Mecanica de-suelos

UNIVERSIDAD PERUANA LOS ANDES
FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

I. INTRODUCCION

El presente estudio de mecánica de suelos fue realizado usando métodos
empíricos y mediante estudios de laboratorio, con el propósito de poder saber
con precisión las propiedades mecánicas y físicas del suelo, basados en seis
ensayos.

Los ensayos de mecánica de suelos tienen como propósito identificar (o
clasificar) el material, determinándole ciertas propiedades físicas y estableciendo
criterios de control sobre el material.

Como es imposible ensayar la masa de suelos completa y como el suelo es
un material variable, es necesario hacer varios ensayos sobre cantidades
pequeñas de suelo que permitan extrapolar los resultados a la masa completa.
Para que los ensayos sean válidos para la masa de suelos, deben ser ejecutados
sobre muestras que se consideran representativas de la misma y que cumplen
las normas de muestreo establecidas.

ESTUDIO DE MECANICA DE SUELOS


4.2. DETERMINACION DEL CONTENIDO DE
HUMEDAD



4.2.1. Objetivos
 Determinar el contenido de agua en el suelo.

4.2.2. Normas aplicables
 ASTM D 2216-71 (NTP 339.127)

4.2.3. Materiales
 Muestras de suelo
 Seis recipientes de metal
 Estufa
 Balanza



4.2.4. Procedimiento
a) Se pesaron seis recipientes de metal, en una balanza electrónica, la cual nos
proporcionara datos más precisos.

b) Se coloco una muestra representativa de suelo húmedo en los recipientes y
se determinó el peso de los mismos más el del suelo húmedo. Como el peso
fue determinado de manera inmediata, no fue necesario colocar la tapa.

c) Después de pesar la muestra húmeda más el recipiente, se colocaron las
muestras en la estufa para secarlas a una temperatura de 100+-5°C durante
un periodo de 24 horas como mínimo o hasta lograr peso constante.



d) Cuando las muestras se secaron, hasta mostrar un peso constante, se
determinó el peso de los recipientes más el del suelo seco; asegurándose de
usar la misma balanza para todas las mediciones de peso.

e) El promedio de los valores obtenidos para el contenido de humedad se toma
como el valor correspondiente a la profundidad de la muestra. La diferencia entre el
peso de suelo húmedo más el del recipiente y el peso del suelo seco más el del
recipiente es el peso del agua Ww que estaba presente en la muestra. La difer-
encia entre el peso de suelo seco más el del recipiente y el peso del recipiente
solo, es el peso del suelo seco (Ws).



4.3. DETERMINACION DE LA DENSIDAD IN SITU
DEL SUELO



4.3.1. Objetivos
 Determinar la densidad in situ del terreno de fundación
 Determinar el contenido de humedad natural del suelo

 ASTM D 1556 (NTP 339.143)

4.3.3. Materiales
 Aparato cono de arena (válvula +embudo compuesto)
 Placa base
 Arena calibrada (pasa malla N°20 y retenida en la malla N
°30)
 Balanza con capacidad superior a 10 kg y 1000 grs.
 Estufa
 Molde patrón proctor
 Herramientas y accesorios (martillos, cincel, tamices, brochas y regla
metálica)
 Nivel de mano, clavos, martillo, cincel, bolsas plásticas.



a) Determinación de la densidad aparente de la arena de reemplazo
a.1. Se pesa (W1) el molde proctor con su base ajustada verificando el
volumen (V).
a.2. Se coloca el molde sobre una superficie plana, firme y horizontal mont-
ando sobre éste y cerrada la válvula, la botella ensamblada con el cono y
con suficiente arena como para llenar el proctor más el cono mayor. Abrir
la válvula de pase de la arena y esperar hasta que el vaciado en el proctor
de ésta finalice.

a.3. Una vez que la arena ha llenado el molde mas el cono mayor, retirar con
cuidado el equipo para enrasar el molde proctor y luego pesarlo (W2).
Recoger con cuidado la arena sobrante.

