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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MATEHUALA

TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO Instituto Tecnológico de Matehuala

TESIS: CAPACIDAD DE CARGA EN SUELOS DE LA ZONA PONIENTE DE LA MANCHA URBANA DE LA CIUDAD DE MATEHUALA, S.L.P. PARA OBTENER EL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL PRESENTA LUIS ÁNGEL GRIMALDO PÉREZ CINDY BRIGITH TREJO HERNÁNDEZ ASESOR M.C. ING. JOSÉ CASTILLO HERNÁNDEZ


Dedicatoria

Mahatma Gandhi alguna vez dijo: “Nuestra recompensa se encuentra en el esfuerzo y no en el resultado. Un esfuerzo total es una victoria completa”. La concepción de este proyecto está dedicada a mis padres, pilares fundamentales en mi vida, por haberme forjado como la persona que soy en la actualidad; muchos de mis logros se los debo a ustedes entre lo que se incluye este. Su tenacidad y lucha insaciable han provocado en mí el gran ejemplo a seguir y destacar. A mis maestros, gracias por su tiempo, por su apoyo así como por la sabiduría que me transmitieron en el desarrollo de mi formación profesional, en especial a los Profesores DEL ÁREA DE Ciencias De la Tierra, José Castillo Hernández y Gerardo González Martínez, por haber guiado el desarrollo de este trabajo y llegar a la culminación del mismo. Para finalizar sito esta frase de uno de los grandes genios: “Nunca consideres el estudio como una obligación, sino como una oportunidad para penetrar en el bello y maravilloso mundo del saber”. -Albert Einstein-


Índice Resumen

Capítulo 1. Introducción 1.1 Introducción……………………………………………………………………………1 1.2 Planteamiento del problema…………………………………………………………2 1.3 Objetivo………………………………………………………………………………...3 1.4 Hipótesis……………………………………………………………………………….4 1.5 Marco contextual……………………………………………………………………...5 1.6 Geografía del municipio de Matehuala, S.L.P……………………………………..7

Capítulo 2. Fundamentos Teóricos 2.1 Historia de la Mecánica de Suelos………………………………………………...10 2.2 corteza Terrestre…………………………………………………………………….11 2.2.1 Las rocas………………………………………………………………………11 2.2.2 Rocas ígneas………………………………………………………………….11 2.2.3 Rocas sedimentarias…………………………………………………………11 2.2.4 Rocas metamórficas………………………………………………………….11 2.2.5 Suelo…………………………………………………………………………...11 2.3 Agentes generadores de suelos…………………………………………………...12 2.4 Minerales constitutivos de los suelos gruesos…………………………………...13 2.5 Minerales constitutivos de las arcillas……………………………………………..13 2.6 Capas que componen el suelo…………………………………………………….13 2.6.1 El Humus………………………………………………………………………13 2.6.2 La Arcilla……………………………………………………………………….14 2.6.3 El Limo…………………………………………………………………………14 2.6.4 Arena: Fina y Gruesa………………………………………………………...15 2.6.5 Grava…………………………………………………………………………..15 2.6.6 Roca Madre…………………………………………………………………...15 2.7 Otros tipos de suelos comunes……………………………………………………16 2.8 Estructura del suelo………………………………………………………………....17 2.8.1 Definición e importancia de la estructura del suelo……………………….17 2.8.2 Clases y tipos de estructura del suelo……………………………………...18 2.9 Relaciones volumétricas y Gravimétricas en los suelo………………………….20 2.9.1 Fases del suelo. Símbolos y definiciones…………………………………..20 2.9.2 Relaciones de pesos y volúmenes……………………………………….....22 2.9.3 Relaciones fundamentales…………………………………………………...23 2.9.4 Correlación entre la relación de vacíos y la porosidad…………………...24 2.10 Granulometría de suelos………………….……………………………………....26 2.10.1 Característica y estructura de las partículas minerales…..……………..27 2.10.2 Análisis mecánica (tamices)..……………………………………………….28 2.10.3 Análisis por vía húmeda (decantación separada)..……………………....29 2.10.4 Representación de la distribución granulométrica..………………………30 2.10.5 Sistemas de clasificación de suelos basados en criterios de Granulometría………………………………………..……………………....31 2.11 Clasificación e identificación de suelos……………………..……………………33


2.11.1 Fundamentos del sistema de clasificación de Aeropuertos…………….33 2.11.2 Sistema unificado de clasificación de suelos..…………………………….35 2.11.3 Identificación de suelos…..……………………………………………….....40 2.12 Límites de Consistencia o de Atterberg…..……………………………………...43 2.12.1 La consistencia del suelo…..…………………………………………….....44 2.12.2 Consistencia de suelos secos..………………………………………….....44 2.12.3 Consistencia en húmedo……..……………………………………………..45 2.12.4 Consistencia en mojado………..…………………………………………...45 2.12.5 La cohesión del suelo……..………………………………………………...46 2.12.6 La adhesión del suelo…………………..……………………………………46 2.12.7 Limite líquido (LL)………………………..…………………………………..48 2.12.8 Curva de flujo………………..…………………………………………….....49 2.12.9 Limite plástico (Lp)…………………..………………………………………51 2.12.10 Limite de contracción (Lc)………………..………………………………..52 2.12.11 Contracción lineal…………………………………………………..……….53 2.12.12 Contracción y expansión…………………..……………………………….54 2.12.13 Índice de plasticidad (Ip)………………..………………………………….55 2.12.14 Índice de escurrimiento o fluidez (Fw)……………….………………......56 2.12.15 Índice de tenacidad (Tw)……………………………………….………….56 2.12.16 Densidad de solidos…………………….…………………………………..57 2.13 Permeabilidad…………………………………………..…………………………..58 2.13.1 Ley de Darcy y coeficiente de permeabilidad…………….……………….58 2.13.2 Velocidad de descarga, velocidad de filtración y velocidad real……….59 2.13.3 Métodos para medir el coeficiente de permeabilidad del suelo………...60 2.13.4 Métodos a partir de la cuerva granulométrica…………………………….61 2.13.5 Permeámetro de carga constante………………………………………….62 2.13.6 Factores que influyen en la permeabilidad de los suelos……………….63 2.13.7 Influencia de la relación de vacíos del suelo……………………………...63 2.13.8 influencia de la temperatura del agua……………………………………..63 2.13.9 Influencia de la estructura y la estratificación…………………………….64 2.13.10 Influencia de la presencia de agujeros, fisuras, etc…………………….65 2.13.11 Permeabilidad en campo…………………………………………………..65 2.13.12 ¿Qué factores afectan a la permeabilidad del suelo?..........................66 2.13.13 La permeabilidad del suelo se relaciona con su textura y estructura...66 2.13.14 Variación de la permeabilidad según la textura del suelo…..………...67 2.13.15 Variación de la permeabilidad según la estructura del suelo……...…..67 2.13.16 Clases de permeabilidad del suelo…...………………………………….68 2.13.17 Medición de la permeabilidad del suelo en el campo…...……………..69 2.13.18 Evaluación visual de la tasa de permeabilidad de los horizontes del Suelo……………………………...…………………………………………69 2.14 Introducción al problema de la capacidad de carga en suelos……………….70 2.15 Teorías de capacidad de carga en suelos……………………………………....71 2.15.1 Teorías de capacidad de carga en cimentaciones superficiales……....71 2.15.2 Suelos puramente cohesivos……………………………………………....72 2.15.3 La solución de Prandtl…………………………………………………….....74 2.15.4 La solución de Hill……………………………………………………………75 2.15.5 La teoría de Terzaghi………………………………………………………..76


2.15.6 Capacidad de carga ultima, falla local………………………………….....78 2.15.7 resumen de recomendaciones………………………………………….....80 2.16 Muestreo………………………………………………………………………….....81 2.16.1 Muestreo de suelo…………………………………………………………..82

Capítulo 3. Metodología 3.1 Descripción de obtención de muestras……………………………………………85 3.2 Descripción morfológica de los sondeos……………………………………….....87

Capítulo 4. Pruebas de laboratorio y de campo 4.1 Determinación de la granulometría………………………………………………..93 4.1.1 Análisis por mallas (vía seca)……………………………………………......93 4.1.2 Decantación separada (vía húmeda)………………………………………95 4.2 Límites de consistencia o de Atterberg……………………………………………98 4.2.1 Determinación del límite liquido………………………………………….....99 4.2.2 Determinación del límite plástico………………………………………......102 4.2.3 Determinación de contracción lineal……………………………………….103 4.3 Densidad de solidos…………………………………………………………........104 4.3.1 Determinación de la densidad relativa absoluta………………………….104 4.3.2 Densidad de gravas…………………………………………………………107 4.4 Permeabilidad………………………………………………………………………108 4.4.1 Permeámetro de carga constante………………………………………….108 4.4.2 Coeficiente de permeabilidad en campo………………………………….110 4.5 Prueba de compresión simple…………………………………………………….112

Capítulo 5. Resultados de pruebas de laboratorio y de campo 5.1 Generalidades………………………………………………………………………115 Muestras extraídas del fondo de excavación: Sondeo 1…………………………………………………………………………………116 Sondeo 3…………………………………………………………………………………127 Sondeo 4…………………………………………………………………………………138 Sondeo 5…………………………………………………………………………………149 Muestras extraídas de los estratos que integran cada sondeo: Sondeo 1…………………………………………………………………………………160 Sondeo 2…………………………………………………………………………………169 Sondeo 3……………………………………………………………………………......178 Sondeo 4…………………………………………………………………………………187 Sondeo 5…………………………………………………………………………………196 Pruebas de permeabilidad en campo: Sondeo 4…………………………………………………………………………………211 Sondeo 5…………………………………………………………………………………213 5.2 Análisis de resultados……………………………………………………………..215


Capítulo 6. Conclusiones y recomendaciones 6.1 Conclusiones……………………………………………………………………......221 6.2 Recomendaciones………………………………………………………………….222 Bibliografía Anexos Anexo 1. Carta de “Sistema Unificado de Clasificación de Suelos, S.U.C.S.” Anexo 2. Tabla de “coeficiente de permeabilidad, los tipos de suelo y los métodos De prueba”. Anexo 3. Cuadro de “Indicadores visuales de permeabilidad: características estructurales del suelo”. Anexo 4. Cuadro de “Indicadores visuales de permeabilidad: textura, comportamiento físico y color del suelo”.


Resumen La presente investigación tuvo como objetivo principal determinar la capacidad de carga, realizando las pruebas necesarias para obtener dicha carga, el área de estudio se ubica hacia el lado norte del Fraccionamiento Matehuala, contando con un promedio de 2.55 hectáreas, realizando 5 sondeos a una profundidad promedio de 1.50 mts., de profundidad. Mediante la realización de métodos de pruebas de laboratorio y de campo se logró el objetivo deseado, obteniendo valores diferentes de resistencia al esfuerzo de corte, observando así una diferencia aproximadamente de 1.5 toneladas entre cada sondeo, y tomando el menor valor de capacidad de carga (5.97 ton/m2), esto con el fin de tener un rango de seguridad y no presentar fallas de hundimiento sobre la masa de suelo. Los capítulos que se abordan en esta investigación, propios del tema principal son: Capítulo 1. Introducción. Se describe el principal objetivo, la metodología del proyecto de investigación, y el contexto en el cual se desarrolló dicho proyecto. Capítulo 2. Fundamentos teóricos. Nos da un panorama de las características y propiedades de un suelo, su composición y clasificación, así como la descripción de las pruebas que involucran en un estudio de mecánica suelos. Capítulo 3. Metodología. Nos habla de la metodología más a detalle, de la extracción en campo de las muestras de suelo, y una descripción de los perfiles que componen cada sondeo que se realizaron para esta investigación. Capítulo 4. Pruebas de laboratorio y de campo. Describe cada una de las pruebas de laboratorio y de campo que se realizaron a las muestras de suelo extraídas. Capítulo 5. Resultados de pruebas de laboratorio y de campo. Nos da a conocer los datos obtenidos en cada una de las pruebas, tanto en laboratorio y en campo, estableciendo estos valores en formatos para su mejor interpretación, además, una descripción del análisis de resultados a partir de los datos obtenidos.


Capítulo 6. Conclusiones y recomendaciones. En base a los resultados obtenidos en las pruebas de laboratorio y de campo, se proponen los tipos de cimentación que darán solución el proyecto de construcción en el área analizada. Se incluyen recomendaciones para la mejora del suelo en caso necesario.


CAPITULO 1. INTRODUCCIÓN


1.1 Introducción El presente trabajo de investigación consiste en la descripción y análisis detallado sobre la capacidad de carga, las propiedades físicas y mecánicas, así como las características del suelo de la zona de estudio de la mancha urbana, ubicada al poniente de la ciudad de Matehuala, S.L.P., realizando pruebas de laboratorio necesarias para tener una descripción general del suelo en estudio, así como arrojar información importante para la realización de futuras obras de ingeniería civil, que podrán ser edificadas sobre esta área. Lo anterior puede ser una alternativa de crecimiento y desarrollo de la mancha urbana. Estos estudios de Mecánica de Suelos previos a la edificación, tienen la característica de brindar seguridad y confianza a los constructores, eleva el grado de estabilidad y seguridad para la estructura misma, evitando hundimientos y deformaciones en la masa de suelo. Cabe mencionar que esta investigación, nos obliga citar la falta de estudios de Mecánica de Suelos en Matehuala ya que estos son casi nulos al momento de desarrollar un proyecto de ingeniería civil. La causa principal de la falta de estudios geotécnicos, probablemente sea la experiencia del constructor al momento de hacer un reconocimiento del suelo donde se pretende construir. Por supuesto que la experiencia es importante, sin embargo no es definitiva, ya que con la realización de estudios, los datos obtenidos son la base de las distintas propuestas de tipo de cimentación, decisiones de mejora de las condiciones del suelo, entre otros. Por otro lado la reglamentación municipal permite que estos estudios sean opcionales, por lo que en ocasiones no se realizan. En el conocimiento de suelos es importante la obtención y el tratamiento de las muestras inalteradas y alteradas en el laboratorio. La mecánica de suelos desarrolló los sistemas de clasificación de suelos, atendiendo al color, olor, textura, distribución de tamaños de partículas y plasticidad (A. Casagrande). El muestreo y la clasificación de los suelos son dos requisitos previos indispensables para la aplicación de la mecánica de suelos a los problemas de diseño. Las pruebas realizadas a las muestras extraídas se llevaron a cabo tanto en laboratorio como en campo, teniendo así un 95% de desarrollo en laboratorio y un 5% en campo.

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1.2 Planteamiento del problema La escasez de conocimiento del valor de la capacidad y de las propiedades mecánicas del suelo de la zona poniente de esta ciudad, es una delimitante para el ingeniero que se presenta en Matehuala, ya que este es uno de los trabajos preliminares al momento de edificar, dicho valor y propiedades del suelo se obtiene realizando pruebas de laboratorio, extrayendo una muestra de suelo de donde se pretende construir, al no realizar estudios previos de mecánica de suelos pueden causar daños graves tanto económicos como pérdidas humanas, si se desconoce en qué estado se encuentra el suelo donde queremos construir o intervenir nos hace sujetos a elegir una estructura incorrecta que pudiera provocar fracturas o agrietamientos en la edificación. Inclusive estando propensos a derrumbes a causa de deslaves en el suelo.

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1.3 Objetivo Determinar el valor de la capacidad de carga del suelo, mismo valor se obtendrá a partir de pruebas de laboratorio, así mismo conocer las propiedades mecánicas del suelo, a partir de la interpretación de los resultados obtenidos en los trabajos de campo y de laboratorio, extrayendo muestras de suelo representativas de los diferentes puntos de una determinada área de la zona poniente de la ciudad.

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1.4 HipĂłtesis Se contara con un estudio de mecĂĄnica de suelos para una mejor confiabilidad, sustentabilidad al momento de construir sobre un determinado suelo, evitando hundimientos y deformaciones en la masa de suelo, demostrando que dichos estudios son precisos, verĂ­dicos y confiables para el ingeniero civil, mismo al que le interesa sobre todo el valor de la capacidad de carga de trabajo y carga de ultima, sin dejar a un lado las propiedades mecĂĄnicas del suelo.

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1.5 Marco contextual El área de estudio se realizó en la ciudad de Matehuala, S.L.P., localizada entre los paralelos 23° 12’ y 23° 51’ de latitud norte; los meridianos 100° 26’ y 100° 47’ de longitud oeste; altitud entre 1 300 y 2 500 mts. Colinda al norte con los municipios de Villa de la Paz, Cedral y el estado de Nuevo León; al este con el estado de Nuevo León; al sur con el municipio de Villa de Guadalupe; al oeste con los municipios de Villa de Guadalupe y Villa de La Paz. La ciudad de Matehuala ha alcanzado un crecimiento considerable, tanto en las vías de comunicación como en el desarrollo de nuevas colonias poblacionales, haciendo mención de las colonias estas se han construido en los diferentes sectores de la ciudad, se ha observado en los planos de la ciudad que el mayor desarrollo poblacional se ha dado en la zona norte y poniente de esta ciudad, la zona de estudio queda comprendida al lado norte del Fraccionamiento Matehuala a partir de la calle “Dilley”, con el fin de tener registros de capacidad de carga en la masa de suelo para las próximas edificaciones que se pretendan realizar. Dicha área de estudio, posee un promedio de 2.55 hectáreas, para realizar la extracción de muestras y realizar las debidas pruebas de laboratorio y de campo. Localización de área de estudio.

Macrolocalización

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Col. Luis N. Morones

Fraccionamiento Matehuala

Col. El PineĂąo

Colonia San isidro

MicrolocalizaciĂłn

Los 4 puntos que delimitan el ĂĄrea, se ubican en las siguientes coordenadas: Punto 1 (330633.19 / 2617002.14) Punto 2 (330376.56 / 2617048.64) Punto 3 (330368.42 / 2617146.25) Punto 4 (330631.13 / 2617098.61) Con las siguientes medidas: Punto 1 al punto 2; 260.77 metros Punto 2 al punto 3; 97.50 metros Punto 3 al punto 4; 266.86 metros Punto 4 al punto 1; 95.90 metros Teniendo un total de superficie en promedio de 25, 510.42 m2

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1.6 Geografía del municipio de Matehuala, S.L.P. La ciudad de Matehuala en este apartado hace referencia a datos principales del suelo, propias del municipio así como su uso principal (Geoestadística 2009), en el capítulo 3 se describe cada uno de los estratos que componen el suelo de una determinada área de la zona poniente de la ciudad, esto podría explicar el motivo por el cual el 1er. estrato de cada uno de los sondeos en su mayoría fue de 1 metro de espesor, haciendo referencia al uso principal que se le da al suelo en esta región. Geología (Clase de Roca) Sedimentaria: caliza (24.9%), conglomerado (4.2%) y caliza-lutita (3.8%). Suelo: aluvial (65.7%). Edafología (Suelo dominante) Calcisol (39%), Leptosol (31.4%), Kastañozem (15.1%), Gypsisol (8.3%), Phaeozem (2.8%), Regosol (1.2%), Chernozem (0.8%) y Solonchak (0.3%). Uso del suelo y vegetación Uso del suelo: Agricultura (31.5%) y zona urbana (2%). Vegetación: Matorral (58.1%), pastizal (6%), bosque (2%), otro (0.2%) y área sin vegetación (0.1%). Uso potencial de la tierra Agrícola: Para la agricultura mecanizada continua (59.4%). Para la agricultura con tracción animal continua (7.9%). No apta para la agricultura (32.7%). Zona urbana La zona urbana está creciendo en llanura desértica con lomerío; sobre áreas originalmente ocupadas por suelos denominados Calcisol y Gypsisol; tiene clima seco semi-cálido, y está creciendo sobre terrenos previamente ocupados por agricultura y matorral.

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CAPITULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS


Antes de entrar en materia, se describen algunas adversidades que el Ingeniero Civil presenta, relacionadas con la Mecánica de suelos. En su trabajo práctico el ingeniero civil ha de enfrentarse con muy diversos e importantes problemas planteados por el terreno. Prácticamente todas las estructuras de ingeniería civil, edificios, puentes, carreteras, túneles, muros, torres, canales o presas, deben cimentarse sobre la superficie de la tierra o dentro de ella. Para que una estructura se comporte satisfactoriamente debe poseer una cimentación adecuada. Cuando el terreno firme está próximo a la superficie, una forma viable de transmitir al terreno las cargas concentradas de los muros o pilares de un edificio es mediante zapatas. Un sistema de zapatas se denomina cimentación superficial. Cuando el terreno firme no está próximo a la superficie, un sistema habitual para transmitir el peso de una estructura al terreno es mediante elementos verticales como pilotes. El suelo es el material de construcción más abundante del mundo y en muchas zonas constituye, de hecho, el único material disponible localmente. Cuando el ingeniero emplea el suelo como material de construcción debe seleccionar el tipo adecuado de suelo, así como el método de colocación y, luego, controlar su colocación en obra. Ejemplos de suelo como material de construcción son las presas en tierra, rellenos para urbanizaciones o vías. Otro problema común es cuando la superficie del terreno no es horizontal y existe una componente del peso que tiende a provocar el deslizamiento del suelo. Si a lo largo de una superficie potencial de deslizamiento, los esfuerzos tangenciales debidos al peso o cualquier otra causa (como agua de filtración, peso de una estructura o de un terremoto) superan la resistencia al corte del suelo, se produce el deslizamiento de una parte del terreno. Las otras estructuras muy ligadas a la mecánica de suelos son aquellas construidas bajo la superficie del terreno como las alcantarillas y túneles, entre otros, y que está sometida a las fuerzas que ejerce el suelo en contacto con la misma. Las estructuras de contención son otro problema a resolver con el apoyo de la mecánica de suelo entre las más comunes están los muros de gravedad, los tablestacados, las pantallas ancladas y los muros en tierra armada.

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2.1 Historia de la Mecánica de Suelos En la dinastía Chou, 1000 A. C, se dan recomendaciones para construir los caminos y puentes. El siglo XVII trae las primeras contribuciones literarias sobre ingeniería de suelos y el siglo XVIII marca el comienzo de la Ingeniería Civil, cuando la ciencia se toma como fundamento del diseño estructural. En 1773, Coulomb (francés), relaciona la resistencia al corte con la cohesión y fricción del suelo. En 1857, Rankine (escocés), presenta su teoría del empuje de tierras. En 1856, se presenta la "Ley de Darcy" (Francia) y la “Ley de Stokes” (Inglaterra), relacionadas con la permeabilidad del suelo y la velocidad de caída de partículas sólidas en fluidos. Culman (1866) aplica gráficamente la teoría de Coulomb a muros de contención. En 1871, Mohr (Berlín) desarrolla el cálculo de esfuerzos (una representación gráfica) en un punto del suelo dado. 1873, Bauman (Chicago) afirma que el área de la zapata depende de la carga de la columna y recomienda valores de carga en arcillas. En 1885 Boussinesg (Francia) presenta su teoría de distribución de esfuerzos y deformaciones por cargas estructurales sobre el terreno. En 1906, Strahan (USA) estudia la granulometría para mezclas en vía. En 1911, Atterberg (Suecia), establece los límites de Atterberg para suelos finos. En 1913, Fellenius (Suecia), desarrolla métodos de muestreo y ensayos para conocer la resistencia al corte de los suelos y otras propiedades. Además, desarrolla el método sueco del círculo para calcular la falla en suelos cohesivos. En 1925, Terzaghi, presenta en Viena el tratado Erdbaumechanik que hace de la Mecánica de Suelos una rama autónoma de la Ingeniería. El científico de Praga, Karl Terzaghi, es el padre de la Mecánica de Suelos.

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2.2 Corteza Terrestre Es la capa más superficial de todas las que forman la Tierra, y que a partir de esta capa se generan las rocas que a su vez forman la grava, por una serie de desintegración, que interesa al ingeniero civil que servirá como agregado pétreo; se extiende a partir de la discontinuidad de Mohorovici y es variable; por ejemplo, en los fondos oceánicos sólo alcanza 10 km mientras que por debajo de los continentes llega a tener de 35 a 40 km. Esta capa se formó por enfriamiento y representa el 1% de la masa de la Tierra. Está compuesta por materiales sólidos, en general, pero en su interior existen grandes cantidades de agua, gases y materiales magmáticos. Según los estudios más recientes se ha llegado a la conclusión de que esta capa comprende las tres subcapas siguientes:   

Capa granítica o SiAl Capa basáltica o SiMa Capa sedimentaria.

