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REPÚBLICA DE PANAMÁ
COLUMBUS UNIVERSITY
FACULTAD DE ARQUITECTURA Y SISTEMAS ESTRUCTURALES
MODULO DE SELECCIÓN DE TEXTO
ASIGNATURA:
CONTENIDO TEMÁTICO
1. INTRODUCCIÓN A LA MECÁNICA DE SUELOS
1.1 Concepto de suelo 1.2 Clasificación del suelo de acuerdo a su tamaño
1.3 Tipos de arcillas 1.4 Análisis mecánico del suelo
1.4.1 Tamaños de mallas de cribado
1.4.2 Curvas de distribución granulométrica 1.4.3 Diámetro efectivo, Coeficiente de uniformidad
y Coeficiente de curvatura
IX CUATRIMESTRE
2011
MÓDULO INSTRUCCIONAL DE APRENDIZAJE
ESTUDIO DEL SUELO
“Enriquece tu mente con pensamientos positivos de paz, valor, salud y esperanza”
Página 1
Saludos Estudiantes. Bienvenidos y bienvenidas a este nuevo
cuatrimestre, en especial a la asignatura de Estudio del Suelo, en donde
aprenderemos conceptos y principios básicos del suelo, como soporte y
estructura de cimentación de estructuras.
El Estudio del Suelo implica la aplicación de las leyes de la física y las
ciencias naturales a los problemas que se refieren a las cargas impuestas a
la superficie de la corteza terrestre.
Todas las obras civiles se apoyan sobre el suelo, y muchas de ellas utilizan
suelo como elemento de construcción como por ejemplo para rellenos; por
lo que la estabilidad y el comportamiento de los suelos, el saber cómo
funcionan, cómo se comportan dentro de los puntos de influencia de los
esfuerzos que se generan en los mismos, cuáles son las propiedades que
rigen para la clasificación de un tipo de suelo u otro, es sumamente
fundamental. Por tales efectos, es necesario el estudio de sus conceptos y
conocer de esta forma, como las propiedades del suelo afectan una
determinada construcción.
De esta forma en nuestro curso de Estudio del Suelo, veremos los
conceptos que rigen su entorno, como lo son la mecánica de Suelos y las
cimentaciones, estudiando los tipos que podemos encontrar: Limos,
arcillas, arenas y gravas; junto con sus propiedades, peso específico, nivel
freático, granulometría, coeficiente de uniformidad, contenido de
humedad, grado de saturación, límites de Attemberg, en fin. Todo lo básico
para comprender el compartimiento de una estructura determina sobre la
superficie terrestre.
PRESENTACIÓN
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ESTUDIO DEL SUELO
“Enriquece tu mente con pensamientos positivos de paz, valor, salud y esperanza”
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Para lograr lo anterior, nuestros objetivos trazados son: Proporcionar al
estudiante de Arquitectura y Sistemas Estructurales un conocimiento
claro y completo de la teoría y aplicación de los principios del Estudio del
Suelo para arquitectos e ingenieros; desarrollar la habilitad para analizar
y desarrollar problemas, habilidades muy importantes para cualquier
arquitecto, a nivel de suelos y cimentaciones y facilitar el buen manejo de
los principios básicos de suelo para ser aplicados en el campo de la
construcción.
El conocimiento del Estudio del Suelo, como anotamos anteriormente, nos
ayuda a comprender la relación existente entre una estructura
(construcción) y su soporte (suelo), relaciones que diariamente se dan y
que en ocasiones no notamos, muchas veces siendo imperceptibles y que
cuándo su visibilidad es notaria, puede afectar enormemente a una
construcción; por ende este módulo y este curso nos ayudará a relacionar
lo que nos rodea, con estos principios. Esto es de vital ayuda en su diario
vivir como futuros profesionales.
RELACIONA LO QUE TE RODEA
CON ESTE CURSO Y
ALCANZARAS EL ÉXITO…
¡ÁNIMO!
