INTRODUCCIÓN

La enorme importancia de tener conocimiento sobre el comportamiento de

suelos ha llevado al ingeniero moderno a realizar una serie de estudios que le

permita construir cualquier tipo de estructura sin que estas sufran con el tiempo

asentamientos, falla o en dado caso un deslizamiento de talud.

El tratar de iniciar cualquier construcción sin llevar a cabo, primero, un estudio

del suelo, es quizás uno de los mayores riesgos que pueden correrse en el

campo de ingeniería. Es imposible proyectar una cimentación adecuada para

una estructura sin conocer el carácter del suelo que se encuentre bajo de ella,

ya que, en definitiva, es dicho suelo el que soporta la carga.

Para determinar las propiedades de un suelo en el laboratorio, es preciso

contar con muestras representativas de dicho suelo. Un muestreo adecuado y

representativo es de primordial importancia, pues tiene el mismo valor que el

de los ensayes en sí. A menos que la muestra obtenida sea verdaderamente

representativa de los materiales que se pretenden usar, cualquier análisis de la

muestra solo será aplicable a la propia muestra y no al material de cual

procede. De aquí la imperiosa necesidad de que el muestreo sea efectuado por

persona conocedora de su trabajo, las muestras pueden ser de dos tipos:

alteradas o inalteradas. Se dice que la muestra es alterada cuando no guarda

las mismas condiciones que cuando se encontraba en el terreno de donde

procede e inalteradas en caso contrario.

Para poder comprender de una mejor manera lo expuesto anteriormente fue

necesario realizar una práctica en el laboratorio de mecánica de suelos

tomando una muestra representativa del suelo y con ella podríamos conocer

algunas de las propiedades volumétricas y gravimétricas. Así mismo a partir de

los datos obtenidos pudimos graficar la curva granulométrica de la muestra de

suelo la cual nos permitiría conocer el tipo de suelo con el que estamos

trabajando, arena arcillosa, arena limosa, caliche arcillosa, entre otros.

1

MARCO TEÓRICO

La mecánica de suelos es una disciplina de la ingeniería que tiene por objeto el

estudio de una serie de métodos que conduce, directa o indirectamente, al

conocimiento del suelo en los diferentes terrenos sobre los cuales se van a

erigir estructuras de índole variable la enorme importancia de su conocimiento

por el ingeniero moderno ha sido y es demostrada a diario con hechos por

todos conocidos. El tratar de iniciar cualquier construcción sin llevar a cabo,

primero, un estudio del suelo, es quizás uno de los mayores riesgos que

pueden correrse en el campo de la ingeniería.

El suelo está constituido por infinidad de partículas y la variedad en el tamaño

de estas es ilimitada. Cuando se comenzaron las investigaciones sobre las

propiedades de los suelos se creyó que sus propiedades mecánicas dependían

directamente de esta distribución en tamaños. Sin embargo, hoy sabemos que

es muy difícil deducir con certeza las propiedades mecánicas de los suelos a

partir de su distribución granulométrica.

El análisis Granulométrico Es la determinación de los tamaños de las partículas

de una cantidad de muestra de suelo, y aunque no es de utilidad por sí solo, se

emplea junto con otras propiedades del suelo para clasificarlo, a la vez que nos

auxilia para la realización de otros ensayos. En los suelos granulares nos da

una idea de su permeabilidad y en general de su comportamiento ingenieril, no

así en suelos cohesivos donde este comportamiento depende más de la

historia geológica del suelo.

El análisis granulométrico puede expresarse de dos formas:

1. Analítica. Mediante tablas que muestran el tamaño de la partícula contra

el porcentaje de suelo menor de ese tamaño (porcentaje respecto al

peso total).

2. Gráfica. Mediante una curva dibujada en papel log-normal a partir de

puntos cuya abscisa en escala logarítmica es el tamaño del grano y cuya

ordenada en escala natural es el porcentaje del suelo menor que ese

tamaño (porcentaje respecto al peso total). A esta gráfica se le

denomina curva granulométrica.

