Mecánica de Suelos

Curso:

Geología

Tema:

Estudio de mecánica de suelos para fines de cimentación

Alumnos:

Andagua Vergara, Maricruz

Dávila Del Águila, Luigi

Espejo Velásquez, Brigham Spencer

Peña Cipriano, Deivid

Docente:

Dávila Meléndez Jorge Luis

Ciclo:

III

Clase:

28686

Lima - julio 2015

Curso de Geología: Mecánica de suelos con fines de cimentación.

E.A.P. Ingeniería Civil - UPN

1

ÍNDICE

I. Introducción ........................................................................................................... 3

Marco teórico ........................................................................................................ 4

II. Material y métodos: .............................................................................................. 8

Ensayos Estándar ................................................................................................... 8

1.- Análisis granulométrico por tamizado ........................................................... 8

2.- Contenido de humedad ............................................................................... 11

3.- Límite líquido ............................................................................................. 14

4.- Límite plástico ............................................................................................ 19

Ensayos especiales ............................................................................................... 21

5.- Ensayo corte directo ................................................................................... 21

III. Discusión ........................................................................................................... 25

IV. Conclusiones ..................................................................................................... 33

V. Agradecimiento .................................................................................................. 33

VI. Referencias Bibliográficas ................................................................................. 34



2

“ESTUDIO DE MECÁNICA DE SUELOS PARA FINES DE CIMENTACIÓN”

Autores

Luigi DÁVILA D. (367315)1, Maricruz ANDAGUA V. (371890)2, Brigham

ESPEJO V. (369600)3, Deivid PEÑA C. (376020) 4

Resumen

El presente proyecto ofrece una explicación sobre las herramientas y

metodologías implicadas en la realización de un estudio de mecánica de suelos con

fines de cimentación, aplicado a un terreno representativo, en el cual suponemos la

realización de una calicata, método de sondeo, con la posterior extracción de muestras

alteradas para la determinación de la granulometría, límite líquido, límite plástico,

índice de plasticidad y clasificación del suelo así como muestras inalteradas para el

cálculo de la humedad natural y ensayo de corte directo.

A partir de estos datos obtenidos en un laboratorio de Mecánica de suelos, puede

definirse el valor de la capacidad portante del suelo, el cual es necesario para el cálculo

estructural de la cimentación.

Palabras clave:

Estudio de suelos, capacidad portante, diseño de cimentaciones.

Abstract

1 Estudiante de Ingeniería Civil UPN, Ciclo III






3

This project provides an explanation of the tools and methodologies involved in

a study of soil mechanics foundation purposes, applied to a representative field in which

we assume the completion of a trial pit, polling method, with subsequent extraction

altered for determining granulometry, liquid limit, plastic limit, plasticity index and soil

classification and undisturbed samples for calculating the natural moisture and direct

shear test samples.

From these data obtained in a laboratory soil mechanics, you can define the

value of the bearing capacity of the soil, which is necessary for the structural design of

the foundation.

Key words:

Study of soils, bearing capacity, design of foundations.

I. Introducción

El presente proyecto dará a conocer los diferentes métodos y ensayos que se

requiere para un estudio de suelo eficiente, donde se sustentará el tipo de suelo y sus

características físicas y mecánicas. Es de gran utilidad ya que la mecánica de suelos

investiga todo lo que es con la naturaleza y el comportamiento de la masa del suelo,

formada por la unión de las partículas dispersas de variadas dimensiones y constituye

una especialidad de la geo mecánica que engloba la mecánica de las rocas con la de los

suelos formados por sustancias minerales y orgánicas, para obtener buenos resultados.



4

Marco teórico

Capacidad de carga

Es creencia algo generalizada que cualquier terreno puede sostener con eficiencia una

construcción liviana y, por tanto, no se requiere un estudio de suelos. Sin embargo, los

hechos demuestran lo contrario. Casas residenciales y otras construcciones livianas han

sido muy afectadas debido al desconocimiento de las características del subsuelo.

La capacidad de carga admisible en una cimentación es aquella que puede aplicarse sin

producir desperfectos en la estructura, teniendo un margen de seguridad dado por el

coeficiente de seguridad (F.S.)

La capacidad de carga depende:

1. Del tipo de suelo (gravas, arenas, limos, arcillas o combinaciones de ellas)

2. De las características de la cimentación y de la estructura,

3. Del coeficiente de seguridad adoptado: F.S.

4. El conocimiento de la presencia o ausencia del nivel de las aguas freáticas (NAF) es

muy importante porque cambian las condiciones de resistencia.

• Respecto a las Características de la Cimentación, estas son de 2 tipos:

A. Cimentaciones superficiales o directas

Cimentación Ciclópea

Zapata Aislada

Zapata Cuadrada

Zapata Circular

B. Cimentaciones profundas

Pilotes

A- Cimentaciones Superficiales o Directas

Son aquellas que se apoyan en las capas superficiales o poco profundas del suelo, por

tener éste suficiente capacidad portante o por tratarse de construcciones de importancia

secundaria y relativamente livianas.



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A.1- Cimentaciones ciclópeas.

Imagen: Cimentación ciclópea

Fuente: Construciviles

A.2- Zapatas.

