Manual Suelos

CLASIFICACIÓN GENERAL DE SUELOS. Fundación ISCYC.

RESUMEN. El estudio de los suelos se puede abordar desde diferentes puntos de vista profesionales, a continuación se presentan las definiciones de los términos: Roca y Suelo, analizados desde los ojos de la ingeniería Geotécnica y de la Geología (tabla 1).

muestras y de exploración de los diferentes tipos de suelos que se pueden encontrar en una zona determinada.

Con estos conceptos claros, se procede a un estudio adecuado del suelo desde la ingeniería Geotecnica, presentando el origen de los suelos, sus propiedades ingenieriles, asi como también los métodos de toma de

Realizada la toma de muestra o sondeo exploratorio, es importante saber lo que se debe reportar en un informe técnico. En los capítulos siguientes se hablara de estos temas con mayor detalle.

Tabla 1. Definición de roca y suelos desde el criterio Geotecnico y Geologico.

Material

Ingeniería Geotécnica.

Geología.

Roca

Poseen grandes fuerzas internas moleculares y de cohesión que mantienen juntos los granos minerales constituyentes.

Todos los materiales que se encuentran en la corteza terrestre, independientemente de que tan fuertemente estén ligadas las partículas minerales.

Suelo

Aglomeración relativamente suelta de materiales minerales y orgánicos, y sedimentos que se encuentran sobre un lecho rocoso, y que con relativa facilidad se disgregan mecánicamente.

Rocas descompuestas y desintegradas que generalmente se encuentran en una capa muy delgada en la parte superior de la corteza, y que son capaces de soportar la vida vegetal.

CAPÍTULO I ORÍGENES, COMPOSICIÓN Y PROPIEDADES INGENIERILES DE LOS SUELOS.

Definición y origen de los suelos. La palabra suelo tiene numerosos significados y connotaciones según diferentes grupos de profesionales que trabajan con este material. Para la mayoría de los ingenieros geotécnicos, el suelo es el material de tierra, con excepción del lecho rocoso. El suelo está compuesto de partículas minerales débilmente unidas, de diferentes tamaños y formas, materia orgánica, agua y gases.

Los enlaces que mantienen juntas las partículas sólidas en la mayoría de los suelos son relativamente débiles en comparación con la mayoría de las rocas. De hecho, un suelo secado al aire, se desmorona y se descompone en un plazo relativamente corto, cuando se coloca en agua y se agita suavemente. Las partículas sólidas que componen los suelos, son usualmente producto de la acción física y química (intemperismo). Depósitos de estos constituyentes sólidos meteorizados se pueden encontrar cerca o directamente sobre el lecho de roca (suelos residuales) o depósitos orgánicos (suelos orgánicos) de los que se formaron. Sin embargo, muchos depósitos de suelo, han sido transportados desde su punto de origen a nuevas ubicaciones por agentes como el agua,

el viento, el hielo o la acción volcánica. Los suelos transportados por la acción del agua se clasifican como aluviales (depositados por agua en movimiento en planicies de inundación), marinos (depositados en agua salada) y lacustres (depositados en lagos de agua fresca). Los suelos transportados por hielo generalmente se llaman glaciales; y los suelos transportados por la acción del viento se designan como eólicos.

Características únicas de los suelos y las rocas.

Los suelos de grano fino se han dividido en limos y arcillas. Los granos de suelo que componen los limos y las arcillas, son tan pequeñas que no pueden ser apreciados por el ojo humano. Por otra parte, sus propiedades ingenieriles están mucho más influenciadas por fuerzas eléctricas y de superficie, que por las fuerzas de gravedad, como es el caso de las fracciones de grano grueso. Por lo tanto, la textura juega un papel menos importante en la determinación de las propiedades ingenieriles de este grupo, en comparación con el grupo de grano grueso. Los limos son con frecuencia menos plásticos que las arcillas y tienen poca o ninguna resistencia en seco.

Debido a la naturaleza del suelo y las rocas, el estudio de estos se torna complicado por ser:

Estructura del suelo. Heterogéneos: sus propiedades mecánicas pueden variar ampliamente de un punto a otro dentro de una masa de suelo. Materiales no lineales: sus curvas esfuerzo-deformación no son líneas rectas. Anisotrópicos: sus propiedades mecánicas no son las mismas en todas las direcciones. Materiales no conservativos: tienen memoria, recuerdan casi todo lo que una vez les ha ocurrido, y esto afecta fuertemente su comportamiento mecánico. Además, el comportamiento del suelo al pie de la obra, se ve afectado por la presencia de juntas, fracturas, estratos, zonas débiles y otros “defectos del material”.

Textura del suelo. El tamaño y la distribución de los granos minerales presentes en un suelo dado, dependen de muchos factores, incluyendo la composición mineralógica, el clima, la duración del período de intemperismo y el método de transporte. La textura, o tamaños de partículas presentes en un suelo dado, frecuentemente juegan un papel importante en la clasificación del suelo, e influyen en gran medida en sus propiedades ingenieriles. En general, la textura del suelo se ha utilizado para dividir estos, en dos grandes categorías, los suelos de grano grueso y fino. Los suelos de grano grueso han sido subdivididos en cantos rodados, gravas, o arenas, dependiendo del tamaño del grano. Por otra parte, las propiedades ingenieriles del grupo de suelo de grano grueso a menudo están fuertemente influenciadas por la textura y la granuometría.

La manera en que las partículas individuales están dispuestas en una masa de suelo ha sido denominada como estructura primaria. Para los suelos de grano grueso, su estructura primaria puede ser frecuentemente observada a simple vista o con una lupa de mano. Los métodos para la observación de la estructura de los suelos de grano fino (limos y arcillas) han sido más lentos en su desarrollo. Sin embargo, técnicas desarrolladas recientemente en el campo de la microscopía electrónica, prometen ser útiles en la observación de la estructura de estos suelos. Aunque la estructura primaria no puede ser observada en muchos casos, y aunque probablemente ésta varía considerablemente en lo que, de otra manera podría parecer un depósito homogéneo, los ingenieros han intentado postular y clasificar diversas estructuras primarias del suelo. Algunas de los cuales son: a) Granos simples, b) Colmena, c) Floculante Los suelos frecuentemente presentan otro tipo de estructura que ha diso denominada estructura secundaria. Este término se refiere a los sistemas de grietas, fisuras y otras discontinuidades, que a veces se desarrollan después de la formación de un suelo o deposición. Ambas, la estructura primaria y secndaria, juegan un papel importante en la determinación de las características ingenieriles de los suelos tales como permeabilidad, elasticidad, compresibilidad y resistencia cortante.

El suelo como un material compuesto por partículas. El suelo es un material que está constituido de partículas individuales, es decir no es una masa continua. Esta definición no deja exentos a los estratos rocosos (especialmente las rocas sedimentarias). Aún las rocas, que parecen ser una masa continua, virtualmente siempre contienen grietas y fisuras que las dividen en bloques. Por otra parte, el suelo y las rocas, pueden contener las tres fases de la materia (sólido, líquido y gas) simultáneamente, y éstas tres fases pueden estar presentes en proporciones variables; los líquidos y los gases están contenidos en los vacíos o poros que existen entre las partículas sólidas. Además, éstas tres fases a menudo interactúan, y estas interacciones tienen importantes efectos sobre el comportamiento del suelo mismo. La fase sólida está presente en todo momento, siendo compuesta por material de roca u orgánico, mientras que la fase líquida está usualmente presente, y a menudo consiste de agua. Sin embargo, también puede incluir otros materiales tales como:    

Gasolina u otros químicos que se han derramado fuera de tanques. Lixiviados que se han escapado de rellenos sanitarios. Agua de mar que se mueve dentro del suelo. Filtraciones naturales de petróleo.

Si la fase líquida no llena completamente los vacíos, entonces el espacio remanente es ocupado por la fase gaseosa, la cual es usualmente aire, pero puede incluir otros gases como: 

 

Metano (CH4) y dióxido de carbono (CO2) provenientes de la descomposición de materiales orgánicos. Vapores de petróleo o de suelos contaminados. Sulfuro de hidrógeno (H2S).

Para el análisis de las fases presentes en un suelo se cuenta con los diagramas de fase, los cuales indican las proporciones relativas de sólidos, agua y aire presentes en el suelo. En el diagrama de fase de la figura 1, las dimensiones sobre el lado izquierdo indican el peso o la masa de cada componente, mientras que aquéllos sobre el lado derecho indican sus volúmenes.

Figura. 1. Diagramas de Fase.

