Captulo I INTRODUCCIN.

En la poca actual, la construccin de todo tipo de obras civiles demanda un buen control de calidad en todas sus etapas, tanto de diseo como de construccin, lo que implica el conocimiento de las propiedades y del comportamiento de los distintos materiales

involucrados, entre los cuales se encuentra el suelo. Los suelos son el material de construccin ms antiguo y complejo, debido a su gran diversidad y a sus caractersticas mecnicas, las cuales se ven afectadas directamente por factores externos, presentes en el lugar donde se localizan. Es responsabilidad del ingeniero civil, el estudio de dicho comportamiento as como la interaccin del suelo con cualquier tipo de estructura. La mecnica de suelos, es la ciencia mediante la cual se integran de forma sistemtica y organizada los estudios que nos permiten obtener datos firmes y confiables del suelo. Estos datos proveen al ingeniero civil una concepcin razonablemente exacta de las propiedades fsicas del suelo, para ser consideradas en las distintas etapas de un proyecto (Sowers,1979). El laboratorio de mecnica de suelos, es el medio mediante el cual se obtendrn este conjunto de datos. En una primera fase se lleva acabo la clasificacin, la cual nos ayudara a definir el problema que se presenta, y a partir de la cual se determinaran las pruebas requeridas para determinar las caractersticas de deformacin y resistencia a los esfuerzos del suelo.

1.1

Justificacin

El proyecto productivo San Bernardino Tlaxcalancingo, tiene como objeto beneficiar a 117 familias productoras de nopal en dicha comunidad, aportando tecnologa para la produccin y el procesamiento de nopal, para su posterior comercializacin en el mercado nacional y

1

extranjero. Dicho proyecto fue liderado en su diseo e implementacin por la Universidad de las Amricas, Puebla, a travs del Centro de Desarrollo Regional, dirigido por la doctora Olga Lazcano. El financiamiento se dio a travs de le Secretara de Economa, mediante el

Fideicomiso de Fomento a las Pequeas y Medianas Empresas (PYMES) , la Secretara de Desarrollo Econmico del estado de Puebla y el Municipio de San Andrs Cholula. Los Remedios, es una planta industrial, dedicacado al procesamiento y embasado de distintos productos de nopal, perteneciente a la Sociedad de Productores de Nopal de San Bernardino Tlaxcalancingo, el complejo constar de tres naves, actualmente ya se encuentra trabajando la primera desde noviembre del 2004. En la primera nave se llevaron acabo dos estudios de mecnica de suelos. El primero de manera preeliminar y que proporcion los datos necesarios, para el diseo de la cimentacin y de la estructura del edificio. El segundo, se ejecuto una vez concluida la construccin del inmueble, y ante la necesidad de explicar una serie de daos presentes en el edificio de fallas estructurales, que preocuparon a los encargados de la operacin de la planta. Ambos estudios arrojan resultados discrepantes tanto en la clasificacin, como en la descripcin del comportamiento de los estratos, situacin que llev a cuestionar, la eficiencia del diseo as como la calidad de la construccin del inmueble. Debido a esta situacin, el Centro de Desarrollo Regional, solicit la realizacin de un tercer estudio, que permitiera hacer un anlisis comparativo de los dos estudios previos, y formular una opinin en cuanto a la pertinencia de los mismos. Por ello necesario realizar un estudio de mecnica de suelos que proporcione datos confiables, que pudieran dar soporte a alguno de los estudios previamente realizados y constituyan una herramienta certera, que permita disear con seguridad futuros proyectos en la zona, como lo es, segunda planta del complejo, la cual se tiene intenciones de construir en un corto plazo y que ser colindante y perpendicular a la ya existente.

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Figura 1.1 Planta procesadora de nopal Los Remedios, San Bernardino Tlaxcalancingo.

1.2 Objetivo General El objetivo de este trabajo es el realizar un estudio de mecnica de suelos, que nos proporcione datos suficientes para realizar un anlisis comparativo entre los estudios realizados previamente, y eventualmente validar alguno de ellos. Asimismo proporcionar un estudio confiable para el proyecto de una segunda planta, que se ubicara en el terreno aledao a la ya existente.

