Mecánica de suelos

MANUAL DE PRÁCTICAS DE LOS LABORATORIOS DE INGENIERÍA CIVIL
LABORATORIO MECÁNICA DE SUELOS
Introducción
La mayoría de los suelos son una acumulación heterogénea de granos minerales no
cementados. Sin embargo, el término suelo, término usado por los ingenieros, incluye
prácticamente todos los tipos de materiales orgánicos e inorgánicos, cementados o no, que se
encuentran en la tierra.
Para el ingeniero interesado en diseño y construcción de obras civiles, las propiedades físicas
de los suelos, tales como peso volumétrico, densidad, permeabilidad, resistencia al esfuerzo
cortante, compresibilidad e interacción con el agua son de primordial importancia.
Como respuesta a lo anterior en el Plan de Estudios de la Carrera de Ingeniero Civil de la
FES ARAGÓN, se contemplan asignaturas del área de geotecnia, dentro de ellas Mecánica
de Suelos con la parte de teoría y práctica. Respecto a la parte práctica, esta, consiste en
realizar diferentes ensayes para obtener las propiedades índice y mecánicas de los suelos en
estudio en sus Laboratorios de Ingeniería Experimental.
Es por ello que se ha desarrollado un manual de prácticas explicito para tal fin, donde se
describen el (los) objetivos que se persiguen al realizar cada uno de los ensayes, el
procedimiento y cálculos para dar cumplimiento a los mismos.
La práctica (ensaye) número 1 trata sobre el método de exploración y muestreo con pozo a
cielo abierto, siendo éste, uno de varios métodos que existen para tal fin. Posteriormente en
la práctica número 2, trata sobre la determinación del contenido de agua del suelo, ensaye de
trascendental importancia en las obras de cimentaciones, terracerías, etc.
En el ensaye de límites de consistencia o de Atterberg, el objetivo es determinar los
parámetros de las fronteras de los estados sólido, semisólido y líquido del suelo, con fines de
clasificación con ayuda de la carta de plasticidad.
La determinación de la densidad de sólidos (Ss) del suelo en estudio, es un parámetro que se
utiliza para obtener las relaciones volumétricas y gravimétricas, además se utiliza en el
cálculo de varias pruebas, como son: consolidación unidimensional, Proctor, triaxiales y
permeabilidad aplicada; y esto se realiza en la práctica número 4.
Un ensaye para obtener de forma rápida la resistencia a cortante del suelo en con el ensaye
de compresión simple, que aplica únicamente para suelos cohesivos, es lo que se determina
con la práctica número 5.
En ensaye de compresión triaxial rápida se determinan parámetros como la cohesión y ángulo
de fricción interna del suelo, que sirven para el cálculo de resistencia al esfuerzo cortante del
suelo de una forma más real.
El último ensaye que se realiza en la consolidación unidimensional, que es la práctica número
6, donde se obtiene una curva de compresibilidad del estrato de suelo en estudio y que

finalmente con ella se pueden calcular asentamiento del estrato, tomando en cuenta el tipo de
estructura que se construirá.
Finalmente el alumno interpreta los resultados obtenidos en los ensayes, encontrándose en la
posibilidad de recomendar un tipo de cimentación desde el punto de vista geotécnico para la
estructura a construir, es decir, recomienda si la cimentación será una zapata (aislada,
corrida), losa, cajón (compensado, subcompesado, sobrecompesado), cajón con pilotes,
pilotes, pilas, etc.

PRÁCTICA No. 1
EXPLORACIÓN Y MUESTREO EN SUELOS CON POZO A CIELO ABIERTO.
(PCA)
Objetivo
El alumno realizará un pozo a cielo abierto para la obtención de una muestra cúbica inalterada
y muestras alteradas representativas del perfil estratigráfico. Para determinar sus propiedades
físicas y mecánicas.
Alcance
El alumno tendrá contacto con las arcillas saturadas altamente compresibles correspondiente
a un suelo de la zona III, de acuerdo al zonificación que hace el Reglamento de
Construcciones del Distrito Federal; obteniendo una muestra cúbica inalterada aplicando las
técnicas para su protección, extracción y transporte.
Marco teórico
La geotecnia desempeña un papel preponderante en la concepción de obras civiles, por la
complejidad del suelo en lo relativo a su estructura, heterogeneidad en sus propiedades
físicas, mecánicas e hidráulicas, por lo que los análisis y el diseño geotécnico deben realizarse
con gran cuidado, haciendo uso de los conocimientos de mecánica de suelos más
actualizados.
Por lo anterior el ingeniero civil está obligado a conocer y manejar métodos de exploración
y muestreo, que le permitirá conocer, explorar y obtener muestras inalteradas y alteradas
representativas de los estratos encontrados, así como su clasificación.
Existen diferentes métodos, dividiéndose en métodos directos e indirectos. El método directo
es el pozo a cielo abierto, de donde se pueden extraer muestras alteradas. Los métodos
indirectos son: penetración estándar, tubo de pared delgada (Shellby), cono eléctrico, cono
mecánico, porteadora,
Equipo y material
- Pico y pala.
- Machete.
- Espátula de abanico.
- Barreta.
- Manta de cielo.
- Brea y parafina.
- Cuerda de guitarra No.2, metálica
- Charola.
- Bote de 3 litros, de lámina

Desarrollo
Se hará la excavación de aproximadamente 2 x 2 m con pico y pala, extrayendo el material
cortado traspaleando o con un bote. La profundidad será variable según la obra de que se
trate o bien, hasta encontrar el material no excavable con pico y pala.
Si las paredes de la excavación son inestables, se ademarán con madera. En el caso de que el
pozo se realice en arcillas, se puede considerar que la profundidad máxima que se puede
excavar sin usar ademe es:
D
K
C
Zmáx
8
4

Donde:
Zmáx = Profundidad máxima de excavación en arcilla, cm.
C = Cohesión del material, Kg/cm2
.
 = Peso volumétrico de la arcilla, Kg/cm3
.
D
K = Coeficiente de empuje activo.
a) Muestra alterada por capas.
En una de las paredes del pozo se va realizando una ranura vertical en cada estrato, la muestra
obtenida se coloca en bolsas para evitar que cambie su contenido de humedad, las cuales se
etiquetarán anotando el No. de pozo, profundidad y espesor.
b) Muestra alterada integral.
El producto de varias capas es colocado en un solo envase y se etiquetará.
c) Muestreo inalterado.
Las muestras inalteradas deben conservar las propiedades, del suelo en su estado natural, por
lo que su obtención, protección y transporte, requieren cuidados especiales para no alterarla.

Procedimiento:
1. En la proximidad de la profundidad a obtener la muestra cúbica se deberá tener cuidado
de no alterar el sitio. Se marca las dimensiones de la muestra cúbica (0.30 m por lado).
2. Se continua con la excavación cuidadosamente alrededor del perímetro marcado, hasta
una profundidad un poco mayor que la (30 cm) de la muestra, labrando al mismo tiempo
las cinco caras expuestas.
3. También se puede obtener la muestra de una de las paredes, para lo cual se excava
alrededor en forma semejante a la anterior.
4. La muestra se protege con manta de cielo y se impregna con una mezcla de parafina y
brea (tres partes de parafina por una de brea) para impermeabilizar y rigidizar la
membrana. Deberá calentarse en un bote la mezcla hasta que se derrita completamente y
con una brocha se aplicará, de tal forma que no quede ninguna parte de la manta sin
proteger, si la manta es muy delgada se aplicará una segunda protección siguiendo el
mismo procedimiento.
5. Se continúa con el costado de separación de la muestra del terreno, en suelos blandos
utilizaremos una cuerda de guitarra del No. 2, operación que se deberá realizar con mucho
cuidado. Para suelos muy resistentes se empleará segueta, machete u otro utensilio.
6. Una vez extraída la muestra se protege la parte inferior y se colocará una etiqueta para su
identificación.
7. Para su transportación la muestra se colocará en un cajón de mayor dimensión para
empacarla con papel o aserrín con el fin de protegerla contra golpes.
Cálculos y análisis de resultados.
En éste caso no existen cálculos matemáticos por realizar
Conclusiones
Deberá recalcarse la importancia de cada etapa de la práctica para que el alumno determine
si es aceptable la muestra para ser considerada inalterada y poder obtener pruebas en el
laboratorio.