*Zapatas Aisladas (cuadrada)

Imagen: Zapata aislada (cuadrada)

Fuente: Rentauningeniero

*Zapatas combinadas (cuadrada)

Imagen: Zapata combinada (cuadrada)

Fuente: Rentauningeniero

*Zapatas corridas (continua)



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Imagen: Zapata corrida

Fuente: El constructor civil

Fórmulas Prácticas a emplear en Obra (Utilizando las Gráficas de Terzaghi)

Para el cálculo de cimentaciones para casos prácticos utilizaremos la Teoría de

Terzaghi, obteniendo los Coeficientes Adimensionales (Nc, Nq y Nɣ) a partir de un

ángulo de fricción interna Ø, determinado por el tipo de suelo:

Zapata corrida o continua

qc = CNc + γDfNq + 12⁄ γBNγ

Zapata cuadrada

qc = 1.3CNc + γDfNq + 0.4γBNγ

Zapata circular

qc = 1.3CNc + γDfNq + 0.6γRNγ

Respecto a la capacidad de carga admisible:

qadm = qc

F. S.

Donde:



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F.S. = Factor de seguridad

Df = Profundidad de desplante

ϒ = Pesos volumétrico del suelo

C = Cohesión del suelo

B = Base o ancho de la cimentación

R = Radio (Cimentación circular)

Φ = Ángulo de fricción interna.

N.A.F. = Nivel de aguas freáticas

qc = Capacidad de carga última

qadm = Capacidad de carga admisible

Nc, Nq y N ϒ = Coeficientes adimensionales que dependen de Φ.

Imagen: Factores de capacidad de carga

Fuente: Terzaghi (1948)



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II. Material y métodos:

A continuación se expondrán los ensayos estándar y especiales requeridos para la

determinación de la capacidad portante del suelo.

Ensayos Estándar

1.- Análisis granulométrico por tamizado

1. REFERENCIA NORMATIVA

MTC E-107

ASTM D 422

AASHTO T 88

2. OBJETIVO

La determinación cuantitativa de la distribución de tamaños de partículas de

suelo.

Este ensayo describe el método para determinar los porcentajes de suelo que

pasan por los distintos tamices de la serie empleada, hasta el de 0.074 mm

(N°200).

3. APARATOS

Dos balanzas. Una con sensibilidad de 0.01g para pesar material que pase el

tamiz Nro. 4. Otro con sensibilidad 0.1 g para pesar los materiales retenidos en

el tamiz Nro. 4.

Tamices de malla cuadrada:



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Estufa. Capaz de mantener temperaturas uniformes y constantes hasta de 110±5

°C

(230 ±9 °F).

Cepillo y brocha, Para limpiar las mallas.

Envases, para el manejo y secado de las muestras.

4. MUESTRA

Según sean las características de los materiales finos de la muestra, el análisis

con tamices se hace, bien con la muestra entera, o bien con parte de ella después de

separar los finos por lavado.

Prepárese una muestra para el ensayo como se describe en la preparación de

muestras análisis granulométrico (véase MTC E 106), la cual estará constituida por dos

fracciones: una retenida sobre el tamiz Nro. 4 y otra q pase dicho tamiz. Estas fracciones

se ensayaran por separado.

Para la porción de muestra retenida en el tamiz Nro. 4 el peso dependerá del

tamaño máximo de las partículas de acuerdo con la tabla 1.



10

Para la porción que pasa el tamiz Nro. 4 será aproximadamente de 115g, para

suelos arenosos y de 65g para suelos arcillosos y limos.

5. PROCEDIMIENTO

CUARTEO DE LA MUESTRA, mezclar la muestra hasta que se encuentre

uniforme, dividir la muestra uniforme en cuatro partes iguales, tomar dos partes

extremas y opuestas de la muestra y mezclar, de esta forma reducir la muestra hasta

completar el peso requerido.

SECADO EN LA ESTUFA, el material requerido se seca en la estufa a una

temperatura constante de 110±5 °C (230 ±9 °F) por un periodo de 16 o más horas, o

hasta que llegue a peso constante.

SEPARACIÓN POR EL TAMIZ NRO. 4, una vez que el material se

encuentra seco se procede a separarlo por el tamiz hasta obtener la muestra mínima

requerida para realizar el tamizado. Con la fracción gruesa se procede al tamizado. Con

la fracción fina se realiza un cuarteo hasta obtener el peso requerido para realizar el

lavado.

LAVADO POR EL TAMIZ NRO. 200, para el lavado de la muestra se utilizan

los tamices Nro. 16 y 200 (el Tamiz Nro. 16 sirve para proteger el tamiz Nro. 200), a la

muestra separada en un recipiente se le añade agua y luego se la decanta, este proceso

se repite hasta que el agua decantada salga translucida.

SECADO EN LA ESTUFA DE LA MUESTRA LAVADA, el material

lavado se seca en la estufa a una temperatura constante de 110±5 °C (230 ±9 °F) por un

periodo de 16 o más horas, o hasta que llegue a peso constante. Luego de ello se retira



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de la estufa, se espera a que enfríe y se tamiza, anotando los pesos retenidos en cada

tamiz.

TAMIZADO DE LA MUESTRA, cada fracción de la muestra se pasa a través

de su respectivo juego de tamices, Anotando los pesos retenidos en cada tamiz, se debe

tener mucho cuidado en este proceso para no perder material.

2.- Contenido de humedad


MTC E-108

ASTM D 2216

2. OBJETIVO

Este ensayo describe el método para determinar el contenido de humedad de un

suelo

3. APARATOS

Balanza. De capacidad conveniente y con las siguientes aproximaciones: de

0.01 g para muestras de menos de 200 g de 0. 1 g para muestras de más de 200

g.


