Indice de Infiltración y Clasificación de Suelos Para Ocho Pozos de Absorción a Perforar en El...

UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALACENTRO UNIVERSITARIO DE OCCIDENTEDIVISIN DE CIENCIAS DE LA INGENIERA

INGENIERA CIVIL

NDICE DE INFILTRACINY CLASIFICACIN DE SUELOS PARA

OCHO POZOS DE ABSORCIN A PERFORAREN EL VALLE DE PALAJUNOJ,

PARA LA EMPRESA MUNICIPAL AGUAS DE XELAJ(EMAX)

GUILLERMO DAVID MENDZA GONZLEZ

QUETZALTENANGO, MARZO DE 2,011


INGENIERA CIVIL




PRESENTADO A LAS AUTORIDADES DE LA DIVISIN DE CIENCIAS DE LAINGENIERA DEL CENTRO UNIVERSITARIO DE OCCIDENTE POR


ASESORADO POR:ING. VCTOR CAROL HERNNDEZ MONZN

REVISADO POR:ING. ARDANY JOEL HERNNDEZ RAMREZ.

AL CONFERRSELE EL TTULO DEINGENIERO CIVIL

EN EL GRADO DE LICENCIADOQUETZALTENANGO, MARZO DE 2011.


INGENIERA CIVIL

RECTOR MAGNFICOLIC. Carlos Estuardo Glvez Barrios

SECRETARIO GENERALDR. Carlos Guillermo Alvarado Cerezo

CONSEJO DIRECTIVO CENTRO UNIVERSITARIO DE OCCIDENTE

DIRECTORA GENERALMSC. Mara del Rosario Paz Cabrera

SECRETARIO ADMINISTRATIVOMSC. Csar Haroldo Milin Requena

REPRESENTANTES DOCENTESLic. Tedulo Idelfonso Cifuentes Maldonado

Dr. Oscar Stuardo Arango Benecke

REPRESENTANTE DE EGRESADOSIng. Jos Aroldo Nimatuj Quijivix

REPRESENTANTES ESTUDIANTILESBr. Juan Antonio Mendoza Barrios

Br. Edwar Pal Navarro Mrida

HONORABLE TRIBUNAL EXAMINADOR

Cumpliendo con los preceptos que establece la ley de la Universidad de San

Carlos de Guatemala, presento a su consideracin mi trabajo de graduacin titulado:




Tema que me fuera asignado por la Coordinacin de la Carrera de Ingeniera

Civil en mayo de 2010.


UNIVERSIDAD DE SAN CARLOSDE GUATEMALA

Divisin Ciencias de la IngenieraCentro Universitario de Occidente

QuetzaltenangoTelefax: 78730000 Ext 2255

Quetzaltenango, 16 de marzo de2011.

lng. Nery lvn Prez Morales.Coordinador de la Carrera de Ingeniera CivilDivisin de Ciencias de la IngenieraCentro Universitario de OccidenteUniversidad de San Carlos de Guatemala

Estimado Ingeniero:

Adjunto a la presente, remito a usted el trabajo de graduacin titulado: "NDICE DEINFILTRACION Y CLASIFICACION DE SUELOS PARA OCHO POZOS DE ABSORCIN APERFORAR EN EL VALLE DE PALAJUNOJ, PARA LA EMPRESA MUNICIPAL AGUAS DEXELAJ (EMAX)", presentado por el estudiante de la carrera de Ingeniera Civil GUILLERMODAVID MENDOZA GONZALEZ.

Por lo que despus de asesorarlo y considerar que llena los requisitos exigidos por lasleyes de la Universidad de San Carlos de Guatemala y del Centro Universitario de Occidente,procedo a emitir su APROBACIN FINAL.

Sin otro particular, me suscribo atentamente;

ING. VICTOR CAROL

Quetzaftenango, 16 de marzo deZ0fi.

Ing. Nery lvn Prez Morales.Coordinador de la Canera de Ingeniera CivilDivisin de Ciencias de la IngenieraCentro Univelsitao de OccidenteUniversidad de San Carlos de Guatemala

Distinguido lng. Prez

De manera atenta me diriio a usted para hacer de su conocimientoque he revisado el trabajo de graduacin denominado: "IN$CE DEINFILTRACI Y CI-ASIFICACIN DE SUELOS PARA OCHO POZOS DEABSORCIil A PERFORAR EIN EL VALLE DE PALAJUNOJ, PARA LAEIUIPRESA ltlUNlClPAL AGUAS DE XELAJ {emAX}", presentado por elestudiante de Ingeniera Civil: GUILLERiiO DAVID MENDZA GONZLEZ.

Luego de revisarlo, procedo a emitir la APROBAGN e mismo, ya quecumple con tsdos los requerimientos de ley.

