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Laboratorio de Geotecnia Practica: 1 ”Exploración y muestreo de suelos (determinación de testigos de humedad)”

Índice: Pagina

1) Objetivo………………………………………... 3 2) Introducción…………………………………... 3 3) Procedimiento…………………………………. 8 4) Material………………………………………… 9 5) Cálculos…………………………………………..9 6) Reporte Fotográfico………………………….... 12 1

7) Conclusiones…………………………………..... 13 8) Bibliografía………………………………………13

1) Objetivo: Realizar un muestreo de suelo en campo y determinar si el suelo encontrado está conformado por arcilla o limo, además de determinar el testigo de humedad del suelo.

2) Introducción: Lunes 27 de Enero de 2014. Salimos de la UAQ a la 1:20 p.m. aproximadamente después de haber recibido indicaciones del sitio de exploración y muestreo de suelo. El sitio fue una vieja tierra de sembradío ubicada sobre la carretera a Tlacote, pasando el Fraccionamiento Sonterra y a 500 m aproximadamente del Fraccionamiento Puerta Verona.

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Arribamos al sitio seleccionado a las 2:00 p.m., donde fuimos recibidos por el ingeniero encargado de ejecutar la obra destinada en dicho punto. A continuación, comenzamos con la exploración del terreno con el fin de ubicar un pozo que se encontrara en condiciones favorables de trabajo, es decir, en el que pudiéramos entrar y salir con facilidad (Que tuviera Rampa). Una vez ubicado el pozo para el muestreo, la brigada se dividió en tres grupos para agilizar el levantamiento de muestras. Se destinaron dos grupos al trabajo de recolección de muestras correspondientes a las capas del suelo, comenzando desde nivel de suelo hasta los 1,6 m de profundidad para el primer grupo y de 1,6 m a 3 m de profundidad para el segundo grupo. Al tercer grupo se le encomendó extraer una muestra cubica de 0,2x0,2x0,2 m. Para la extracción de las muestras de las capas del suelo así como para la extracción del cubo fue necesario quitar la corteza exterior de uno de los muros del pozo para obtener porciones más frescas y que no se vieran afectados los cálculos de humedad del suelo. Para la primera parte del muestreo fue necesario cavar una canaleta aproximadamente de 20 cm sobre el muro. A continuación se comenzó a extraer 1 kg de suelo por cada 20 cm de profundidad hasta llegar a los 3 m, colocando una etiqueta en cada una de las muestras, donde se especificó: la profundidad de extracción y las características físicas generales del suelo. Para la segunda parte que correspondía a la muestra cubica, fue necesaria la realización de un trabajo con sumo cuidado para evitar que al momento de extraer la muestra esta se rompiera. Nuestro objetivo fue obtener un cubo mayor a las dimensiones especificadas para mayor seguridad. Comenzamos con la excavación de los lados laterales y la cara superior, marcamos las tres caras sobre el muro con ayuda de una barreta y un machete y se extrajo material de cada uno de los lados marcados hasta llegar a los 30 cm de profundidad aproximadamente. Una vez liberada la cara superior del cubo, comenzamos a liberar la cara trasera del cubo con ayuda de un cuchillo y un machete, cuidadosamente. Por último e igualmente ayudándonos con un la barreta, se extrajo material hasta los 15 cm de profundidad, lo cual provoco que el cubo se desprendiera del muro por peso propio. Una vez estando el cubo en el suelo procedimos a darle la forma del cubo de dimensiones señaladas. Rebanamos el material excedente cara por cara con ayuda de un machete hasta llegar a obtener las dimensiones de la muestra más aproximada. Finalmente enrollamos la muestra con plástico adherible para evitar que este se rompiera. Se finalizó la exploración y muestreo de suelo a las 4:30 p.m. aproximadamente y se cargó la camioneta con las muestras a las 5:00 p.m. La camioneta que trasladaba las muestras arribo a la Facultad de Ingeniería (UAQ) a las 6:00 p.m. aproximadamente 3