1.3 Descripcin del Problema En el sitio donde actualmente se encuentra la planta procesadora de nopal, se realizaron dos estudios de mecnica de suelos, el primero realizado antes de la construccin, este estudio permitira conocer las caractersticas del suelo en el lugar y estimar su capacidad de carga para proponer el tipo de cimentacin ms adecuada y la profundidad de desplante. Dicho estudio fue realizado por la empresa Asesora Tcnica (ATEC). Una vez concluida la construccin de la nave industrial y estando en operacin la planta se presentaron problemas de asentamientos, por lo que se realizo un segundo estudio cuyo objeto fue verificar los parmetros obtenidos en el primero, explicar la presencia de hundimientos

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diferenciales entre las losas de concreto que conformaban el sistema de piso de la planta, y el hundimiento de columnas en las oficinas de la planta. Este estudio fue realizado por la empresa ROCCA consultores.

Figura 1.2. Daos presentes en la planta procesadora de nopal.

Al revisar ambos estudios, as como la bitcora de obra, la cual fue elaborada por personal del Centro de Desarrollo Regional, y que representa el nico registro de la construccin de la planta, pudimos observar los siguientes puntos de discrepancia, que a su vez definieron el rumbo de nuestro proyecto.

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1)

Los dos sondeos realizados por ambos estudios, muestran variacin en cuanto al

nmero de estratos y el espesor de los mismos. 2) La clasificacin de dichos estratos vara en los dos estudios, principalmente la

referente al estrato 3. 3) La clasificacin del estrato 3 es el principal punto de discrepancia entre ambos

estudios. Principalmente en lo referente a su capacidad resistente y su potencial expansivo. 4) El diagnostico emitido por el estudio 2, responsabiliza de los daos observados en la

nave, a la mala calidad del estrato 2 presente en el subsuelo de la planta, y su efecto sobre la construccin. 5) Al estudiar el procedimiento constructivo de la nave, mediante la bitcora, observamos

deficiencias, en la construccin del terrapln, al no asegurar la calidad en la compactacin del mismo, y no recubrir los taludes para evitar su erosin. Esta situacin que pudo influir en el comportamiento de la estructura. Sin embargo estas observaciones, quedaron fuera de nuestro estudio.

1.4 Objetivos Especficos. Despus de observar los anteriores puntos de manera general, establecimos los siguientes objetivos especficos de nuestro proyecto:

1)

Realizar el estudio de mecnica de suelos, en un terreno aledao a la planta

procesadora de nopal. El cual nos permita identificar plenamente los diferentes estratos, tanto en su estructura en el subsuelo como su correcta clasificacin. 2) Estudiar especficamente los estratos localizados entre los 0.9 y 2.2m de

profundidad, determinar nuevamente las caractersticas mecnicas descritas en los dos estudios.

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3)

Realizar un anlisis comparativo de nuestros resultados, con los obtenidos por ambos

estudios, y proporcionar respaldo para poder validar los resultados obtenidos por alguno de ellos. 4) En funcin a los resultados obtenidos, emitir un juicio fundamentado a cerca del

origen de los daos presentados en el inmueble.

De acuerdo a lo establecido en los prrafos anteriores este trabajo estar organizado de la siguiente manera.

Capitulo I. Capitulo introductorio, en donde se hace planteamiento del problema y se explica la

justificacin del proyecto, planteando los objetivos generales y especficos del proyecto, y mostrando la secuencia que tendr este trabajo.

Capitulo II En este capitulo se hace un anlisis comparativo de los estudios previos que, constituyen los antecedentes de este proyecto, se analiza punto por punto el contenido de cada estudio y se comparan los resultados. Los puntos descritos en este capitulo definen la metodologa del estudio de mecnica de suelos.

Capitulo III Estudio de mecnica de suelos, se llevan acabo las pruebas de campo y de laboratorio, as como el clculo de los distintos parmetros que llevaran finalmente a integrar los resultados del estudio, en base a mtodos estandarizados.

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Capitulo IV En este capitulo se hace la interpretacin de todos los clculo numricos, as como de las observaciones empricas, obtenidos en el capitulo III, se presentan los resultados de

estructurada de tal forma que la comparacin de resultados se haga de manera gil y ordenada.

