tipos de suelos

1. Mecánica de Suelos Aplicada
SEMANA 01-S1
Dr. Msc. Ing. Ronald Mejia Sanchez
c22691@utp.edu.pe
romes28@gmail.com
rmejias@tecgraf.puc-rio.br
rmejias@uni.pe
Caracterización Geotécnica

2. Relación entre las propiedades físicas y su comportamiento ingenieril.
Análisis Granulométrico por tamizado e hidrometría
Determinación de los límites líquido y plástico
SUELO
Realizar la caracterización geotécnica de los suelos.
Ejecutar el análisis y la propuesta de diseño geotécnico

3. Análisis mecánico de suelo
• El análisis mecánico es la determinación de la gama de tamaños de partículas
presentes en un suelo, expresados como un porcentaje del peso seco total (o masa).
• Análisis de tamiz
• Análisis de
hidrómetro
ASTM152-H
ASTM –D7928-21e1
ASTM-D422-63

4. Análisis mecánico de suelo
• El análisis Mecánico de un suelo consiste en separar y clasificar por tamaños los
granos que lo componen.
• Nos permite la determinación cuantitativa de la distribución de tamaños de partículas
de suelo.
• Esta norma describe el método para determinar los porcentajes de suelo que pasa por
los distintos tamices de las serie empleada en el ensayo, hasta el de 0.074 mm
(N°200).

5. Análisis mecánico de suelo
• El análisis por mallas se concreta a segregar el suelo mediante una serie de mallas que
definen el tamaño de la partícula.
• El tamaño de los granos puede también obtenerse aplicando la ley de Stokes, que rige
la caída libre de una esfera en un liquido. El método del hidrómetro (densímetro) es el
que permite aplicar con mas exactitud este principio.
• El análisis combinado o total consiste en aplicar el análisis por mallas y el método del
hidrómetro, respectivamente, a las porciones gruesas y finas de un mismo material

6. Datos/Observaciones
Análisis mecánico de suelo: Muestreo
Se toma una muestra representativa del suelo.
Se efectúa un cuarteo; se revuelve el material y después se separa en cuatro partes con
ayuda de una regla de madera . Se toman dos partes opuestas por el vértice.

7. Datos/Observaciones
La granulometría de un suelo se puede
realizar mediante dos formas: vía seca y
húmeda, la primera generalmente se realiza a
gravas y la húmeda se realiza a arenas o
gravas con alto contenido de finos
Análisis de tamiz (por mallas)

8. Análisis de tamiz (por mallas)
Usada para obtener las fracciones correspondientes a los tamaños mayores del suelo,
generalmente para tamaños mayores a 0.075mm (malla #200).
malla #200
TAMIZ Nº 4
TAMIZ Nº 200

9. Serie de Tamices usados para el ensayo por tamizado según la Norma ASTM-422
3” (75.00 mm) N°4 (4.75 mm)
2” (50.00 mm) N°10 (2.00 mm)
1 1/2” (37.50 mm) N°20 (0.85 mm)
1” (25.00 mm) N°30 (0.60 mm)
3/4” (19.00 mm) N°40 (0.425 mm)
1/2” (12.50 mm) N°60 (0.250 mm)
3/8” (9.50 mm) N°100 (0.150 mm)
1/4” (6.30 mm) N°200 (0.075 mm)
Tamices según la norma
TAMIZ 3”

10. Procedimiento de análisis de tamiz
• El suelo se hace pasar a través de un conjunto te
tamices, hasta la malla #200.
• Determina la masa de suelo retenido en cada tamiz.
• Determine la masa total de suelo.

11. Procedimiento de análisis de tamiz
• Se suma la masa acumulada de suelo por encima de
cada tamiz.
• El porcentaje de suelo que pasa que pasa el i-ésimo ( o
por ciento más fino):

12. Ejemplo 1
Tamaño número Masa de suelo retenido
en cada tamiz (g)
4 0
10 21.6
20 49.5
40 102.6
60 89.1
100 95.6
200 60.4
Pan 31.2
• A continuación se muestra los resultados de un análisis de tamiz:
• Determine el porcentaje de finos en cada tamiz y grafique la curva de distribución de
cada tamaño de grano.