A las 6:45 p.m. realizamos las mediciones para el cálculo de los testigos de humedad del suelo. Preparamos 30 flaneras con una pequeña porción de las muestras extraídas en campo. Dos por cada 20 cm de profundidad. Se pesaron y a continuación fueron colocadas en un horno donde reposaron por 21 horas. Martes 28 de Enero de 2014 Una vez pasadas las 21 horas, el martes a las 5:00 p.m. sacamos las 30 muestras del horno y las volvimos a pesar nuevamente una por una, obteniendo con esto el peso seco del material.

Marco teórico La importancia de la exploración y el muestreo de un suelo radican en que si este trabajo se realiza apropiadamente podremos obtener muestras representativas mediante las cuales conozcamos las propiedades físicas del suelo en estudio y estaremos en la posibilidad de clasificarlo y ubicar la naturaleza del problema con más factibilidad de ocurrir. M. I. Bernardo Gómez González Una muestra alterada es aquella que está constituida por material disgregado o fragmentado en las que no se toman precauciones especiales para conservar las características de estructura y humedad in situ; no obstante, en algunas ocasiones conviene conocer el contenido de agua original del suelo, para lo cual las muestras se envasan en recipientes impermeables y se transportan de forma que estén protegidas de los agentes atmosféricos. Se utilizan en el laboratorio para identificar el tipo de suelo a que corresponden, realizar pruebas índice y preparar especímenes compactados para someterlos a pruebas mecánicas (SAHOP, 1974). M. I. Bernardo Gómez González Una muestra inalterada es aquella en la que se conserva la estructura, no sufre de alteraciones químicas, ni de humedad, es decir, conserva las propiedades que tenía in situ. Estas muestras se utilizan en el laboratorio para identificar el tipo de suelo a que corresponden, realizar pruebas índice y mecánicas (Comisión Federal de Electricidad, 1979). Las muestras inalteradas se obtendrán de suelos finos que pueden labrarse sin que se disgreguen. La obtención puede efectuarse en el piso o en las paredes de una excavación como en un pozo a cielo abierto, en la superficie del terreno natural o en la de una terracería. Las muestras inalteradas deben conservar las condiciones de un suelo en su estado natural, por lo que su obtención, empaque y transporte requieren cuidados especiales a fin de no alterarlas. Las muestras deben ser identificadas claramente

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M. I. Bernardo Gómez González Método de exploración de suelo Pozo a cielo abierto: Es el método más satisfactorio para conocer las condiciones del subsuelo. Consiste en excavar un pozo de dimensiones suficientes para poder introducirse en él, examinar los diferentes estratos del suelo en su estado natural y extraer muestras alteradas e inalteradas. Su aplicación eficiente resulta sobre suelos cohesivos. M. I. Bernardo Gómez González Herramientas manuales: La barrena helicoidal y la pala pasteadora son adecuadas para aquellos casos en los que la profundidad de la exploración sea menor de unos 12m. Con estas herramientas se obtienen muestras alteradas de arenas, limos, arcillas o mezclas de ´estos, que no contengan gravas cantos rodados o estén endurecidos por cementación se sus partículas. Cuando los suelos se encuentran arriba del nivel freático las muestras obtenidas con estas herramientas son representativas. Pero cuando se encuentran bajo el agua, no es posible recuperar muestras confiables de las arenas sin cohesión, en tanto que de los suelos con cohesión, que no son lavados por el agua de la perforación, se obtienen muestras aceptables para fines de clasificación, aunque su contenido de agua es generalmente mayor que el valor natural del suelo inalterado. M. I. Bernardo Gómez González Perforación con chiflón y ademe. Consiste en hincar, a golpe, mediante un martillo de caída libre que se mueve a lo largo de una guía, un tubo cuyo diámetro interior es de 7.5 a 15.0cm, provisto en su extremo inferior de una zapata afilada, de acero endurecido. Después que se ha hincado un tramo de tubo de ademe, se procede a introducir en ´el una barra de perforación o tubo para agua, reforzado, que lleva en el extremo inferior un trepano, a manera de cincel, provisto de agujeros por donde circula agua a gran velocidad y presión; la línea de tubería del trepano se conecta a una bomba de alta presión que hace circular el agua y, mediante movimientos ascendentes y descendentes alternados de la barra, acompañados de pequeños giros, se va aflojando y extrayendo el material que ha quedado dentro del ademe para limpiarlo totalmente, hasta alcanzar el nivel inferior de la zapata. M. I. Bernardo Gómez González Prueba de penetración dinámica estándar. Después de limpiar con el chiflón el interior del ademe hasta su extremo inferior, se obtienen muestras alteradas del suelo hincando a golpe un tubo muestreado, conocido como penetrómetro estándar. Este tubo muestreador consiste en un tubo de pared gruesa provisto en sus extremos de dos piezas roscadas. El tubo estándar tiene una longitud de 60.0cm, diámetro interior de 3.50cm y diámetro exterior de 5.00cm; la longitud total del muestreador es de 75.00cm. Una canastilla de laminillas de 5