Entre los materiales que componen la corteza terrestre tenemos: las rocas y el suelo. Las rocas: se definen como agregados sólidos de minerales. Dependiendo de su origen, las rocas se dividen en tres grandes grupos: Rocas ígneas, rocas sedimentarias, rocas metamórficas. Rocas ígneas: se forman del enfriamiento del material caliente (roca fundida) rico en gases, denominado magma. Rocas sedimentarias: son rocas que se forman por acumulación de sedimentos que, sometidos a procesos físicos y químicos (diagénesis), resultan en un material de cierta consistencia. Rocas metamórficas: es a aquélla que ha sido formada a partir de otra roca, mediante un proceso llamado metamorfismo. El metamorfismo nunca implica un cambio de estado y se da indistintamente en rocas ígneas como en rocas sedimentarias cuando éstas quedan sometidas a altas presiones (de alrededor de 1500 bars), altas temperaturas (entre 150 y 200 °C) o a un fluido activo (que provoca cambios en la composición de la roca, aportando nuevas sustancias a ésta). Suelo Según el ingeniero civil: Es el conjunto de partículas minerales, producto de la desintegración mecánica o descomposición química de las rocas preexistentes, como sedimentos no consolidados y depósitos de partículas sólidas derivadas de la desintegración de las rocas. 11


Es común creencia la de que el suelo es un agregado de partículas orgánicas e inorgánicas, no sujetas a ninguna organización. Pero en realidad se trata de un conjunto con organización definida y propiedades que varían “vectorialmente”. En la dirección vertical generalmente sus propiedades cambian mucho más rápidamente que en la horizontal. El suelo tiene perfil, y este es un hecho del que se hace abundante aplicación. Para fines de esta obra, la palabra suelo representa todo tipo de material terroso, desde un relleno de desperdicio, hasta areniscas parcialmente cementadas o lutitas suaves. Quedan excluidos de la definición las rocas sanas, ígneas o metamórficas y los depósitos sedimentarios altamente cementados, que no se ablanden o desintegren rápidamente por acción de la intemperie. El agua contenida juega un papel tan fundamental en el comportamiento mecánico del suelo, que debe considerarse como parte integral del mismo. 2.3 Agentes generadores de suelos La corteza terrestre es atacada principalmente por el aire y las aguas, siendo los medios de acción de estas sustancias sumamente variados. Sin embargo, en último análisis, todos los mecanismos de ataque pueden incluirse en dos grupos: desintegración mecánica y descomposición química. Ahora bien ¿cómo se forma el suelo? Esta pregunta la responderemos utilizando la siguiente: La roca madre con acción mecánica y química, de descomponer en disturbios minerales, que generan entre otras cosas fragmentos de rocas y residuos minerales que al combinarse con la interacción de los seres vivos y los residuos orgánicos tanto vegetal como animal dan origen a los suelos. El término desintegración mecánica se refiere a la intemperización de las rocas por agentes físicos, tales como cambios periódicos de temperatura, acción de la congelación del agua en las juntas y grietas de las rocas, efectos de organismos, plantas, etc. Por estos fenómenos las rocas llegan a formar arenas o, cuando mucho, limos y solo en caso especiales arcillas.

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Por descomposición química se entiende la acción de agentes que atacan las rocas modificando su constitución mineralógica o quima. El principal agente es, desde luego, el agua y los mecanismos de ataque más importantes son la oxidación, la hidratación y la carbonatación. Los afectos químicos de la vegetación juegan un papel no despreciable. Estos mecanismos generalmente producen arcilla como último producto de descomposición. Todos los efectos anteriores suelen acentuarse con los cambios de temperatura, por lo cual es frecuente encontrar formaciones arcillosas de importancia en zonas húmedas y cálidas, mientras que son típicas de zonas más frías formaciones arenosas o limosas, más gruesas. 2.4 Minerales constitutivos de los suelos gruesos. Un mineral es una sustancia inorgánica y natural, que tiene una estructura interna característica determinada por un cierto arreglo específico de sus átomos e iones. En los suelos formados por partículas gruesas, los minerales predominantes son: silicatos, principalmente feldespato (de potasio sodio o calcio), micas, olivino, serpentina, etc.; óxidos cuyos principales exponentes son el cuarzo (SiO2), la limonita, la magnetita y el corindón; carbonatos, entre los que destacan la calcita y la dolomita y sulfatos, cuyos principales representantes son la anhidrita y el yeso. 2.5 Minerales constitutivos de las arcillas Partiendo de los numerosos minerales (principalmente silicatos) que se encuentran en las rocas ígneas y metamórficas, los agentes de descomposición química llegan a un producto final: la arcilla. Lar arcillas están constituidas básicamente por silicatos de aluminio hidratados, presentando además, en algunas ocasiones, silicatos de magnesio, hierro u otros metales, también hidratados. Estos minerales tienen, casi siempre, una estructura cristalina definida, cuyos átomos se disponen en láminas. Existen dos variedades de tales láminas: la silícica y la alumínica. 2.6 Capas que componen el suelo 2.6.1 El Humus Es la sustancia compuesta por productos orgánicos, de naturaleza coloidal, que proviene de la descomposición de los restos orgánicos (bacterias y hongos). Se caracteriza por su color negruzco debido a la gran cantidad de carbono que contiene. Se encuentra principalmente en las partes altas de los suelos con actividad orgánica. Se distinguen dos tipos de Humus: a) Humus viejo. Debido a un periodo largo de tiempo transcurrido, es muy descompuesto, tiene un tono morado; algunas sustancias húmicas características de este tipo de humus son las Huminas y los ácidos Húmicos.

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b) Humus joven. Es el que tiene las características del recién formado, posee un menor grado de polimerización que el humus viejo y está compuesto por ácidos húmicos y Fulvicos. 2.6.2 La Arcilla Está constituida por agregados de silicatos de aluminio hidratado, procedente de la descomposición de minerales de aluminio. Presenta diversas coloraciones según las impurezas que contiene, siendo blanca cuando es pura. Surge de la descomposición de rocas que contienen feldespato, originada en un proceso natural que dura decenas de miles de años. De acuerdo con su arreglo reticular los minerales de arcillas se clasifican en: 

Caolinítico: (del nombre chino Kau-ling) procede de la carbonatación de la ortoclasa. Formados por una lámina silícica y una lámina alumínica superpuestas de manera indefinida y con la unión tal entre sus retículas que no permiten penetración de moléculas de agua entre ellas, por eso es que estas arcillas son bastantes estables en presencia de agua.

Montmorilonítico: (nombre debido al lugar llamado Montmorrillón, Francia) a este grupo pertenecen las bentonitas, se forman por superposición indefinida de una lámina alumínica entre dos láminas silícicas pero con una unión débil entre sus retículas, lo que hace que agua pueda penetrar con facilidad a sus retículas. Estas arcillas sufren fuerte expansión en contacto con agua lo que provoca inestabilidad entre ellas.

Ilítico: (se debe al lugar llamado Illinois, Estados Unidos) producto de la hidratación de las micas y presentan un arreglo reticular similar a las Montmoriloníticas, pero con tendencia a formar grumos por la presencia de iones de potasio, lo que reduce el área expuesta al agua, razón por la cual no son tan expansivas.

2.6.3 El Limo Es un material suelto que se ubica entre la arena fina y la arcilla. Es un sedimento incoherente transportado en suspensión por el viento, que se deposita en el lecho de los cursos de agua o sobre los terrenos que han sido inundados. Para que se clasifique como tal, el diámetro de las partículas de limo varía de 0,002 mm a 0,06 mm. Existen dos tipos de limo: a) Limo orgánico: Barro, lodo, restos vegetales. b) Limo inorgánico: Con inclusión de polvo de rocas. En este tipo se encuentra El Loess Pampeano: limo fino sin estratificación.

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2.6.4 Arena: Fina y Gruesa La arena es un conjunto de partículas de rocas disgregadas. La arena varia de tamaño y según puede ser fina o gruesa. La arena fina puede estar entre los 0,063 y 0.25 mm mientras que la arena gruesa puede llegar hasta los 2 mm. Su composición varía de acuerdo a los recursos y condiciones locales de la roca. 2.6.5 Grava Son partículas rocosas con un tamaño comprendido entre 2 y 64 mm de material pétreo de tamaño variable. Este material se origina por fragmentación de las distintas rocas de la corteza terrestre, ya sea en forma natural o artificial. En este último caso actúan los procesos de chancado o triturado utilizados en las respectivas plantas de Áridos. 2.6.6 Roca madre Es la más profunda de las capas del suelo. Su alteración es el inicio de la formación del suelo. La roca puede ser modificada por el aguade lluvia, por los gases de la atmosfera o por los seres vivos. Además puede ser transformada por procesos físicos, como la gelifracción, que están relacionados con los cambios de temperatura. La roca madre influye en las características del suelo, sobre todo en su estructura y textura. Sin embargo, esta influencia es menor cuanto más evolucionado es el suelo.

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2.7 Otros Tipos de Suelos Comunes Caliche: se aplica a ciertos extractos de suelo cuyos granos se encuentran cementados por carbonatos calcáreos. Para la formación de estos se requiere un clima semi-árido. La marga es una arcilla con carbonato de calcio, más homogéneo que el caliche y generalmente muy compacto.

Loess: sedimentos eólicos uniformes y cohesivos, la cohesión la poseen debido ha ido un cementante de origen calcáreo, debido al contenido calcáreo sus cortes se mantienen verticales, son suelos colapsables, pero esta tendencia disminuye cuando aumenta su peso volumétrico.

Diatomita: compuestas de residuos de diatomeas (algas unicelulares que tienen características celulares silícicas).

Gumbo: suelo arcillo fino libre de arena, muy plástico y pegajoso. Material difícil de trabajar.

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Tepetate: material compuesto de limo, arcilla y arena originado generalmente por la descomposición de cenizas volcánicas basálticas.

2.8 Estructura del suelo 2.8.1 Definición e importancia de la estructura del suelo La estructura del suelo se define por la forma en que se agrupan las partículas individuales de arena, limo y arcilla. Cuando las partículas individuales se agrupan, toman el aspecto de partículas mayores y se denominan agregados.

La agregación del suelo puede asumir diferentes modalidades, lo que da por resultado distintas estructuras de suelo. La circulación del agua en el suelo varía notablemente de acuerdo con la estructura; por consiguiente, es importante que conozca la estructura del suelo donde se propone construir. Aunque quizás no pueda recopilar toda esta información por cuenta propia, los técnicos especializados del laboratorio de análisis de suelos podrán suministrársela después de examinar las muestras de suelo no alteradas que tome. Le podrán decir si la estructura del suelo es mala o buena (poros/canales capilares, red, etc.). También podrán ofrecerle información sobre el grado de circulación del agua o la permeabilidad.

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La forma más provechosa de describir la estructura del suelo es en función del grado (grado de agregación), la clase (tamaño medio) y el tipo de agregados (forma). En algunos suelos se pueden encontrar juntos distintos tipos de agregados y en esos casos se describen por separado. En los párrafos siguientes se explicarán brevemente los diversos términos que se utilizan más comúnmente para describir la estructura del suelo. Esto le ayudará a hacerse un juicio más acertado sobre la calidad del suelo donde piensa construir los estanques piscícolas. También le permitirá aprender a definir la estructura del suelo al examinar un perfil de éste.

2.8.2 Clases y tipos de estructura del suelo Por definición, la clase de estructura describe el tamaño medio de los agregados individuales. En relación con el tipo de estructura de suelo de donde proceden los agregados, se pueden reconocer, en general, cinco clases distintas que son las siguientes:     

Muy fina o muy delgada Fina o delgada Mediana Gruesa o espesa Muy gruesa o muy espesa

Por definición, el tipo de estructura describe la forma o configuración de los agregados individuales, estos se clasifican del 1 al 4, de la forma siguiente: 1. Estructuras granulares y migajosas: son partículas individuales de arena, limo y arcilla agrupadas en granos pequeños casi esféricos. El agua circula muy fácilmente a través de esos suelos. Por lo general, se encuentran en el horizonte A de los perfiles de suelos.

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2. Estructuras en bloques o bloques subangulares: son partículas de suelo que se agrupan en bloques casi cuadrados o angulares con los bordes más o menos pronunciados. Los bloques relativamente grandes indican que el suelo resiste la penetración y el movimiento del agua. Suelen encontrarse en el horizonte B cuando hay acumulación de arcilla.

3. Estructuras prismáticas y columnares: son partículas de suelo que han formado columnas o pilares verticales separados por fisuras verticales diminutas, pero definidas. El agua circula con mayor dificultad y el drenaje es deficiente. Normalmente se encuentran en el horizonte B cuando hay acumulación de arcilla.

4. Estructura laminar: se compone de partículas de suelo agregadas en láminas o capas finas que se acumulan horizontalmente una sobre otra. A menudo las láminas se traslapan, lo que dificulta notablemente la circulación del agua. Esta estructura se encuentra casi siempre en los suelos boscosos, en parte del horizonte A y en los suelos formados por capas de arcilla.

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2.9 Relaciones Volumétricas y Gravimétricas en los suelos 2.9.1 Fases del suelo. Símbolos y definiciones En un suelo se distinguen tres fases constituyentes: la sólida, la liquida y la gaseosa. La fase solida está formada por partículas minerales del suelo (incluyendo la capa solida absorbida); la liquida por el agua (libre, específicamente), aunque en los suelos pueden existir otros líquidos de menor significación; la fase gaseosa comprende sobre todo el aire, si bien pueden estar presentes otros gases (vapores sulfurosos, anhídrido carbónico, etc.) la capa viscosa del agua adsorbida que presenta propiedades intermedias entre la fase sólida y la liquida, suele incluirse en esta última, pues es susceptible de desaparecer cuando el suelo es sometido a una fuerte evaporación (secado). Las fases liquidan y gaseosa del suelo suelen comprenderse en el volumen de vacíos, mientras que la fase solida constituye el volumen de los sólidos Se dice que un suelo es totalmente saturado cuando todos sus vacíos están ocupados por agua. Un suelo en tal circunstancia consta, como caso particular, de solo dos fases, la sólida y la liquida. Muchos suelos yacientes bajo el nivel freático son totalmente saturados. Algunos suelos contienen, además, materia orgánica en diversas formas y cantidades; en las turbas, estas materias predominan y consisten en residuos vegetales parcialmente descompuestos. Aunque el contenido de materia orgánica y las capas adsorbidas son muy importantes desde el punto de vista de las propiedades mecánicas de suelos, no es preciso considerarlos en la medición de pesos y volúmenes relativos de las tres fases principales; su influencia se toma en cuenta más fácilmente en etapas posteriores del estudio de ciertas propiedades de los suelos. En los laboratorios de Mecánica de Suelos puede determinarse fácilmente el peso de las muestras humedad, el peso de las muestras secadas al horno y el peso específico relativo de los suelos. Estas magnitudes no son, empero, las únicas cuyo cálculo es necesario; es preciso obtener relaciones sencillas y prácticas, a fin de poder medir algunas otras magnitudes en términos de estas. Estas relaciones, de tipo volumétrico y gravimétrico, son de la mayor importancia para la aplicación sencilla y rápida de la teoría y su dominio debe considerarse indispensable. En la figura 1 represente el esquema de una muestra de suelo, en el que aparecen las fases principales, así como los conceptos de uso más común, con los símbolos con que se indicaran en lo que sigue:

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Fig. 1 Esquema de una muestra de suelo, para indicación de los símbolos usados.

El significado de los símbolos es el siguiente: Vm = volumen total de la muestra de suelo (volumen de la masa). Vs = volumen de la fase solida de la muestra (volumen de solidos). Vv = volumen de los vacíos de la muestra de suelo (volumen de vacíos). Vw = volumen de la fase liquida de la muestra (volumen de agua). Va = volumen de la fase gaseosa de la muestra (volumen de aire). Wm = peso total de la muestra del suelo (peso de la masa). Ws = peso de la fase solida de la muestra de suelo (peso de los sólidos). Ww = peso de la fase liquida de la muestra (peso del agua). Wa = peso de la fase gaseosa de la muestra, convencionalmente considerando como nulo en Mecánica de Suelo. Existe problema para definir el peso de sólidos, e sea del suelo seco, obtenido eliminando la fase liquida. El problema proviene del hecho de que la película de agua adsorbida no desaparece por completo al someter al suelo a una evaporación en horno, a temperaturas practicas; la cuestión esta convencionalmente resulta en Mecánica de Suelos al definir como estado seco de un suelo al que se obtiene tras someter el mismo a un proceso de evaporación en un horno, con temperatura de 105°C a 110°C y durante un periodo suficiente para llegar a peso constante, lo que se logra generalmente en 18 a 24 horas.

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2.9.2 Relaciones de pesos y volúmenes En Mecánica de suelos se relaciona el peso de las distintas fases con sus volúmenes correspondientes, por medio del concepto de peso específico, es decir, de la relación entre el peso de la sustancia y su volumen. Se distinguen los siguientes pesos específicos: ɤo = Peso específico del agua destilada, a 4°C de temperatura y a la presión atmosférica correspondiente al nivel del mar. En sistemas derivados del métrico, es igual a 1 o a una potencia entera de 10. ɤw = Peso específico del agua en las condiciones reales de trabajo; su valor difiere poco del ɤo y, en muchas cuestiones prácticas, ambos son tomados como iguales. ɤm = Peso específico de la masa del suelo. Por definición se tiene:

ɤm =

Wm Vm

Ws + Ww Vm

=

(1)

ɤs = Peso específico de la fase solida del suelo

ɤs =

Ws Vs

(2)

El peso específico relativo se define como la relación entre el peso específico de una sustancia y el peso específico del agua, a 4°C, destilada y sujete a una atmosfera de presión. En sistemas de unidades apropiados, su valor es idéntico al módulo del peso específico, correspondiente, según se desprende de lo anterior. Se distinguen los siguientes pesos específicos relativos. Sm = peso específico relativo de la masa del suelo. Por definición: Sm =

ɤm ɤo

=

Wm Vmɤo

(3)

Ss = Peso específico relativo de la fase solida del suelo (de solidos), para el cual se tiene: Ss =

ɤs ɤo 22

=

Ws Vsɤo

(4)


2.9.3 Relaciones fundamentales Las relaciones que se dan a continuación son importantísimas, para el manejo compresible de las propiedades mecánicas de los suelos y un completo dominio de su significado y sentido físico; es imprescindible para poder expresar en forma asequible los datos y conclusiones de la Mecánica de Suelos. a) Se denomina relación de vacíos, Oquedad o índice de poros a la relación entre el volumen de los vacíos y el de los sólidos de un suelo: Vv Vs

e=

(5)

La relación puede variar teóricamente de 0 (Vv = 0) a ∞ (valor correspondiente a un espacio vacío). En la práctica no suelen hallarse valores menores de 0.25 (arenas muy compactas con finos) ni mayores de 15, en el caso de algunas arcillas altamente compresibles. b) Se llama porosidad de un suelo a la relación entre su volumen de vacíos y el volumen de su masa. Se expresa como porcentaje: n (%) =

Vv Vm

x 100

(6)

Esta relación puede variar de 0 (en un suelo ideal con solo fase solida) a 100 (espacio vacío). Los valores reales suelen oscilar entre 20$ y 95%. c) Se denomina grado de saturación de un suelo a la relación entre su volumen de agua y el volumen de sus vacíos. Suele expresarse también como un porcentaje: Gw (%) =

Vw Vv

x 100

(7)

d) Se conoce como contenido de agua o humedad de un suelo, la relación entre el peso de agua contenida en el mismo y el peso de su dase sólida. Suele expresarse como un porcentaje: w (%) =

23

Ww x100 Ws

(8)


e) El grado de saturación de aire es una magnitud de escasa importancia práctica, respecto a las anteriores relaciones. Se define: GA (%) =

VA Vv

x100

(9)

2.9.4 Correlación entre la relación de vacíos y la porosidad Considérese una muestra de suelo en representación esquemática figura 2, adoptando arbitrariamente el valor unidad para el volumen de solidad; los demás conceptos aparecen calculados con base en ese dato de partida, aplicando las definiciones correspondientes. Lo anteriores equivale a calcular todos los conceptos referidos a una escala de unidades tal como en ella se tenga Vs = 1. Por ejemplo, si Vs = 1, el Ws puede calcularse con la expresión (4) ligeramente modificada: Ws = Vs∙Ss∙ɤo = Ws = Ss∙ɤo

Fig. 2. Esquema de una muestra de suelo.

Y, teniendo en cuenta (8), en forma decimal, se tiene Ww = WSsɤo tal como aparece en el esquema. Aplicando la definición de Porosidad: n=

Vv Vm

24

=

e 1+e

(10)


La expresión (10) anterior da una correlación importante entre la Relación de Vacíos y la Porosidad de un suelo. De (10) se deduce de inmediato que: e=

n 1-n

(11)

Podría presentarse la cuestión de cual sea la razón para usar dos relaciones para describir la magnitud del volumen de vacíos dentro de la muestra de suelo. En efecto, tanto la Relación de Vacíos como la Porosidad, cubren tal finalidad. El término porosidad es más antiguo y se ha usado en diferentes campos de la ingeniería civil; la Mecánica de Suelos lo ha preferido en lo referente a las arenas. Para suelos compresibles (arcillas) es de interés conocer la disminución del volumen de vacíos bajo la influencia de las cargas; en tal caso la porosidad tienen la desventaja de representar una relación entre dos variables, mientras la relación de vacíos expresa la relación de una cantidad variable a una constante (Vs), aun para un suelo en compresión. En vista de la anterior, Terzaghi considero oportuno introducir el concepto de relación de vacíos, originalmente para suelos finos; hoy, el concepto se ha hecho de uso general.

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2.10 Granulometría de suelos En los comienzos de la investigación de las propiedades de los suelos se creyó que las propiedades mecánicas dependían directamente de la distribución de las partículas constituyentes según sus tamaños; por ello era preocupación especial de los ingenieros la búsqueda de métodos adecuados para obtener tal distribución. Aun hoy, tal parece que todo técnico interesado en suelos debe pasar a modo de etapa de iniciación, por una época en que se siente obligado a creer que, con suficiente experiencia, es posible deducir las propiedades mecánicas de los suelos a partir de su distribución granulométrica o descripción por tamaños; es común, sin embargo, que una no muy dilatada experiencia haga que tal sueño se desvanezca. Solamente en suelos gruesos, cuya granulometría puede determinarse por mallas, la distribución por tamaños puede revelar algo de lo referente a las propiedades físicas del material; en efecto, la experiencia indica que los suelos gruesos bien graduados, o sea con amplia gama de tamaños, tienen comportamiento ingenieril más favorable, en lo que atañe a algunas propiedades importantes, que los suelos de granulometría muy diferente. Más aun en estos suelos gruesos, ha de señalarse, según ya se dijo, que el comportamiento mecánico e hidráulico esta principalmente definido por la compacidad de los granos y su orientación, características que destruye, por la misma manera de realizarse, la prueba de granulometría, de modo que en sus resultados finales se ha tenido que perder toda huella de aquellas propiedades tan decisivas. De esto se desprende lo muy deseable que sería poder hacer una investigación granulométrica con un método tal que respetara la estructuración inalterada del material; este método, sin embargo, hasta hoy no se ha encontrado y todo parece indicar que no se podrá desarrollar jamás. Los suelos finos en estado inalterado, las propiedades mecánicas e hidráulicas dependen en tal grado de su estructuración e historia geológica, que el conocimiento de su granulometría, resulta totalmente inútil. Sin embargo, el ingeniero interesado en suelos debe estar suficientemente familiarizado con los criterios técnicos basados en la distribución granulométrica y con los métodos más importantes para su determinación, pues estos temas ocupan aun un espacio apreciable dentro de la literatura técnica y se hace necesario al ingeniero moderno estar informado sobre esta materia que aquellos que, sin la conveniente meditación de sus ideas, aplican normas simplistas, conducentes a conclusiones inaceptables.

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2.10.1 Característica y Estructura de las Partículas Minerales: Agregados sin finos: Contacto grano a grano. Peso volumétrico variable. Permeable. No susceptible a las heladas. Alta estabilidad en estado confinado. Baja estabilidad en estado confinado. No afectable por condiciones hidráulicas adversas. Compactación difícil. Ej. un talus. Agregados con finos suficientes: Para obtener una alta densidad. Contacto grano a grano con incremento en la resistencia. Resistencia a la deformación. Mayor peso volumétrico. Permeabilidad más baja. Susceptible a las heladas. Relativa alta estabilidad (confinado o no confinado). No muy afectable por condiciones hidráulicas adversas. Compactación algo difícil. Agregado con gran cantidad de finos: No existe contacto grano a grano; los granos están dentro de una matriz de finos; este estado disminuye el peso volumétrico. Baja permeabilidad. Susceptible a heladas. Baja estabilidad (confinado o no). Afectable por condiciones hidráulicas adversas. No se dificulta su compactación. Ej. un coluvión. Principales Propiedades demandadas por un ingeniero: I. II. III.

IV. V.

Estabilidad volumétrica: Los cambios de humedad son la principal fuente: Se levantan los pavimentos, inclinan los postes y se rompen tubos y muros. Resistencia mecánica: La humedad la reduce, la compactación o el secado la eleva. La disolución de cristales (arcillas sensitivas), baja la resistencia. Permeabilidad: La presión de poros elevada provoca deslizamientos y el flujo de agua, a través del suelo, puede originar tubificación y arrastre de partículas sólidas. Durabilidad: El intemperismo, la erosión y la abrasión amenazan la vida útil de un suelo, como elemento estructural o funcional. Compresibilidad: Afecta la permeabilidad, altera la magnitud y sentido de las fuerzas interarticular, modificando la resistencia del suelo al esfuerzo cortante y provocando desplazamientos.

Según su composición, la granulometría puede determinarse por medio de mallas (vía seca), por el método vía húmeda (hidrómetro o decantación separada), o bien combinando ambos. El análisis mecánico (mallas) se concreta a segregar el suelo por medio de una seria de mallas, que definen el tamaño de las partículas.