Sin otro particular y agradeciendo la atencin prestada a la presente, mesuscribo atentamente:

*IETYENSEfrADATODOS'

' REVTSORArdanv Joel Hemndez Rivas

IGENIERO CIVIL'- -coteonm zs NHR

Universidad de San Carlos de GuutemalaCentro Universitario de Occidenle

EI iNfTASCTitO DIRECTOR DE LA DIVISIN DE CIENCIAS DE LA INGENIEN,q. EICentro Universitario de Occidente ha tenido a la vista la CERTIFICACIN DBL ACTA DEGRADUACIN No.012-2011-IC de fecha cuatro de abril de dos mil once, del estudianteGuillermo David Mendza Gonzlez , carn No. 199930113, emitida por el Coordinador de la

Carrera de INGENIERA CML, por 1o que se AUTORIZA LA IMPRESIN DELTRABAJO DE GRADUACIN titUIAdO: "NDICE DE INFILTRACIN YCLASIFICACIN DE SUELOS PARA OCHO POZOS DE ABSORCIN A PERFORAREN EL VALLE DE PALAJUNOJ, PARA LA EMPRESA MUNICIPAL AGUAS DE

XELAJ @MAX)".

abril 6 de 2011.

MBA.Ing. Vcto

de la Ingeniera

i\

D Y ENSEAO .

ACTO QUE DEDICO

A Dios por darme la vida y la misin de dejar el mundo mejor decomo lo encontr.

A mis padres Jorge Guillermo Mendoza Zamora y Elda MigdaliaGonzlez Ochoa por guiarme con sabios consejos y

paciencia por el camino del bien, la justicia y el amor hacia

el prjimo.

A mis hermanos Sara Mara, Rony Estuardo y Mirza Migdalia por serejemplos y pilares insustituibles en mi vida.

A mis sobrinos Diana Mara, Carlos David y Sergio Eduardo por llenar micorazn con risas y abrazos y recordarme que la inocencia

de los nios es el amor ms puro e incondicional que Dios

ha puesto sobre la tierra.

A mis amigos Miguel Ovando, Edwin Mrida, Mynor Lpez, Jos Loarca,Fredy Ovalle y Selvin Alvarado con cario y afecto.

A mi familia en general Porque a pesar de la distancia siempre nos ha unido la feen Dios y el amor.

Al pueblo de Guatemala por el cual estoy culminando mi formacin profesional esteda.

AGRADECIMIENTO

A Dios todo poderoso por ser la luz y fortaleza de mi vida.

Al CUNOC por formarme como profesional de la Ingeniera

A la EMAX por brindarme el apoyo y la oportunidad de realizareste estudio.

A mi Madre por estar presente en todos los momentos de mivida, en especial en aquellos en los que la alegra,

la angustia, los triunfos y los fracasos me

imploraron compartirlos con ella y por ser la

principal fuente de motivacin para seguir adelante

en mi formacin acadmica.

A mi hermano Rony por estar incondicionalmente y ser mi mayorejemplo de superacin.

A los Ingenieros: Csar Grijalva, Vctor Hernndez, Erick Caldern,Nery Prez y Ardany Hernndez por compartir sus

conocimientos y experiencia para la realizacin de

este estudio.

A la agrupacin Innova por darme la oportunidad de compartir una granhermandad y amistad con ustedes.

iNOMENCLATURA

% Porcentaje.

% Pasa (N-1) Porcentaje que pasa en el tamiz inmediato anterior.

% Ret N Porcentaje retenido en determinado tamiz.

% Pasa Porcentaje que pasa en el tamiz.

% Pasa N Porcentaje que pasa en determinado tamiz.

% Ret Porcentaje retenido en el tamiz.

ASTM American Society for Testing Materials.

C Clay/arcilla.

CH Arcilla de alta plasticidad.

CL Arcillad e baja plasticidad.

Dr Densidad relativa de suelo.

E Error expresado en porcentaje.

G Gravel/grava.

GPS Global Positioning System.

Gs Gravedad especfica del suelo.

GW Gravel Well/ grava bien graduada.

h Descenso del nivel de agua en el tiempo de prueba (mm).

H High/alta plasticidad.

IP ndice plstico/ ndice de plasticidad.

L Low/baja plasticidad.

LC Lmite de contraccin.

LL Lmite lquido.

LP Lmite plstico.

M Mood/limo.

ii

MH Mood High/ Limo de alta plasticidad.

ML Mood Low/ Limo de baja plasticidad.

NP Material no plstico.

O Organic/Suelo orgnico.

OH Organic High/ Suelo orgnico de alta plasticidad.

OL Organic Low/ Suelo orgnico de baja plasticidad.

P Poor/ pobremente graduado.

Pt Peat/Turba

Pa Peso del agua.

PB Peso bruto.

PBH Peso bruto hmedo.

PBR Peso bruto retenido.

PBS Peso bruto seco.

PCAND-1-2010 Pozo uno excavado en Cantn Candelaria en el ao 2010.

PCAND-2-2010 Pozo dos excavado en Cantn Candelaria en el ao 2010.

PCHUIC-1-2010 Pozo uno excavado en Cantn Chuicavioc en el ao 2010.

PLLAN-1-2010 Pozo uno excavado en Cantn Llano del Pinal en el ao 2010.

Pm Peso del matraz aforado.

Pma Peso del matraz aforado ms el peso del agua hasta la marca deaforo.

Pmas Peso del matraz aforado ms el peso del agua hasta la marca deaforo ms el peso del suelo seco.

PN Peso neto.

PNR Peso neto retenido en el tamiz.

PP1 Pozo de prueba 1.


iii


PPALAJ-1-2010 Pozo uno excavado en el Sector de las Escuelas Viejas delCentro d Palajunoj.

