda más el recipiente que la contiene. f. Colocar la tara con la muestra en el horno a una temperatura constante de 110°C, por un periodo de 24 horas. g. Inmediatamente el material esté seco se saca del horno y se deja enfriar (para no causar daños en la balanza) para finalmente calcular su masa. h. Pesar la muestra seca más el recipiente y anotar su peso. Procedimiento del ensayo de humedad en agregado fino a. Se selecciona una fracción representativa del material (masa de 300g como mínimo) por cuarteo. b. Se ubica la muestra en un recipiente (tara). El recipiente debe estar seco y limpio. c. Se pesa la muestra húmeda más el recipiente que lo contiene. d. Colocar la muestra más la tara en el horno para llevar a cabo el proceso de secado por un tiempo de 24 horas a 110°𝐶 aproximadamente. 25 e. Al cabo de 24 horas, se pesa el conjunto de muestra más recipiente. La muestra no debe ser pesada inmediatamente sacado del horno. Se debe facilitar el enfriamiento de ello. f. Se desecha la muestra al suelo y luego se realizan los cálculos. 4.3. Límites de consistencia 4.3.1. Normativas ASTM D4318-17e1: Standard Test for Liquid Limit, Plastic Limit, and Plasticity Index of Soils AASTHO T – 89: Standard Method of Test for Determining the Liquid Limit of Soils AASTHO T – 90: Standard Method of Test for Determining the Plastic Limit and Plasticity Index of Soils NTP 339.129: SUELOS. Método de ensayo para determinar el límite líquido, límite plástico, e índice de plasticidad de suelos. 1ª Edición 4.3.2. Equipos a. Dispositivo copa de Casagrande para límite líquido b. Balanza con sensibilidad de 0.01 gr. 26 c. Horno de secado capaz de mantener una temperatura de hasta 110 ± 5. 4.3.3. Materiales a. Ranurador b. Calibrador de metal para ajuste de altura de caída de la copa c. Tamiz N°40 - Mortero y mazo de porcelana 27 d. Espátula de acero e. 01 pipeta f. Vasija de evaporación de 4.5 pulgadas de diámetro. g. Recipientes para humedad, fabricados en material resistente a la corrosión y al cambio de masa debido al secado y enfriamiento continuo. 28 f. Placa de vidrio esmerilado para el límite plástico, de suficiente tamaño para formar los rollitos, de 30cm de lado aproximadamente. 4.3.4. Procedimiento Para Límite líquido 1. Se escoge una muestra representativa de suelo secado al horno que pase por el tamiz N°40 y se mide su masa. 2. Se le adiciona agua a este suelo hasta que tenga una consistencia que se pueda moldear. 3. Se calibra un equipo de Casagrande para que la altura de caída quede a un centímetro de la base. 4. Se pone este material en un equipo de Casagrande enrasando la superficie para que quede lisa. 5. Con la ayuda de un ranurador se hace una abertura en el centro que permita ver el fondo, se verifica que los taludes donde está la ranura sean aproximadamente de un centímetro de altura. 6. Se realizan una serie de giros al mango del costado para que el equipo se golpee en la base. Estos golpes deben ser de manera rápida y constante, se cuenta el número de golpes hasta que los dos taludes se unan. 7. Se retira un trozo de material que esté ubicado en la zona donde se juntaron los taludes. 8. Se agrega más agua al material para que este quede con una humedad diferente y se repite el procedimiento desde el numeral 4. 29 9. Para cada muestra se mide la masa de una tara, la masa del suelo húmedo que se saca del equipo y se lleva al horno. Las muestras deben ser de por lo menos 3 diferentes porcentajes de humedad. Para Límite plástico 1. Se toma una muestra de suelo pasa tamiz 40 y se adiciona agua hasta que pueda ser moldeado. 2. Se hacen rollos pequeños de aproximadamente 3 mm de diámetro, tratando de que cuando se cumpla con esta dimensión la muestra empiece a resquebrajarse. 3. Cuando se hayan realizado muchos de los rollos, se mide la masa de dos taras y en estas se ponen los rollos hasta llenar la mitad cada una de las taras. 