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El método vía húmeda (hidrómetro o decantación separada) se basa en la aplicación de la ley de Stokes a una esfera que cae libremente en un líquido. El análisis combinado o total, consiste en la aplicación de los métodos antes citados, a las porciones gruesa y fina de un mismo material; este es el caso que comúnmente se presenta en las tierras que se emplean en la construcción de presas de tierra. 2.10.2 Análisis mecánico (tamices) Su finalidad es obtener la distribución por tamaño de las partículas presentes en una muestra de suelo. Así es posible también su clasificación mediante sistemas como AASHTO o SUCS. El ensayo es importante, ya que gran parte de los criterios de aceptación de suelos para ser utilizados en bases o sub-bases de carreteras, presas de tierra o diques, drenajes, etc., depende de este análisis.

n1

El análisis mecánico se usa para obtener las fracciones correspondientes a los tamaños mayores del suelo; generalmente se llega así hasta el tamaño correspondiente a la malla N° 200 (0.074 mm). La muestra de suelo se hace pasar sucesivamente a través de un juego de tamices de aberturas descendentes, imagen 1, hasta la malla N° 200, tabla 1. Tabla 1

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Los retenidos en cada malla se pesan y estos mismos se suman y se verifica ese total con el peso de la muestra que se colocó originalmente en el juego de mallas, se calculan los porcentajes del material retenido en cada malla respecto del peso seco de la muestra original, se anotan en el registro, columna “%parcial retenido”. Se determinan los porcentajes acumulados del material que ha pasado por cada malla, restando de 100% el porcentaje parcial retenido en la primera malla. A este valor se le resta el porcentaje parcial retenido en la segunda malla y así sucesivamente. El método se dificulta cuando estas aberturas son pequeñas y por ejemplo, el cribado a través de las mallas N° 100 (0.149 mm) y N° 200 (0.074 mm) suele requerir agua para ayudar el paso de la muestra (procedimiento de lavado). 2.10.3 Análisis por vía húmeda (decantación separada) El método consiste en determinar el porcentaje, en peso de sólidos, extrayendo muestras de una suspensión inicialmente uniforme, a tiempos conocidos y de un punto cuya distancia a la superficie libre del líquido es también conocida. Para ello, se coloca en una probeta o cilindro metálico de 1,000 cm3 de capacidad y 5 cm de diámetro, la porción que se desea estudiar, mezclada con agua defloculada, con una concentración dada de suelo; se agita para distribuir uniformemente los granos en el líquido y se deja en reposo. De acuerdo con la ley de Stokes para una temperatura T y una misma densidad de los sólidos en suspensión, la velocidad de caída de las partículas es proporcional al cuadrado de sus diámetros; en consecuencia, si de un punto fijo del líquido, que dista una altura h de la superficie, y transcurrido cierto tiempo t de iniciada la sedimentación, se toma una muestra de la suspensión, es posible determinar el porcentaje en peso, de las partículas contenidas en la muestra cuyo diámetro equivale es menor que d.

d=

18 v (Ss – Sw)

h t

En la que v es la viscosidad cinemática del agua a la temperatura T del experimento; Ss la densidad de las partículas y Sw la densidad del agua a la temperatura T. Las muestras de suspensión tomadas a distintos tiempo, se dejan evaporar dentro del horno lo necesario, a fin de obtener el peso seco de sólidos y poder calcular los porcentajes que representan con respecto a la muestra total.

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2.10.4 Representación de la distribución granulométrica Como anteriormente fue expresado los resultados del análisis mecánico y el hidrométrico se combinan para formar la llamada curva de distribución granulométrica o de tamaño del grano. Cuando los resultados de ambos ensayos se combinan, generalmente ocurre una discontinuidad en el rango en que estos se traslapan, la razón es que las partículas de suelo son generalmente irregulares en su forma.

Curva granulométrica de algunos suelos. a) b) c) d)

Arena muy uniforme, de ciudad Cuauhtémoc, México. Suelo bien graduado, Puebla, México. Arcillas del Valle de México (curva obtenida con hidrómetro). Arcilla del valle de México (curva obtenida con hidrómetro).

La grafica granulométrica suele dibujarse con porcentajes como ordenadas y tamaños de las partículas como abscisas. Las ordenadas se refieren a porcentajes, en peso, de las partículas menores que el tamaño correspondiente. La representación es escala semilogaritmica (eje de abscisas en escala logarítmica) resulta preferible a la simple representación natural, pues en la primera se dispone de mayor amplitud en los tamaños finos y muy finos, que en escala natural resultan muy comprimidos, usando un método practico de escala. La forma de la curva de distribución granulométrica indica si el tamaño de las partículas en el suelo varía en un amplio rango o estrecho, y se utiliza para describir la gradación del suelo. Si un suelo de granos grueso contiene proporciones aproximadamente iguales de todos los tamaños de partículas se describe como bien graduado, y se caracteriza por tener una curva relativamente suave, que cubre un amplio rango de partícula, por el contrario si el suelo posee una proporción alta en una pequeña banda de tamaño de partículas se considera uniforme, aunque además si contiene pequeñas y grandes partículas con una notable ausencia de partículas intermedias se dice 30


que es de gradación discontinua. Una indicación de esto se mide mediante los siguientes parámetros: Tamaño efectivo: es el diámetro correspondiente al 10% más fino de las partículas de suelo. Coeficiente de Uniformidad: es la relación entre el diámetro del 60% más fino y el diámetro efectivo. A medida que este aumenta la uniformidad se pierde y se convierte en graduado, pero esto no es suficiente para decir que un suelo es graduado, para ello hay que calcular el coeficiente de curvatura. Como una medida simple de la uniformidad de un suelo, Allen Hazen propuso el coeficiente de uniformidad. Cu =

D60 D10

En donde: D60: Tamaño tal, que el 60%, en peso, del suelo, sea igual o menor. D10: Llamado por Hazen diámetro efectivo; es el tamaño tal que sea igual o mayor que el 10%, en peso, del suelo. Coeficiente de curvatura: expresado por la fórmula: Cc =

(D30)^2 D60 X D10

Si un suelo tiene un Cu mayor de 4 y con Cc entre 1 y 3 se considera bien graduado, con amplio margen de tamaño de partículas. Si Cu es menor de 4 (para arena de 6) se considera un suelo uniforme y si Cu es mayor de 4 pero el Cc no está en el rango de 1-3 entonces el suelo es de gradación discontinua. 2.10.5 Sistemas de clasificación de suelos basados en criterios de granulometría Los límites de tamaño de las partículas que constituyen un suelo, ofrecen un criterio obvio para una clasificación descriptiva del mismo. Tel criterio fue usado en mecánica de suelos desde un principio e incluso antes de la etapa moderna de esta ciencia. Originalmente, el suelo se dividía únicamente en tres o cuatro fracciones debido a lo engorroso de los procedimientos disponibles de separación por tamaños. Posteriormente, con el advenimiento de la técnica del cribado, fue posible efectuar el trazo de curvas granulométricas, contando con agrupaciones de las partículas del suelo en mayor número de tamaños diferentes. Actualmente se pueden ampliar notablemente las curvas en los tamaños finos, gracias a la aplicación de técnica de análisis de suspensiones. 31


Algunas clasificaciones granulométricas de los suelos según sus tamaños, son las siguientes: a) Clasificación Internacional.

b) Clasificación M.I.T. fue aprobada por G. Gilboy y aprobada por el Massachusetts Institute of Technology.

c) La siguiente clasificación, utilizada a partir de 1936 en Alemania, está basada en una proposición original de kopecky.

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Debajo de 0.00002 mm las partículas constituyen disoluciones verdaderas y ya no se depositan. 2.11 Clasificación e identificación de suelos 2.11.1 Fundamentos del sistema de clasificación de Aeropuertos A pesar de que este sistema ha sido ligeramente modificado para constituir el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos, ampliamente usado en la actualidad en el mundo, conviene mencionar las bases en que Arthur Casagrande fundamento su criterio para proponer el Sistema de Clasificación de aeropuertos, punto de partida para todos los esfuerzos de valor que hasta hoy se han efectuado en este campo. El sistema fue propuesto originalmente en 1942 y se adoptó en seguida por el Cuerpo de Ingenieros de los Estados Unidos de América, quien lo aplico principalmente, como queda dicho, a la construcción de aeropistas. El suelo divide a los suelos en 2 grandes fracciones: la gruesa, formada por partículas mayores que la malla N° 200 (0.074 mm) y menores que la malla de 3” (7.62 cm) y la fina, formada por las partículas que pasan la malla N° 200. La fracción gruesa se subdivide en gravas y arenas, teniendo como frontera la malla N° 4 (4.69 cm). Subdivisiones subsecuentes de esta fracción toman en cuenta el contenido y naturaleza de los finos, así como características de graduación. La fracción fina se subdivide en grupos, tomando en cuenta sus características de plasticidad, las cuales están relacionadas las propiedades mecánicas e hidráulicas, que interesan al ingeniero civil. Las propiedades mecánicas e hidráulicas más importantes de las que el ingeniero precisa tener datos, primero cualitativa y después cuantitativamente son: características de esfuerzos: deformación y resistencia, compresibilidad, permeabilidad, velocidad de variación volumétrica, etc. Una de las propiedades que más influyen para la formación de estos grupos fue la compresibilidad, la cual está íntimamente ligada con las características de plasticidad, específicamente con el valor del límite líquido. La compresibilidad aumenta con el valor del límite líquido, permaneciendo todos los demás factores constantes. La mayoría de los suelos formados por partículas finas, cuyo origen no sea volcánico tienen, por lo general, valores del límite líquido menores que 100; esto fue utilizado para subdividir estos materiales en 2 grupos principales: los de baja a media compresibilidad con límite liquido menor de 50% y los de alta compresibilidad con límite líquido mayor de 50%. La investigación fundamental realizada por el doctor Arthur Casagrande, condujeron a la elaboración de la gráfica, lo fundamental que revelo la investigación es que, en la representación de los suelos en una carta de coordenadas L L – Lp, los suelos 33


finos no adoptan una distribución caprichosa, abra del azar, sino que se agrupan de un modo especifico, de manera que en cada zona de la carta se sitúan suelos con características de plasticidad y propiedades mecánicas e hidráulicas cualitativamente definidas. Los suelos cuyas partículas finas exhiben mayores características de plasticidad son aquellos situados en líneas inclinadas en la parte superior de la gráfica; los suelos con alto contenido de materia orgánica, así como aquellos que contienen finos de baja plasticidad se sitúan en las zonas bajas. Esto dio origen a que se fijara una línea que sirviera de frontera entre los grupos de suelos mencionados. Esta línea, así empíricamente obtenida, pasa por los puntos de coordenadas (0,20) y (50,20) y es comúnmente conocida como línea A. Esta línea y la vertical trazada por el punto (0,50), según el criterio anteriormente citado, dividen a la gráfica en 4 zonas que son las que fundamentalmente se consideran hoy día en el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos gráfica 1. En las zonas que quedan sobre la Línea A, se sitúan las arcillas inorgánica, estas arcillas se simbolizan genéricamente con la letra C (del inglés clay). Bajo la Línea A quedan colocados suelos inorgánicos que se consideran limos, con símbolo genérico M (del sueco mo y mjala, términos usados en ese idioma para suelos de partículas finas poco o nada plásticas); también caen bajo la Línea A los suelos finos con apreciable contenido de materia orgánica; para estos suelos se usa el símbolo O. En todos esto grupos se distinguen los suelos de alta compresibilidad de los media o baja; para los primeros se añade al símbolo genérico la letra H (del inglés High compressibility), en los segundos, la L (low compressibility). Así resultan los 6 grupos que aparecen situados en sus respectivas zonas grafica 1.

Gráfica 1. Carta de plasticidad

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2.11.2 Sistema unificado de clasificación de suelos El sistema cubre los suelos gruesos y los finos, distinguiendo ambos por el cribado a través de la malla 200; las partículas gruesas son mayores que dicha malla y las finas, menores. Un suelo se considera grueso si más del 50% de sus partículas son gruesas, y fino, si más de la mitad de sus partículas, en peso, son finas. Se describirán en primer lugar los diferentes grupos referentes a suelos gruesos. Suelos gruesos El símbolo de cada grupo está formado por dos letras mayúsculas, que son las iniciales de los nombres ingleses de los suelos más típicos de ese grupo. El significado se especifica abaja. a) Gravas y suelos en que predominan estas. Símbolo genérico G (gravel). b) Arenas y suelos arenosos símbolo genérico S (sand). Las gravas y las arenas se separan con la malla No. 4, de manera que el suelo pertenece al grupo genérico G, si más del 50% de su fracción gruesa (retenido en la malla 200) no pasa la malla No. 4, y es del grupo genérico S, en caso contrario. Las gravas y arenas se subdividen en cuatro tipos: 1. Material prácticamente limpio de finas, bien graduado (depende del Cc y Cu). Símbolo W (well graded). En combinación con los símbolos genéricos, se obtienen los grupos GW y SW. 2. Material prácticamente limpio de finos, mal graduado (depende del Cc y Cu). Símbolo P (poorly graded). En combinación con los símbolos genéricos, da lugar a los grupos GP y SP. 3. Material con cantidad apreciable de finos no plásticos. Símbolo M (del sueco mo y mjala). En combincion con los símbolos genéricos, da lugar a los grupos GM y SM. 4. material con cantidad apreciable de finos plásticos. Símbolo C (clay). En combinación con los símbolos genéricos, da lugar a los grupos GC y SC. A continuación se describen los grupos anteriores a fin de proporcionar criterios más detallados de identificación, tanto en el campo como en el laboratorio. Grupos GW y SW Según se dijo, estos suelos son bien graduados y con pocos finos o limpios por completo. La presencia de los finos que puedan contener estos grupos no debe producirse cambios apreciables en las características de resistencia de la fracción gruesa, ni interferir con su capacidad de drenaje. Los anteriores requisitos se garantizan en la práctica, especificando que en estos grupos el contenido de 35


partículas finas no sea mayor de un 5%, en peso. La graduación se juzga, en el laboratorio, por medio de los coeficientes de uniformidad y curvatura. Para considerar una grava bien graduada se exige que se coeficiente de uniformidad se mayor que 4, mientras el de curvatura debe estar comprendido entre 1 y 3. En el caso de las arenas bien graduadas, el coeficiente de uniformidad será mayor que 6, en tanto el de curvatura debe estar entre los mismos límites anteriores. Grupos GP y SP Estos suelos son mal graduados; es decir, son de apariencia uniforme o presentan predominio de un tamaño o de un margen de tamaños, faltando algunos intermedios; en laboratorio, deben satisfacer los requisitos señalados para los dos grupos anteriores, en lo referente a su contenido de partículas finas, pero no cumplen los requisitos de graduación indicados para su consideración como bien graduados. Dentro de estos grupos están comprendidas las gravas uniformes, tales como las que se depositan en los lechos de los ríos, las arenas uniformes, de médanos y playas y las mezclas de grava y arenas finas, provenientes de estratos diferentes obtenidas durante un proceso de excavación. Grupos GM y SM En estos grupos el contenido de finos afecta las características de resistencia y esfuerzo-deformación y la capacidad de drenaje libre de la fracción gruesa; en la práctica se ha visto que esto ocurre para porcentajes en finos superiores a 12%, en peso, por lo que esa cantidad se toma como frontera inferior de dicho contenido de partículas finas. La plasticidad de los finos en estos grupos varía entre “nula” y “media”; es decir, es requisito que los límites de plasticidad localicen a la fracción que pase la malla No. 40 debajo de la línea A o bien que su índice de plasticidad sea menor que 4. Grupos GC y SC Como antes, el contenido de finos de estos grupos de suelos debe ser mayor que 12%, en peso, y por las mismas razones expuestas para los grupos GM y SM. Sin embargo, en estos casos, los finos son de madia a alta plasticidad; es ahora requisito que los límites de plasticidad sitúen a la fracción que pase la malla No. 40 sobre la línea A, teniéndose, además, la condición de que el índice plástico sea mayor que 7. A los suelos gruesos con contenido de finos comprendido entre 5% y 12%, en peso, el sistema unificado los considera casos de frontera, adjudicándoles un símbolo doble. Por ejemplo, un símbolo GP-GC indica una grava mal graduada, con un contenido entre 5% y 12% de finos plásticos (arcillosos). Cuando un material no cae claramente dentro de un grupo, deberán usarse también símbolos dobles, correspondientes a casos de frontera. Por ejemplo, el símbolo GW-SW se usara para un material bien graduado, con menos de 5% de finos y formada su fracción gruesa por iguales proporciones de grava y arena. 36


Suelos finos También en este caso el sistema considera a los suelos agrupados, formándose el símbolo de cada grupo por dos letras mayúsculas, elegidas con un criterio similar al usado para los suelos gruesos, y dando lugar a las siguientes divisiones: a) limos inorgánicos, de símbolo genérico M (del sueco mo y mjala). b) Arcillas inorgánicas, de símbolo genérico C (clay). c) Limos y arcillas orgánicas, de símbolo genérico O (organic). Cada uno de estos tres tipos de suelos se subdividen, según su límite líquido, en dos grupos. Si este es menor de 50%, es decir, si son suelos de compresibilidad baja o media, se añade al símbolo genérico la letra L (low sompressibility), obteniéndose por esta combinación los grupos ML, CL y OL. Los suelos finos con límite liquido mayor de 50%, o sea de alta compresibilidad, llevan tras el símbolo genérico la letra H (high compressibility), teniéndose así los grupos MH, CH y OH. Ha de notarse que las letras L y H no se refieren a baja o alta plasticidad, pues esta propiedad del suelo, como se ha dicho, ha de expresarse en función de dos parámetros (LL e Ip), mientras que en el caso actual solo el valor del límite liquido interviene. Por otra parte, ya se hizo notar que la compresibilidad de un suelo es una función directa del límite líquido, de modo que un suelo es más compresible a mayor límite líquido. También es preciso tener en cuenta que el término compresibilidad tal como aquí se trata, se refiere a la pendiente del tramo virgen de la curva de compresibilidad y no a la condición actual del suelo inalterado, pues este puede estar eco parcialmente o preconsolidado. Los suelos altamente orgánicos, usualmente fibrosos, tales como turbas y suelos pantanosos, extremadamente compresibles, forman un grupo independiente de símbolo Pt (del inglés peat; turba). Los distintos grupos de suelos finos ya mencionado se describen a continuación en forma más detallada. Grupo CL y CH Según ya se dijo, en estos grupos se encasillan las arcillas inorgánicas. El grupo CL comprende a la zona sobre la línea A, definida por LL<50% e Ip>7%. El grupo CH corresponde a la zona arriba de la línea A, definida por LL>50%. Las arcillas formadas por descomposición química de cenizas volcánicas, tales como la bentonita o la arcilla del valle de México, con límites líquidos de hasta 500%, se encasillan en el grupo CH.

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Grupos ML y MH El grupo ML comprende la zona bajo la línea A, definida por LL<50% y la porción sobre la línea A con Ip<4. El grupo MH corresponde debajo de la línea A, definida por LL>50%. En estos grupos quedan comprendidos los limos típicos inorgánicos y limos arcillosos. Los tipos comunes de limos inorgánicos y polvo de roca, con LL<30%, se localizan en el grupo ML. Los depósitos eólicos, del tipo del loess, con 25%<LL<35% usualmente, caen también en este grupo. Un tipo interesante de suelos finos que caen en esta zona son las arcillas del tipo caolín, derivados de los feldespatos de rocas graníticas; a pesar de que el nombre de arcilla está muy difundido para estos suelos, algunas de sus características corresponden a limos inorgánicos; por ejemplo, su resistencia en estado seco es relativamente baja y en estado húmedo muestran cierta reacción a la prueba de dilatancia; sin embargo son suelos finos y suaves con alto porcentaje de partículas tamaño de arcillas, comparable con el de otras arcillas típicas, localizadas arriba de la línea A. en algunas ocasiones estas arcillas caen en casos de frontera ML-CL y MH-CH, dada su proximidad con dicha línea. Las tierras diatomáceas prácticamente puras suelen no se plásticas, por más que su límite liquido pueda ser mayor que 100% (MH). Sus mezclas con otros suelos de partículas finas son también de los grupos ML o MH. Los suelos finos que caen sobre la línea A y con 4%<Ip<7% se consideran como casos de frontera, signándoles el símbolo doble CL-ML, gráfica 1.

Gráfica 1. Carta de plasticidad, tal como se usa actualmente

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Grupos OL y OH Las zonas correspondientes a estos dos grupos son las mismas que las de los grupos ML y MH, respectivamente, si bien los orgánicos están siempre en lugares a la línea A. Una pequeña adición de materia orgánica coloidal hace que el límite líquido de una arcilla inorgánica crezca, sin apreciable cambio de su índice plástico; esta hace que el suelo se desplace hacia la derecha en la carta de plasticidad, pasando a ocupar a una posición más alejada de la línea A. Grupo Pt Las pruebas de límites pueden ejecutarse en la mayoría de los suelos turbosos, después de un completo remoldeo. El límite líquido de estos suelos suele estar entre 300% y 500%, quedando su posición en la carta de plasticidad netamente debajo de la línea A; el índice plástico normalmente varía entre 100% y 200%. Similarmente al caso de los suelos gruesos, cuando un material fino no cae claramente en uno de los grupos, se usaran para él símbolos dobles de frontera. Por ejemplo, MH-CH representara un suelo fino con LL>50% e índice plástico tal que el material quede situado prácticamente sobra la línea A. En los suelos gruesos, en general, deben proporcionarse los siguientes datos: nombre típico, porcentajes aproximados de grava y arena, tamaño máximo de las partículas, angulosidad y dureza de las mismas, características de su superficie, nombre local y geológico y cualquier otra información pertinente, de acuerdo con la aplicación ingenieril que se va a hacer del material. En los suelos gruesos en estado inalterado, se añadirán datos sobre estratificación, compacidad, cementación, condiciones de humedad y características de drenaje. En los suelos finos, se proporcionaran, en general, los siguientes datos: nombre típico, grado y carácter de su plasticidad, cantidad y tamaño máximo de las partículas gruesas, color del suelo húmedo, olor, nombre local y geológico y cualquier otra información descriptiva pertinente, de acuerdo con la aplicación que se vaya a hacer del material. Respecto al suelo en estado inalterado, deberá agregarse información relativa a su estructura, estratificación, consistencia en los estados inalterados y remoldeado, condiciones de humedad y características de drenaje. En el apartado de anexos, anexo 7, se muestra la carta de Sistema Unificado de Clasificación de Suelos, que describe en forma resumida lo anteriormente explicado.

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2.11.3 Identificación de suelos El problema de la identificación de suelos es de importancia fundamental en la ingeniería; identificar un suelo es, en rigor, encasillarlo dentro de un sistema previo de clasificación. En el caso concreto de este trabajo, es colocarlo en alguno de los grupos mencionados dentro del Sistema Unificado de Clasificación de Suelos; obviamente en el grupo que le corresponde según sus características. La identificación permite conocer, una forma cualitativa, las propiedades mecánicas e hidráulicas del suelo, atribuyéndole las del grupo en que se situé; naturalmente, según ya se dijo, la experiencia juega un papel importante en la utilidad que se pueda sacar de la clasificación. Identificación de campo de suelos gruesos Los materiales constituidos por partículas gruesas se identifican en el campo sobre una base prácticamente visual. Extendiendo una muestra seca del suelo sobre una superficie plano puede juzgarse, en forma aproximada, de su graduación, tamaño de partícula, forma y composición mineralógica. Para distinguir las gravas de las arenas puede usarse el tamaño ½ cm. Como equivalente a la malla N° 4, y para la estimación del contenido de finos basta considerar que las partículas de tamaño correspondiente a la malla N° 200 son aproximadamente las más pequeñas que pueden distinguirse a simple vista. En lo referente a la graduación del material, se requiere bastante experiencia para diferenciar, en examen visual, los suelos bien graduados de los mal graduados. Esta experiencia se obtiene comparando graduaciones estimadas, con las obtenidas en laboratorio, en todos las casos en que se tenga oportunidad. Para examinar la fracción fina contenida en el suelo, deberían ejecutarse las pruebas de identificación de campo de suelos finos que se detallaran adelante, sobre la parte que pase la malla N° 40; si no se dispone de esta malla, el cribado puede sustituirse por una separación manual equivalente. Identificación de campo de suelos finos Una de las grandes ventajas del Sistema unificado es, como se dijo, el criterio para identificar en el campo de suelos finos, contando con algo de experiencia. El mejor modo de adquirir esa experiencia sigue siendo el aprendizaje al lado de quien ya la posea; en falta de tal apoyo, es aconsejable el comparar sistemáticamente los resultados de la identificación de campo realizada, con los del laboratorio, en cada casa en que exista la oportunidad. Las principales bases de criterio para identificar suelos finos en el campo son la investigación de las características de dilatación, de tenacidad y de resistencia en estado seco. El color y el olor del suelo pueden ayudar, especialmente en suelos orgánicos.