Definición de los parámetros peso-volumen. Los ingenieros geotécnicos han definido varios parámetros peso-volumen basados sobre las dimensiones mostradas en los diagramas de fase, estos parámetros dan información importante sobre la composición de un suelo particular, y forma parte del lenguaje básico de la mecánica de suelos. Contenido de humedad. Uno de los parámetros más comunes del suelo es el contenido de humedad, ω (también conocido como contenido de agua), el cual puede ser expresado en términos de pesos o masas:

Ec. 1 Cálculo de contenido de Humedad (%).

Un valor bajo de contenido de humedad “ω” indica un suelo seco, mientras que valores altos de “ω” indican un suelo húmedo, pero valores mayores que 100% son algunas veces encontrados en suelos suaves debajo del nivel freático, lo cual simplemente significa que tales suelos tienen más agua que sólidos. Porosidad y relación de vacíos. Los volúmenes relativos de vacíos y sólidos pueden ser expresados utilizando la relación de vacíos, “e”: 𝑽𝒗 𝐞= 𝑽𝒔 Ec. 2 Cálculo de relacion de vacios.

Así, un suelo densamente empaquetado tiene una baja relación de vacíos. La porosidad, “η”, es un parámetro similar: 𝛈=

𝑽𝒗 𝑽

Ec.3 Cálculo de porosidad.

Propiedades Ingenieriles del Suelo. Factores tales como el material parental, composición mineralógica, contenido de materia orgánica, el clima, la edad, el medio de transporte, el lugar de colocación, el método y grado de compactación, la textura del suelo, la graduación del suelo, y la estructura del suelo, son a menudo relacionados entre sí, jugando un papel importante en la determinación de las propiedades de ingeniería de suelos. Algunas propiedades ingenieriles importantes de los suelos son:  Plasticidad

 Cohesión

 Permeabilidad

 Resistencia al cizallaiento

 Elasticidad

 Compresibilidad

 Contracción y expansión Plasticidad. La plasticidad consiste en la capacidad para adquirir y retener una nueva forma al moldearse. Está controlada por el tamaño y forma de la partícula, y la naturaleza de la capa adsorbida. La deformación plástica puede llegar a ser un factor importante en la ingeniería de carreteras y fundaciones. Se puede decir que, como las deformaciones plásticas en un suelo se hacen más grandes bajo la aplicación de cargas cada vez mayores, una reorientación de las partículas del suelo comienza a tener lugar en ciertas zonas críticas dentro de la masa de suelo. Cuando las cargas son lo suficientemente grandes y un número suficiente de partículas del suelo, se reubican en esta zona crítica, quizás, orientadas paralelas entre sí, la masa del suelo comienza a “fallar” por cizallamiento dentro de estas zonas críticas. Es en este momento cuando se dice que la resistencia al cortante es superada. Cohesión. Se define como la atracción relativa entre partículas similares, que da tenacidad y dureza a un suelo

haciéndolo resistente a su separación. Las partículas minerales con carga de distinto signo, se atraen entre sí con tenacidad proporcional a dichas cargas y a sus masas. Esta propiedad física de atracción, es de importancia en la dinámica del suelo, porque origina la tenacidad como forma de resistencia a la separación de sus elementos o a la penetración de las herramientas de corte. Permeabilidad. Esta se define por lo general como la facilidad o dificultad con la que el agua fluirá o pasará a través de los poros de un suelo. La textura del suelo, la granulometría, grado de compactación, y la estructura primaria influyen fuertemente en la permeabilidad relativa de un suelo dado. En los suelos de grano grueso, la presencia de pequeñas cantidades de finos o de material cementante puede alterar la permeabilidad. Se han diseñado pruebas confiables ya sea en laboratorio o en campo, para determinar la permeabilidad de los suelos de grano grueso. Elasticidad. Se refiere a la capacidad de un suelo para volver a su forma original después de haber sido deformado por una carga durante un corto período de tiempo. Esta deformación elástica que acompaña la aplicación de cargas leves, es el resultado de la deformación elástica de partículas minerales individuales. En la mayoría de los suelos y para la mayoría de aplicaciones de ingeniería, esta deformación es bastante pequeña y a menudo, despreciada; sin embargo, su importancia en la ingeniería de carreteras es cada vez más ampliamente reconocida. Resistencia al cizallamiento. La resistencia al cizallamiento de un suelo es el resultado de la cohesión y la fricción entre las partículas. Por lo tanto la fuerza de cizallamiento no es constante, sino que varía con los cambios en el contenido de agua, el caudal, el tiempo de carga, presión de confinamiento y muchos otros factores. Sin embargo, aquellos suelos compactados con un contenido de humedad óptimo en la rama seca, por lo general presentan mayor resistencia a aquellos que se compactaron en la rama húmeda. La resistencia al cizallamiento de los suelos es un problema complejo, y demanda mucha investigación. En la actualidad se está discutiendo aquellos procedimientos para determinar esta propiedad de mejor manera. Compresibilidad. Esta propiedad se ve influenciada en gran medida por la estructura del suelo y el historial de esfuerzos al que ha sido sometido. Depósitos de material desarrollados como el resultado de un proceso de sedimentación, con frecuencia serán más compresibles que sus contrapartes “depósitos de material residual”.

Se han ideado métodos de laboratorio, que se utilizan ampliamente, para determinar la compresibilidad relativa de la mayoría de los suelos. Contracción y expansión. La contracción y expansión se presentan con mayor frecuencia en suelos de grano fino, sobre todo en las arcillas. Ambas propiedades, tanto la de contracción y expansión, son el resultado de cambios en el volumen de las partículas que forman el suelo. Se deben evitar los cambios grandes en el volumen del suelo en proyectos de carreteras. Cuando es inevitable el uso de suelos con esta propiedad, es necesario tomar medidas pertinentes para reducir el fenómeno de contracción o expansión, o para reducir las fluctuaciones en el contenido de humedad. Las arcillas que tienen un alto cambio en su volumen, con frecuencia tienen un límite líquido e índice de plasticidad altos.

de clasificación y de resistencia. Si la información registrada y las muestras enviadas al laboratorio no son representativas, los resultados de los ensayos, sin importar que tan precisos sean, serán dudosos y carentes de sentido; es por ello que el estudio del suelo debe ser realizado con una gran precisión.

Muestreo De Suelos . 

Finalidad del estudio de suelos.

Un adecuado estudio de suelos es una parte primordial en el campo de la construcción de carreteras. Entre la información que arroja un estudio de suelos se puede encontrar la profundidad del nivel freático, el cual es de vital importancia para ser considerado en un diseño para un proyecto de infraestructura vial razonable y económico. Un detallado estudio de suelos proporciona información pertinente sobre los siguientes temas:

Suelos Estructurados versus No Estructurados. a) Varios suelos contienen características físicas adicionales más allá que un "simple" ensamblaje de partículas. Estos son conocidos como suelos estructurados e incluyen lo siguiente:  Suelos cementados, contienen agentes cementantes que ligan o mantienen las partículas juntas. Los agentes cementantes más comunes son el carbonato de calcio (CaCO), y los óxidos de hierro (Fe2O3). Ambos son usualmente trasladados al interior del suelo, en solución dentro del agua subterránea. 



Suelos fisurados, contienen discontinuidades similares a las fisuras en la roca. Las arcillas rígidas son especialmente propensas a contener fisuras. Arcillas sensitivas, son aquellas con una estructura floculada de partículas de arcilla que se asemeja a un castillo de naipes. Estos suelos son muy sensibles a la alteración, lo que destruye su delicada estructura.

Los suelos no estructurados son aquellos que no contienen características especiales.

CAPÍTULO II

g)

La ubicación de la carretera, tanto vertical como horizontal. La ubicación y selección de materials de préstamo para rellenos y el tratamiento de la subrasante. El diseño y la ubicación de las zanjas, alcantarillas y drenajes. El diseño de la sección de carretera. La necesidad de tratamiento de la subrasante y el tipo de tratamiento requerido. La ubicación de las fuentes locales de materiales de construcción para la base y capas de rodadura. La selección del tipo de superficie y su diseño.



Alcance del estudio.

b) c) d) e) f)

El estudio del suelo se compone de las siguientes partes: a)

b)

c)

ESTUDIO DE SUELOS. El estudio del suelo es tan importante para el diseño adecuado de la estructura del pavimento, como los ensayos

d)

El estudio de toda la información existente sobre el suelo, y las condiciones de agua subterránea que se producen en las proximidades de la ubicación de la ruta propuesta . La exploración del sitio en el que se ubicará la carretera, a través de perforaciones de pozos a cielo abierto, la elaboración de perfiles de suelos que muestran las capas significativas del suelo, los estratos críticos hasta la roca madre, la ubicación del nivel freático , y la medida de las condiciones del terreno adversas. La identificación de las características de los distintos tipos de suelo del perfil del terreno que se encuentran en la ruta del proyecto propuesta. La toma de muestras alteradas e inalteradas del sitio de interés para pruebas de laboratorios.

e) f)



La selección de muestras inalteradas para el diseño de rellenos, corte de taludes o cimientos. El desarrollo de recomendaciones generales de diseño para la construcción de carreteras. Equipo.