PPLASMAJ-1-2010 Pozo uno excavado en el Cantn Chuicavioc en terrenocomprado por el Cantn Las Majadas.

Ps Peso del suelo seco.

PTCA-1-2010 Pozo uno excavado en el Cantn Tierra Colorada Alta en el ao2010.

PTCB-1-2010 Pozo uno excavado en el Cantn Tierra Colorada Baja en el ao2010.

Q ndice de infiltracin en lt/m2-da

S Sand/arena.

SC Sand Clay/ arena arcillosa.

SM Sand Mood/ arena limosa.

S.U.C.S. Sistema Unificado de Clasificacin de Suelos.

SP Sand Poor/ arena pobremente graduada.

SW Sand Well/ arena bien graduada.

t Tiempo demandado para el descenso del nivel de aguaexpresado en segundos.

T Tara de aluminio con peso conocido.

w Humedad expresada en porcentaje.

W Well/bien graduado.

Ws Peso de los slidos del suelo.

Ww Peso del agua presente en la muestra de suelo.

C Grados Celsius.material Peso especfico del material.agua Peso especfico del agua a 4C.

vGLOSARIO

Absorber: Dicho de una sustancia slida: Ejercer atraccin sobre un fluidocon el que est en contacto, de modo que las molculas de estepenetren en aquella.

Absorcin: Accin de absorber.

Airear: Poner al aire o ventilar algo.

Clculo: Cmputo, cuenta o investigacin que se hace de algo por mediode operaciones matemticas.

Clasificar: Ordenar o disponer por clase.

Ensayo: Prueba de laboratorio realizada bajo el parmetro yestandarizacin de Normas Nacionales y/o Internacionales.

Equipo: Coleccin de utensilios, instrumentos y aparatos especiales paraun fin determinado.

Escala: Sucesin ordenada de valores distintos de una misma cualidad yorigen que se pueden representar de forma numrica o grfica.

Especificar: Explicar, declarar con individualidad algo.

Extraccin: Accin y efecto de extraer.

Granulometra: Medida del tamao de las partculas, granos y rocas de lossuelos.

Grava: Piedra triturada.

Humedad: Agua de que est impregnado un cuerpo.

Impermeable: Impenetrable al agua o a otro fluido.

ndice: Expresin numrica de la relacin entre dos cantidades.

Infiltrar: Introducir suavemente un lquido entre los poros de un suelo.

Lmite: Frontera entre dos cantidades.

Manipular: Trabajar algo con las manos o cualquier instrumento.

Monografa: Descripcin y tratado especial de determinada parte de unaciencia, o de algn asunto en particular.

vi

Organigrama: Sinopsis o esquema de la organizacin de una entidad, de unaempresa o de una tarea.

Permeable: Que puede ser penetrado o traspasado por el agua u otro fluido.

Peso: Fuerza con que la tierra atrae a un cuerpo. Magnitud de dichafuerza.

Peso Bruto: Magnitud de peso determinada por el peso del material que seestudia ms el peso de la tara que lo contiene.

Peso Neto: Magnitud de peso determinada nicamente por el material que seestudia.

Plasticidad: Cualidad de plstico.

Pozo: Perforacin que se hace en la tierra.

Procedimiento: Mtodo de ejecutar algunas cosas.

Remojar: Empapar en agua o poner en remojo algo.

Saturar: Llenar, ocupar completamente una cosa hasta el lmite de sucapacidad.

Seco: Que carece de agua.

Serie: Conjunto de cosas que se suceden unas a otras y que estnrelacionadas entre s.

Tamiz: Cedazo muy tupido.

Tara: Recipiente de peso conocido que se utiliza para realizardeterminadas pesadas.

Terreno: Perteneciente o relativo a la tierra. Conjunto de sustanciasminerales que tienen origen comn, o cuya formacincorresponde a la misma poca.

vii

INTRODUCCIN

En Quetzaltenango existe un ente administrador del recurso agua del

municipio, el cual es la Empresa Municipal AGUAS DE XELAJ EMAX- cuya

funcin es administrar y proporcionar servicios de agua potable de calidad para los

pobladores del municipio.

La Empresa Municipal Aguas de Xelaj est enfocando sus esfuerzos en

garantizar la cantidad y calidad de agua que provee al municipio de Quetzaltenango

y en este marco se estn realizando diversos estudios para lograrlo.

Actualmente el 75% de la produccin de agua que est generando la EMAX

es obtenida de la perforacin de pozos mecnicos, se ha visto la necesidad de

conocer los parmetros de velocidad, o ndice de infiltracin con la que se estn

recargando los mantos freticos.

Con este estudio se logr determinar la velocidad o ndice de infiltracin del

suelo en ocho puntos del Valle de Palajunoj, para lo cual se utilizaron las

especificaciones propuestas por El Centro Panamericano de Ingeniera Sanitaria y

Ciencias del Ambiente en su Divisin de Salud y Ambiente de la Organizacin

Panamericana de la Salud de la Organizacin Mundial de la Salud, las cuales

consisten en los lineamientos para determinar el ndice de infiltracin y la

clasificacin de los terrenos para pozos y zanjas de infiltracin en campo, para

recarga hdrica de mantos freticos.