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El conjunto de pruebas citadas se efectúa en una muestra de suelo previamente cribado por la malla N° 40 o, en ausencia de ella, previamente sometido a un proceso manual equivalente. Dilatancia En esta prueba, una pastilla con el contenido de agua necesario para que el suelo adquiera una consistencia suave, pero no pegajosa, se agita alternativamente en la palma de la mano, golpeándola secamente contra la otra mano, manteniéndola apretada entre los dedos. Un suelo fino. No plástico, adquiere con el anterior tratamiento, una apariencia de hígado, mostrando agua libre en su superficie, mientras se le agita, en tanto que al ser apretado entre los dedos, el agua superficial desaparece y la muestra se endurece, hasta que, finalmente, empieza a desmoronarse como un material frágil, al aumentar la presión. Si el contenido de agua de la pastilla es el adecuado, un nuevo agitado hará que los fragmentos producto del desmoronamiento vuelcan a constituirse. La velocidad con la que la pastilla cambia su consistencia y con la que el agua aparece y desaparece define la intensidad de la reacción e indica el carácter de los finos del suelo. Una reacción rápida es típica en arenas finas uniformes, no plásticas (SP y SM) y en algunos limos inorgánicos (ML), particularmente del tipo polvo de roca; también en tierras diatomáceas (MH). Al disminuir la uniformidad del suelo, la reacción se hace menos rápida. Contenidos ligeros de arcilla coloidal imparten algo de plasticidad al suelo, por lo que la reacción en estos materiales se vuelve más lenta; esto sucede en los limos inorgánicos y orgánicos ligeramente plásticos (ML, OL), en arcillas muy limosas (CL-ML) y en muchas arcillas del tipo caolín (ML, MLCL, MH y MH-CH). Una reacción extremadamente lenta o nula es típica de arcillas situadas sobre la línea A (CL, CH) y de arcillas orgánicas de alta plasticidad (OH). Tenacidad La prueba se realiza sobre un espécimen de consistencia suave, similar a la masilla. Este espécimen se rola hasta formar un rollito de unos 3 mm de diámetro aproximado, que se amasa y vuelve a rolar varias veces. Se observa como aumenta la rigidez del rollito a medida que el suelo se acerca al límite plástico. Sobrepasado el límite plástico, los fragmentos en que se aparta el rollito se juntan de nuevo y amasan ligeramente entre los dedos, hasta el desmoronamiento final. Cuanto más alta sea la posición del suelo respecto a la línea A (CL, CH), es más rígido y tenaz el rollito cerca del límite plástico y más rígida también se nota la muestra al romperse entre los dedos, abajo del límite plástico. En suelos ligeramente sobre la línea A, tales como arcillas glaciales (CL, CH) los rollitos son de media tenacidad cerca de su límite plástico y la muestra comienza pronto a desmoronarse en el amasado, al bajar su contenido de agua. Los suelos que caen bajo la línea A (ML, MH, OL y OH) producen rollitos poco tenaces cercas del límite plástico, casi sin excepción; en el caso de suelos orgánicos micáceos, que caigan muy bajo de la línea A, los rollitos se muestras muy débiles y esponjosos. 41


También en todos los suelos bajo la línea A, excepto los OH próximos a ella, la masa producto de la manipulación entre los dedos posterior al rolado, se muestra suelta y se desmorona fácilmente, cuando el contenido de agua es menor que el correspondiente al límite plástico. Cuando se trabaje en lugares en que la humedad ambiente sea casi constante, el tiempo que transcurra hasta que se alcance el límite plástico, es una medida relativamente tosca del índice plástico. Por ejemplo, una arcilla CH con LL = 70% e Ip = 50% o una OH con LL = 100% e Ip = 50%, precisan mucho más tiempo de manipulación para llegar al límite plástico que una arcilla glacial del tiempo CL. En limos poco plásticos del grupo ML, el límite plástico se alcanza muy rápidamente. Claro es que para que las observaciones anteriores tengan sentido, será preciso comenzar las pruebas con los suelos en la misma consistencia muy aproximadamente, de preferencia cercas del límite líquido. Resistencia en estado seco. La resistencia de una muestra de suelo, previamente secado, al romperse bajo presiones ejercidas por los dedos, es un índice de carácter de su fracción coloidal. Los limos ML o MH exentos de plasticidad no presentan prácticamente ninguna resistencia en estado seco y sus muestras se desmoronan con muy poca precisión digital; el polvo de roca y la tierra diatomácea son ejemplos típicos. Una resistencia en estado seco baja es representativa de todos los suelos de baja plasticidad, localizado bajo la línea A y aun de algunas arcillas inorgánicas muy limosas, ligeramente sobre la línea A (CL). Resistencias medias define generalmente arcillas del grupo CL o, en ocasiones, otras de los grupos CH, MH (arcillas tipo caolín) u OH tienen resistencias altas, así como la CL localizadas muy arriba de la línea A. materiales OH con altos limites líquidos y próximos a la línea A también exhiben grandes resistencias. Por último, resistencias muy altas son típicas de arcillas inorgánicas del grupo CH, localizadas en posiciones muy elevadas respecto a la línea A. Color En exploraciones de campo el color del suelo suele ser un dato útil para diferenciar los diferentes estratos y para identificar los tipos de suelo, cuando se posea experiencia local. En general, existen también algunos criterios relativos al color; por ejemplo, el color negro y otros de tonos obscuros suelen ser indicativos de la presencia de materia orgánica coloidal. Los colores claros y brillantes son propios, más bien, de suelos inorgánicos. Olor Los suelos orgánicos (OH y OL) tienen por lo general un olor distintivo que puede usarse para identificación; el olor el particularmente intenso si el suelo está húmedo, y disminuye con la excepción al aire, aumentando, por el contrario, con el calentamiento de la muestra humedad. 42


2.12 Límites de consistencia o de Atterberg La consistencia del suelo está gobernada por la relación suelo-agua, y es una de sus propiedades índice geotécnicas más importantes, por cuanto involucra:    

su resistencia a la ruptura, Su resistencia a la penetración, Su plasticidad, firmeza y dureza al ser remoldeado y, Su comportamiento bajo esfuerzos de compresión.

El resultado de la medición de la consistencia del suelo en términos de su grado de humedad, brinda una gran cantidad de información al ingeniero civil respecto de las características de resistencia y comportamiento del material, su mineralogía y posición en un grupo de clasificación técnica. Albert Mauritz Atterberg nació el 19 de marzo de 1846 en Härnösand (Suecia), una pequeña ciudad pesquera en la que su padre, Anders Magnus, era constructor y concejal. Estudió Química en la Universidad de Uppsala donde recibió su doctorado en Ciencias Químicas en 1872 y continuó trabajando allí como profesor de química analítica hasta 1877, tiempo durante el cual recorrió Suecia y otros países investigando los últimos avances en química orgánica, especialmente los derivados del molibdeno y del nitrógeno, y especializándose posteriormente en el estudio de los terpenos.

En julio de 1877, se convirtió en el director de la “Estación de Química y el Instituto de Control de Semillas” en Kalmar, al sur de Suecia, publicando numerosos trabajos sobre investigación agrícola que se ocupan de la clasificación de las variedades de semillas de avena y maíz entre 1891 y 1900. En 1900, a los 54 años, y como algo secundario, decide estudiar las propiedades físicas de los suelos en función de su granulometría, buscando una manera rápida de clasificar los suelos agrícolas. En 1901 presenta un primer sistema de clasificación de suelos, en el que ya establece el tamaño 0,002 mm como límite entre las arenas y los suelos finos, división que se ha mantenido hasta hoy. Encontró que la plasticidad era una característica particular de la arcilla y, como resultado de sus investigaciones llegó a los límites de consistencia que llevan su nombre hoy en día. También realizó estudios con el objetivo de identificar los minerales específicos que le dan un suelo arcilloso su naturaleza plástica.

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En 1903 publica una serie de artículos sobre los distintos comportamientos de las arenas en función de su granulometría y composición, pero continúa sin poder clasificar la fracción fina del suelo. A diferencia de las arenas, la granulometría no explica el comportamiento de los suelos finos y, además, los ensayos de granulometría por sedimentación son demasiado lentos, todo lo contrario de lo que está buscando. Decide cambiar de estrategia y estudiar otra propiedad de los suelos finos, la plasticidad. En 1908 publica en revistas nacionales sus primeros resultados sobre la plasticidad del suelo y su relación con los distintos grados de humedad, en 1911 publica sus resultados en revistas internacionales y pronto recibe los primeros elogios. Así, en 1913, su trabajo obtuvo reconocimiento formal en cuando el Congreso de Berlín de la "International Society of Soil Science" adopta su clasificación de suelos. En 1915, un informe del "U.S. Bureau of Standards" recomienda utilizar su método indicando que es "tan simple que uno podría elaborarlo, y es así que hay que familiarizarse con él". En 1937 el "U.S. Bureau of Chemistry and Soils" lo acepta también (aunque en 1932 Arthur Casagrande modificó en 1932 la forma de obtener dichos límites para estandarizarlos). Aunque Atterberg sospechaba que eran los minerales derivados del hierro los que proporcionaban al suelo esa plasticidad, y que ésta podía ser mayor o menor dependiendo de su estructura química, no llegó a concluir sus investigaciones, al fallecer en 1916, a la edad de 70 años. 2.12.1 La consistencia del suelo La consistencia es la resistencia del suelo a ser deformado o amasado (remoldeado o roto), gobernada por las fuerzas físicas de adhesión y cohesión, las cuales dependen del contenido de humedad del material, es por esto que la consistencia se expresa en términos de seca, húmeda y mojada. 2.12.2 Consistencia de suelos secos Un suelo seco con una compactación normal generalmente exhibe una extremada dureza o coherencia. La medida de esta coherencia va a variar con la estructura del suelo, ya que, la porosidad determina el número de partículas por unidad de volumen. La coherencia de suelos secos, por lo tanto, debe ser visualizada como dependiendo de la cantidad de contactos superficiales por unidad de volumen de la masa del suelo y la magnitud de las fuerzas atractivas en la superficie; se da en ausencia de moléculas de agua en la superficie y por la atracción entre las partículas sólidas.

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Suelo Suelto: Se utiliza en aquellos horizontes que carecen de estructura o que aquella es particular. No existen agregados y las partículas del mismo no están unidas entre sí. Los horizontes que la presentan están muy bien aireados y son muy penetrables, pero las raíces tienen poco contacto y la retención de agua es muy débil.

Suelo Blando: Los agregados se rompen entre los dedos. Este tipo de consistencia suele estar asociado a estructuras migajosas o granulares. El suelo está bien aireado, es fácil de penetrar y ofrece buen contacto a las raíces. La retención de agua es, en general, buena y se laborea bien, aunque es conveniente que presente un cierto nivel de humedad para que no se destruyan los agregados.

Suelo Duro: Los agregados son difíciles de romper con la mano, y en algunos casos es necesario recurrir al martillo. La aireación es escasa y las raíces penetran con mucha dificultad en los agregados y suelen crecer a través de las fisuras. Retiene gran cantidad de agua aunque el drenaje puede resultar escaso.

2.12.3 Consistencia en húmedo 

Suelo Suelto: Se corresponde con el término análogo en seco y presenta un comportamiento semejante.

Suelo Friable: El término deriva de "friare" que significa desmenuzar. Se desmenuza con cierta facilidad. En seco, suele ser "blando" o algo "duro” y su comportamiento es el equivalente a ellos.

Suelo Firme: No se desmenuza con facilidad. En seco suele ser duro o muy duro y con un comportamiento semejante. Puede ser muy proclive a la formación de suelas de arada. Usualmente existe una correspondencia entre la consistencia en seco y en húmedo, si bien en esta situación los agregados se desmenuzan con mayor facilidad.

2.12.4 Consistencia en mojado 

Suelo Adherente: Se utiliza para indicar que la tierra se pega a las manos. Suele ir asociada a suelos duros en seco y poco friables o firmes en húmedo. Cuando el suelo es muy adherente es debido a la presencia de partículas finas no coloidales que no se unen unas a otras para constituir agregados. La presencia de este limo hace que, al no estar adherido, el suelo húmedo se vuelva resbaladizo y se enfangue.

Suelo Plástico: Tiene la capacidad de poder ser moldeado. La plasticidad se mide formando un cordón y estableciendo lo largo y fino que se hace antes de que se rompa. Está en función del contenido y tipo de arcilla. Cuando a la

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plasticidad se añade la presencia de arcillas expansibles que provocan grandes cambios de volumen, pueden ocasionar deslizamientos. 2.12.5 La cohesión del suelo Esta fuerza es debida a atracción molecular en razón, a que las partículas de arcilla presentan carga superficial, por una parte, y la atracción de masas por las fuerzas de Van der Walls, por otra (gavande, 1976). Además de estas fuerzas, otros factores tales como los compuestos orgánicos, carbonatos de calcio y óxidos de hierro y aluminio, son agentes que integran el mantenimiento conjunto de las partículas. La cohesión es la atracción entre partículas de la misma naturaleza. 2.12.6 La adhesión del suelo Se debe a la tensión superficial que se presenta entre las partículas de suelo y las moléculas de agua. Sin embargo, cuando el contenido de agua aumenta, excesivamente, la adhesión tiende a disminuir. El efecto de la adhesión es mantener unidas las partículas por lo cual depende de la proporción Agua/Aire. De acuerdo a lo anterior, la consistencia del suelo posee dos puntos máximos; uno cuando está en estado seco debido a cohesión y otro cuando húmedo que depende de la adhesión. La adhesión es la atracción entre partículas de distinta naturaleza. Esta cohesión y adhesión del suelo comprende:   

El comportamiento con respecto a la gravedad, presión y tensión. La tendencia de la masa del suelo de adhesión a cuerpos extraños o sustancias. Las sensaciones que son evidenciadas y sentidas por los dedos del observador.

La consistencia del suelo, es la manifestación de las fuerzas físicas de cohesión y adhesión que actúan dentro del mismo bajo varios estados de humedad, o sea, resistencia a la deformación o ruptura cuando se aplica una fuerza. La consistencia varía con la textura, materia orgánica, cantidad y naturaleza del material coloidal hasta cierto punto con la estructura y especialmente con el contenido de humedad. La clasificación de la consistencia se hace con el suelo seco, húmedo y muy húmedo. Bajo condiciones de sequedad se dice que el suelo es blando, suave, duro, muy duro o cementado, cuando el suelo está húmedo se describe como muy friable, friable o poco friable, cuando está muy húmedo, (por encima de la capacidad de campo) se distinguen dos condiciones: plasticidad y pegajosidad. Así, se habla de suelos poco plásticos, plásticos, muy plásticos y suelos poco pegajosos, pegajosos 46


y muy pegajosos. Pueden darse condiciones combinadas como de alta plasticidad y poca pegajosidad, dependiendo de los tipos de arcillas, sus cantidades y de sus cationes adsorbidos. A muy bajos contenidos de humedad, el agua cerca de las partículas adquiere gran coherencia y viscosidad y se estima que la viscosidad debe ser cercana a la del hielo. A mayores contenidos de humedad, el suelo se vuelve plástico y pegajoso, esto es, exhibe características de flujo. Las propiedades de viscosidad del suelo se vuelven similares a la del agua en estado líquido. Un suelo plástico y pegajoso pierde estas propiedades, cuando su contenido de agua decrece. Adquiere entonces características de friabilidad siendo suave al tacto. Si la pérdida de agua incrementa, el suelo pasa al estado seco volviéndose firme y más aún, duro. Los estados de consistencia de una masa de suelo plástico, en función del cambio de su contenido de humedad son: sólido, semisólido, plástico y líquido. Estos cambios se dan cuando la humedad en las masas de suelo varía. Para calcular los límites de Atterberg, el suelo se tamiza por la malla No. 40 y la porción retenida es descartada. La frontera entre el límite plástico y líquido, se llama límite líquido (LL), y es el contenido de agua que se requiere adicionar a una pequeña cantidad de suelo que se colocará en una copa estándar, y ranurará con un dispositivo de dimensiones también estándar, sometido a 25 golpes por caída de 10 mm de la copa a razón de 2 golpes/s, en un aparato estándar para límite líquido; la ranura efectuada deberá cerrarse en el fondo de la copa a lo largo de 13 mm. La frontera convencional entre los estados semisólido y plástico se llama límite plástico (LP), que se determina alternativamente presionando y enrollando una pequeña porción de suelo plástico hasta un diámetro al cual el pequeño cilindro se desmorona, y no puede continuar siendo presionado ni enrollado. El contenido de agua a esta condición se anota como límite plástico. La frontera entre el estado sólido y semisólido se llama límite de contracción (LC). El índice de plasticidad (IP), es el rango de contenido de agua para el cual el suelo se comporta plásticamente. Numéricamente es la diferencia entre el límite líquido y el límite plástico del suelo.

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Estos estados están separados por unas condiciones de humedad determinadas llamadas límites de consistencia o de Atterberg los cuales se definen como: 2.12.7 Limite líquido (LL) Es el contenido de humedad, en el cual hay una transición entre el estado plástico y el líquido. De acuerdo a la definición, los suelos plásticos tienen en el límite líquido una resistencia muy pequeña al esfuerzo de corte, que es de 25 g/cm2 (según Atterberg) la cohesión de un suelo en límite líquido es prácticamente nula. Además podría definirse como el porcentaje de agua requerido para cerrar una ranura de 12.7 mm con 25 golpes de la copa de Casagrande. Casagrande desarrolló un dispositivo normalizado como se muestra en la norma UNE 103-103-94, imagen 2. El límite líquido, como ya se ha comentado anteriormente, se estableció como la humedad que tiene un suelo amasado con agua y colocado en una cuchara normalizada, cuando un surco, realizado mediante un acanalador normalizado, que divide dicho suelo en dos mitades, se cierra a lo largo del fondo en una distancia de 12.7 mm, tras haber dejado caer 25 veces la mencionada cuchara desde una altura de 10 mm sobre una base también normalizada, con una cadencia de 2 golpes por segundo. La altura de caída, como las dimensiones del cascador y las dimensiones de la ranura, como el material de la base, etc., son factores de influencia en los resultados obtenidos. Estos factores se comentarán en el siguiente apartado. Para entender el significado del ensayo mediante el dispositivo desarrollado por Casagrande, se puede decir que para golpes secos, la resistencia al corte dinámica de los taludes de la ranura se agota, generándose una estructura de flujo que produce el deslizamiento. La fuerza resistente a la deformación puede considerarse como la resistencia al corte de un suelo. La resistencia al corte de todos los suelos en el límite líquido es constante y tiene un valor aproximado de 2,2 kPa.

Imagen 2. Copa de Casagrande e instrumentos ranuradores

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2.12.8 Curva del Flujo: Casagrande observó que el número de golpes necesarios para cerrar la ranura dependía del contenido de agua del suelo y que cuando una serie de resultados de un suelo se representaba en un gráfico donde el eje de la humedad era aritmético y el eje del número de golpes era logarítmico, esos resultados formaban una línea recta. Esa curva fue llamada curva de flujo. Las ventajas de graficar los resultados de este modo son: la curva puede ser dibujada con pocos puntos, se pueden detectar más fácilmente los errores en una línea recta (escala semi-logarítmica) que en una línea curva (escala aritmética) y el índice de flujo puede ser definido por la pendiente de la recta. El Limite Liquido se encuentra donde el contenido de agua en la curva corresponda a 25 golpes. (LL).

Grafica para determinar el Limite Liquido

Un método optativo para determinar con un solo punto* dentro de cierto rango de número de golpes (de 20 a 30 únicamente) es el de emplear la formula empírica siguiente: 0.12

LL = W N

N 25

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En donde LL : Limite Liquido W N : Humedad con N número de golpes en % N : Número de golpes

*ASTM., D 423 – 59T

Con el objeto de facilitar el empleo de esta fórmula en la tabla adjunta se dan los valores correspondientes a N 0.12 para cualquier número de golpes entre 25 20 y 30 Para facilitar la aplicación de este método a continuación se dará un ejemplo ilustrativo, tanto el número de golpes (N) y el porcentaje de humedad (W N), son tomados estos valores comprendidos dentro del rango antes mencionado (número de golpes entre 20 y 30): N = 27 WN = 68.46 %

De la tabla tenemos que para N = 27;

27 25

0.12

= 1.009

Sustituyendo en la formula tenemos LL = 68.46 X 1.009 = 69.08%

50


2.12.9 Limite plástico (Lp) El Limite Plástico de un suelo es el contenido de humedad para el cual se cambia del estado plástico al semisólido. En el estado plástico el suelo es fácilmente moldeable, mientras que en el semisólido se deforma agrietándose. El Limite Plástico queda definido cuando el suelo contiene justo la humedad necesaria para que al amasar manualmente bastoncitos cilíndricos de 0,3 cm de diámetro, éstos no se resquebrajan. La prueba para determinar el Limite Plástico consiste en ir probando diferentes porcentajes de humedad en el suelo, e ir amasando los bastoncitos, hasta que esto suceda. El Límite - Plástico está controlado por el contenido de arcillas a los que no permitan realizar esta prueba, no tienen Limite Plástico y se designan suelos no plásticos. Esto ocurre con algunos limos y arenas. Cuando un suelo posee Limite Plástico, significa que está formado principalmente por ardua o arcilla limosa y el contenido de humedad en ellos determina la magnitud de su capacidad portante, la cual crece rápidamente a medida que la cantidad de agua disminuye, y viceversa. Por ello, dependiendo del régimen de lluvias, la capacidad portante de los suelos con Limite Plástico varia a lo largo del año en ciertas regiones del mundo, por lo cual se deben tomar precauciones acerca de los datos suministrados en ingeniería de suelos. Es aconsejable por lo tanto adoptar el menor de los valores relativos a la capacidad portante del suelo, a los fines de diseño estructural de las fundaciones, o bien instalar adecuados sistemas de drenaje para limitar el contenido de humedad del suelo. Las arcillas con valores altos de sus Límites Liquido y Plástico se conocen por arcillas - grasas; en caso contrario son arcillas pobres. Las arcillas grasa se pueden moldear con facilidad aun para bajos contenidos de humedad, mientras que las pobres resultan friables o desmenuzables y a razón de que contienen generalmente un gran porcentaje de limos, se las designa por arcillas limosas. Terzaghi agregó la especificación que indica que dicho espesor debe ser de 1/8 de pulgada o 3 mm. El enrollado debe hacerse en placas de vidrio y no sobre papel, imagen 3, ya que este aceleraría el proceso de secado de la muestra. En el caso de la determinación del límite plástico, todavía se utiliza el método manual, debido a que el operador ajusta automáticamente la presión necesaria de enrollado en función de la resistencia de cada suelo.

51


Imagen 3. Enrollado del suelo (Lp).

Si las tiras pueden enrollarse hasta un diámetro menor, entonces el suelo está muy mojado (por encima del límite plástico); si se agrieta antes de alcanzar los 3.0 mm (1/8 pl.) de diámetro, entonces se ha sobrepasado el límite plástico. Cuando los rollos llegan a 3 mm vuelven a amasarse y enrollar de nuevo hasta que a los 3 mm se dé el desmoronamiento y agrietamiento, en ese momento se determina el contenido de humedad, equivalente al límite plástico. 2.12.10 Límite de contracción (Lc) Este límite queda determinado por la mínima cantidad de agua necesaria para llenar solamente los poros de una muestra de suelo seco. A este límite corresponde el menor volumen de la masa de suelo. El Límite de Retracción se conoce también como Limite de Contracción, y determina la frontera entre el estado semisólido y el sólido. La reducción del volumen en la muestra permite determinar el Límite de Retracción LR del suelo, el cual se obtiene según la relación: Lc = W i -

Vi - Vf

x 100

Ws

En donde: Lc Wi Vi Vf Ws

= Limite de contracción en %. = porcentaje de humedad del suelo antes de contraerse. = volumen inicial de la pastilla de suelo. = volumen final de la pastilla (suelo seco). = peso de sólidos.

52


Ws

A la relación R = Vf se le llama la relación de contracción y es igual, en valor, al peso volumétrico seco máximo que puede alcanzar un suelo al contraerse. El principal componente de un suelo, cuya influencia resulta determinante en la magnitud del Límite de retracción es la arcilla, ev1dencindose una disminución del mismo a medida que el contenido de arcilla aumenta. En las arenas, el Límite de Retracción se halla muy próximo al Limite Liquido, y en suelos de arena arcillosa, dependiendo del contenido de arcilla y de limo, el Límite de Retracción puede ser del orden del 12 al 20%. En las arcillas, el Limite de Retracción alcanza generalmente valores entre el 5yel 10%. En estos suelos la capacidad portante se incrementa medida que disminuye el porcentaje de humedad. Por el contrario, en las arenas confinadas, la capacidad portante es general - mente alta, aún con porcentajes considerables de agua contenida. 2.12.11 Contracción lineal La contracción lineal de un suelo se define como la reducción en la mayor dimensión de un espécimen de forma prismática rectangular, elaborado con la fracción de suelos que pasa la malla Núm. 0.425 (N° 40), cuando su humedad disminuye desde la correspondiente al límite líquido hasta la del límite de contracción, expresada como un porcentaje de la longitud inicial del espécimen. Para determinar la contracción lineal, se determina el porcentaje que se contrajo el suelo al secarse, con respecto a su dimensión más grande, involucrando los los siguientes datos y la formula: CL = Li - Lf Li

X 100

Donde Longitud inicial (Li) = cm Longitud final (Lf) = cm Contracción al secado (Li-Lf) = cm En el caso de suelos que tengan muy poco contenido de partículas compuestas de minerales de arcilla, los ensayos de límite plástico y líquido pueden producir resultados no confiables. En tales casos mediante el ensayo de la contracción lineal es posible obtener una aproximación importante del índice de plasticidad, con la ecuación: Ip = 2.13 CL

Dónde: CL es la contracción lineal del suelo 53


Para esta determinación se utilizará una muestra preparada como la utilizada para determinar el límite líquido, o bien se aprovechará el material húmedo que haya sobrado de la determinación del límite líquido. Imagen 4.

