INSTITUTO TECNOLÓGICO DE COSTA RICA ESCUELA DE INGENIERIA EN CONSTRUCCION. Laboratorio de suelos

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1 INSTITUTO TECNOLÓGICO DE COSTA RICA ESCUELA DE INGENIERIA EN CONSTRUCCION Laboratorio de suelos Informe 1: Reducción de muestras, Contenido de humedad en suelos, preparación de las muestras, Granulometría de suelos, Limites de Atterberg y clasificación de suelos PROFESOR: Rafael Baltodano Goulding Rodolfo Ramírez Alvarado I Semestre, 2012 Canadian Engineering Accreditation Board Bureau canadien d accréditation des programmes d ingénierie Carrera evaluada y acreditada por: CEAB

2 1. Resumen En el siguiente informe se desarrollaran métodos establecidos por las normas ASTM que permiten obtener diferentes propiedades características de un suelo en específico. Algunas de las propiedades determinadas en este informe son: contenido de humedad, curvas granulométricas y límites de Atterberg. Estas, fueron obtenidas a partir de un material propiedad del CIVCO, con el fin de mostrar el procedimiento adecuado para obtener dichos valores característicos y poder apreciar cual es su utilidad y posibles errores en que se pueden incurrir. A partir de los datos obtenidos sobre las propiedades anteriormente mencionadas, se pretende realizar y establecer una clasificación de acuerdo al Sistema unificado de clasificación de suelos (SUCS). Dichas características y clasificación del material son de gran importancia para poder establecer una idea del posible comportamiento y utilidad del material en estudio. También, en este texto se mencionan algunos métodos de preparación y reducción de muestras, lo cual es muy importante ya que es parte del conocimiento básico para lograr un estudio que nos genere datos más representativos del suelo que estamos estudiando en el laboratorio. 2.Introducción En obras civiles, es de suma importancia tener un estudio previo o realizar la exploración geotécnica necesaria para reconocer el estado y propiedades de nuestro lugar de trabajo, esto para generar el diseño adecuado de la obra. Un aspecto básico es el material soportante de las estructuras, el cual es el suelo y sus diferentes estratos. El análisis de dichos estratos a partir de toma de muestras representativas y ensayos como los que se realizaron para este informe, requieren de un amplio conocimiento de las técnicas y equipo a utilizar por parte de los laboratorios de suelos, lo cual es básico para tener datos confiables. La determinación de la humedad de un suelo nos da un dato para conocer la cantidad de agua presente, sin embargo, esto es muy variante ya que depende de las condiciones ambientales, las cuales en nuestro país presentan cambios muy repentinos en periodos cortos de tiempo. Por otra parte el ensayo de granulometría y la obtención de los límites de Atterberg son básicos para la clasificación de los suelos. Dicha clasificación puede ser de gran utilidad para un ingeniero que posea la experiencia necesaria para poder tener una idea del comportamiento que va a tener el suelo en el futuro o si va a ser necesario remplazar el material soportante.

3 3.Marco Conceptual El contenido de humedad es una propiedad física de gran utilidad, ya que la cantidad de agua que contiene un suelo rige el comportamiento y la resistencia de estos en la construcción de una obra. Según Juarez y Rico (1975) el contenido de humedad de un suelo es la relación entre el peso de agua contenida en el mismo y el peso de su fase sólida. El método de reducción de muestras tiene el fin de mantener una muestra representativa del suelo, ya que en los laboratorios no se pueden mantener grandes cantidades de material. El método de reducción es el cuarteo y se puede realizar con separador mecánico o manualmente. Las curvas granulométricas se realizan obteniendo cantidades de diferentes tamaños de partículas, estos tamaños se determinan para las partículas granulares mediante el uso de diferentes mallas, y para los finos se utiliza el método del hidrómetro. Como lo establece Braja (2001): la cantidad de suelo retenido en cada malla se mide y el porciento acumulado que pasa a través de cada malla es determinado. La plasticidad es una propiedad característica de las arcillas y limos, que se puede relacionar con las curvas esfuerzo-deformación. Los límites de Atterberg son: limite líquido (el cual marca la frontera entre el estado líquido y plástico de un suelo), limite plástico (frontera entre el estado plástico y semisólido) y el límite de contracción. Como señalan Juarez y Rico (1975) Atterberg demostró que la plasticidad no era una propiedad permanente de las arcillas, sino circunstancial y dependiente de su contenido de agua. Los materiales arenosos al tratar de determinarles su límite plástico, la tarea de formar los bastones resulta imposible, debido a que estos materiales no presentan plasticidad. El índice de plasticidad es un rango de humedades en el cual el suelo permanecerá en su estado plástico y resulta de la diferencia del límite líquido menos el límite plástico. 4. Objetivos 4.1 Objetivo General: Determinar características y propiedades de un suelo que me permitan la clasificación según el método SUCS.

