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Guía de Trabajos Prácticos

Autores: Mauro Codevilla, Osvaldo N. Ledesma; Mauro Sottile

Colaboradores: Roberto Cier, Mariano Fernández, Ignacio Cueto

1 Propiedades índices y propiedades físicas

1.1 Relacionar las siguientes propiedades índice

1. peso específico de las partículas sólidas

2. peso unitario húmedo �, peso unitario seco

3. grado de saturación ��, relación de vacíos

humedad �;

4. porosidad �, volumen específico 5. peso específico de las partículas sólidas

1.2 Tres muestras de suelo, con relación de vacíos

�� 27.0 �/�� tienen grados de saturación de 80%, 92% y 100%. Determine el peso húmedo de cada muestra.

1.3 En estado natural, una muestra de suelo húmedo

seco al horno del suelo es de

26.5 �/��, calcule:

• contenido de humedad;

• peso unitario húmedo;

• peso unitario seco;

• relación de vacíos;

• porosidad;

• grado de saturación.

1.4 Para un suelo con relación de vacíos

partículas sólidas �� 26.2 �• porosidad;



• grado de saturación.

1.5 Para un suelo con porosidad

partículas sólidas �� 27.0 �/suelo para alcanzar un grado de saturación

1.6 Para una muestra de suelo saturado, con humedad es

sólidas �� 26.6 �/��, determine

• relación de vacíos;



• porosidad;

• volumen específico.

2 Clasificación de suelos

2.1 Clasifique las muestras de suelo cuyo análisis granulométrico se resume de que corresponda, determinar:

• coeficiente de uniformidad (

• coeficiente de curvatura (��

Laboratorio de Mecánica de Suelos

Facultad de Ingeniería. Universidad de Buenos Aires

Las Heras 2214 –

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Guía de Trabajos Prácticos Módulo 1

Mauro Codevilla, Osvaldo N. Ledesma; Mauro Sottile

Roberto Cier, Mariano Fernández, Ignacio Cueto

y propiedades físicas

es propiedades índice

de las partículas sólidas ��, peso unitario seco ��, relación de vacíos

peso unitario seco ��, humedad �;

relación de vacíos �, peso específico de las partículas sólidas

volumen específico �, relación de vacíos �; de las partículas sólidas ��, peso unitario saturado �� relación de vacíos

ras de suelo, con relación de vacíos � � 0.71 y peso específico de las partículas sólidas

tienen grados de saturación de 80%, 92% y 100%. Determine el peso

En estado natural, una muestra de suelo húmedo ocupa un volumen 3700cm3 y pesa 7.

seco al horno del suelo es de 6.0kg. Si el peso específico de las partículas sólidas

Para un suelo con relación de vacíos � � 0.68, humedad � � 25% y peso específico de las

�/��, determine

Para un suelo con porosidad � � 0.60, contenido de humedad � � 15% y peso específico de las

/��, determine la masa de agua que es necesario agregar a

suelo para alcanzar un grado de saturación �� 90%.

tra de suelo saturado, con humedad es � � 25% y peso específico de las partículas

, determine

Clasifique las muestras de suelo cuyo análisis granulométrico se resume en la Tabla corresponda, determinar:

oeficiente de uniformidad (� );

��);

de Mecánica de Suelos

Facultad de Ingeniería. Universidad de Buenos Aires

– C1127AAR – Buenos Aires.

-3009/3010 int. 110

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relación de vacíos �;

de las partículas sólidas ��,

relación de vacíos �.

de las partículas sólidas

tienen grados de saturación de 80%, 92% y 100%. Determine el peso unitario

y pesa 7.0kg. El peso

de las partículas sólidas es ��

peso específico de las

peso específico de las

, determine la masa de agua que es necesario agregar a 3�� de

peso específico de las partículas

Tabla 2-1. En caso

FIUBA

A.O.Sfriso Modulo 1 16-ago.-17

• índice de plasticidad ("#);

• clasificación según SUCS,

Nota: NP = no plástico (no es posible efectuar los ensayos de LP).