2

Al realizar el análisis granulométrico distinguimos en las partículas cuatro

rangos de tamaños:

1. Grava: Constituida por partículas cuyo tamaño es mayor que 4.76 mm.

2. Arena: Constituida por partículas menores que 4.76 mm y mayores que

0.074 mm.

3. Limo: Constituido por partículas menores que 0.074 mm. y mayores que

0.002 mm.

4. Arcilla: Constituida por partículas menores que 0.002 mm.

Para determinar las propiedades de un suelo en el laboratorio, es preciso

contar con muestras representativas de dicho suelo. Un muestreo adecuado y

representativo es de primordial importancia, pues tiene el mismo valor que el

de los ensayes en sí.

Las muestras pueden ser de dos tipos:

Muestras inalteradas: Son aquellas muestras obtenidas por medio de

muestreadores y usando técnicas en las cuales es posible preservar de

la estructura natural del material; aunque se use la expresión “inalterada”

se debe tener en cuenta que una muestra de suelo al ser retirada de sus

condiciones naturales sufre algún tipo de remoldeo o alteración, se

denomina así porque representan fielmente las condiciones del suelo in-

situ. En estas muestras se realizan todos aquellos ensayos que permiten

evaluar las condiciones de resistencia del suelo y comportamiento

ingenieril y las propiedades de permeabilidad, además determinar la

humedad natural y todos los demás ensayos que se pueden ejecutar en

las muestras alteradas.

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.

3

Para obtener muestras alteradas el muestreo debe efectuarse según el fin que

se persiga. Para tomar muestras individuales de un sondeo a cielo abierto

(pozo de 1.50m x 1.50m de sección y de la profundidad requerida) se sigue el

procedimiento siguiente:

Se rebaja la parte seca y suelta de un suelo con el propósito de obtener

una superficie fresca

Se toma una muestra de cada capa en un recipiente y se coloca una

tarjeta de identificación

Las muestras se envían en bolsas al laboratorio

Principales tipos de suelo

Algunas características del suelo: El conocimiento de las principales

características físicas del suelo, es fundamentalmente importante en el estudio

de la mecánica de suelos, púes mediante su atinada interpretación se puede

predecir el futuro comportamiento de un terreno baja cargas cuando dicho

terreno presente diferentes contenidos de humedad .Estas características se

explican a continuación.

Peso volumétrico: se denomina peso volumétrico de un suelo (γ) al peso dicho

suelo contenido en la unidad de volumen, y generalmente se expresa kgcm3

. Se

le denomina peso volumétrico seco suelto (p.v.s.s) de un suelo al peso

volumétrico aparente de él tomado el peso del mismo. Previamente

cuarteada y secado en horno a peso constante.

Densidad: la densidad absoluta de un cuerpo es la masa de dicho cuerpo

contenida en la unidad de volumen ,sin incluir sus vacíos , la densidad

aparente es la masa de un cuerpo contenida en la unidad de volumen

incluyendo sus vacíos.

Absorción: el método se refiere a la determinación de la absorción del material

en 24 horas. Para ello, la muestra seleccionada del agregado grueso retenido

en la malla de 3/8 ¨, se sumerge en agua durante 24 horas. Al final de este

tiempo deberá extraerse el material del agua y proceder a su secado

superficial, mediante un lienzo absorbente.

4

Granulometría: El análisis granulométrico se refiere a la determinación de la

cantidad en porciento de los diversos tamaños de las partículas que

constituyen el suelo.

El análisis granulométrico puede expresarse de dos formas:

1. Analítica. Mediante tablas que muestran el tamaño de la partícula contra

el porcentaje de suelo menor de ese tamaño (porcentaje respecto al

peso total).

2. Gráfica. Mediante una curva dibujada en papel log-normal a partir de

puntos cuya abscisa en escala logarítmica es el tamaño del grano y cuya

ordenada en escala natural es el porcentaje del suelo menor que ese

tamaño (porcentaje respecto al peso total). A esta gráfica se le

denomina curva granulométrica.

Al realizar el análisis granulométrico distinguimos en las partículas cuatro

rangos de tamaños:

1. Grava: Constituida por partículas cuyo tamaño es mayor que 4.76 mm.

2. Arena: Constituida por partículas menores que 4.76 mm y mayores que

0.074 mm.