Capitulo V Este capitulo constituye el anlisis comparativo entre nuestros resultados y los obtenidos en los estudios anteriores, estableciendo los puntos de concordancia y discrepancia con cada uno de ellos, validando as los resultados obtenidos por cada estudio.

Capitulo VI En este capitulo se da una conclusin acerca del origen de los daos presentes en el inmueble, y se hacen recomendaciones acerca del comportamiento del material presente en el sitio.

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Captulo II ANLISIS DE LOS ESTUDIOS PREVIOS.

Como ya mencionamos, se llevaron dos estudios en la planta procesadora de nopal, El primero de manera preeliminar, realizado por la empresa ATEC y al cual nos referiremos en lo posterior como estudio 1 y el realizado despus de concluida la obra, y estando la planta en funcionamiento, Este estudio lo realiz la empresa ROCCA Consultores y no al cual nos referiremos como estudio 2.

2.1 Estratigrafa. Los perfiles estratigrficos de ambos estudios, son diferentes tanto en el tipo de suelo, como en el nmero de estratos y su espesor, como en su clasificacin. A continuacin mostraremos . Los sondeos del primer estudio, se llevaron acabo mediante penetracin estndar, hasta una profundidad de 12m, ambos sondeos detectan distinto nmero de estratos, as como su espesor, como se muestra en la figura 2.1. El estudio considera que los estratos mas representativos son los localizados entre los 2 y los 9 metros. Dichos estratos fueron clasificados de acuerdo al sistema unificado de clasificacin de suelos (SUCS), ambos estratos fueron clasificados como arcilla de alta compresibilidad CL.

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Figura 2.1. Estratigrafa sondeo 1, ATEC.

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Figura 2.2. Estratigrafa sondeo 2, ATEC.

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El primer estrato, como ya mencionamos se clasifico como CL, arcilla de baja compresibilidad, descrita como una arcilla de color gris-claro verdoso de consistencia firme, resistente y prcticamente indeformable para las solicitaciones del proyecto. Dicho estrato se extiende desde los 2m hasta los 4m, segn el perfil de la figura 2.2. Aunque ellos mencionan que slo tiene 50cm de espesor. El siguiente estrato se extiende desde los 4m hasta los 9 y 11m, segn el perfil, sin embargo, su reporte lo define como de 2.5m de espesor en promedio. Este estrato se clasifica igualmente como CL, arcilla de baja compresibilidad, y se describe como una arcilla arenosa, color caf-claro de consistencia firme. Aparentemente el estrato superior, de espesor menor se clasific como un ML, limo de baja compresibilidad, y se describe como un limo arenoso de color gris oscuro, este estrato se extiende desde los 0m hasta 2m aproximadamente. Los datos correspondientes a la plasticidad, distribucin granulomtrica y otras propiedades necesarias para su clasificacin, estn disponibles solamente para los primeros estratos mencionados. El estudio 2, llev acabo su sondeo mediante 2 barrenos directos semiprofundos, hasta 3m de profundidad, con tubo Denison y Shelby, en el interior de la planta. Y mediante un pozo a cielo abierto de 2m de profundidad en el exterior. Estos sondeos detectaron hasta su mxima profundidad, tres estratos distintos como se muestra en la figura 2.3.

De acuerdo con lo mostrado en este estudio, el espesor de los estratos es aparentemente constante y se clasific de la siguiente manera.

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El primer estrato, se extiende de 0m hasta los 0.9m de profundidad, Lo clasifica como ML, limo de baja compresibilidad, y lo describe como un limo arenoso y sirve como tierra de labor.

CAPA VEGETAL

N.T.N.

0.9m DE LIMO ARENOSO (ml) INORGANICO GRIS CLARO (MATERIAL INERTE)

2m 0.8M DE ARCILLA EXPANSIVA (CH) DE COLOR NEGRO-GRIS OSCURO (BUFAMIENTO AL SATURARSE)

0.3M DE ARENA ARCILLOSA (SC) DE COLOR CAFE CLARO A GRIS (TEPETATE SANO RESISTENTE)

Figura 2.3. Sondeo, pozo a cielo abierto, ROCCA.