°C (230 ±9 °F).

Recipientes. Recipientes apropiados fabricados de material resistente a la

corrosión, y al cambio de peso cuando es sometido a enfriamiento o

calentamiento continuo, exposición a materiales de pH variable, y a limpieza.

Utensilios para manipulación de recipientes. Se requiere el uso de guantes,

tenazas o un sujetador apropiado para mover y manipular los recipientes

calientes después de que se hayan secado.



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Otros utensilios.- Se requiere el empleo de cuchillos, espátulas. cucharas, lona

para cuarteo, divisores de muestras, etc.

4. DEFINICIONES

La humedad o contenido de humedad de un suelo es la relación, expresada como

porcentaje, del peso de agua en una masa dada de suelo, al peso de las partículas sólidas.

5. PRINCIPIOS DEL METODO

Se determina el peso de agua eliminada, secando el suelo húmedo hasta un peso

constante en un horno controlado a 110 ± 5 °C*. El peso del suelo que permanece del

secado en horno es usado como el peso de las partículas sólidas. La pérdida de peso

debido al secado es considerado como el peso del agua.

6. MUESTRA

Las muestras serán preservadas y transportadas de acuerdo a la Norma ASTM

D-4220, Grupos de suelos B, C o D. Las muestras que se almacenen antes de ser

ensayadas se mantendrán en contenedores herméticos no corrosibles a una temperatura

entre aproximadamente 3 °C y 30 °C y en un área que prevenga el contacto directo con

la luz solar. Las muestras alteradas se almacenarán en recipientes de tal manera que se

prevenga o minimice la condensación de humedad en el interior del contenedor.

La determinación del contenido de humedad se realizará tan pronto como sea posible

después del muestreo, especialmente si se utilizan contenedores corrosibles (tales como

tubos de acero de pared delgada, latas de pintura, etc.) o bolsas plásticas.

7. ESPECIMEN DE ENSAYO

Para los contenidos de humedad que se determinen en conjunción con algún

otro método ASTM, se empleará la cantidad mínima de espécimen especificada en

dicho método si alguna fuera proporcionada.



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La cantidad mínima de espécimen de material húmedo seleccionado como

representativo de la muestra total, si no se toma la muestra total, será de acuerdo a lo

siguiente:

8. PROCEDIMIENTO

Determinar y registrar la masa de un contenedor limpio y seco (y su tapa si es

usada).

Seleccionar especímenes de ensayo representativos de acuerdo lo indicado en

anteriormente.

Colocar el espécimen de ensayo húmedo en el contenedor y, si se usa, colocar

la tapa asegurada en su posición. Determinar el peso del contenedor y material

húmedo usando una balanza (véase APARATOS) seleccionada de acuerdo al

peso del espécimen. Registrar este valor.

Remover la tapa (si se usó) y colocar el contenedor con material húmedo en el

horno. Secar el material hasta alcanzar una masa constante. Mantener el secado

en el horno a 110 ± 5 °C a menos que se especifique otra temperatura. El tiempo

requerido para obtener peso constante variará dependiendo del tipo de material,

tamaño de espécimen, tipo de horno y capacidad, y otros factores. La influencia

de estos factores generalmente puede ser establecida por un buen juicio, y

experiencia con los materiales que sean ensayados y los aparatos que sean

empleados.

Luego que el material se haya secado a peso constante, se removerá el

contenedor del horno (y se le colocará la tapa si se usó). Se permitirá el



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enfriamiento del material y del contenedor a temperatura ambiente o hasta que

el contenedor pueda ser manipulado cómodamente con las manos y la operación

del balance no se afecte por corrientes de convección y/o esté siendo calentado.

Determinar el peso del contenedor y el material secado al homo usando la

misma balanza usada en 8.3. Registrar este valor. Las tapas de los contenedores

se usarán si se presume que el espécimen está absorbiendo humedad del aire

antes de la determinación de su peso seco.

9. CALCULOS

3.- Límite líquido


MTC E-110

ASTM D 4318

AASHTO T 89

2. OBJETIVO

El límite líquido de un suelo es el contenido de humedad expresado en

porcentaje del suelo secado en el horno, cuando éste se halla en el límite entre

el estado plástico y el estado líquido.



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El valor calculado deberá aproximarse al centésimo.

3. APARATOS

Recipiente para Almacenaje. Una vasija de porcelana de 115 mm (4 ½”) de

diámetro aproximadamente.

Espátula. De hoja flexible de unos 75 a 100 mm (3" – 4”) de longitud y 20 mm

(¾") de ancho aproximadamente.

Aparato del límite líquido (o de Casagrande).

Acanalador.

Calibrador. Ya sea incorporado al ranurador o separado, de acuerdo con la

dimensión crítica "d" mostrada en la Figura 1, y puede ser, si fuere separada,

una barra de metal de 10.00 ± 0.2 mm (0.394” ± 0.008") de espesor y de 50 mm

(2") de largo, aproximadamente.

Recipientes o Pesa Filtros. De material resistente a la corrosión, y cuya masa no

cambie con repetidos calentamientos y enfriamientos. Deben tener tapas que

cierren bien, sin costuras, para evitar las pérdidas de humedad de las muestras

antes de la pesada inicial y para evitar la absorción de humedad de la atmósfera

tras el secado y antes de la pesada final.


o C (230 ±9 o F).