4 4.2 Objetivos Específicos: Conocer el contenido de Humedad de la muestra. Realizar las curvas granulométricas para el material utilizado Determinar los limites de Atterberg Clasificar el suelo de acuerdo al método SUCS. 5. Métodos y Materiales A continuación se muestra un breve resumen de los principales equipos y los pasos a seguir en la determinación de cada una de las propiedades del suelo, si se desea ampliar más acerca de estos procedimientos se recomienda consultar las normas ASTM C-702, D-2216, D-422, D-1140, D- 2435, D-4318 y D Reducción de muestras: Se utiliza un separador mecánico o el método manual por el cual se debe pasar el material e ir reduciendo este en proporciones iguales y que garanticen la representatividad de la muestra. Con el separador mecánico se debe garantizar un flujo continuo a través de este y en el método manual se debe realizar la partición garantizando partes iguales. Otros instrumentos útiles en este procedimiento son las palas, cucharas, lona, bandejas y escobas. 5.2 Contenido de humedad: el equipo de mayor importancia en este ensayo son los hornos de secado (110±5 C), balanzas y recipientes. En este ensayo se obtiene una muestra representativa del material a la cual se le toma el peso, luego se lleva al horno hasta tenerla a peso constante (16-24 horas) y se determina el mismo la perdida de pesos corresponderá a la cantidad de agua que contenía la muestra. Después de sacar la muestra del material se recomienda dejar que la

5 muestra se enfríe un poco antes de que se tome el peso correspondiente. 5.3 Preparación de muestras de suelos: En este ensayo se separa el material con la malla N 4, y se toman como dos muestras (la retenida y la que pasa), ambas se les determina el peso y se llevan al horno para obtener su contenido de humedad. Luego a ambas muestras se les realiza un lavado para retirar las partículas finas lo que había sido retenido en la malla N 4 se vuelve lavar en esta malla (este procedimiento fue el utilizado pero genera error ya que mucho material pasa y no necesariamente corresponde a finos). El material pasando la malla N 4 también se le aplica lavado pero con la malla N 200. Lo recomendable es conservar los materiales que pasan la malla N 200 que corresponden a los finos y determinar el tamaño de estos a través del método del hidrómetro pero en este laboratorio no se realizo de esta forma. La muestra utilizada para la determinación de los limites debe ser material que pase la malla N 4 el cual se muele y se tamiza a través de la malla N 40, el material que pasa es el que se utiliza para realizar los limites. 5.4 Granulometría de suelos: se debe tamizar el material a través de diferentes mallas e ir determinando el peso de material retenido en cada una, a partir de estos valores se van obteniendo los porcentajes acumulados y pasando que nos permiten graficar las curvas granulométricas. 5.5 Límites de Atterberg: para la determinación del límite líquido se hace uso de la copa de Casagrande, se realizan tres ensayos para diferentes humedades y de estos se puede graficar para obtener el valor de este límite. La obtención del límite plástico consiste en obtener rollitos de 3/8 de pulgada con una consistencia en donde el material se note como si se presentara pequeñas grietas (este procedimiento se puede consultar más detalladamente en la norma ASTM D-4318).

6 6. Resultados Tabla N 1: contenido de humedad del suelo (ver apendice N 1). Peso (g) W Bandeja W Bandeja + muestra 1012,40 W Material 900,73 W seco + bandeja 967,60 W seco 855,93 % humedad 5,23 Fuente: Integrantes grupo N 2, datos experimentales. Tabla N 2. Granulometría para los materiales retenidos en la malla N 4. Malla W retenido + bandeja (kg) W retenido (kg) % retenido %retenido acumulado % pasando 3 1, ,388 1,099 13,51 13,51 86,49 1 ½ 1,893 0,604 7,43 20,94 79,06 1 2,052 0,763 9,38 30,32 69,68 3/4 1,757 0,468 5,75 36,07 63,93 3/8 3,313 2,024 24,89 60,96 39,04 #4 4,220 2,931 36,04 97,00 3 Charola 2,634 0,244 3, TOTAL 8, Fuente: Integrantes grupo N 2, datos experimentales. En esta granulometría se tuvo un error de un 0,263%. En este caso está entre lo aceptable para los estudiantes (3%), sin embargo, según la norma debería ser de un 0,1%.

7 Tabla N 3. Granulometría para los materiales pasando la malla N 4. Malla Wret.(g) %ret. %ret. acum. %pas ,03 28,00 28,00 72, ,29 24,46 52,46 45, ,65 12,43 64,89 35, ,80 19,39 84,28 15, ,87 12,93 97,21 2,79 Charola 6,89 2,79 100,00 0,00 TOTAL 246,53 100,00 Fuente: Integrantes grupo N 2, datos experimentales Se unen ambas tablas para obtener la granulometría de todo el suelo y luego realizar el grafico. Cabe aclarar que el porcentaje que queda en la charola de la muestra retenida en la N 4 no se toma en cuenta, lo cual se puede tomar como un error. Se tuvo un error de 0,269% en el caso de los finos. Tabla N 4. Granulometría para la muestra de suelo. Tamaño de particula W retenido %W retenido % ret.acum % pasando 3'' '' ,12 13,12 86,88 1 1/2'' 604 7,21 20,33 79,67 1'' 763 9,11 29,44 70,56 3/4'' 468 5,59 35,03 64,97 3/8'' ,15 59,18 40,82 # ,98 94,16 5,84 #10 69,03 0,82 94,98 5,02 #20 60,29 0,72 95,7 4,3 #40 30,65 0,37 96,07 3,93 #100 47,8 0,57 96,64 3,36 #200 Charola 31,87 250,89 0,38 2,99 Fuente: Integrantes grupo N 2, datos experimentales. 97, ,98 0

