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• David Mamani

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MARCO TEÓRICO 1. SUELO Es la capa supra yaciendo a la corteza terrestre y formada por la disgregación y descomposición de sus últimos niveles. El suelo es un agregado de partículas orgánicas e inorgánicas, con una organización definida y con propiedades que varían en dirección vertical. 2. AGENTES GENERADORES DEL SUELO: a) DESINTEGRACIÓN MECÁNICA. -Se refiere a la intemperización de las rocas por agentes físicos como: cambios de temperatura, congelación, efectos de organismos, plantas, etc. Llegando a formar gravas, arena, limo y en casos especiales arcilla. b) DESCOMPOCICÓN QUÍMICA. – Se debe a agentes que atacan a las rocas y cambian su composición mineralógica, siendo el principal agente el agua, que sus efectos son como la oxidación hidratación y a la carbonatación. Los productos resultantes pueden ser:  Suelos residuales. – suelos después de ataque de intemperismo quedan en el lugar sobre la roca de la cual proviene.  Suelos trasportados. – pero los productos antes mencionados pueden ser removidos por diferentes agentes como: glaciares ríos quebradas, corrientes de aguas superficiales, vientos y la fuerza gravedad y depositándose en otra zona. 3. SUELOS GRUESOS (GRAVAS, ARENAS) El comportamiento mecánico e hidráulico de estos suelos, están principalmente condicionados por su compacidad y por la orientación de sus partículas. 4. SUELOS FINOS (LIMOS ARCILLAS) Su comportamiento mecánico se ve influenciado por su estructura en general y su construcción mineralógica. La arcilla está constituida generalmente por silicatos de aluminio hidratado, presentando en algunas ocasiones silicatos de magnesio, hierro u otros metales. Debido a su forma se dividen en dos grupos: a) LAMINA SILÍCICAS. – Formadas por un átomo, rodeado de cuatro oxígenos, dispuesto en forma de tetraedro que se agrupa en unidades hexagonales, sirviendo un átomo de oxígeno entre cada dos tetraedros; y la u unidades uniendo hexagonales indefinidamente. b) LAMINA ALUMINICAS. – Están formadas por retículas de octaedros, dispuestos con un átomo de aluminio al centro y seis de oxígeno alrededor, también en este caso el oxígeno es anexo entre dos octaedros vecinos para así construir la retícula; esta se subdivide en: caolinitas son las más impermeables lo cual para la ingeniería civil es muy utilizada, montmorillonitas, son las más permeables de las arcillas y alitas en permeabilidad están en intermedió de las anteriores.

EXTRACCIÓN DE MUESTRA (CALICATA)

1.- PROCEDIMIENTO DE GUÍAS O NORMAS: Se utilizaron los procedimientos de las normas aquí mencionadas:



ASTM D 2488 (NTP 339.150) PERFIL ESTATIGRAFICO Descripción e identificación de suelos (Procedimiento visual – manual).



NTP 339.162:2001 SUELOS

Guía normalizada para caracterización de campo con fines de diseño de ingeniería y construcción.



NTP 339.151 (ASTM D4220) ESTADO DE MUESTRA INALTERADA

Debe mantener inalteradas las propiedades físicas y mecánicas del suelo en su estado natural al momento del muestreo.

2.1 EXTRACCIÓN DE MUESTRA: En la investigación de campo se realizó, de acuerdo a lo indicado, respetando las cantidades, valores mínimos y limitaciones que se indican en esta Norma NTP 339.162. UBICACIÓN DE LA CALICATA

SE REALIZÓ UNA CALICATA PARA HACER LOS ESTUDIOS RESPECTIVOS

2.1.1 CALICATA: Son excavaciones de profundidad pequeña a media, realizadas normalmente con pala retroexcavadora. Las calicatas permiten la inspección directa del suelo que se desea estudiar y, por lo tanto, es el método de exploración que normalmente entrega la información más confiable y completa. EN EL CASO DEL GRUPO SE OBSERVÓ SUELO FINO, ENTONCES SE PASÓ A SEGUIR EL PROCEDIMIENTO DE EXTRACCIÓN.

2.1.2 OBTENCIÓN DE MUESTRAS: La toma u obtención de muestras es el procedimiento que consiste en recoger partes, porciones o elementos representativos de un terreno, a partir de las cuales se realizará un reconocimiento geotécnico del mismo. Según la forma de obtención, pueden clasificarse de forma general en dos tipos:



Muestras alteradas: conservan sólo algunas de las propiedades del terreno en su estado natural.