acero colocada en la zapata del muestreador y una funda interior de polietileno flexible permiten retener muestras de suelo de cualquier tipo que penetren al tubo; el polietileno sirve también de envoltura y protección a las muestras de suelo contra perdida de agua después de extraerlas del muestreador. Este muestreador se introduce hasta el fondo de la perforación y se hinca mediante un martinete de caída libre, de 65.00kg de peso y altura constante de 75.00cm. Registrando el número de golpes necesarios para hacerlo penetrar en el terreno, cada 10.00cm de profundidad; se obtienen así un ´índice de penetración estándar, expresado por el número de golpes del martillo, N, necesarios para hincar los 30.00cm intermedios del tubo muestreador.

Figura A. Perforación con ademe hincado a golpe y lavado con chiflón de agua. M. I. Bernardo Gómez González

Prueba de penetración estándar en arenas. En depósitos de arena, donde la obtención de muestras inalteradas ofrece algunas dificultades prácticas, la resistencia a la penetración estándar N, se utiliza para estimar, empíricamente, el ´ángulo de fricción interna efectivo Ф y la compresibilidad de estos suelos.

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Figura B. Prueba de penetración estándar. M. I. Bernardo Gómez González Prueba de ductilidad Consiste en tomar una muestra de material y humedecerlo. Una vez húmedo se amasa y se da forma de cilindro. Si el material logra llegar a esta forma, el material es arcilla, si no, el material es limo. Explicación en clase: Dr. Omar Chávez Alegría Prueba de conductividad hidráulica Consiste en amasar una muestra saturada de material, si esta brilla al ser amasada, el un limo, si no, el material es arcilla. Explicación en clase: Dr. Omar Chávez Alegría

Prueba de Resistencia en estado seco Consiste en tomar un fragmento de terrón seco e intentar romperlo. Si el terrón se rompe fácilmente el material es limo, si el terrón presenta resistencia a ser fracturado el material es una arcilla. 7