13. Solución
Tamaño
número
4
10
20
40
60
100
200
Pan
Abertur
a (mm)
4.75
2.00
0.850
0.425
0.250
0.150
0.075
--
Masa de
suelo ret. (g)
0
21.6
49.5
102.6
89.1
95.6
60.4
31.2
Masa
acumulada
(g)
0
21.6
71.1
173.7
262.8
358.4
418.8
450
𝑀 = 450
∑ ∑
∑
.100
% de
finos
100
95.2
84.2
61.4
41.6
20.4
6.9
--

14. Grafica
Arena arcilla
Grava

15. Datos/Observaciones
Procedimiento Vía Húmeda
Se toma una muestra representativa del
suelo, se deja saturando durante 24 hrs
Se vierte el agua con los finos
en suspensión en la cubeta
Se coloca más agua. Se agita
el suelo en el agua, con esto
la parte fina queda en
suspensión en el agua

16. Datos/Observaciones
Procedimiento Vía Húmeda
Se repiten los pasos, hasta que el agua no contenga
sólidos en suspensión.
Se coloca una malla sobre una charola metálica con
agua y se vierte en la malla el suelo
Con la ayuda de la brocha se hace pasar el suelo a
través de la malla, el suelo que pasa queda en la
charola metálica el que se pasará posteriormente por
una malla de menor abertura.

17. Datos/Observaciones
Procedimiento Vía Húmeda
El suelo retenido en cada malla se coloca en una cápsula de vidrio
• El suelo contenido en las cápsulas de vidrio se introduce
al horno de convección para su secado.
• El suelo contenido en la cubeta se deja reposar durante 3
días, para que se sedimente.
• Con la ayuda de una manguera se efectúa un sifón para
retirar el exceso de agua.
• Se pasa el suelo a una charola metálica y se seca en el
horno de convección.
• Se pesan los retenidos en cada malla y el que pasó la No.
200.

18. Datos/Observaciones
Análisis de Hidrómetro
Se basa en el principio de la sedimentación de suelos, la principal consideración es
que todas las partículas son esferas y la velocidad es expresada por la ley de Stokes.
Cuando una muestra de suelo se dispersa en
agua, las partículas se depositan a diferentes
velocidades, en función de su forma, tamaño y
peso

19. Datos/Observaciones
Ley de Stokes
La ley de Stokes se refiere a la fuerza de fricción experimentada por objetos esféricos moviéndose en
el seno de un fluido viscoso en un régimen laminar de bajos números de Reynolds
El peso es la partícula 𝑚𝑔 = 𝑤 = 𝜌 .
4
3
. 𝜋. 𝑟 . 𝑔
El empuje es igual al producto de la densidad del fluido ρf, por el volumen del cuerpo
sumergido, y por la aceleración de la gravedad.
𝐸 = 𝜌 .
4
3
. 𝜋. 𝑟 . 𝑔
La fuerza de rozamiento es proporcional a la velocidad, y su expresión se denomina ley de
Stokes.
𝐹 = 6. 𝜋. 𝑟. η. 𝑣

20. Datos/Observaciones
Ley de Stokes
𝑣 =
𝜌 − 𝜌
18η
𝑥𝐷
𝜌 = 𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎
η = 𝑉𝑖𝑠𝑐𝑜𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎
𝜌 = 𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑎𝑠 𝑝𝑎𝑟𝑡í𝑐𝑢𝑙𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜
𝐷 = 𝑑𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎𝑠 𝑝𝑎𝑟𝑡í𝑐𝑢𝑙𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜
𝑣 = 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑
La velocidad límite, se alcanza cuando la aceleración sea cero
𝑚. 𝑎 = 𝑚𝑔 − 𝐸 − 𝐹 . 𝑚. 𝑔 = 𝐸 − 𝐹 .
Velocidad de la partícula ( Ley de stokes)
𝐷 =
30
𝐺 − 1 𝜌
.
𝐿
𝑡

21. Datos/Observaciones
Curva De distribución Granulométrica
Los resultados de análisis mecánico (análisis por tamiz o hidrómetro) se presentan generalmente en
graficas semi-logaritmicas como curvas de distribución granulométrica.

22. Datos/Observaciones
Curva De distribución Granulométrica
Cuando los resultados del análisis por tamiz y del análisis hidrométrico se combinan, generalmente
ocurre una discontinuidad en el rango en que estos se traslapan.
La razón para la discontinuidad es que las
partículas de suelo son generalmente
irregulares en su forma
El análisis te tamiz da la dimensión
intermediaria de una partícula; el análisis
hidrométrico da el diámetro de una esfera que
se asentaría a la misma razón que la partícula
de suelo.