3. Limo: Constituido por partículas menores que 0.074 mm y mayores que

0.002 mm.

4. Arcilla: Constituida por partículas menores que 0.002 mm.

En el análisis granulométrico se emplean generalmente dos métodos para

determinar el tamaño de los granos de los suelos:

1. Método Mecánico.

2. Método del Hidrómetro.

5

Análisis Granulométrico Mecánico por Tamizado.

Es el análisis granulométrico que emplea tamices para la separación en

tamaños de las partículas del suelo. Debido a las limitaciones del método su

uso se ha restringido a partículas mayores que 0.074 mm. Al material menor

que ese se le aplica el método del hidrómetro.

Tamiz:

Es el instrumento empleado en la separación del suelo por tamaños, está

formado por un marco metálico y alambres que se cruzan ortogonalmente

formando aberturas cuadradas. Los tamices del ASTM son designados por

medio de pulgadas y números. Por ejemplo un tamiz 2" es aquel cuya abertura

mide dos pulgadas por lado; un tamiz No. 4 es aquel que tiene cuatro alambres

y cuatro aberturas por pulgada lineal.

Limitaciones del Análisis Mecánico

No provee información de la forma del grano ni de la estructura de las

partículas.

Se miden partículas irregulares con mallas de forma regular.

Las partículas de menor tamaño tienden a adherirse a las de mayor tamaño.

El número de tamices es limitado mientras las partículas tienen números de

tamaños ilimitados.

Tiene algún significado cuando se realiza a muestras representativas de

suelo.

Método del Hidrómetro.

El método más usado para hacer la determinación indirecta de porcentajes de

partículas que pasan el tamiz no. 200 (0.075 mm.), hasta 0.001 mm, es el

hidrómetro basado en la sedimentación de un material en suspensión en un

líquido, el hidrómetro sirve para la determinación de la variación de la densidad

de la suspensión con el transcurso del tiempo y medir la altura de caída del

gramo de tamaño más grande correspondiente a la densidad media. 

6

HERRAMIENTA UTILIZADA EN LA PRÁCTICA:

1 Recipiente metálico (W=2.4 kg y V=2.665 l)

1 Vaso de aluminio

Charola

Mallas no. 10, 20, 40, 60, 100 y 200.

Balanza

1 maso

1 pala

MATERIAL UTILIZADO:

Tierra extraída (caliche arenoso)

Agua

PRUEBA DE HUMEDAD DE LA ARCILLA

La muestra de suelo que se utilizó para la realización de la práctica del análisis

granulométrico del suelo (caliche arenoso). A continuación se describirán los

pasos que se llevaran a cabo para dicha práctica.

1. Se depositó la muestra de suelo en una

lona para disgregarla, ya que era un

material granular, y la práctica requería que

las partículas del suelo estuvieran lo más

pequeñas posibles.

7

Fig. 1 Disgregación del material.

2. Después de realizar la disgregación de la muestra de suelo, la

colocamos en una superficie limpia y plana, se mezcló y se amontono en

forma cónica para después achatarla y dividirlas en cuatro partes

iguales, de cada cuarto se tomó una muestra y se depositó en un

recipiente metálico (w=2.4 kg y v = 2.665 lts).

3. Ya realizado el cuarteo tomamos una muestra representativa y

procedimos a pesarla (w =5540 gr.) esto nos sirvió para el cálculo de la

masa volumétrica del suelo.

DATOS OBTENIDOS.

Recipiente = 2400gr.

Recipiente + material = 5540gr.

4.-Se procede a pesar las capsulas 6 y 8.

Capsula 6 = 47.9gr.

8

Fig. 2 Revoltura del material.

Fig. 3 Cuarteo.

Fig. 4 Muestra representativa. Fig. 5 Pesaje de la muestra representativa.

Capsula 8 = 41.9gr.

5.- Después de llenan las capsulas con el material enrasado.

Capsula 6 lleno = 184.2gr.

Capsula 8 lleno = 140.6gr.