4. MUESTRA

Tómese una muestra que pese 150 - 200 g de una porción de material

completamente mezclado que pase el tamiz de 0.425 mm (N° 40).

5. AJUSTE DEL APARATO

Deberá inspeccionarse el aparato de límite líquido para verificar que se halle en

buenas condiciones del trabajo. El pin que conecta la taza no debe estar tan

gastado que tenga juego lateral, ni el tornillo que la conecta, hallarse tan gastado

por el largo uso. Inspecciónese, además, el acanalador para verificar que las

dimensiones límites son las indicadas en las figuras



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Se considera desgaste excesivo, cuando el diámetro del punto de contacto sobre

la base de la taza excede de 13 mm (0.5") o cuando cualquier punto sobre el

borde de la misma se ha desgastado aproximadamente en la mitad del espesor

original. Aun cuando se aprecie una ligera ranura en el centro de la taza, ésta no

es objetable. Pero si la ranura se pronuncia antes de que aparezcan otros signos

de desgaste, debe considerarse que está excesivamente gastada y deberá

reemplazarse.

Por medio del calibrador del mango del ranurador y la platina de ajuste H

(Figura 1), ajústese la altura a la cual se levanta la taza, de tal manera que el

punto que hace contacto con la base al caer esté exactamente a 1 cm (0.394")

sobre ésta. Asegúrese la platina de ajuste H, apretando los tornillos con el

calibrador, aún colocado, compruébese el ajuste girando la manija rápidamente

varias veces. Si el ajuste es correcto, un sonido de roce se oirá cuando la

excéntrica golpea contra la taza, s i se levanta del calibrador o no se oye ruido,

hágase un nuevo ajuste.

6. PROCEDIMIENTO

Colóquese la muestra de suelo en la vasija de porcelana y mézclese

completamente con 15 a 20 ml de agua destilada, agitándola, amasándola y

tajándola con una espátula en forma alternada y repetida. Realizar más adiciones

de agua en incrementos de 1 a 3 ml. Mézclese completamente cada incremento

de agua con el suelo como se ha descrito previamente, antes de cualquier nueva

adición.

Algunos suelos son lentos para absorber agua, por lo cual es posible que se

adicionen los incrementos de agua tan rápidamente que se obtenga un límite



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líquido falso. Esto puede evitarse mezclando más y durante un mayor tiempo,

(1 hora aproximadamente).

Cuando haya sido mezclada suficiente agua completamente con el suelo y la

consistencia producida requiera de 30 a 35 golpes de la cazuela de bronce para

que se ocasione el cierre, colóquese una porción de la mezcla en la cazuela sobre

el sitio en que ésta reposa en la base, y comprímasela hacia abajo, extiéndase el

suelo hasta obtener la posición mostrada en la Figura 3 (con tan pocas pasadas

de la espátula como sea posible), teniendo cuidado de evitar la inclusión de

burbujas de aire dentro de la masa. Nivélese el suelo con la espátula y al mismo

tiempo emparéjeselo hasta conseguir una profundidad de 1 cm en el punto de

espesor máximo. Regrésese el exceso de suelo a la Vasija de porcelana.

Divídase el suelo en la taza de bronce por pasadas firmes del acanalador a lo

largo del diámetro y a través de la línea central de la masa del suelo de modo

que se forme una ranura limpia y de dimensiones apropiadas. Para evitar

rasgaduras en los lados de la ranura o escurrimientos de la pasta del suelo a la

cazuela de bronce, se permite hacer hasta 6 pasadas de adelante hacia atrás o de

atrás hacia adelante, contando cada recorrido como una pasada; con cada pasada

el acanalador debe penetrar un poco más profundo hasta que la última pasada

de atrás hacia adelante limpie el fondo de la cazuela. Hágase una ranura con el

menor número de pasadas posible.

Elévese y golpéese la taza de bronce girando la manija F, a una velocidad de 1,9

a 2,1 golpes por segundo, hasta que las dos mitades de la pasta de suelo se

pongan en contacto en el fondo de la ranura, a lo largo de una distancia de cerca

de 13 mm (0.5"). Anótese el número de golpes requeridos para cerrar la ranura.

En lugar de fluir sobre la superficie de la taza algunos suelos tienden a

deslizarse. Cuando esto ocurra, deberá a agregarse más agua a la muestra y

mezclarse de nuevo, se hará la ranura con el acanalador y se repetirá el Punto



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anterior; si el suelo sigue deslizándose sobre la taza de bronce a un número de

golpes inferior a 25, no es aplicable este ensayo y deberá indicarse que el límite

líquido no se puede determinar.

Sáquese una tajada de suelo aproximadamente del ancho de la espátula,

tomándola de uno y otro lado y en ángulo recto con la ranura e incluyendo la

porción de ésta en la cual se hizo contacto, y colóquese en un recipiente

adecuado.

Transfiérase el suelo sobrante en la taza de bronce a la cápsula de porcelana.

Lávese y séquese la taza de bronce y el ranurador y ármese de nuevo el aparato

del límite líquido para repetir el ensayo.