8 Grafico N 1: Granulometría para la muestra de suelos Fuente: datos obtenido de la tabla N 4 Del grafico anterior se logra determinar los coeficientes de curvatura y uniformidad (ver apendice N 2). Se obtiene: Cu= 3,27 y Cc=0,61 Tabla N 5: Datos obtenidos para el Ensayo de Casagrande Bandeja Bandeja + Bandeja Agua Bandeja Suelo Contenido N N Suelo + suelo Ww seco Ws de Golpes húmedo (g) seco (g) (g) (g) Humedad 71 19,24 16,70 2,54 6,87 9,83 25,84% ,16 16,62 2,54 6,82 9,80 25,92% ,73 19,90 3,83 6,64 13,26 28,88% 18 Fuente: Integrantes grupo N 2, datos experimentales

9 Contenido de humedad Grafico N 2. Logaritmo # de golpes vrs Contenido de humedad. 29, , , , ,5 25 y = -11,682x + 43, ,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 Log (N ) Fuente: Datos de tabla N 5. A partir del grafico N 5 se determina que el limite liquido es de 27,15. (Apendice N 3). A demas, como el material se considera no plastico, se sabe que el indice plastico tambien es 27,15. Luego de realizar la clasificacion según el metodo de SUCS (apendice N 4), se obtuvo que el suelo era una Grava mal graduada. 7. Análisis de Resultados El contenido de humedad determinado es de 5,23%, el cual es un porcentaje considerado bajo para ser una muestra de un suelo de Costa Rica, donde se considera que el contenido de humedad ronda el 50%. Cabe destacar que los cuidados al determinar este dato es verificar que no exista materia orgánica en la muestra ya que al meterla al horno esta se quema y nos altera el valor de humedad. Uno de los principales factores que pudo afectar el contenido de humedad de este suelo fue el lugar donde se encontraba. El ensayo de granulometría no se realizo de la mejor manera posible, ya que se dividió el material con la malla N 4 y se le aplico el lavado a ambas partes. Lavando el material retenido en la malla N 4 paso parte de la muestra (ya que es muy frágil) y no se tomo en cuenta todo este material desechado. Las partículas que pasaban debieron ser recogidas y tamizadas por las mallas inferiores pero este paso no fue realizado. Por lo tanto, para calcular el porcentaje de finos solo se tomo en cuenta lo que se retuvo la malla N 200. Para realizar la correspondiente curva granulométrica se

10 unificaron ambas muestras. De dicho grafico podemos ver que el suelo es uniforme ya que presenta gran cantidad de partículas que se retienen en las mallas 3/8 y la #4. No se pudo determinar el límite plástico debido a que a la hora de tratar de hacer los bastoncitos con la muestra de finos, no era posible hacerlos ya que al tratar de acercarse al diámetro semejante al de la varilla estos se despedazan. Por lo tanto se concluye que este suelo era mayormente granular. A partir de esta conclusión definimos que el suelo no tiene límite plástico, ya que se sabe que lo suelos granulares no lo tienen. Pero, cabe destacar que este límite se puede correlacionar para estimar la resistencia del suelo. El limite liquido obtenido es de 27,15 y este valor se puede comparar con la humedad y determinar si el suelo esta preconsolidado.

11 8. Conclusiones El contenido de humedad de la muestra es 5,23%. Las curvas granulométricas son una propiedad característica de cada material y brindan gran información de utilidad en la clasificación. Al realizar los límites de Atterberg se obtuvo que el límite líquido es de 27,15, el material por ser granular no presenta límite plástico. Por lo tanto el índice de plasticidad correspondiente para la muestra es de 27,15. Todas las propiedades anteriores nos permite clasificar el material, el cual corresponde a una grava mal graduada. 9. Bibliografía Juárez B. E y Rico R. A. (1975). Mecánica de suelos Tomo 1: Fundamentos de la mecánica de Suelos. México: Limusa. Braja M. D. (2001). Principios de ingenieria de cimentaciones. California: International Thomson Editores.

12 10.APENDICES. Apéndice N 1: Contenido de Humedad (W) Apéndice N 2: Apendice N 3: Limite liquido (LL)

13 Apendice N 4: Clasificación según SUCS: Descartar suelo Pt Corresponde a un suelo granular ya que el porcentaje pasando la N 200<50% Es una grava ya que retenido N 4>50% retenido N 200 Limpia debido a que % pasando N 200<5% Es una grava mal graduada (GP) ya que Cu<4 y Cc<1 % de arena <15% por lo tanto: Corresponde a una Grava mal graduada

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