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ESTUDIO DEL SUELO
“Enriquece tu mente con pensamientos positivos de paz, valor, salud y esperanza”
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UNIDAD #1
INTRODUCCIÓN
A LA
MECÁNICA DE
SUELOS
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ESTUDIO DEL SUELO
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1.1 Concepto de suelo
1.2 Clasificación del suelo de acuerdo a su tamaño
1.3 Análisis mecánico del suelo
1.3.1 Tamaños de mallas de cribado
1.3.2 Curvas de distribución granulométrica
1.3.3 Diámetro efectivo, Coeficiente de uniformidad y Coeficiente de
curvatura
OBJETIVO GENERAL
Introducir a los participantes del curso a la mecánica de suelos, de tal
forma que sea de fácil comprensión la interacción existente entre el suelo y
una estructura.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
1. Analizar el concepto de mecánica de suelo y otros conceptos
relacionados con éste.
2. Clasificar los suelos de acuerdo al tamaño de sus partículas.
3. Ver los diferentes tipos de suelo e identificarlos con los suelos
naturales que nos rodean.
4. Desarrollar e identificar los términos relacionados con el análisis
mecánico del suelo.
5. Identificar una curva de distribución granulométrica y sus
componentes.
CONTENIDO TEMÁTICO
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METODOLOGÍA DEL CURSO
1. Se realizarán preguntas exploratorias que ayuden a relacionar los
conocimientos previos y el entorno de los participantes.
2. Se desarrollará un vocabulario para relacionar al participante con la
terminología propia del curso de Mecánica de Suelos.
3. Se analizará y discutirá en clases una separata proporcionada por el
facilitador, para unificación de criterios.
4. Se compararán diferentes curvas de distribución granulométrica de
diversos de materiales, para realizar comparaciones entre ellas.
5. Se hará visita al Laboratorio de Suelos del MOP para interactuar en
el análisis granulométrico de diferentes tipos de suelo.
6. Con información proporcionada en el salón de clases, se desarrollará
una curva de análisis granulométrico.
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Para llevar a cabo el desarrollo de esta asignatura y de esta unidad es
necesario partir de unos conocimientos adquiridos con anterioridad en
otras disciplinas y que se concretan en diferentes asignaturas de Física,
Química, Mecánica y Matemáticas y fundamentalmente en Resistencia de
Materiales y Análisis de Estructuras, complementando estos con principios
de Geología.
CONOCIMIENTOS PREVIOS
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A continuación se presentan ciertas preguntas relacionadas a los temas a
estudiar, para introducirte a los conceptos a desarrollar:
1. ¿Has tenido contacto directo con partículas de suelo algún día?
¿Cuál podría ser, según tu experiencia, su clasificación de acuerdo
al tamaño de las partículas?
2. Alguna vez has observado cuando llueve poco y el agua no escurre
superficialmente, ¿Hacia dónde se va el agua? ¿Qué ocurre con el
suelo de acuerdo a la cantidad de agua que absorbe o drena en ella?
¿En qué momento se forma un suelo fangoso (lodo)?
3. A finales del periodo lluvioso en nuestro país, has visto cómo el suelo
no absorbe más agua ¿qué sucede cuando esto pasa? ¿podrías
explicar este fenómeno?
4. Si en tres recipientes del mismo tamaño y volumen colocas la misma
cantidad de un determinado tipo suelo (el mismo en los tres), con
tres condiciones diferentes:
Recipiente #1. No se le agrega agua
Recipiente #2. Se le agrega agua hasta la mitad.
Recipiente #3. Se le agrega agua a todo el recipiente.
¿Cuáles resultados podrías obtener en cada uno de los recipientes?
¿Podrías explicar las relaciones volumétricas resultantes? ¿Qué ocurre con
las propiedades del suelo de acuerdo a la cantidad de agua agregada?
¿Varían estas propiedades de acuerdo a la cantidad de agua agregada?
PREGUNTAS EXPLORATORIAS
Estás a punto de descubrir interesantes cosas, con respecto
al mundo que te rodea… PASA LA PÁGINA
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Para facilitar tu compresión de este curso técnico, te invitamos a desarrollar
un vocabulario de terminologías relacionada al mismo:
VOCABULARIO DE TERMINOLOGÍAS (GLOSARIO)
Suelo, Mecánica de suelos, Ingeniería de suelos, Ingeniería geotécnica,
Suelos residuales, Suelos transportados, Suelos orgánicos, Suelos
inorgánicos, Nivel freático, Grava, Arena, Arcilla, Limo, Análisis mecánico
del suelo, Granulometría, Curva granulométrica, Tamaño efectivo de
suelo, Coeficiente de uniformidad, Coeficiente de curvatura, Relación de
vacíos, Porosidad, Grado de saturación, Peso específico, Contenido de
humedad, Compacidad relativa, Consistencia del suelo, Límite de
contracción, Límite plástico, Límite líquido, Límites de Attemberg, Índice
líquido, Índice plástico, Carta de plasticidad, Compactación, Prueba de
Proctor Estándar, Humedad óptima, Método de cono de arena,
Densímetro, Permeabilidad, Infiltración, Esfuerzo efectivo, Consolidación,
Asentamiento, Percolación.