Repítase la operación anterior por lo menos en dos ensayos adicionales, con el

suelo restante en la vasija de porcelana, al que se le ha agregado agua suficiente

para ponerlo en un estado de mayor fluidez. El objeto de este procedimiento es

obtener muestras de tal consistencia que al menos una de las determinaciones

del número de golpes requeridos para cerrar la ranura del suelo se halle en cada

uno de los siguientes intervalos: 25-35; 20-30; 15-25. De esta manera, el alcance

de las 3 determinaciones debe ser de 10 golpes.

7. CALCULOS

Calcúlese el contenido de humedad del suelo, expresándolo como porcentaje del

peso del suelo secado en el horno como sigue:

Calcúlese el porcentaje de humedad, con aproximación a un entero.

Preparación de la curva de fluidez. Trácese una, "curva de fluidez" que

represente la relación entre el contenido de humedad y el correspondiente número de

golpes de la taza de bronce, en un gráfico de papel semilogarítmico. Con el contenido

de humedad como ordenada sobre la escala aritmética, y el número de golpes como



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Abscisa sobre la escala logarítmica. La curva de flujo es una línea recta promedia, que

pasa tan cerca como sea posible a través de los tres o más puntos dibujados.

Límite líquido. Tómese el contenido de humedad correspondiente a la

intersección de la curva de flujo con la ordenada de 25 golpes como límite líquido del

suelo y aproxímese este valor a un número entero.

4.- Límite plástico


MTC E-111

ASTM D 4318

AASHTO T 90

2. OBJETIVO

Es la determinación en el laboratorio del límite plástico de un suelo y el cálculo

del índice de plasticidad (I.P.) si se conoce el límite líquido (L.L.) del mismo

suelo.

Se denomina límite plástico (L.P.) a la humedad más baja con la que pueden

formarse barritas de suelo de unos 3,2 mm (1/8") de diámetro, rodando dicho

suelo entre la palma de la mano y una superficie lisa (vidrio esmerilado), sin

que dichas barritas se desmoronen

3. APARATOS

Recipiente para Almacenaje. Una vasija de porcelana de 115 mm (4 ½”) de

diámetro aproximadamente.

Espátula. De hoja flexible de unos 75 a 100 mm (3" – 4”) de longitud y 20 mm

(¾") de ancho aproximadamente.

Recipientes o Pesa Filtros. De material resistente a la corrosión, y cuya masa no

cambie con repetidos calentamientos y enfriamientos. Deben tener tapas que

cierren bien, sin costuras, para evitar las pérdidas de humedad de las muestras

antes de la pesada inicial y para evitar la absorción de humedad de la atmósfera

tras el secado y antes de la pesada final.



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°C (230 ±9 °F).

Balanza, con aproximación a 0.1 g.

Tamiz, Nro. 40.

Superficie de rodadura. Comúnmente se utiliza un vidrio grueso esmerilado.

4. MUESTRA

Tómese una muestra que pese 20 g aprox. de una porción de material

completamente mezclado que pase el tamiz de 0.425 mm (N° 40).

5. PROCEDIMIENTO

Se moldea la mitad de la muestra en forma de elipsoide y, a continuación, se

rueda con los dedos de la mano sobre una superficie lisa, con la presión

estrictamente necesaria para formar cilindros.

Si antes de llegar el cilindro a un diámetro de unos 3.2 mm (1/8") no se ha

desmoronado, se vuelve a hacer una elipsoide y a repetir el proceso, cuantas

veces sea necesario, hasta que se desmorone aproximadamente con dicho

diámetro.

El desmoronamiento puede manifestarse de modo distinto, en los diversos tipos

de suelo:

En suelos muy plásticos, el cilindro queda dividido en trozos de unos 6 mm de

longitud, mientras que en suelos plásticos los trozos son más pequeños.

La porción así obtenida se coloca en vidrios de reloj o pesa-filtros tarados, se

continúa el proceso hasta reunir unos 6 g de suelo y se determina la humedad

de acuerdo a la guía de Determinación del contenido de humedad.

Se repite, con la otra mitad de la masa, el proceso indicado

6. CALCULOS

Calcúlese el contenido de humedad del suelo, expresándolo como porcentaje del

peso del suelo secado en el horno como sigue:



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Calcúlese el porcentaje de humedad, con aproximación a un entero.

Cálculo del Índice de Plasticidad

Se puede definir el índice de plasticidad de un suelo como la diferencia entre su

límite líquido y su límite plástico.

I.P = L.L – L.P.

Donde:

L.L. = Límite Líquido

P.L. = Límite Plástico

L.L. y L.P., son números enteros

Cuando el límite líquido o el límite plástico no puedan determinarse, el índice

de plasticidad se informará con la abreviatura NP (no plástico).

Así mismo, cuando el límite plástico resulte igual o mayor que el límite

líquido, el índice de plasticidad se informará como NP (no plástico).

Ensayos especiales

5.- Ensayo corte directo


ASTM D-3080

AASHTO T 236

MTC E 123



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2. OBJETIVOS

Es la de determinar la resistencia de una muestra de suelo, sometidas a fatigas

y/o deformaciones que simulen las que existen o existirán en terreno producto

de la aplicación de una carga.

3. APARATOS

Máquina de corte directo, capaz de sujetar la probeta entre dos piedras porosas,

medir las cargas normales, medir cambios de espesor, medir desplazamientos

y permitir el drenaje a través de las piedras porosas.

Cajas de corte, normalmente son cuadradas de 10 o 6 cm. de lado, o bien

cilíndricas de 6, 10 ó 16 cm. de diámetro, con sus respectivas piedras porosas.