El procedimiento consisti en excavar tres pozos de prueba por cada pozo en

estudio, estos se realizaron al nivel del terreno natural, a dos y cuatro metros debajo

de ste respectivamente. Cada pozo de prueba se satur, hasta una altura de 0.30

m, durante 4 horas despus de la excavacin y pasadas 24 horas se procedi a

realizar la prueba de infiltracin obtenindose velocidades promedio, que van desde

los 59.85 hasta los 313.83 lt/m2-da con lo que se tienen Terrenos Medios y Rpidos

para la Infiltracin.

viii

Durante las excavaciones, se tomaron muestras de suelo con el material que

se obtuvo de cada pozo de prueba, necesarias en la realizacin de los estudios para

la clasificacin de los mismos. Las muestras fueron manipuladas como alteradas e

inalteradas, estas ltimas se utilizaron para determinar la humedad natural presente

en los suelos. Todo el proceso de los ensayos se realiz en el Laboratorio de

Suelos de la Divisin de Ciencias de la Ingeniera del Centro Universitario de

Occidente. Los estudios que se realizaron fueron: Granulometra aplicando el

Mtodo Mecnico Seco y Lavado, Lmites de Atterberg (Lquido y Plstico) e ndice

de Plasticidad, Humedad Natural y Densidad de Suelo. Para la clasificacin se utiliz

el Sistema Unificado de Clasificacin de Suelos, propuesto por Arthur Casagrande y

adoptado por el Cuerpo de Ingenieros de Estados Unidos de Amrica.

Tambin durante el proceso de este Ejercicio Profesional Supervisado se

realiz el levantamiento topogrfico de los terrenos donde se encuentran los pozos

de Tierra Colorada Alta y el de Las Majadas, ya que no se contaba con las reas ni

mojones de los mismos, las libretas calculadas y los planos se encuentran en el

apndice.

Es importante tomar en cuenta que el crecimiento poblacional aumenta ao

con ao y por lo mismo la demanda de servicios tambin. El mejoramiento de

servicios municipales y la implementacin de tecnologas que ayuden a un mejor

manejo y control de los mismos, hoy por hoy, es una de las mayores preocupaciones

de las municipalidades y a pesar de los presupuestos cortos y carencias que se

padecen, la mayora de stas, hacen su mejor esfuerzo por seguir brindando

servicios bsicos de calidad a las comunidades. Ahora bien, como parte activa de la

comunidad, nuestro principal compromiso es hacer buen uso de estos recursos,

conservndolos y administrndolos de la mejor manera para hacerlos sostenibles y

sustentables, garantizando con esto la existencia de los mismos para las

generaciones futuras.

ix

OBJETIVOS

GENERAL:

- Determinar el ndice de Infiltracin y Clasificacin de Suelos para ocho pozos

de absorcin a perforar en el Valle de Palajunoj, para la Empresa Municipal

Aguas de Xelaj EMAX-.

ESPECFICOS:

- Geoposicionar la posible ubicacin de los Pozos de Absorcin en el Valle de

Palajunoj, utilizando el sistema de Geoposicionamiento Global y la

Ortofotografa.

- Determinar el ndice de Infiltracin del suelo aplicando el Mtodo de Pozos de

Infiltracin propuesto por el Centro Panamericano de Ingeniera Sanitaria y

Ciencias del Ambiente, rea de Desarrollo Sostenible y Salud Ambiental de la

Organizacin Panamericana de la Salud.

- Realizar la clasificacin de los tipos de suelos encontrados en los pozos

excavados, utilizando como herramientas los ensayos de: Humedad Natural,

Granulometra, Gravedad Especfica, Lmite Lquido, Lmite Plstico e ndice

de Plasticidad y el Sistema Unificado de Clasificacin de Suelos.

1CAPTULO 1EMPRESA MUNICIPAL AGUAS DE XELAJ

1.1. Descripcin general de la Empresa Municipal AGUAS DE XELAJEMAX-

1.1.1. Aspectos LegalesLa empresa Municipal AGUAS DE XELAJ EMAX-, fue creada por el

Acuerdo Municipal del 25 de Septiembre del ao 2000, en el punto Dcimo

Primero del Acta 143-2000 del Honorable Consejo Municipal de

Quetzaltenango. Esta Acta fue publicada en el Diario Oficial el 18 de Octubre

del 2000.

La EMAX cuenta con varios reglamentos para su funcionamiento, los

cuales son: Reglamento Orgnico, Reglamento Interno, Reglamento de

Usuarios y Reglamento de Personal. La Empresa Municipal Aguas de Xelaj

es de Derecho Pblico y est regida por: La Constitucin Poltica de la

Repblica de Guatemala, El Cdigo Municipal, La Ley de Compras y

Contrataciones del Estado, La Ley Orgnica del Presupuesto, El Cdigo de

Salud y Pactos Colectivos.

La EMAX, tiene una Junta Directiva, la cual es el rgano superior que la

rige y tiene como funcin primordial la direccin general de la misma. Esta

Junta Directiva est conformada por: tres miembros del Concejo Municipal, un

representante del Sector Privado Productivo, un representante de los Comits

de Agua del rea Urbana, debidamente autorizados o reconocidos por la

Municipalidad, un representante de los Comits de Agua del rea Rural,

debidamente autorizados o reconocidos por la Municipalidad. Adems,

participarn en las sesiones de la Junta Directiva: un representante de la

Cooperacin Internacional que est apoyando el sector, un representante local

del Sector de Salud Pblica y el director de la EMAX, stos no tendrn voz ni

voto en las decisiones que tome la Junta directiva.