Imagen 4. Molde para límite de contracción lineal

2.12.12 Contracción y expansión Las grietas de contracción pueden presentarse localmente cuando las presiones capilares exceden la cohesión o resistencia a la tensión del suelo. Estas grietas, parte de la microestructura de la arcilla, son zonas de debilidad que pueden reducir significativamente la resistencia general y afectan la estabilidad de taludes de arcilla y la capacidad de carga de fundaciones. La corteza desecada y agrietada usualmente se encuentra sobre depósitos de arcilla blanda y afecta la estabilidad de, por ejemplo, terraplenes de autopistas construidas sobre estos depósitos. La contracción y grietas de contracción son causadas por evaporación de la superficie en climas secos, disminuyendo el nivel de la tabla de agua y eventualmente la desecación del suelo causada por los árboles durante temporadas de sequía en climas húmedos. El suelo seco se expande al mojarse e inversamente, el suelo húmedo se contrae al secarse. Se sabe que el agua puede sacarse del suelo húmedo por compresión; el suelo seco ejerce una gran presión cuando se está humedeciendo. Se puede medir la cantidad de presión que un suelo seco o coloide ejerce cuando se está humedeciendo. El hinchamiento de los suelos se define como el fenómeno que ocurre cuando aumenta el volumen de un sólido y disminuye su cohesión, mientras éste absorbe un líquido sin perder su homogeneidad aparente. Factores que afectan el hinchamiento:

54


1. Tipo de arcilla, arena superficial, arreglo estructural, densidad de la carga superficial, fuente de la carga. 2. Cationes y aniones asociados con la arcilla. 3. Materia orgánica. 4. Sesquióxidos. 5. Agua entre las capas de arcilla. 2.12.13 Índice de plasticidad (Ip) Atterberg definió el índice de plasticidad para describir el rango de contenido de humedad natural sobre el cual el suelo era plástico. El índice de plasticidad IP, es por tanto numéricamente igual a la diferencia entre el límite líquido y el límite plástico: Ip = LL - Lp

El índice de plasticidad es útil en la clasificación ingenieril de suelos de grano fino y muchas propiedades de ingeniería se han correlacionado de forma empírica con este. Un suelo con un IP = 2 tiene una gama muy estrecha de plasticidad, por el contrario, un suelo con un IP = 30 tiene características plásticas muy elevadas. Con frecuencia, con fines de construcción se especifican suelos con un determinado IP plasticidad que se encuentra por debajo de cierta cantidad dada. Puesto que los suelos que conforman la subrasante para carreteras y autopistas se mejorarán necesariamente en alguna ocasión, los departamentos de caminos casi siempre requieren que la base de pavimentación de las carreteras tenga un IP < 4. En general, los suelos arcillosos, resbaladizos, que pueden remoldearse con facilidad y laminarse en tiras largas, tienen un IP elevado y son materiales inadecuados como base de carreteras. A menudo se emplea cal para mejorar las características de los suelos arcillosos. Por lo común, estos últimos son pobres y su subrasante es inestable para soportar la base de pavimentación, poseen un IP elevado. La adición de cal reduce el IP y se puede duplicar la resistencia de la arcilla compactada. La cal tiende a desecar el suelo, cuando la arcilla esté demasiado mojada para poder compactarla. El diagrama de plasticidad indicada en la gráfica 2, según los Límites de Atterberg, permite diferenciar el índice de plasticidad de limos y arcillas, en función del Limite Liquido LL. y del contenido normal de humedad W N.

55


Gráfica 2. Carta de plasticidad

2.12.14 Índice de escurrimiento o fluidez (Fw) Se define como la pendiente de la curva de escurrimientos; numéricamente se obtiene de la diferencia de humedad en un ciclo completo, considerándola en su fracción racional. Ejemplo: el ciclo completo es de 5 a 50 golpes, el valor de humedad expresada en fracción racional correspondiente a la muestra 1 de la tabla, Lámina 6, y con número de 13 golpes es igual a 0.3157 y 37 golpes es igual a 0.2987, la diferencia es (F w): Fw = 0.3157 – 0.2987 = 0.0170

2.12.15 Índice de tenacidad (Tw) La tenacidad se conoce como aquella consistencia que presentan los suelos, cerca de LP. La potencialidad de la fracción arcillosa de un suelo se identifica por la mayor o menor tenacidad del rollo de suelo al acercarse a LP y por la rigidez de la muestra al romperse finalmente entre los dedos. Si dos suelos plásticos tienen igual LP ó IP pero diferentes curvas de flujo, el suelo con curva de menor pendiente, o sea el de menor índice de flujo; tendrá mayor resistencia en LP; la resistencia al esfuerzo cortante de una arcilla en LP es una medida de su tenacidad, por lo que puede darse que la tenacidad de las arcillas de igual IP crece a menor índice de flujo.

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El índice de tenacidad se obtiene de dividir el índice de plasticidad (Ip) entre el índice de escurrimiento (Fw), ambos expresados en fracción racional. Ip Tw = Fw

2.12.16 Densidad de solidos Se define como densidad de fase sólida de un suelo, la relación de un peso específico de la materia que constituye las partículas del suelo y el peso específico del agua del agua destilada a 4°C. La densidad de los sólidos se obtiene en la práctica como la relación entre el peso de los sólidos y el volumen de agua que desalojan a la temperatura ambiente. Al valor obtenido se le hace una corrección por temperatura. Las partículas gruesas contienen, generalmente, aire entrampado en poros impermeables que sólo podría eliminarse rompiendo las partículas en granos más finos. Por lo anterior, la densidad obtenida en esos casos es una densidad de sólidos aparente, que es la que generalmente interesa por tanto, las partículas que se usen en la determinación de la densidad de suelos no deben ser molidas o rotas. El valor de la densidad de sólidos interviene en la mayor parte de los cálculos de Mecánica de Suelos y, ocasionalmente, sirve también para fines de clasificación. El valor de la densidad de los suelos varía comúnmente entre los valores de 2.20 a 3.0, según el material de que se trate. Algunos materiales se enlistan a continuación:

MATERIAL

VALORES DE Ss

Arcilla de origen volcánico……………........ 2.20 – 2.50 Suelos granulares…………………………… 2.63 – 2.68 Limos inorgánicos…………………………… 2.68 – 2.73 Arcilla poco plástica………………………… 2.73 – 2.78 Arcillas plásticas……………………………. 2.78 – 2.86 Arcillas expansivas…………………………. 2.86 – 2.92

57


2.13 Permeabilidad 2.13.1 Ley de Darcy y coeficiente de permeabilidad El flujo de agua a través de medios porosos, de gran interés en la Mecánica de Suelos, está gobernado por una ley descubierta experimentalmente por Henri Darcy en 1856. Darcy investigo las características del flujo del agua a través de filtros, formados precisamente por materiales térreos, lo cual es particularmente afortunado para la aplicación de los resultados de la investigación a la Mecánica de Suelos. Trabajando con dispositivos de diseño especial, esencialmente reproducidos en el esquema de la figura 3. Darcy encontró que para velocidades suficientemente pequeñas, el gasto queda expresado por: Q = k∙A∙i

(1)

A es el área total de la sección trasversal del filtro e i el gradiente hidráulico del flujo, medido con la expresión: i =

h1 – h2 L

=

h L

En cualquier punto del flujo la altura piezométrica h es la carga de la elevación z del punto, más la carga de presión en dicho punto. La carga de velocidad se desprecia en razón de la pequeñez de las velocidades que el agua tiene a través del medio poroso. La diferencia h1 – h2 representa la perdida de energía sufrida por el flujo en el desplazamiento L; esa energía perdida se transforma en calor.

Fig. 3. Esquema del dispositivo experimental de Darcy

58


Nótese que en la imagen #, por ejemplo, el agua fluye de un punto a menor presión a otro a mayor y es que la carga hidráulica total es suma de los dos factores mencionados y no solo de la presión; es claro que el flujo horizontal el gradiente de presión si será proporcional al gradiente hidráulico y el flujo tendrá que ocurrir en el sentido de las presiones descendentes. La ecuación de continuidad del gasto establece que: Q = A∙v

(2)

Siendo A el área del conducto y v la velocidad del flujo. Llevando esta expresión a la (1), se deduce que: V

= k∙i

(3)

O sea, que en el intervalo en que la ley de Darcy es aplicable, la velocidad del flujo es directamente proporcional al gradiente hidráulico; esto indica que, dentro del campo de aplicabilidad de la ley de Darcy, el flujo en el suelo es laminar. Darcy construyo sus filtros de arenas finas, generalmente, de lo cual se deduce que ya en estos suelos el flujo del agua es laminar, por lo menos mientras las cargas hidráulicas no sean excesivas. En suelos finos (mezclas de limos y arcillas o arcillas puras) el agua circula a velocidades aun menores, por lo que, con mayor razón, el flujo también será laminar. De hecho las investigaciones realizadas a partir de la publicación de la ley de Darcy, indican que esa ley solo es aplicable a suelos de partículas no muy gruesas, quedando, desde luego, excluidas las gravas limpias, cantos rodados, etc. 2.13.2 Velocidad de descarga, velocidad de filtración y velocidad real Considérese un filtro de suelo, figura 4, análogo al de la figura 3. Se representa al suelo dividido en sus dos fases de sólidos y vacíos. Obsérvese que en esta situación, el área disponible para el paso del agua es Av, en lugar de A, tal como se supuso en la ley de Darcy. Si el flujo es establecido, sin embargo, debe tenerse el mismo gasto en el tubo libre que en el suelo; por lo tanto, teniendo en cuenta la condición de continuidad, puede escribirse: Avv1 = Av

Imagen #. Esquema que ilustra la Distinción entre la velocidad de descarga y la de filtración.

59


De donde: A Av

v1 =

v

Considerando al filtro un espesor unitario normal al papel, se tiene: A Av

1 n

=

1+e e

=

Por lo tanto: V1 =

1+e e

v

(4)

La velocidad v que se deduce directamente de la ley de Darcy, se llama velocidad de descarga o, simplemente, velocidad. La velocidad v1 que toma en cuenta la existencia de una fase solida impermeable, se llama velocidad de filtración y es la velocidad media de avance del agua en la dirección del flujo. 2.13.3 Métodos para medir el coeficiente de permeabilidad del suelo El coeficiente de permeabilidad de un asuelo es un dato cuya determinación correcta es de fundamental importancia para la formación del criterio del proyectista en algunos problemas de Mecánica de Suelos y, en muchos casos, para elaboración de sus cálculos. Hay varios procedimientos para la determinación de la permeabilidad de los suelos: unos “directos”, así llamados porque se basan en pruebas cuyo objetivo fundamental es la medición de tal coeficiente; otros “indirectos”, proporcionados, en forma secundaria, por pruebas y técnicas que primariamente persiguen otros fines. Estos métodos son los siguientes: a) Directos: 1. Permeámetro de carga constante. 2. Permeámetro de carga variable. 3. Prueba directa de los suelos en el lugar. b) Indirectos: 1.- Calculo a partir de la curva granulométrica. 2.- Calculo a partir de la prueba de consolidación. 3.- Calculo con la prueba horizontal de capilaridad.

60


En el anexo No. 8 se muestra la tabla de Arthur Casagrande y R. E. Fadum, aparecen las interrelaciones entre el coeficiente de permeabilidad, los tipos de suelo y los mĂŠtodos de prueba aplicada en cada caso. El valor del coeficiente de permeabilidad se ha puesto en escala logarĂ­tmica, debido a que el intervalo completo de valores que se maneja en MecĂĄnica de Suelos oscila entre 10+2 y 10â&#x2C6;&#x2019;9 cm/seg. 2.13.4 MĂŠtodo a partir de la curva granulomĂŠtrica Desde hace tiempo se ha tratado de establecer correlaciones entre la granulometrĂ­a de un material y su permeabilidad. Es obvio que existen razones para creer que pudiera establecerse tal correlaciĂłn; en suelos arenosos gruesos, los poros entre las partĂ­culas minerales son relativamente grandes y por ellos la permeabilidad resulta comparativamente alta; en suelos de menores tamaĂąos, los poros y canalĂ­culos entre los granos son mĂĄs pequeĂąos, por lo cual estos materiales son de menor permeabilidad. PrĂĄcticamente todos los mĂŠtodos del tipo en estudio siguen la formula clĂĄsica de Allen Hazen (1892): 2 K = đ??śđ??ˇ10

(5)

en donde k es el coeficiente de permeabilidad buscado (en cm/seg.) y D10 (cm) tiene el sentido visto en el tema abordado anteriormente (granulometrĂ­a, diĂĄmetro efectivo). Hazen obtuvo su fĂłrmula experimentando con arenas uniformes con diĂĄmetro efectivo comprendido entre 0.1 y 3 mm; en estos suelos C vario entre 41 y 146. El valor C = 116 suele mencionarse como un promedio aceptable de las experiencias efectuadas por Hazen. Sin embargo, se ve que, en primer lugar, la fĂłrmula es inaplicable a la mayorĂ­a de los suelos, que quedan fuera del tipo de los experimentos realizados; en segundo lugar, aun para esos suelos, la variaciĂłn de la constante C resulta excesiva para que la formula sea muy confiable. La temperatura influye, segĂşn se verĂĄ, en el valor de la permeabilidad, por alterar la viscosidad del agua. Tomando en cuenta ese factor, la formula (5) puede modificarse de la siguiente manera: 2 K = C (0.7+0.03 t) đ??ˇ10

Siendo t la temperatura en °C.

61

(6)


2.13.5 Permeámetro de carga constante Ofrece el método más simple para determinar el coeficiente de permeabilidad de ese suelo. Una muestra de suelo de área transversal A y longitud L, confinada en un tubo, se somete a una carga hidráulica h, figura 5. El agua fluye a través de la muestra, midiéndole la cantidad (en cm3) que pasa en el tiempo t. aplicando la ley de Darcy: V = k∙A∙i∙t

V es la mencionada cantidad de agua.

Fig. 5. Esquema del permeámetro de carga constante.

El gradiente hidráulico medio vale: h L

i=

Entonces: k=

V∙L h∙A∙t

(7)

El inconveniente del permeámetro es que, en suelos poco permeables, el tiempo de prueba se hace tan largo que deja de ser práctico, usando gradientes hidráulicos razonables.

62


2.13.6 Factores que influyen en la permeabilidad de los suelos La permeabilidad se ve afectada por diversos factores inherentes tanto al suelo como a caracterĂ­sticas del agua circulante. Los principales de estos factores son: 1. 2. 3. 4.

La relaciĂłn de vacĂ­os del suelo. La temperatura del agua. La estructura y estratificaciĂłn del suelo. La existencia de agujeros, fisuras, etc., en el suelo.

A continuaciĂłn se analiza la influencia de cada uno de los factores anteriores. 2.13.7 Influencia de la relaciĂłn de vacĂ­os del suelo Es posible analizar teĂłricamente la variaciĂłn del coeficiente de permeabilidad de un suelo respecto a su relaciĂłn de vacĂ­os, siempre y cuando se adopten para el suelo hipĂłtesis simplificadas cuyo carĂĄcter permita que las conclusiones del anĂĄlisis den informaciĂłn cualitativa correcta. La permeabilidad k puede escribirse, en forma desplegada, como: k = kâ&#x20AC;&#x2122;â&#x2C6;&#x2122;F(e)

(8)

kâ&#x20AC;&#x2122; es una constante real dependiente de la temperatura del agua solamente, que representa el coeficiente de permeabilidad para e = 1.0 y F(e) una funciĂłn de la relaciĂłn de vacĂ­os y tal que F(1) = 1. La teorĂ­a indica que, para fines prĂĄcticos, la funciĂłn mĂĄs simple es del tipo: F(e) = đ?&#x2018;&#x2019; 2 para arenas F(e) = C 3 (đ?&#x2018;&#x2019; â&#x2C6;&#x2019; đ?&#x2018;&#x2019;0 )2 para arcillas

En esta Ăşltima expresiĂłn C3 es una constante de ajuste para cumplir las condiciones particulares arriba mencionadas y e â&#x20AC;&#x201C; e0 es la 2relacion de vacĂ­os efectivaâ&#x20AC;? desde el punto de vista del espacio que efectivamente se tiene para el flujo del agua. 2.13.8 Influencia de la temperatura del agua Efectuando un anĂĄlisis teĂłrico, puede verse que, al variar la temperatura manteniendo los demĂĄs factores constantes, existe la relaciĂłn: k1 k2

=

ᜣ2 ᜣ1

en donde v es la viscosidad cinemĂĄtica del agua.

63

(9)


Para poder comparar fácilmente los resultados de las pruebas de permeabilidad es conveniente referirnos a una temperatura constante, normalmente a 20°C. Indicando por el subíndice T los resultados obtenidos a la temperatura de la prueba, la referencia se hace aplicando la relación: k20° =

ᶣT ᶣ20

kt

(10)

Experimentalmente se ha encontrado que la anterioridad relación teórica (9) es correcta para arenas, habiéndose encontrado pequeñas desviaciones en arcillas. Para aplicar la relación (10) es recomendable usar un diagrama que muestre la relación entre la temperatura T de prueba y el coeficiente. ᶣT

ᶣ20 2.13.9 Influencia de la estructura y la estratificación Un suelo suele tener permeabilidades diferentes en estado inalterado y remoldeado, aun cuando la relación de vacíos sea la misma en ambos casos; esto puede ser debido a los cambios en la estructura y estratificaciones del suelo inalterado o a una combinación de los dos factores. Pueden observarse variaciones importantes en la permeabilidad debido a que en el remoldeo quedan libres partículas del suelo y que el agua al fluir las mueve y reacomoda, hasta obturar los canales; en otras ocasiones, estas partículas son arrastradas al exterior de la muestra, causando la turbidez del agua de salida. En tales casos, el coeficiente de permeabilidad variara durante la prueba. Esta condición inestable en una fracción de las partículas del suelo es, frecuentemente, resultado de la mezcla de materiales provenientes de estratos de características diferentes; esta condición es casi inevitable al probar muestras remoldeadas. Los fenómenos de formación de natas internas en los poros y la segregación de burbujas de aire, tienen efectos similares y son difíciles de distinguir entre sí, a menos que el carácter del suelo garantice que no pueden formarse esas natas limosas. En general, los suelos con coeficientes de permeabilidad comprendido entre 10−5 y 10−3 cm/seg. son los que presentan el peligro de permitir el desplazamiento de las partículas por efecto de las fuerzas de filtración. Algunas veces, aun las muestras inalteradas de suelo, presentan inestabilidad interna bajo el flujo, característica que es de fundamental importancia en los estudios de cimentaciones de presas. Como la mayoría de los suelos están estratificados, es preciso determinar el coeficiente de permeabilidad tanto en dirección paralela, como normal a los planos de estratificación. En caso de que los estratos sean lo suficientemente gruesos, puede determinarse la permeabilidad para cada estrato más o menos homogéneo y así poder calcular el coeficiente de permeabilidad medio en cada dirección, para la combinación de estratos.

64


2.13.10 Influencia de la presencia de agujeros, fisuras, etc. A causas de heladas, ciclos alternados de humedecimiento y secado, efectos de vegetación y pequeños organismos, etc., pueden cambiar las características de permeabilidad de los suelos, convirtiéndose aun la arcilla más impermeable en material poroso. El efecto no suele ser muy importante, sin embargo, en las obras ingenieriles, conservando toda su influencia en problemas agrícolas. 2.13.11 Permeabilidad en campo Permeabilidad es la propiedad que tiene el suelo de transmitir el agua y el aire y es una de las cualidades más importantes que han de considerarse para cualquier obra. Un estanque construido en suelo impermeable perderá poca agua por filtración. Imagen 5.

Imagen 5.

Mientras más permeable sea el suelo, mayor será la filtración, imagen 7-b. Algunos suelos son tan permeables y la filtración tan intensa que para construir en ellos cualquier tipo de estanque es preciso aplicar técnicas de construcción especiales.

Imagen 7-a

Imagen 7-b

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Por lo general, los suelos se componen de capas y, a menudo, la calidad del suelo varía considerablemente de una capa a otra, imagen 8. Antes de construir un estanque, es importante determinar la posición relativa de las capas permeables e impermeables. Al planificar el diseño de un estanque se debe evitar la presencia de una capa permeable en el fondo para impedir una pérdida de agua excesiva hacia el subsuelo a causa de la filtración.

Imagen 8.

2.13.12 ¿Qué factores afectan a la permeabilidad del suelo? Muchos factores afectan a la permeabilidad del suelo. En ocasiones, se trata de factores en extremo localizados, como fisuras y cárcavas, y es difícil hallar valores representativos de la permeabilidad a partir de mediciones reales. Un estudio serio de los perfiles de suelo proporciona una indispensable comprobación de dichas mediciones. Las observaciones sobre la textura del suelo, su estructura, consistencia, color y manchas de color, la disposición por capas, los poros visibles y la profundidad de las capas impermeables como la roca madre y la capa de arcilla, constituyen la base para decidir si es probable que las mediciones de la permeabilidad sean representativas. 2.13.13 La permeabilidad del suelo se relaciona con su textura y estructura El tamaño de los poros del suelo reviste gran importancia con respecto a la tasa de filtración (movimiento del agua hacia dentro del suelo) y a la tasa de percolación (movimiento del agua a través del suelo). El tamaño y el número de los poros guardan estrecha relación con la textura y la estructura del suelo y también influyen en su permeabilidad.

66


2.13.14 Variación de la permeabilidad según la textura del suelo Por regla general, como se muestra a continuación, mientras más fina sea la textura del suelo, más lenta será la permeabilidad: Suelo

Textura

Suelos arcillosos

Fina

Permeabilidad

Moderadamente fina Suelos limosos Moderadamente gruesa Suelos Gruesa arenosos

De muy lenta a muy rápida

Ejemplo. Permeabilidad media para diferentes texturas de suelo en cm/hora. Arenosos Franco arenosos Franco Franco arcillosos Arcilloso limosos Arcilloso

5.0 2.5 1.3 0.8 0.25 0.05

2.13.15 Variación de la permeabilidad según la estructura del suelo La estructura puede modificar considerablemente las tasas de permeabilidad mostradas anteriormente de la forma siguiente: Tipo de estructura - Gran traslapo Laminar - Ligero traslapo En bloque Prismática Granular

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Permeabilidad1

De muy lenta a muy rápida


Existe la práctica general de alterar la estructura del suelo para reducir la permeabilidad, por ejemplo, en la agricultura de regadío mediante la pudelación de los campos de arroz, y en la ingeniería civil mediante la compactación por medios mecánicos de las presas de tierra. Se pueden aplicar prácticas similares en los estanques piscícolas con miras a reducir la filtración de agua. 2.13.16 Clases de permeabilidad del suelo La permeabilidad del suelo suele medirse en función de la velocidad del flujo de agua a través de éste durante un período determinado. Generalmente se expresa o bien como una tasa de permeabilidad en centímetros por hora (cm/h), milímetros por hora (mm/h), o centímetros por día (cm/d), o bien como un coeficiente de permeabilidad en metros por segundo (m/s) o en centímetros por segundo (cm/s). Imagen 9.

Imagen 9. De coeficientes de permeabilidad.

Clases de permeabilidad de los suelos para obras de ingeniería civil Clases de permeabilidad de los sue/os Permeable Semipermeable Impermeable

Coeficiente de permeabilidad (K en m/s) Límite inferior Límite superior -7 2 x 10 2 x 10-1 -11 1 x 10 1 x 10-5 1 x 10-11 5 x 10-7

68


Para la ubicación de los estanques y la construcción de diques, el coeficiente de permeabilidad, casi siempre, se utiliza para determinar la aptitud de un horizonte de suelo específico:  

Se pueden construir diques sin núcleo de arcilla impermeable en suelos cuyo coeficiente de permeabilidad sea inferior a K = 1 x 10-4 m/s. Se pueden construir fondos de estanques en suelos con un coeficiente de permeabilidad inferior a K = 5 x 10-6 m/s.

Para la ordenación de estanques suele utilizarse la tasa de filtración: 

Para la piscicultura en estanques con fines comerciales se considera aceptable una tasa media de filtración de 1 a 2 cm/d, pero es preciso tornar medidas correctivas para reducir la permeabilidad del suelo cuando existen valores más altos, en particular cuando alcanzan los 10 cm/d o más.

2.13.17 Medición de la permeabilidad del suelo en el campo Para medir la permeabilidad del suelo en el campo, usted puede recurrir a una de las pruebas siguientes:   

La evaluación visual de la tasa de permeabilidad del horizonte del suelo. Un ensayo de campo sencillo para estimar la permeabilidad del suelo. Un ensayo de campo más preciso para medir las tasas de permeabilidad.

2.13.18 Evaluación visual de la tasa de permeabilidad de los horizontes del suelo La permeabilidad de los distintos horizontes del suelo se puede evaluar mediante el estudio visual de determinadas características del suelo, que, según han demostrado los edafólogos, guardan estrecha relación con las clases de permeabilidad. El factor más importante para evaluar la permeabilidad del suelo es la estructura, su tipo, grado y características de agregación, tales como la relación entre la longitud de los ejes horizontal y vertical de los agregados y la dirección y el grado del traslapo. Si bien ni la textura del suelo ni las manchas de color constituyen por sí solas indicios confiables, estas propiedades del suelo también pueden ayudar a estimar la permeabilidad cuando se les considera conjuntamente con las características estructurales. Para evaluar visualmente la permeabilidad de los horizontes de suelo, haga lo siguiente:  

Examine un perfil de suelo no alterado en una calicata; Determine los horizontes de suelo presentes;

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 

Utilizando el anexo No. 9, evalúe la clase de permeabilidad que corresponde a cada horizonte y estudie cuidadosamente las características estructurales del suelo; Confirme sus resultados mediante las demás propiedades del suelo que figuran en el anexo No. 10.

2.14 Introducción al problema de la capacidad de carga en suelos Para visualizar objetivamente el problema de capacidad de carga en suelos resulta útil el análisis del método mecánico que se presenta a continuación, debido a Khristianovich. Considérese una balanza ordinaria, cuyo desplazamiento está restringido por fricción en las guías de los platillos, tal como se muestra en la figura 6.