23. Datos/Observaciones
Tamaño efectivo, coeficiente de uniformidad y coeficiente de
curvatura.
El diámetro en la curva de distribución del tamaño de las partículas correspondientes al 10% de
finos se le denomina diámetro efectivo.
𝐶 =
𝐷
𝐷
El coeficiente de uniformidad está dado por la relación
Donde:
Cu coeficiente de curvatura
D60 diámetro correspondiente al 30% de finos.
El coeficiente de curvatura se expresa como:
𝐶 =
𝐷30
𝐷 . 𝐷
Donde:
Cu coeficiente de uniformidad
D60 diámetro correspondiente al 60% de finos.

24. Datos/Observaciones
Tamaño efectivo, coeficiente de uniformidad y coeficiente de
curvatura.
Diferentes tipos de curva de distribución de tamaño de grano de partícula
La curva I representa un tipo de suelo en el que la mayoría de los
granos
son del mismo tamaño. A esto se le denomina suelo pobremente
clasificado.
La curva II representa un suelo en el que el tamaño de las partículas
está distribuido en un amplio rango, este tipo de suelo se denomina
bien clasificado.
Un suelo puede tener una combinación de dos o más fracciones
uniformemente gradadas. La curva III representa tal suelo que se
denomina Granulometria descontinua.

25. Compacidad Relativa o Densidad Relativa (Cr o Dr)
Donde:
Cr o Dr= compacidad relativa o densidad relativa, usualmente dada como porcentaje
e= relación de vacíos in situ del suelo
emáx= relación de vacíos del suelo en la condición más suelta
emín=relación de vacíos del suelo en la condición más densa.
El término compacidad relativa es comúnmente usado para indicar la
Compacidad o la flojedad in situ del suelo granular. Se define como

26. Consistencia del suelo
Así como se clasifican los suelos gruesos, de igual manera, se pueden clasificar
los suelos finos.
La clasificación se puede realizar gracias al aporte del científico sueco Albert
Mauritz Atterberg (1846-1916) propuso unos limites el cual lleva su nombre
“LÍMITES DE ATTERBERG”.
Finalmente, el profesor Arthur Casagrande (1902-1981) realizó una gran
cantidad de investigaciones tendientes a la normalización de estos ensayos.

27. Estados y límites de consistencia
Dependiendo del contenido de humedad, la naturaleza del comportamiento del
suelo puede ser dividido en cuatro estados básicos: sólido, semisólido, plástico y
líquido.
• Existen diferentes estados de los suelos finos en función de su contenido de agua,
llamándose estados de consistencia

28. límite Líquido (LL)
• Diagrama esquemático (vista lateral) de un dispositivo de limite líquido.
• Este dispositivo consiste en una copa de latón y
una base de goma dura. La copa de latón se
puede soltar sobre la base por una leva operada
por una manivela.
• Para la prueba de límite líquido, se coloca una
pasta de suelo en la copa y se hace un corte en
el centro de la pasta de suelo, usando la
herramienta de ranurado estándar.

29. límite Líquido (LL)
• Diagrama esquemático (vista lateral) de un dispositivo de limite líquido.
• Entonces la copa se eleva con la leva accionada
por la manivela y se deja caer desde una altura
de 10 mm.
• El contenido de humedad, en porcentaje,
necesario para cerrar una distancia de 12.7
mm a lo largo de la parte inferior de la ranura
después de 25 golpes se define como el límite
líquido.

30. límite Líquido (LL)
• El contenido de humedad, en
porcentaje, necesario para
cerrar una distancia de 12.7
mm a lo largo de la parte
inferior de la ranura después
de 25 golpes se define como
el límite líquido.

31. Límite Líquido - Copa Casagrande

32. Límite Líquido - Copa Casagrande

33. Límite Líquido - Copa Casagrande

34. Ejemplo #2
1 2 3 4
Numero de golpes 24 37 32 22
Peso de la muestra húmeda +
recipiente
22.50 25.94 25.86 25.27
Peso de la muestra seca +
recipiente
18.89 21.10 21.59 20.96
Peso del recipiente 14.12 14.61 15.82 15.34
Peso del fluido en los poros 3.61 4.84 4.27 4.31
Peso de la fase solida 4.77 6.49 5.77 5.62
Contenido de humedad (%) 75.7 74.6 74 76.7

35. Limite plástico (PL)
El límite plástico se define como el contenido de humedad, en porcentaje, en el
que el suelo al enrollarse en hilos de 3.2 mm de diámetro se desmorona.
Prueba de límite plástico (Cortesía de Braja M. Das, Henderson, Nevada)
• El límite plástico es el límite
inferior del escenario plástico del
suelo.
• La prueba es simple y se realiza
mediante rodados repetidos por
parte de una masa de tierra de
tamaño elipsoidal sobre una placa
de vidrio esmerilado

36. Limite plástico (PL)
Contenido de agua según el cual el suelo comienza a perder sus propiedades
plásticas para pasar a un estado semi-sólido.