PRÁCTICA No. 2
DETERMINACIÓN DE CONTENIDO DE AGUA (W%)
Objetivo
El alumno determinará el contenido de agua de las muestras (alteradas) obtenidas a diferentes
profundidades en la práctica de Exploración y Muestreo elaborando una gráfica de contenido
de agua contra profundidad.
Alcances
El contenido de agua de los suelos es un ensaye fácil de realizar, pero tiene demasiada
importancia para las obras civiles, por tanto, es importante saber determinar esta propiedad.
Existen diferentes técnicas, pero en los Laboratorios de Ingeniería civil, únicamente se
realizará el método usando el horno de convección (horno eléctrico).
Introducción
El contenido de agua es el que tiene un suelo en su estado natural y se expresa como un
porcentaje del peso seco del suelo.
El contenido de humedad o de agua es la primera propiedad índice que se obtiene en cualquier
estudio geotécnico, y junto con sus límites de consistencia, proporciona información muy
relevante acerca de las propiedades ingenieriles de los suelos.
La determinación del contenido de humedad consiste en el pesaje de una muestra de suelo
antes y después de secarla bajo ciertas condiciones; la diferencia entre pesos corresponde al
peso del agua removida. El cociente entre esta diferencia y el peso seco del suelo resulta el
contenido de agua, W, el cual se expresa usualmente en por ciento. Tradicionalmente el
secado de los suelos se lleva a cabo en un horno de convección (HC) con el que se calienta
al suelo a una temperatura y durante un lapso estandarizado hasta lograr la evaporación y
remoción del agua libre. La norma ASTM-D2216-90 fija esta temperatura en el intervalo
105-110ºC, que corresponde aproximadamente a la de evaporación del agua; la misma señala
que debe mantenerse el suelo dentro del horno a esta temperatura el tiempo necesario para
alcanzar peso constante. El proceso anterior toma usualmente por lo menos 16 horas, y de
manera práctica de un día para otro.
Para diversas actividades geotécnicas, sobre todo en el campo, el lapso anterior no responde
a la necesidad de conocer con rapidez el contenido de agua de los suelos involucrados, para
la oportuna toma de decisiones. Un ejemplo de lo señalado se encuentra en el control de
calidad de los materiales que se compactan para las terracerías de carreteras, presas, bordos,
canales, pavimentos y cualquier otro relleno que utilice a los suelos como material de
construcción. Es bien sabida la importancia técnica y la trascendencia económica de
establecer si los suelos por tender y compactar poseen un contenido de agua dentro del

intervalo preestablecido por el proyecto. La aceptación o el rechazo oportuno del tendido del
material depende del conocimiento rápido y confiable de su contenido de agua; la espera de
un día tiene consecuencias prácticas y económicas, ya que detiene el avance de la obra y con
ello de la maquinaria de transporte, tendido y compactación.
La norma ASTM D2216-90, 1991 recomienda que el espécimen del material húmedo sea
representativo de la muestra total y con un peso mínimo de acuerdo a los presentado en la
siguiente tabla.
Tabla 1. Peso recomendado mínimo para ser secado en el horno de convección
Tamaño máximo
de las partículas
(mm)
Malla
Número
Peso mínimo
recomendado para un
reporte de ± 0.1 % de
W
Peso mínimo
recomendado para
un reporte de ± 1.0
% de W
2 ó menos 10 20 g 20* g
4.75 4 100 g 20* g
9.5 3/8” 500 g 50 g
19.0 3/4" 2.5 Kg 250 g
7.5 1 ½” 10 Kg 1 Kg
75 3” 50 Kg 5 Kg
Material y Equipo
- Muestras de suelo.
- Horno de convección.
- Balanza con precisión de 0.1g
- Desecador
- Vidrios de reloj.
- Espátula de lápiz.
- Guantes.
- Franela.
Desarrollo
1. Determinar el peso de un recipiente identificado, limpio y seco, c
W
2. Seleccionar la muestra representativa para la prueba, tomando en cuenta lo indicado en
la tabla anterior.
3. Colocar la muestra húmeda en el recipiente y determinar el peso del recipiente más la
muestra húmeda usando la balanza apropiada, anotar el valor csh
W en el registro.
4. Colocar el recipiente que contiene la muestra en el horno de convección para su secado,
durante 24 horas aproximadamente a una temperatura de110 ± 5°C.

5. Una vez que el material ha alcanzado peso constante, deberá removerse el recipiente del
horno para colocarlo en el desecador, donde adquirirá la temperatura ambiente y sea
manejable. Se determina el peso de la muestra seca y se anota su valor css
W en el registro.
6. Finalmente calcular el contenido de agua del material usando la siguiente expresión:
100100% 



s
w
ccss
csscsh
W
W
WW
WW
W
Donde:
%W = Contenido de agua, en porcentaje.
csh
W = Peso del recipiente con la muestra húmeda, en g.
css
W = Peso del recipiente con la muestra seca, en g.
w
W = Peso del agua, en g.
w h s
W W W 
h
W = Peso de la muestra húmeda, en g.
s
W = Peso de la muestra seca, en g.
FORMATO PARA CONTENIDO DE AGUA
UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO
FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ARAGÓN
LABORATORIOS DE INGENIERÍA CIVIL
Laboratorio de geotecnia
REPORTE DE ENSAYE DE CONTENIDO DE AGUA
OBRA:
LOCALIZACIÓN:
SONDEO No:
MUESTRA No:
DESCRIPCIÓN:
RECIBIÓ:
FECHA:
OPERADOR:
CALCULÓ:
Prueba
No.
Cápsula
No.
Peso de la
cápsula, g.
Peso de cápsula
+ suelo húmedo,
g.
Peso de
cápsula +
suelo seco, g.
Peso del agua,
g.
Ww=Wh-Ws
Peso del
suelo seco,
g. (Ws)
Contenido de
agua, (%)
100(%) x
Ws
Ww
W 
Clasificación
COMENTARIOS:
Conclusiones:
En el reporte deben anotarse el tipo de material, número de muestra, número de prueba,
sondeo, profundidad, tipo de recipiente con su número, además de indicar si la muestra
perteneció a un solo material o proviene de diferentes estratos.

PRÁCTICA No. 3
LÍMITES DE CONSISTENCIA Ll, Lp
Objetivo
Determinar el límite líquido y plástico en un suelo fino, para poder clasificarlo de acuerdo al
SUCS (Sistema Unificado de Clasificación de Suelos) y ubicar que tipo de suelo es en la
Carta de Plasticidad. Además, el alumno obtendrá el Índice de plasticidad y el Índice de
fluidez.
Alcance
Al determinar los límites antes mencionados y ubicándolos en la carta de plasticidad, el
alumno podrá formarse un criterio para saber con el tipo de suelo que está trabajando, si es
de baja o alta compresibilidad. Además, ésta identificación, permitirá conocer, en forma
cualitativa, las propiedades mecánicas e hidráulicas del suelo.
Marco teórico
Las propiedades de un suelo formado por partículas finamente divididas, como una arcilla
no estructurada, dependen en gran parte de la humedad. El agua forma una película alrededor
de los granos y su espesor puede ser determinante de comportamientos diferentes del
material. Cuando el contenido de agua es muy elevado, en realidad se tiene una suspensión
muy concentrada, sin resistencia estática al esfuerzo cortante; al perder agua, va aumentando
esa resistencia hasta alcanzar un estado plástico en que el material es fácilmente moldeable;
si el secado continúa, el suelo llega a adquirir las características de un sólido, pudiendo
resistir esfuerzos de compresión y tensión considerables.
Arbitrariamente, A. Atterberg marcó las fronteras de los cuatro estados en que pueden
presentarse los materiales granulares finos, de acuerdo a su contenido de agua, fijando los
límites siguientes: líquido, plástico y de contracción. El primero es la frontera entre el estado
líquido y el plástico; el segundo entre el estado plástico y el semisólido; y el tercero separa
el estado semisólido del sólido. A estos límites se les llama límites de plasticidad.
El límite líquido (Ll) lo fija el contenido de agua, que debe tener un suelo remoldeado para
que una muestra del mismo, en que se haya practicado una ranura de dimensiones estándar,
al someterla al impacto de 25 golpes bien definidos, se cierre sin resbalar en su apoyo.
El límite plástico (Lp), lo fija el contenido de agua con el que comienza a agrietarse un rollo
formado con el suelo, de aproximadamente 3.2 mm de diámetro y de 15 cm de longitud y al
rodarlo con la mano sobre una superficie lisa, no absorbente que puede ser una placa de
vidrio.
El índice plástico (Ip) definido este, como la diferencia entre el límite líquido y el límite
plástico, constituyen una medida cualitativa de la compresibilidad y de la plasticidad de un