Fig. 6. Modelo de Khristianovich

Si un peso suficientemente pequeño se coloca en un platillo, la balanza permanece en equilibrio, pues la fricción en las guías puede neutralizarlo; en cambio, si el peso colocado es mayor que la capacidad de las guías para desarrollar fricción, se requerirá, para el equilibrio, un peso suplementario en el otro platillo. Se entenderá por equilibrio crítico de la balanza, la situación en que esta pierde su equilibrio con cualquier incremento de peso en uno de sus platillos, por pequeño que éste sea. Una balanza muy ligera, en comparación con los pesos manejados, representa un método sin peso propio; una balanza relativamente pesada respecto a los pesos de sus platillos representará un medio también pesado. La estabilidad de cimentaciones puede ilustrarse con el siguiente problema planteado en la balanza. En el platillo derecho existe P y se requiere conocer Q1 que debe colocarse en el platillo izquierdo, para tener la balanza en equilibrio crítico. Es evidente que este problema tiene dos soluciones; una corresponde a un Q<P y la otra, por lo contrario, a un Q>P. las alternativas del equilibrio en estos dos casos ocurren con movimientos diferentes, ilustrados en dos casos a) y b) de la figura 6.

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Considérese ahora el caso de una cimentación. Un cimiento de ancho, B, esta desplazado a una profundidad D, dentro de un medio continuo, figura 7. El problema de una cimentación seria encontrar la carga q, máxima, que puede ponerse en el cimiento, sin que se pierda la estabilidad del conjunto. La correspondencia con la balanza puede Visualizarse, haciendo coincidir un platillo con El cimiento, tal como se ve en la figura 7. Fig. 7. Correspondencia de un cimiento con la balanza de Khristianovich.

El otro platillo está dentro del terreno natural. Es evidente que la presión q que puede ponerse en el platillo, p = γDf, puesto que la resistencia del suelo, representada en el modelo por la fricción en las guías, está trabajando a favor del q. Este caso corresponde entonces al de la figura 6-b, en que Q>P. El caso a) de la figura 6, en que Q<P, corresponde al de una excavación. Ahora “q” es nulo, pero conforme se profundiza la excavación las cosas suceden como si se bajase el nivel de la balanza de la figura 7, con la consecuencia del aumento de la presión “p”. Es evidente que existirá una profundidad critica tal que, al tratar de aumentar la excavación, el fondo de esta se levantara como el platillo de la balanza lo haría. Este es el fenómeno de falla de fondo, frecuentemente reportado en las obras reales. 2.15 Teorías de capacidad de carga en suelos 2.15.1 Teorías de capacidad de carga en cimentaciones superficiales Las diversas teorías de capacidad de carga en suelos que se han desarrollado, intentan evaluar de manera realista la función de las propiedades mecánicas del suelo; como el problema es complejo, es necesario hacer hipótesis simplificadoras del comportamiento del suelo. Las hipótesis comunes a la mayoría de las teorías de capacidad de carga desarrolladas con base en la teoría de la plasticidad son: 1. El suelo es homogéneo e isótropo (Hipótesis común a la Teoría de la Elasticidad). Esta hipótesis busca la simplicidad matemática y física; en la práctica, algunos suelos se acercan más a esta hipótesis que otros; los suelos estratificados o aquéllos cuyas propiedades en dirección vertical y horizontal difieren mucho, son los que se separan más de esta suposición.

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2. No se consideran efectos en el tiempo (Hipótesis común a la Teoría de la Elasticidad). En las arenas esta hipótesis es bastante satisfactoria, tanto en lo referente a compresibilidad como a resistencia y aún en lo referente a las curvas esfuerzo – deformación. En las arcillas el efecto del tiempo es de mayor importancia y a la fecha existen muchas incertidumbres al respecto. Sin embargo, en las aplicaciones prácticas el estudiar las condiciones más desfavorables de la vida de la estructura, para tomarlas como criterio de proyecto, proporciona una norma que permite superar sin peligro mucho de la ignorancia que se tiene. 3. No se consideran fenómenos de histéresis en la curva esfuerzo – deformación. El aceptar esta hipótesis en los suelos conduce, aparentemente a fuertes desviaciones de la realidad; sin embargo, en la práctica, la situación se arregla considerando en una curva esfuerzo – deformación que contenga tramos de carga y descarga, una ley particular para el primero y otra diferente, para el segundo. Lo anterior es posible y aceptable dado que los casos prácticos más frecuentes, en la Mecánica de Suelos aplicada, corresponden o bien a un problema de carga o bien a uno de descarga, bien definidos. 4. No se consideran efectos de temperatura. Dada la pequeña variación de temperatura que afecta a los suelos reales, se considera hoy que esta hipótesis no introduce ninguna desviación seria en los análisis. Casos especiales como la acción de helada, se estudian en la Mecánica de Suelos actual.

2.15.2 Suelos puramente cohesivos La resistencia al esfuerzo cortante de los suelos arcillosos está dada por s = c; si se supone que el suelo lateral al suelo que soporta a la cimentación no contribuye a la capacidad de carga, caso de compresión no confinada (compresión simple), la carga crítica (qmáx.) que puede aplicarse es: qmax. = 2c

Con la teoría de la elasticidad se puede determinar el estado de esfuerzos en un medio semi-infinito, homogéneo, isótropo y elástico lineal, cuando se aplica al medio una carga uniformemente distribuida sobre una banda de ancho 2b y de longitud infinita figura 8.

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Fig. 8. Esfuerzos cortantes máximos bajo una banda de longitud infinita.

En teoría de la Elasticidad se puede demostrar que para la condición de carga mostrada, los máximos esfuerzos cortantes inducidos en el medio valen q/π y ocurren en puntos cuyo lugar geométrico es el semicírculo mostrado de diámetro 2b. La solución corresponde a un estado de esfuerzos estáticamente admisible, siempre y cuando el valor de τmáx No sobrepase el valor de la resistencia del material, supuesta igual a la cohesión (condición necesaria para que no haya fluencia en ningún punto del medio), por lo anterior: τmáx. = c = q/π;

Se sigue que: qmáx. = πc

Aplicando el análisis límite a los problemas de capacidad de carga en suelos puramente cohesivos, aplicaremos el Método Sueco. Considérese una superficie de falla circular con centro en O, extremo del área cargada y radio 2b, igual al ancho del cimiento figura 9.

Fig. 9. Análisis de capacidad de carga considerando una superficie de falla circular

El momento motor que tiende a provocar el giro del suelo de cimentación como cuerpo rígido sobre la superficie de deslizamiento, es: M = qmáx. × 2b × b = 2qmáx. b^2

El momento resistente, que se opone al giro, es producido por la “cohesión” del suelo y vale: R = 2πb × 2b × c = 4 πc b^2

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Al comparar el momento motor con el momento resistente, se define que para el círculo analizado, la carga máxima que se puede aplicar al cimiento sin que ocurra la falla es: qmáx. = 2πc = 6.28 c

En realidad puede demostrarse que el círculo analizado no es el más crítico; si se escoge el centro en O’ sobre el borde del área cargada (figura 4), puede probarse que existe un círculo más crítico que todos, para el cual: qmáx. = 5.5 c

2.15.3 La solución de Prandtl Prandtl en 1920 estudió el problema de la identación de un medio semi-infinito, homogéneo, isótropo y rígido plástico perfecto, por un elemento rígido de longitud infinita de base plana. Considerando que el contacto entre el elemento y el medio era perfectamente liso, propuso el mecanismo de falla que se ilustra en la figura 10. El problema consiste en determinar la máxima Presión que puede aplicarse al elemento rígido sin que penetre en el medio Semi-infinito; a este valor se le denomina “carga Límite”. Fig. 10. Solución de Prandtl

La superficie AB es un plano principal, por no existir en ella esfuerzos cortantes (plano liso). Las superficies AC y BD son superficies libres, exentas de todo esfuerzo y, por lo tanto, también son planos principales. Con base a lo anterior, más la intuición de que los esfuerzos normales horizontales a lo largo de AC y BD, inducidos por la presión del elemento, son de compresión, se deduce que para tener un estado de falla incipiente en la vecindad de dichas superficies se requerirá que el esfuerzo de compresión mencionado deba tener un valor de 2c. En efecto, siendo el medio un sólido de resistencia constante igual a c, un elemento vecino a la superficie AC o BD está en condición análoga a la que se tiene en una prueba de compresión simple, en la cual la resistencia es qmáx. = 2c. Haciendo uso de la teoría de los cuerpos perfectamente plásticos se encuentra que la región ACE es una región de esfuerzos constantes, iguales a la compresión horizontal mencionada en el párrafo anterior; igualmente, la región AGH es también de esfuerzos constantes. La transición entre ambas regiones es una zona de esfuerzos cortantes radial (AEH). Con estos estados de esfuerzos, Prandtl calculó que la presión límite que puede ponerse en la superficie AB está dada por el valor: 74


qmáx. =

+ 2)c

Prandtl consideró que la región ABH se incrusta como cuerpo rígido, moviéndose verticalmente como si fuera parte del elemento rígido. La solución anterior, es la base de todas las Teorías de Capacidad de Carga que se han desarrollado para aplicarse a los suelos. 2.15.4 La solución de Hill Hill presentó una solución alternativa a la de Prandtl, la cual se describe a continuación: En la figura 11, se muestra el mecanismo de falla propuesto, en el que las regiones AGC y AFD son de esfuerzos constantes y la región AFG es de esfuerzos radiales. Se supone que el elemento rígido desciende con velocidad unitaria, se puede demostrar que la zona ACG debe desplazarse como cuerpo rígido en la dirección de CG; análogamente los puntos de la región se mueven en la dirección FD; la zona radial se mueve en todos sus puntos de manera tangente a los círculos de deslizamiento. Con base a en su mecanismo de falla, Hill calculó la presión límite que el elemento rígido puede transmitir sin identarse en el medio y obtuvo el mismo valor que Prandtl. En el caso de que la superficie del medio no fuese horizontal, sino que Fig. 11. Solución de Hill adoptase la forma que aparece en la figura 12, la presión máxima es: qmáx. = 2c (1 + θ)

La expresión anterior tiene como límites qmáx. = 2c, para θ = 0, caso de una prueba de compresión simple y resultado de ella obtenido y qmáx. = (π + 2)c, para θ = 90°, que corresponde a superficie horizontal en el medio semi – infinito.

Fig. 12. Cuña truncada sujeta a identacion

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2.15.5 La teoría de Terzaghi. Esta teoría es uno de los primeros esfuerzos por adaptar a la mecánica de suelos, los resultados de la mecánica del medio continuo. La teoría cubre el caso más general de suelos con “cohesión y fricción”. La teoría de Terzaghi es posiblemente la más usada para el cálculo de la capacidad de carga en el caso de cimientos poco profundos. La expresión cimiento poco profundo se aplica al caso en que el ancho B es igual o mayor que la distancia vertical de la superficie del terreno natural y la base del cimiento (profundidad de desplante Df). en estas condiciones Terzaghi despreció la resistencia al esfuerzo cortante arriba del nivel de desplante del cimiento. Supuso que el terreno sobre la base del cimiento solo produce un efecto que puede representarse por una sobrecarga q = γDf, actuante precisamente en un plano horizontal que pase por la base del cimiento, en donde γ es el peso específico del suelo figura 13.

Fig. 13. Equivalencia del suelo sobre el nivel de desplante de un cimiento con una sobrecarga debida a su peso.

Con base en los estudios de Prandtl, para el caso de un medio puramente cohesivo, extendidos para el caso de un suelo cohesivo y friccionante, Terzaghi propuso el mecanismo de falla que se muestra en la figura 14, para un cimiento poco profundo, de longitud infinita.

Fig.14. Mecanismo de falla de un cimiento continuo poco profundo según Terzaghi.

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La zona I es una cuña que se mueve como cuerpo rígido con el cimiento, Verticalmente hacia abajo. La zona II es de deformación tangencial radial; la frontera AC de esta zona forma con la horizontal el ángulo φ, cuando la base del cimiento es rugosa; si fuera idealmente lisa, dicho ángulo sería 45 + φ/2. La frontera AD forma un ángulo de 45 - φ/2 con la horizontal, en cualquiera de los dos casos. La zona III es una zona de estado plástico pasivo de Rankine. La penetración del cimiento en el terreno solo será posible si se vencen las fuerzas resistentes que se oponen a dicha penetración; éstas comprenden al efecto de la cohesión en la superficie AC y la resistencia pasiva del suelo desplazado, actuante en dichas superficies. Despreciando el peso de la cuña I y considerando el equilibrio de fuerzas verticales, Terzaghi dedujo una expresión para determinar la presión máxima que puede aplicarse al cimiento por unidad de longitud, sin provocar su falla; es decir, la capacidad de carga última del cimiento; dicha expresión es: qu = cNc + γ1DfNq + ½γ2BNγ

dónde: qu es la capacidad de carga última del cimiento; c es la cohesión del suelo de soporte; γ1 es el peso específico del suelo suprayacente a la base del cimiento; γ2 es el peso específico del suelo subyacente a la base del cimiento; Df es la profundidad de desplante, medida verticalmente desde la superficie del terreno natural a la base del cimiento; B es el ancho del cimiento; Nc, Nq y Nγ son coeficientes adimensionales que dependen solo del ángulo de fricción interna φ del suelo y se denominan “factores de capacidad de carga”, debidos a la cohesión, a la sobrecarga y al peso del suelo respectivamente. Los factores de capacidad de carga se obtienen de la figura 15, en forma gráfica.

Fig. 15. Factores de capacidad de carga para aplicación de la teoría de Terzaghi.

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La expresión de capacidad de carga última presentada anteriormente, supone, según el mecanismo de falla propuesto, que al ir penetrando el cimiento en el suelo se va produciendo cierto desplazamiento lateral de modo que los estados plásticos desarrollados incipientemente bajo la carga se amplían hasta los puntos E y E’, en tal forma, que en el instante de la falla, trabaja toda la longitud de la superficie de falla al esfuerzo límite; a este mecanismo se le conoce como “falla general”. Sin embargo, en materiales granulares sueltos (compacidad relativa < 70 %) o arcillosos blandos, la deformación se incrementa significativamente para cargas cercanas a la de falla, Terzaghi consideró que al penetrar el cimiento no logra desarrollarse el estado plástico a lo largo de toda la longitud de la superficie de falla, sino que la falla ocurre antes, a carga menor, debido al nivel de asentamiento alcanzado en el cimiento, lo cual, para fines prácticos equivale a la falla del mismo. A este tipo de falla Terzaghi lo denominó “falla local”. 2.15.6 Capacidad de carga última, falla local. Para determina la capacidad de carga última con respecto a la falla local, Terzaghi corrigió su teoría de un modo sencillo, introduciendo nuevos valores de c y φ en la siguiente forma: c’ =2/3 c tanφ’ = 2/3 tanφ

Por lo anterior, la expresión de la capacidad de carga última respecto a la falla local está dada por la expresión: qu = 2/3 cN’c + γ1DfN’q + ½γ2BN’γ

La teoría de Terzaghi se refiere únicamente a cimientos continuos (longitud infinita). Para el caso de cimientos cuadrados o circulares (tan frecuentes en la práctica), no existe ninguna teoría, ni aún aproximada. Terzaghi propuso las siguientes fórmulas: Zapata cuadrada qu = 1.3cNc + γ1DfNq + 0.4γ2BNγ

Zapata circular qu = 1.3cNc + γ1DfN’q + 0.6γ2RN’γ

Dónde: R es el radio del cimiento.

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En lo referente a modos de falla, Vesic describe tres tipos bajo un cimiento. Los denomina falla por corte general, por corte local y por punzonamiento figura 16. Fig. 16. Formas de falla por capacidad de carga.

En la parte a aparecen el mecanismo de falla por corte general., que se caracteriza por un patrón bien definido, con una superficie de deslizamiento continua desde un borde de la cimentación hasta la superficie del terreno en el lado opuesto. Cuando se efectúa una prueba de carga, con carga controlada, ocurre una falla súbita y catastrófica, con una inclinación subdistancial del cimiento. Cuando la prueba se hace con desplazamiento controlado, por ejemplo, aplicando la carga con un gato, se observa que se define una carga máxima correspondiente a un desplazamiento pequeño y que aquella disminuye substancialmente, cuando los desplazamientos siguen creciendo. Para ambos modos de prueba se observa una expansión del suelo a los lados del cimiento, aunque el colapso final ocurre de un solo lado. Este tipo de falla es característico de las arenas compactadas, cuando el cimientos esta desplantado a poca profundidad; es decir, cuando los niveles de esfuerzos aplicados son bajos. Este tipo de falla es similar al mecanismos de falla general descrito por Terzaghi. En la parte c de la figura 16. Se tiene el mecanismo de falla por, punzonamiento, que contrasta agudamente con el anterior. Esta falla se caracteriza por un patrón que no es fácilmente observable; al aumentar la carga, el movimiento vertical de la cimentación se debe a una compresión volumétrica del suelo bajo ella y cuando la penetración aumenta ocurre una ruptura vertical, por corte alrededor del cimiento. La superficie del suelo es torno al cimiento casi no se altera, por la que no se observa movimientos previos a la ruptura. Al seguir aumentando la carga, se sigue manteniendo el equilibrio del cimiento, tanto vertical, como horizontalmente y no llega a producirse un colapso visible, al excepción hecha de pequeña asentamientos bruscos del cimiento. Si se quiere mantener creciente el asentamiento, es preciso un aumento también continuo de la carga vertical.

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En la parte b de la figura 16. Se esquematiza la falla por corte local, caso intermedio entre los dos extremos antes descritos. Esta falla se caracteriza por un mecanismo que solo se define con claridad bajo la cimentación y que consiste en una cuña y superficies de deslizamiento, que empiezan en los bordes de la zapata, como en el caso de la falla general, pero que se pierde en algún punto más próximo al cimiento, sin llegar a desarrollarse nítidamente hasta la superficie del terreno; en este tipo de falla existen una marcada tendencia al bufamiento del terreno a los lados del cimiento, pero este es menor que en la falla general; también se define claramente un asentamiento del cimiento, aunque menos que en la falla por punzonamiento. Solo en el caso de una desplazamiento vertical considerable del cimiento, del orden de la mitad, por lo que menos, puede a ocurrir que las superficies de desplazamiento lleguen a aflorar a la superficie del suelo, pero aun en este caso no se produce colapso catastrófico, ni inclinación del cimiento y al seguir aumentando la carga, aquel se empotra, movilizando la resistencia de estratos más profundo del suelo. Este tipo de falla representa realmente un tipo de transición entre los otros dos previamente descritos, poseyendo características de ambos. En un caso real, el tipo de falla que debe esperarse depende de varios factores no del todo dilucidados al movimiento. Vesic afirma que, en términos generales, el tipo de falla depende de la compresibilidad del suelo, de las condiciones geométricas y de la condición de carga y atribuye a la compresibilidad la responsabilidad principal, tanto en arenas, como en arcillas saturadas, normalmente consolidadas. Cuando el suelo es incompresible bajo el cimiento se desarrollada, según Vesic, una falla general y cuando es compresible, una por punzonamiento. 2.15.7 Resumen de recomendaciones El criterio para señalar a una teoría como apropiada para un caso dado obedece tanto a la confiabilidad de la teoría en sí, de acuerdo con los resultados de sus aplicaciones prácticas, como a la sencillez de aplicación. 1. La teoría de Terzaghi es recomendable para toda clase de cimentaciones superficiales en cualquier suelo, pudiéndose aplicar con gran confiabilidad hasta el límite Df ≤ 2B. 2. La teoría de Skempton es apropiada para cimentaciones en arcilla cohesiva (φ=0), sean superficiales o profundas, incluyendo el cálculo de capacidad de carga en cilindros y pilotes. 3. Puede usarse la teoría de Meyerhof para determinar la capacidad de carga de cimientos profundos en arenas y gravas, incluyendo cilindros y pilotes, aunque ejerciendo vigilancia cuidadosa, ya que en ocasiones se ha observado que proporciona valores muy altos con respecto a los prudentes.

80


2.16 Muestreo La cantidad de material que constituye una muestra, debe ser suficiente para realizar todas las pruebas de laboratorio y aun repetir las incorrectas o aquellas cuyos resultados sean dudosos. En general conviene formar muestras de 40 a 50 kg. El siguiente esquema de una idea de c贸mo se reparte una muestra en el laboratorio y de las cantidades que se necesitan para cada prueba.

50 KG.

25 kg.

3 kg.

3 kg.

PROCTOR

COMPRESION TRIAXIAL

10 kg.

0.5 kg.

ANALISIS GRANULOMETRICO

PERMEABILIDAD

1 kg. DENSIDAD

0.5 kg.

1 kg.

LIMITES DE CONSISTENCIA

CONSOLIDACION

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2.16.1 Muestreo de suelo Para la clasificación preliminar de un suelo, ó para determinar sus propiedades en el laboratorio, es necesario contar con porciones ó muestras del mismo. En cuanto al propósito con el que se toman las muestras, éstas se clasifican en muestras de inspección y de laboratorio. De las primeras sólo se requiere que sean representativas; en cambio, las muestras destinadas a estudios de laboratorio deben llenar una serie de requisitos sobre tamaño, método de obtención, embarque, etc. Tanto las muestras de inspección como de laboratorio pueden ser inalteradas, cuando se toman todas las precauciones para procurar que la muestra esté en las mismas condiciones en que se encuentra en el terreno del cual procede y alteradas en caso contrario. Muestreo: Consiste en la obtención de una porción del material con el que se pretende construir una estructura o bien del material que ya forma parte de la misma, de tal manera que las características de la porción obtenida sean representativas del conjunto. El muestreo, además, incluye las operaciones de envase, identificación y transporte de las muestras. El muestreo comprende dos tipos de muestras: Muestras alteradas, son aquellas que están constituidas por el material disgregado o fragmentado, en las que no se toman precauciones especiales para conservar las características de estructura y humedad; no obstante, en algunas ocasiones conviene conocer el contenido de agua original del suelo, para lo cual las muestra se envasan y transportan en forma adecuada. Las muestras alteradas, de suelos podrán obtenerse de una excavación, de un frente, ya sea de corte o de banco o bien, de perforaciones llevadas a profundidad con herramientas especiales. Las muestras deberán ser representativas de cada capa que se atraviese, hasta llegar a una profundidad que puede corresponder al nivel más bajo de explotación, al nivel de aguas freáticas o aquél al cual sea necesario extender el estudio. El peso mínimo de la muestra será de 40 Kg. Que es la cantidad de suelo que comúnmente se requiere para realizar las pruebas en materiales de terracerías; esta cantidad deberá obtenerse de una muestra representativa mediante el procedimiento de cuarteo. El espaciamiento de los sondeos y el número de muestras que se tomen deberán estar de acuerdo con la homogeneidad del suelo y el tipo de estudio de suelo de que se trate. En suelos que se presenten pocas variaciones en sus características, el espaciamiento de los sondeos será mayor que en los suelos heterogéneos. Igualmente, en los estudios preliminares el espaciamiento será mayor que en los estudios definitivos. Muestras inalteradas, que son aquellas en las que se conserva la estructura y la humedad que tiene el suelo en el lugar donde se obtenga la muestra. 82


Las muestras inalteradas se obtendrán de suelos finos que puedan labrarse sin que se disgreguen. La obtención puede efectuarse en el piso o en las paredes de una excavación, en la superficie del terreno natural o en la de una terracería. La extracción para obtener la muestra deberá de ser de dimensiones tales que permitan las operaciones de labrado y extracción de la misma. Muestreo superficial El muestreo a cielo abierto debe considerarse como el más satisfactorio para conocer las condiciones del subsuelo. Los bancos de préstamo se muestran, generalmente, abriendo pozos o zanjas con pico y pala o con la ayuda de medios mecánicos, y labrando calas en las paredes o en el fondo de la excavación. Las palas de postear y las posteadoras mecánicas permiten obtener muestras alteradas, pero representativas del suelo, pero sin hacer excavaciones. Se describen a continuación los principales procedimientos de muestreo superficial, cuyos principios se aplican fácilmente a métodos de muestreo por medios mecánicos. Independientemente del método empleado, es importante anotar todas las observaciones realizadas sobre el material Insitu en un registro de campo. Equipo para pozos a cielo abierto.     

Pico y pala. Barra de metal Cinta métrica Costales, bolsas o cajones Etiquetas

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CAPITULO 3. METODOLOGÍA


3.1 Descripción de obtención de muestras El método de muestreo empleado para la extracción de las muestras de este proyecto fue: método superficial. El procedimiento utilizado para este proyecto fue tanto en campo como de laboratorio, en cuanto a campo, se determinó un área, misma en la que se seleccionaron 5 sondeos de aproximadamente 1.50 metros de profundidad dentro de esta área, para su debida extracción de muestras representativas, para lo cual al realizar cada sondeo se empleó maquinaria, imagen 10, y facilitar la excavación llegando a la profundidad mencionada anteriormente, a excepción del sondeo numero 2 ya que este se excavo a una profundidad de 1.20 metros, debido a que se encontró un estrato de roca, mismo en el que se siguió excavando después de los 1.20 metros, este aún seguía presentando un estrato de roca, imposibilitando así la extracción de muestra de suelo. Al momento de la extracción de las muestras representativas de suelo, imagen 12, estas se realizaron de manera manual utilizando herramienta tal como barra de metal, pala, pico y cinta métrica, imagen 11. Una vez obtenidas las muestras, se colocaron en bolsas de plástico para su transportación a laboratorio del Instituto Tecnológico de Matehuala. Al estar todas las muestras de cada sondeo en el laboratorio, se prosiguió a realizar las pruebas, las cuales se dividieron en dos partes, la primera, se realizaron pruebas a muestras extraídas del fondo de cada sondeo, y la segunda, fueron pruebas que se llevaron a cabo a cada uno de los estratos que componen cada uno de los sondeos. La única prueba de campo que se realizo fue la de permeabilidad en campo, misma que se hizo en solo dos sondeos, los cuales fueron en el sondeo 4 y sondeo 5. A continuación se hace la descripción morfológica cada uno de los sondeos, describiendo la cantidad de estratos que presentan estos, el espesor y una descripción in situ.