21.1.2. Fin GeneralEl fin general de la Empresa Municipal AGUAS DE XELAJ es velar por

el bienestar de la poblacin del Municipio de Quetzaltenango, basado en el

bien comn. Proponindose la prestacin del servicio pblico municipal del

agua potable, de forma sustentable, continua, segura, eficiente, cobrando

tarifas equitativas y justas; la coordinacin y asesora del servicio de

alcantarillado y disposicin de desechos slidos.

1.1.3. Objetivos1.1.3.1. General

El objetivo General de la Empresa Municipal AGUAS DE

XELAJ, es la administracin del servicio pblico del agua potable del

Municipio de Quetzaltenango.

1.1.4. Visin de la EMAX

Una empresa autosuficiente desde el punto de vista financiero, operando un

sistema centralizado de distribucin que cumpla con las normas de calidad

COGUANOR en un 100% del volumen de agua distribuido, asimismo lograr

satisfacer la demanda de la poblacin sobre la cobertura de la red.

1.1.5. Misin de la EMAX

Satisfacer la demanda de agua potable, as como atender con eficiencia,

prontitud, cortesa y honestidad a la poblacin de Quetzaltenango.

1.1.6. Organigrama

La EMAX se encuentra organizada de la siguiente manera:

3Fuente: EMAX.

En este diagrama, se observa que la EMAX cuenta con cuatro jefaturas

bien definidas, de las cuales, a continuacin se har una pequea descripcin

de sus funciones.

- Jefatura Administrativa Financiera

sta debe estar en la capacidad de captar los ingresos y egresos que

genera la prestacin del servicio de agua, as como disponer de los recursos

econmicos, para funcionar en una forma auto sostenible, tambin cumplir

con los procedimientos establecidos en la ley de compras y contrataciones del

estado, lograr un balance entre ingresos y egresos por la prestacin del

servicio, recuperar fondos casi perdidos por mora en las tarifas mensuales de

agua, venta de agua a plazos, cartas de crditos, entre otros.

Figura 1: Organigrama de la EMAX.

4- Jefatura de Servicios al Pblico

Esta jefatura debe establecer un nuevo procedimiento para la

prestacin de nuevos servicios de agua, continuar con el cambio de

contadores en mal estado en toda la ciudad, ejecutar el plan de regularizacin

de los servicios de agua clandestinos, readecuar el tipo de servicio de agua a

las industrias y comercios y eliminar el subsidio que actualmente se tiene en la

prestacin del servicio de agua.

- Jefatura de Planificacin y Proyectos

Su funcin es planificar y presupuestar proyectos de aguas, as como

construir y supervisar proyectos, velando porque se ejecuten con la calidad

necesaria y de acuerdo al plan maestro de aguas.

- Jefatura de Operacin y Mantenimiento

Entre sus funciones estn las de operar y mantener los nacimientos y

pozos mecnicos en buenas condiciones, para garantizar la produccin de

agua. Capacitar y equipar al personal de campo, para que pueda efectuar su

trabajo eficientemente, disponer de una bodega de materiales en cantidad y

calidad adecuada, modernizar los sistemas elctricos de los pozos mecnicos,

suministrar agua potable de buena calidad a todos los habitantes de la ciudad.

5CAPTULO 2VALLE DE PALAJUNOJ

2.1. Monografa del Valle de Palajunoj

2.1.1. Valle de Palajunoj

El Valle del Palajunoj o LUGAR HACIA LAS DIEZ SABIDURAS, perteneceal municipio de Quetzaltenango. Es un pequeo valle limitado al Norte por el rea

urbana de Quetzaltenango, al Sur por el Volcn Santa Mara, al Este por el Cerro

Quemado y al Oeste por el Volcn Siete Orejas. Su rea aproximada es de 50 km,

con una altura entre 2,250 y 2,700 msnm.

El Valle de Palajunoj est conformado por las siguientes comunidades:

Cantn Llanos del Pinal, Cantn Chuicavioc, Cantn Xecaracoj, CantnXepache, Cantn Tierra Colorada Baja, Cantn Tierra Colorada Alta, Aldea LasMajadas, Cantn Chuicaracoj, Cantn Candelaria y Casero Bella Vista.

Mapa 1: VALLE DE PALAJUNOJ, QUETZALTENANGO, GUATEMALA, C.A.Fuente: Oficina de Catastro, Municipalidad de Quetzaltenango.

62.1.2. Clima

El Valle de Palajunoj se caracteriza por ser de clima fro, debido a su relieve y

a su posicin respecto de la boca costa del ocano Pacfico, el valle diariamente es

rociado por gran cantidad de niebla (precipitacin horizontal) lo que beneficia la

agricultura.

2.1.3. Bosques

Los pocos bosques de altura formados por pino y ciprs al ser bosques

nubosos, recargan los mantos acuferos o aguas subterrneas del Valle del Palajunoj

y abastecen a las aldeas circundantes.