El segundo estrato, se extiende desde 0.9m hasta 1.7m. Lo clasifica como CH, arcilla de alta compresibilidad, y la describe como una arcilla de color gris oscuro y negro, altamente expansiva.

El tercer estrato se extiende desde 1.7m hasta 3.0m de profundidad. Lo clasifica como SC, arena arcillosa, y la describe como una arena arcillosa de color cafclaro, terreno sano.

Todos lo parmetros que llevaron a dicha clasificacin se encuentran disponibles en el documento anexo. El perfil estratigrfico del estudio 2 se muestra en la figura 2.4.

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Figura 2.4. Estratigrafia, ROCCA

De acuerdo a las profundidades descritas en ambos estudios los estratos que presentan mayores diferencias en cuanto a su clasificacin y en cuanto a la prediccin de su comportamiento son los estratos referencia localizados entre 1.5m y 3m, (tomando como

el sondeo ms superficial), siendo especialmente contradictorio el

diagnostico del segundo estrato, que es el material localizado entre 1.5m y 2.3m.

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Dicho estrato, es el principal punto de desacuerdo entre ambos estudios, el estudio1 lo define como firme, resistente y prcticamente indeformable para las solicitaciones del proyecto, mientras que el estudio 2, lo define como altamente expansivo e indeseable.

2.2 Capacidad de Carga y Cimentacin. Ambos estudios calcularon la capacidad de carga de acuerdo con el mtodo de Karl Terzaghi, por cohesin aparente. El estudio 1 realiz el calculo de la capacidad de carga para el segundo estrato, suelo localizado segn su estudio a 2m bajo el nivel de terreno natural. La capacidad de carga calculada se muestra en la tabla 2.1.

Tabla 2.1. Capacidad de carga, estudio 1

Profundidad 2.0m

Clasificacin CL

Capacidad de c arga 21.7ton/m2

Cohesin aparente 1.687kg/cm2

El estudio 2 realiz clculos de capacidad de carga para los tres estratos presentes en su estudio, solamente analizaremos el correspondiente al segundo y tercer estrato que son los que a nosotros interesa (tabla 2.2).

Tabla 2.2 Capacidad de carga, estudio2

Profundidad 1.3 2.35

Clasificacin ML CH

Capacidad de carga 8.2ton/m2 1.13ton/m2

Cohesin aparente 0.48kg/cm2 No esp.

En base a la capacidad de carga calculada, el estudio 1, determin que el sistema de cimentacin, sera resuelto a partir de zapatas aisladas, desplantadas a una profundidad de 2m bajo el nivel de terreno natural. Podemos observar que las capacidades de carga

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calculadas en ambos estudios, para el material presente a los 2.0m en promedio de profundidad son muy distintas.

2.3 Resultados, Conclusiones. Las conclusiones y recomendaciones de ambos estudios muestran en resumen los resultados obtenidos en cada uno de ellos, as como las soluciones que consideraron mas convenientes de acuerdo a la situacin que cada uno plantea. El estudio 1, dice que la cimentacin deber ser a base de zapatas aisladas, que se desplantaran a una profundidad de 2m, sobre un terreno firme y resistente CL (arcilla de baja compresibilidad). Adems recomend que los rellenos y terraplenes se construyeran con material producto de la excavacin, en capas de 20cm y al 90% de su PVSM. Menciona que los asentamientos inmediatos del terreno bajo las cimentacin sern mnimos y prcticamente despreciables. Y los asentamientos bajo incrementos de carga futuros sern nulos. El estudio 2 determin que, el estrato ubicado entre 0.9m y 1.7m, es una arcilla de alta compresibilidad CH, altamente expansiva e indeseable. Diagnostica que las fallas presentadas por la estructura, son producto del bufamiento de dicha arcilla al aumentar su contenido de agua. Propone como solucin al mismo problema la construccin de un drn perimetral que permita desalojar el agua que escurra de los terrenos aledaos antes de entrar en contacto con dicho material. Menciona tambin que la cimentacin fue resuelta por medio de una losa de cimentacin de concreto armado, argumento que fue desechado al revisar la bitcora de obra y comprobar la construccin de dichas zapatas.