a.4. Calcular la densidad de la arena



b) Calibración del cono y espacio de la placa base con arena
b.1. Llenar la botella de arena poco más de la tanta como sea necesaria para
llenar el cono mayor del equipo y pesar (W1).

b.2. Colocar la placa del equipo sobre una superficie seca, limpia y nivelada.
b.3. Con la válvula cerrada, voltear y colocar sobre la placa la botella
ensamblada con el cono mas la arena.

b.4. Aperturar la válvula de cono y esperar hasta que la arena llene
completamente el cono mayor. Luego cerrar la válvula, retirar el equipo
con cuidado y luego pesar (W2).Calcular el peso de arena para llenar el
cono mayor (P’).



c) Determinación del volumen de suelo extraído
c.1. Primero llenar la botella con arena suficiente como para llenar el hoyo que
se hará en campo (hoyo de 9-10 cm de profundidad), colocar el cono y
cerrar la válvula. Pesar el equipo (botella mas cono) y la arena contenida
(P1).Ir al campo.

c.2. Para el ensayo en campo, escoger un área que no haya sido manipulada
o compactada por ningún medio, es decir terreno natural.

c.3. Sobre la superficie escogida, colocar la placa del equipo de manera que
quede al ras del suelo y con el nivel, nivelar la placa y con clavos
asegurarla en esa posición.

c.4. Cavar a través de la placa un hoyo de 9 a 10cm aprox. de profundidad del
mismo diámetro que el de la placa base y colocar el suelo húmedo
extraído en bolsas plásticas para luego ser pesado (Wsh).

c.5. Voltear el equipo y colocarlo empalmando la boca del embudo mayor con
la de la placa sobre el hoyo cavado. Abrir la válvula y esperar hasta que la
arena llene el hoyo y el embudo mayor. Cerrar la válvula y retirar el
equipo.



c.6. En el laboratorio, pesar el equipo (botella+cono+arena restante) después
del ensayo (P2).

c.7. Pesar el suelo húmedo extraído del hoyo (Wsh) y determinar su contenido
de humedad (ASTM D 2216-71).

C8. Determinar la densidad in situ del suelo húmedo:

C9. Determinar la densidad del suelo seco in situ.

Pr C : 23 de mayo del 2010
: C-01
: M-1
: : 0.5-1.6 m.

: ASTM D 1556
(NTP 339.143)

DETERMINACION DE LA DENSIDAD DE LA ARENA CALIBRACION DEL CONO Y ESPACIO DE LA PLACA BASE CON ARENA
1 2 3 PROMEDIO 1 2 3 PROMEDIO
W molde 7894.90 6434.00 - 5270 - -
11982.50 9228.00 - 3556 - -
V molde
na 2994.06 2123.07 - p - - 1714.00 gr
Da Suelta 1.37 - 1.34 gr/cm3
ON DEL CONTEN
1 2 3 PROMEDIO N° DE ENSAYO 1 2 3 ROMEDIO
Wrecip+Wsh 67 64 75 W equipo+War
W recip + Wss 61 59 8 W equipo+Warena reman.
W recip 23 23 Volumen de suelo (hoyo) 2404.10 cm3
Wss 38 36 45 4120.00 gr
Wagua 6 5 7
Humedad (%) 15.79 13.89 15.56 15.08 %
DENSIDAD SECA IN SITU = 1.49 gr/cm3



4.4. Determinación de los Límites de
atterberg



4.4.1. Objetivos
 Determinar el limite liquido del suelo
 Determinar el limite plástico del suelo
 Determinar el índice plástico del
suelo
 ASTM D 4318 (NTP 339.129)