1.2.4. Poblacin

El Valle de Palajunoj es un rea rural, para el ao 2005 se estimaba una

poblacin de 16,600 habitantes, de la etnia maya-kiche. El 80% de las familias viven

en condiciones de pobreza.

1.2.5. Actividad Econmica

La principal actividad productiva es la agricultura de granos bsicos, hortalizas

y flores. El cultivo de granos bsicos es utilizado por las familias para autoconsumo,

mientras que las hortalizas y las flores, son comercializadas por las y los agricultores

en forma directa en los mercados de la ciudad, o a travs de intermediarios a otras

ciudades del pas. Tambin se reporta la migracin laboral de personas,

especialmente de los hombres a Estados Unidos.

7CAPTULO 3

SISTEMA DE GEOPOSICIONAMIENTO

3.1. Sistema de Geoposicionamiento Global (GPS)

El GPS es un sistema global de navegacin por satlite que permite

determinar en todo el mundo la posicin de un objeto, una persona, un vehculo o

una nave, con una precisin hasta de centmetros. Aunque su invencin se atribuye

a los gobiernos de Francia y Blgica, el sistema fue desarrollado, instalado y

actualmente operado por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos de

Norte Amrica.

El GPS funciona mediante una red de 24 satlites en rbita sobre el globo, a

20,200 km, con trayectorias sincronizadas para cubrir toda la superficie de la Tierra.

Cuando se desea determinar la posicin, el receptor que se utiliza para ello, localiza

automticamente como mnimo tres satlites de la red, de los que recibe unas

seales indicando la identificacin y la hora del reloj de cada uno de ellos. Con base

en estas seales, el aparato sincroniza el reloj del GPS y calcula el tiempo que

tardan en llegar las seales al equipo y de tal modo mide la distancia al satlite

mediante triangulacin, la cual se basa en determinar la distancia de cada satlite

respecto al punto de medicin. Conocidas las distancias, se determina fcilmente la

propia posicin relativa respecto a los tres satlites. Conociendo adems las

coordenadas o posicin de cada uno de ellos por la seal que emiten, se obtiene la

posicin absoluta o coordenadas reales del punto de medicin. Tambin se consigue

una exactitud extrema en el reloj del GPS, similar a la de los relojes atmicos que

llevan a bordo cada uno de los satlites.

3.2. Geoposicionamiento de pozos en estudio

Para la localizacin de cada pozo se utiliz una unidad de GPS marca Garmin,

de modelo Etrex Vista con precisin de 0.5 metros, para obtener las coordenadas y

altura del punto sobre el Nivel del Mar, en este caso se obtuvieron coordenadas

geodsicas. Adems, se generaron cdigos de identificacin, donde la primera letra

8corresponde al tipo de obra, en este caso P = pozo, las siguientes letras

corresponden a la identificacin de la comunidad donde se localiza el pozo, por

ejemplo TCB = Tierra Colorada Baja. El primer nmero que aparece en el cdigo es

el nmero de pozo estudiado en la comunidad y por ltimo se tiene el ao del

estudio.

En la Tabla No.1, se observa el nmero de pozo en estudio, la comunidad

donde se encuentra cada uno, el cdigo de identificacin, las coordenadas de

localizacin, la altura en metros sobre el nivel del mar y algunas observaciones.

Estos datos se obtuvieron al momento de Geoposicionar los pozos.

Tabla 1: COORDENADAS Y ALTURAS SOBRE EL NIVEL DEL MAR DE LA LOCALIZACIN DELOS POZOS EN ESTUDIO.

FUENTE: EL AUTOR.

Nota: Las coordenadas que aparecen en la tabla anterior se leen de la siguientemanera, por ejemplo, para PTCB-1-2010 se tienen catorce grados con cuarenta y

ocho minutos y cuarenta y seis punto seis segundos norte y noventa y un grados,

treinta y dos minutos, cincuenta y cuatro punto cuatro segundos al oeste.

No. UBICACIN CDIGO COORDENADAS ALTURA(msn) OBSERVACIONES

N144846.6W0913254.4N144857.0

W0913313.4N1448'31.4"

W0913208.0N144813.9

W0913212.4N144735.9

W0913322.5N144728.3

W0913238.2N144703.6

W0913207.5N144633.5"

W0913146.0

7 Chuicavioc PCHUIC-1-2010 2469 Obra de proteccin en mal estado ycontaminacin del rea del pozo

8* Chuicavioc PLASMAJ-1-2010 2512 No existe obra de proteccin, niperforacin

5 Palajunoj PPALAJ-1-2010 2462 Solo existe caseta, no haycirculacin

6 Llano del Pinal PLLAN-1-2010 2420 Solo existe caseta, no haycirculacin

3 Candelaria PCAND-1-2010 2423 No hay perforacin, ni obra deproteccin

4 Candelaria PCAND-2-2010 2427 No hay perforacin, ni obra deproteccin

1 Tierra Colorada Baja PTCB-1-2010 2317 Ya existe obra de proteccin

2 Tierra Colorada Alta PTCA-1-2010 2342 No existe obra de proteccin

93.3 Ortofotografas de la Ubicacin de los Pozos en estudio

9


9


101010

11

CAPTULO 4

NDICE DE INFILTRACIN

4.1. Infiltracin

El anlisis de la infiltracin en el ciclo hidrolgico es de importancia bsica en

la relacin entre la precipitacin y el escurrimiento, por lo que a continuacin se

introducen los conceptos que la definen, los factores que la afectan, los mtodos que

se usan para medirla y el clculo de dicha componente en grandes cuencas.