Muestras inalteradas: conservan, al menos teóricamente, las mismas propiedades que tiene el terreno "in situ".

EN ESTE CASO EL SUELO DEL LUGAR DE DONDE SE EXTRAJO LA MUESTRA ES FINO Y EN CONSECUENCIA SE TUVO QUE REALIZAR EL PROCEDIMIENTO DE MUESTRA INALTERADA, SEGÚN LA NTP 339.151. 2.1.2MUESTRAS INALTERADAS: Requieren una limpieza superficial previa a la toma de la muestra, la muestra extraída que va a ser enviado como muestra al laboratorio, debe ser envuelta en yute y posteriormente un parafinado de las caras de la muestra donde queda en contacto con el exterior. Pueden ser: 

En bloque: tallando a mano un bloque aproximadamente cúbico, con dimensiones superiores a 15 ó 20 cm. La calidad de esta muestra es excelente.



Cilíndrica: mediante la hinca por golpeo manual de una toma muestras cilíndrico de diámetro no menor de 15 cm.

EL GRUPO OPTO POR SACAR LA MUESTRA EN BLOQUE CON UN TALLADO A MANO Y CON DIMENSIONES APROXIMADAS DE 30CM * 30 CM *30 CM.

2.2 PROCEDIMIENTO: a) Previamente seleccionado el lugar de exploración, se usó un pico con el cual se despejó y limpió el área donde se excavará la calicata. Con las herramientas se prosiguió a excavar la calicata de 1 m2 y de 1.5 m de profundidad. Se optó por el método de exploración de pozo a cielo abierto (calicata), ya que es un método sencillo que no requiere de equipo especial de exploración y que además brinda un amplio y representativo perfil del suelo. Para el estudio se cavó una sola calicata, debido a que el estudio es demostrativo para los ensayos del curso de mecánica de suelos I.

b) Al ser el suelo un material fino se procedió a tomar la muestra, la cual fue realizar un cubo de 30*30*30 aproximadamente, posterior a envolverlo en yute, para poder retirarlo haciendo un corte con alambre por la parte baja para no dañar la muestra y para finarlo puesto que no debe perder las características con las que se encontró.

c) Luego estos fueron llevados al laboratorio de Mecánica de Suelos en la UCCI para posteriormente realizar los ensayos.

2.3 PERFIL ESTRATIGRÁFICO: Un perfil estratigráfico es una especie de radiografía del terreno sondeado, y lo conformas de acuerdo a los estratos que identificaste en los sondeos que hayas realizado en el terreno. Es un método para la clasificación de suelos con propósitos de ingeniería, esta es de acuerdo a la NTP 339.162:2001 Capa orgánica

Estrato 1

Estrato 2

Estrato 3

Estrato 4

Estrato 5

3.- RESULTADOS: 3.1 CONSISTENCIA:

SE OBTUVO UNA CONSISTENCIA LAS CUALES COMPACTO.

3.2 ESTRUCTURA:

SE OBTUVO UNA ESTRUCTURA HOMOGENEA.

3.3 CEMENTACIÓN:

SE OBTUVBO UNA CEMENTACION FUERTE.

3.4 COLOR:

SE OBTUVO UN COLOR 4/6 REPRESENTADO EN LA TABLA ES UN MARRÓN OSCURO AMARILLENTO.