suelo fino. En resumen, la determinación experimental de estas propiedades índice, da el
punto de partida de cualquier estudio geotécnico que involucre suelos finos.
En mecánica de suelos se define la plasticidad como la propiedad de un material por la cual
es capaz de soportar deformaciones rápidas, sin rebote elástico, sin variación volumétrica
apreciable y sin desmoronarse ni agrietarse.
Experimentos realizados por Atterberg, Terzaghi y Goldschmidt revelaron que la plasticidad
de los suelos se debe a la carga eléctrica de las partículas laminares que generan campos, que
actúan como condensadores e influyen en las moléculas bipolares; en los suelos plásticos, el
espesor de estas capas de agua sólida y viscosa influidas es grande, y su efecto en la
interacción de las partículas de suelo determinan su plasticidad.
Material y Equipo
- Muestras de suelo
- Copa Casagrande
- Ranurador
- Horno de convección
- Vidrios de reloj
- Vidrio plano
- Espátulas
- Piseta
- Mortero
- Guantes
- Franela
Procedimiento
Límite líquido
1. Para realizar este ensaye, únicamente se realiza con el material que pase por la malla No.
40. Para determinar cuál proceso (método seco y método húmedo) conviene para preparar
la muestra, se seca en el horno una muestra húmeda de material y se presiona con los
dedos. Si se desmorona fácilmente, se usa el método de separación en seco (indica que el
material es areno – limoso o limoso). En cambio, si la muestra ofrece considerable
resistencia y los granos no pueden separarse, se requiere hacer la preparación con ayuda
del agua (indica que el material es arcilloso).
2. Una vez realizado lo anterior, se toma muestra que pasa la malla No. 40, agrega agua
hasta que al tomar material entre las manos y apretarlo se forma un grumo, en ese
momento se guarda el material en un recipiente hermético durante 24 horas para que el
agua se distribuya uniformemente en toda la muestra.

3. Antes de iniciar el ensaye, se debe ajustar la copa de Casagrande, para que tenga una
altura de caída de 1.0 cm exactamente.
4. Para iniciar, se toma material del que se preparó, y se coloca en una superficie plana y no
absorbente (vidrio) para homogeneizarla con la ayuda de una espátula.
5. Una vez homogeneizado el material se coloca en la copa del aparato una cantidad de 50g.
aprox.; se vuelve a mezclar hasta que la muestra quede homogénea; con una espátula se
dispone el material de modo que, siendo la superficie superior plana, su espesor máximo
sea del orden de 1cm.
6. Se pone la punta del ranurador en la parte superior y al centro de la muestra, colocando
la herramienta perpendicular a la superficie de la copa. Se hace una ranura en el centro
de la muestra. La ranura debe tener un ancho de 2 mm en su parte inferior y 1 35 cm en
su parte superior.
7. Se limpia la copa y la base del aparato, se da vuelta a la manija uniformemente a razón
de dos golpes por segundo, contando el número de golpes requerido hasta que se cierre
el fondo de la ranura en una distancia de 1 cm.
8. Con la espátula se mezcla el material y se repiten las operaciones indicadas en 4,5, 6, y
7. Si el número de golpes coincide con la anterior determinación, o su diferencia es de 1
golpe, se anota el resultado en el registro respectivo, promediando en el segundo caso.
En caso de que la diferencia sea mayor de 1 golpe, se repite el proceso hasta lograr una
coincidencia en dos intentos sucesivos.
9. Se pone aproximadamente 30g., de la porción de la muestra que esta próxima a la ranura,
en un vidrio de reloj, se pesan y se anota el dato. (los vidrios ya deben estar pesados e
identificados)
10. Las muestras se introducen en el horno a una temperatura de 110 °C durante 24 horas
aproximadamente, se sacan y se colocan en un desecador para que se enfríen, después se
pesan y se anotan los datos.
11. Se repiten los pasos anteriores agregando agua destilada a la muestra, para ir variando la
consistencia del material. Es recomendable contar cuatro determinaciones procurando
que estén comprendidas entre 5 y 40 golpes.
12. Se realizan los cálculos necesarios para obtener la cantidad de agua en %, correspondiente
a cada número de golpes, con la siguiente formula:
100100% 



s
w
ccss
csscsh
W
W
WW
WW
W

Donde:
csh
css
w
w h s
W W W 
h
s
13. Construir la curva número de golpes contra humedad en % en el rayado semilogarítmico.
El límite líquido se encuentra donde el contenido de agua en la curva corresponda a 25
golpes.
Para construir la curva de fluidez sin salirse del intervalo en que puede considerarse recta,
Arthur Casagrande recomendó registrar valores entre los 6 y los 35 golpes, determinando 6
puntos, tres entre 6 y 15 golpes y tres entre 23 y 32. Para consistencias correspondientes a
menos de 6 golpes se hace ya muy difícil discernir el momento del cierre de la ranura y si
ésta se cierra con más de 35 golpes, la gran duración de la prueba causa excesiva evaporación.
En pruebas de rutina basta con determinar 4 puntos de la curva de fluidez.
Límite plástico
1. De la muestra utilizada para el límite líquido se toma una porción, se rueda con la mano
sobre una superficie limpia y lisa no absorbente (vidrio plano), hasta formar un cilindro
de 3.2 mm. De diámetro y de 15 cm. Aproximadamente de largo.
2. Se amasa la tira y se vuelve a rodar, repitiendo la operación tantas veces como se necesite
para reducir gradualmente, la humedad por evaporación, hasta que el cilindro se empiece
a endurecer.
3. El límite plástico se alcanza cuando el cilindro se agrieta al ser reducido
aproximadamente a 3.2 mm. de diámetro.
4. Inmediatamente se divide el cilindro, se coloca en el vidrio de reloj y se pesa.
5. Se introducen las muestras en el horno a una temperatura de 110 ºC durante 24 horas
aproximadamente, se sacan y se colocan en un desecador para que se enfríen, después se
pesan y se anotan los datos.
6. Con los datos anteriores se calcula el contenido de agua en %. SE realizan tres
determinaciones y el promedio es el valor en % del límite plástico.

100100% 



s
w
ccss
csscsh
W
W
WW
WW
W
Cálculos y análisis de resultados
Los cálculos a realizar son únicamente para obtener el contenido de agua y se obtienen con
las expresiones matemáticas descritas en los procedimientos.
Conclusiones.
Se buscará cumplir con el o los objetivos planteados en el inicio de la práctica. Se debe tener
cuidado de lo siguiente:
1. Que la altura de caída sea de 1.0 cm
2. Que el ranurador tenga las dimensiones estandarizadas
3. Evitar burbujas en la masa de suelo
4. Lugar donde se coloque la copa
5. Ambiente de prueba
6. Experiencia del operador, etc.

FORMATO DE LÍMITES DE PLASTICIDAD Y HUMEDAD NATURAL
LÍMITES DE PLASTICIDAD Y HUMEDAD NATURAL
OBRA:
LOCALIZACIÓN:
SONDEO No:
ENSAYE No:
MUESTRA No:
PROFUNDIDAD:
DESCRIPCIÓN:
FECHA:
OPERADOR:
CALCULÓ:
LÍMITE LÍQUIDO
PRUEBA
No.
CÁPSULA
No.
PESO DE
CÁPSULA
(gr)
NÚMERO
DE
GOLPES
PESO
CÁPSULA
+ SUELO
HÚMEDO
(gr)
PESO
CÁPSULA
+ SUELO
SECO (gr)
PESO
DEL
AGUA
(gr),
Ww
PESO
DEL
SUELO
SECO
(gr), Ws
CONTENIDO DE
AGUA
W(100)=(Ww/Ws)100
LÍMITE PLÁSTICO
HUMEDAD NATURAL
No. de golpes

PRÁCTICA No. 4
DENSIDAD DE SÓLIDOS, Ss
Objetivo
Determinar la densidad de sólidos (Ss) del suelo en estudio, parámetro que se utiliza para
obtener las relaciones volumétricas y gravimétricas, además se utiliza en el cálculo de varias
pruebas, como son: consolidación unidimensional, Proctor, triaxiales y permeabilidad
aplicada.
Alcances
El valor de la densidad, que queda expresado por un número abstracto, además de servir para
fines de clasificación, interviene en la mayor parte de los Cálculos de Mecánica de suelos
Marco teórico
La densidad de sólidos (Ss) se define como la relación entre el peso específico de la materia
de las partículas del suelos y el peso específico del agua destilada a 4ºC. En la práctica se
efectúan a la temperatura ambiente y se hace la correlación necesaria.
Para su determinación se utilizan muestras alteradas e inalteradas y de acuerdo al tipo de
suelo serán necesarios:
Tabla 1. Cantidades mínimas recomendables de material
Tipo de suelo Tamaño de muestra en gr.
Suelos cohesivos 25 – 50
Arenas finas 50 – 80
Gravas y arenas gruesas 500 - 1000
Tratándose de gravas o piedras, se determina la densidad con relación al agua limpia a la
temperatura ambiente estando el material saturado.
El valor de la densidad, queda expresado por un número abstracto. Para su determinación se
hace uso de matraces calibrados a distintas temperaturas.
La densidad (Ss) de los suelos varían comúnmente entre los siguientes valores:
Tipo de suelo Ss
Cenizas volcánicas 2.20 a 2.50
Suelos orgánicos 2.50 a 2.65
Arenas y gravas 2.65 a 2.67
Limos inorgánicos y guijarros arcillosos 2.67 a 2.72
Arcillas poco plásticas y medianamente plásticas 2.72 a 2.78
Arcillas medianamente plásticas y muy plásticas 2.78 a 2.84
Arcillas expansivas 2.84 a 2.88