Explicación en clase: Dr. Omar Chávez Alegría

3) Procedimiento: 1.) Determina el pozo a cielo abierto para trabajar (Figura 1). 2.) Con ayuda de una pala quita el suelo deshidratado de una de las paredes del pozo (Figura 2). 3.) Por etapas, marca una canaleta en el muro limpiado y comienza a cavar hasta llegar a la parte del suelo que presente más humedad. 4.) Divide la canaleta en secciones de 20 cm y toma una muestra de 1 kg de cada sección, (en total deben ser 15 muestras que corresponden a 3 m de profundidad) Tabla 2. 5.) Determina si el suelo está constituido por limos o por arcillas. 6.) Conforme vayas sacando las muestras, ve colocando una etiqueta en cada bolsa en la que especifiques: el número de muestra, tipo de suelo (Características generales del material) y profundidad (Figura 3). 7.) Coloca las muestras debajo de alguna sombra para impedir que esta se deshidrate e impida pruebas de humedad más exactas. 8.) De cada una de las muestras retira 2 porciones y colócalas sobre las flaneras. 9.) Pesa las 30 flaneras y registra los valores obtenidos en la Tabla 1, después ponlas a secar en el horno de 18 a 22 horas (Figura 4). 10.) Una vez pasado el tiempo de secado en el horno, saca las 30 muestras del horno y vuelve a pesarlas, nuevamente registra los valores obtenidos en la Tabla 1. 11.) Completa la Tabla 1 Extracción de muestra cubica de 0.2 m. 1) Con ayuda de una pala, limpia la pared del pozo de la cual se extraerá el cubo. 2) Con ayuda de una barreta o con un pico, comienza a delimitar las fronteras de la muestra a extraer, procurando que esta cara sea mayor que los 0.2 m especificados para mayor facilidad de trabajo. 3) Una vez delimitadas las fronteras de la primera cara del cubo, con cuidado comienza a cavar en los extremos derecho e izquierdo, así como en la parte superior de la cara del cubo marcada procurando no golpearla. 4) Una vez que las caras lateral y superior del cubo estén a la profundidad deseada, comienza a cavar la cara de atrás del cubo con ayuda de un cuchillo o un machete. 5) Una vez liberada la cara de atrás del cubo, con cuidado comienza a liberar la cara inferior. 6) En este punto, por su mismo peso el cubo se va a desprender de las paredes del muro. Coloca el cubo en el suelo y comienza a pulirlo para que tome la forma del cubo a 0.2 m, deseado o lo más aproximado posible. 7) Envuélvelo con plástico adherible para evitar que se fracture durante su traslado y colócalo debajo de alguna sombra. 8

4) Material:            

Bolsas. Plástico adherible. Cuchillos. Barras. Picos. Palas. 1 Charola. Flexómetro. Etiquetas. Plumones Flaneras Bascula

5) Cálculos: Testigo de humedad w ( )=

ww ×100 Ec .(1) ws

ww = Peso del agua. ws = Peso del sólido seco ( peso seco de la muestra). w(%) = porcentaje de humedad.

w ( )=

ww wf −wf s ×100= m ×100 Ec .(2) ws wf s −wf

wfm = peso de la muestra con flanera. wfs = peso seco de la muestra con flanera. wf = peso de la flanera. w = peso de la muestra. Tabla 1. Testigos de humedad

Muestr a

h (cm) flanera wf

suelo w

Suelo seco + flanera wfs

Suelo seco ws

Ww

W (%)

W (%) Promedio 9

1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 10 10 11 11 12 12 13 13 14 14 15 15

A B A B A B A B A B A B A B A B A B A B A B A B A B A B A B

0-20 20-40 40-60 60-80 80-100 100-120 120-140 140-160 160-180 180-200 200-220 220-240 240-260 260-280 280-300

126,97 117,64 119,52 121,59 117,5 116,44 126,25 120,64 127,5 120,97 118,08 119,64 118,91 116,75 119,26 117 133,01 127,92 121,47 122,7 118,25 126,98 123,83 126,69 129,87 135,14 121,03 109,97 127,18 123,63

125,41 123,65 128,76 140 119,93 123,19 126,26 123,11 124,79 122,91 102,22 107,88 130,84 119,7 125,4 124,38 131,63 131,65 128,72 126,03 108,71 105,25 124,53 125,23 130,35 131,03 110,86 115,89 104,04 115,62

223,33 212,59 221,56 232,6 207,23 208,4 214,54 210,69 218,1 210,23 192,59 198,33 215,13 204,79 214,99 211,64 235,5 230,31 221,49 220,59 203,47 209,57 222,45 225,82 232,65 238,43 209,21 202,2 212,27 215,43