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Al revisar cuidadosamente la bitcora de obra, encontramos incertidumbre en cuanto al procedimiento constructivo llevado acabo y el aseguramiento de la calidad del mismo y la eficiencia del diseo de obras complementarias. Especficamente no es posible corroborar la calidad en la compactacin de la plataforma sobre la que se desplanta la nave, y el drn perimetral, el cual indica la preocupacin de los constructores y dems involucrados, acerca del comportamiento del suelo subyacente. La aclaracin de estas incgnitas no entran dentro de este trabajo, pero sin duda debern ser tomadas en cuenta en las conclusiones del estudio y no se puede descartar una posible influencia de estos factores en el problema presentado.

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Captulo III ESTUDIO DE MECNICA DE SUELOS. El estudio de mecnica de suelos, como ya se mencion sirve para determinar el conjunto de caractersticas que nos permitirn obtener una concepcin razonable del comportamiento mecnico del suelo en estudio. Las pruebas realizadas en este estudio de mecnica de suelos, fueron determinadas por tres factores principalmente. Las facilidades con que cuenta el laboratorio de mecnica de suelos de la Universidad de Las Amricas. En segundo lugar, por el uso que se les dar a los terrenos donde se llev acabo el estudio, que es la construccin de una segunda nave. Y por ltimo, el anlisis de los puntos de discrepancia entre los estudios previamente realizados, puntos descritos en el captulo anterior. El procedimiento de prueba utilizado en los diferentes ensayos de laboratorio fue indicado por el personal del laboratorio de mecnica de suelos de la Universidad de las Amricas, Puebla. Dicho procedimiento se apega a la normativa del Instituto Mexicano del Transporte, adecundolo a las instalaciones propias del laboratorio.

3.1

Caractersticas Geolgicas y Geogrficas del Sitio.

El terreno donde se localiza la planta procesadora de nopal, Los Remedios ubicada en la comunidad de San Bernardino Tlaxcalancingo, municipio de San Andrs Cholula, est ubicado al poniente de la ciudad de Puebla, la localizacin exacta se muestra en la figura 3.2. Se localiza en las coordenadas 9817 de longitud Oeste y 1902 latitud Norte. Esta situada en la provincia del eje neo volcnico, regin que se caracteriza por ser una franja de rocas volcnicas de diferentes tipos. Segn la carta geolgica E14B43 de INEGI (fig 3.3), el principal afloramiento de la zona es una Toba andesitita (Ta), de 40cm de espesor aproximadamente, originada en el terciario

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superior, de fracturamiento escaso y baja permeabilidad. Es descrita como de textura arenosa y frgil y de color pardo claro. El terreno, est ubicado en la parte posterior de la planta, sobre un terreno

sensiblemente plano, que era utilizado anteriormente como tierra de labor.

Figura 3.1. Sitio en estudio, terreno aledao a la nave industrial.

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Figura 3.2, Localizacin de la planta procesadora de nopal Los Remedios.

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Figura 3.3. Principales afloramientos geolgicos, carta E14B43, INEGI 1985.

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3.2

Sondeo y Extraccin de Muestras.

El objetivo de la investigaciones exploratorias es el de poder determinar informacin precisa de las caractersticas del suelo y de la roca en el lugar en que se investiga. Como pueden ser, la profundidad, espesor, extensin y composicin de cada uno de los estratos; la profundidad de la roca; la profundidad del agua subterrnea.

Como ya mencionamos los sondeos para la extraccin de muestras se hicieron mediante pozos a cielo abierto. Se abrieron dos pozos de aproximadamente tres metros de profundidad en el terreno aledao al la nave. En ambos pozos encontramos el perfil que se muestra en la figura 3.5, dichos espesores se describen a continuacin:

El terreno superficial se conformaba de una capa 12cm de espesor, constituida de balasto, seguido de una capa de entre diez y doce centmetros de material de mejora. Consideramos que ambas capas no pertenecen al terreno natural y que fueron colocadas posteriormente a la construccin, con la intencin de mejorar la superficie natural del terreno, y evitar la formacin de lodos en la superficie.