5. PROCEDIMIENTO Y CRITERIOS BÁSICOS PARA LAS PRÁCTICAS REALIZADAS EN LABORATORIO EXPLORACIÓN, MUESTREO Y CONTENIDO DE HUMEDAD En los proyectos de Ingeniería, tanto en obras horizontales como en obras verticales, se necesita tener información veraz acerca de las propiedades físico-mecánica de los suelos donde se pretende cimentar la obra. Por lo que deberá hacerse un plan de exploración y muestreo en el área donde se desea realizar el proyecto. La exploración deberá consistir en la investigación del subsuelo, con el objetivo de poder obtener muestras de suelo a la que se le realizaran en el laboratorio ensayes básicos de clasificación, densidad, humedad, etc. En dependencia de la información que se necesite y de los ensayes de laboratorio se define el tipo de exploración y la forma de muestreo de los suelos. Métodos de Exploración  Pozo a Cielo Abierto: En este tipo de muestreo exploratorio se practica una excavación con dimensiones suficientes para que un técnico pueda descender en ella y examinar los diferentes estratos que se presentan en su estado natural. Este tipo de excavación no se puede llevar a grandes profundidades. La dificultad fundamental que presenta este tipo de exploración es la presencia del nivel freático. En estos pozos se pueden tomar muestras alteradas y/o inalteradas.  Sondeos Manuales: Este tipo de exploración se realiza comúnmente en obras horizontales realizándose excavaciones de pequeña sección en planta y generalmente a una profundidad máxima de 1.5 metros. En esta exploración se obtienen muestras alteradas.  Ensayes de Penetración Estándar (SPT): Este es uno de los métodos que rinde mejores resultados en la práctica y proporciona una información más útil en torno al subsuelo, no solo en lo referente a la descripción, sino también en cuanto a la resistencia del suelo, ya que puede considerarse como el primer ensaye realizado. El método lleva implícito un muestreo que proporciona muestras alteradas del suelo en estudio y consiste en hacer penetrar a golpes, con un martinete, el penetrómetro o cuchara, registrando el número de golpes necesarios para lograr una penetración de 30 cm (1 pié).  Métodos Rotativos en Roca: Cuando en un sondeo se alcanza una capa de roca más o menos firme, no es posible lograr penetración con los métodos estudiados y ha de recurrirse a un

procedimiento diferente. En estos casos se recurre al empleo de maquinaria de perforación, rotación con broca de diamante o de tungsteno. Las velocidades de rotación son variables, de acuerdo con el tipo de roca a perforar. A las muestras obtenidas en este tipo de perforación, se le realizan todos los ensayes necesarios en la investigación. Tipos de Muestras Muestra Representativa: Se denomina muestra representativa aquella fracción de suelo o roca que es capaz de representar todo un conjunto o estrato determinado, no solo en su apariencia visual sino en sus propiedades físico-mecánicas. Muestra Alterada: Son aquellas en las que no se hace ningún esfuerzo para conservar la estructura natural y condiciones del suelo. Los aditamentos con características para la recuperación de estos suelos son los siguientes:  Muestreadores de tubo sencillo.  Cucharas tipo Terzaghi (cuchara partida).  Excavaciones en forma de calicatas o pozos a cielo abierto, etc. Las muestras alteradas pueden utilizarse para determinar; Peso específico, límites de consistencia, Granulometría y cualquier otro ensaye que no requiera la estructura o condiciones naturales del suelo in situ. Muestras Inalteradas: Las muestras inalteradas son las que se obtienen tratando de conservar su estructura natural y cuyas condiciones, fundamentalmente la densidad natural y la humedad natural, han sufrido cambios mínimos despreciables en comparación a su estado in situ. Para obtener estas muestras;  Monolitos labrados a mano.  Muestreadores Shelby, etc. Humedad

ASTM D 2216 Standard Test Methods for Laboratory Determination of Water (Moisture) Content of Soil and Rock by Mass 

NTP 339.127 SUELOS. Método de ensayo para determinar el contenido de humedad

de un suelo 

MTC E108 2000

Método de ensayo para determinar el contenido de humedad de un suelo

El contenido de humedad del suelo, se define como la cantidad de agua presente en el suelo relacionado al peso de su fase sólida, se representa por la siguiente expresión; Peso del agua contenida Wh – Ws % W = ---------------------------------- x 100 = ----------------- x 100 Peso seco Ws Donde;

%W Wh Ws

: : :

Porcentaje de Humedad Peso de muestra húmeda Peso de muestra sec

DESARROLLO DE LA PRÁCTICA La práctica consistirá en la realización de un sondeo manual de 1.50 metros de profundidad, además se obtendrá muestras alteradas que serán clasificadas en el en el campo: Material y Equipo          

Una pala. Una barra. Una posteadora. Un palín doble. Balanza de 0.1 gr. de sensibilidad Tara Horno Cucharón Charola Bolsas plásticas, Tarjetas para Identificar las muestras.

Procedimiento sondeo manual 

Localizar el sitio donde se realizará la excavación.



Limpiar la superficie del terreno con una pala, retirar la materia orgánica superficial.



Definir el área de la de la excavación, estará en dependencia del equipo a utilizar.



Realizar la excavación, inicialmente se utilizará la barra y la pala. A medida que se profundiza se pueden ir utilizando el resto del equipo (Palín doble, poste adora, etc.), en dependencia del tipo de suelo que se encuentre que facilite el trabajo de excavación.