Valores típicos de la densidad de sólidos (Ss) en minerales
Mineral Ss
Yeso 2.32
Montmorilonita 2.40
Ortoclasa 2.56
Caolinita 2.60
Ilita 2.60
Clorita 2.60
Cuarzo 2.60 – 3.0
Talco 2.70
Calcita 2.72
Moscovita 2.80 – 2.90
Biotita 3.00 – 3.10
Hematita 5.20
Material y Equipo:
- Muestra alterada de suelo.
- Glicerina
- Charola circular
- Horno de convección.
- Agua destilada
- Matraz aforado de 500 ml
- Termómetro de 0 a 50 ºC
- Embudo de cristal de cuello largo
- Bomba de vacío
- Pipeta
- Piseta
- Mortero de porcelana con pistilo
- Batidora con vaso
- Vaso de aluminio
- Guantes de asbesto
- Franela
- Parilla.
Procedimiento
a) Para suelos cohesivos y arenas finas.
1. Para realizar este ensaye, únicamente se realiza con el material que pase por la malla No.
40. Para determinar cuál proceso (método seco y método húmedo) conviene para preparar
la muestra, se seca en el horno una muestra húmeda de material y se presiona con los
dedos. Si se desmorona fácilmente, se usa el método de separación en seco (indica que el
material es areno – limoso o limoso). En cambio, si la muestra ofrece considerable
resistencia y los granos no pueden separarse, se requiere hacer la preparación con ayuda
del agua (indica que el material es arcilloso).
2. Una vez realizado lo anterior, se toma muestra que pasa la malla No. 40, agrega agua
hasta que al tomar material entre las manos y apretarlo se forma un grumo, en ese
momento se guarda el material en un recipiente hermético durante 24 horas para que el
agua se distribuya uniformemente en toda la muestra.

3. Además, antes de iniciar el ensaye, se debe de calibrar el matraz, para obtener su ecuación
de calibración o una curva. En el caso de los Laboratorios de Ingeniería Civil, los
matraces ya se encuentran calibrados, para evitar pérdidas de tiempo en ésta actividad.
4. Posteriormente se debe tomar una porción de muestra alterada aproximadamente 200 g y
se coloca en el mortero y se mezcla hasta homogeneizarla.
5. Se vierte el material en un vaso para colocarlo en la batidora para obtener una mezcla con
consistencia uniforme durante aproximadamente 15 minutos.
6. Se retira el vaso de la batidora y la se introduce la mezcla en el matraz (a la mitad),
evitando que el material se adhiera a la pared del cuello del matraz, esto gse realiza
usando un embudo de cuello largo.
7. Poner el matraz en baño maría (con glicerina), conectado a una bomba de vacíos con
diferentes trampas a fin de expulsar el aire contenido en el material.
Tratándose de materiales arenosos, generalmente son suficientes 10 minutos de hervido
en baño maría, se necesitarán hasta 30 minutos, para materiales arcillosos.
8. Se retira el matraz del baño maría. Se lava exteriormente para eliminar la glicerina, se
agrega agua destilada cerca de la marca de aforo y se deja enfriar, hasta que adquiera la
temperatura ambiente, se deja que la temperatura sea uniforme y se mide al 0.1°C,
introduciendo el termómetro en la parte alta, media y fondo del matraz, y se anotan los
datos.
9. Después de tomar la temperatura y con la ayuda de una pipeta, debe agregarse agua
destilada en cantidad tal que la parte inferior del menisco coincida con la marca de aforo
del matraz.
10. Será necesario eliminar el agua que quede adherida al interior del cuello del matraz.
También debe secarse el matraz por afuera.
11. Después de aforado y secado, se pesa el matraz al 0.1g., anotando el peso. Los pasos 9 y
10 deben de hacerse rápidamente, para que haya correlación entre la temperatura media
y el peso del matraz.
12. Con la temperatura obtenida y la curva de calibración del matraz., se obtiene el peso del
mismo, con agua destilada hasta la marca de aforo y a la temperatura tº del ensayo. La
expresión Ws+Wmw-Wmvs representa el peso del volumen de agua desalojado por los
sólidos a la temperatura de la prueba.
Por lo tanto, la densidad será igual:
W sK
S s
W s W m w W m w s

 

Donde:
S s = Densidad de sólidos
W s = Peso de los sólidos
W m w = Peso de matraz + agua a tº (de la curva de calibración)
W m w s = Peso de matraz + agua + muestra a tº
K = Peso específico del agua w
 (Coeficiente de corrección por temperatura)
NOTA:
La prueba de densidad debe hacerse simultáneamente en dos matraces cuando menos a fin
de tener una comprobación. Si los valores difieren en más de 1.0% promédiense; si la
diferencia es mayor, se repetirá la prueba.
Los cálculos a realizar se harán con la expresión matemática dada en el paso número 12 del
procedimiento indicado.
Peso específico de agua, w
 , en gr/cm3 (K).
T ºC 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
b) Para suelos granulares gruesos (gravas).
En el caso de los suelos granulares gruesos (gravas) el procedimiento consiste en:
1. Tomar muestra del banco o sitio en estudio en cantidad suficiente para realizar el ensaye.
2. Colocar dentro de un recipiente material de acuerdo a la tabla 1 “Cantidades mínimas
recomendables”, con agua destilada y dejarla saturar durante 24 hr.

3. Retirar el material de la charola con agua y secar las partículas de forma superficial.
4. Pesar el material (Wsh = peso de la muestra húmeda) y anotar los datos
5. Llenar una probeta graduada o un picnómetro con agua hasta su punto de calibración o
aforo e introducir el material secado en ellos, y medir el volumen de agua que desplaza
el material, (Vw).
6. Retirar el material del picnómetro e introducirla en el horno a 110ºC ± 5ºC, durante 24
horas.
7. Retirar el material del horno, dejar enfriar a temperatura ambiente, pesar y anotar los
resultados (Ws = Peso de la muestra seca)
Cálculos para suelos granulares, (material mayor que la malla No. 4).
Con los valores obtenidos en la prueba se calcula el porcentaje de absorción aplicando la
siguiente expresión:
100(%) x
W
WW
Abs
s
ssh


El valor del volumen de agua absorbido se calcula aplicando:
w
ssh
wAbs
WW
V



El valor de la densidad de masa (Sm) se obtiene de dividir el peso de la grava seca entre el
volumen desalojado:
w
s
m
V
W
S 
El valor de la densidad de sólidos se obtiene aplicando la expresión:
  wwAbsw
s
s
VW
W
S


Cuando se tienen suelos con partículas finas y gruesas el valor de la densidad de sólidos se
obtiene aplicando la fórmula:










)4(
4(%)
)4.(
4.(%)
100
pasamallaS
pasamalla
mallaretS
mallaret
S
ss
s

FORMATO PARA DENSIDAD DE SÓLIDOS, Ss.
DENSIDAD DE SÓLIDOS
OBRA: FES ARAGÓN UNAM
LOCALIZACIÓN: Av. Rancho Seco s/n, Bosques de Aragón, Estado de
México
BANCO:
POZO: Uno
PROFUNDIDAD: 2.00 metros
MUESTRA: uno
ESTACIÓN: 0 + 240
IDENTIFICACIÓN DE LABORATORIO:
Arcilla color gris
FECHA: Septiembre del 2005
OPERADOR: Peña Rico Fidel, Orlando
Espíritu Vargas
CALCULÓ: Israel Chávez Vite, Ana Lilia
Chávez Martínez
REVISÓ: Ricardo Heras Cruz
MATERIAL < QUE LA MAYA No. 4 MATERIAL > QUE LA MALLA No. 4
Prueba No. uno dos tres Peso de la grava húmeda, g.
Matraz No. M-21 M-20 M-9 Peso de la grava seca, g.
Wmws, g. 693.6 688.95 702.25 Peso del agua absorbida, g.
Temperatura, °C 26.83 27.83 25.33 Volumen desalojado, g.
Wmw, g. 657.804 659.581 683.182 % de absorción
Wms, g. 262.15 - - Volumen real de sólidos
Wm, g. 160.7 162.4 186.9 Densidad de masa, Sm
Ws, g. 56.15 46.8 30 Densidad de sólidos, Ss
Ws + Wmw - Wmws 20.354 17.4311 10.93
Ss 2.75 2.685 2.73
Wm = Peso del matraz antes de agregar sólidos
Wms = Peso del matraz después de agregar los sólidos
Wmws = Peso del matraz + agua + muestra a tº
Wmw = Peso del matraz + agua a tº (de la curva de calibración)
Ws = Peso del suelo seco (del horno)
K = Peso específico del agua a diferentes temperaturas
Ss = Densidad de sólidos
Ecuación de calibración de matráz
XY 19382476.00044527.663 
Nota: La ecuación no aplica para los ensayes dos y tres.
Donde:
Y = Peso de matráz + agua destilada a una temperatura dada
X = Temperatura promedio = 26.83 °C
K para 23°C = 0.9976
COMENTARIOS:
Se trata de una arcilla poco plástica y medianamente plástica
Conclusiones
El alumno determinará la densidad de sólidos del material en estudio y su resultado debe ser
satisfactorio al compararlo y ubicarlo dentro de los límites establecidos de las densidades
para diferentes materiales, en caso contrario debe de repetir en ensaye, tomando en cuenta
que el valor de la densidad puede variar de 2.0 a 3.0 para la mayoría de los suelos

PRÁCTICA No. 5
COMPRESIÓN SIMPLE EN SUELOS, qu
Objetivo
Determinar la resistencia a la compresión simple (qu) de un suelo cohesivo, sometiéndolo a
carga uniaxial.
Alcances
Se someterán probetas de suelo arcilloso (cohesivo) a compresión uniaxial, obteniendo una
gráfica esfuerzo-deformación unitaria, de la cual se obtendrá la resistencia a la compresión
simple del suelo en estudio. Este ensaye únicamente es aplicable a los suelos cohesivos.
Introducción
Esta prueba se realiza aplicando un esfuerzo axial a un espécimen sin la etapa previa de
presión hidrostática. Es una prueba fácil de realizar, en comparación a la pruebas triaxiales,
sin embargo una correcta interpretación de los resultados es más difícil que en el caso de las
pruebas triaxiales.
Esta prueba es aplicada únicamente a suelos cohesivos y arcilla, pues para los suelos arenosos
no es posible labrar muestras. Además, los suelos arenosos tienen ángulo de fricción interna.,
el cual no es posible determinar con este ensaye.
Para la mecánica de suelos existen tres tipos de suelos:
a) Cohesivos
b) Friccionantes
c) Cohesivos-friccionantes
Un suelo puramente cohesivo sería una arcilla, uno puramente friccionante son las arenas y
gravas. Pero las arcillas tienen un pequeño ángulo de fricción interna.
Material y Equipo
- Muestras inalterada de suelo.
- Torno de labrado
- Cuerda de guitarra, 2ª metálica.
- Cutter o navaja
- Marco de carga
- Anillo de carga (50Kg)
- Micrómetro con base magnética
- Manta de cielo
- Brea
- Parafina
- Estufa
- Calibrador Vernier
- Vidrios de reloj.

Desarrollo
1. Tomar una porción de la muestra inalterada (12 x 12 x 12 cm aproximadamente) que se
obtuvo en la práctica de exploración y muestreo.
2. Labrar un espécimen de altura (h) = 9cm y diámetro (d) = 3.6cm, pero también se acepta
una relación h/d= 2.5 a 3 veces
3. Tomar el contenido de agua (W%) quitándole a la probeta los extremos, pesarlos, anotar
los datos y meter las muestras al horno de convección durante 24 horas aproximadamente
a una temperatura de 110ºC.
4. Tomar medidas de las probetas, (altura; diámetro superior, medio e inferior) anotando los
datos y obtener el área y volumen correspondiente.
5. Pesar la probeta y con los datos anteriores obtener el volumen y determinar peso
volumétrico con la siguiente expresión:
3
, /m
P
kg m
V
  
 
Donde:
 m = Peso volumétrico del material, en kg/cm3
.
P = Peso de la muestra, en g.
V = Volumen, cm3
6. Colocar la probeta en el marco de carga con deformación controlada. En el marco deben
estar colocados el micrómetro o deformímetro, y el anillo de carga para medir las
deformaciones y las lecturas del anillo respectivamente, para con estas últimas obtener
las cargas respectivas calculadas a partir de la ecuación de calibración del anillo de carga
en uso.
7. Tomar lecturas del anillo y del micrómetro; en el primer minuto a cada 10 segundos y los
minutos subsecuentes a cada 15 segundos hasta que falle la muestra. Al suceder esto se
registrarán dos lecturas más, en este proceso la probeta puede presentar dos fallas: una de
tipo elástica, que es donde la probeta se agrieta y se inicia el regreso de la aguja del anillo
de carga; la segunda es que el ensaye dure demasiado tiempo y no se presente la falla por
grietas en la probeta, es decir, la probeta falle por aplastamiento, en este caso se deja de
tomar lecturas cuando la longitud de la probeta se reduzca un 20%.
8. Retirar la probeta del marco de carga y dibujar la forma en que falló
9. Se toma una porción de la muestra (del lugar de donde ocurrió la falla) se pesa y se
introduce en el horno durante 24 horas aproximadamente a una temperatura de 110ºC.,
para con ello poder determinar el contenido de agua de la zona de falla.

10. Tomar la muestra restante (toda), pesarla e introducirla en el horno durante 24 horas a
una temperatura constante de 110ºC, y calcular su contenido de agua.
El contenido de agua que se debe obtener en los pasos antes mencionados se calculará con la
100100% 



s
w
ccss
csscsh
W
W
WW
WW
W
Donde:
csh
css
w
w h s
W W W 
h
s
Las lecturas que se obtienen del anillo de carga en uso se transforman a carga con la ecuación
de calibración del anillo, donde se sustituye el valor de las lecturas en la ecuación. En el
gabinete del laboratorio se encuentra esta información.
La deformación lineal se calcula tomando como constante la primera lectura tomada del
deformímetro o micrómetro como constante, es decir:
)(. cteinicialLecturafinalLecturalinealDef 
La deformación unitaria se calcula con la expresión:
1 0
D ef L in ea l
x
H m
 
Donde:
 = Deformación unitaria, adimensional
H m = Altura de la probeta en estudio en cm.
D ef L in ea l = Deformación lineal, en mm.

El área corregida:
100
%
1



Am
corregidaArea
Donde:
A m = Área media, en cm2
Esfuerzo desviador :
)/(
2
cmkg
A
P
corregida

Donde:
 = Esfuerzo desviador en kg/cm2
P = Carga en kg.
A = Área en cm2
Con los cálculos realizados se elabora la gráfica esfuerzo-deformación unitaria y se obtiene
el máximo esfuerzo que soportó la probeta.
Calcular la resistencia a la compresión simple (qu), la cohesión (c) con las siguientes
expresiones y graficarlo:
La resistencia a la compresión simple del suelo es el máximo esfuerzo soportado por la
probeta.
2
/:
;
tan
2
cmKgenc
cohesivossuelosencS
cS
q
c
u





FORMATO COMPRESIÓN SIMPLE, qu.
FACULTAD DE ESTUDIOS PROFESIONALES ARAGÓN
COMPRESIÓN SIMPLE, qu
OBRA:
LOCALIZACIÓN:
SONDEO No:
ENSAYE No:
MUESTRA No:
PROFUNDIDAD:
DESCRIPCIÓN:
FECHA:
OPERADOR:
CALCULÓ:
MEDIDAS DE LA PROBETA:
Ds =_______________
Dc =_______________
Di =_______________
Hm = ______________
cm. As =_______________
Ac =_______________
Ai =
_______________
Am =______________
Cm2
6
4 AiAcAs
Am


Wi
=_______________
Vt =_______________
 m =____________
g.
Cm3
Ton/cm3
cm. Cm2
cm. Cm2
cm. Cm2
VELOCIDAD DE APLICACIÓN DE CARGA:
Tiempo
transcurri
do, min.
Lectura
del
anillo de
carga,
mm
Carga,
en kg.
Lectura
de
micróme
tro, en
mm.
Deformació
n total, en
mm.
Deformació
n unitaria,
.
1–
(%/100)
Area
corregid
a en cm2
Esfuerzo
, en
kg/cm2
CONTENIDO DE AGUA
(%)
(antes de iniciar la prueba)
Cápsula No.
Peso de cápsula
Peso de cap. +
s.h.
Peso de cap. + s.s.
Peso de agua
Peso de suelo
seco
100% 
s
w
W
W
W
CONTENIDO DE AGUA
(%) (de la zona de falla y
muestra restante)
Cápsula No.
Peso de cápsula
Peso de cap. +
s.h.
Peso de cap. + s.s.
Peso de agua
Peso de suelo
seco
100% 
s
w
W
W
W
NOTAS:
)(. ctecialLecturainialLecturafinlinealDef 
10
.
x
Hm
linealDef

100
%
1



Am
idaAreacorreg
A
P

OBSERVACIONES:

Conclusiones
Del suelo estudiado y de acuerdo al valor de resistencia máxima, se obtendrá la resistencia a
la compresión simple del suelo, se observará el tipo de falla (elástica o plástica), se realizará
una identificación visual sobre la textura del suelo.