El primer estrato que consideramos se encuentra aproximadamente a 30cm de la superficie del terreno, este corresponde al terreno de labor, presenta un color gris muy oscuro y un olor representativo de la inclusin de materia coloidal. Este estrato tiene un espesor aparentemente constante a lo largo del terreno de 40cm.

El segundo estrato, se encuentra a 70cm de la superficie del terreno, es igualmente de color gris oscuro, pero de textura arenosa. No presenta olor caracterstico como el primer estrato y tiene un espesor entre 35 y 40cm.

El tercer estrato, se localiza a 1.1m de la superficie del terreno, es de color gris oscuro y de material ms fino que el de los estratos superiores, presenta una alta

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plasticidad y tenacidad, no presenta olor que indique la presencia de materia orgnica, su espesor es de 1.40 metros. El cuarto estrato, se localiza a 2.5m de la superficie del terreno, a simple vista se observa que tiene partculas mas grandes que el estrato tres, es de color caf claro, no presenta gran plasticidad y se desmorona al ser manipulado y secarse. El espesor no esta definido puesto que la excavacin alcanzo solamente 3.3m, presentndose el mismo suelo desde los 2.5m

Figura 3.4. Excavacin de pozos a cielo abierto.

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Se obtuvieron muestras inalteradas mediante tubo Shelby, estas muestras fueron llevadas al laboratorio en bolsas de plstico, etiquetadas y depositadas en bao Mara a temperatura ambiente hasta el momento en que fueron analizadas. Tambin se extrajeron muestras alteradas de los distintos estratos mediante herramientas manuales, las muestras fueron secadas al horno, disgregadas y almacenadas en un lugar seco, para posteriormente llevar acabo las distintas pruebas que se requirieron.

N.T.material de mejora 0.25m

estrato I 0.4m estrato II 0.4m

estrato III 1.4m

estrato IV indefinido mayor a 0.85m

Figura 3.5. Estructura de los estratos en el sondeo.

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a)

b) c) Figura 3.6. a) Obtencin de muestras inalteradas. b) obtencin de muestras alteradas. c) almacenamiento e identificacin de muestras inalteradas.

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3.3

Trabajos de Laboratorio.

3.3.1 Relaciones Gravimtricas y Volumtricas. Todos los suelos se componen de tres fases, slida, liquida y gaseosa. La fase slida esta constituida por las partculas minerales, la parte liquida esta representada principalmente por agua, y la gaseosa por aire (Jurez y Rico, 2004). Todas las fases ocupan un determinado volumen, y representan un determinado peso, con respecto al total de una muestra. Las relaciones entre el peso de las distintas fases constituyentes del suelo y el volumen que estas ocupan, dan lugar a las relaciones gravimtricas y volumtricas. Es posible determinar estas relaciones en el laboratorio mediante mtodos

relativamente sencillos y son de gran importancia dentro de la mecnica de suelos, ya que son necesarias para la correcta aplicacin de las distintas teoras y brindan significado y sentido fsico a las distintas propiedades mecnicas del suelo.

3.3.1.1 Peso Volumtrico El peso volumtrico en estado natural del suelo o peso especifico de la masa de suelo, es la relacin entre el peso del mismo y el volumen que ocupa.

m =Donde : Wm :es la masa del suelo.

Wm Vm

Vm : es el volumen total de la muestra de suelos.

El procedimiento de laboratorio que utilizamos para la determinacin del peso especifico, fue mediante el labrado de muestras de suelo, en forma de cuerpos bien

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definidos, en este caso cilindros como los tubos muestreadores, para la determinacin del volumen, midiendo fsicamente todas sus dimensiones. Y pesndolas

posteriormente. a)

b)

Figura 3.7. a) labrado de muestras; b) medicin de muestras labradas.

Los pesos volumtricos obtenidos para cada estrato se muestran en la tabla 3.1.