Tabla 2-1. Ejercicio de clasificación de suelos.

ID Peso seco total [gr]

Peso seco retenido por cada tamiz [gr] LL LP

3” 1” ¾” # 4 # 10 # 40 # 100 #200

1 1500 0 0 0 0 0 0 0 600 69 24

2 62150 6215 6215 4972 13673 6215 6215 12430 3729 - -

3 7500 0 1125 1125 1500 600 450 1350 600 15 9

4 560 0 0 0 0 0 0 112 44,8 36 18

5 450 0 0 0 135 22,5 67,5 45 18 42 20

6 500 0 0 0 200 40 30 75 30 16 10

7 200 0 0 0 0 4 36 - 60 38 29

8 250 0 0 0 0 0 20 - 30 56 23

9 300 0 0 0 0 45 90 - 30 28 20

10 220 0 0 0 0 17,6 37,4 - 28,6 43 28

11 280 0 0 0 0 8,4 103,6 - 84 25 16

12 260 0 0 0 0 0 117 - 122,2 - NP

13 210 0 0 0 0 12,6 29,4 - 35,7 40 21

14 190 0 0 0 0 32,3 66,5 - 53,2 20 15

15 250 0 0 0 0 0 20 - 15 70 38

16 260 0 0 0 0 135,2 52 - 57,2 - NP

17 220 0 0 0 0 28,6 55 - 70,4 32 8

18 300 0 0 0 0 30 42 - 126 37 12

19 211 0 0 0 0 0 46,42 - 147,7 - NP

20 212 0 0 0 0 16,96 38,16 - 89,04 44 9

2.2 Determina la densidad relativa $� de una muestra de arena con peso unitario húmedo � �21 �/��, humedad � � 21%, gravedad específica, %� � 2.65, relación de vacíos máxima �&�' �0.8, y relación de vacíos mínima �&() � 0.20.

2.3 Determinar la consistencia relativa �� y el índice de liquidez "* de una muestra de suelo saturado cuya humedad es � � 35%, el límite plástico es +# � 30, y el límite líquido es LL = 65.

3 Compactación de suelos

3.1 En la Tabla 3-1 y en la Tabla 3-2 se presentan resultados de ensayos Proctor Estándar y Proctor Modificado sobre una misma muestra de suelo. Con estos resultados determine, para cada caso,

• curva de compactación;

• humedad óptima �,-� y densidad seca máxima ��_&�' ;

• curva de peso seco saturado teórico ��_��_�/,;

Nota: El peso específico de las partículas sólidas es �� 26.0 �/�� y el peso del molde 1750 gr.

Tabla 3-1. Resultados de ensayo Proctor Estándar. Todos los pesos son en gramos.

Molde + suelo húmedo 3298 3360 3402 3445 3417

Determinación de Pesafiltro 142.6 142.6 142.6 142.6 142.6

FIUBA


humedad Pesafiltro + suelo húmedo

254.38 236.7 252.38 243.20 237.02

Pesafiltro + suelo seco 232.51 216.21 226.93 217.73 211.45

Tabla 3-2. Resultados de ensayo Proctor Modificado. Todos los pesos son en gramos.

Molde + suelo húmedo 3380 3500 3525 3503 3486

Determinación de humedad

Peso de pesafiltro 141.8 141.8 141.8 141.8 141.8

Pesafiltro + suelo húmedo 248.23 261.83 255.85 259.79 253.25

Pesafiltro + suelo seco 231.04 238.05 231.77 232.75 226.00

3.2 En la Tabla 3-3 se presenta los resultados de mediciones de controles de densidad in-situ para el terraplén de una ruta en construcción. Determine el grado de compactación alcanzado en cada caso, con relación a los ensayos de Proctor del ejercicio 3.1.

Represente los resultados de la Tabla 3-3 sobre las curvas de compactación del ejercicio Tabla 3-1.

Tabla 3-3. Resultados de mediciones de densidad in-situ.