6.- De ahí se hace la prueba rápida, se lleva la capsula 8 al mechero de

bunsen, y se deposita el material de muestra en una charola y se coloca un

vidrio de reloj hasta que este pierde la humedad. Después se coloca en la

capsula 8 se vuelve a pesar.

Capsula 8 después de la prueba rápida.= 177.7gr.

7.-Se coloca la capsula 6 en el horno a 105° C. durante 10 horas. Después se

saca del horno y se pesa.

9

Fig. 7 Prueba rápida.Fig. 8 Pesaje de material en

capsulas.

Fig. 6 Pesaje de material en capsulas.

Capsula 6 = 172.8gr.

8.- Para obtener el contenido de agua se utiliza la siguiente formula.

h= ((p . i .c . lleno−p . c . vacio )−( p . f . c .lleno−p . c . vacio)

(p .i . c . lleno−p . c . vacio)) (100)

Sustituyendo los valores obtenemos el contenido de agua de cada capsula:

hprueba rapida= 8.67%

hhorno =8.36%

PRUEBA GRANULOMÉTRICA DE CALICHE.

1. Se depositó la muestra de suelo en el piso limpio para iniciar con el

cuarteo. y se amontono en forma cónica para después achatarla y

dividirlas en cuatro partes iguales

2. De cada cuarto se tomó

una muestra y se depositó en un recipiente metálico. Para luego

colocarlo en una charola (4700 gr).

10

Fig. 9 Cuarteo del material.

Fig. 10 Material en la Charola

3.-luego se procede a cribar el material obtenido, con la malla núm. 4.y se pesa

la charola con el material que pasó la malla 4.

Charola + caliche=12200 kg

Caliche=7700 gr

Del material retenido (grava) de la malla se procede a cribarlos con las

respectivas mallas. Una vez hecho esto se pesan para saber la granulometría

o tamaños de material que este tiene.

Mallas en pulgadas Peso en gramos3 02 1201 ½ 01 440¾ 540½ 13603/8 480Charola retiene la malla núm. 4 1870 Tabla 1 Datos obtenidos de la prueba.

11

Fig.11 Cribado Fig.12 Pesando el material.

Fig.13 Cribado de la grava Fig.14 Pesado de cada malla

3. De esos 7700gr que pasaron la malla núm. 4 de suelo se tomaron tan

solo 200 gr. lo depositamos en un vaso de aluminio y le agregamos agua

para saturar la muestra totalmente, el proceso de saturación tuvo una

duración de 24 horas.

4. Ya saturado totalmente el material se realizó el lavado, que consistió en

disolver la muestra de suelo con el agua e ir retirando el agua sucia del

vaso, la cual se coló o filtro a través de la malla numero 200 lo que se

retenía en ella se volvía a depositar en el vaso, este procedimiento se

realizó hasta que el agua ya no adquirió un color turbio sino clara y

limpia.

12

Fig. 15 Saturación de la muestra.

Fig. 16 Inicio del lavado de la muestra. Fig. 17 Lavado de la muestra utilizando malla no. 200

Fig. 18 Lavado de la muestra. Fig. 19 Muestra sin residuos de finos.

5. Ya que se lavó bien la muestra de suelo se metió al horno por 24 horas,

esto con el fin de secarla totalmente.

6. Ya teniendo el material seco, lo pesamos y proseguimos a realizar el

cribado, este proceso se realizó mediante el uso de las mallas número

10, 20, 40, 60,100 y 200. Con los retenidos en cada una de las mallas ya

podíamos, hacer los cálculos pertinentes para conocer la curva

granulométrica del suelo.

13

Fig. 20 Muestra dentro del horno.

Fig. 21 Cribado. Fig. 22 Pesaje de los retenidos en las mallas.

Fig. 23 Retenidos en las mallas 10, 20, 40, 60, 100 y 200.