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3.3.1.2 Determinacin de la Humedad Natural El contenido de agua de un suelo o contenido de humedad es la relacin entre el agua contenida en el mismo y el peso de su fase slida, y se expresa en forma de porcentaje. Este puede variar entre 0 e dependiendo de las condiciones de humedad del sitio donde se localice el suelo. (Jurez, Rico, 2004 p.54) La cantidad de agua se obtiene mediante la diferencia de peso entre el suelo en estado natural y el suelo secado en horno. La relacin que expresa la humedad de un suelo es la siguiente.

w% =Donde: Ww: es el peso del agua. Ws : es peso del suelo seco.

Ww *100 Ws

Los resultados que obtuvimos de esta prueba para los diferentes estratos se presentan en la siguiente tabla 3.1.

3.3.1.3 Peso especifico relativo de slidos Ss. El peso especfico relativo, se define como el peso especifico del suelo con respecto al peso especfico del agua a 4C, destilada y sujeta a presin atmosfrica (Jurez, Rico, 2004 p.53).

Ws s Vs Ss = = o Wo VoDonde: Ws : peso de los slidos. Vs : volumen de los slidos. Wo : peso del agua. Vo : volumen del agua.

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Para determinar este parmetro se utilizo un procedimiento donde prcticamente se igualen los volmenes de agua y de suelo, mediante un matrs de volumen definido, quedando la ecuacin expresada en funcin de los pesos, de la siguiente forma.Ss = Ws Ws + Wfw Wfsw

Donde :

Wfw = peso del matrs + agua. Wfsw = peso del matrs con agua y suelo.

El Procedimiento de prueba consiste en llenar un matraz cuyo volumen esta bien definido mediante una marca de enrase, con agua destilada (Wfw), posteriormente llenar el mismo matrs con agua y 50gr. de suelo y agua destilada (Wfsw). A este matraz se le debe absorber el aire atrapado entre las partculas de suelo mediante una bomba de vaco. La diferencia de peso entre los dos matraces es el peso del agua desplazada por el suelo, siempre y cuando no haya variacin en la temperatura del agua, lo que afectara su densidad.

Figura 3.8. Determinacin del peso especfico relativo de slidos Ss.

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Este procedimiento lo aplicamos a los estratos 3 y 4, debido a que son los de mayor importancia para este proyecto, obteniendo los siguientes resultados, los resultados se reportan en la tabla 3.1.

3.3.1.4 Relacin de Vacos. Otra de las relaciones que calculamos fue la relacin de vacos, oquedad o ndice de poros, esta se define como la relacin que existe entre el volumen de vacos y el de slidos del suelo (Jurez, Rico, 2004 p.54).e= Vv Vs

donde : e: es la relacin de vacos Vv : es el volumen de vacos Vs : es el volumen de slidos Ya que

Vs =

Ws Ss

y Vv = Vm-Vs Entonces pudimos determinar la relacin de vacos, de los estratos 3 y 4, los resultados se encuentran reportados en la tabla 3.1

Tabla 3.1. Relaciones volumtricas y gravimtricas para cada estrato.

Estrato

Peso volumtrico (ton/m3) 1.412 1.399 1.716 1.495

Contenido natural de Agua (%) 10.11 27.13 50.25 36.73

1 2 3 4

Peso especfico relativo de Slidos Ss --2.4 2.7

Relacin de vacos e

--1.102 1.468

Nota: Los clculos realizados para la obtencin de los parmetros anteriores se encuentran reportadas en el anexo 2-A.