DESARROLLO DE CAPACIDADES / AMPLIACIÓN DE CONOCIMIENTOS
PREVIOS
1. Suelo: Es el agregado no cementado de minerales y materia orgánica
descompuesta sólida, junto con líquidos y gases que ocupan los
espacios vacíos entre las partículas sólidas.
2. Mecánica de Suelos: Es la rama de la ciencia que trata el estudio de
sus propiedades físicas y el comportamiento de masas de suelos
sometidas a varios tipos de fuerzas.
3. Ingeniería de Suelos: Es la aplicación de los principios de la mecánica
de suelos a problemas prácticos.
PUENTE COGNITIVO
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4. Ingeniería Geotécnica: Es la ciencia y práctica de aquella parte de la
ingeniería civil que involucra materiales naturales encontrados cerca de
la superficie de la tierra.
5. Suelos Residuales: Son aquellos suelos que se mantienen donde se
forman y cubren la superficie rocosa de donde se originan.
6. Suelos Transportados: Son aquellos suelos que son transportados a
otros lugares por medio de procesos físicos.
7. Suelos Orgánicos: Son aquellos suelos con alta presencia de material
orgánico descompuesto.
8. Suelos Inorgánicos: Son aquellos suelos con ausencia o bajo contenido
de material orgánico descompuesto.
9. Nivel Freático: Zona superior de saturación de un suelo.
10. Grava: Fragmentos de roca mezcladas ocasionalmente con partículas
de cuarzo, feldespatos y otros minerales.
11. Arena: Partículas de roca, formadas por cuarzo, feldespatos y otros
minerales.
12. Limo: Fracciones microscópicas de suelo que consisten en granos muy
finos de cuarzo y algunas partículas en forma de escamas (hojuelas)
que son fragmentos de minerales micáceos.
13. Arcilla: Partículas submicroscópicas en forma de escamas de mica y
otros minerales, menores a 0.002 mm.
14. Análisis mecánico del suelo: Es la determinación del rango del
tamaño de partículas presentes en un suelo, expresado como un
porcentaje del peso seco total.
15. Granulometría: Es la medición de los granos de suelo de acuerdo al
tamaño o diámetro de la partícula.
16. Curva granulométrica: Gráficas semilogarítmicas que presentan los
resultados del análisis mecánico de una muestra de suelo.
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17. Tamaño efectivo de suelo: Es el diámetro de las partículas
correspondiente al 10% de finos, obtenido en la curva de distribución
granulométrica.
18. Coeficiente de uniformidad: Relación existente entre el tamaño
efectivo de un suelo y el diámetro correspondiente al 60% de los finos
en la curva de distribución granulométrica.
19. Coeficiente de curvatura: Índice utilizado para determinar la
uniformidad de una muestra de suelo determinada.
20. Relación de vacíos: Es la relación entre el volumen de vacíos y el
volumen de sólido en una muestra de suelo.
21. Porosidad: Es la razón entre el volumen de vacíos y el volumen total de
una muestra de suelo.
22. Grado de saturación: Es la razón entre el volumen de agua y el
volumen de vacíos de una muestra de suelo.
23. Peso específico: Es el peso del suelo por volumen unitario.
24. Contenido de humedad: Es la relación entre el peso del agua entre el
peso del sólido en un volumen dado de suelo.
25. Compacidad relativa: Es la medida del grado de compactación in situ
de un suelo granular.
26. Consistencia del suelo: Es la firmeza con que se unen los materiales
que componen un suelo, de acuerdo a sus propiedades de adhesión y
cohesión.
27. Límite de contracción: Es cuando el suelo pasa de un estado
semisólido a un estado sólido y deja de contraerse al perder humedad.
28. Límite plástico: Es cuando el suelo pasa de un estado plástico a un
estado semisólido y se rompe.
29. Límite líquido: Es Cuando el suelo pasa de un estado semilíquido a un
estado plástico y puede moldearse.