96,36 94,95 102,04 111,01 89,73 91,96 88,29 90,05 90,6 89,26 74,51 78,69 96,22 88,04 95,73 94,64 102,49 102,39 100,02 97,89 85,22 82.59 98,62 99,13 102,78 103,29 88,18 92,23 85,09 91,8

29,05 28,7 26,72 28,99 30,2 31,23 37,97 33,06 34,19 33,65 27,71 29,19 34,62 31,66 29,67 29,74 29,14 29,26 28,7 28,14 23,49 22,66 25,91 26,1 27,57 27,74 22,68 23,66 18,95 23,82

30,147364 30,226435 26,18581 26,114764 33,656525 33,960418 43,006003 36,712937 37,737307 37,698857 37,189639 37,09493 35,980046 35,960927 30,993419 31,424345 28,432042 28,57701 28,694261 28,746552 27,563952 27,436736 26,272561 26,329063 26,824285 26,856424 25,720118 25,653258 22,270537 25,947712

30,1869 26,150287 33,808471 39,85947 37,718082 37,142284 35,970486 31,208882 28,504526 28,720407 27,500344 26,300812 26,840354 25,686688 24,109125

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Relación de Testigos de humedad

Testigos de humedad

Grafica 1. Porcentaje de Humedad con relación a la profundidad del suelo.

Tabla 2. Características generales del perfil del suelo. 20 cm

w(%) = 30.1869.

40 cm

w(%) = 26.1502.

60 cm

w(%) = 33.8084

80 cm

w(%) = 39.8594.

100 cm

w(%) = 37.7180.

120 cm

w(%) = 37.1422.

140 cm

w(%) = 35.9704.

160 cm

w(%) = 31.2088.

180 cm

w(%) = 28.5045.

200 cm 220 cm

Arcilla presenta materia orgánica ( raíces de vegetación)

Arcilla color negro claro sin presencia de raíces

w(%) = 28.7204. w(%) = 27.5003. 11

240 cm

w(%) = 26.3008.

260 cm

w(%) = 26.8403.

280 cm

w(%) = 25.6866.

300 cm

w(%) = 24.1091.

Limo, color más claro y rojizo, sin presencia de raíces

6) Reporte Fotográfico

Figura 1. Extracción de muestras en campo

Figura 3. Muestras de suelo

Figura 2. Suelo en campo

Figura 4. Secado de muestras en horno

7) Conclusiones: 12

El porcentaje de humedad para las 30 muestras estuvo oscilando entre w = 24%.y w = 39%. Estos altos niveles de humedad nos indican que el tipo de suelo en esta zona de construcción no es favorable para el levantamiento de cimentaciones estables para casas habitacionales o algún otro tipo de construcción, debido a que la arcilla al entrar en contacto con el agua tiende a expandirse, lo cual provocaría que las cimentaciones se colapsaran y con ellas toda la estructura. Lo recomendable sería remover este suelo y sustituirlo por un suelo más estable como el de terracería (Tepetate), para mayor facilidad de trabajo y prevenir riesgos a futuro por altas concentraciones de humedad. Realizamos varias pruebas para determinar si el material encontrado era arcilla o limo. Una de estas pruebas fue la de resistencia en estado seco. En esta prueba tomamos un terrón seco de cada una de las secciones marcadas e intentamos romperla. El terrón presento gran resistencia a romperse en los primeros 2.6 m de profundidad por lo tanto nos encontramos e presencia de terreno arcilloso, si el terrón se hubiera rompido fácilmente como fue en el caso de los 2.6 m a 3 m, este material estaría conformado por limos e igualmente realizamos la prueba de ductilidad y la prueba de conductividad hidráulica.

8) Bibliografía:  

Exploración y muestreo en suelos Procedimientos de exploración y muestreo de suelos y rocas.

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