Dos balanzas, una de 0,1 gr. de precisión; la otra de 0,01 gr.

Deformímetros o diales. Deben ser adecuados para medir los cambios en el

espesor de la muestra con una sensibilidad de 0.002 mm (0.0001") y la

deformación con sensibilidad de 0.02 mm (0.001").

Horno de secado con circulación de aire y temperatura regulable capaz de

mantenerse en 110º ± 5º C.

Recipientes para muestras de humedad.

Equipo para el remoldeo o compactación de probetas.

Herramientas y accesorios. Agua destilada, espátulas, cuchillas enrasador,

cronómetro, regla metálica, recipientes para determinar humedad, grasa.

4. MUESTRA



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Si se usa una muestra inalterada, debe ser suficientemente grande para proveer

un mínimo de tres muestras idénticas. La preparación de la muestra debe efectuarse de

tal manera que la pérdida de humedad sea insignificante.

El diámetro mínimo de las muestras circulares o el ancho mínimo para

muestras rectangulares debe ser alrededor de 50 mm (2"). Para minimizar las

alteraciones causadas por el muestreo, el diámetro de las muestras obtenidas de tubos

sacamuestras debe ser, por lo menos, 5 mm (1/5") menor que el diámetro del tubo.

El espesor mínimo de la muestra de ensayo, debe ser alrededor de 12 mm (½ "),

pero no menor de un sexto el tamaño máximo de las partículas del suelo. • La relación

mínima diámetro/espesor o ancho/espesor, según la muestra, debe ser 2:1.

5. PROCEDIMIENTO

Se ensambla la caja de corte con los marcos alineados y se bloquea. Se aplica

una capa de grasa entre los marcos para lograr impermeabilidad durante la

consolidación y reducir la fricción durante el corte.

Se introduce la muestra de ensayo con sumo cuidado. Se conecta el dispositivo

de carga y se ajusta el dial para medir tanto la deformación durante el corte,

como el cambio del espesor de la muestra y luego se determina el espesor

inicial. La costumbre de humedecer las piedras porosas antes de la colocación

y aplicación de la fuerza normal sobre las muestras, dependerá del tipo de

problema en estudio. Para muestras inalteradas obtenidas bajo el nivel freático,

deben humedecerse las piedras.

Para suelos expansivos se debe efectuar el humedecimiento después de la

aplicación de la fuerza normal, para evitar expansiones que no son

representativas de las condiciones de campo.

Se debe permitir una consolidación inicial de la muestra bajo una fuerza

normal adecuada. Después de aplicar la fuerza normal predeterminada, se llena

el depósito de agua hasta un nivel por encima de la muestra, permitiendo el

drenaje y una nueva consolidación de la misma. El nivel del agua se debe



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mantener durante la consolidación y en las fases siguientes de corte de tal

manera que la muestra esté saturada en todo momento.

La fuerza normal que se aplique a cada una de las muestras depende de la

información requerida. Un solo incremento de ella puede ser apropiado para

suelos relativamente firmes. Para los demás suelos pueden ser necesarios

varios incrementos con el objeto de prevenir el daño de la muestra. El primer

incremento dependerá de la resistencia y de la sensibilidad del suelo. En

general, esta fuerza no debe ser tan grande que haga fluir el material

constitutivo de la muestra por fuera del dispositivo de corte.

Durante el proceso de la consolidación deben registrarse las lecturas de

deformación normal, en tiempos apropiados, antes de aplicar un nuevo

incremento de la fuerza.

Cada incremento de la fuerza normal debe durar hasta que se complete la

consolidación primaria. El incremento final debe completar la fuerza normal

especificada.

Se representan gráficamente las lecturas de la deformación normal contra el

tiempo.

Corte de la muestra. Luego de terminada la consolidación se deben soltar los

marcos separándolos aproximadamente 0.25 mm (0.01"), para permitir el corte

de la muestra.

Se debe aplicar la fuerza de corte lentamente para permitir la disipación

completa del exceso de presión de poros.

Se continúa el ensayo hasta que el esfuerzo de corte sea constante, o hasta que

se logre una deformación del 10 % del diámetro o de la longitud original.

En el ensayo con control de esfuerzos, se comienza con incrementos de la

fuerza de corte de aproximadamente un 10 % de la máxima estimada. Antes

de aplicar un nuevo incremento, se permitirá por lo menos un 95 % de

consolidación bajo el incremento anterior

Cuando se ha aplicado del 50 % al 70 % de la fuerza de falla estimada, los

nuevos incrementos serán de la mitad del valor de los aplicados hasta ese

momento, o sea el 5 % de la máxima fuerza de corte.



25

En la proximidad de la falla, los incrementos de la fuerza pueden ser iguales a

un cuarto del incremento inicial (2.5 % de la fuerza normal de corte estimada).

Se debe llevar registro de la fuerza de corte aplicada y la deformación normal

y de corte para intervalos convenientes de tiempo. Con preferencia, el

incremento de la fuerza de corte debe ser continuo.

Terminado el ensayo, se remueve la muestra completa de la caja de corte, se seca

en la estufa y se determina el peso de los sólidos.

6. CALCULOS Y GRAFICAS

Se grafican en escala natural las curvas de deformación, donde la ordenada

será la deformación horizontal y la abscisa el tiempo necesario de las distintas probetas.