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Imagen 10. Excavaci贸n de sondeo con Maquinaria

Imagen 11. Extracci贸n de muestra

Imagen 12. Muestra representativa de suelo a estudiar

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3.2 Descripción morfológica de los sondeos

DESCRIPCIÓN MORFOLÓGICA DEL PERFIL 1, SONDEO 1.

Estado: San Luis Potosí. Municipio: Matehuala. Coordenadas: 330567.41 / 2617016.25 Altitud: 0000.00 Profundidad: 1.50 metros. Utilización: Agricultura. Clima: Seco semicalido. Estratos: 2

1

2

ESTRATO

PROFUNDIDAD en cm

DESCRIPCIÓN

1

0 - 120

Capa vegetal, color en seco: gris cafesaceo claro; en húmedo: café grisáceo obscuro. Textura granular (limo-arcilloso). Se observan raíces.

2

120 - 150

Color en seco: beige claro; En húmedo: beige amarillento obscuro. Textura arcillosa mezclado con arena y poca grava.

87


DESCRIPCION MORFOLOGICA DEL PERFIL 2, SONDEO 2.

Estado: San Luis Potosí. Municipio: Matehuala. Coordenadas: 330440.09 / 2617041.98 Altitud: 0000.00 Profundidad: 1.20 metros. Utilización: Agricultura. Clima: seco semicalido. Estratos: 2

1

2

ESTRATO

PROFUNDIDAD en cm

DESCRIPCIÓN

1

0 - 90

Capa vegetal, color en seco: gris cafesáceo claro; En húmedo: café grisáceo obscuro. Textura granular (Limo-arcilloso) Mezclado con un poco de arena. Se observan raíces.

2

90 - 120

Composición en su mayoría de arena y grava y escasa cantidad de arcilla y limo. Nula extracción de muestra para estudio, debido a la gran cantidad de grava.

OBSERVACIONES: en este sondeo se alcanzó una profundidad de 1.20 metros encontrando un estrato de roca, excavando 30 cm. mas, continuaba dicho estrato, impidiendo así la extracción de la muestra representativa de suelo para su estudio.

88


DESCRIPCION MORFOLOGICA DEL PERFIL 3, SONDEO 3.

Estado: San Luis Potosí. Municipio: Matehuala. Coordenadas: 330624.220 / 2617092.96 Altitud: 0000.00 Profundidad: 1.50 metros Utilización: Agricultura. Clima: Seco semicalido Estratos: 2

1

2

ESTRATO 1

PROFUNDIDAD en cm 0 - 85

DESCRIPCIÓN Capa vegetal, color en seco: gris cafesáceo claro; En húmedo: café grisáceo obscuro. Textura granular (Limo-arcilloso). Se

observan raíces. 2

85 - 150

Color en seco: beige claro; En húmedo: beige amarillento obscuro. Textura arcillosa mezclado con arena y poca

grava.

89


DESCRIPCION MORFOLOGICA DEL PERFIL 4, SONDEO 4.

Estado: San Luis Potosí. Municipio: Matehuala. Coordenadas: 330497.37 / 2617117.66 Altitud: 0000.00 Profundidad: 1.5 metros Utilización: Agricultura. Clima: Seco semicalido. Estratos: 2

1

2

ESTRATO 1

PROFUNDIDAD en cm 0 - 110

DESCRIPCIÓN Capa vegetal, color en seco: gris cafesáceo claro; En húmedo: café grisáceo obscuro. Textura granular (Limo-arcilloso). Se

observan raíces. 2

110 - 150

Color en seco: beige claro; En húmedo: beige amarillento obscuro. Textura arcillosa mezclado con arena y poca

grava.

90


DESCRIPCION MORFOLOGICA DEL PERFIL 5, SONDEO 5.

Estado: San Luis Potosí. Municipio: Matehuala. Coordenadas: 330374.34 / 2617139.73 Altitud: 0000.00 Profundidad: 1.5 metros Utilización: Agricultura. Clima: Seco semicalido. Estratos: 3

1

2

3

ESTRATO 1

PROFUNDIDAD en cm 0 - 50

DESCRIPCIÓN Capa vegetal, color en seco: gris cafesáceo claro; En húmedo: café grisáceo obscuro. Textura granular (Limo-arcilloso). Se

observan raíces. 2

50 - 70

Color en seco: beige muy claro; En húmedo: beige amarillento claro. Textura granular-arcillosa

(Caliche). 3

70 - 150

Color en seco: beige claro; En húmedo: beige amarillento obscuro. Textura arcillosa mezclado con arena y poca

grava.

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CAPITULO 4. PRUEBAS DE LABORATORIO Y DE CAMPO Para los resultados de las siguientes pruebas, se basara a modo de ejemplo en el sondeo 1.


4.1 Determinación de la granulometría 4.1.1 Análisis por mallas (vía seca) Equipo: Juego de mallas, en orden descendente. Balanza de torsión de 0.1 gr. aproximadamente. Horno de temperatura constante de 105°C. Capsulas de porcelana. Brocha. Marro de hule. Procedimiento. 1.- Se obtiene el peso total de la muestra húmeda tal como llega del campo. 2.- Se vacía la muestra sobre la charola y se separa la grava con la mano o con la ayuda de una malla. 3.- Se desmoronan cuidadosamente los grumos de material con un mazo de hule para evitar romper los grumos. 4.- Se pone en una capsula una muestra (200 gr. Aproximadamente) de material que ha pasado la mala N° 4 (4.69 mm.) para determinar su humedad o contenido de agua inicial. 5.- Se pesa en la balanza de torsión el material en estado húmedo, anotando el número de la capsula; se introduce con un horno de secado a temperatura (105°C); después de 12 o más horas de permanencia en él, se deja enfriar la capsula y tierra en un desecador y finalmente se pesa. La relación: Peso húmedo con capsula – peso seco con capsula Peso seco con capsula – peso capsula

es el contenido de agua o porcentaje de humedad (W).

93

X 100


6.- Se coloca el juego de mallas en orden progresivo de la 1 ¼” (31.5 mm.) a la N° 200 (0.074 mm.) y al final la charola vaciando el material, previamente pesado, en seguida se coloca la tapa. Se agita todo el juego de mallas horizontalmente, con movimiento de rotación, y verticalmente con el aparato Ro-tap, especialmente diseñado para esta operación. El tiempo de agitado depende de la cantidad de finos de la muestra, peso, por lo general, no debe ser menor de 15 minutos. Imagen 13.

Imagen 13. Juego de mallas y parato Ro-tap

7.- Se pesan las porciones retenidas en cada malla y en la charola del fondo, imagen 14, anotando las cantidades en el registro de cálculo (lámina 3), se calculan los porcentajes del material retenido en cada malla respecto del peso seco de la muestra original. Se anotan en el registro, columna “% parcial retenido”. A las partículas que se detienen entre los hilos de la malla, no hay que forzarlas a pasar a través de ella; inviértase ésta y con la ayuda de una brocha o un cepillo de alambre, despréndase y agréguense al resto del material retenido. % parcial retenido =

peso retenido X 100 Peso total de la muestra

Imagen 14. Porción retenida y pesada

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8.- Se determinan los porcentajes acumulados del material que ha pasado por cada malla, restando de 100% el porcentaje parcial retenido en la primera malla. A este valor se le resta el porcentaje parcial retenido en la segunda malla y así sucesivamente. 9.- Con los valores obtenidos en las columnas de “% acumulativo que pasa”, se construye la gráfica correspondiente. (Lámina 4). 4.1.2 Decantación separada (vía húmeda) Equipo: Cilindro de sedimentación con las siguientes características: Diámetro interior de 5 cm., Altura de 55 cm., marca de aforo a 1,000 cm3., orificio de 2.38 mm de diámetro, 20 cm. debajo de la marca de 1,000 cm3., tapón de madera para el orificio. Matraz graduado de 100 cm3. Cronometro. Balanza, aproximación de 0.01 gr. Horno de temperatura constante de 105°C. Malla N°200 (0.074 mm.). Capsulas de porcelana. Bote. Pipeta. Espátula. Defloculante (bicarbonato de sodio). Procedimiento 1.- Se toman aproximadamente 500 gramos del que ha pasado por la malla N° 4 (4.69 mm.) y se desmoronan con el mazo de hule. Se deja remojar el material en una charola con agua, de 12 a 24 horas; después se vacía su contenido en la malla N° 200 (0.074 mm.), colocado sobre un bote para recoger todo el material fino. 2.- Se deja reposar la suspensión contenida en el recipiente, durante 24 horas por lo menos, para que se asienten los sólidos y después se extrae el agua por medio de un sifón. Debe procederse con mucho cuidado al operar con el sifón, para evitar arrastres del material decantado. 3.- El material asentado en el bote se recoge en una capsula y se mete al horno para tener los sólidos secos. 4.- Una vez seco el material, se deja enfriar dentro de un desecador. Después se pesan 100 gr. Para hacer el análisis granulométrico, si el material es arenoso; y 50 gr. si es arcilloso. 5.- Teniendo cuidado de no perder el material, una vez pesado, se coloca en una capsula de porcelana y se le agregan 20 cm3 del defloculante (solución de oxalato 95


de sodio o de silicato de sodio al 5 %), y el agua necesaria para cubrir los sólidos dentro del recipiente. 6.- Se vacía la suspensión en el cilindro de sedimentación, lavando la capsula para remover todos los finos. Después se le añade agua hasta la marca de 1,000 cm3. Imagen 15.

Imagen 15. Vaciado de material en cilindro de sedimentación

7.- Se agita el cilindro vigorosamente durante un minuto, cubriendo con la palma de la mano el extremo abierto del mismo. Imagen 16.

Imagen 16. Agitación de material.

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8.- Se pone el cilindro en una mesa banco firme, protegido de cambios bruscos de temperatura. Después de 9 minutos de intervalo se quita el tapón del agujero de drenaje y se extraen 100 cc de suspensión en la probeta graduada. Imagen 17 a) y b).

Imagen 17. a) Extracción de material suspendido.

b) 100 cc extraídos.

9.- Se vierten los 100 cm3 de suspensión en una capsula. Se deja evaporar el agua en un horno o estufa, imagen 18. Después de evaporarse el líquido y enfriarse, se pesa el sedimento con una aproximación de 0.01 gr. (Lámina 8), imagen 19.

Imagen 18. Evaporación y sedimento obtenido

Imagen 19. Peso del sedimento obtenido

10.- Se repone el agua necesaria para enrasar la marca de 1,000 cm3 en el cilindro de sedimentación y se procede del modo indicado en 7, 8 y 8, para otros diámetros de partículas. Con los pesos secos obtenidos, se calculan los porcentajes correspondientes a cada diámetro de partícula. (Lámina 8).

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4.2 Límites de consistencia o de atterberg

Preparación de la muestra Equipo: Malla N°4 (4.69 mm.) y N°40 (0.425 mm.) Vaso de precipitados. Espátula. Capsulas de porcelana. Las muestras de consistencia se hacen solamente con la fracción de suelo que pasa por la malla N°40 (0.425 mm.). Para determinar cuál proceso conviene, se seca al horno una muestra húmeda de material y se presiona con los dedos. Si se desmorona fácilmente, se usara el método se separación en seco (indica que el material es areno-limoso o limoso). En cambio, si la muestra ofrece considerable resistencia y los gramos no pueden separarse, se requiere hacer la preparación con ayuda del agua (indica que el material es arcilloso). Método seco 1.- Del material que pasa la malla N°4 (4.69 mm.), se desmenuzan 150 gr. mortero, teniendo cuidado de no llegar a romper los granos. 2.- Se pasa el material a través de la malla N°40 (0.425 mm.), desechando el que quede retenido. 3.- Se pone en una capsula el material que ha pasado por dicha malla. 4.- Se satura la muestra con agua y, con una espátula de cuchillo, se mezcla perfectamente hasta obtener una pasta suave y espesa. 5.- Se guarda la muestra humedecida en un vaso de precipitados durante 24 horas mínimo para que la humedad se distribuya uniformemente en todos los granos del suelo. Imagen 20.

Imagen 20. Saturación de muestra

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Método húmedo Cuando convenga aplicar este método, se sigue el mismo procedimiento que se usa en el análisis granulométrico por vía húmeda, con la diferencia que, en vez de utilizar la malla N°200 (0.074 mm.), se utiliza la N°40 (0.425 mm.) y el material que se recoge no se introduce en el horno, sino que se deja evaporar hasta que tome la consistencia de una pasta suave, y en la misma forma que se explicó en el 5to. paso del método seco, se guardan en frascos las muestras, incluyendo la porción que corresponde al límite plástico. Para este ensayo, el método que se utilizó fue el método seco. 4.2.1 Determinación del límite liquido Equipo: Dispositivo de Arthur Casagrande, incluyendo la solera plana y el ranurador triangular. Espátulas. Capsulas de porcelana. Malla N°40 (0.425 mm.). Vidrios de reloj (tara). Horno a temperatura constante. Balanza, aproximación de 0.01 gr. Procedimiento 1.- La copa de Casagrande antes de usarse, debe ser ajustada para que ésta tenga una altura de caída de 1 cm., exactamente. Esta distancia se mide con una solera que tiene ese espesor. En la copa del aparato se marca el centro de la huella que se forma al golpear con la base. Se da vuelta a la manija hasta que la copa se eleve a su mayor altura y tomando como punto de referencia el centro de percusión, se verifica con la distancia entre esta y la base, y cuando la copa esté tangente a la solera en el centro de percusión, se fija con los tornillos para evitar que se modifique esta altura. 2.- Del material que se preparó y guardo en frascos durante 24 horas se pone en la copa del aparato una cantidad de 50 gr. aproximadamente, imagen 21; se vuelve a mezclar hasta que la muestra quede homogénea; con una espátula, se dispone el material de modo que, siendo la superficie superior plana (evítese formar taludes), su espesor máximo sea del orden de 1 cm.

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Imagen 21. Suelo colocado en copa Casagrande

3.- Se pone la punta del ranurador en la parte superior y al centro de la muestra, colocando la herramienta perpendicular a la superficie de la copa, en seguida se hace una ranura en el centro de la muestra, inclinando el ranurador o la cuchilla de manera que permanezca perpendicular a la superficie interior de la copa. Imagen 22.

Imagen 22.

Para arcillas arenosas, limos con poca plasticidad y algunos suelos orgánicos, el ranurador no puede correr a través de la pasta sin rasgar los bordes de la ranura. Para estos suelos, se corta la ranura con una espátula y se verifican las dimensiones con el ranurador triangular plano. Se limpia el ranurador con un trapo húmedo antes de que se seque el material. 4.- Después de asegurarse de que la copa y la base están limpias y secas, se da vuelta a la manija uniformemente a razón de 2 golpes por segundo, contando el número de golpes requerido hasta que se cierre el fondo de la ranura en una distancia de 13 mm., y se anota el resultado en el registro respectivo en la lámina 5. Debe tratarse de que esta condición, antes descrita se cumpla entre 5 y 50 golpes, para que la prueba se tome como bien ejecutada, con el fin de que los puntos obtenidos al graficar, el número de golpes contra contenido de agua, estos queden separados unos de otros y se pueda definir con mayor claridad la Curva de Fluidez. 100


5.- En cada una de estos ensayos se toman aproximadamente 30 gr. muestra del centro de la Copa, imagen 23, las cuales son pesadas y se anotan en el registro como: tara + suelo húmedo, en el mismo renglón se registra la tara y su peso correspondiente.

Imagen 23. Muestra tomada del centro de la copa

6.- Todos los vidrios de reloj conteniendo las muestras tomadas (30 gr. aprox.), se introducen en el horno a 110°C durante 18 horas mínimo, para que se sequen. Después se pesan y se anota el valor en la columna tara + muestra seca de su respectivo renglón, lámina 5. 7.- Se prosigue a obtener el % de humedad de cada muestra correspondiente a cada número de golpes. Y se anota en la columna de dicha obtención de valor. % de humedad = (tara + suelo húmedo) – (tara + suelo seco) (tara + suelo seco) – (peso de tara)

X 100

8.- El límite liquido se encuentra donde el contenido de agua (W) en la curva corresponda a 25 golpes (LL).

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4.2.2 Determinación del límite plástico Equipo: Vidrio de reloj. Horno a temperatura constante de 105°C. Balanza de torsión de 0.1 gr. aproximadamente. Placa de vidrio. Procedimiento 1.- Se toma una porción pequeña de la mezcla preparada, se la rueda con la mano sobre una superficie limpia y lisa no absorbente como una placa de vidrio, hasta gormar un cilindro de 3 mm. de diámetro y de 15 cm. Aproximadamente de largo. Imagen 24.

Imagen 24. Rodado de la tira de masa

2.- Se amasa la tira y se vuelve a rodar, repitiendo la operación tantas veces como se necesite para reducir, gradualmente, la humedad por evaporación, hasta que el cilindro se empiece a endurecer. 3.- El límite plástico se alcanza cuando el cilindro se agrieta al ser reducido a 3 mm. de diámetro. 4.- Inmediatamente se divide el cilindro y se ponen los pedazos en el vidrio de reloj, se pesa en la balanza, y se registra este valor en la columna tara + muestra húmeda del cuadro correspondiente al límite plástico, (lámina 5), asimismo se anota el peso de la tara en sus columnas respectivas. 5.- Se introducen las muestras tomadas en el horno durante 18 horas mínimo para su evaporación, se sacan y se dejan enfriar, se pesan, anotando el valor en la columna tara + muestra seca. 6.- Con los datos anteriores se calcula el % de humedad, con la siguiente formula. % de humedad = (tara + suelo húmedo) – (tara + suelo seco) (tara + suelo seco) – (peso de tara)

102

X 100


4.2.3 Determinación de Contracción Lineal Equipo: Molde. Espátula. Horno de temperatura constante de 105°C. Balanza de torsión de 0.1 gr. aproximadamente. Procedimiento 1.- De la mezcla que haya sobrado de los ensayos anteriores (límite líquido y límite de plasticidad) se rellena el molde rectangular, golpeando el conjunto sobre la mesa, con el objeto de remover las posibles burbujas de aire. Imagen 25.

Imagen 25. Molde rellenado

2.- Se mide la longitud del molde y se anota en la columna denominada longitud inicial (Li) de la lámina 6. 3.- Se introduce la muestra el horno durante 12 a 24 horas para su evaporación, después de transcurrido este tiempo se saca la muestra y se mide la longitud de la masa de suelo en su estado seco anotando este valor en la columna longitud final (Lf). Imagen 26.

Imagen 26. Longitud final de muestra seca.

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4.- Con los datos anteriores se calcula el % de contracción lineal, con la siguiente formula: CL = Li - Lf Li

X 100

4.3 Densidad de solidos 4.3.1 Determinación de la densidad relativa absoluta Calibración de matraz El peso del agua que un matraz puede contener varía con la temperatura; esto se debe, por una parte, a que los cambios de temperatura provocan variaciones en el volumen del recipiente; y, por otra parte, se modifica la densidad del agua. Equipo: Matraz. Amoniaco. Alcohol. Éter. Parrilla eléctrica o alguna otra fuente de calor. Termómetro. Balanza de torsión de 0.1 gr. aproximadamente. Malla N°40 (0.425 mm.). Capsula de porcelana. Horno de temperatura constante de 110°C. Procedimiento 1.- Con amoniaco o alguna solución que disuelva las grasas, se limpia el matraz. A veces es necesario dejar el matraz lleno con la solución durante varias horas. En seguida se enjuaga el matraz varias veces y se deja escurriendo colocándolo con la boca hacia abajo. Después se lava con alcohol, se deja escurrir y luego se lava con éter; los vapores del éter se eliminan colocando el matraz con la boca hacia abajo durante 15 o 20 minutos. 2.- Se llena el matraz con agua destilada hasta la marca de aforo y se pone a hervir de 5 a 10 minutos en “baño maría”, a fin de eliminar el aire. 3.- Se retira el matraz del “baño maría” y se toma la temperatura al 0.1 de grado introduciendo el termómetro hasta el centro del matraz. Si la temperatura es elevada, deben promediarse las lecturas del termómetro en tres puntos de la masa de agua. 104


4.- Con la ayuda de una pipeta, se hace coincidir perfectamente la parte inferior del menisco con la marca; en seguida se limpia exteriormente el matraz y se pesa al 0.1 gramo en la balanza. Procedimiento 1.- De la muestra que ha pasado por la malla N°40 (0.425 mm.), se toman unos 100 gr. procurando que la muestra sea representativa; se colocan en una capsula de porcelana o vidrio refractario. El material debe triturase en un mortero hasta que adquiera una finura tal que pueda pasar íntegramente por la malla N°40 (0.425 mm), dejándolo secar en el horno a temperatura constante de 110°C., durante 18 horas mínimo. Transcurrido ese tiempo, se retira la capsula del horno, se deja enfriar. 2.- Llénese el matraz con agua destilada hasta el aforo, comprobando que la parte del menisco del agua coincida con la marca de calibración; pésese el matraz con el agua y anótese dicho peso como Pma. (Lámina 7). Imagen 27.

Imagen 27. Peso de matraz con agua hasta marca de aforo.

3.- vacíese el matraz hasta la mitad aproximadamente e introdúzcase en él la muestra perfectamente seca de 100 gr. que haya pasado la malla N°40 (0.25 mm.). 4.- Sáquesele el aire que haya quedado atrapado mediante 30 minutos (aproximadamente) de ebullición. Imagen 28.

Imagen 28. Extracción de aire.

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5.- Póngase luego el matraz en un tanque de enfriamiento y complétese con agua destilada el volumen faltante, manteniendo el matraz en el tanque hasta que se obtenga en el agua una temperatura adecuada (20°C si es posible). Imagen 29.

Imagen 29. Enfriamiento y agregado de líquido faltante (marco de aforo)

7.- Retírese el matraz del tanque de enfriamiento, séquese superficialmente y regístrese su peso como Pmas, (Lámina 7) también debe secarse completamente el matraz por fuera. Con los valores anteriores obtenidos se obtienen las densidades absolutas y relativas. Da =

(Ps) (Dw) Pma + Ps - Pmas

Dr =

Ps Pma + Ps - Pmas

Da = Densidad absoluta Dr = Densidad relativa Dw = Densidad absoluta del agua a temperatura ambiente, tiene el valor de 1 g/cm3

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4.3.2 Densidad de gravas Procedimiento 1.- En una charola con agua, se dejan durante unas 24 horas las piedras o gravas para que se saturen. Transcurrido este tiempo, se sacan del agua y se secan superficialmente. 2.- Se pesan las piedras ya saturadas en una balanza que aproxime al 0.1 gr. y se anota en el reglón “peso grava húmeda”. 3.- Para determinar el volumen de las piedras o gravas, se introducen en una probeta graduada, que contenga una cantidad conocida de agua. La diferencia de las dos lecturas en la probeta es el volumen en cm3. de las piedras o gravas. Anótese en el renglón “volumen desalojado”. Cuando el material es abundante o las piedras son muy grandes en lugar de utilizar una probeta para medir el volumen desalojado, se utiliza un picnómetro. 4.- Procurando no perder material se trasvasa y se introduce en el horno para que se seque, después se pesa y se anota el valor en el renglón “peso grava seca”, teniendo presente descantar la tara. 5.- Para obtener el porciento de absorción, se resta el peso seco del peso húmedo (que da la cantidad de agua) y se divide entre el peso seco, multiplicando por cien. Peso grava húmeda – peso grava seca Peso grava seca

% de absorción =

X 100

6.- El valor de la densidad (Sm) se obtiene de dividir el peso de la grava seca entre el volumen desalojado. Sm =

Peso grava seca Volumen desalojado

7.- El valor de la densidad de solidos (Ss) se obtiene de dividir el peso de la grava seca entre el volumen desalojado menos el volumen de absorción.

Ss =

Peso grava seca Vol. Desalojado – Vol. de absorción

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4.4 Permeabilidad 4.4.1 Permeámetro de carga constante. Equipo: Permeámetro. Dispositivo de abastecimiento. Termómetro. Cronometro. Pisón metálico. Malla N°100 (0.149 mm.). Balanza de 2 kg. de capilaridad y 0.1 gr. de sensibilidad. Procedimiento 1.- Se mide el diámetro promedio del permeámetro y se determina su área transversal. 2.- Se coloca la malla en el extremo inferior del permeámetro y se pesa este conjunto, que se considera como la tara, registrando su valor en el renglón respectivo. 3.- El material seco se coloca en capas, apisonándolas con un número variable de golpes, a fin de que la muestra quede uniformemente compactada en todo su espesor. 4.- Se pesa el permeámetro con la muestra compactada; este peso menos el de la tara representa el peso de la muestra seca, que se anota en el renglón respectivo, así como la longitud total de la muestra (L). 5.- Se tapa el permeámetro, se le ponen los tornillos, se aplica agua al embudo del permeámetro y se deja que se sature el material, hasta que no se vean burbujas de aire. 6.- Se instala el embudo a una altura aproximada de 2 veces la altura de la muestra y se sigue vaciando agua para que no le vaya a entrar aire al sistema. Al terminar de saturar la muestra, se permite que el agua del recipiente quede arriba del nivel superior de la muestra e inmediatamente se coloca el permeámetro en posición de prueba, agregándole agua hasta derramar, conectándola, con el sistema de abastecimiento y dando un gradiente menor que 4, para evitar canalización y boiling. El gradiente* (i) en permeabilidad está dado por el coeficiente de la carga de agua (h) entre la longitud de la muestra (L). *En caso de muestras muy arenosas, es importante no dar un gradiente cercano a la unidad, porque se provoca el fenómeno conocido como boiling que consiste en poner en suspensión las partículas de arena.