4. Las muestras son llevadas al horno durante 24 horas a 110°C. 4.4. Gravedad específica de sólidos El ensayo consiste en determinar la masa de la fase sólida de un suelo y su respectivo volumen, la masa se determina con la balanza y es necesario un procedimiento cuidadoso con el picnómetro para obtener el volumen de sólidos. El volumen de sólidos se determina colocando la muestra seca en un picnómetro previamente calibrado con agua, el volumen de agua desplazado es similar al volumen de los sólidos, para lo cual se debe eliminar completamente todo el volumen de vacíos de la muestra utilizando una bomba de vacío, baño maría o similares. 4.5. Materia orgánica en suelo (pérdida por ignición). 4.5.1. Normativas AASHTO T 267: Standard Method of Test for Determination of Organic Conten in Solis by Loss on Ignition. MTC E 118: Materia orgánica en suelos (pérdida por ignición). 4.5.2. Equipos Horno o estufa con condiciones para temperaturas entre 110 +- 5°C. Balanza de 1200 g de capacidad con sensibilidad de 0.01 g. Mufla que permita mantener una temperatura contante de 445 +- 10°C. Crisol o plato de evaporación, de 30 a 50 ml de capacidad o platos de evaporación de porcelana de 100 mm de diámetro superior. Desecadores de adecuado tamaño. 4.5.3. Materiales Recipientes a prueba de Moho, metal, porcelana, vidrio o recubiertos de plástico. Guantes de asbesto, pinza, espátula. 30 4.5.4. Muestra Muestra de al menos 100 g que haya pasado el tamiz N° 10, que haya sido obtenido de acuerdo con el método MTC E 106. 4.5.5. Procedimiento Colocar la muestra en el recipiente en el horno a 110° C, secado hasta masa constante. Pesado de crisoles sin muestra. Escoger muestra de entre 10 g y 40 g, colocarlos en los crisoles tarados y pesarlos con aproximación a 0.01 g. Colocar el Crisol o el plato que contiene la muestra dentro de la mufla durante 6 horas a 445 + 10°C. Retire la muestra de la mufla, colóquese en el desecador y permítase enfriar. Remover la muestra enfriada del desecador y pésese con aproximación a 0.01 g. 4.6. Análisis Granulométrico de suelos por tamizado 4.6.1. Normativa MTC E 107 ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO DE SUELOS POR TAMIZADO Norma ASTM D6913/6913M-17: Standard Test Methods for Particle-Size Distribution (Gradation) of Soils Using Sieve Analysis NTP 339.128: SUELOS. Método de ensayo para análisis granulométrico AAHTO 27: Standard Method of Test for Sieve Analysis of Fine and Coarse Aggregates 4.6.2. Equipos Y Materiales ● Dos balanzas. Una con sensibilidad de 0,01 g para pesar material que pase el tamiz de 4,760 mm (Nº 4). Otra con sensibilidad de 0,1% del peso de la muestra, para pesar los materiales retenidos en el tamiz de 4,760 mm (Nº 4). ● Estufa. Capaz de mantener temperaturas uniformes y constantes hasta de 110 ± 5 ºC. ● Tamices de malla cuadrada ● Envases ● Cepillos ● Brocha 31 4.6.3. Procedimiento 1. Para comenzar a realizar el ensayo, lo primero es pesar el material extraído y los envases en los cuales se vertida. Fuente: video del laboratorio 2. Luego se procede a colocar en el horno durante 24 horas o hasta obtener una masa constante. Fuente: video del laboratorio 3. Una vez secada la muestra y enfriada se toma el peso de la muestra secada al horno. Fuente: video del laboratorio 32 4. Ahora procedemos a lavar la muestra en la malla N°200 hasta que quede totalmente limpia. Fuente: video del laboratorio 5. Nuevamente la muestra es llevada al horno para su respectivo secado durante un tiempo de 24 horas. Fuente: video del laboratorio 6. Una vez extraído del horno ya secado, se pesa la muestra y se procede a verter en los tamices para ser zarandeado en el tamizador eléctrico. Fuente: video del laboratorio 33 7. Ya terminado de ser zarandeado durante 3 minutos, se procede a pesar el material que hay en cada tamiz para nuestros próximos cálculos. Fuente: video del laboratorio 4.7. Clasificación de suelos por método AASHTO y SUCS 4.7.1. Normativa ASTM D 2487 – 17e1: Standard Practice for Classification of Soils for Engineering Purposes (Unified Soil Classification System) AASHTO M-145: Clasificación de suelos y de mezclas de agregados de suelos de la american association. NTP 339.134: SUELOS. Método para la clasificación de suelos con propósitos de ingeniería (sistema unificado de clasificación de suelos, SUCS). 