MÓDULO INSTRUCCIONAL DE APRENDIZAJE€¦ · IX CUATRIMESTRE . MÓDULO INSTRUCCIONAL DE APRENDIZAJE...

REPÚBLICA DE PANAMÁ

COLUMBUS UNIVERSITY

FACULTAD DE ARQUITECTURA Y SISTEMAS ESTRUCTURALES

MODULO DE SELECCIÓN DE TEXTO

ASIGNATURA:

CONTENIDO TEMÁTICO

1. INTRODUCCIÓN A LA MECÁNICA DE SUELOS

1.1 Concepto de suelo 1.2 Clasificación del suelo de acuerdo a su tamaño

1.3 Tipos de arcillas 1.4 Análisis mecánico del suelo

1.4.1 Tamaños de mallas de cribado

1.4.2 Curvas de distribución granulométrica 1.4.3 Diámetro efectivo, Coeficiente de uniformidad

y Coeficiente de curvatura

IX CUATRIMESTRE

2011

MÓDULO INSTRUCCIONAL DE APRENDIZAJE

ESTUDIO DEL SUELO

“Enriquece tu mente con pensamientos positivos de paz, valor, salud y esperanza”

Página 1

Saludos Estudiantes. Bienvenidos y bienvenidas a este nuevo

cuatrimestre, en especial a la asignatura de Estudio del Suelo, en donde

aprenderemos conceptos y principios básicos del suelo, como soporte y

estructura de cimentación de estructuras.

El Estudio del Suelo implica la aplicación de las leyes de la física y las

ciencias naturales a los problemas que se refieren a las cargas impuestas a

la superficie de la corteza terrestre.

Todas las obras civiles se apoyan sobre el suelo, y muchas de ellas utilizan

suelo como elemento de construcción como por ejemplo para rellenos; por

lo que la estabilidad y el comportamiento de los suelos, el saber cómo

funcionan, cómo se comportan dentro de los puntos de influencia de los

esfuerzos que se generan en los mismos, cuáles son las propiedades que

rigen para la clasificación de un tipo de suelo u otro, es sumamente

fundamental. Por tales efectos, es necesario el estudio de sus conceptos y

conocer de esta forma, como las propiedades del suelo afectan una

determinada construcción.

De esta forma en nuestro curso de Estudio del Suelo, veremos los

conceptos que rigen su entorno, como lo son la mecánica de Suelos y las

cimentaciones, estudiando los tipos que podemos encontrar: Limos,

arcillas, arenas y gravas; junto con sus propiedades, peso específico, nivel

freático, granulometría, coeficiente de uniformidad, contenido de

humedad, grado de saturación, límites de Attemberg, en fin. Todo lo básico

para comprender el compartimiento de una estructura determina sobre la

superficie terrestre.

PRESENTACIÓN


ESTUDIO DEL SUELO


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Para lograr lo anterior, nuestros objetivos trazados son: Proporcionar al

estudiante de Arquitectura y Sistemas Estructurales un conocimiento

claro y completo de la teoría y aplicación de los principios del Estudio del

Suelo para arquitectos e ingenieros; desarrollar la habilitad para analizar

y desarrollar problemas, habilidades muy importantes para cualquier

arquitecto, a nivel de suelos y cimentaciones y facilitar el buen manejo de

los principios básicos de suelo para ser aplicados en el campo de la

construcción.

El conocimiento del Estudio del Suelo, como anotamos anteriormente, nos

ayuda a comprender la relación existente entre una estructura

(construcción) y su soporte (suelo), relaciones que diariamente se dan y

que en ocasiones no notamos, muchas veces siendo imperceptibles y que

cuándo su visibilidad es notaria, puede afectar enormemente a una

construcción; por ende este módulo y este curso nos ayudará a relacionar

lo que nos rodea, con estos principios. Esto es de vital ayuda en su diario

vivir como futuros profesionales.

RELACIONA LO QUE TE RODEA

CON ESTE CURSO Y

ALCANZARAS EL ÉXITO…

¡ÁNIMO!


ESTUDIO DEL SUELO


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UNIDAD #1

INTRODUCCIÓN

A LA

MECÁNICA DE

SUELOS


ESTUDIO DEL SUELO


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1.1 Concepto de suelo

1.2 Clasificación del suelo de acuerdo a su tamaño

1.3 Análisis mecánico del suelo


1.3.2 Curvas de distribución granulométrica

1.3.3 Diámetro efectivo, Coeficiente de uniformidad y Coeficiente de

curvatura

OBJETIVO GENERAL

Introducir a los participantes del curso a la mecánica de suelos, de tal

forma que sea de fácil comprensión la interacción existente entre el suelo y

una estructura.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

1. Analizar el concepto de mecánica de suelo y otros conceptos

relacionados con éste.