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7.- Se procede a hacer las mediciones de volumen, al poner una probeta en la salida para un determinado tiempo, que puede ser 1 minuto ó 2 minutos. El tiempo transcurrido en segundos se anota en la columna tiempo, la temperatura y el volumen obtenido recogido expresado en cm3, se anotan en sus columnas respectivas. 8.- Se mide la carga hidráulica (h), la longitud de la muestra (L) y la temperatura del agua en Grados Centígrados, con el fin de obtener la relación de viscosidad del agua ᶣT

ᶣ20 9.- Para calcular el coeficiente de permeabilidad, se aplica la fórmula: V∙L h∙A∙t

k=

dónde: V = volumen de agua medido. L = longitud de la muestra. A = área de la sección transversal del espécimen. h = carga bajo la cual se produce la filtración. t = tiempo en que se efectuó la prueba, expresado en segundo. La relación de vacíos “e” de la muestra se calcula con la fórmula:

e =

Vv Vs

==

Dónde: Vv = volumen de vacíos. Vs = volumen de sólidos. Vt = volumen total. Ss = densidad de sólidos. Ws = peso de los sólidos.

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Vt∙Ss - Ws Ws


4.4.2 Coeficiente de permeabilidad en campo Equipo: Barrenadora manual. Regla Graduada en cm. Garrafรณn de Agua. Cronometro. Procedimiento: 1.- Perfore en el suelo un hoyo de aproximadamente de 40 a 50 cm. de profundidad, en el lugar donde desea determinar el coeficiente de permeabilidad. Imagen 30.

Imagen 30. Perforaciรณn de suelo.

2.- Llene el hoyo de agua hasta el borde durante por lo menos 20 minutos, vuelva a llenar el hoyo hasta el borde cada cinco minutos para asegurarse de que el suelo estรก completamente saturado. Imagen 31.

Imagen 31. Saturaciรณn de excavaciรณn con agua.

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3.- Añada agua basta el borde del hoyo y empiece a medir la velocidad a que baja la superficie del agua, utilizando un reloj para medir el tiempo y una regla graduada en centímetros para medir la distancia entre la superficie del agua y el borde del hoyo. Deje de medir cuando la velocidad sea casi constante. Imagen 32.

Imagen 32. Medición de variación de filtración de agua.

4.- Mida exactamente la profundidad total del hoyo y su diámetro. Exprese todas las mediciones en metros (m). 5.- Calcule el coeficiente de permeabilidad K utilizando la fórmula siguiente, el registro de los datos obtenidos se localizan en la Lámina 87. K = (D÷2) x In (h1÷ h2) / 2 (t2- t1)

Dónde: D ÷ 2 = es el radio del hoyo o la mitad de su diámetro en metros. In = se refiere al logaritmo natural. h1 y h2 = son las dos profundidades consecutivas del agua en metros, h 1 al inicio y h2 al final del intervalo de tiempo. t2 - t1 = expresa el intervalo de tiempo entre dos mediciones consecutivas, en segundos.

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4.5 Prueba de compresión simple Equipo: Herramienta (variable) necesaria para labrado de muestra. Muestra de suelo labrado en forma de cilindro. Cal. Prensa automática o manual para ensayo de cilindros. Procedimiento: 1.- Se toma una porción de la muestra de suelo extraída del lugar, dando forma de cilindro con medidas aproximadas de 5 cm de diámetro y la altura que sea de 2 a 2.5 el diámetro. Imagen 33.

Imagen 33. Labrado de muestra.

2.- La muestra es medida y pesada y se anota en el registro correspondiente, (Lámina 10). 3.- Se coloca cal en la parte inferior de la muestra donde ira colocada la muestra y en la parte superior donde se colocara la placa de aplicación de carga. Imagen 34.

Imagen 34. Colocación de cal.

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4.- Se coloca la muestra en la prensa, y se le coloca la placa de aplicación de carga. 5.- Se procede a aplicar la carga a la muestra, tomando lectura de la cantidad de vuelta que se registren durante la aplicación de carga y dejando de contar hasta que el espécimen falle. Imagen 35.

Imagen 35. Tronado de cilindro.

6.- Se realizan los cálculos del registro y se obtiene el valor de la carga ultima y carga de trabajo, registradas en la lámina 10.

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CAPITULO 5. RESULTADOS DE PRUEBAS DE LABORATORIO Y DE CAMPO


5.1 Generalidades Muestras extraídas (fondo de excavación) Para las muestras extraídas del Sondeo 1, Sondeo 3, Sondeo 4 y Sondeo 5 las pruebas realizadas son las siguientes: Contenido de humedad, Análisis granulométrico, Decantación Separada, Limites de Atterberg o de Consistencia, Densidad de sólidos, Prueba de compresión simple, y determinación de las relaciones volumétricas y gravimétricas. Como se mencionó anteriormente, en el Sondeo 2 se encontró en el fondo un estrato de roca imposibilitando la extracción de suelo para su debido estudio. Muestras extraídas (estratos). Para complementar el estudio de los sondeos, se extrajeron muestras de cada uno de los estratos que componen dichos Sondeos, para el análisis granulométrico se extrajo una muestra que componen todos los estratos de cada uno de los Sondeos. Las pruebas que se realizaron son las siguientes: Contenido de humedad, Análisis granulométrico, Decantación separada Límites de Atterberg o de Consistencia, Densidad de sólidos. Prueba de permeabilidad en campo. Esta prueba se realizó en 2 de los 5 sondeos, los cuales fueron en el 4 y 5.

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MUESTRAS EXTRAIDAS (FONDO DE EXCAVACION) SONDEO 1

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SONDEO 3

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SONDEO 4

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SONDEO 5

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MUESTRAS EXTRAテ好AS (ESTRATOS) SONDEO 1, ESTRATO 1

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SONDEO 2, ESTRATO 1

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SONDEO 3, ESTRATO 1

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SONDEO 4, ESTRATO 1

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SONDEO 5, ESTRATO 1 Y 2

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PRUEBA DE PERMEABILIDAD EN CAMPO SONDEO 4

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SONDEO 5

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5.2 Análisis de resultados

En base a los trabajos de campo realizados mediante 5 sondeos de exploración y a la información recopilada en las pruebas de laboratorio y de campo del estudio de mecánica de suelos, con fines para la determinación de la capacidad de carga y conocer las propiedades mecánicas del suelo de la zona poniente de la ciudad, se logró satisfactoriamente el objetivo establecido en esta investigación. Para las muestras representativas extraídas del suelo y llevadas a laboratorio, se tomó de está una porción pequeña de la muestra total, lo cual fue necesario labrarlas en un cubo con medidas de 8.0x8.0x8.0 cm. aproximadamente para determinar sus pesos volumétricos húmedos y secos, dichas muestras se colocaron en un horno durante 24 horas a una temperatura de 105°C para su secado, una vez secas se persiguió a la realización del cálculo para determinar los valores de peso volumétrico húmedo y seco, teniendo como resultado para el peso volumétrico húmedo cifras de entre 1.40 gr/cm3 y 1.80 gr/cm3, y por lo tanto para el peso volumétrico seco se obtuvieron valores de entre 1.30 gr/cm3 y 1.70 gr/cm3. De las relaciones volumétricas y gravimétricas, es importante determinar las fases que componen un suelo y saber de esta manera y de la mano con otras pruebas el comportamiento de la más de suelo, existen 3 tipos de fases que integran un suelo, las cuales en la figura se muestran.

Fases del suelo

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La obtención de los valores de las diferentes fases de suelo se consigue mediante fórmulas, valores que nos serán de gran utilidad y que más adelante se emplearan como referencia que en este apartado se analizarán. La porosidad y la Relación de vacíos son los datos que más nos interesan, para conocer qué porcentaje de orificios que integran el suelo en estudio de modo que al momento me aplicar carga tener una idea de si será considerable el asentamiento de la masa de suelo, o si el suelo será permeable, medianamente permeable o impermeable, para conocer esto último se empleó la prueba de permeabilidad en campo para una mayor certeza. Los datos requeridos para la aplicación de fórmulas para la obtención de los valores de Porosidad y Relación de vacíos son: Peso húmedo de la masa de suelo, peso seco de la masa de suelo, volumen de masa de suelo y densidad Relativa Absoluta de partículas sólidas, una vez aplicadas las formulas a cada una de las muestras se recaudaron cifras de Porosidad del suelo representativo extraído entre 36.00 y 49.00% de porosidad, en cuanto a los resultados de Relación de vacíos los valores oscilan entre 50.0 a 95.0, lo cual se concluye en base a los resultados que estos datos de porosidad y relación de vacíos refieren que la masa de suelo presenta una cantidad media de vacíos y de huecos, que se verá afectado dicho suelo en la prueba de permeabilidad. Determinar la densidad relativa absoluta de las partículas de un suelo es importante, ya que de este resultado de laboratorio podemos determinar si el material es liviano o pesado, generalmente a los materiales que contienen partículas gruesas en su mayor parte se les determina la densidad relativa aparente, siendo este el promedio de las partículas que constituyen el suelo, a la densidad absoluta del agua destilada, a 4°C, que tiene un valor de 1 g/cm3. Y a los materiales que están formados por gran cantidad de partículas finas se les determina la densidad relativa absoluta definiendo esto a la masa de dicho cuerpo contenida en la unidad de volumen, sin incluir sus vacíos. Un factor importante en la prueba es el contenido de material orgánico que pudiese existir en la masa de suelo, esto causara que los valores sean inferiores a 2.63 g/cm3 ya que esta cifra es un parámetro optimo en la densidad de partículas finas. Para este estudio se empleó la prueba de densidad relativa absoluta, debido a la predominancia de partículas finas, que serán cribadas por la malla No. 40 (0.425 mm) para su debida prueba, estos ensayos se realizaron primero a las muestras representativas de suelo extraídas del fondo del sondo y segundo a las muestras obtenidas de cada uno de los estratos que componen cada sondeo, en cuanto a las primeras se obtuvieron valores de densidad entre 2.50 g/cm3 a 2.63 g/cm3 concluyendo que las partículas de suelo son moderadamente ligeras, de las segundas podemos decir que el material es un poco más ligero que el primero, registrando cifras entre 2.27 g/cm3 a 2.50 g/cm3 y concluyendo en base a estos últimos valores como se menciono es más ligero, debido a que los estratos fueron los más superficiales, conteniendo así materia orgánica.

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Una prueba también importante por determinar es la permeabilidad en campo o coeficiente de permeabilidad (K) de un suelo, esto con el fin de tener una ida si el suelo será permeable, semipermeable o impermeable, y que a futuro no nos sorprenda el asentamiento de la masa de suelo debido a la filtración de agua originada por la lluvia, está clasificación de permeabilidad se obtiene a partir de la colocación de agua en un determinado diámetro y profundidad de excavación y determinando la filtración del agua en función del tiempo, para otorgar la clasificación de permeabilidad del suelo, este se ve afectado de otras pruebas y cálculos mencionados anteriormente (Porosidad, relación de vacíos y densidad relativa absoluta) a mayor cantidad de vacíos y orificios mayor será la filtración de agua, y con valores de densidad inferiores a 2.63 g/cm3 mayor la reducción de volumen en la masa de suelo en húmedo. Esta prueba se realizó en 2 de los 5 sondeos solo para darnos cuenta en qué condiciones de permeabilidad se encuentra el área de estudio, siendo estos los sondeos número 4 y 5. El promedio de los valores obtenidos en la prueba son para el sondeo 4 de 4.71x10-6 cm/seg y para el sondeo 5 fue de 2.19x10-5 cm/seg, se determinó que para el sondeo No. 4 el suelo presentaba una clasificación de moderadamente permeable y para el sondeo No. 5 un suelo permeable. Analizando los resultado y en base a las demás cifras de las diferentes pruebas relacionadas, se concluyó que estos valores nos resultaron debido a la cantidad del porcentaje de porosidad y a la relación de vacíos. Fue necesario determinar y saber qué tipo de diámetro de partículas predominaba el suelo en estudio, para ello se realizó la prueba de granulometría, contando con un juego de mallas ordenadas en el siguiente orden: 1¼”, 1”, ¾”, ¼”, No. 4, No. 8, No. 16, No. 20, No. 40, No. 60, No. 100 y No. 200, previamente a la prueba se prosiguió a desmoronar los grumos de suelo esto con el fin de no retenerse en los orificios de las mallas de modo que todo el material pase y clasificando según el diámetro de las partículas. Se realizaron dos pruebas, la primera fue para las muestras extraídas del fondo del sondeo, utilizando únicamente las mallas a partir de la No. 8 hasta la No. 200 debido a que el material contenía partículas de gravas y arenas, comprendidas en un diámetro de entre 5.0 a 0.06 mm , la segunda prueba se le realizó a la extracción de suelo contenida en cada uno de los estratos de cada sondeo, una vez obtenidas las muestras se mezclaron los estratos contenidos parcialmente en cada una de las excavaciones, para esta prueba se utilizaron todas las mallas mencionadas anteriormente, debido a que este suelo contenía partículas gruesas, es decir, gravas y arenas de un tamaño de entre 30 a 0.06 mm). Los resultados de estas pruebas llevadas a cabo nos lleva al siguiente análisis y correspondientes conclusiones: para la primera prueba (muestras extraídas del fondo de excavación) se obtuvo que el suelo del área en estudio está conformado mayormente por arenas de grano fino, esto en base a los valores del porcentaje parcial retenido en cada prueba, comprendidas en un diámetro de partículas de 0.2 a 0.06 mm. en cuanto a la segunda prueba llevada a cabo (muestras extraídas de los estratos) se tiene un suelo en su mayoría partículas de entre 0.6 a 0.2 mm que refleja una arena de grano medio. 217


En cuanto a los límites de consistencia, se sometió a pruebas el suelo pasado por la malla No. 40 (0.425 mm), el resultado de la medición de la consistencia del suelo en términos de su grado de humedad, los estados de consistencia de una masa de suelo plástico, en función del cambio de su contenido de humedad son: sólido, semisólido, plástico y líquido. Estos cambios se dan cuando la humedad en las masas de suelo varía. Dichos estados de consistencia brindan una gran cantidad de información al ingeniero civil respecto de las características de resistencia y comportamiento del material, su mineralogía y posición en un grupo de clasificación técnica. Se mencionó anteriormente en el documento que los límites de consistencia están integrados por diversas pruebas, las de nuestro interés serán solo el límite líquido, limite plástico, índice de plasticidad y contracción lineal, para el límite liquido se determinó que los valores de cada extracción de las muestras representativas del fondo del sondeo están entre 24.00 y 31.0%. Para la prueba de limite plástico se obtuvieron cifras de entre 21.0 a 30.0%. El grado de contracción lineal queda comprendido entre los valores de 5.00 y 8.00% de contratación, y por ultimo tenemos el índice de plasticidad, que es la diferencia de los valores de limite líquido y limite plástico, estas diferencias fueron valores de entre 1.0 a 9.0%. Por otro lado las pruebas de límites de consistencia para cada uno de los estratos que contienen cada sondeo, también se realizaron, arrojando valores que quedaron comprendidos en ciertos valores que a continuación describen: Limite líquido: de 45.0 a 23.0% Limite plástico: de 18.0 a 31.0% Índice plástico: de 16.0 a 5.0% Contracción lineal: de 3.0 a 7.0% En las exploraciones de campo el color del suelo suele ser un dato útil para diferenciar los estratos y para diferenciar el tipo de suelo, donde los criterios como que el color en seco y en húmedo, olor y dilatancia, los colores obscuros suelen ser indicativo de la presencia de materia orgánica, y por otro lado los colores claros y brillantes son de un suelo inorgánico. Al llegar al campo de estudio en primera instancia se hizo un reconocimiento de suelo, De manera que se observó una cantidad apreciable de finos no plásticos (SM) ó arenas con limos (SP-SM) de compacidad que varía de poco suelto a firme en algunos sectores, conteniendo en su mayoría 2 estratos en cada sondeo, el 1er. estrato de color café grisáceo y el 2do. Color beige, a excepción de uno de los sondeos ya que este contenía 3 estratos, estos perfiles presentan un estado poco húmedo. No se encontró la presencia de nivel freático en los sondeos explorados. Para clasificar el suelo en laboratorio y en base a los resultados de las pruebas de limite líquido y limite plástico, donde la diferencia entre los valores de límite líquido y limite plástico nos dan como resultado el índice plástico del suelo, por lo cual nos lleva a clasificar el suelo en la carta de plasticidad. Haciendo un análisis de las pruebas de límite de consistencia se llegó a la conclusión que el suelo en estudio 218


de las muestras extraídas del fondo de la excavación, presenta dos tipos de suelo fino: Arcilla inorgánica y Limo inorgánico, mismos que presentan un estado de plasticidad categórico de: Baja Plasticidad, y para las muestras extraídas de cada uno de los estratos existentes en los sondeos, presenta una clasificación de suelo fino también de dos tipos los cuales son: Limo-Arcillosa o Arcilla-Limosa y una clasificación de doble simbología (CL – ML). Por otro lado, para la realización de la prueba de compresión simple fue necesario labrar la muestra representativa extraída del suelo, dándole forma de cilindro con medidas promedio de 5 cm de diámetro y una relación de 1:2 en su altura, para este caso fue de 10 cm. Para determinar los valores de capacidad de carga se utilizan dos fórmulas, la primera arrojara el valor de la carga última (qu) de suelo y la segunda la carga de trabajo (qt). Los valores obtenidos de la prueba de Compresión Simple, y realizando el cálculo se obtuvieron cifras de cada una de las muestras representativas de suelo extraídas que a continuación se citan: Sondeo 1: Carga ultima de 25.26 ton/m2. Carga de trabajo 8.42 ton/ m2 Sondeo 3: Carga ultima de 26.18 ton/m2. Carga de trabajo 8.72 ton/m2 Sondeo 4: Carga ultima de 17.93 ton/m2. Carga de trabajo 5.97 Ton/m2 Sondeo 5: Carga ultima de 18.33 ton/m2. Carga de trabajo 6.11 ton/m2 Analizando los resultados se entiende como carga ultima a la aplicación excesiva de carga y siendo esta como el límite que soportara la masa de suelo, excediendo estos valores el suelo procederá a su asentamiento y ruptura del mismo, para la interpretación de la carga de trabajo esta será la apropiada, como su nombre lo indica, el suelo estará trabajando de forma apropiada sin riesgos a ruptura o sufrir un asentamiento considerables, en base a los resultados obtenidos se llegó a la conclusión siguiente: el suelo en estudio presenta parámetros de carga de trabajo favorables, de este modo le brinda al ingeniero seguridad y confianza al momento de edificar, o en su defecto, mejorar el suelo si así lo desea, esto a partir de los valores de carga de trabajo y de las propiedades mecánicas del suelo, se optara así por el método que mejor convenga para mejorar la masa de suelo donde se cimentara la edificación.

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CAPITULO 6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES


6.1 Conclusiones: Durante esta investigación se obtuvo información muy valiosa, que contribuyó a formarnos como profesionales de la carrera de Ingeniería Civil, así como la obtención del conocimiento en esta área de la ingeniería. El objetivo planteado al inicio de este proyecto se logró, así como el planteamiento de la hipótesis, el cual se comprobó que es de suma importancia realizar estudios de mecánica de suelos, que sin él, se desconocerían las condiciones de suelo en las que se pretende construir y que de algún modo minimiza el costo de algunos concepto de obra, sobre todo en la cuestión del diseño de la cimentación y reducir el material a emplear en la misma. Por medio de esta investigación con tema de Capacidad de carga en los suelos de Matehuala, zona poniente, se logró reducir la incertidumbre en la área a construir, demostrado que es posible construir en el área de mayor crecimiento que se ha dado en este último año en dicha la zona de Matehuala San Luis potosí, concluyendo y en base a los resultados de las pruebas de laboratorio, se describen varias conclusiones. 

no será necesario la utilización de una cimentación especial, debido a que la masa de suelo presenta una capacidad de carga trabajo favorable, ya que estos valores de carga brindan seguridad al ingeniero al momento de edificar, o en el caso de ser una estructura muy pesada se podrá optar por una cimentación diferente a las convencionales.

De acuerdo a la Clasificación S.U.C.S. de suelos, se han determinado en los diferentes sondeos los siguientes tipos de suelos: SM o SP-SM, CL-ML, siendo del tipo cohesivo.

En base a los resultados obtenidos de las pruebas de contracción lineal, relaciones volumétricas y densidad de sólidos se concluyó que será necesario modificar el suelo esto con el fin de mejorar las condiciones de la masa de suelo y dar una mayor resistencia en caso de ser una estructura de dimensiones y pesos grandes.

Los valores de contracción lineal no reflejan algún peligro para la construcción, ya que las cifras son mínimas, más sin embargo no hay que dejar a un lado dichos valores, tomando así precauciones al momento de edificar.

La realización de esta investigación deja mucho conocimiento en este ámbito, como se sabe, la mecánica de suelos es el primer estudio que se debe realizar antes de construir para determinar si es viable o no o en base a los resultados de qué modo se podría mejorar el suelo.

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6.2 Recomendaciones: 

Como punto principal, la realización del estudio de mecánica de suelos, este dará un dictamen de las características y propiedades del suelo y que a su vez proporcionara seguridad al constructor.

No exceder la carga de trabajo en la masa de suelo mayor a 5.97 ton/m2, ya que este es el valor mínimo que resulto, mismo que se tomara como valor máximo de aplicación de carga, con el fin de dar una mayor seguridad a la estructura sobre la masa de suelo.

Para fines de realización de pruebas de laboratorio acerca de mecánica de suelos, este documento les proporcionara información del procedimiento de las mismas.

Para los alumnos que estén buscando un método de titulación, en lo personal recomendaría la opción de investigación de proyecto, porque en él se obtiene un conocimiento extra de algún tema en específico propio de la carrera profesional.

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Bibliografía Juárez Badillo, Mecánica de suelos tomo 1: Fundamentos de la Mecánica de Suelos, Limusa, 2005. Juárez Badillo, Mecánica de suelos tomo 2: Teoría y aplicaciones de la mecánica de suelos, Limusa, 2007. Crespo Villalaz Carlos, Mecánica de suelos y Cimentaciones, Limusa, 1980. Ing. Huanca Borda Ángel R., Problemas de Mecánica de Suelos y Cimentaciones, Universidad Nacional “San Luis Gonzaga” de la Ica, Facultad de Ingeniería Civil. Duque Escobar Gonzalo y Escobar Potes Enrique, Mecánica de Suelos, Universidad Nacional de Colombia, Sede Manizales. 2002. Otras fuentes http://fing.uach.mx/licenciaturas/IC/2012/01/26/MANUAL_DE_LAB_MEC_DE_SUE LOS_I.pdf. 22 de diciembre de 2015. http://html.rincondelvago.com/estructura-interna-de-la-tierra.html.11. 11 de diciembre de 2015. ftp://ftp.fao.org/fi/CDrom/FAO_training/FAO_training/general/x6706s/x6706s07.htm .16 de diciembre de 2015. http://el-suelo.galeon.com/2.html. 14 de diciembre de 2015. http://uningenierocivil.blogspot.mx/2011/03/consistencia-limites-de-atterberg.html. 4 de enero de 2015. http://geotecnia-sor.blogspot.mx/2010/11/consistencia-del-suelo-limitesde_25.html. 5 de enero de 2015. http://www.ingenierocivilinfo.com/2010/01/contraccion.html http://geotecnia-sor.blogspot.mx/2010/11/consistencia-del-suelo-limitesde_8151.html. 5 de enero de 2015 http://geotecnia-sor.blogspot.mx/2010/11/consistencia-del-suelo-limites-de.html. 6 de enero de 2015. http://geotecnia-sor.blogspot.mx/2010/11/consistencia-del-suelo-limitesde_2498.html. 6 de enero de 2015.


http://geotecnia-sor.blogspot.mx/2010/11/consistencia-del-suelo.html. 6 de enero de 2015. ftp://ftp.fao.org/fi/CDrom/FAO_training/FAO_training/general/x6706s/x6706s09.htm 20 de febrero de 2015. http://www.inegi.org.mx/est/contenidos/espanol/sistemas/cem05/info/slp/m020/ma pas.pdf


Lista de anexos Anexo 1. Carta de “Sistema Unificado de Clasificación de Suelos, S.U.C.S.” Anexo 2. Tabla de “coeficiente de permeabilidad, los tipos de suelo y los métodos de prueba”. Anexo 3. Cuadro de “Indicadores visuales de permeabilidad: características estructurales del suelo”. Anexo 4. Cuadro de “Indicadores visuales de permeabilidad: textura, comportamiento físico y color del suelo”.


ANEXO 1 CARTA DE “SISTEMA UNIFICADO DE CLASIFICACIÓN DE SUELOS, S.U.C.S.”


ANEXO 2 TABLA DE “COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD, LOS TIPOS DE SUELO Y LOS MÉTODOS DEPRUEBA”


ANEXO 3 CUADRO DE “INDICADORES VISUALES DE PERMEABILIDAD: CARACTERÍSTICAS ESTRUCTURALES DEL SUELO”


ANEXO 4 CUADRO DE “INDICADORES VISUALES DE PERMEABILIDAD: TEXTURA, COMPORTAMIENTO FÍSICO Y COLOR DEL SUELO”


Estudio de Mecánica de Suelos  

El presente trabajo de investigación consiste en la descripción y análisis detallado sobre la capacidad de carga, las propiedades físicas y...

Estudio de Mecánica de Suelos  

El presente trabajo de investigación consiste en la descripción y análisis detallado sobre la capacidad de carga, las propiedades físicas y...

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