La cantidad y el tipo de equipo necesario para la elaboración de un estudio de suelos, depende de la naturaleza del terreno y el uso que se pueda hacer de la información sobre los estudios. El equipo de muestreo típicamente utilizado para hacer estudios de suelos se muestra en la fotografía 1.



Exploración insitu de la carretera.

La exploracion del suelo se efectúa por varios métodos, como la perforación con: barreno, por lavado, por percusión y el sondeo rotatorio, asi como también el muestreo por tubo de media caña, por cucharon rascador, por tubo de pared delgada, por muestreador de piston, prueba de corte con veleta, prueba de penetración de cono, entre otras. A continuación detallaremos en que consiste cada método, mencionado anteriormente. La perforación con barreno es el método más simple para efectuar sondeos de exploración. La figura 2 muestra dos tipos de barrenos manuales: la de agujeros para postes(o posteadora) y la helicoidal. Los barrenos manuales no se usan para excavaciones a más de 3 a 5 m; sin embargo, se usan para trabajos de exploración de suelos en algunas carreteras y estructuras pequeñas. Existen barrenos helicoidales eléctricos portátiles (30 a 75 mm de diámetro), adecuados para perforaciones más profundas. Las muestras de suelo obtenidas en tales perforaciones son sumamente alteradas. En algunos suelos no cohesivos o con baja cohesión, las paredes de los barrenos no son estables por sí mismas. En tales circunstancias, se utiliza un tubo metálico para impedir que el suelo se derrumbe.

Fotografía 1. Equipo muestreador de suelos. La siguiente lista de equipos debe ser suficiente para las condiciones ordinarias. a. b. c. d. e. f. g. h.

Dos barrenos de 3 pies (1 1/2 pulgadas, tipo tornillo), y 3 extensiones con acoplamientos. Una barra de sondeo (3/8 pulgadas, 6 pies de largo con punta y extremos de cuña). Dos llaves de tubo (8 pulgadas) Un suministro de bolsas simples y etiquetas de identificación. Una cinta para medir. Cuaderno y lápices Un suministro de estacas de inspección. Un marcador o crayón graso.

Para saber sobre el equipo adicional que puede ser requerido para manejar condiciones especiales durante el estudio exploratorio, referirse al apartado de “Exploraciones insitu” de este articulo, en el cual se detalla no solo el equipo, sino también la forma de uso del mismo.

Figura. 2 Herramienta de mano: (a) Posteadora; (b) Barreno Helicoidal.

Cuando se dispone de energía eléctrica, los barrenos de raspado continuo son probablemente los más idóneos para efectuar una perforación. La energía para efectuar la perforación se suministra desde torres de perforación montadas en camión o en tractor. De esta manera se efectúan fácilmente barrenos de hasta 60- 70 m de

profundidad. Los barrenos de raspado continuo existen en secciones de aproximadamente 1-2 m y pueden ser huecos o sólidos.

requieren muestras de suelo, la barra perforadora se eleva y el trépano se reemplaza por un muestreador.

La punta del barreno se conecta a una cabeza cortadora. Durante la perforación , sección tras sección del barreno, se agregan para aumentar la profundidad de la excavación. La hélice del barreno lleva el suelo suelto desde el fondo del agujero a la superficie. El operador llega a detectar cambios en el tipo de suelo, notando cambios en la velocidad y sonido del taladrado. Cuando se usan barrenos sólidos, deben retirarse a intervalos regulares para obtener muestras del suelo y también para efectuar otras operaciones, como la prueba de penetración estándar. Los barrenos huecos tienen una clara ventaja sobre los sólidos, ya que no tienen que ser retirados frecuentemente para efectuar muestreos u otras pruebas. El sondeo de lavado es otro método para efectuar perforaciones. En éste, un ademe de aproximadamente 2-3 m de largo se hinca en el terreno. El suelo dentro del ademe se retira, entonces por medio de un trépano cortador unido a una barra perforadora, el agua es inyectada a través de la barra perforadora y sale a muy alta velocidad por los agujeros en el fondo del trépano (figura 3). El agua y las partículas desmenuzadas del suelo se elevan por el agujero taladrado y fluyen en la parte superior del ademe a través de una conexión en T. El agua de lavado se recoge en un recipiente. El ademe se extiende con partes adicionales según progresa el barrenado; sin embargo, esto no se requiere si la perforación permanece abierta y no se derrumba. El sondeo por percusión es un método alternativo de excavar un barreno, particularmente a través de roca y suelo duro. Un trépano pesado de perforación se sube y baja para cortar el suelo duro. Las partículas de suelo recortado son llevadas a la superficie por circulación del agua. El sondeo por percusión llega a requerir ademe. El sondeo rotatorio es un procedimiento por medio del cual trépanos rotatorios de perforación unidos al fondo de las barras perforadoras, cortan y muelen el suelo y profundizan el barreno. El sondeo rotatorio se usa en arena, arcilla y roca (a menos que esté muy fisurada). Agua o lodo de perforación se inyecta a presión hacia abajo por las barras de perforación hasta los trépanos y el flujo de retorno lleva los recortes a la superficie. Con este procedimiento se hacen fácilmente barrenos con diámetros entre 50 Y 200 mm. El lodo de perforación es una lechada de agua y bentonita. Generalmente se usa cuando resulta probable que el suelo encontrado se desmorone. Cuando se

Figura. 3. Perforacion por inyección.

El muestreo con tubo de media caña, se usa en el campo para obtener muestras de suelo generalmente alteradas, pero son aún representativas. En la figura 4 se muestra una sección de muestreador de media caña estándar (penetrómetro), consistente en una zapata de acero para hincado, un tubo de acero cortado longitudinalmente en dos y un cople en su parte superior. El cople conecta el muestreador a la barra de perforación. El penetrómetro estándar tiene un diámetro interior de 34.93 mm y un diámetro exterior de 50.8 mm; sin embargo, se dispone también de muestreadores con diámetros interior y exterior de hasta 63.5 mm y 76.2 mm, respectivamente. Cuando un barreno se lleva hasta una profundidad predeterminada, las herramientas de perforación se retiran y el muestreador se baja al fondo del agujero barrenado. El muestreador se hinca en el suelo con golpes de martillo en la parte superior de la varilla de perforación. El peso estándar del martillo es de 62.3 Newton y en cada golpe el martillo tiene una altura de caída de 762 mm. El número de golpes requeridos para la penetración del muestreador de tres intervalos de 152.4 mm es registrado. El número de golpes requeridos para los dos últimos intervalos se suman para dar el número de penetración estándar a esa profundidad. A esta cifra se le llama generalmente el valor N (American Society for Testing and Materials, 1997, Designación D1586). Luego se saca el muestreador, y la zapata y el cople también se retiran. La muestra de suelo recuperada del tubo, que posteriormente se transporta al laboratorio, se coloca en bolsas o recipientes herméticos para conservar su humedad natural.

Figura. 4. Detalle de muestreador de tubo de media caña.

Figura. 5. Detalle de muestreador tipo Cucharon Rascador.

El muestreo con cucharón raspador es necesario cuando los depósitos de suelos están constituidos por arena mezclada con guijarros (o grava fina), la obtención de muestras por medio de cuchara partida con un captador de núcleos de resorte, a veces no es posible debido a que los guijarros impiden que los resortes se cierren. En tales casos, se usa un cucharón rascador para obtener muestras inalteradas representativas (figura 5). El cucharón rascador tiene una punta de hincado y se une a una barra perforadora. El muestreador es hincado y girado en el suelo y el suelo lateral desprendido cae en el cucharón.

Los muestreadores de tubos de pared delgada usados comúnmente tienen diámetros exteriores de 50.8 mm y 76.2 mm. El extremo del fondo del tubo está afilado. Los tubos se unen a barras de perforación (figura 6). La barra de perforación con el muestreador unido es bajado al fondo de la perforación y el muestreador se hinca en el suelo. La muestra de suelo dentro del tubo es entonces extraída. Los dos extremos del muestreador son sellados y éste se envía al laboratorio para su análisis.