Muestra 1 2 3 4

Peso total [gr] 910 815 890 865

Volumen total [cm3] 500 500 500 500

Humedad [%] 28.4 27.3 29.4 31.4

4 Presiones totales, efectivas y neutras

4.1 Para un estrato de suelo de 12m de espesor con �� 21.0 �/�� y � � 17.0 �/��, determine el diagrama de presiones efectivas para las siguientes ubicaciones del nivel freático (NF):

• NF en coincidencia con el NTN;

• NF ubicado a 3.0m por debajo del NTN.

Nota: no tenga en cuenta el efecto de ascenso capilar.

4.2 El lecho de un lago está compuesto por un material uniforme con humedad � � 35% y peso

específico de las partículas sólidas �� 26.5 �/��. Si el nivel de agua del lago se ubica 3.0m por arriba del lecho, determina la presión vertical efectiva, total e hidrostática a 4.0m por debajo del nivel del lecho.

4.3 Para el perfil geotécnico que se resume en la Tabla 4-1, determine los diagramas de presiones totales, efectivas y neutras

El nivel freático está ubicado a 1.5m por debajo del NTN.


Tabla 4-1. Perfil geotécnico. El orden de los estratos es el observado en el campo, desde el nivel del terreno natural (NTN).

Descripción Espesor [m] 0123 [kN/m3] 0 [kN/m

3]

Suelo 1 2.5 19.0 17.0

Suelo 2 2.0 18.5 -

Suelo 3 3.0 19.5 -

4.4 Para el perfil geotécnico que se resume en la Tabla 4-2, determine los diagramas de presiones totales, efectivas y neutras


FIUBA

Tabla 4-2. Perfil geotécnico. El orden de los estratos es el observado en el campo, desde el nivel del terreno natural (NTN).

Descripción

Suelo 1 (por encima del NF)

Suelo 1 (por debajo del NF)

Suelo 2

Suelo 3

4.5 Se tiene una estratigrafía conformada por un manto superior de arenas de 4.0m de espesor con

�� 20.0 �/�� y � � 16.5�� 17.0 �/��. Las arcillas descansan sobre un manto de arenas que presenta condiciones artesianas con un nivel piezométrico ubicada 4.0m por encima del NTN. El nivel freático del manto superior de arenas está ubicado a 2.0m por debajo del NTN. Determine:

• presión vertical efectiva en la parte superior e inferior del estrato de arcilla;

• para qué profundidad de excavación del manto superior de arena la presión efectiva en la parte inferior de la arcilla se hace cero

Nota: considere que toda la pérdida de potencial se

5 Hidráulica de suelos

5.1 Para el permeámetro de carga constante de la indicadas de los tanques:

• dirección de flujo;

• diagrama de presiones de agua, presiones totales y presiones efectivas;

• caudal.

Los parámetros geotécnicos son:

• peso unitario saturado, ��• permeabilidad, � 1 410Los datos del permeámetro son:

• sección transversal, 5 � 78• espesor de suelo, + � 156�• carga de agua, 70 � 2.56�Las posiciones de los tanques son:

• 71 � 10.06�

• 72 � 17.56�

• 73 � 25.06�

Figura 5-1: Permeámetro de carga constante.

técnico. El orden de los estratos es el observado en el campo, desde el nivel del terreno natural (NTN).

Espesor [m] 01 [kN/m3] w [-] Sr [%]

1.0 26.5 10.0 60.0

1.5 26.5 - -

4.0 27.0 30.0 -

5.0 26.5 35.0 -

Se tiene una estratigrafía conformada por un manto superior de arenas de 4.0m de espesor con

�/��, seguido de un estrato de arcilla de 5.0m de espesor con

. Las arcillas descansan sobre un manto de arenas que presenta condiciones artesianas con un nivel piezométrico ubicada 4.0m por encima del NTN. El nivel freático del manto superior de arenas está ubicado a 2.0m por debajo del NTN. Determine:

ical efectiva en la parte superior e inferior del estrato de arcilla;

para qué profundidad de excavación del manto superior de arena la presión efectiva en la parte inferior de la arcilla se hace cero.