Al ir avanzando en la excavación se debe ir observando la variación de los estratos, considerando básicamente el tamaño de las partículas y el color, los distintos estratos que se obtengan se deben colocar a un lado de la excavación separados entre si y en el orden que se van obteniendo. 

Cuando se llegue a la profundidad proyectada (1.5 m), se procede a la descripción de los suelos que corresponden a cada estrato. Luego se muestrea cada estrato por separado, esto consiste en colocar suficiente cantidad de material de cada estrato en bolsas de plástico con su correspondiente tarjeta que identifica a cada muestra y posteriormente trasladarla al laboratorio.



Cerrar la excavación con el material antes extraído, de tal manera que se coloque el suelo a como estaba en su estado natural, o sea depositando el suelo en orden inverso a como se extrajo.

Procedimiento para contenido de humedad 

Tomar una muestra representativa del estrato a evaluar.



Obtener el peso húmedo de la muestra.



Colocar la muestra en una tara y depositarlo en el horno hasta obtener peso constante. Temperatura del horno: 105 °c a 115 °c. Tiempo de la muestra en el horno : 24 horas.



Retirar la muestra del horno, dejarla enfriar y determinar su peso seco.

Presentación de Resultados 

En el reporte deberá adjuntarse la siguiente información -

Plano de ubicación de sondeos.

-

Perfil estratigráfico, conteniendo la descripción de los suelos encontrados.

-

Tarjeta que identifica cada muestra obtenido, conteniendo; Nombre del Proyecto, Localización de los Sondeos, Número de Sondeo, Número de Muestra, Profundidad de la Muestra, Descripción del Suelo, Colorde la Muestra.

DETERMINACION DEL PESO ESPECÍFICA DE LOS SUELOS GENERALIDADES: Se define como peso específico de los Suelos, a la relación del peso en el aire, de un volumen dado de partículas sólidas, al peso en el aire de un volumen igual de agua destilada a una temperatura de 4º C. El valor del peso Específica de un Suelo queda expresado por un valor abstracto; además de servir para fines de clasificación, interviene en la mayor parte de los cálculos de la Mecánica de Suelos. La densidad de los suelos varía comúnmente entre los siguientes valores:

Cenizas Volcánicas

2.20 a 2.50

Suelos Orgánicos

2.50 a 2.65

Arenas y Gravas

2.65 a 2.67

Limos Inorgánicos

2.67 a 2.72

Arcillas poco Plásticas

2.72 a 2.78

Arcillas medianamente plásticas y muy plásticas

2.78 a 2.84

Arcillas Expansivas

2.84 a 2.88

Suelos con Abundante Hierro

3.00

EQUIPO A UTILIZAR: 1. Matraz aforado de cuello largo (Frasco Volumétrico), de 500 cc. de capacidad. 2. Agua Destilada 3. Un dispositivo de succión neumática, capaz de producir el grado de vacío (opcional). 4. Dispositivo para calentar agua, con temperatura controlable. 5. Balanza de un centésimo de grado de aproximación y capacidad de 1Kg. 6. Horno a temperatura constante de 100 a 110º C. 7. Un desecador. 8. Batidor Mecánico 9. Termómetro con aproximación de 0.1º C, graduado hasta 50º C. 10. Cápsulas para evaporación. 11. Pipeta ó cuenta-gotas (Gotero) 12. Embudo de vidrio de conducto largo. PROCEDIMIENTO RECOMENDADO:

Para el cálculo de la gravedad específica se necesita el dato del peso del frasco volumétrico lleno con agua destilada hasta la marca de aforo, a la temperatura de ensaye.

Este valor se toma por lo general de una curva en que están ploteados los pesos del frasco más agua vs. la temperatura. Esta gráfica llamada curva de calibración, puede ser determinada experimentalmente ó por medios teóricos.

Antes de realizar el ensaye es necesario hacer la limpieza y calibración al frasco volumétrico. DETERMINACIÓN DE LA GRAVEDAD ESPECÍFICA A.