30. Límites de Attemberg: Se refiere a los porcentajes de contenidos de
agua, que separa un estado del suelo y otro.
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31. Índice líquido: Es la razón definida por la consistencia relativa de un
suelo cohesivo en estado natural.
32. Índice plástico: Es la diferencia numérica entre el límite plástico y el
límite líquido.
33. Carta de plasticidad: Es el gráfico lineal que relaciona el índice de
plasticidad y el límite líquido para diferentes tipos de suelo.
34. Compactación: Es la densificación del suelo mediante la remoción de
aire por medios mecánicos.
35. Prueba de Proctor estándar: Prueba de laboratorio mediante el cual se
determina el peso específico máximo de un material para un porcentaje
de humedad óptima.
36. Humedad óptima: Es la cantidad de agua con que se obtiene el mayor
grado de compactación.
37. Método de cono de arena: Prueba de laboratorio in situ, que nos
permite la verificación de la compactación de un suelo con respecto a
especificaciones establecidas.
38. Densímetro: Aparato nuclear que determina las densidades húmedas y
secas del suelo en sitio.
39. Permeabilidad: Es la propiedad que tiene el suelo de transmitir el agua
y el aire, a través de sus espacios vacíos.
40. Infiltración: Es el proceso por el cual el agua penetra por la superficie
del suelo y llega hasta sus capas inferiores.
41. Esfuerzo efectivo: Es la fuerza media normal por unidad de área
transmitida de grano a grano en una masa de suelo.
42. Consolidación: Es el proceso de reducción de volumen de los suelos
finos cohesivos (arcillas y limos plásticos), provocado por la actuación
de los esfuerzos, a través de un periodo largo de tiempo.
43. Asentamiento: Es la deformación del suelo por efectos de la
sobrecarga de esfuerzos permisibles.
44. Percolación: Es el lento paso del agua a través de las capas de suelo.
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1. INTRODUCCIÓN A LA MECÁNICA DE SUELOS
La importancia de los estudios del suelos radica en el hecho de que si se
sobrepasan los límites de la capacidad resistente del suelo o si, aún sin
llegar a ellos, las deformaciones son considerables, se pueden producir
esfuerzos secundarios en los miembros estructurales, quizás no tomados
en consideración en el diseño, produciendo a su vez deformaciones
importantes, fisuras, grietas, desplomes que pueden producir, en casos
extremos, el colapso de la obra o su inutilización y abandono.
El registro del primer uso del suelo como material de construcción se
perdió en la antigüedad. Durante años, el arte de la ingeniería de suelos se
basó únicamente en experiencias. Sin embargo, con el crecimiento de la
ciencia y la tecnología, la necesidad de mejores y más económicos diseños
estructurales se volvió crítica. Esto condujo a un estudio detallado de la
naturaleza y propiedades del suelo en su relación con la ingeniería.
Dándose en 1925, el origen a la mecánica de suelos moderna.
En consecuencia, las condiciones del suelo como elemento de soporte y
construcción han de ser siempre observadas, aunque esto se haga en
proyectos pequeños fundados sobre suelos normales a la vista de datos
estadísticos y experiencias locales, y en proyectos de mediana a gran
importancia o en suelos dudosos, infaliblemente, al través de una correcta
investigación de mecánica de suelos.
Para esto es necesario obtener muestras representativas del suelo que se
someten a pruebas de laboratorio, tomando en cuenta que el muestreo y
los ensayos se realizan necesariamente sobre pequeñas muestras de
SEPARATA DIRIGIDA
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población, es necesario emplear algún método estadístico para estimar la
viabilidad técnica de los resultados. Sin embargo, hoy día existen
innumerables códigos a niveles locales, donde se estiman y predicen los
comportamientos de diferentes tipos de suelos, considerando las
características de carga - deformación de rellenos naturales o
compactados, que soportan cualquier construcción o como estructura de
suelo.
La Mecánica de Suelos se interesa por la estabilidad del suelo, por su
deformación y por el flujo de agua, hacia su interior, hacia el exterior y a
través de su masa, tomando en cuenta que resulte económicamente
factible usarlo como material de construcción.
A un constructor le interesa identificar y determinar la conveniencia o no
de usar el suelo como material para construir rellenos en caminos,
cimentar construcciones de diferente índole, canales de conducción y
distribución de los sistemas de riego, obras hidráulicas, entre otros.