2. Clasificar los suelos de acuerdo al tamaño de sus partículas.

3. Ver los diferentes tipos de suelo e identificarlos con los suelos

naturales que nos rodean.

4. Desarrollar e identificar los términos relacionados con el análisis

mecánico del suelo.

5. Identificar una curva de distribución granulométrica y sus

componentes.

CONTENIDO TEMÁTICO


ESTUDIO DEL SUELO


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METODOLOGÍA DEL CURSO

1. Se realizarán preguntas exploratorias que ayuden a relacionar los

conocimientos previos y el entorno de los participantes.

2. Se desarrollará un vocabulario para relacionar al participante con la

terminología propia del curso de Mecánica de Suelos.

3. Se analizará y discutirá en clases una separata proporcionada por el

facilitador, para unificación de criterios.

4. Se compararán diferentes curvas de distribución granulométrica de

diversos de materiales, para realizar comparaciones entre ellas.

5. Se hará visita al Laboratorio de Suelos del MOP para interactuar en

el análisis granulométrico de diferentes tipos de suelo.

6. Con información proporcionada en el salón de clases, se desarrollará

una curva de análisis granulométrico.


ESTUDIO DEL SUELO


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Para llevar a cabo el desarrollo de esta asignatura y de esta unidad es

necesario partir de unos conocimientos adquiridos con anterioridad en

otras disciplinas y que se concretan en diferentes asignaturas de Física,

Química, Mecánica y Matemáticas y fundamentalmente en Resistencia de

Materiales y Análisis de Estructuras, complementando estos con principios

de Geología.

CONOCIMIENTOS PREVIOS


ESTUDIO DEL SUELO


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A continuación se presentan ciertas preguntas relacionadas a los temas a

estudiar, para introducirte a los conceptos a desarrollar:

1. ¿Has tenido contacto directo con partículas de suelo algún día?

¿Cuál podría ser, según tu experiencia, su clasificación de acuerdo

al tamaño de las partículas?

2. Alguna vez has observado cuando llueve poco y el agua no escurre

superficialmente, ¿Hacia dónde se va el agua? ¿Qué ocurre con el

suelo de acuerdo a la cantidad de agua que absorbe o drena en ella?

¿En qué momento se forma un suelo fangoso (lodo)?

3. A finales del periodo lluvioso en nuestro país, has visto cómo el suelo

no absorbe más agua ¿qué sucede cuando esto pasa? ¿podrías

explicar este fenómeno?

4. Si en tres recipientes del mismo tamaño y volumen colocas la misma

cantidad de un determinado tipo suelo (el mismo en los tres), con

tres condiciones diferentes:

Recipiente #1. No se le agrega agua

Recipiente #2. Se le agrega agua hasta la mitad.

Recipiente #3. Se le agrega agua a todo el recipiente.

¿Cuáles resultados podrías obtener en cada uno de los recipientes?

¿Podrías explicar las relaciones volumétricas resultantes? ¿Qué ocurre con

las propiedades del suelo de acuerdo a la cantidad de agua agregada?

¿Varían estas propiedades de acuerdo a la cantidad de agua agregada?

PREGUNTAS EXPLORATORIAS

Estás a punto de descubrir interesantes cosas, con respecto

al mundo que te rodea… PASA LA PÁGINA


ESTUDIO DEL SUELO


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Para facilitar tu compresión de este curso técnico, te invitamos a desarrollar

un vocabulario de terminologías relacionada al mismo:

VOCABULARIO DE TERMINOLOGÍAS (GLOSARIO)

Suelo, Mecánica de suelos, Ingeniería de suelos, Ingeniería geotécnica,

Suelos residuales, Suelos transportados, Suelos orgánicos, Suelos

inorgánicos, Nivel freático, Grava, Arena, Arcilla, Limo, Análisis mecánico

del suelo, Granulometría, Curva granulométrica, Tamaño efectivo de

suelo, Coeficiente de uniformidad, Coeficiente de curvatura, Relación de

vacíos, Porosidad, Grado de saturación, Peso específico, Contenido de

humedad, Compacidad relativa, Consistencia del suelo, Límite de

contracción, Límite plástico, Límite líquido, Límites de Attemberg, Índice

líquido, Índice plástico, Carta de plasticidad, Compactación, Prueba de

Proctor Estándar, Humedad óptima, Método de cono de arena,

Densímetro, Permeabilidad, Infiltración, Esfuerzo efectivo, Consolidación,

Asentamiento, Percolación.