Los muestreadores de tubos de pared delgada son llamados a veces tubos Shelby; los cuales están hechos de acero sin costura y se usan comúnmente para obtener muestras de suelos arcillosos inalterados.

Un tubo de pared delgada de 50.8 mm de diámetro exterior tiene un diámetro interior de aproximadamente 47.63 mm. El incremento en los diámetros de las muestras sube el costo de obtención de éstas.

Figura. 6. Detalle de tubo Shelby.

Los muestreadores de piston son empleados cuando las muestras inalteradas de suelo son muy blandas o mayores que 76.2 mm de diámetro y tienden a salirse del muestreador. Este tipo de muestreador son particularmente útiles bajo tales condiciones y existen varios tipos; sin embargo, el propuesto por Osterberg (1952) es el más útil (véanse las figuras 7 a y b). Consiste en un tubo de pared delgada con un pistón. Inicialmente, el pistón cierra el extremo del tubo de pared delgada. El muestreador se baja al fondo del barreno (figura 7a) y el tubo se hinca hidráulicamente en el suelo más allá del pistón. La presión es entonces liberada a través de un agujero en la barra del pistón (figura 7b). En gran medida, la presencia del pistón impide la distorsión de la muestra al no dejar que el suelo se aplaste muy rápidamente en el tubo muestreador y al no admitir suelo adicional. En consecuencia, las muestras obtenidas de esta manera quedan menos alteradas que las obtenidas con los tubos Shelby.

Figura. 7. Detalle de muestreador de piston.

La prueba de corte con veleta (ASTM D-2573) se usa durante la operación de barrenado para determinar in situ la resistencia de corte no drenada, Cw de suelos arcillosos, particularmente de arcillas blandas. El aparato de corte con veleta consta de cuatro paletas en el extremo de una varilla, como muestra la figura 8.13. La altura h de la veleta es de dos veces su diámetro d. La veleta puede ser rectangular o ahusada (véase la figura 8). Las dimensiones de las veletas usadas en el campo están dadas en la tabla 2. Las paletas del aparato son empujadas en el suelo al fondo de un barreno sin alterar apreciablemente el suelo. Se aplica un torque en la parte superior de la barra para hacer girar las paletas con una velocidad de 0.l°/s. Esta rotación inducirá la falla en un suelo de forma cilíndrica que rodea a las paletas. Se mide el torque T máximo aplicado que causa la falla.

Tabla 2. Dimensiones de Veletas.

Tamaño del aparato

Diametro, d (mm)

Altura, h (mm)

Espesor de la hoja (mm)

Diametro de la barra (mm)

AX

38.1

76.2

1.6

12.7

BX

50.8

101.6

1.6

12.7

NX

63.5

127.0

3.2

12.7

101.6 mm*

92.1

184.1

3.2

12.7

* Diametro interior.



Penetrometro de cono de friccion mecánica, el cual cuenta con la punta conectada a un conjunto de barras internas. La punta es primero empujada aproximadamente 40 mm, dando la resistencia del cono. Con un empuje adicional, la punta acciona la fricción del manguito. Conforme la barra interior avanza, la fuerza en la barra es igual a la suma de la fuerza vertical sobre el cono y el manguito. Restando la fuerza sobre el cono se obtiene la resistencia lateral.

Figura. 8. Geometria de veleta de campo.

Las pruebas de corte con veleta en campo son moderadamente rápidas y económicas, y se usan ampliamente en programas de exploración de suelos en campo. La prueba da buenos resultados en arcillas blandas y medio firmes, y es también una excelente prueba para determinar las propiedades de las arcillas sensitivas. Son fuentes de errores significativos en la prueba de corte con veleta en campo: una pobre calibración del torque aplicado y paletas dañadas. Otros errores pueden provocarse si la velocidad de rotación de las paletas no es controlada apropiadamente. La prueba de penetración de cono (CPT), conocida originalmente como la prueba de penetración de cono holandés, es un método versátil de sondeo que se usa para determinar los materiales presentes en un perfil de suelo y estimar sus propiedades ingenieriles. Esta prueba es también llamada de penetración estática y no son necesarios los barrenos para llevarla a cabo. En la versión original, un cono a 60° con área en su base de 10 cm2 era empujado en el terreno a una tasa constante de aproximadamente 20 mm/s y se medía la resistencia a la penetración (llamada la resistencia de punta). Este tipo de método cuenta con dos posibles aparatos para la realización del estudio, los cuales son:

Figura. 9. Penetrometro de cono de friccion mecánica. 

Penetrómetro de cono eléctrico de fricción, el cual cuenta con la punta unida a un grupo de barras de acero. La punta se empuja en el terreno a razón de 20 mm/s. Alambres de los transductores se pasan por el centro de las barras y dan en forma continua las resistencias de cono y lateral.

Esta información será encontrada útil en la interpretación de mapas geológicos o topográficos o en la correlación de tipos de suelo con los patrones del suelo. Los suelos presentes en el eje de la carretera prupuesta, deben ser estudiados cuidadosamente para identificar sus características estratigráficas. Esta identificación debe contar con una descripccion completa del perfil del suelo para cada tipo de material observado, las variaciones en la pendiente, la posición topografica, las condiciones de drenaje, se pueden utilizar para establecer un sistema para la identificación de diferentes tipos de suelo en determinada área. Se descubrirá que las condiciones de suelos similares se deben a sus características estratigráficas similares.

Figura. 10. Penetrómetro de cono eléctrico de fricción.



Estudio preliminar de datos del sitio

Antes de iniciar el trabajo de campo se debe de revisar la literatura para obtener información útil de caracter general en la planificación y la organización del trabajo de investigación. Mapas topográficos, fotografías aéreas, mapas geológicos y mapas de suelos agrícolas se han publicado para muchos sectores del país. Cuando esté disponible un estudio de este tipo de informacion, el ingeniero podrá reconocer las limitaciones de un suelo de determinado lugar. Algunos mapas cuentan con una gran precisión y detalle, mientras que otrosmuestran condiciones mas generalizadas. Los limites de los diferentes tipos de suelo y las caracteriticas del perfil del terreno debe tenerse en cuenta. Un adecuado interpretación de este tipo de estudios permite al ingeniero establecer el rango de características del perfil del suelo. Cada suelo cuenta con un perfil característico y tendrá variaciones en su formacion geologic, relieve y vegetación. Estos criterios son utilizados para la identificación de los diversos tipos de suelos y por lo tanto permiten al ingeniero el clasificar y sub-dividir el terreno en varios estratos, los cuales reflejan podrán reflejar condiciones que requieran tratamiento de mejora en las características mecánicas del suelo.

En terrenos complejos es adecuado preparar un mapa preliminar del material presente en la zona en la que la carretera se va a ubicar. Sobre todo si existen condiciones adversas. En muchos casos las condiciones adversas se pueden reducir mediante la ubicación de la carretera a través de terrenos que cuentan con condiciones de suelo mas favorables desde el punto de vista de la practica del diseño actual. La elaboración de un mapa de características de campo observadas, con una escala adecuada es fácilmente llevado a un detallado mapa de suelos, identificando con precisión todos los sondeos realizados y los estratos de material encontrados en en cada sondeo. 

exploración de la red de carretera

El trabajo de campo para esta fase del estudio de suelos consiste en hacer exámenes de los suelos por medio de sondeos de barrena, calicatas o cortes de carretera. No hay una regla definida para seguir, excepto que el perfil del suelo debe ser examinado a intervalos lo suficientemente cercanos como para determinar los límites de cada tipo de estrato de suelo observado en el sondeo. Los sondeos o perforaciones deben hacerse lo suficientemente profundas como para determinar si el terreno es adverso (turba o estiércol) o favorable (estrato rocoso), asi como las condiciones del nivel freático. Luego de definir los límites de cada tipo de suelo, se seleccionan los sitios de muestreo de manera que se obtengan muestras representativas para realizar pruebas de laboratorio. Cuando la perforación debe extenderse a una profundidad de más de un par de metros, una exploración preliminar por métodos geofísicos puede reducir el número requerido de perforaciones. Este tipo de exploración es particularmente aplicable cuando el

material a ser excavado es rocosa, grava, o cementado, en cuyo caso es deseable realizar sólo perforaciones suficientes para obtener muestras representativas para las pruebas.

d.

Las siguientes sugerencias deben ayudar al ingeniero en la preparación del estudio detallado del suelo. Modificaciones distintas a las indicadas pueden ser necesarias para manejar las condiciones especiales que no se encuentran en el estudio del suelo del lugar: a.