1.1 Concepto de Suelo
En un sistema general, se define el suelo como el agregado no cementado
de minerales y materia orgánica descompuesta sólida, junto con líquidos y
gases que ocupan los espacios vacíos entre las partículas sólidas. El suelo
se usa como material de construcción en diversos proyectos de
construcción y sirve también para soportar las cimentaciones
estructurales de una construcción. Por esto, tanto ingenieros civiles, como
arquitectos deben estudiar las propiedades del suelo, tales como origen,
distribución granulométrica, capacidad para drenar agua, compresibilidad,
resistencia cortante, capacidades de cargas y otras más.
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La mecánica de suelos es la rama de la ciencia que trata el estudio de sus
propiedades físicas y el comportamiento de masas de suelos sometidas a
varios tipos de fuerzas. La ingeniería de suelos es la aplicación de los
principios de la mecánica de suelos a problemas prácticos. La ingeniería
geotécnica es la ciencia y práctica de aquella parte de la ingeniería civil
que involucra materiales naturales encontrados cerca de la superficie de la
tierra. En sentido general, incluye la aplicación de los principios
fundamentales de la mecánica de suelos y de la mecánica de rocas a los
problemas de diseño de cimentaciones.
El suelo es producido por intemperismo, es decir, por la fractura y
rompimiento de varios tipos de rocas en piezas más pequeñas mediantes
procesos mecánicos y químicos. Algunos suelos permanecen donde se
forman y cubren la superficie rocosa de la que se derivan y se llaman
suelos residuales. En contraste, algunos productos intemperizados son
transportados por medio de procesos físicos a otros lugares y depositados.
Ésos se llaman suelos transportados. Según el agente de transporte, se
subdividen en tres categorías principales:
Aluviales o fluviales: Depositados por agua en movimiento.
Glaciales: Depositados por acción de glaciar.
Eólicos: Depositados por acción del viento.
Suelo es el agregado no cementado de
minerales y materia orgánica
descompuesta sólida, junto con
líquidos y gases que ocupan los
espacios vacíos entre las partículas
sólidas.
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En adición a los suelos transportados y residuales, tenemos a las turbas,
que se derivan de la descomposición de materiales orgánicos encontrados
en áreas de poca altura donde el nivel freático está cerca o arriba de la
superficie del terreno. La presencia de un nivel alto de agua, ayuda o
soporta el crecimiento de plantas acuáticas que al descomponerse, forman
turba. Este tipo de depósito se encuentra comúnmente en áreas costeras.
Cuando un porcentaje relativamente grande de turba se mezcla con suelo
inorgánico, se le denomina suelo orgánico. Estos suelos orgánicos tienen
características de un contenido natural de agua de entre 200% y 300% y
son altamente compresibles, obteniéndose grandes asentamientos ante el
sometimiento de carga.
Durante la planificación, diseño y construcción de cimentaciones,
terraplenes y estructuras de retención, los ingenieros deben conocer el
origen de los depósitos de los suelos sobre los que se construirán las
cimentaciones debido a que cada depósito de suelo tiene atributos físicos
propios y únicos.
1.2 Clasificación del suelo de acuerdo a su tamaño
Independientemente del origen del suelo, los tamaños de las partículas, en
general, que conforman el suelo, varían en un amplio rango. Los suelos en
general son llamados: grava, arena, limo o arcilla, dependiendo del tamaño
predominante de las partículas. Para describir los suelos por el tamaño de
sus partículas, varias organizaciones han desarrollado límites de tamaño
de suelo por separado, como el Instituto de Massachusetts (MIT), el
Departamento de Agricultura de Estados Unidos (USDA), la Asociación
Americana de Funcionarios de Carreteras Estatales y del Transporte
(AASHTO), entre otros. Sin embargo, en la actualidad el Sistema Unificado
es casi universalmente aceptado. El Sistema Unificado de Clasificación de
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Suelos (SUCS) ha sido adoptado por la Sociedad Americana para Pruebas y
Materiales (ASTM)
Las gravas son fragmentos de rocas ocasionalmente con partículas de
cuarzo, feldespato y otros minerales.
Las partículas de arena están formadas principalmente de cuarzo y
feldespatos, aunque también están presentes, a veces, otros granos
minerales.