DESARROLLO DE CAPACIDADES / AMPLIACIÓN DE CONOCIMIENTOS

PREVIOS

1. Suelo: Es el agregado no cementado de minerales y materia orgánica

descompuesta sólida, junto con líquidos y gases que ocupan los

espacios vacíos entre las partículas sólidas.

2. Mecánica de Suelos: Es la rama de la ciencia que trata el estudio de

sus propiedades físicas y el comportamiento de masas de suelos

sometidas a varios tipos de fuerzas.

3. Ingeniería de Suelos: Es la aplicación de los principios de la mecánica

de suelos a problemas prácticos.

PUENTE COGNITIVO


ESTUDIO DEL SUELO


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4. Ingeniería Geotécnica: Es la ciencia y práctica de aquella parte de la

ingeniería civil que involucra materiales naturales encontrados cerca de

la superficie de la tierra.

5. Suelos Residuales: Son aquellos suelos que se mantienen donde se

forman y cubren la superficie rocosa de donde se originan.

6. Suelos Transportados: Son aquellos suelos que son transportados a

otros lugares por medio de procesos físicos.

7. Suelos Orgánicos: Son aquellos suelos con alta presencia de material

orgánico descompuesto.

8. Suelos Inorgánicos: Son aquellos suelos con ausencia o bajo contenido

de material orgánico descompuesto.

9. Nivel Freático: Zona superior de saturación de un suelo.

10. Grava: Fragmentos de roca mezcladas ocasionalmente con partículas

de cuarzo, feldespatos y otros minerales.

11. Arena: Partículas de roca, formadas por cuarzo, feldespatos y otros

minerales.

12. Limo: Fracciones microscópicas de suelo que consisten en granos muy

finos de cuarzo y algunas partículas en forma de escamas (hojuelas)

que son fragmentos de minerales micáceos.

13. Arcilla: Partículas submicroscópicas en forma de escamas de mica y

otros minerales, menores a 0.002 mm.

14. Análisis mecánico del suelo: Es la determinación del rango del

tamaño de partículas presentes en un suelo, expresado como un

porcentaje del peso seco total.

15. Granulometría: Es la medición de los granos de suelo de acuerdo al

tamaño o diámetro de la partícula.

16. Curva granulométrica: Gráficas semilogarítmicas que presentan los

resultados del análisis mecánico de una muestra de suelo.


ESTUDIO DEL SUELO


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17. Tamaño efectivo de suelo: Es el diámetro de las partículas

correspondiente al 10% de finos, obtenido en la curva de distribución

granulométrica.

18. Coeficiente de uniformidad: Relación existente entre el tamaño

efectivo de un suelo y el diámetro correspondiente al 60% de los finos

en la curva de distribución granulométrica.

19. Coeficiente de curvatura: Índice utilizado para determinar la

uniformidad de una muestra de suelo determinada.

20. Relación de vacíos: Es la relación entre el volumen de vacíos y el

volumen de sólido en una muestra de suelo.

21. Porosidad: Es la razón entre el volumen de vacíos y el volumen total de

una muestra de suelo.

22. Grado de saturación: Es la razón entre el volumen de agua y el

volumen de vacíos de una muestra de suelo.

23. Peso específico: Es el peso del suelo por volumen unitario.

24. Contenido de humedad: Es la relación entre el peso del agua entre el

peso del sólido en un volumen dado de suelo.

25. Compacidad relativa: Es la medida del grado de compactación in situ

de un suelo granular.

26. Consistencia del suelo: Es la firmeza con que se unen los materiales

que componen un suelo, de acuerdo a sus propiedades de adhesión y

cohesión.

27. Límite de contracción: Es cuando el suelo pasa de un estado

semisólido a un estado sólido y deja de contraerse al perder humedad.

28. Límite plástico: Es cuando el suelo pasa de un estado plástico a un

estado semisólido y se rompe.

29. Límite líquido: Es Cuando el suelo pasa de un estado semilíquido a un

estado plástico y puede moldearse.

30. Límites de Attemberg: Se refiere a los porcentajes de contenidos de

agua, que separa un estado del suelo y otro.