PRÁCTICA No. 6
CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL
Objetivo
Determinar el decremento de volumen y la velocidad con que este se produce en una muestra
de suelo, confinado lateralmente y sujeto a una carga axial, para finalmente determinar la
curva de compresibilidad.
Alcances
Con los datos obtenidos y realizando los cálculos necesarios se podrán obtener los parámetros
necesarios para conocer los asentamientos del terreno con determinadas cargas, teniendo
como base para ello la curva de compresibilidad.
Marco teórico
Los materiales que se utilizan en ingeniería, al aplicarles fuerzas exteriores, sufren
deformaciones de acuerdo con la determinada relación esfuerzo-deformación. A un suelo
saturado al que se aplican fuerzas exteriores se le provoca una deformación, pero ésta no es
instantánea. En este caso, se produce un retraso de la deformación con respecto al esfuerzo,
como se explica a continuación y por lo tanto se tiene una relación esfuerzo-deformación-
tiempo.
Cuando un suelo saturado se somete a un incremento de carga, la acción de ésta se transmite,
en un principio, al agua que llena los poros del material por ser el líquido incompresible
comparado con la estructura que forman las partículas sólidas del suelo. Debido a la presión
que de este modo se induce en el agua, ésta fluye hacia las fronteras en las cuales dicha
presión se disipa, produciéndose variaciones en l volumen del material y la transferencia de
la carga a la estructura sólida. La velocidad con que se produce este fenómeno, conocido en
Mecánica de Suelos con el nombre de Consolidación, depende de la permeabilidad del suelo.
En arcillas francas, que representan un caso límite, el proceso es muy lento; mientras que en
una capa de arena limpia que resulta ser el límite opuesto, el retardo hidrodinámico con que
se transfieren los esfuerzos aplicados a la estructura sólida es muy pequeño. Tratándose de
grandes masas de arena y de cargas aplicadas rápidamente, el fenómeno debe tomarse en
consideración.
La prueba de consolidación estándar consiste en comprimir verticalmente un espécimen del
material que se estudia, confinado en un anillo rígido, siguiendo una secuela de cargas
establecida de antemano. En todos los casos y para cada incremento de carga, es espécimen
sufre una primera deformación correspondiente al retraso hidrodinámico que se llama
consolidación primaria, y también sufre una deformación adicional, debido a un fenómeno
secundario, que en las arcillas se llama retraso plástico y en las arenas retraso friccional. En
general el suelo se deformará siempre una cantidad mayor que la correspondiente al retraso
hidrodinámico exclusivamente. Sin embardo, el retraso hidrodinámico es el único que se

toma en cuenta la teoría de la consolidación. Según la teoría, solo es posible un fenómeno
de consolidación cuando existe escape de agua hacia el exterior de la masa de suelo. En la
práctica se admite que también se genera un proceso similar en masas de suelo que no están
100 % saturadas. En estos casos se aplica también la teoría de consolidación, teniendo
presente que se trata solo de una interpretación aproximada.
Simultáneamente con el proceso de consolidación se puede efectuar o no, según se juzgue
conveniente, una prueba de permeabilidad de carga variable, o bien, reproducir una condición
hidrodinámica adicional, como la que originaría una presión artesiana.
Material y Equipo
- Muestra inalterada de suelo
- Torno de labrado
- Navaja
- Consolidómetro
- Cápsula de consolidación
- Cuerda de guitarra
- Cronómetro
- Micrómetro
- Brea
- Parafina
- Manta de cielo
- Estufa
- Nivel de mano
- Agua destilada
Procedimiento
1. De la muestra inalterada tomar una porción de 9x9x9 cm aproximadamente.
2. Labrar el espécimen con el torno, con las medidas del anillo rígido
3. Saturar las piedras porosas, que son colocadas en la parte superior e inferior de la probeta.
4. Colocar la muestra en la cápsula de consolidación, con las piedras porosas, balín y
montarlo en el consolidómetro. Se debe cuidar que el brazo del consolidómetro se
encuentre nivelado.
5. Una vez hecho esto la cápsula se llena de agua para evitar que el espécimen pierda
humedad. Si es el caso de una arcilla, no se debe de llenar de agua la cápsula debido a
que estas tienden a absorber agua y con ello expandirse y entonces no se estaría midiendo
una consolidación, sino una expansión. Por ello, únicamente se coloca algodón húmedo
para evitar la pérdida de agua en la probeta.
6. Una vez realizados los pasos anteriores se aplica la carga de acuerdo con el problema que
debe resolverse. Dichas cargas se convierten en presión, tomando en cuenta la relación
de brazos y el área del espécimen en estudio.
7. Para aplicar la primera carga, se anota la lectura inicial del micrómetro (deformímetro),
la temperatura del agua contenida en la cápsula, fecha y hora que principia la prueba.

8. Posteriormente se aplica la carga tomando lecturas simultáneas del micrómetro y
cronómetro 5”,10”, 15”, 30”, 1’, 1.5’, etc., tal como lo indica el formato indicado
9. Este paso concluye cuando los puntos obtenidos durante esta carga, sean los suficientes
para poder definir la curva de consolidación, donde se observe que la curva se haga
asintótica.
10. Se aplica el otro incremento de carga, que debe ser otro tanto de la carga existente para
tener el doble de la anterior y que origina una nueva presión sobre la pastilla (probeta).
Se anotan los datos correspondientes a esta etapa tal como se indicó en el paso anterior.
11. Se repite el paso 7, incrementando la carga para tener el doble presión sobre la pastilla,
hasta llegar a obtener una presión sobre la muestra similar a la del problema a resolver.
Tabla 2. Cargas y presiones aplicables a la prueba de consolidación unidimensional.
CARGA PARCIAL
Kg.
CARGA ACUMULADA
kg
PRESIÓN PARCIAL
Kg/cm2
PRESIÓN PARCIAL
Kg/cm2
0.5 0.5 0.125 0.125
0.5 1.0 0.125 0.25
1.0 2.0 0.25 0.50
2.0 4.0 0.5 1.0
4.0 8.0 1.0 2.0
8.0 16.0 2.0 4.0
16.0 32.0 4.0 8.0
12. Para descargar, esta se hace en forma inversa a la carga, es decir, la carga máxima aplicada
se reduce a la mitad y así sucesivamente hasta obtener una presión nula sobre la pastilla.
13. Se procede a desmontar la pastilla junto con el anillo, se retira del anillo y se pesan
conjuntamente (anillo más probeta), posteriormente se saca la muestra del anillo para
introducirla en el horno de convección a secar a una temperatura de 110 ºC durante 24
horas aproximadamente. Finalmente se retira del horno y se deja enfriar a temperatura
ambiente o a peso constante, anotando todos los datos.
14. Determinar contenido de agua de la muestra al final del ensaye y de cuando fue labrada,
al inicio de esta.
15. El consolidómetro se debe calibrar (en nuestro caso ya está calibrado). Esto para conocer
las diferentes presiones al colocarle cierta carga. Por la relación de brazos la carga que se
aplique a la muestra, genera una presión de ¼ veces la carga.