RESULTADOS

Calculo de la masa volumétrica

Datos

Mv= Mm.r−Mr

V Mm.r= 5.54 kg

Dónde: Mr=2.4 kg

Mv= masa volumétrica V=2.665 l=2.665x10-3 m3

Mm.r= masa del recipiente con el material Mv= 5.54kg−2.4kg2.665 x10−3m3

Mr= masa del recipiente Mv= 1,178.2363kg

m3

V= volumen del recipiente

14

Fig. 24 Malla no. 1025.9 gr

Fig. 25 Malla no. 2023 gr

Fig. 26 Malla no. 4017.1 gr

Fig. 28 Malla no. 1008.4gr

Fig. 29 Malla no.2005.2 gr

Fig. 27 Malla no. 60 8.8 gr

Análisis granulométrico de la muestra de suelo

Malla no. Diámetro

(mm.)

Masa de

suelo retenido

en cada

malla.

(gr.)

Porcentaje de

suelo retenido

en cada

malla.

(%)

Porcentaje

que pasa

(%)

10 2.000 25.9 29.29 70.71

20 0.850 23 26.01 44.7

40 0.425 17.1 19.34 25.36

60 0.250 8.8 9.95 16.11

100 0.150 8.4 9.50 6.66

200 0.075 5.2 5.88 0.7

Pasa 200 0

Suma 88.4 100.00

15

Tabla 2 Composición granulométrica que pasa la malla no. 4.

Fig. 28 curva granulométrica del suelo.

D10= 0.1

D30= 3

D60= 9.5

Coeficiente de uniformidad Arena bien graduada

Cu=D60D10

Cu=9.50.1

Cu= 95

Coeficiente de curvatura Cu¿6 pero Cc ∉ [1,3]

Cc= (D 30 )2

D10∗D 60 ∴ es una arena bien graduada

Cc= (03 )2

0.1∗9.5

Cc= 9.47

PRUEBA DE DENSIDAD.

1. Se toma 100gr. De caliche.

16

1≤ Cc≤ 3

Cu¿ 6

Fig. 30 pesando el caliche.

2. Se coloca el caliche en el matraz, luego se le coloca agua considerada,

para expulsar el aire atrapado.

3. Se calienta el matraz hasta que llegue el punto de ebullición en la parrilla

a 120°C.

4. Después de rebullirse se saca y se espera a que se enfrié a 20°C.

5. Y se va tomando la temperatura con el termómetro, en la superficie, en

medio y al fondo del matraz.

6. Finalmente Se termina de llenar el matraz hasta los 500 mililitros. Y

luego se pesa todo el matraz con toda el agua y material dentro de él.

S

17

Fig. 31 matraz ebullendo

Fig. 32 midiendo la temperatura Fig. 33 pesando el matraz

Datos obtenidos

Peso total con el matraz=729.1 gr.

Peso matraz con agua=666.2 gr

Peso de la muestra = 100gr.

c=ws

ws+wmw−wmws=100

100+666.2−729.1=2.6954

Conclusión

De acuerdo a los coeficientes de curvatura y uniformidad que se obtuvieron de

la curva granulométrica de la muestra de suelo se observó que se trataba de

una arena bien graduada, ya que estos límites indican que dicho suelo debería

estar entre los rangos Cu>6 y 1 ≤ Cc ≤ 3, en principio no se podría dar un

resultado determinante sobre este suelo es decir, si es apto o no para la

construcción, ya que todavía hace falta calcular los limites plásticos y líquidos,

ellos nos indicaran la compresibilidad del suelo, lo que si podríamos decir este

suelo no paso la primera prueba por lo mencionado anteriormente de acuerdo

a los coeficientes de curvatura y de uniformidad. Ya teniendo los límites

plásticos y líquidos podríamos determinar el tipo de suelo con el que estamos

trabajando.

Cabe mencionar que durante estas prácticas los materiales que se utilizaron

fueron diferente al principio fue arcilla en la prueba granulométrica dela grava y

para la prueba de fino de utilizo caliche arenoso y por tanto no fue algo

adecuada para las pruebas.

18

BIBLIOGRAFÍA

Badillo, E. J. (2005). Mecánica de Suelos I: Fundamentos de la Mecánica de

suelos. México: Limusa.

Das, B. M. (1985). Fundamentos de Ingeniería Geotécnica . California:

Thompson Learning.

19