ESTUDIO DEL SUELO


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31. Índice líquido: Es la razón definida por la consistencia relativa de un

suelo cohesivo en estado natural.

32. Índice plástico: Es la diferencia numérica entre el límite plástico y el

límite líquido.

33. Carta de plasticidad: Es el gráfico lineal que relaciona el índice de

plasticidad y el límite líquido para diferentes tipos de suelo.

34. Compactación: Es la densificación del suelo mediante la remoción de

aire por medios mecánicos.

35. Prueba de Proctor estándar: Prueba de laboratorio mediante el cual se

determina el peso específico máximo de un material para un porcentaje

de humedad óptima.

36. Humedad óptima: Es la cantidad de agua con que se obtiene el mayor

grado de compactación.

37. Método de cono de arena: Prueba de laboratorio in situ, que nos

permite la verificación de la compactación de un suelo con respecto a

especificaciones establecidas.

38. Densímetro: Aparato nuclear que determina las densidades húmedas y

secas del suelo en sitio.

39. Permeabilidad: Es la propiedad que tiene el suelo de transmitir el agua

y el aire, a través de sus espacios vacíos.

40. Infiltración: Es el proceso por el cual el agua penetra por la superficie

del suelo y llega hasta sus capas inferiores.

41. Esfuerzo efectivo: Es la fuerza media normal por unidad de área

transmitida de grano a grano en una masa de suelo.

42. Consolidación: Es el proceso de reducción de volumen de los suelos

finos cohesivos (arcillas y limos plásticos), provocado por la actuación

de los esfuerzos, a través de un periodo largo de tiempo.

43. Asentamiento: Es la deformación del suelo por efectos de la

sobrecarga de esfuerzos permisibles.

44. Percolación: Es el lento paso del agua a través de las capas de suelo.


ESTUDIO DEL SUELO


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1. INTRODUCCIÓN A LA MECÁNICA DE SUELOS

La importancia de los estudios del suelos radica en el hecho de que si se

sobrepasan los límites de la capacidad resistente del suelo o si, aún sin

llegar a ellos, las deformaciones son considerables, se pueden producir

esfuerzos secundarios en los miembros estructurales, quizás no tomados

en consideración en el diseño, produciendo a su vez deformaciones

importantes, fisuras, grietas, desplomes que pueden producir, en casos

extremos, el colapso de la obra o su inutilización y abandono.

El registro del primer uso del suelo como material de construcción se

perdió en la antigüedad. Durante años, el arte de la ingeniería de suelos se

basó únicamente en experiencias. Sin embargo, con el crecimiento de la

ciencia y la tecnología, la necesidad de mejores y más económicos diseños

estructurales se volvió crítica. Esto condujo a un estudio detallado de la

naturaleza y propiedades del suelo en su relación con la ingeniería.

Dándose en 1925, el origen a la mecánica de suelos moderna.

En consecuencia, las condiciones del suelo como elemento de soporte y

construcción han de ser siempre observadas, aunque esto se haga en

proyectos pequeños fundados sobre suelos normales a la vista de datos

estadísticos y experiencias locales, y en proyectos de mediana a gran

importancia o en suelos dudosos, infaliblemente, al través de una correcta

investigación de mecánica de suelos.

Para esto es necesario obtener muestras representativas del suelo que se

someten a pruebas de laboratorio, tomando en cuenta que el muestreo y

los ensayos se realizan necesariamente sobre pequeñas muestras de

SEPARATA DIRIGIDA


ESTUDIO DEL SUELO


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población, es necesario emplear algún método estadístico para estimar la

viabilidad técnica de los resultados. Sin embargo, hoy día existen

innumerables códigos a niveles locales, donde se estiman y predicen los

comportamientos de diferentes tipos de suelos, considerando las

características de carga - deformación de rellenos naturales o

compactados, que soportan cualquier construcción o como estructura de

suelo.

La Mecánica de Suelos se interesa por la estabilidad del suelo, por su

deformación y por el flujo de agua, hacia su interior, hacia el exterior y a

través de su masa, tomando en cuenta que resulte económicamente

factible usarlo como material de construcción.

A un constructor le interesa identificar y determinar la conveniencia o no

de usar el suelo como material para construir rellenos en caminos,

cimentar construcciones de diferente índole, canales de conducción y

distribución de los sistemas de riego, obras hidráulicas, entre otros.