Cálculos y análisis de resultados.
La deformación se calcula restando de la lectura inicial del micrómetro, las subsecuentes
lecturas y a cada diferencia se le resta la deformación del aparato.
La recuperación, se calcula haciendo la diferencia entre las lecturas del micrómetro en cada
tiempo, y la lectura inicial y a este resultado se le resta su correspondiente corrección de
aparato.
De los resultados obtenidos en el paso 13 se elabora una gráfica de tiempo contra
deformación.
Para calcular la lectura final del micrómetro (columna 2 de hoja de cálculo) se van
acumulando las deformaciones; esta es la deformación lineal.
La deformación de la muestra () en %, se calcula dividiendo la deformación lineal () de
cada renglón entre el espesor inicial (2H) y multiplicado por 100.
El espesor comprimido en mm (2H) columna 4, es para cada renglón, igual al espesor inicial
menos la deformación lineal correspondiente.
Para calcular la columna 5, previamente se obtiene el valor del peso de sólidos (2Ho), que es
constante durante el proceso:
1 0
2 ( )
s
w S C
W
H o m m
S A


Donde
s
W = Peso de los sólidos, en g.
w
 = Peso volumétrico del agua a la temperatura de la prueba, en g/cm3
S
S = Densidad de sólidos
C
A = Área de la pastilla, en cm2
La relación de vacíos (e) columna 6 se calcula con la siguiente fórmula:
Ho
HoH
e
2
22 

El coeficiente de compresibilidad v
a en cm2
/kg, se calcula con la siguiente formula:
2 1
2 1
v
e e
a
p p

 


Donde:
2 1
e e = relación de vacíos
2 1
p p = Presiones
La columna “Hm en cm” se calcula sumando los espesores comprimidos en cada dos
incrementos y se dividen entre cuatro.
Para la columna 9 únicamente se elevan la cuadrado los datos de Hm de la columna 8.
En la siguiente columna se anotan los valores 5 0
t en seg., obtenidos de las gráficas tiempo-
deformación. Se escoge un punto de la curva próximo al eje de las deformaciones, se observa
el tiempo que, como abscisa, le corresponde y se busca sobre la curva la que sea cuatro veces
la del punto originalmente elegido. La diferencia de ordenadas entre ambos puntos se duplica
y este valor se lleva a partir del segundo punto mencionado, sobre una paralela al eje de las
ordenadas, obteniéndose de este modo un tercer punto por el cual se hará pasar una paralela
al eje de los tiempos que es la que define el 0% teórico de consolidación.
El 100% teórico de consolidación queda definido por la intersección de la tangente al tramo
central de la curva con la asíntota del tramo final de la misma. Definidos el 0% y el 100%
teóricos de consolidación, al punto medio del segmento entre ambos corresponderá al 50%
teórico de consolidación.
La columna del coeficiente de consolidación v
C en cm2
/seg, se calcula con la siguiente
expresión:
El coeficiente de permeabilidad K m en cm/seg de la columna 12 se calcula con la siguiente
ecuación:
(1 )1 0 0 0
v v w
m
C a
K m
e



La columna de relación de consolidación primaria “r” se calcula con la siguiente ecuación:
f
s
dd
dd
r



0
100
Donde:
s
d = Deformación en el 0% de consolidación primaria
100
d = Deformación en el 100% de consolidación primaria
0
d = Deformación inicial del espécimen (tomada como la lectura inicial del micrómetro.
2
5 0
0 .1 9 7
( / )v
H m
C m seg
t


f
d = Deformación final del espécimen (tomada como la deformación a las 24 hrs. De
iniciada la prueba.
La columna presión media Pm en kg/cm2
es el promedio de las presiones de dos
incrementos consecutivos
La relación de vacíos promedio (mv) se calcula promediando dos etapas consecutivas.
Con los datos anteriores se obtiene la curva de compresibilidad, presión contra relación de
vacíos.

FORMATO CONSOLIDACIÓN, DATOS
CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL, DATOS
Aparato No.
Operador:
Observaciones:
ENSAYE No:
Carga (P): kg. p : _____________ kg
Presión: kg/cm2
presión: kg/cm2
Muestra No.
Prueba:
Profundidad:
Carga (P): kg. p : _____________ kg
Presión: kg/cm2
presión: kg/cm2
Fecha y
Hora
Tiempo
min
Lectura
deformím
etro
mm
Deformac
ión de
aparato
mm
Deformac
ión
Total
mm
Fecha y
Hora
Tiempo
min
Lectura
deformím
etro
mm
Deform
ación
de
aparato
mm
Deform
ación
Total
mm
Conclusiones
Al término del ensaye los alumnos serán capaces de realizar este ensaye, con todos los
cálculos necesarios, para así cumplir con el objetivo planteado inicialmente de obtener una
curva de compresibilidad del suelo en estudio.

PRÁCTICA No. 7
COMPRESIÓN TRIAXIAL. RÁPIDA, UU. (No Consolidación No Drenada)
Objetivo
El alumno obtendrá la cohesión (C) y el ángulo de fricción interna (Ø) de un suelo y de
acuerdo con estos resultados, mencionará si el suelo es cohesivo o cohesivo – friccionante.
Alcances
Se realizarán ensayes de compresión triaxial no drenada, no consolidada (UU) al suelo en
estudio, obteniendo la cohesión(C) y el ángulo de fricción interna (Ø), identificando así, si
éste es puramente cohesivo o cohesivo friccionante, los datos obtenidos son de gran
importancia para obtener la resistencia al esfuerzo cortante de un suelo.
Introducción
El problema de la determinación de la resistencia al esfuerzo cortante de los suelos puede
decirse que constituye uno de los puntos fundamentales de la Mecánica de Suelos.
Se define como la resistencia al esfuerzo cortante de un suelo como el valor máximo, o límite,
de la resistencia al corte que se puede inducir dentro de su masa antes de que falle.
Una de las pruebas para medir la resistencia al esfuerzo cortante, es la de compresión triaxial
y de uso más común, es adecuada para todos los tipos de suelos excepto arcillas muy
sensitivas y permite aplicar diferentes procedimientos. Teóricamente son pruebas en que se
podrían variar a voluntad las presiones actuantes en tres direcciones ortogonales sobre un
espécimen de suelo. En realidad, y buscando sencillez en su realización, en las pruebas que
actualmente se efectúan, los esfuerzos en dos direcciones son iguales.
Los especimenes de prueba son cilíndricos, con un diámetro de 36 0 38 mm, y con una altura
que puede ser de 2 a 3 veces el diámetro y están sujetos a presiones laterales de un líquido,
generalmente agua, del cual se protegen con una membrana impermeable.
Para lograr el debido confinamiento, la probeta se coloca dentro de una cámara cilíndrica y
hermética de lucita transparente, con bases metálicas. En las bases de la muestra (extremos)
se colocan piedras porosas, cuya comunicación con una bureta exterior puede establecerse a
voluntad con segmentos de tubo plástico. El agua de la cámara puede adquirir cualquier
presión deseada por la acción de un compresor comunicado con ella. La carga axial se
transmite al espécimen por medio de un vástago que atraviesa la base superior de la cámara.
La presión que se ejerce con el agua que llena la cámara es hidrostática y produce, por lo
tanto, esfuerzos principales sobre el espécimen, iguales en todas direcciones, tanto lateral
como axialmente. En las bases del espécimen actuará, además de la presión del agua, el
efecto transmitido por el vástago de la cámara desde el exterior.

Es usualmente llamar 1
 , 2
 , 3
 a los esfuerzos principales mayor, intermedio y mínimo
respectivamente. En una prueba de compresión, la presión axial siempre es el esfuerzo
principal mayor, 1; los esfuerzos intermedio y menor son iguales (2 = 3 ) y quedan dados
la presión lateral.
La descripción de las pruebas se hace con base en la más familiar, que es la prueba de
compresión aumentando el esfuerzo axial por aplicación de una carga a través del vástago.
En los laboratorios de Ingeniería Civil la prueba triaxial rápida, sin consolidad y sin drenar
(UU). En éste tipo de prueba no se permite ninguna etapa de consolidación de la muestra. La
válvula de comunicación entre el espécimen y la bureta permanece siempre cerrada
impidiendo el drenaje. En primer lugar se aplica el espécimen una presión hidrostática y, de
inmediato, se hace fallar al suelo con la aplicación rápida de la carga axial. Los esfuerzos
efectivos en esta prueba no se conocen bien, ni tampoco su distribución, en ningún momento,
sea anterior o durante la aplicación de la carga.
Para la mecánica de suelos existen tres tipos de suelos:
a) Cohesivos
b) Friccionantes
c) Cohesivos-friccionantes
Un suelo puramente cohesivo sería una arcilla, uno puramente friccionante son las arenas y
gravas. Pero las arcillas tienen un pequeño ángulo de fricción interna.
Material y Equipo
- Muestras inalterada de suelo.
- Torno de labrado
- Cuerda de guitarra
- Navaja
- Balanza de precisión de 0.1g
- Marco de carga
- Anillo de carga (50Kg)
- Micrómetro con base magnética
- Manta de cielo
- Brea
- Parafina
- Estufa
- Vernier
- Vidrios de reloj
- Franelas húmedas
- Horno de convección
Desarrollo:
1. De la muestra inalterada tomar una porción de 12 x 12 x 12 cm aproximadamente.
2. Labrar un espécimen con un altura de 9 cm y diámetro de 3.6cm aproximadamente,
aunque también se acepta una relación h/d= 2.5 a 3.