El espaciamiento de las perforaciones: El espaciamiento de las perforaciones debe variar con la uniformidad del perfil del suelo, es decir: con respecto a la secuencia y el número de capas de suelo; el espesor, color, la textura, la consistencia, la estructura de cada capa de suelo; la composición química, el tipo de material parental y la topografía.

b.

La profundidad de las perforaciones: todas las perforaciones generalmente deben realizarse a una profundidad de al menos 3 pies por debajo de la línea propuesta. Las profundidades pueden variar de acuerdo con las siguientes estipulaciones: (1) Cuando la carretera se encuentra dentro de un perfil uniforme , las perforaciones deben extenderse hacia la primera capa por debajo de la zanja que bloquearía la filtración, o a través de la capa anterior que cargar agua; (2) Cuando el material de relleno debe ser tomado de zanjas a lo largo de la carretera, las perforaciones deben extenderse hasta la profundidad estimada del préstamo; (3) En el estudio de la acción de las heladas, las perforaciones deben extenderse a la profundidad media de las heladas en aquellos materiales que muestran una alta afinidad por la acumulación de hielo; y (4) Cuando la línea de localización sigue un camino existente, los suelos se pueden asignar mediante el examen de los cortes a la vista, pero las perforaciones complementarias deben hacerse en áreas que muestran el rendimiento negativo de pavimento. En estos tramos de carretera las perforaciones deben hacerse por lo menos 3 pies por debajo del nivel de pavimento.

c.

Registrar la información perforación: Un registro completo y sistemático de todas las exploraciones de pozos de perforación y de prueba, se debe mantener en un cuaderno para cada ensayo del proyecto vial. La descripción del sitio se debe dar a la identificación de proyectos y la ubicación de cada pozo de sondeo, la localización y la identificación de cada muestra tomada para análisis de laboratorio, la naturaleza de la tierra, el origen del material parental y la forma del terreno.

Mapear el perfil del suelo: los datos obtenidos de los registros de perforación y estudios de perfil de suelo deben ser trazadas en la hoja de perfil preparado para ayudar en la formulación de recomendaciones de diseño. Existen varios métodos de registro de estos datos se indican en las figuras 11 y 12. -

-

e.

El primero consiste en definir el rango de características del perfil del suelo para cada estrato (unidad de mapa) identificados durante el estudio de suelo y se establecen los limites de los tipos de material encontrados en la exploración en una vista en planta en la cual se refleja la ubicación de la carretera propuesta. La ubicación de los puntos de sondeos de barreno donde se tomaron las muestras a ensayar, la forma del relieve o los tipos de suelos por lo general se incluyen para proporcionar detalles adicionales que influyen el adecuado diseño de la carretera. Se puede también preparar un corte del perfil del terreno explorado además de la vista en planta para proporcionar de mejor manera la información del subsuelo perteneciente a la zona de interés. Ver figuras 11, 12 y 13. Existe otro método el cual consiste en preparar un perfil detallado del suelo que muestre la ubicación de cada capa significativa del suelo observado durante las exploraciones realizadas en el proyecto. Este tipo de perfiles es recomendable para aquellos casos donde se aprecia condiciones desfavorables del terreno tales como turba,, o aquellos estratos que demanden numerosos cortes profundos y rellenos para lograr una alineación satisfactoria de la carretera. Ver figura 14 Selección de muestras de suelo: una cantidad considerable de suelo muestreado de alguna ladera expuesta o de un pozo de prueba, se debe obtener de cada capa de estrato con un pico y una pala, sobre la base de un estudio de los registros de perforación de barrena. Cada muestra debe ser colocada en una bolsa, rotulado adecuadamente, bien sellado y enviado al laboratorio. Se debe tomar un número suficiente de muestras para establecer el rango en resultados de la prueba para lo que parece ser la misma capa de suelo.

PERFILES ESTRATIGRAFICOS DEL TERRENO ESTUDIADO.

Limo orgánico arenoso color café Limo arenoso, color café claro, (ML)

Limo arenoso con finos plásticos, color café, (ML)

Limo orgánico arenoso color café

Limo orgánico arenoso color café

Arena limosa, con pómez, color café claro, (SM)

Limo arenoso con 30% de arena media, color café, (ML) Arena limosa, color café oscuro, (SM)

Arena limosa, color café oscuro, (SM) Limo arenoso con finos plásticos, color café, (ML)

Arena limosa, color café claro, (SM)

Limo orgánico arenoso color café Limo arenoso, color café claro, (ML) Limo arenoso con 25% de arena media, color café, (ML)

Arena limosa, color café, con fragmentos de roca, (SM)

Arena limosa, color café claro, (SM)

Limo orgánico arenoso color café

Limo orgánico arenoso color café

Limo arenoso, color café claro, (ML) Arena limosa, color café oscuro, (SM)

Arena limosa, color café oscuro, (SM)

Arena limosa, color café oscuro, (SM)

Arena limosa, color café oscuro, (SM)

Limo arenoso con 30% de arena media y fina, color café, (ML)

Figura 11 Ejemplos de perfiles estratigráficos del suelo explorado.

Limo arenoso con 35% de arena media, color café, (ML) Arena limosa, con pómez, color café claro, (SM)

Limo arenoso con 15% de arena media y fina, color café, (ML)

Banco de grava.

Unidad I o

II-A

II-B

VISTA EN PLANTA DE EJE DE LA CARRETERA.

Unidad II-A

Unidad III-B

Unidad IV

Unidad V

Unidad VI

Perforaciones para inspección visual del perfil del suelo. Figura 22 Ejemplo plano en planta de ubicación de perforaciones exploratorias.

Elevación (pies)

PERFIL DEL SUELO A LO LARGO DE LA LÍNEA CENTRAL. Sondeos de exploración.

Turba superficial Lente de agua Unidad I

II-A II-B

Unidad II-A

Unidad III-B

Capa de arcilla Unidad IV

Figura 33 Ejemplo de perfil del suelo a lo largo de un tramo de carretera.

Unidad V

Unidad VI

CAPITULO IV. RAZON DE REALIZAR ENSAYOS A LOS SUELOS. La importancia de conocer la propiedades de los suelos, radica en el empleo que se le puede dar en distitos proyectos de ingeniria, ya que todas las estructuras están soportadas sobre la tierra. Los ensayos que se realizan a los suelos tiene su importancia para comprender su comportamiento Analizar el tamaño de las partículas del suelo, sus propiedades mecánicas y físicas es importante Figura 14 Ejemplo de ampeo de perfil, que ilustra la determinación de los límites de capas intermedias por perforaciones adicionales



Ensayos de laboratorio.

Dos tipos de muestras de suelo se obtienen durante la exploración del subsuelo: alteradas o inalteradas. Las muestras alteradas, pero representativas, generalmente se usan para los siguientes tipos de pruebas de laboratorio: a. b. c. d. e.

Análisis granulométrico. Determinación de los límites líquido y plástico. Densidad de los sólidos del suelo. Determinación del contenido orgánico. Clasificación del suelo.

Sin embargo, las muestras inalteradas de suelo no se usan para pruebas de consolidación, permeabilidad o resistencia al corte. Para estas pruebas deben obtenerse muestras de suelo inalteradas.



Análisis de datos.

Una de las recomendaciones para el uso de un suelo es la de basarse en las características ingenieriles, físicas y ambientales de este. En algunos casos el comportamiento conocido del material observado en las exploraciones se puede utilizar eficazmente para evaluar el uso del suelo en la ingeniería para propósitos de diseño. Secciones transversales de diseño standar a menudo se pueden establecer para los diversos tipos de estratos importantes.

Analisis del tamañano de particulas de suelo. (ASTM D 422) Analizar el tamaño de las partículas que conforma los suelos nos permiten clasificar las muestras asignándoles un porcentaje a todos los materiales que los componen, llamense estos arenas o arcillas; o en su defecto suelos de grano grueso o suelos de grano fino. La clasificación y análisis nos da una idea de las propiedades ingenieriales que estos materiales pueden tener, como en el caso de las arenas donde partiendo del tamaño de los granos se puede determinar el grado de permeabilidad que estas pueden tener. Sinopsis del método de ensayo. La determinación por métodos mecánicos esta dividido en dos partes: 

Determinación de la porción de material grueso retenido través de tamices o mallas.



Y el análisis de la parte fina haciendo uso del hidrómetro.