Los limos son fracciones microscópicas de suelo que consisten en granos
muy finos de cuarzo y algunas partículas en forma de escamas (hojuelas)
que son fragmentos de minerales micáceos.
Las arcillas son principalmente partículas submicroscópicas en forma de
escamas de mica, minerales arcillosos y otros minerales, generalmente son
partículas menores a 0.002 mm. En algunos casos, las partículas de
tamaño entre 0.002 y 0.005 mm también se denominan arcillas. Las
partículas se clasifican como arcilla con base en su tamaño y no contienen
necesariamente minerales arcillosos. Las arcillas también se definen como
aquellas partículas que desarrollan plasticidad cuando se mezclan con una
cantidad limitada de agua. Los sueles no arcillosos pueden contener
Los suelos de acuerdo al tamaño
de las partículas se puede
clasificar en: gravas, arenas,
limos y arcillas
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partículas de cuarzo, feldespato o mica, suficientemente pequeñas para
caer dentro de la clasificación de las arcillas.
Límite de tamaño de suelos separado
1.3 Análisis mecánico del suelo
El análisis mecánico es la determinación del rango de tamaño de
partículas presentes en un suelo, expresado como un porcentaje del peso
(o masa) seco total. Se usan generalmente dos métodos para encontrar la
distribución del tamaño de las partículas de suelo:
Análisis con cribado, para tamaños de partículas mayores de 0.075
mm de diámetro.
Análisis Hidrométrico, para tamaños de partículas menores de 0.075
mm de diámetro.
Análisis Hidrométrico
El análisis hidrométrico se basa en el principio de sedimentación de
granos de suelo en agua. Cuando un espécimen de suelo se dispersa en
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agua, las partículas se asientan a diferentes velocidades, dependiendo de
sus formas, tamaños y pesos. Por simplicidad, se supone que todas las
partículas son esferas y que la velocidad de las partículas se expresa por la
ley de Stokes, según la cual:
Donde = velocidad
s = densidad de las partículas de suelo
w = densidad del agua
= viscosidad del agua
D = diámetro de las partículas de suelo
Análisis por cribado
El análisis por cribado consiste en sacudir la muestra de suelo a través de
un conjunto de mallas que tienen aberturas progresivamente más
pequeñas. Los números de las mallas estándares con sus tamaños de
aberturas se muestran a continuación.
1.3.1 Tamaños de mallas de cribado
El análisis por cribado consiste en sacudir la muestra de suelo a través de
un conjunto de mallas que tienen aberturas progresivamente más
pequeñas. Los números de las mallas estándares con sus tamaños de
aberturas se muestran a continuación:
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Para realizar este procedimiento, primero el suelo se seca en un horno, y
luego todos los grumos se disgregan en partículas pequeñas antes de ser
pasados por las mallas. Después de que el periodo de vibración concluye,
se determina la masa del suelo retenida en cada malla. Cuando se
analizan suelos cohesivos, resulta difícil disgregar los grumos en
partículas individuales. En tal caso, el suelo se mezcla con agua para
formar una lechada y luego se lava a través de las mallas. Las porciones
retenidas en cada malla se recolectan por separado y se secan en horno
antes de que la masa retenida en cada malla sea determinada.
Los resultados del análisis por cribado se expresan generalmente como
porcentaje del peso total de suelo que ha pasado por las diferentes mallas.
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1.3.2 Curvas de distribución granulométrica
Los resultados del análisis mecánico (análisis por cribado o hidrométrico)
se presentan generalmente en gráficas semilogarítmicas como curvas de
distribución granulométrica (o de tamaño de grano). Los diámetros de las
partículas se grafican en escala logarítmica y el porcentaje correspondiente
de finos en escala aritmética.
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Cuando los resultados del análisis por cribado y del análisis hidrométrico
se combinan, generalmente ocurre una discontinuidad en el rango en que
éstos se traslapan. La razón para la discontinuidad es que las partículas
de suelo son generalmente irregulares en su forma. El análisis por cribado
da la dimensión intermedia de una partícula; el análisis hidrométrico da el
diámetro de una esfera que se asentaría la misma razón que la partícula
de suelo.