3. Tomar el contenido de agua (W %) quitándole a la probeta los extremos, pesarlos, anotar
los datos e introducir las muestras al horno durante 24 horas aproximadamente a una
temperatura de 110ºC.
4. Tomar medidas de las probetas, (altura, diámetro superior, medio e inferior) anotando los
datos.
5. Pesar la probeta y con los datos anteriores obtener el volumen, determinar peso
volumétrico con la siguiente expresión:
3
/ mkg
V
P

Donde:
 = Peso volumétrico de la arcilla, en Kg/cm3
.
P = Peso de la muestra, en g.
V = Volumen, cm3
6. Una vez pesada y medida la probeta, se procede a introducirla en una membrana
impermeable, colocando papel filtro en los extremos de la misma.
7. Se coloca la probeta en la cámara triaxial, amarrando con una liga los extremos de la
membrana impermeable a los cabezales de la cámara. Primero se debe amarrar el extremo
que quedará en la parte superior. Se debe tener cuidado que la manguera que conecta a la
bureta que los más pegada a la probeta, para evitar que al momento de cerrar la cámara,
esta no lo permita.
8. Colocar la cámara triaxial de lutita en el marco de carga e introducirle agua para dar la
presión de confinamiento hidrostático a la probeta. El agua a presión se encuentra
almacenada en un tanque que cuenta con un manómetro, el cual, esta conectado a un
compresor. Se debe tener cuidado para que tanto la cámara como el tanque estén a la
misma altura, para evitar diferencias de presión y con ello corregir la presión de
confinamiento.
9. Además de la cámara, también deben de montarse en el marco de carga, el anillo de carga
y el deformímetro con su base magnética.
10. Una vez realizado lo anterior se inicia la prueba, tomando lecturas en el anillo de carga
y en el deformímetro (micrómetro) cada 10 seg en el primer minuto y cada 15 seg los
minutos subsecuentes, hasta que falle la muestra mas dos lecturas Puede ocurrir dos tipos
de falla: una de tipo elástica que es donde empieza a regresar la aguja del anillo de carga
y se observan grietas en el lugar de falla; la segunda es que el ensaye dure demasiado
tiempo y no se presente la falla en la probeta, es decir que no exista agrietamiento, en
este caso se deja de tomar lecturas cuando la longitud de la probeta se reduzca un 20%.
11. Dibujar la forma en que falló la probeta.

12. Se toma una porción de la muestra (del lugar de donde ocurrió la falla) se pesa y se
introduce al horno durante 24 horas aproximadamente a una temperatura de 110ºC., para
determinar el contenido de agua.
13. Tomar la muestra restante, pesarla, introducirla al horno durante 24 horas a una
temperatura constante antes mencionada y calcular su contenido de agua.
El contenido de agua que se debe obtener en los pasos antes mencionados se calculará con la
100100% 



s
w
ccss
csscsh
W
W
WW
WW
W
Donde:
W%= Contenido de agua, en porcentaje.
Wcsh= Peso del recipiente con la muestra húmeda, en g.
Wcss= Peso del recipiente con la muestra seca, en g.
Ww= Peso del agua, en g.
Ww= Wh-Ws
Wh= Peso de la muestra húmeda, en g.
Ws= Peso de la muestra seca, en g.
Las lecturas que se obtienen de los anillos de carga se transforman a carga con la ecuación
de calibración del anillo, donde se sustituye el valor de las lecturas en la ecuación. En el
gabinete del laboratorio se encuentra esta información.
La deformación lineal se calcula tomando como constante la primera lectura tomada del
deformímetro como constante, es decir:
)(. cteinicialLecturafinalLecturalinealDef 
La deformación unitaria se calcula con la expresión:
1 0
D ef L in ea l
x
H m
 
Donde:
H m = Altura de la probeta en estudio en cm.
D ef L in ea l = Deformación lineal, en mm.

El área corregida:
100
%
1



Am
corregidaArea
Donde:
A m = Área media, en cm2
Esfuerzo desviador:
2
; /
P
kg cm
A
  
 
Donde:
 = Esfuerzo desviador en kg/cm2
P = Carga en kg.
A = Área en cm2
Con los cálculos realizados se elabora la gráfica esfuerzo-deformación unitaria y se obtiene
el máximo esfuerzo que soportó la probeta.
Todo este proceso se realiza cuatro veces para obtener cuatro esfuerzos y con ellos poder
graficar los círculos de Mohr, de donde se obtiene la cohesión y ángulo de fricción interna,
valores importante para cumplir con los objetivos del estudio.

FORMATO COMPRESIÓN TRIAXIAL, UU
COMPRESIÓN TRIAXIAL RÁPIDA, UU.
OBRA:
LOCALIZACIÓN:
SONDEO No:
ENSAYE No:
MUESTRA No:
PROFUNDIDAD:
DESCRIPCIÓN:
FECHA:
OPERADOR:
CALCULÓ:
MEDIDAS DE LA PROBETA:
Ds
=______________
_
Dc
=______________
_
Di
=______________
_
Hm =
______________
cm. As
=______________
_
Ac
=______________
_
Ai=
_______________
Am
=______________
Cm2
6
4 AiAcAs
Am


Wi
=______________
_
Vt
=______________
_
 m =____________
g.
Cm3
Ton/cm3
cm. Cm2
cm. Cm2
cm. Cm2
VELOCIDAD DE APLICACIÓN DE CARGA:
Tiempo
transcur
rido,
min.
Lectura
del
anillo
de
carga,
mm
Carga,
en kg.
Lectura
de
micró
metro,
en
mm.
Deformac
ión total,
en mm.
Deformac
ión
unitaria,
.
1–
(%/100)
Area
corregi
da en
cm2
Esfuerz
o
desviad
or en
kg/cm2
CONTENIDO DE
AGUA (%)
(antes de iniciar la
prueba)
Cápsula No.
Peso de
cápsula
Peso de cap. +
s.h.
Peso de cap. +
s.s.
Peso de agua
Peso de suelo
seco
100% 
s
w
W
W
W
CONTENIDO DE
AGUA (%) (de la zona
de falla y muestra
restante)
Cápsula No.
Peso de
cápsula
Peso de cap. +
s.h.
Peso de cap. +
s.s.
Peso de agua
Peso de suelo
seco
100% 
s
w
W
W
W

NOTAS:
)(. ctecialLecturainialLecturafinlinealDef 
10
.
x
Hm
linealDef

100
%
1



Am
idaAreacorreg
A
P

OBSERVACIONES:
Conclusiones
Al término de los ensayes, los alumnos serán capaces de realizar ensayes triaxiales y obtener
los parámetros que se buscan y con ello establecerse un criterio para dar una opinión sobre
las características de resistencia al corte del suelo.

PRÁCTICA No. 8
REPORTE TÉCNICO

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. ASTM (1991), Method for Laboratory Determination of Water (Moisture) Content of
Soil, Rock, and Soil – Aggregate Mixtures, Standard D2216-90, Vol. 04.08, Philadelphia,
Pa. USA.
2. CFE. Instituto De Investigaciones Eléctricas, (1980), “Manual de Diseño de Obras
Civiles, Geotecnia, Propiedades Físicas y Mecánica de los Suelos”, México.
3. Jean-Pierre Bardet, (1997), “Experimental Soil Mechanics”, Prentice may, New Jersey,
USA.
4. Juárez B, Rico R., (1992), “Mecánica de Suelos, Tomo I”, Editorial Limusa, Tercera
Edición, México.
5. Das M. B. (2001), “Principios de Ingeniería de Cimentaciones”, Editorial International
Thomson Editores, Cuarta Edición, México.
6. Mendoza M. J., Orozco C. M., (1995), “Técnicas Alternativas para la Determinación del
Contenido de Agua en Suelos”, Instituto de Ingeniería, UNAM.
7. Mendoza M. J., Orozco C. M., (1995), “Técnicas Alternativas para la Determinación del
Límite Líquido de Suelos”, Instituto de Ingeniería, UNAM.
8. Secretaría de Recursos Hidráulicos, (1967), “Instructivo para Ensayes en suelos”.
9. Whitlow R. (1994), “Fundamentos de Mecánica de Suelos”, Editorial CECSA, Segunda
edición, México.

Mecánica de suelos

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