1.1 Concepto de Suelo

En un sistema general, se define el suelo como el agregado no cementado

de minerales y materia orgánica descompuesta sólida, junto con líquidos y

gases que ocupan los espacios vacíos entre las partículas sólidas. El suelo

se usa como material de construcción en diversos proyectos de

construcción y sirve también para soportar las cimentaciones

estructurales de una construcción. Por esto, tanto ingenieros civiles, como

arquitectos deben estudiar las propiedades del suelo, tales como origen,

distribución granulométrica, capacidad para drenar agua, compresibilidad,

resistencia cortante, capacidades de cargas y otras más.


ESTUDIO DEL SUELO


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La mecánica de suelos es la rama de la ciencia que trata el estudio de sus

propiedades físicas y el comportamiento de masas de suelos sometidas a

varios tipos de fuerzas. La ingeniería de suelos es la aplicación de los

principios de la mecánica de suelos a problemas prácticos. La ingeniería

geotécnica es la ciencia y práctica de aquella parte de la ingeniería civil

que involucra materiales naturales encontrados cerca de la superficie de la

tierra. En sentido general, incluye la aplicación de los principios

fundamentales de la mecánica de suelos y de la mecánica de rocas a los

problemas de diseño de cimentaciones.

El suelo es producido por intemperismo, es decir, por la fractura y

rompimiento de varios tipos de rocas en piezas más pequeñas mediantes

procesos mecánicos y químicos. Algunos suelos permanecen donde se

forman y cubren la superficie rocosa de la que se derivan y se llaman

suelos residuales. En contraste, algunos productos intemperizados son

transportados por medio de procesos físicos a otros lugares y depositados.

Ésos se llaman suelos transportados. Según el agente de transporte, se

subdividen en tres categorías principales:

Aluviales o fluviales: Depositados por agua en movimiento.

Glaciales: Depositados por acción de glaciar.

Eólicos: Depositados por acción del viento.

Suelo es el agregado no cementado de

minerales y materia orgánica

descompuesta sólida, junto con

líquidos y gases que ocupan los

espacios vacíos entre las partículas

sólidas.


ESTUDIO DEL SUELO


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En adición a los suelos transportados y residuales, tenemos a las turbas,

que se derivan de la descomposición de materiales orgánicos encontrados

en áreas de poca altura donde el nivel freático está cerca o arriba de la

superficie del terreno. La presencia de un nivel alto de agua, ayuda o

soporta el crecimiento de plantas acuáticas que al descomponerse, forman

turba. Este tipo de depósito se encuentra comúnmente en áreas costeras.

Cuando un porcentaje relativamente grande de turba se mezcla con suelo

inorgánico, se le denomina suelo orgánico. Estos suelos orgánicos tienen

características de un contenido natural de agua de entre 200% y 300% y

son altamente compresibles, obteniéndose grandes asentamientos ante el

sometimiento de carga.

Durante la planificación, diseño y construcción de cimentaciones,

terraplenes y estructuras de retención, los ingenieros deben conocer el

origen de los depósitos de los suelos sobre los que se construirán las

cimentaciones debido a que cada depósito de suelo tiene atributos físicos

propios y únicos.

1.2 Clasificación del suelo de acuerdo a su tamaño

Independientemente del origen del suelo, los tamaños de las partículas, en

general, que conforman el suelo, varían en un amplio rango. Los suelos en

general son llamados: grava, arena, limo o arcilla, dependiendo del tamaño

predominante de las partículas. Para describir los suelos por el tamaño de

sus partículas, varias organizaciones han desarrollado límites de tamaño

de suelo por separado, como el Instituto de Massachusetts (MIT), el

Departamento de Agricultura de Estados Unidos (USDA), la Asociación

Americana de Funcionarios de Carreteras Estatales y del Transporte

(AASHTO), entre otros. Sin embargo, en la actualidad el Sistema Unificado

es casi universalmente aceptado. El Sistema Unificado de Clasificación de


ESTUDIO DEL SUELO


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Suelos (SUCS) ha sido adoptado por la Sociedad Americana para Pruebas y

Materiales (ASTM)

Las gravas son fragmentos de rocas ocasionalmente con partículas de

cuarzo, feldespato y otros minerales.

Las partículas de arena están formadas principalmente de cuarzo y

feldespatos, aunque también están presentes, a veces, otros granos

minerales.

Los limos son fracciones microscópicas de suelo que consisten en granos

muy finos de cuarzo y algunas partículas en forma de escamas (hojuelas)

que son fragmentos de minerales micáceos.