1ª Edición NTP 339.135: SUELOS. Método para la clasificación de suelos para uso en vías de transporte. 1ª Edición 4.7.2. Equipos Y Materiales Balanza de tres brazos 34 Juego de tamices desde la malla de 3/8” a la malla Nº 200 Horno eléctrico Copa de Casagrande y ranurador para materiales finos Agua destilada 35 Mortero y apisonador 4.7.3. Procedimiento ● Se pesa aproximadamente un 1 kg del suelo indicado a clasificar. ● Se procede a tamizar y lavar con agua, usando la malla Nro. 200, hasta obtener el suelo limpio de materiales finos. ● El material retenido por la malla Nro. 200 se lleva al horno por 24 horas a temperatura constante de 100 – 110 °C, posteriormente se retira del horno y dejar enfriar a temperatura de ambiente durante un par de horas y pesar hasta peso constante, de eso se obtiene el peso lavado y seco de la muestra de suelo. ● Colocar la serie de tamices desde 3/8’’ hasta Nro. 200, agitar y tamizar aproximadamente de 5 a 10 minutos. ● Obtener el peso del material que quedo retenido en cada tamiz. Sumar estos pesos y comparar el total con el peso total obtenido. Esta operación permite detectar cualquier pérdida de suelo durante el proceso de tamizado mecánico. Si se tiene una pérdida de más del 2% con respecto al peso original se considera que el experimento no es satisfactorio y por consiguiente debe repetirse. 4.8. Corte Directo (CONSOLIDADO DRENADO - CD) 4.8.1. Normativa MTC E 123 CORTE DIRECTO (CONSOLIDADO DRENADO) NTP 339.171: SUELOS. Método de ensayo normalizado para el corte directo de suelos bajo condiciones consolidadas drenadas. 1a Edición AASHTO T 236: Standard Method of Test for Direct Shear Test of Soils under Consolidated Drained Conditions 4.8.2. Equipos y Materiales Equipo de corte directo Indicadores de deformación o dial Caja de corte sección circular y cuadrada Pisón, piedra porosa y anillo de corte 36 4.8.3. Procedimiento Preparación de la muestra Ensamblar la caja de corte y fijar la caja en posición. Obtener la sección transversal de la muestra. Colocar la piedra porosa y el pistón de carga sobre la superficie de la muestra. Determinar el peso y el espesor de la muestra. Fuente: video del laboratorio Fuente: video del laboratorio Procedimiento de ensayo Aplicar la carga vertical y colocar el medidor de desplazamiento vertical en posición. Ajustar el anillo dinamométrico y el medidor de desplazamiento horizontal. Retirar los elementos que mantienen unida la mitad superior de la caja de corte a la mitad inferior, para permitir su desplazamiento. Comenzar a aplicar la carga horizontal midiendo desde los deformímetros de carga, el cambio de volumen y de desplazamiento horizontal. La tasa de deformación unitaria debe ser del orden de 0,5 a 2 mm/min y deberá ser tal que la muestra tarde en fallar entre 3 y 5 minutos. Se repite el procedimiento en por lo menos dos muestras más. Fuente: video del laboratorio Fuente: video del laboratorio 37 5. Cálculo de resultados obtenidos 5.1. Perfil Estratigráfico Tabla N°1 - Perfil estratigráfico de la Calicata N°1, en el distrito de Carabayllo Fuente: Elaboración Propia Contenido de humedad Ensayo Nº Item 1 2 3 Nº Bandeja I II III Peso de Bandeja, W1 (gr) 32.4 30.1 32.8 Peso de Bandeja + suelo EN, W2 (gr) 220.4 220.4 229.4 263.1 263.1 Peso de Bandeja + suelo SECO, W3 (gr) 216.3 216.3 224.8 258.3 258.3 Ensayo N° Item 1 2 3 I II III Peso de Bandeja, W1 (gr) 32.4 30.1 32.8 Peso de Bandeja + suelo EN, W2 (gr) 220.4 229.4 263.1 Peso de Bandeja + suelo seco, W3 (gr) 216.30 224.80 258.30 4.10 4.60 4.80 183.90 194.70 225.50 2.23 2.36 2.13 N° Bandeja Peso de agua (gr) Peso seco (gr) Contenido de humedad % 2.24 Contenido de humedad promedio % 35 Hallamos el contenido de humedad: Bandeja 1 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎1 = (𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝐵𝑎𝑛𝑑𝑒𝑗𝑎 + 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 𝐸𝑁, 𝑊2 (𝑔𝑟)) − (𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝐵𝑎𝑛𝑑𝑒𝑗𝑎 + 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 𝐸𝑁, 𝑊2 (𝑔𝑟)) 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎1 = 220.4 − 216.30 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎1 = 4.10 𝑔𝑟 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜1 = ((𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝐵𝑎𝑛𝑑𝑒𝑗𝑎 + 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 𝐸𝑁, 𝑊2 (𝑔𝑟)) − 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝐵𝑎𝑛𝑑𝑒𝑗𝑎, 𝑊1 (𝑔𝑟) 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜1 = 216.30 − 32.4 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜1 = 183.9 𝑔𝑟 𝐶𝑜𝑛𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑒 ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑1 = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 (𝑔𝑟) ∗ 100 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜 (𝑔𝑟) 4.10 𝑔𝑟 𝐶𝑜𝑛𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑒 ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑1 = 183.9 𝑔𝑟) ∗ 100 𝐶𝑜𝑛𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑒 ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑1 = 2.23 𝑔𝑟 Bandeja 2 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎2 = (𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝐵𝑎𝑛𝑑𝑒𝑗𝑎 + 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 𝐸𝑁, 𝑊2 (𝑔𝑟)) − (𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝐵𝑎𝑛𝑑𝑒𝑗𝑎 + 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 𝐸𝑁, 𝑊2 (𝑔𝑟)) 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎2 = 229.4 − 224.8 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎2 = 4.60 𝑔𝑟 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜2 = ((𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝐵𝑎𝑛𝑑𝑒𝑗𝑎 + 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 𝐸𝑁, 𝑊2 (𝑔𝑟)) − 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝐵𝑎𝑛𝑑𝑒𝑗𝑎, 𝑊1 (𝑔𝑟) 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜2 = 224.8 − 30.1 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜2 = 194.7𝑔𝑟 𝐶𝑜𝑛𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑒 ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑2 = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 (𝑔𝑟) ∗ 100 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜 (𝑔𝑟) 36 4.60 𝑔𝑟 𝐶𝑜𝑛𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑒 ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑2 = 194.7 𝑔𝑟) ∗ 100 𝐶𝑜𝑛𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑒 ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑2 = 2.36 𝑔𝑟 Bandeja 3 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎3 = (𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝐵𝑎𝑛𝑑𝑒𝑗𝑎 + 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 𝐸𝑁, 𝑊2 (𝑔𝑟)) − (𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝐵𝑎𝑛𝑑𝑒𝑗𝑎 + 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 𝐸𝑁, 𝑊2 (𝑔𝑟)) 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎3 = 263.1 − 258.3 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎3 = 4.80 𝑔𝑟 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜3 = ((𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝐵𝑎𝑛𝑑𝑒𝑗𝑎 + 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 𝐸𝑁, 𝑊2 (𝑔𝑟)) − 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝐵𝑎𝑛𝑑𝑒𝑗𝑎, 𝑊1 (𝑔𝑟) 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜3 = 258.3 − 32.8 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜3 = 225.5 𝑔𝑟 𝐶𝑜𝑛𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑒 ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑3 = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 (𝑔𝑟) ∗ 100 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜 (𝑔𝑟) 4.80 𝑔𝑟 𝐶𝑜𝑛𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑒 ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑3 = 225.5 𝑔𝑟) ∗ 100 𝐶𝑜𝑛𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑒 ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑3 = 2.13𝑔𝑟 Contenido de humedad promedio 𝐶𝑜𝑛𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑒 ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝐶𝑜𝑛𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑒 ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 1 + 𝐶𝑜𝑛𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑒 ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑2 + 𝐶𝑜𝑛𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑒 ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑3 = 3 𝐶𝑜𝑛𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑒 ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 = 2.23 𝑔𝑟 + 2.36 𝑔𝑟 + 2.13 𝑔𝑟 3 𝐶𝑜𝑛𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑒 ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 = 2.24 𝑔𝑟 Límites de consistencia 5.2. LL = N.P LP = N.P 37 Cuando el Limite Liquido y Limito Plástico no se pueden determinar se les coloca NP, lo cual es no plástico. Así mismo, cuando el límite plástico resulte igual o mayor que el límite líquido, el índice de plasticidad se informará como NP (no plástico). 5.3. Gravedad específica de sólidos 5.3.1. Gravedad Especifica de Finos Ensayo N° Ítem 1 2 N° Picnómetro 1 2 Peso de Picnómetro + Agua, W1 (gr) 638.6 640.4 Peso de Picnómetro + Suelo en + Agua, W2 (gr) 701.3 703.1 Peso de suelo SECO, Ws (gr) 100 100 Contenido de Agua, Ww=(W1+Ws)-W2 (gr) 37.30 37.30 Gs(T1°C) =Ws/Ww (gr) 2.68 2.68 Gs(20°C) =Gs(T1°C) xA 2.68201 2.68201 Hallamos el contenido de agua 𝑊𝑤 = (𝑤1 + 𝑤𝑠) − 𝑤2 𝑊𝑤 = (638.6 + 100) − 701.3 𝑊𝑤 = 37.30 𝑔𝑟 Hallamos Gravedad especifica de Finos (T1°C) 𝐺𝑠(𝑇1°𝐶) = 𝑊𝑆 𝑊𝑤 100 𝐺𝑠(𝑇1°𝐶) = 37.30 𝐺𝑠(𝑇1°𝐶) = 2.68 𝑔𝑟 38 Hallamos Gravedad especifica de Finos (T20°C) 𝐺𝑠(𝑇20°𝐶) = 𝐺𝑠(𝑇1°𝐶) × 𝐴 𝐺𝑠(𝑇20°𝐶) = 2.68 × 1.00039 𝐺𝑠(𝑇20°𝐶) = 2.68 𝑔𝑟 5.3.2. Gravedad Especifica de Gruesos Ensayo N° Ítem 1 2 N° Bandeja B1 B2 Peso de Bandeja + grava en SSS en aire, W1 (gr) 1517.7 1569.5 Peso de Bandeja + grava en SS en agua, W2 (gr) 940 970.8 Peso de grava SECA W3 (gr) 1504.3 1554.5 Gs sólidos = 2.62714 2.62151 Absorción = 0.89078 0.96494 Hallamos Gravedad especifica de Gruesos 𝐺𝑠 = 𝐺𝑠 = 𝑤1 𝑤1 − 𝑤2 1517.7 1517.7 − 940 𝐺𝑠 = 2.63 Hallamos la absorción 𝑤1 − 𝑤3 𝐺𝑠 = ( ) × 100 𝑤3 1517.7 − 1504.3 ) × 100 𝐺𝑠 = ( 1504.3 39 𝐺𝑠 = 0.89 Procedemos al Cálculo del Gravedad Especifica Promedio Para lo cual vamos a necesitar de: %Pasante, Malla N°4 (P2) %Rendimiento, Malla N°4 (P1) 33.3 433.1 Dichos datos son obtenidos a través del ensayo de Granulometría. Ya obtenidos los datos procedemos a remplazar en la siguiente formula: 𝐺𝑠 𝑝𝑟𝑜𝑚 = 5.4. 1 𝑃2 𝑃1 100 × 𝐺𝑠 𝑔𝑟𝑢𝑒𝑠𝑜𝑠 + 100 × 𝐺𝑠 𝑓𝑖𝑛𝑜𝑠 Ensayo 1 0.574189 Ensayo 2 0.574099 Materia orgánica en suelo (pérdida por ignición). El contenido orgánico deberá expresarse como un porcentaje del peso de suelo secado en el horno (después de la ignición) y se calculará de la siguiente manera: Donde: A= Peso del crisol y del suelo seco en horno antes de la ignición. B= Peso del crisol y del suelo seco después de la ignición. C= Peso del crisol con aproximación a 0.01 g. 40 Figura N° 2. Modelo de formato profesional de hoja de datos y cálculo de materia orgánica de suelos. 5.5. Curva granulométrica y parámetros de granulometría Tabla N°2 - Tamices de malla cuadrada normalizadas por el MTC 41 Fuente: Manual de Ensayo de Materiales, mayo 2016, pág. 44. 