Los porcentajes de grava, arena, limo y partículas tamaño arcilla presentes
en un suelo se obtienen de la curva de distribución granulométrica. De
acuerdo con el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos y analizando
la gráfica anterior podemos decir que el Suelo A, tiene los siguientes
porcentajes:
Grava (límite de tamaño: mayores de 4.75 mm) = 0%
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Arena (límites de tamaño de 4.75 a 0.075 mm) = porcentaje de más
finos que 4.75 mm de diámetro 100%, menos, porcentaje de más
finos que 0.075 mm de diámetro 62%, 100% - 62% = 38%
Limo y arcilla (límites de tamaño menores que 0.075 mm) = 38%
1.3.3 Diámetro efectivo, coeficiente de uniformidad y
coeficiente de curvatura
Las curvas granulométricas se usan para comparar diferentes suelos.
Además, tres parámetros básicos del suelo se determinan con esas curvas
que se usan para clasificar los suelos granulares. Los tres parámetros del
suelo son:
Diámetro efectivo
Coeficiente de uniformidad
Coeficiente de curvatura
El diámetro en la curva de distribución del tamaño de las partículas
correspondiente al 10% de finos se define como diámetro efectivo, o D10.
El coeficiente de uniformidad está dado por la relación:
Donde Cu = coeficiente de uniformidad
D60 = Diámetro correspondiente al 60% de finos en la
curva de distribución granulométrica
El coeficiente de curvatura se expresa como:
Donde Cz = coeficiente de curvatura
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D30 = diámetro correspondiente la 30% de finos
La curva de distribución granulométrica muestra no sólo el rango de los
tamaños de partículas presentes en un suelo, sino también la distribución
de varios tamaños de partículas.
Un suelo bien graduado tiene un coeficiente de uniformidad mayor de 4
para gravas y 6 para arenas y un coeficiente de curvatura entre 1 y 3 para
gravas y arenas.
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1. Lee y analiza la separata dirigida y realiza un cuadro comparativo
entre los diferentes tipos de suelo de acuerdo al tamaño del grano.
2. Selecciona los conceptos más relevantes de la separata dirigida y
elabora un mapa conceptual.
3. Entra a http://estudiodesuelocolumbus.wordpress.com/wp-
admin/post-new.php y revisa la información publicada en las
entradas. Comenta sobre los mismos.
4. Con todo lo aprendido debes ser capaz de confeccionar una curva de
análisis granulométrico y analizar su contenido.
EXPERIENCIAS DE APRENDIZAJE
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Escribe en el rayado siguiente las observaciones y dudas que tengas de la
separata dirigida para ser discutidas en clases.
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TEXTOS PARALELOS
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ESTUDIO DEL SUELO
“Enriquece tu mente con pensamientos positivos de paz, valor, salud y esperanza”
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Se define el suelo como el agregado no cementado de minerales y
materia orgánica descompuesta sólida, junto con líquidos y gases que
ocupan los espacios vacíos entre las partículas sólidas.
La mecánica de suelos es la rama de la ciencia que trata el estudio de
sus propiedades físicas y el comportamiento de masas de suelos
sometidas a varios tipos de fuerzas.
La ingeniería de suelos es la aplicación de los principios de la mecánica
de suelos a problemas prácticos.
La ingeniería geotécnica es la ciencia y práctica de aquella parte de la
ingeniería civil que involucra materiales naturales encontrados cerca de
la superficie de la tierra.
El suelo es producido por intemperismo, es decir, por la fractura y
rompimiento de varios tipos de rocas en piezas más pequeñas
mediantes procesos mecánicos y químicos. Según el agente de
transporte, se subdividen en tres categorías principales:
Aluviales o fluviales: Depositados por agua en movimiento.
Glaciales: Depositados por acción de glaciar.
Eólicos: Depositados por acción del viento.
Los suelos en general son llamados, dependiendo del tamaño
predominante de las partículas:
grava,
arena,
limo o
arcilla
El análisis mecánico es la determinación del rango de tamaño de
partículas presentes en un suelo, expresado como un porcentaje del
peso (o masa) seco total.
CONSIGNAS DE APRENDIZAJE
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Se usan generalmente dos métodos para encontrar la distribución del
tamaño de las partículas de suelo:
Análisis con cribado, para tamaños de partículas mayores
de 0.075 mm de diámetro.
Análisis Hidrométrico, para tamaños de partículas menores
de 0.075 mm de diámetro.
Los resultados del análisis mecánico (análisis por cribado o
hidrométrico) se presentan generalmente en gráficas semilogarítmicas
como curvas de distribución granulométrica (o de tamaño de grano).