Procedimiento de Ensaye en Suelos no Cohesivos (Granulares). 1. Pésense 80 gr., aproximadamente de suelo previamente secado al horno y enfriado (Ws). 2. Pásese la muestra cuidadosamente a un frasco volumétrico seco y limpio, previamente calibrado, según se indico en los incisos anteriores, llénese éste con agua destilada hasta la mitad del frasco. 3. Elimínese el aire atrapado en la muestra por calentamiento del frasco durante 15 min., ó utilizando el método indicado por el profesor de la materia. 4. a.-

b.-

Añádase con cuidado agua destilada hasta la marca de enrase, verificando que no quede aire atrapado en la muestra; si existiese aire atrapado en la muestra, elimínelo por el método utilizado en el paso anterior. La presencia de materia orgánica puede producir el efecto de aire no removido a causa de los gases que se forman en contacto con el agua. La materia orgánica podrá descubrirse por olor y por la formación de una película oleaginosa en la superficie del agua. Si ésta materia existe el método del vacío debe sustituirse por más efectivo para remover gases; éste método puede ser ebullición de la suspensión de un baño de Glicerina durante 30 min., añadiendo de cuando en cuando más agua destilada para impedir la calcinación de la muestra, en todo momento el frasco volumétrico debe estar lleno hasta su mitad; tras este período déjese enfriar el frasco a la temperatura ambiente y aplíquese lo escrito anteriormente en el acápite a.

5. Desairada la suspensión añádase agua destilada hasta que el borde interior del menisco coincida con la marca de aforo.

6. Verifique si el menisco está bien enrrasado, y que el frasco en su parte exterior esté seco y limpio; pésese el frasco mas el agua más el suelo contenido en el (Wfws), con una aproximación de 0.1 gr. 7. De inmediato determínese la temperatura de la suspensión con aproximación de 0.01º C., introduciendo el bulbo de un termómetro hasta el centro del frasco volumétrico. 8. Introduzca la muestra al horno por un tiempo de 24hrs., a una temperatura de 110º C. 9. Saque la muestra del horno, déjela enfriar y determine su peso seco (Ws) con aproximación 0.1gr. 10. Calcule la gravedad específica con la formula siguiente:

Gs 

Ws Wfw  Ws  Wfsw Donde;

Ws

=

Wfsw

=

Peso del frasco + suelo + agua.

Wfw

=

Peso del frasco + agua (de la curva de calibración).

Gs =

Gravedad específica de las partículas sólidas del suelo.

B.

Peso seco del suelo

Procedimiento de Ensaye en Suelos Cohesivos 1. La muestra de suelo a ser ensayada, se criba por el tamiz No. 10; del material que pasa por el tamiz No. 10, se pesan aproximadamente 60 gr. de material seco. 2. Agréguele agua hasta obtener una consistencia pastosa. 3. Coloque la pasta dentro del frasco volumétrico, calibrado. 4. Se extrae el aire atrapado como se hizo en los pasos del No. 3 al No. 6, del procedimiento para suelos no cohesivos. 5. Pese el frasco mas agua, mas suelo, (Wsw). 6. Saque el agua y el suelo del frasco sin perder nada y déjese limpio el frasco.

7. Introduzca la muestra al horno por un tiempo de 24hrs., a una temperatura de 110º C. 8. Saque la muestra del horno, déjela enfriar y determine su peso seco (Ws) con aproximación 0.1gr. 9. Calcúlese la gravedad específica con la formula siguiente:

Gs 

Ws Wfw  Ws  Wfsw

Variación del Peso específico del agua en g/cm³ respecto a la temperatura en grados Centígrados(°C)

Peso específico del agua en gramos/centímetros cúbicos °C

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

0.9999 0.9999 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 0.9999 0.9999 0.9998

10

0.9997 0.9996 0.9995 0.9994 0.9993 0.9991 0.9990 0.9988 0.9986 0.9984

20

0.9982 0.9980 0.9978 0.9976 0.9973 0.9971 0.9968 0.9965 0.9963 0.9960

30

0.9957 0.9954 0.9951 0.9947 0.9944 0.9941 0.9937 0.9934 0.9930 0.9926

40

0.9922 0.9919 0.9915 0.9911 0.9907 0.9902 0.9898 0.9894 0.9890 0.9885

50

0.9881 0.9876 0.9872 0.9867 0.9862 0.9857 0.9852 0.9848 0.9842 0.9838

60

0.9832 0.9827 0.9822 0.9817 0.9811 0.9806 0.9800 0.9795 0.9789 0.9784

70

0.9778 0.9772 0.9767 0.9761 0.9755 0.9749 0.9743 0.9737 0.9731 0.9724

80

0.9718 0.9712 0.9706 0.9699 0.9693 0.9686 0.9680 0.9673 0.9667 0.9660

90

0.9653 0.9647 0.9640 0.9633 0.9626 0.9619 0.9612 0.9605 0.9598 0.9591