La primera parte el análisis, consisten en hacer pasar por una serie de mallas, con aberturas que van de mayor a menor el material a ser clasificado, siendo el material retenido en las mallas expresado como un porcentaje del total de la muestra a analizar. La segunda parte del método de análisis, es el que emplea el hidrómetro para todas aquellas muestras de material que pasan a través del tamiz N° 200 (0.075 mm), este se basa en el principio que un suelo puede dispersarse de manera uniforme en un medio liquido, y mide el tiempo que le toma al material sedimentarse en el medio liquido, haciendo uso de la ley de Stoke para determinar la tasa de sedimentación. Dentro de este análisis se ha tomando en

cuenta corrección por temperatura, viscosidad y gravedad especificas de los solidos dentro del calculo. Resultados típicos del ensayo. La presentación de los resultados, de los análisis de partículas depende de si se ha hecho por el método mecánico o por hidrometría Cuando se realiza el análisis por cribado pueden ser expuestos los resultados a través de una tabla o un grafico en escala logarítmica, esto para cubrir los diámetros de las aberturas de las mallas por las que se han hecho pasar el material de la muestra. En el caso de los resultados del material que pasa la malla N° 200 (0.075 mm), el grafico se expresa en escala aritmética. Partiendo del tamaño de las partículas se agrupan los materiales que componen los suelos de la siguiente manera: 

Gravas gruesas, de 2.0 mm (malla N° 10)



Arenas gruesas, de 2.0 a 0.60 mm (de malla N° 10 a

La gravedad especifica se utiliza con frecuencia en relaciones de peso húmedo de suelos, también se utiliza en cálculos de ensayos realizados en laboratorios a suelos, además de ser usadas en las relaciones de fases en suelos. Sinopsis del método de ensayo. Se tomara una masa de material ya establecida según la norma, y se colocara dentro de un picnómetro con sumo cuidado, no sin antes hacerla pasar ya esa por el tamiz N°4 o por el tamiz N° 10, esto dependerá del propósito del ensayo. Se llenara con agua destilada el frasco hasta las tres cuartas partes del volumen del contenedor, el aire contenido en el suelo se eliminara a través de ebullición o mediante vacío parcial, luego se calcula el peso específico con los pesos y correcciones por temperatura. Resultados típicos del ensayo. Las gravedades específicas de los suelos, varían desde menos de 2.0 para partículas orgánicas o porosas y hasta mayores de 3.0 para materiales con minerales pesados.

malla N° 30)  

malla N° 80)

Muchos suelos, poseen gravedades específicas que se encuentran en los rangos de 2.65 a 2.85.

Arenas finas, de 0.20 a 0.05 mm (de malla N° 30 a

Factores que influyen en el método de ensayo.

Arenas Medias, de 0.60 a 0.20 mm (de malla N° 30 a

malla N° 80) 

Limos, 0.05 a 0.005 mm



Arcillas finas, de 0.005 mm



Coloidales finos, de 0.001 mm

Uno de los factores que afectan el calculo de la gravedad especifica, es el aire atrapado en los solidos del suelo, de la muestra dentro del picnómetro, por lo que es necesario tener mucho cuidado con la obtención de los resultados del ensayo ya que un error puede ser muy significativo.

Factores que influyen en el método de ensayo. Cuando se esta analizando un suelo que presenta contenidos de arcillas o limos esto son removidos a través del lavado de material, esto con la finalidad de poder realizar el ensayo únicamente con el material remanente del lavado. En el caso de los ensayos realizados a través del hidrómetro estos pueden presentar resultados erróneos, debido a la inapropiada mezcla de suelo con un medio liquido. Determinacion de la gravedad específica de los suelos (ASTM D 422) Se conoce como gravedad especifica de los solidos del suelo a la relación de la masa de aire de volumen de partículas de suelo a la masa de aire de un volumen igual de agua destilada a una temperatura ya dada.

Determinacion de los limites liquidos, plasticos, indices de contraccion y de plasticidad de los suelos. (ASTM D 4318, ASTM D 427) Los ensayos de consistencia también llamados límites de Atterberg, nos dan una idea de las propiedades físicas que los suelos tienen cuando el agua esta presente en el material, mostrando el comportamiento del suelo cuando pasa por distintos estados físicos. Partiendo de los resultado obtenidos con estos ensayos los suelos, se pueden clasificar ya sea como arcillas los que presentan limites líquidos altos, y grandes índices de plasticidad, y suelos granulares los que presentan índices de plasticidad bajos.

Sinopsis del método de ensayo. El ensayo de límite líquido consiste en mezclar una proción de la muestra de suelo, agregandole agua suficiente para formar una pasta homogénea. La cual se tomara parte de ella y se colcara sobre un aparato fromado por una copa de bonce, que permite una caída que genera golpes que cierra una abertura efectuada con un ranurador, de 0.5 pulg de longitud a los 25 golpes, y que aproximadamente corresponde a una resitencia al corte en el suelo de 1g/cm2 (Casagrande 1932).

Limite liquido de mas de 25 y un valor de I.P. máximo de 6, siendo todos estos materiales en su mayoría de consitencia granular. Factores que influyen en el método de ensayo. Los errores mas comunes cuando se determina el limite liquido son:  

El ensayo de limite plastico, consiste en formar con el remante de la muestra homegena utilizada en el limite liquido, un rollito húmedo sobre una placa y con la mano haciendo llegar tener un diámetro aproximado de 1/8 de pulg. La determinación del índice de contracción, se toma a partir de la saturación de la muestra de suelo, colocando una cantida sobre una capsula de volumen conocido la cual contiene acite en sus paredes para evitar que el material se pege a la capsula, y poniéndola a seca con todo y el material para medir cuando volumen se contrajo de material por secado al aire. Resultados típicos del ensayo. Los resultados de los ensayos de limite liquido comúnmnete entre los suelos arcillosos reportan valores de 40 a 60, suelos limosos tiene valores entre 25 y 50, para el caso de los suelos arenosos estos son clasificados como materiales “no plásticos” ya que no se puede realizar el ensayo de limite liquido a dichos suelos.

 

Altura de caída inadecuada de la copa de Casagrande. Desgastes en la copa de Casagrande por el empleo del ranurador. Rango de caída de la copa de Casagrande. El factor humano que deside cuando se ha cerrado la abertura realizada con el ranurador.

Determinacion de relación densidad- humedad de los suelos, prueba Proctor. (AASHTO T 180). Con la finalidad de obtener mejoras en las propiedades mecánicas de los suelos, se hace uso de la compactación en campo por métodos mecánicos para aumentar el valor de resistencia de los mismos. Es por ello que con el uso del ensayo proctor desarrollado en el laboratorio y que utiliza matrillos de distintos pesos los cuales asemejan la acción de la maquinara usada en campo para realizar la compactación in situ se puede determinar la cantidad de agua que debe de ser añadidad al material para alcanzar los valores de densidad necesarios para un proyecto determinado.

En cuanto a los resultados que se reportan de limite plástico para suelos arcillosos o limosos, no exiten mucha diferencia en cuanto a los resultados ya que esto osilan entre un 5 y un 30 que es lo normal, en cuanto a los resultados para los suelos arenosos estos se vuelven a clasificar como “no plásticos” al no poderse forma el rollito de material con las manos.

La importación del agua que añade al suelo radica en que esta lubrica las pariculas del suelo y permite la reacomodación de todas la paticulas cuando estas son sometidas a los impactos, por matillos o maquinaria, cuando se esta realizando la compactación del material.

Los valores de contracción para los suelos arenosos, es típicamente 0 ya que no presentan variaciones en su volumen al secarse el material, caso contrario las arcillas que comúnmente presentan valores entre 6 y 14 y los suelos limosos con valores que van desde 15 al 30.

Antes de comenzar con el ensayo se deberá de secar al aire la muestra a ser ensayada, para poder hacerla pasar luego por el tamiz N°4.; la porción tamizada se le añadirá una cantidad medida de agua, mezclándose de forma vigorosa hasta incorporar completamente el agua al suelo y formar una mezcla homogénea.

Índices de plasticidad altos de 70 a 80 corresponden a arcillas muy plásticas, los valores típicos de índices de plasticidad para arcillas rondan entre los 20 y los 40, para considerar una base, sub base, subcarpeta o cualquier otro material utilizada como de restitución no podrá tener un

Sinopsis del método de ensayo.

El ensayo proctor puede realizarse de 2 maneras; de forma estándar y modificada.