4.1.1. Definicin

La infiltracin es el proceso por el cual el agua penetra desde la superficie del

terreno hacia el suelo. En una primera etapa satisface la deficiencia de humedad del

suelo en una zona cercana a la superficie y posteriormente superado cierto nivel de

humedad, pasa a formar parte del agua subterrnea, saturando los espacios vacos.

4.1.2. Capacidad de infiltracin.

Se denomina capacidad de infiltracin a la cantidad mxima de agua que

puede absorber un suelo en determinadas condiciones, valor que es variable en el

tiempo en funcin de la humedad del suelo, el material que conforma al suelo y la

mayor o menor compactacin que tiene el mismo.

4.1.3. Factores que afectan la capacidad de infiltracin

Influyen en el proceso de infiltracin: entrada superficial, transmisin a travs

del suelo, capacidad de almacenamiento del suelo, caractersticas del medio

permeable y caractersticas del fluido.

a) Entrada superficial: la superficie del suelo puede estar cerrada por laacumulacin de partculas que impidan, o retrasen la entrada de agua al suelo.

b) Transmisin a travs del suelo: el agua no puede continuar entrando en el suelocon mayor rapidez que la de su transmisin hacia abajo, dependiendo de los distintos

estratos.

12

c) Acumulacin en la capacidad de almacenamiento: el almacenamientodisponible depende de la porosidad, espesor del horizonte y cantidad de humedad

existente.

d) Caractersticas del medio permeable: la capacidad de infiltracin estrelacionada con el tamao del poro y su distribucin, el tipo de suelo: gravas, arenas,

arcillas o limos, la vegetacin, la estructura y capas de suelos.

e) Caractersticas del fluido: la contaminacin del agua infiltrada por partculasfinas o coloides, la temperatura y viscosidad del fluido, y la cantidad de sales que

lleva.

4.2. Especificaciones tcnicas para el diseo de pruebas de infiltracin

4.2.1. Prefacio

El Centro Panamericano de Ingeniera Sanitaria y Ciencias del Ambiente en su

Divisin de Salud y Ambiente de la Organizacin Panamericana de la Salud de la

Organizacin Mundial de la Salud, presenta las siguientes especificaciones tcnicas

para realizar el ensayo de infiltracin.

4.2.2. Especificaciones Tcnicas para el Diseo de Pruebas de Infiltracin

4.2.2.1. Objetivo

Normalizar las pruebas de infiltracin para el diseo de zanjas y pozos de

infiltracin asociadas al diseo de tanques spticos para el tratamiento de aguas

residuales de origen domstico y agua pluvial.

4.2.2.2. Definiciones

- Infiltracin: efecto de penetracin o introduccin del agua en el suelo.

13

- Prueba de Infiltracin: proceso por el cual se determina la capacidad depenetracin del agua en el suelo.

- Tasa de Infiltracin: velocidad de infiltracin del agua en el suelo.

- Pozo de Prueba: agujero que se realiza en el suelo para realizar la pruebade infiltracin y determinar la tasa de infiltracin.

- Tendido de Tubera: instalacin sucesiva de tubos para un determinado finy de acuerdo a las especificaciones del fabricante y del proyectista.

4.2.2.3. Especificaciones complementarias

a) Zanjas de infiltracin

b) Pozos de infiltracin

4.2.2.4. Prueba de infiltracin

a) Nmero y ubicacin de los pozos de prueba:

- Pozos de Infiltracin: se harn tres pozos de prueba por cada pozo de infiltracin.Los pozos de prueba debern ser distribuidos uniformemente en el rea prevista

para la construccin del pozo de infiltracin. El primer pozo de prueba tendr una

profundidad similar al del pozo de infiltracin, el segundo se prolongar hasta el nivel

a donde llegar el tubo de descarga y el tercer pozo de prueba tendr una

profundidad intermedia entre los dos primeros.

- Zanjas de Infiltracin: por cada 10 m de longitud de zanjas de infiltracin, seefectuar una prueba de infiltracin, debiendo efectuarse una primera al inicio de la

zanja; en todo caso, el nmero de pruebas mnimas es de cuatro. Los pozos de

prueba debern prolongarse hasta la profundidad propuesta para el tendido de la

tubera.

b) Para profundidades de hasta 0,70 m, los pozos de prueba consistirn en agujeros

cuadrados de 0,30x0,30m. Para profundidades mayores a 0,70 m se podr optar por

la perforacin de un agujero de 0,10 m de dimetro.

14

c) En el caso del agujero cuadrado de 0,30x0,30 m se debern raspar con un cuchillo

las paredes del agujero, a fin de proveer la filtracin natural del terreno. El material

suelto del agujero deber ser eliminado. A continuacin, se colocar grava fina o

arena gruesa en el fondo del agujero hasta formar una capa de 5 cm de espesor. En

el caso del agujero circular, aadir suficiente grava fina o arena gruesa hasta obtener

una capa de 15 cm de espesor.

d) Luego de colocada la capa de grava fina o arena gruesa, se deber agregar con

cuidado agua limpia en el agujero hasta obtener una altura mnima de 0,30 m sobre

la capa de grava o arena. Esta altura de agua deber ser mantenida por un perodo

mnimo de cuatro horas y de preferencia durante toda la noche.

e) Realizar la prueba de infiltracin 24 horas despus de haber agregado el agua por

primera vez.