5.5.1. Resultados del Tamizado: Tabla N°3 - Datos de la calicata C-1 Fuente: Elaboración propia 42 5.5.2. Curva Granulométrica: Tabla N°4 – Datos de la Curva Granulométrica Fuente: Elaboración propia 5.5.3. Diámetro de tamices por el método gráfico: Tabla N°5 – Datos de la Curva Granulométrica Fuente: Elaboración propia 43 Fuente: Elaboración propia 5.5.4. Diámetro de tamices por interpolación: Tabla N°6 – Datos de la Curva Granulométrica Fuente: INGENIERÍA CIVIL «Análisis granulométrico por tamizado y límites de consistencia». Diámetro D10: Diámetro D30: 44 Diámetro D60: 5.5.5. Coeficiente de Uniformidad y Curvatura En este caso se utilizó por el método gráfico: Cómo el Cu es mayor a 6, nos resulta una Arena Cómo el Cc se encuentra entre el rango de 1 y 3, el suelo está bien graduado y es no uniforme. 45 Clasificación de suelos por método AASHTO y SUCS 5.6. 5.6.1. Clasificación De Suelos - AASHTO Extraemos datos de la granulometría anteriormente hecha: Porcentaje que pasa tamiz número 10: 25.37% Porcentaje que pasa tamiz número 40: 11.20% Porcentaje que pasa tamiz número 200: 0.27% Es importante recalcar que la muestra no presenta LL y LP Fuente: Libro Braja M. Das 1998 Al no presentar limite liquido ni limite plástico N.P. el método ASSHTO será determinado con las tablas que nos da Braja M. Das 1998. 46 Siguiendo las indicaciones de la tabla, definimos el grupo de clasificación, el cual corresponde a un suelo A-1-b y su índice de grupo es 0; Según el Sistema de Clasificación de Suelos la descripción es: Suelo granular de grava o arena de granulometría media con un importante porcentaje de finos. 5.6.2. Clasificacion De Suelos – SUCS Extraemos datos de la granulometría anteriormente hecha: Fracción fina: 0.27% (porcentaje que pasa el tamiz número 200) Fracción gruesa: 99.73% (porcentaje retenido en el tamiz número 200) Fracción grava: 66.72% (porcentaje retenido en el tamiz número 40) Fracción arena: 33.01% (% retenido en el tamiz # 200) - (% retenido en el tamiz # 40) Fuente: Elaboración propia Cu = 65, Cc = 1.246 47 Fuente: coarse - grained soils using the USCS El símbolo de grupo es GW, porque cumple con los siguientes requisitos:Suelo de grano grueso: más del 50% retenido en el tamiz N°200 (99.73%)Grava: más de 50% de fracción gruesa retenida en el tamiz N°4 (99.73%)Grava limpia: menos de 5% de finos (0.27%) Cu ≥ 4 (65.77), Cc ≤ 3 (1.32) Finalmente hallamos el nombre del grupo: GW ≥ 15% de arena (33.01%) → Grava bien graduada con arena 5.7. Corte Directo (CONSOLIDADO DRENADO - CD) 48 Muestra tensión Normal tensión tangencial máxima Unidad 1 100.00 89.47 Kpa 2 200.00 149.27 Kpa 3 300.00 243.05 Kpa 49 Ángulo de fricción interna 37.60 ° Cohesión 7.02 kg/cm2 6. Análisis y evaluación de resultados 6.1. 6.2. 6.3. Perfil estratigráfico De acuerdo con la recopilación de datos obtenidos y detallados por el perfil estratigráfico de la calicata extraída en el distrito de Carabayllo, podemos decir que es un suelo de Grava bien graduada con arena, grava bien graduadas mezcla, grava con poco o nada de materia fino, variación en tamaños granulares, en SUCS está clasificado como GW y en AASHTO se encuentra clasificado como A-1-b (0). Contenido de humedad Según lo experimentado, podemos determinar que un suelo contiene un porcentaje de líquido, ello nos permitirá conocer el tipo de terreno donde efectuaremos nuestras futuras construcciones. Límites de consistencia Los límites de consistencia no se pudieron determinar, ya que son no plásticos, asimismo, se puede considerar que cuando el límite plástico resulte igual o mayor que el límite líquido, el índice de plasticidad se informará como NP. (Leslie QA). 