4.4.3. Materiales
 Aparato de límite líquido (copa Casagrande).
 Acanalador (Casagrande).
 Plato evaporador de porcelana.
 Placa de vidrio para hacer el ensayo de límite plástico
Varilla de soldadura de 3 mm. Para visualizar por comparación el diámetro
del cilindro para límite plástico.
 Balanza de sensibilidad de 0.01g.
 Estufa (100+-5°C), con circulación de aire.
 Accesorios (espátula, gotero, franela, envases)

a) Límite liquido
a.1. Se tamiza 5000 gr de suelo (seco al aire), por la malla N°40 al cual se le
realizo el cuarteo para tomar una muestra representativa de 500 gr. Luego
se dejo saturar durante 24 horas con la finalidad de que el agua ocupe
todos los espacios vacios del suelo. Una vez saturado el suelo se procede
con el siguiente paso.



a.2. Se calibra la copa de Casagrande verificando que la altura de la máquina
del límite líquido sea exactamente de 1 cm. Para esta operación se utilizó
la cabeza del acanalador del ranurador patrón en forma de lámina de 1 cm
de altura.

a.3. Se coloca unos gr. de suelo saturado en el recipiente de porcelana,
añadimos una pequeña cantidad de agua, y mezclamos cuidadosamente
el suelo hasta obtener una muestra pastosa y de color uniforme puesto
que estas características son indicadores de que la muestra está en un
estado adecuado para el ensayo.

a.4. Colocar con la espátula una muestra de la pasta en la copa Casagrande
de manera que tengamos una superficie de 10mm de espesor.

a.5. Después se realiza la ranura y se giro la manivela registrando el número
de golpes necesarios para cerrar el canal en una longitud aproximada de
10mm.



a.6.Se toma una muestra para medir el contenido de humedad del suelo
colapsado en la ranura asegurándose que corresponda a la zona donde
se cerró la ranura y la pasta restante se regreso al plato de evaporación
para la siguiente repetición.

a.7.Se repitie la secuencia para tres pruebas adicionales con número de golpes
comprendido entre 25 y 30, entre 20 y 25 y entre 15 y 20 respectivamente.

b) Límite Plástico
b.1.De la pasta preparada para el ensayo anterior se tomo porciones
pequeñas formando esferas (aprox. 6) que se colocaron sobre la placa de
vidrio para iniciar la prueba del límite plástico una vez concluido el ensayo
del límite líquido.

b.2. Se tomaran dos esferas y se rolaron sobre la placa de vidrio aplicándole
presión suficiente para moldearlo en forma de una varilla cilíndrica, cuando
el diámetro del cilindro de suelo llego a 3 mm y aun no se produjo rotura en
pequeños pedazos se moldea nuevamente de la misma manera hasta que
se produzca la rotura. Si el cilindro se desmorona a un diámetro superior a
3 mm., esta condición es satisfactoria para definir el límite plástico.

b.3.A la muestra que ha sufrido rotura se le determina el contenido de
humedad (según ASTM D 2216-71). El valor obtenido se promediara con
el obtenido en otras repeticiones.



4.5. Granulometría del suelo



4.5.1. Objetivos
 Determinar la distribución del tamaño de partículas del suelo
 Trazar la curva granulométrica
 Clasificar el suelo por el método SUCS y AASHTO

 ASTM D 422 (NTP 339.128)

4.5.3. Materiales
 Un juego de tamices normalizados.
 Dos balanzas: con capacidades superiores a 20 kg. y 2000 gr. Y
precisiones de 1gr. y 0,1gr. Respectivamente.
 Estufa de secado con circulación de aire (temperatura 110 º ± 5 º C.)
 Un vibrador mecánico.
 Herramientas y accesorios (Bandeja metálica, recipientes y escobilla).

a) Se toma una muestra representativa de 500 gr (peso antes de lavado) ob-
tenida del cuarteo realizado previamente, el cual fue sometido a un remojo
durante 24 horas para que las partículas finas se suelten.

b) Luego se dispone a lavar la muestra usando como filtro en el tamiz N°200
para eliminar las partículas de suelos finos que contiene la muestra, hasta
que el agua salga limpia.