37. Limite plástico (PL) método cono
El método de penetración de cono se puede utilizar para obtener el límite plástico.
Esto se puede lograr mediante el uso de un cono de geometría similar, pero con
una masa de 2.35 N (240 gf).
• El contenido de humedad que corresponde
a una penetración de cono de d=20 mm
es el límite plástico
Dispositivo de penetración de cono
(Cortesía de N. Sivakugan, James
Cook University,Australia)

38. Límite Líquido (LL) y Limite plástico (PL) método Cambridge

39. Índice de liquidez
Cuando
No Plástico Rango Plástico Líquido Viscoso
wi= LP wi= LL
Líquido Viscoso
0 LP LL
0
0 1 IL
índice de plasticidad (PI)
PI = LL - PL
wi < LP IL ≤ 0 Consistencia sólida o semisólida
LP < wi < LL 0 < IL < 1 Consistencia plástica
Wi > LL IL ≥ 1 Estado liquido. Condición de inestabilidad

40. Limite de contracción (SL)
La masa de suelo se contrae a medida que éste pierde humedad gradualmente.
El contenido de humedad, en porcentaje, en el que el
cambio de volumen de la masa de suelo cesa se define
como límite de contracción.
Prueba de límite de contracción: (a) porción de suelo
antes del secado; (b) porción de suelo después del
secado

41. Determinar el límite de contracción
Donde:
LC : Límite de contracción ( %) .
w : Contenido de agua del suelo al momento
del ensayo
V : Volumen del suelo húmedo .
Vo : Volumen del suelo seco .
Wo : Peso de suelo seco (pastilla) .
w : Densidad del agua (1.0 g/cm3) .
1 Vasija de contracción N° 17
2 Peso vasija de contracción + peso suelo húmedo (g) 50,5
3 Peso vasija de contracción + peso suelo seco (g) 42,3
4 Peso de agua contenida (g) 8,2
5 Peso vasija de contracción (g) 20
6 Peso de suelo seco Wo (g) 22,3
7 Contenido de agua, w (%) 36,8
8 Volumen de la vasija de contracción, V (cm3) 16,7
9 Volumen de suelo seco, Vo (cm3) 13,1
10 (V-Vo)*100/Wo 16.12
11 Límite de contracción (%) 20,66
Determinación del límite de contracción

42. Actividad
Skempton (1953) obsevo que el indice de
plasticidad de un suelo incrementa linealmente
con el porcentaje de fracción granulometrica
de tamaño de arcilla (<0.002 mm).
Actividad es usado como un indice para
indentificar el potencial de hinchamiento de
suelos arcillosos.
(After Skempton, A. W., 1953, Proceedings of the Third International
Conference of Soil Mechanics and Foundation Engineering, vol. 1,
𝑨 =
𝑷𝑰
(𝑷𝒐𝒓𝒄𝒆𝒏𝒕𝒂𝒋𝒆 𝒅𝒆 𝒕𝒂𝒎𝒂ñ𝒐,𝒎𝒆𝒏𝒐𝒓 𝒊𝒈𝒖𝒂𝒍,𝟐𝒖𝒎 )
El % de arcilla es tomado de la fracción de suelo < 0.002 mm

43. Sensibilidad
La relación de resistencias entre el espécimen inalterado y el alterado se llama
sensibilidad de la arcilla
𝑆 =
𝑐 (𝑖𝑛𝑎𝑙𝑡𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜)
𝑐 (𝑎𝑙𝑡𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜, 𝑟𝑒𝑚𝑜𝑙𝑑𝑒𝑎𝑑𝑜)
Donde:
𝑐 Resistencia no drenado
𝑆 Sensibilidad de la arcilla

44. Aplicaciones
- Identificación y clasificación de suelos.
- Especificaciones en trabajos de suelos: diseño de mezclas, estabilización
de suelos.
- Como ayuda para estimar la calidad de las propiedades mecánicas de los
suelos: compactación, resistencia al corte, consolidación.

45. Gracias por tu atención