50 6.4. Gravedad especifica de solidos 6.5. Para este ensayo se puso al horno nuestro suelo durante 24 horas, luego de ello se toma una cantidad y se tamizo por la malla N°4, del pasante se generó una muestra. Se toman como dato 2 pesos, siendo el primero el del picnómetro limpia y vacía, luego picnómetro más agua, y por último picnómetro más agua, más muestra. Antes de ser pesada el picnómetro más agua y más la muestra, se debe absorber los vacíos con la bomba respectiva, así mismo se debe homogenizar la solución. Adicional a ello y cuando se esté pesando, tomar la temperatura. Materia orgánica en suelo (pérdida por ignición). De acuerdo con la siguiente tabla se puede hacer una evaluación del material orgánico existente de acuerdo con el porcentaje que existe de este en la muestra evaluada: De la tabla se puede verificar que para el ejemplo ideal presentado le corresponde un nivel bajo de materia orgánica. Análisis granulométrico por tamizado 6.6. El análisis granulométrico realizado por la calicata C-1, permitió observar el peso retenido, porcentaje retenido, porcentaje retenido acumulado y porcentaje que pasa cada uno de los tamices empleados en el mismo. Clasificación de suelos por método AASHTO y SUCS 6.7. Gracias a los cálculos de porcentaje retenido en la granulometría podemos sacar los valores retenidos en el tamiz N°10, N°40 Y N°200 para encontrar la clasificación, lo más importante es que el LL Y LP son N.P(no presenta), así que debemos buscar las otras tablas donde nos indique por porcentajes en los tamices para su clasificación, así mismo indicaremos cada paso para SUCS Y ASSHTO. 51 6.8. Corte Directo (CONSOLIDADO DRENADO - CD) Para el caso de las 3 tensiones normales aplicadas, a medida que mayor es el tiempo transcurrido aumenta el desplazamiento vertical y respecto a la tensión tangencial, a mayor tiempo se aumenta la presión y aumenta la deformación horizontal. La prueba de realizada es de deformación controlada. Respecto al gráfico “Desplazamiento horizontal vs Tensión tangencial”: para las 3 tensiones normales aplicadas se verifica que hasta un desplazamiento de 0.3 mm la tensión tangencial no tiene mucha diferencia entre sus valores hasta la aplicación promedio de 50 KPa tangenciales (aproximadamente). Luego de pasar los 3 mm de deformación en los especímenes ya se visualiza que si la tensión normal aplicada en el espécimen es mayor entonces la tensión tangencial correspondiente a una deformación dada también es mayor. Aproximadamente en el rango de entre los 1.8 mm y 2.2 mm de deslazamiento horizontal los especímenes alcanzan su esfuerzo tangencial máximo, y se puede verificar si el esfuerzo normal es mayor, mayor es el esfuerzo tangencial máximo. Respecto al gráfico “Deformación vertical vs Desplazamiento horizontal” : hasta los 0.3 mm de deformación horizontal la variación de la deformación vertical entre los 3 especímenes es mínima, a partir de 0.3 mm de deformación horizontal se puede ver que para una determinada deformación horizontal la deformación vertical es inversamente proporcional a la tensión normal, se pueden ver ejemplos en la gráfica que para una mayor tensión vertical le corresponde una menor deformación vertical en comparación a los otros especímenes para una determinada deformación horizontal. Respecto al gráfico “Tensión normal vs máxima Tensión tangencial” se obtiene la envolvente de falla la cual presenta una pendiente de 0.77 lo cual genera un ángulo de inclinación respecto a la horizontal de 37.60° lo cual es el ángulo de fricción interna, y proyectando la inclinación de la linea envolvente y proyectando en el eje “y” corta al eje en 7.02 lo cual es la cohesión. 52 7. Comentarios y conclusiones ● De acuerdo con el perfil estratigráfico podemos concluir que la clasificación del suelo va a depender del correcto proceso del tamizado de la calicata, ya que la curva granulométrica que se obtiene con estos resultados influye significativamente en los siguientes cálculos a realizar. ● Es recomendable tomar la muestra en un recipiente adecuado y en cuestión de minutos, efectuar dicho ensayo. ● Es recomendable verificar los datos antes de empezar el ensayo. ● Se logró determinar la distribución granulométrica de la muestra utilizando el método del tamiz. También, se logró graficar la curva granulométrica a partir de los datos obtenidos. ● De acuerdo con el resultado se puede verificar que el suelo posee un nivel muy bajo de materia orgánica y se puede inferir que