Se obtiene la máxima deformación horizontal. Con los valores de carga vertical y

tangencial se calcula la tensión tangencial y la tensión normal.

Gráficamente se pueden obtener el esfuerzo cortante (τ) y el esfuerzo normal

(σ n), mediante las siguientes expresiones:

Donde:

Pv = carga vertical aplicada (kgs.)

Ph = carga horizontal aplicada (kgs.)

A = área nominal de la muestra (cm 2)

Con los datos de τ y σ n de cada una de las probetas, se traza la recta intrínseca

y de ella se obtiene c y φ, donde c es la ordenada de la recta hasta el eje de las abscisas

y φ el ángulo que forma la horizontal con la recta intrínseca.

III. Discusión

A continuación se presentarán ejemplos para la determinación de los parámetros de

suelos en base a ensayos, así como el ejemplo de cálculo de la capacidad portante en

función de las características del suelo y tipo de cimentación:

τ = Ph / A (kgs/cm 2)

σ = Pv / A (kgs/cm 2)



26

Análisis granulométrico por tamizado

Realizar en el análisis granulométrico de una muestra de 2245.73 gr. de suelo.

Determinar el tipo de suelo al que pertenece. El sistema de clasificación de suelo usado

para este ensayo es el SUCS.

Tamices ASTM Retenido Pasa en muestra total

Desig. mm Parcial (gr) Total (gr) Total (gr) Porcentaje

4" 101.6 0 0 2079.4 100.00

3" 76.2 0 0 2079.4 100.00

2,5" 63.5 0 0 2079.4 100.00

2" 50.8 0 0 2079.4 100.00

1,5" 38.1 91.28 91.28 1988.2 95.61

1" 25.4 35.9 35.9 1952.3 93.88

3/4" 19.1 33.15 33.15 1919.1 92.29

1/2" 12.7 5.16 10.03 1909.1 91.81

3/8" 9.52 2.4 4.67 1904.4 91.58

1/4" 6.35 9.42 18.31 1886.1 90.70

Nº4 4.75 16.46 32.00 1854.1 89.16

Nº10 2 102.53 199.32 1654.8 79.58

Nº30 0.59 0.42 14.87 1639.9 78.86

Nº40 0.72 5.06 179.20 1460.7 70.25

Nº70 0.21 5.87 207.88 1252.8 60.25

Nº200 0.074 4.36 154.41 1098.4 52.82

Total 0.00 0.00 1098.4 52.82

Curva de distribución granulométrica



27

Resultados

% GRAVA > 2 mm 20.42

% Grava gruesa (63 - 20 mm) 7.71

% Grava media (20 - 6,3 mm) 1.59

% Grava fina (6,3 - 2 mm) 11.12

% ARENA 2 - 0,08 mm 26.76

% Arena gruesa (2 - 0,63 mm) 0.72

% Arena media (0,63 - 0,2 mm) 18.61

% Arena fina (0,2 - 0,08 mm) 7.43

% FINOS < 0,08 mm 52.82

Contenido de humedad

Determinar el contenido de humedad de un suelo, a partir de los datos mostrados en el

siguiente cuadro.

1 Peso del frasco + peso del suelo húmedo 36.91 (g)

2 Peso del frasco + peso del suelo seco 34.61 (g)

100.

0

95.6

93.992

.3

91.8

91.6

90.7

89.2

79.6

78.9

70.2

60.2

52.8

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.010.1110100

% q

ue

pas

a

Diámetro de las partículas (mm)



28

3 Peso del agua contenida 2.30 (g)

4 Peso del frasco 24.23 (g)

5 Peso del suelo seco 10.38 (g)

Solución

W1 = 36.91 (g)

W2 = 34.61 (g)

Wt = 24.23 (g)

Reemplazando en la fórmula:

W =W1 − W2

W2 − Wt× 100

Límite líquido

Frascos

N° de golpes 15 20 30

Peso tara (g) 23.55 24.23 24.15

Peso tara + suelo húmedo (g) 36.16 36.91 36.79

Peso tara + suelo seco (g) 33.71 34.61 34.67

Peso de agua (g) 2.45 2.3 2.12

Peso suelo seco (g) 10.16 10.38 10.52

Contenido de Humedad % 24% 22% 20%

Gráfica límite líquido

W =36.91 − 34.61

34.61 − 24.23× 100

W =2.30

10.38× 100

W =22.16%



29

De acuerdo a la gráfica anterior, vemos que a los 25 golpes, obtendremos el límite

líquido o la humedad necesaria para que el suelo pase de un estado plástico a líquido.

Límite líquido = 21.17%

Limite plástico

Frascos

Peso tara (g) 25.14 24.2

Peso tara + suelo húmedo (g) 28.25 27.62

Peso tara + suelo seco (g) 27.77 27.09

Peso de agua (g) 0.48 0.53

Peso suelo seco (g) 2.63 2.89

Contenido de Humedad % 18.25 18.34

Limite plástico = 18.3%

y = -0.0026x + 0.2767

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

0 5 10 15 20 25 30 35

Co

nte

nid

o d

e H

um

ed

ad

N° de golpes

límite líquido



30

Índice de plasticidad

L. L = 21.17%

L. P = 18.3%


I. P = L. L − L. P

I. P = 21.17 − 18.3

I. P = 2.87%

Ensayo corte directo

En una caja de corte directo que tiene 36 cm2 de área se observaron los siguientes

valores durante los ensayos de una muestra de arcilla arenosa inalterada.