Nota: considere que toda la pérdida de potencial se produce en el estrato de arcillas.

Para el permeámetro de carga constante de la Figura 5-1 debe determinarse, en las tres posiciones

diagrama de presiones de agua, presiones totales y presiones efectivas;


�� 19.0 �/��;

10896�/: Los datos del permeámetro son:

78.56��; 6�;

6�.

Las posiciones de los tanques son:

Permeámetro de carga constante.

técnico. El orden de los estratos es el observado en el campo, desde el

Se tiene una estratigrafía conformada por un manto superior de arenas de 4.0m de espesor con

, seguido de un estrato de arcilla de 5.0m de espesor con

. Las arcillas descansan sobre un manto de arenas que presenta condiciones artesianas con un nivel piezométrico ubicada 4.0m por encima del NTN. El nivel freático del manto

para qué profundidad de excavación del manto superior de arena la presión efectiva en la parte

produce en el estrato de arcillas.

debe determinarse, en las tres posiciones

FIUBA

5.2 La Figura 5-2 presenta la disposición de un ensayo de permeámetro de carga variable con dos

capas de suelo. En el instante de tiempo

registró una presión ; � 10<=/• caudal, >;

• altura ?;

• tensión vertical efectiva a la altura del cambio de suelos;

• tensión vertical efectiva en la parte inferior

Luego, determine el tiempo que debe transcurrir para que el piezómetro registre presión de agua nula.


• Suelo 1: peso unitario saturado

• Suelo 2: peso unitario saturado

Los datos del permeámetro son:

• sección transversal mayor,

• sección transversal menor,

• espesor del suelo 1, +1 � 8• espesor del suelo 2, +2 � 8• posición del datum, 7 � 20

Nota: tenga en cuenta que �

Figura 5-2: Permeámetro de carga variable. Ejercicio

5.3 La Figura 5-3 presenta las condiciones de la parte inferior de una excavación en las cercanías de un lago. El contratista está preocupado altura piezométrica en el estrato de arena, hidráulicamente conectada al lago

Para mantener el nivel freático por debajo de la capa drenante de grava (elevación +100m), debe

bombearse un caudal por unidad de área poro se instalaron dos piezómetros de control

Determine:

• diagramas de presiones totales, efectivas y neutras;

• permeabilidad de los dos estratos de limo;

• nivel de presión de agua del estrato de arenas que iniciará el sifonaje, en al

excavación (@´B � 0).

presenta la disposición de un ensayo de permeámetro de carga variable con dos

. En el instante de tiempo C � 25:, el piezómetro instalado entre las dos capas

/6��. Para ese mismo instante, calcule:

tensión vertical efectiva a la altura del cambio de suelos;

tensión vertical efectiva en la parte inferior del suelo 2;

Luego, determine el tiempo que debe transcurrir para que el piezómetro registre presión de agua

écnicos son:

Suelo 1: peso unitario saturado �� 1.8<=/6��, permeabilidad � 0.0156�ario saturado �� 1.8<=/6��, permeabilidad � 0.0456�

Los datos del permeámetro son:

sección transversal mayor, 5 � 10.06��;

sección transversal menor, E � 1.56��;

8.06�;

8.06�;

20.06�;

� �FG� ln J

KLK M.

: Permeámetro de carga variable. Ejercicio 5.3.

presenta las condiciones de la parte inferior de una excavación en las cercanías de un lago. El contratista está preocupado por la estabilidad de la excavación debido a un aumento de la

métrica en el estrato de arena, hidráulicamente conectada al lago.


bombearse un caudal por unidad de área N � 8108O��/PíE/��. Para controlar las pporo se instalaron dos piezómetros de control (N°1 y Nº2).

diagramas de presiones totales, efectivas y neutras;

permeabilidad de los dos estratos de limo;

nivel de presión de agua del estrato de arenas que iniciará el sifonaje, en algún punto de la

presenta la disposición de un ensayo de permeámetro de carga variable con dos

entre las dos capas

Luego, determine el tiempo que debe transcurrir para que el piezómetro registre presión de agua

6�/:; 6�/:;

presenta las condiciones de la parte inferior de una excavación en las cercanías de un la estabilidad de la excavación debido a un aumento de la


. Para controlar las presiones de

gún punto de la

FIUBA

Figura 5-3: Condición de excavación en cercanías de un lago.