c) El material retenido se deposita en un recipiente y se seca en la estufa
durante 24 horas. Una vez seca la muestra se deja enfriar y se pesa (peso
después de lavado).

d) Luego se deposita el material en un juego de tamices y se hace vibrar el
conjunto durante 5 a 10 minutos, tiempo después del cual se retira del
vibrador y se registra el peso del material retenido en cada tamiz. Se
sumaron estos pesos (peso final después del ensayo) y se comparo con el
peso inicial, calculando el porcentaje de error que fue muy inferior al
máximo admisible.

e) Se realizaron los cálculos respectivos



4.6. Ensayo de compactación “proctor
modificado”



4.6.1. Objetivos
 Determinar el óptimo contenido de humedad con el que el suelo logra
su máxima densidad seca.
 Determinar el grado de compactación del suelo

 ASTM D 1557 (NTP 339.141)

4.6.3. Materiales
 Molde proctor de compactación con base y collar
 Pistón o martillo con altura libre de caída de 18” y 4.54 kg de
peso
 Extractor de muestras
 Envases (para la determinación del contenido de humedad)
 Estufa de secado con circulación de aire (temperatura 110 º ± 5º C.)
 Tamices 3/4”, 3/8” y N°4
 Herramientas y accesorios (Bandeja metálica, espátula, balanza,
cuchara, un mezclador).

a) La muestra seca al aire fue pulverizada y se determina que el porcentaje re-
tenido en la malla N°4 fue de 0% por lo que se escogió el método “A” para
el ensayo de proctor modificado de acuerdo con el cuadro siguiente .



Descripción Método A Método B Método C
Diámetro del molde 4” (101.6mm) 4” (101.6mm) 6” (152.4mm)
Volumen del molde 0.0333 p3 (944cm3) 0.0333 p3 (944cm3) (2124 cm3)
Peso del Pizón 10 lb(4.54 kg) 10 lb(4.54 kg) 10 lb(4.54kg)
Altura de caída del pizón 12plg (304.8mm) 12plg (304.8mm) 12plg (304.8mm)
Número de golpes/capa 25 25 56
Número de capas 5 5 5
Energía de compactación 56,000 pie lb/p3 56,000 pie lb/p3 56,000 pie lb/p3
Compactación 2700KN-m/m3 2700KN-m/m3 2700KN-m/m3
Porción que pasa la
Porción que pasa la
malla ¾” se usa, si más
Porción que pasa la malla 3/8”, se usa si el
de 20%, por peso de
malla N°4 se usa sí suelo retenido en la
material es retenido en
Suelo por usarse 20% o menos por peso malla N° 4 es más del
la malla de 3/8” y
de material es retenido 20% y 20% o menos
menos de 30%, por
en la malla N° 4 por peso es retenido en
peso es retenido en la
la malla de 3/8”.
malla de ¾”

b) Se prepara un espécimen de 5000 gr con 10% de humedad en peso seco y
se removió la muestra hasta obtener un color uniforme, para luego dividir
la muestra en cinco partes proporcionalmente iguales que conformaran
cada capa respectiva de la compactación.

c) Se procedie a determinar el peso y el volumen del proctor para luego
ensamblarlo con su base y el collar.



d) De la muestra dividida se toma una de las partes para colocarla en el molde
proctor y así formar la primera capa para la compactación con 56 golpes a
razón de 25 golpes/min. Este proceso se repitió para cada una de las
cuatro partes restantes escarpando y retirando el suelo restante antes de
cada capa.

e) Después de compactar la ultima capa se remueve el collarín teniendo
cuidado de no desgarrar el suelo del molde proctor, y luego se enraso el
molde usando un cuchillo y una regla de metal recta adecuados de man-
era que se formo una superficie plana.



f) Se retira el molde de su base y se peso cuidadosamente

g) Usando el extractor de muestra se retira la probeta del molde proctor para
tomar muestras del suelo compactado para la determinación de la humedad
según norma ASTM D 2216-71 (NTP 339.127)


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