Los diámetros de las partículas se grafican en escala logarítmica y el
porcentaje correspondiente de finos en escala aritmética.
Las curvas granulométricas se usan para comparar diferentes suelos.
Además, tres parámetros básicos del suelo se determinan con esas
curvas que se usan para clasificar los suelos granulares.
Los tres parámetros del suelo son:
Diámetro efectivo
Coeficiente de uniformidad
Coeficiente de curvatura
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1. La siguiente tabla da los resultados de un análisis por cribado:
Malla (U.S.) No.
Masa de suelo retenido en cada malla (g)
4 0
10 21.6
20 49.5
40 102.6
60 89.1
100 95.6
200 60.4
PAN 31.2
Total 450 g
a. Determine el porcentaje más fino de cada tamaño de malla y dibuje
una curva de distribución granulométrica.
b. Determine D10, D30 y D60 de la curva de distribución granulométrica.
c. Calcule el coeficiente de uniformidad Cu
d. Calcule el coeficiente de curvatura Cz
2. Un suelo tiene los siguientes valores
D10 = 0.1 mm
D30 = 0.41 mm
D60 = 0.62 mm
a. Calcule el coeficiente de uniformidad
b. Calcule el coeficiente de curvatura
EVALUACIÓN
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RESPUESTAS
Problema #1
a. Determine el porcentaje más fino de cada tamaño de malla y
dibuje una curva de distribución granulométrica.
Procedimiento para realizar la curva de distribución granulométrica:
Se confecciona una nueva tabla, ampliando la información del
problema, esta vez con cinco columnas.
Con la información suministrada en la tabla del problema, nos
dirigimos a la tabla donde aparecen las diferentes mallas estándares y
sus aperturas en mm, esto vendría siendo la nueva segunda columna
de la nueva tabla (eje X de la gráfica).
Se colocan los pesos suministrados como tercera columna de la nueva
tabla
Se procede a calcular el porcentaje retenido en cada malla, dividiendo el
peso retenido de cada malla entre el peso total de la muestra de suelo.
Cuarta columna de nuestra nueva tabla. Con este procedimiento se
obtiene el porcentaje más fino de cada tamaño de malla.
Considerando un total inicial del 100% de la muestra de suelo, se
procede a calcular el porcentaje que pasa en cada tamiz o malla. Quinta
columna de nuestra nueva tabla (eje Y de la gráfica)
No. De
malla
Apertura
de la
malla (mm)
Masa de
suelo retenido
(g)
%
retenido
en cada malla
% que
pasa
4 4.750 0 0.00% 100.00%
10 2.000 21.6 4.80% 95.20%
20 0.850 49.5 11.00% 84.20%
40 0.425 102.6 22.80% 61.40%
60 0.250 89.1 19.80% 41.60%
100 0.150 95.6 21.24% 20.36%
200 0.075 60.4 13.42% 6.93%
PAN 31.2 6.93% 0.00%
Total 450.0 100.00%
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Utilizando las columnas Apertura de la malla (Eje X) y % que pasa
(Eje Y) y recordando que el eje X se gráfica en escala logarítmica y el
eje Y en escala aritmética. Obtenemos:
b. Determine D10, D30 y D60 de la curva de distribución
granulométrica.
Interpolando de la gráfica obtenemos
D10 = 0.090 mm
D30 = 0.196 mm
D60 = 0.400 mm
c. Calcule el coeficiente de uniformidad Cu
Utilizando la fórmula
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Sustituyendo tenemos
Un suelo bien graduado tiene un coeficiente de uniformidad mayor de 4.
d. Calcule el coeficiente de curvatura Cz
Utilizando la fórmula
Sustituyendo tenemos
Un suelo bien graduado tiene un coeficiente de curvatura entre 1 y 3.
Problema #2
D10 = 0.1 mm
D30 = 0.41 mm
D60 = 0.62 mm
1. Calcule el coeficiente de uniformidad
Utilizando la fórmula
Sustituyendo tenemos
Un suelo bien graduado tiene un coeficiente de uniformidad mayor de 4.
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2. Calcule el coeficiente de curvatura
Utilizando la fórmula
Sustituyendo tenemos
Un suelo bien graduado tiene un coeficiente de curvatura entre 1 y 3.
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1. Braja M. Das. FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA.
Editorial Thomson Learning. Cuarta Edicición. 2001.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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