Nota: debido a la presencia de sales, considere el peso específico del agua

5.4 La Figura 5-4 presenta una red de flujo transformada para una drenaje de grava en su talón. Las elevaciones en la figura est

Las permeabilidades del material de la presa son:

• permeabilidad horizontal, • permeabilidad vertical, B �

Figura 5-4. Red de flujo transformada para represa de tierra.

Determine

• caudal de infiltración;

• potencial y presión de agua en los puntos A, B y C;

• gradiente hidráulico para el elemento

5.5 Para las configuraciones de presas de crecida que se indican en la

• caso base: sin barrera impermeable;

• caso 1: con barrera impermeable 1;

• caso 2: con barrera impermeable 2;

determine:

Condición de excavación en cercanías de un lago. Ejercicio 5.3.

Nota: debido a la presencia de sales, considere el peso específico del agua �R � 1presenta una red de flujo transformada para una presa de suelo compactado

drenaje de grava en su talón. Las elevaciones en la figura están dibujadas a escala (h = 76 m

des del material de la presa son:

K � 2.6 4 108S�/: � 1.16 4 108S�/:

Red de flujo transformada para represa de tierra.

potencial y presión de agua en los puntos A, B y C;

gradiente hidráulico para el elemento con vértices en los puntos B y C.

Para las configuraciones de presas de crecida que se indican en la Figura 5-5:

caso base: sin barrera impermeable;

caso 1: con barrera impermeable 1;

caso 2: con barrera impermeable 2;

1.10CT�/��.

presa de suelo compactado con án dibujadas a escala (h = 76 m).

FIUBA

• red de flujo;

• caudal de filtración;

• presión en el punto A.

• gradiente máximo de salida;

La permeabilidad del suelo bajo la presa es de

5.6 Para las presas de control de crecidas cantidad de filtración de agua, la presión de filtración en el punto A, y el gradiente de salida máximo. La permeabilidad del suelo bajo la presa es de

Figura 5-5. Esquemas de presas.

a;

La permeabilidad del suelo bajo la presa es de

de control de crecidas presentadas en la Figura 5-5, determine: la red de flujo, la cantidad de filtración de agua, la presión de filtración en el punto A, y el gradiente de salida máximo.

del suelo bajo la presa es de 1×10-4

m/s.

presas.

, determine: la red de flujo, la cantidad de filtración de agua, la presión de filtración en el punto A, y el gradiente de salida máximo.

Resolución de ejercicios seleccionados

A.O.Sfriso Modulo 1

6 Respuestas

Ejercicio 1.2

• Para w = 80%, � � 19.11 �/�� • Para w = 92%, � � 19.61 �/�� • Para w = 100%, � � 19.94 �/��

Ejercicio 1.3

• � � 16.7%

• � � 18.92 �/�� • �� 16.22 �/��

• � � 0.63

• � � 0.39 • �� 70%

Ejercicio 1.4

• � � 0.40 • � � 19.49 �/�3

• �� 15. 60 �/�3

• �� 96%

Ejercicio 1.5

• 1134 kg de agua

Ejercicio 1.6

• � � 0.665

• �� 15. 97 �/�3

• � � 19.97 �/�3

• � � 0.40 • � � 1.665

Ejercicio 2.1

ID IP SUCS Cu Cc

1 45 CH

2 - SP 61.1 0.13

3 6 GP-GC 135.1 0.10

4 18 CL

5 22 SC

6 6 GC-GM

7 9 ML

8 33 CH

9 8 SC

10 15 ML

11 9 SC

12 0 SP-SC 6.3 0.72

13 19 CL

14 5 SC-SM

15 32 CL

16 0 SP-SC 25.2 0.99

FIUBA


ID IP SUCS Cu Cc

17 24 SC

18 25 SC

19 0 SP-SC 3.1 0.77

20 35 SC

Ejercicio 2.2

• � � 0.53; �� 17.36 �/��; $� � 46%

Ejercicio 2.3

• �� 0.86; "* � 0.14

Ejercicio 3.1

Proctor Estándar

Muestra P1 P2 P3 P4 P5

Contenido Humedad [%] 24.3% 27.8% 30.2% 33.9% 37.1%

Peso específico seco γd [kN/m3] 13.19 13.34 13.44 13.41 12.88

Contenido de Humedad Optimo [%] 32

Peso específico seco óptimo γd [kN/m3] 13.5

Proctor Modificado

Muestra P1 P2 P3 P4 P5

Contenido Humedad [%] 19.3% 24.7% 26.8% 29.7% 32.4%

Peso específico seco γd [kN/m3] 14.48 14.87 14.83 14.31 13.89

Contenido de Humedad Optimo [%] 26.0

Peso específico seco óptimo γd [kN/m3] 14.9

Ejercicio 3.2

Muestra 1 2 3 4

Grado de Compactación PE [%] 105% 95% 102% 98%

Grado de Compactación PM [%] 95% 86% 92% 88%

Ejercicio 4.1

• presión efectiva a 12m de profundidad para NF = NTN: @BU � 132 #E

• presión efectiva a 12m de profundidad para NF = NTN -3.0m @BU � 150 #E

Ejercicio 4.2

• peso unitario saturado �� 18.56 �/��;

• presión vertical efectiva a 4.0m por debajo del lecho: @BU � 34.2 #E

• presión de hidrostática a 4.0m por debajo del lecho: ; � 70.0 #E

• presión total a 4.0m por debajo del lecho: @B � 104.2 #E

Ejercicio 4.3

Profundidad [m] σ [kPa] u [kPa] σ’

1.50 25.5 0.0 25.5

2.50 44.5 10.0 34.5

7.50 137.0 60.0 77.0

FIUBA

Ejercicio 4.4

Profundidad [m] γ [kN/m3

1.00 20.2

2.50 21.4

6.50 19.4

9.00 18.6

Ejercicio 4.5

• presión vertical efectiva en la parte superior de la arcilla

• presión vertical efectiva en la parte inferior de la arcilla

• se debe excavar 1.7m de arena superior para anular la presión efectiva en la parte inferior de la arcilla.

Ejercicio 5.1

• > � 2.146��/:�<

• ? � 1166�

• @´B � 120.4<=/6�� a la altura del piezómetro y

• C � 57.5:�<

Ejercicio 5.2

• G � 0.0008��/PVE y W �• Para: El. 100m @´B � 2.0CT�• Se produce sifonaje cuando

Ejercicio 5.3

• N � 0.004��/PVE/�

• ;G � 600 #E, ;W � 200 #E• VW � 0.38

Ejercicio 5.4

3] σ [kPa] u [kPa] σ’

20.2 0.0 20.2

52.4 15.0 37.4

130.0 55.0 75.0

176.4 80.0 96.4

presión vertical efectiva en la parte superior de la arcilla @BU � 53 #E

presión vertical efectiva en la parte inferior de la arcilla @BU � 28.0 #E

se debe excavar 1.7m de arena superior para anular la presión efectiva en la parte inferior de la

a la altura del piezómetro y @´B � 164.8<=/6�� en la base del suelo 2.

� 0.0016��/PVE

CT�/��, El. 96m @´B � 0.6CT�/��, El. 100m @´B � 1.8Se produce sifonaje cuando PWE2 = 108m

#E, ;� � 0 #E

se debe excavar 1.7m de arena superior para anular la presión efectiva en la parte inferior de la

en la base del suelo 2.

8CT�/��

FIUBA


Caso Caudal [m3/hr] Presión en A [kPa] Gradiente de salida

Base 0.73 23 0.42

1 0.63 22 0.34

2 0.63 39 0.18

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