Las arcillas son principalmente partículas submicroscópicas en forma de

escamas de mica, minerales arcillosos y otros minerales, generalmente son

partículas menores a 0.002 mm. En algunos casos, las partículas de

tamaño entre 0.002 y 0.005 mm también se denominan arcillas. Las

partículas se clasifican como arcilla con base en su tamaño y no contienen

necesariamente minerales arcillosos. Las arcillas también se definen como

aquellas partículas que desarrollan plasticidad cuando se mezclan con una

cantidad limitada de agua. Los sueles no arcillosos pueden contener

Los suelos de acuerdo al tamaño

de las partículas se puede

clasificar en: gravas, arenas,

limos y arcillas


ESTUDIO DEL SUELO


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partículas de cuarzo, feldespato o mica, suficientemente pequeñas para

caer dentro de la clasificación de las arcillas.

Límite de tamaño de suelos separado

1.3 Análisis mecánico del suelo

El análisis mecánico es la determinación del rango de tamaño de

partículas presentes en un suelo, expresado como un porcentaje del peso

(o masa) seco total. Se usan generalmente dos métodos para encontrar la

distribución del tamaño de las partículas de suelo:

Análisis con cribado, para tamaños de partículas mayores de 0.075

mm de diámetro.

Análisis Hidrométrico, para tamaños de partículas menores de 0.075

mm de diámetro.

Análisis Hidrométrico

El análisis hidrométrico se basa en el principio de sedimentación de

granos de suelo en agua. Cuando un espécimen de suelo se dispersa en


ESTUDIO DEL SUELO


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agua, las partículas se asientan a diferentes velocidades, dependiendo de

sus formas, tamaños y pesos. Por simplicidad, se supone que todas las

partículas son esferas y que la velocidad de las partículas se expresa por la

ley de Stokes, según la cual:

Donde = velocidad

s = densidad de las partículas de suelo

w = densidad del agua

= viscosidad del agua

D = diámetro de las partículas de suelo

Análisis por cribado

El análisis por cribado consiste en sacudir la muestra de suelo a través de

un conjunto de mallas que tienen aberturas progresivamente más

pequeñas. Los números de las mallas estándares con sus tamaños de

aberturas se muestran a continuación.


El análisis por cribado consiste en sacudir la muestra de suelo a través de

un conjunto de mallas que tienen aberturas progresivamente más

pequeñas. Los números de las mallas estándares con sus tamaños de

aberturas se muestran a continuación:


ESTUDIO DEL SUELO


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Para realizar este procedimiento, primero el suelo se seca en un horno, y

luego todos los grumos se disgregan en partículas pequeñas antes de ser

pasados por las mallas. Después de que el periodo de vibración concluye,

se determina la masa del suelo retenida en cada malla. Cuando se

analizan suelos cohesivos, resulta difícil disgregar los grumos en

partículas individuales. En tal caso, el suelo se mezcla con agua para

formar una lechada y luego se lava a través de las mallas. Las porciones

retenidas en cada malla se recolectan por separado y se secan en horno

antes de que la masa retenida en cada malla sea determinada.

Los resultados del análisis por cribado se expresan generalmente como

porcentaje del peso total de suelo que ha pasado por las diferentes mallas.


ESTUDIO DEL SUELO


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1.3.2 Curvas de distribución granulométrica

Los resultados del análisis mecánico (análisis por cribado o hidrométrico)

se presentan generalmente en gráficas semilogarítmicas como curvas de

distribución granulométrica (o de tamaño de grano). Los diámetros de las

partículas se grafican en escala logarítmica y el porcentaje correspondiente

de finos en escala aritmética.


ESTUDIO DEL SUELO


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Cuando los resultados del análisis por cribado y del análisis hidrométrico

se combinan, generalmente ocurre una discontinuidad en el rango en que

éstos se traslapan. La razón para la discontinuidad es que las partículas

de suelo son generalmente irregulares en su forma. El análisis por cribado

da la dimensión intermedia de una partícula; el análisis hidrométrico da el

diámetro de una esfera que se asentaría la misma razón que la partícula

de suelo.

Los porcentajes de grava, arena, limo y partículas tamaño arcilla presentes

en un suelo se obtienen de la curva de distribución granulométrica. De

acuerdo con el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos y analizando

la gráfica anterior podemos decir que el Suelo A, tiene los siguientes

porcentajes:

Grava (límite de tamaño: mayores de 4.75 mm) = 0%


ESTUDIO DEL SUELO


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Arena (límites de tamaño de 4.75 a 0.075 mm) = porcentaje de más

finos que 4.75 mm de diámetro 100%, menos, porcentaje de más

finos que 0.075 mm de diámetro 62%, 100% - 62% = 38%

Limo y arcilla (límites de tamaño menores que 0.075 mm) = 38%

1.3.3 Diámetro efectivo, coeficiente de uniformidad y

coeficiente de curvatura

Las curvas granulométricas se usan para comparar diferentes suelos.