El ensayo proctor estándar consiste en colocar el material en un molde metálico compactándolo en 3 capas, haciéndolo a través de un martillo de compactación que pesa 5 lbs y que tendrá una altura de caída de aproximadamente 12 pulg., impactando 25 veces el suelo en el molde por cada capa, este procedimiento se repetirá las veces que sean necesarias para determinar el contenido optimo de humedad. El ensayo proctor modificado a diferencia del método estándar consiste en colocar el material y compactándo en 5 capas, a través de un martillo que pesa 10 lbs y que tendrá una altura de caída de 18 pulg. aproximadamente. por lo demás se sigue el mismo procedimiento descrito para el método estándar. Resultados típicos del ensayo. Los resultados de la pueba, además de mostar el calculo para la obtencio de los contenidos de humedad del suelo, para las muestras ensayadas, se grafica el contenido de humedad contra la densidad el suelo, siendo el máximo valor de la curva que se genera en el grafico, como el conteindo “humedad optima”, y a la densidad como “densidad seca máxima” para el suelo en estudio. Acontinuacion se enlistas los contenidos aproximados de humedades optimas y de densidades máximas para ciertos tipos de materiales:

Tabla 3. Parametros aproximados para arcillas.

Arcillas

Densidad Maxima (lb/ft3) 90- 105

Arcillas limosas

100-115

15-25

Arcillas arenosas

110-135

8 a 15

Material

Humedad Optima (%) 20-30

la muestra de suelo y homogenizar todo el material, evitando también la perdida de la humedad en la muestra.

CAPITULO V. SISTEMA DE CLASIFICACION AASHTO.

La clasificación de suelos y materiales que emplea la AASHTO, tiene sus orígenes en la clasificación publicada por el Departamento de Caminos Públicos de Estados Unidos de 1928, y la Asociación Americana de Oficiales de Carreteras Estatales AASHO. La clasificación de la AASHTO esta basada en los resultados de los ensayos de limites y los valores de índices de plasticidad del material a clasificar, ordenando los suelos en 7 grupos de clasificación, con sus respectivos sub-grupos. Tal y como se observa en las tablas 4 y 5 Clasificacion. Antes de comenzar con el proceso de clasificación de los suelos, es necesario hacer los análisis de laboratorio de límites de Atterberg, y la granulometría, para asi poder realizar la clasificación del material. Como se muestra en las tablas, AASHTO agrupa los suelos en dos grandes grupos inicialmente, siendo estos, los suelos de materiales granulares y los suelos compuestos por materiales limo-arcillosos, esta clasificación inicial depende del procentaje de partículas que pasan la malla N° 200 Como un primer acercamiento, se definen a continuación la fracción gruesa de suelos que existen: 

Cuando el ensayo se efecuta con el método modificado, la energía de compactación optimiza el valor de densidad máxima y de humedad optima ya que se puede incrementar la densidad entre 10 y 20 lbs/ft3 y se disminuyela humedad un 3 y 10%.

 

Factores que influyen en el método de ensayo.



A diferencia de los ensayos de limites de Atterberg, la prueba proctor es poco suseptible a técnicas pobres en los laboratorios, siendo lo único en lo que se deber de tener el cuidado de procurar la incorporación completa del agua a



Rocas: son aquellas partículas que se retiene en el tamiz de 3 pulg. Gravas: es el material que pasa del tamiz de 3 pulg. pero es retenido en la malla N° 10. Arena Gruesa: es todo material que pasa por las aberturas del tamiz N° 10 pero es retenido en la malla N° 40. Arena Fina: es la porción de material que pasa por el tamiz N° 40 pero se retiene en la malla N° 200. Limos, Arcillas o combinación de ambos materiales: son todas aquellas partículas de suelo que pasan por la malla N° 200.

Tabla 4. "Clasificación de agregados y suelos para mezclas". Clasificacion general Clasificacion de Grupo Analizis por tamizado (% que pasa) 2.00 mm (N° 10) 0.425 mm (N° 40) 0.075 mm (N° 200) Caracteristicas de la fracción que pasa Por la malla N° 40 Limite Liquido Indice de Plasticidad Rango general de Sub-rasante

Materiales Granulares (35% o menos de la muestra que pasa la malla N° 200) A-1 A-3a A-2 ̶ 50 max 25 max

̶ 51 min 10 max

̶ 6 max

̶ N.P De excelente a bueno

Materiales Limo-Arcillosos (mas del 35% de la muestra que pasa la malla N° 200) A-4 A-5 A-6 A-7

̶

̶

̶

̶

̶

̶ 35 max

̶ 36 min

̶ 36 min

̶ 36 min

̶ 36 min

b

40 max 10 max

41 min 40 max 10 max 11 min De regular a pobre

41 min 11 min

Nota: Se a antepuesto el grupo A-3 al A-2, para hacer la eliminación siempre de izquierda a derecha en la clasificación. b = para ver estos valores ver tabla 2

Tabla 5. “Grupos y Sub-grupos de clasificacion de agregados y suelos para mezclas ”

Clasificacion de Grupo Analizis por tamizado (% que pasa) 2.00 mm (N° 10) 0.425 mm (N° 40) 0.075 mm (N° 200) Caracteristicas de la fracción que pasa Por la malla N° 40 Limite Liquido Indice de Plasticidad Tipos usuales de materiales constituyentes

̶ 51 min 10 max

̶

̶

̶

̶

̶ 35 max

̶ 35 max

̶ 35 max

̶ 35 max

Materiales Limo-Arcillosos (mas del 35% de la muestra que pasa la malla N° 200) A-7 A-4 A-5 A-6 A-7-5 A-7-6 ̶ ̶ ̶ ̶ ̶ ̶ ̶ ̶ 36 min 36 min 36 min 36 min

̶ N.P

40 max 10 max

41 min 10 max

40 max 11 min

41 min 11 min

40 max 10 max

Materiales Granulares (35% o menos de la muestra que pasa la malla N° 200)

Clasificacion general

A-1

A-2

A-1-a

A-1-b

50 max 30 max 15 max

̶ 50 max 25 max

̶ 6 max Fragmentos de piedra, gravas y arenas

Rango general de Sub-rasante

A-3

A-2-4

A-2-5

A-2-6

A-2-7

Arena fina

Gravas y arenas limosas o arcillosas

De excelente a bueno

.Se le conoce como limo a todo aquel material que tiene índices de plasticidad de 10 o menores, caso contrario las arcillas cuyos índices de plasticidad de 11 o mayores.

Descripcion de grupos de clasificacion. Materiales graunlares. – Son los suelos que mas del 35% del material pasa la malla 200. Y lo integran los siguientes grupos y sub grupos: 

Grupo A-1. – Este grupo esta típicamente integrado por fragmentos de rocas o gravas, arenas gruesas, arenas finas y suelos no plásticos, los materiales que entran en este grupo son considerados bien graduados. a) Sub grupo A-1-a. – Aquí se incluyen todo los materiales pedominantemente compuestos por fragmentos de rocas o gravas con o sin material aglutinante.



Suelos limosos

40 max 11 min

41 min 11 min

Suelos arcillosos

De regular a pobre

Sub grupo A-1-b. – Integrado por todos aquellos materiales formados por arenas gruesas con o sin material aglutinante bien gradudado. Grupo A-3. – Este grupo lo forman las arenas finas de mar o arenas finas de desiertos sin limos o arcillas o con muy pocos finos no plásticos, también se incluyen en este grupo los depósitos de los ríos de arenas finas mal gradudas y pocas cantidades de arenas gruesas y gravas. Grupo A-2. – Este grupo incluye una gran varidad de material granular que se encuentra en limite de los grupos A-1 A-3 y materiales limo arcillosos de los grupos A-4, A-5, A-6 y A-7. a) Sub grupo A-2-4. y A-2-5. – Integrado por todos aquellos materiales que pasan por el tamiz N° 40 y cuyas características son similares a los suelos clasificados como A-4 y A-5 ademas incluyen gravas y arenas gruesas con contenidos de limos o con indices de plastisidad que exceden los limites del grupo b)



41 min 10 max

b)

A-1 y arenas finas con contenidos de limos no plásticos que exceden a los del grupo A-3 Sub grupo A-2-6. y A-2-7. – Compuesto por materiales simialares a los de los sub grupos anteriores, con la excepción que contienen arcillas plásticas con las características de los grupos A-6 o A-7.