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3.3.2 Clasificacin La clasificacin de los suelos fue uno de los primeros objetivos de la mecnica de suelos. Antiguamente dicha clasificacin se haca en base a criterios puramente descriptivos. Actualmente la clasificacin de suelos esta basada en las propiedades mecnicas de los suelos. El sistema que utilizamos para la clasificacin de los distintos estratos, fue el Sistema Unificado de Clasificacin de Suelos (SUCS), el cual deriva directamente del Sistema de Clasificacin de Aeropuertos, propuesto en 1942 por el Dr. Arturo Casagrande, en la universidad de Harvard, y orientado hacia obras aeroportuarias, (Jurez y Rico, 2004). El SUCS, es actualmente el sistema ms empleado en el mundo, y funciona dividiendo el suelo en dos grandes grupos. El primer grupo es la fraccin gruesa, que esta conformada por las partculas mayores a la malla #200 (0.074mm). Y el segundo es la parte fina, la cual esta conformada por todas aquellas partculas menores a la malla 200. Se considera un suelo grueso, cuando el 50% del peso de una muestra queda retenido en la malla 200. Los suelos gruesos se subdividen en: a) gravas de smbolo genrico G. b) arenas, de smbolo genrico S. Las gravas y las arenas se separan con la malla #4 (4.76mm). Se considera como grava a todo el material retenido en dicha malla, El material que pasa la malla #4 y es retenido en la malla # 200, es una arena. Estos grupos G y S, se subdividen en cuatro grupos ms, en funcin de su gama de tamaos, de la presencia de finos y la plasticidad de los mismos. De esta forma a cada grupo formado se le asigna un smbolo conformado por dos letras maysculas.

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Cuando el 50% del peso total de la muestra traspasa la malla # 200, se dice que el suelo es fino. De la misma forma que los suelos gruesos, los finos se subdividen en tres grupos, en funcin de su ndice plstico (IP). Estos tres grupos son: a) Limos inorgnicos, de smbolo genrico M. b) Arcillas inorgnicas, de smbolo C. c) Arcillas y limos orgnicos de smbolo genrico O. Al igual que los suelos gruesos, el smbolo consta de dos letras, esta segunda letra es asignada en funcin de su grado de compresibilidad, definida por el lmite lquido (LL), esta segunda letra puede ser H, para una alta compresibilidad o L, para baja compresibilidad. Las divisiones entre los grupos de suelos finos son claramente definidos en la carta de plasticidad.

Figura 3.9. Carta de plasticidad, Jurez Badillo, Rico Rodrguez, Tomo 1, capitulo VII Pp.155

31

3.3.2.1

Granulometra

Como ya hemos visto, la granulometra es muy importante en el proceso de clasificacin de suelos, ya que permite en primera instancia separar la fraccin gruesa de la fina. Adems las caractersticas del tamao de las partculas de un suelo, tienen gran importancia en su comportamiento mecnico, e influyen considerablemente en la compactacin adecuada de los suelos. La estabilidad de un suelo depende de su cantidad de vacos, mientras esta sea menor mejor ser el comportamiento del mismo. Para lograr que los vacos de un suelo sean reducidos al mnimo es necesario que el material tenga una gama de tamaos que permita que los huecos resultantes del acomodo de las partculas mayores, sean ocupados por partculas mas pequeas. La forma de medir el tamao de las partculas del suelo grueso es mediante el cribado, consiste en pasar el material a travs de una sucesin de mallas de aberturas distintas, y pesar el material retenido en cada malla, expresndolo en forma de porcentaje respecto al peso total de la muestra. Nosotros realizamos el anlisis granulomtrico simplificado, al cual nos permite eliminar una serie de mallas, cuyo tamao es apreciablemente mayor al tamao mximo del suelo. De esta forma utilizamos las mallas num.4, 8, 16, 30, 50, 100, y 200. El procedimiento de cribado es aplicable solamente a las partculas gruesas del suelo, es decir a las mayores a 0.075mm, representada por la malla nmero 200.Debido a esta condicin, primeramente separamos las partculas gruesas de las finas a travs de un lavado, el cual consiste en mezclar el suelo con agua, permitiendo que las partculas finas queden suspendidas en el liquido y se filtren a travs de la malla N 200, el anlisis granulomtrico para las partculas finas se determin por medio de la prueba del hidrmetro, el cual describiremos mas adelante.

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Figura 3.10. Lavado de muestras, a travs de la malla #200.

Posteriormente, se someti a un proceso de secado, el material retenido en la malla, para despus pasar al proceso de cribado y pesado.

33

a)

b)

c)

Figura 3.11. ac proceso de cribado y pesado del material, en la prueba de granulometra.

Despus del cribado obtuvimos las siguientes curvas granulomtricas de los distintos estratos.

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Tabla 3.2. Granulometria estrato 1.

Estrato 1# Malla Peso total (gr.) 399.6 4 8 16 30 50 100 200