Además, tres parámetros básicos del suelo se determinan con esas curvas

que se usan para clasificar los suelos granulares. Los tres parámetros del

suelo son:

Diámetro efectivo

Coeficiente de uniformidad

Coeficiente de curvatura

El diámetro en la curva de distribución del tamaño de las partículas

correspondiente al 10% de finos se define como diámetro efectivo, o D10.

El coeficiente de uniformidad está dado por la relación:

Donde Cu = coeficiente de uniformidad

D60 = Diámetro correspondiente al 60% de finos en la

curva de distribución granulométrica

El coeficiente de curvatura se expresa como:

Donde Cz = coeficiente de curvatura


ESTUDIO DEL SUELO


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D30 = diámetro correspondiente la 30% de finos

La curva de distribución granulométrica muestra no sólo el rango de los

tamaños de partículas presentes en un suelo, sino también la distribución

de varios tamaños de partículas.

Un suelo bien graduado tiene un coeficiente de uniformidad mayor de 4

para gravas y 6 para arenas y un coeficiente de curvatura entre 1 y 3 para

gravas y arenas.


ESTUDIO DEL SUELO


Página 24

1. Lee y analiza la separata dirigida y realiza un cuadro comparativo

entre los diferentes tipos de suelo de acuerdo al tamaño del grano.

2. Selecciona los conceptos más relevantes de la separata dirigida y

elabora un mapa conceptual.

3. Entra a http://estudiodesuelocolumbus.wordpress.com/wp-

admin/post-new.php y revisa la información publicada en las

entradas. Comenta sobre los mismos.

4. Con todo lo aprendido debes ser capaz de confeccionar una curva de

análisis granulométrico y analizar su contenido.

EXPERIENCIAS DE APRENDIZAJE

http://estudiodesuelocolumbus.wordpress.com/wp-admin/post-new.php

http://estudiodesuelocolumbus.wordpress.com/wp-admin/post-new.php


ESTUDIO DEL SUELO


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Escribe en el rayado siguiente las observaciones y dudas que tengas de la

separata dirigida para ser discutidas en clases.

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TEXTOS PARALELOS


ESTUDIO DEL SUELO


Página 26

Se define el suelo como el agregado no cementado de minerales y

materia orgánica descompuesta sólida, junto con líquidos y gases que

ocupan los espacios vacíos entre las partículas sólidas.

La mecánica de suelos es la rama de la ciencia que trata el estudio de

sus propiedades físicas y el comportamiento de masas de suelos

sometidas a varios tipos de fuerzas.

La ingeniería de suelos es la aplicación de los principios de la mecánica

de suelos a problemas prácticos.

La ingeniería geotécnica es la ciencia y práctica de aquella parte de la

ingeniería civil que involucra materiales naturales encontrados cerca de

la superficie de la tierra.

El suelo es producido por intemperismo, es decir, por la fractura y

rompimiento de varios tipos de rocas en piezas más pequeñas

mediantes procesos mecánicos y químicos. Según el agente de

transporte, se subdividen en tres categorías principales:

Aluviales o fluviales: Depositados por agua en movimiento.

Glaciales: Depositados por acción de glaciar.

Eólicos: Depositados por acción del viento.

Los suelos en general son llamados, dependiendo del tamaño

predominante de las partículas:

grava,

arena,

limo o

arcilla

El análisis mecánico es la determinación del rango de tamaño de

partículas presentes en un suelo, expresado como un porcentaje del

peso (o masa) seco total.

CONSIGNAS DE APRENDIZAJE


ESTUDIO DEL SUELO


Página 27

Se usan generalmente dos métodos para encontrar la distribución del

tamaño de las partículas de suelo:

Análisis con cribado, para tamaños de partículas mayores

de 0.075 mm de diámetro.

Análisis Hidrométrico, para tamaños de partículas menores

de 0.075 mm de diámetro.

Los resultados del análisis mecánico (análisis por cribado o

hidrométrico) se presentan generalmente en gráficas semilogarítmicas

como curvas de distribución granulométrica (o de tamaño de grano).