Ejército durante la Segunda Guerra Mundial. En cooperación con la Oficina de Restauración de Estados Unidos, el sistema fue revisado en 1952. Hoy en día, es ampliamente usado por los ingenieros (Prueba D-2487 de la ASTM). El Sistema Unificado de Clasificación se presenta en las tablas 6,7 y 8; clasifica los suelos en dos amplias categorías: 

Materiales limo-arcillosos. – Son aquellos que menos del 35% del material pasa la malla 200. Y lo integran los siguientes grupos y sub grupos: 







Grupo A-4. – Este grupo esta integrado por suelos limosos de moderada platicidad a no plásticos y que tienen un 75% de material que pasa la malla N° 200. En este grupo se incluyen las mezclas de agregado formados por suelos limosos hasta con un 64% de grava y arena retenida en la malla N°200. Grupo A-5. – Este grupo esta formado por materiales con similares caratecristicas que el anterior grupo con la diferencia que contienen materiales micáceos y diatomáceos con altos valores de limites liquido. Grupo A-6. – Típicamente integrado por arcillas plásticas, también se incluyen en este grupo las mezclas de suelos arcilloso finos hasta con un 64% de grava y arena retenida en la malla N°200. Usualmente los materiales que se clasifican en este grupo presentan grandes cambios de volúmenes entre el estado seco y húmedo. Grupo A-7. – Este grupo presentan características similares con los del grupo A-6, con la excepción que tienen limites liquidos elevados igual que el grupo A-5. a) Sub grupo A-7-5. – Aquí se incluyen todo los materiales cuyo índice de plasticidad es moderado con relación al limite liquido además de presentar grande cambios de volumen. b) Sub grupo A-7-6. – Todo aquellos materiales cuyo índice de plasticidad alto con relación al limite liquido además de estar sujetos a cambios extremadamente grandes de volumen.



Suelos de grano grueso que son de naturaleza tipo grava y arenosa con menos del 50% pasando por la malla No. 200. Los símbolos de grupo comienzan con un prefijo GaS. G significa grava o suelo gravoso y S significa arena o suelo arenoso. Los suelos de grano fino con 50% o más pasando por la malla No. 200. Los símbolos de grupo comienzan con un prefijo M, que significa limo inorgánico, C para arcilla inorgánica u O  para limos y arcillas orgánicos. El símbolo Pt se usa para turbas, lodos y otros suelos altamente orgánicos. Otros símbolos que también son empleados para la clasificación segun este método, son:    

W: bien graduado P: mal graduado L: baja plasticidad (LL <50) H: alta plasticidad (LL >50)

Para una clasificación apropiada con este sistema, debe conocerse algo o todo de la información siguiente: 1. Porcentaje de grava, es decir, la fracción que pasa la malla de 76.2 mm y es retenida en la malla No. 4 (abertura de 4.75 mm) 2. Porcentaje de arena, es decir, la fracción que pasa la malla No. 4 (abertura de 4.75 mm) y es retenida en la malla No. 200 (abertura de 0.075 mm) 3. Porcentaje de limo y arcilla, es decir, la fracción de finos que pasan la malla No. 200 (abertura de 0.075 mm)

CAPITULO VI.

4. Coeficiente de uniformidad (Cu) y coeficiente de curvatura (Cz)

SISTEMA UNIFICADO DE CLASIFICACION DE SUELOS.

5. Límite líquido e índice de plasticidad de la porción de suelo que pasa la malla No. 40

La forma original de este sistema fue propuesto por Casagrande en 1942 para usarse en la construcción de aeropuertos emprendida por el Cuerpo de Ingenieros del

Los símbolos de grupo para suelos tipo grava de grano grueso son GW, GP, GM, GC, GC-GM, GW-GM, GWGC, GP-GM, y GP-GC. Similarmente, los símbolos de grupo para suelos de grano fino son CL, ML, OL, CH,

MH, OH, CL-ML, y Pt. Damos a continuación un procedimiento paso a paso para la clasificación de suelos:

Paso 1: Determine el porcentaje de suelo que pasa la malla No. 200 (P). Si F < 50%, se trata de un suelo de grano grueso, es decir, tenemos un suelo tipo grava o arenoso (donde F= porcentaje de granos más finos que la malla No. 200). Vaya al paso 2. Si F ≥ 50%, se trata de un suelo de grano fino. Vaya al paso 3. Paso 2: Para un suelo de grano grueso, (100 - F) es la fracción gruesa en porcentaje. Determine el porcentaje de suelo que pasa la malla No. 4 y es retenido en la malla No. 200, F1 .

Si F1 < (100 - F)/2, entonces el suelo tiene más grava que arena, por lo que es un suelo tipo grava. Vaya a la tabla 6 y figura 15 para determinar el símbolo de grupo, y luego vaya a la figura 16 para obtener el nombre de grupo propio del suelo. Si Fl ≥ (100 - F)/2,entonces se trata de un suelo arenoso. Vaya a la tabla 7 y figura 15 para determinar el símbolo de grupo y a la figura 16 para obtener el nombre de grupo del suelo. Paso 3: Para un suelo de grano fino, vaya a la tabla 8 y figura 15 para obtener el símbolo de grupo. Si se trata de un suelo inorgánico, vaya a la figura 17 para obtener el nombre del grupo. Si se trata de un suelo orgánico, vaya a la figura 18 para obtener el nombre del grupo.

Figura 15. Carta de plasticidad de Casagrande.

Tabla 6. Simbolo de grupo para suelos tipo grava, SUCS.

Tabla 7. Simbolos de grupo para suelos arenosos, SUCS.

Tabla 8. Simbolos de grupo para suelos limosos y arcillosos.

Figura. 11 Diagrama de flujo para npombres de grupo de suelos tipo grava y arenosos. ( segun ASTM 1998)

Figura. 12 Diagrama de flujo para nombres de grupos de suelos limosos, inorgánicos y arcillosos (según ASTM, 1998)

Figura. 138. Diagrama de flujo para nombres de grupo de suelos lomosos orgánicos y arcillosos (según ASTM, 1998)

Figura. 149. Ejemplo de “bitácora de perforación”



2.

Preparación de registro de perforaciones.

La informacion detallada obtenida de cada barreno se presenta en una forma grafica llamada “bitácora de perforación”. Conforme se avanza hacia abajo con el barreno, el perforista debe registrar la siguiente informacion en una bitácora estándar: Nombre y dirección de la compañía perforadora. Nombre del perforista. Descripción y numero de la tarea. Numero y tipo de barreno y llocalizacion del mismo, Fecha de la perforación. Estratificación del subsuelo, obtenida por observación visual del suelo extraido por barrena, cuchara partida o tubo shelby de ared delgada. Elevación y fecha del nivel freático observado. Resistencia por penetración estándar y la profundidad correspondiente. Numero, tipo y profundidad de muestra de suelo recolectada.

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Importante el mencionar que esta informacion nunca debe dejarce en la memoria, dado que con frecuencia conduce a registros equivocos de la perforación. Despues de completar todas las pruebas necesarias de laboratorio,se debe de preparar un informe final que incluya las notas del registro de campo del perforista, asi como también los resultados de las pruebas realizadas en el laboratorio. La figura 19 es un ejemplo de “bitácora de perforación”, estos registros se deben de anexar al informe final de exploracion del suelo.

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9.

Asi mismo se debe de agregar al informe presentaciones graficas, tales como: -

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Informe de exploracion del suelo.

Al final de todos los programas de exploracion, el suelo y/o especímenes recolectados en campo son sometidos a observacione visual y pruebas apropiadas del laboratorio. Luefo de que toda la informacion requerida es compilada, se prepara un reporte de la exploracion del suelo para usarse en la oficina de diseño y como referencia durante el trabajo futuro de construcción. Aunque los detalles y secuencia de informacion en el informe varia en algun grado, dependiendo de la estructura en consideración y de la persona que compila el informe, cada uno de estos debe incluir los siguientes aspectos: 1.

El alcance de la investigación.

Una descripción de la estructura propuesta para la cual la exploracion del subsuelo se llevo a cabo Una descripción de la localización del sitio, incluyendo estructuras cercanas, condiciones de drenaje del mismo, naturaleza de la vegetación en el sitio y alrededores, y cualquier otra característica única de éste. Aspectos geológicos del lugar. Detalles de la exploracion de campo, es decir, numero de sondeos, tipos y profundidades de éstos. Descripción general de las condiciones del subsuelo determinadas a partir de los especímenes de suelo y pruebas de laboratorio, como la resistencia apor penetración estándar y la resistencia por penetración de cono… Condiciones del nivel freático. Recomendaciones para la cimentación, incluido el tipo de cimentación recomendada, capacidad de carga admisible y cualquier procedimiento especial de construcción que se requiere; deben también analizarse procedimientos alternativos para el diseño de la cimentación en esta parte del informe. Conclusiones y limitaciones de la investigacion.

Mapa de localización del sitio Vista en planta de la localización de los sondeos con respecto a las estructuras propuestas y aquellas existentes en la cercanía. Bitácora de perforación. Resultados de las pruebas de laboratorio. Fotografías del lugar explorado y del material encontrado.

BIBLIOGRAFIA. 

“Standard specifications of transportation materials and methods of sampling and testing”. 19th edition, Part 1; American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO), 1998

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“Fundamento de Ingenieria Geotecnica”.1 edicion 2001; Braja Das.