CARGA HORIZONTAL APLICADA (Kg)

CARGA VERTICAL APLICADA (Kg)

9 12.5

18 15.5

27 18.5

36 22.5

45 25.5

Determinar:

La cohesión (c)

Ángulo de rozamiento interno (φ)

Se utilizará la fórmula:

Pv = carga vertical aplicada (kgs.)

Ph = carga horizontal aplicada (kgs.)

A = área nominal de la muestra (cm 2)

CARGA HORIZONTAL APLICADA (Kg)

CARGA VERTICAL APLICADA (Kg)

τ σ

9 12.5 0.25 0.3472

18 15.5 0.5 0.4306

27 18.5 0.75 0.5139

τ = Ph / A (kgs/cm 2)

σ = Pv / A (kgs/cm 2)



31

36 22.5 1 0.625

45 25.5 1.25 0.7083

Gráfico Esfuerzo normal vs Esfuerzo de corte

Del gráfico de obtiene lo siguiente:

ϕ= 20.14°

c = 0.25

Capacidad portante

Calcule la capacidad de la carga admisible para una zapata continua de 2m de ancho

que se desplantara a 2.2 m de profundidad en un suelo con 1.4 tn/m3 de peso

volumétrico en estado natural y con parámetros de resistencia de C= 2 tn/m2 y ø=25º,

el nivel de aguas freáticas está a 4.5 m de profundidad, considerándose un factor de

seguridad de 3.

Solución

Df: 2.2m

ɣ: 1.4 ton/m3

C: 2 ton/m2

B: 2m

Ø: 25º

y = 0.3667x + 0.25

0.0000

0.1000

0.2000

0.3000

0.4000

0.5000

0.6000

0.7000

0.8000

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4

Esfu

erz

o c

ort

ante

(Kg/

cm2)

Esfuerzo normal (Kg/cm2)

Esfuerzo normal vs Esfuerzo de corte



32

NAF: 4.5m

Se utilizará la fórmula:

qc = CNc + γDrNq + 12⁄ γBNγ

Se hallan los coeficientes adimensionales en función del ángulo de fricción interna:

Los valores obtenidos son:

Nc = 24

Nq = 12.5

N ϒ = 10


qc = 2 ∗ 24 + 1.4 ∗ 2.2 ∗ 12.5 + 12⁄ ∗ 1.4 ∗ 10 ∗ 2

Obteniendo 𝐪𝐜 = 100.5 ton/m2



33

Aplicando factor de seguridad se obtiene carga admisible:

qadm = qc

F.S.=

100.5

3 = 33.5 ton/m2

IV. Conclusiones

- La realización de los ensayos de mecánica de suelos es materia obligatoria en el

determinación del cálculo de la capacidad portante, debido a que ofrece carácterísticas

ensayables más allá de la percepción visual, permitiendo establecer un juicio de valor

sobre la resistencia de suelo con mayor confiabilidad. No obstante, se ha podido

determinar también que existe una relación entre la capacidad portante del suelo y el

tipo de cimentación a aplicar.

- Esto implica que el diseño está sujeto también al criterio del calculista y vinculado

con los requerimiento propios de diseño de la edificación a cimentar.

- Realizando un análisis comparativo se ha hallado también que en situaciones la zapata

cuadrada está asociada a una mayor capacidad portante del suelo que una zapata

corrida.

- El cálculo de la capacidad portante por las fórmulas de Terzaghi ofrece un

procedimiento confiable y sencillo de realizar.

- Para la estratigragía del suelo se recomiento contar con los puntos de sondeo

(calicatas) necesarios en el terreno para poder definir un perfil adecuado de toda el área

que será influienciada por la edificación a cimentar.

V. Agradecimiento

- Los autores del presente agradecen a la Universidad Privada del Norte por contribuir

exitosamente en su formación mediante la incursión en proyectos tales como el

desarrollo del emprendimiento, la creatividad, y el aporte a la sociedad, incentivando a

sus estudiantes en la formulación de proyectos de investigación como este.



34

VI. Referencias Bibliográficas

• PEREZ V., Juan. Conceptos Generales de la mecánica de suelos [en línea]. [La

Coruña, España]. [Fecha de consulta: 08 de julio de 2015]. Disponible en Web:

http://www.udc.es/dep/dtcon/estructuras/ETSAC/Profesores/valcarcel/MaterMRHE-

0809/1a-Mecanica%20Suelo.pdf

• HERRERA R., Fernando. Cimentaciones Superficiales [en línea]. [Madrid,

España]. [Fecha de consulta: 08 de julio de 2015]. Disponible en Web:

http://www.geotecnia2000.com/files/publicaciones/Capacidad%20Portante%20del%2

0Terreno.pdf

• Grupo de Geotecnia de la Facultad de Minas de la UNALMED. Ensayo de corte

directo [en línea]. [Medellín, Colombia]. [Fecha de consulta: 08 de julio de 2015].

Disponible en Web: http://www.unalmed.edu.co/~geotecni/GG-24.pdf

• Constructor Civil. Zapatas Corridas de Concreto armado [en línea]. [Fecha de

consulta: 08 de Julio de 2015] .Disponible en:

http://www.elconstructorcivil.com/2012/05/zapatas-corridas-de-concreto-armado.html

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Mecánica de Suelos

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