Los diámetros de las partículas se grafican en escala logarítmica y el

porcentaje correspondiente de finos en escala aritmética.

Las curvas granulométricas se usan para comparar diferentes suelos.

Además, tres parámetros básicos del suelo se determinan con esas

curvas que se usan para clasificar los suelos granulares.

Los tres parámetros del suelo son:

Diámetro efectivo

Coeficiente de uniformidad

Coeficiente de curvatura


ESTUDIO DEL SUELO


Página 28

1. La siguiente tabla da los resultados de un análisis por cribado:

Malla (U.S.) No.

Masa de suelo retenido en cada malla (g)

4 0

10 21.6

20 49.5

40 102.6

60 89.1

100 95.6

200 60.4

PAN 31.2

Total 450 g

a. Determine el porcentaje más fino de cada tamaño de malla y dibuje

una curva de distribución granulométrica.

b. Determine D10, D30 y D60 de la curva de distribución granulométrica.

c. Calcule el coeficiente de uniformidad Cu

d. Calcule el coeficiente de curvatura Cz

2. Un suelo tiene los siguientes valores

D10 = 0.1 mm

D30 = 0.41 mm

D60 = 0.62 mm

a. Calcule el coeficiente de uniformidad

b. Calcule el coeficiente de curvatura

EVALUACIÓN


ESTUDIO DEL SUELO


Página 29

RESPUESTAS

Problema #1

a. Determine el porcentaje más fino de cada tamaño de malla y

dibuje una curva de distribución granulométrica.

Procedimiento para realizar la curva de distribución granulométrica:

Se confecciona una nueva tabla, ampliando la información del

problema, esta vez con cinco columnas.

Con la información suministrada en la tabla del problema, nos

dirigimos a la tabla donde aparecen las diferentes mallas estándares y

sus aperturas en mm, esto vendría siendo la nueva segunda columna

de la nueva tabla (eje X de la gráfica).

Se colocan los pesos suministrados como tercera columna de la nueva

tabla

Se procede a calcular el porcentaje retenido en cada malla, dividiendo el

peso retenido de cada malla entre el peso total de la muestra de suelo.

Cuarta columna de nuestra nueva tabla. Con este procedimiento se

obtiene el porcentaje más fino de cada tamaño de malla.

Considerando un total inicial del 100% de la muestra de suelo, se

procede a calcular el porcentaje que pasa en cada tamiz o malla. Quinta

columna de nuestra nueva tabla (eje Y de la gráfica)

No. De

malla

Apertura

de la

malla (mm)

Masa de

suelo retenido

(g)

%

retenido

en cada malla

% que

pasa

4 4.750 0 0.00% 100.00%

10 2.000 21.6 4.80% 95.20%

20 0.850 49.5 11.00% 84.20%

40 0.425 102.6 22.80% 61.40%

60 0.250 89.1 19.80% 41.60%

100 0.150 95.6 21.24% 20.36%

200 0.075 60.4 13.42% 6.93%

PAN 31.2 6.93% 0.00%

Total 450.0 100.00%


ESTUDIO DEL SUELO


Página 30

Utilizando las columnas Apertura de la malla (Eje X) y % que pasa

(Eje Y) y recordando que el eje X se gráfica en escala logarítmica y el

eje Y en escala aritmética. Obtenemos:

b. Determine D10, D30 y D60 de la curva de distribución

granulométrica.

Interpolando de la gráfica obtenemos

D10 = 0.090 mm

D30 = 0.196 mm

D60 = 0.400 mm

c. Calcule el coeficiente de uniformidad Cu

Utilizando la fórmula


ESTUDIO DEL SUELO


Página 31

Sustituyendo tenemos

Un suelo bien graduado tiene un coeficiente de uniformidad mayor de 4.

d. Calcule el coeficiente de curvatura Cz



Un suelo bien graduado tiene un coeficiente de curvatura entre 1 y 3.

Problema #2

D10 = 0.1 mm

D30 = 0.41 mm

D60 = 0.62 mm

1. Calcule el coeficiente de uniformidad



Un suelo bien graduado tiene un coeficiente de uniformidad mayor de 4.


ESTUDIO DEL SUELO


Página 32

2. Calcule el coeficiente de curvatura



Un suelo bien graduado tiene un coeficiente de curvatura entre 1 y 3.


ESTUDIO DEL SUELO


Página 33

1. Braja M. Das. FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA.

Editorial Thomson Learning. Cuarta Edicición. 2001.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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