es un suelo no fértil. En la determinación de la materia orgánica por calcinación se debe tener muy en cuenta la temperatura ya que una temperatura mayor a 450° C provoca el desprendimiento y pérdida de CO2 por calcinación de los carbonatos por lo que estaríamos introduciendo un error en el pesado debido a este fenómeno. ● El proceso de eliminar los vacíos de la suspensión de suelo/agua es muy sensible en el ensayo, si no se eliminan completamente los vacíos se tendrá resultados erróneos. ● Se debe evitar el uso de agua que contenga sólidos disueltos. Es esencial que se use exclusivamente agua destilada o desmineralizada, para asegurar un resultado de mayor precisión. ● Del ensayo realizado se concluye que para la clasificación de suelos finos los parámetros de dilatancia, tenacidad y resistencia en estado seco, se logra una diferenciación entre los suelos y con la tabla de clasificación SUCS nos permite reconocerlos de una mejor manera, en cambio para suelos gruesos identificamos en porcentajes a las muestras como en, por ejemplo, gravas, arena y suelo fino. ● Se recomienda tener en cuenta el porcentaje que pasa por la malla #200 ya que es muy importante y fundamental para la necesitaremos para la clasificación de la muestra. ● El ensayo de corte directo brinda información útil para que pueda definir la capacidad portante de un suelo para que no sufran asentamientos o colapsos. También es importante para analizar problemas de estabilidades de suelos. ● Los resultados obtenidos permiten conocer la resistencia que producen los materiales a cargas horizontales aplicadas, ya que siendo alteradas o inalteradas mantienen gran resistencia dentro de su estructura debido a un comportamiento viscoelástico determinado por la cantidad de agua en el mismo. 53 8. Anexos Formato de toma de datos de los ensayos. Formatos profesionales de entrega de resultados. Tabla A.1. Clasificación de suelos Fuente: E.050, Suelos y cimentaciones Tabla A.2. Tablas utilizadas para el Análisis Granulométrico Fuente: Manual de Ensayo de Materiales, mayo 2016, pág. 44. 54 Fuente: Clasificación de suelos ingeniero Gabriel Celentano, pág. 25. Fuente: Clasificación de suelos ingeniero Gabriel Celentano, pág. 26. 55 Tabla A.5. Esquema del ensayo del corte sencillo y del corte doble Fuente: Manual de Ensayos del MTC. E 123 CORTE DIRECTO (CONSOLIDADO DRENADO CD) Pág. 167 56 9. Referencias Bibliográficas ❖ RNE. E.050, Suelos y Cimentaciones. Recuperado de: https://cdnweb.construccion.org/normas/rne2012/rne2006/files/titulo3/02_E/2018_E050_RM-406-2018VIVIENDA.pdf ❖ Elias, J. M. V. (2020). INGENIERÍA CIVIL «Análisis granulométrico por tamizado y límites de consistencia». Universidad Cesar Vallejo. https://www.academia.edu/44427931/INGENIER%C3%8DA_CIVIL_An%C3%A1lisis_granulo m%C3%A9trico_por_tamizado_y_l%C3%ADmites_de_consistencia_ ❖ American Society for Testing and Materials, “ASTM D854 – 14 Standard Test Method for Specific Gravity of Soil Solids by Water Pycnometer”, 2014. ❖ SGC UNI-FIC-LMS Procedimiento de ensayo AT-PR.3 Gravedad Específica de Sólidos, mayo 2019. ❖ Daniel Mejía Ospina José Julián Arias Candami. (2016). Límites de consistencia - Física y mecánica del suelo [Universidad EIA]. https://sites.google.com/site/proyectofms2017/propiedades-fisicas-del-material/limites-deconsistencia ❖ Universidad Nacional del Perú. (2006). MÉTODO DE ENSAYO PARA DETERMINAR EL CONTENIDO DE HUMEDAD DE UN SUELO. http://www.lms.uni.edu.pe/Determinacion%20del%20contenido%20de%20Humedad.pdf ❖ https://www.youtube.com/watch?v=O0OrbKSOOwY&feature=youtu.be ❖ Manual de Ensayos del MTC. E 123 CORTE DIRECTO (CONSOLIDADO DRENADO - CD) Pág. 167. ❖ Libro de ingeniera geotécnica (2015) Fundamentos de ingeniería geotecnia cuarta edición https://www.academia.edu/37854899/Fundamentos_de_Ingenieria_Geotecnica_Braja_M_Das. ❖ AASHTO T 236 Standard Method of Test for Direct Shear Test of Soils under Consolidated Drained Conditions 57