4.2.2.5. ndice de Infiltracin

a) Despus de las 24 horas, se agrega agua en el agujero hasta obtener una altura

de 0,15 m sobre la capa de grava o arena. Con la ayuda de una regla o un metro y

un punto de referencia fijo situado en la superficie del terreno, mida el descenso del

nivel de agua en el tiempo.

b) El tiempo total de la prueba de infiltracin debe ser de 30 minutos, con seis ciclos

de 5 minutos cada uno.

c) Determine la velocidad de descenso del nivel de agua cada 5 minutos durante los

30 minutos. En el caso que el agua sea absorbida antes de concluida la prueba,

aada ms agua al agujero. Este proceso de llenado se deber repetir tantas veces

como sea necesario, hasta concluir con la prueba de infiltracin.

d) En terrenos arenosos no ser necesario esperar 24 horas para realizar la prueba

de infiltracin.

e) La tasa de infiltracin se calcula a partir de los dos ltimos datos observados en el

perodo final de los 30 minutos y se determina mediante la siguiente frmula:

15

= 315.5 ( ) / Ecc. 1 (8)Donde:

Q = Tasa de infiltracin en lt/m2-da

h = Descenso del nivel de agua en el tiempo de la prueba (mm)

t = Tiempo demandado para el descenso del nivel de agua expresado en segundos.

f) Los terrenos se clasificarn de acuerdo a los resultados de esta prueba en:

rpidos, medios y lentos, segn los valores de la presente tabla:

CLASES DE TERRENO TIEMPO PARA INFILTRAR 5,0 cm

Rpidos Menos de 10 minutos

Medios Entre 10 a 30 minutos

Lentos Entre 30 a 60 minutosTabla 2: CLASIFICACIN DE LOS TERRENOS SEGN SU CAPACIDAD DE INFILTRACIN (8)

Es importante mencionar que todos los pozos estudiados siguieron el

procedimiento descrito anteriormente, aunque en pozos donde existi alta presencia

de partculas gruesas, no se pudo saturar durante las 4 horas que las

especificaciones recomienda, por lo que se tom la decisin de saturarlos durante

dos horas continuas y luego realizar el ensayo de infiltracin tomando como

referencia dos puntos dentro de la escala de los 15 centmetros saturados, tomando

el tiempo necesario para la infiltracin del agua dentro de este rango, teniendo con

esto los datos necesarios para determinar el ndice de infiltracin del suelo en

estudio.

16

4.3 Ejemplo de clculo del ndice de Infiltracin

Se realizar el clculo del ndice de Infiltracin del Pozo excavado en el cantn

Tierra Colorada Alta, el cual como se puede observar en la tabla No. 3, se realiz el

21 de julio de 2010 y el ensayo se inici a las 10:00 horas, por lo que la lgica indica

que el da anterior se perfor y se satur durante cuatro horas constantes hasta una

altura de 0.30 m. Esta tabla contiene los datos obtenidos en campo tomando como

punto inicial de saturacin 0.15 m (150 mm) sobre el nivel de la grava colocada en el

fondo del Pozo de Prueba y tomando lecturas a cada 5 minutos, con lo que se

obtiene un diferencial de alturas tambin expresado en mm. Con estos datos se

aplica la Ecuacin 1 = 315.5 ( ) / Ecc.1, (8)Donde: Q = ndice de Infiltracin en lt/m2-da

h = ho hf en milmetros

t = Tiempo en segundos

Entonces sustituyendo los resultados de campo en la ecuacin se tiene:

Q = 315.5 x ((150-132)/300)1/2

Q = 77.28 lt/m2 da

En la tabla 3, se pueden observar los resultados de aplicar la ecuacin 1 a

todos los resultados obtenidos en campo. Por ltimo, se realiza el promedio de los

ltimos dos resultados obtenidos para hallar el ndice de infiltracin del pozo de

prueba en estudio.

17

PTCA-1-2010-PP1FECHA: 21 DE JULIO DE 2010HORA ho hf TASA DE INFILTRACIN

10:00 - 10:05 150 132 77.28 lt/m2-da10:05 - 10:10 132 115 75.10 lt/m2-da10:10 - 10:15 115 100 70.55 lt/m2-da10:15 - 10:20 100 86 68.16 lt/m2-da10:20 - 10:25 86 72 68.16 lt/m2-da10:25 - 10:30 72 59 65.68 lt/m2-daINDICE DE INFILTRACION 66.92 lt/m2-da

Tabla 3: DATOS DEL ENSAYO DE INFILTRACIN PARA EL PTCA-1-2010-PP1

FUENTE: EL AUTOR.

Este procedimiento se aplic a cada uno de los pozos de prueba realizados en

el pozo del cantn Tierra Colorada, tenindose los resultados mostrados en la

Grfica 1.

Grfica 1: NDICE DE INFILTRACIN PARA LOS POZOS DE PRUEBA PTCA-1-2010-PP1, PP2 YPP3

FUENTE: EL AUTOR

En esta grfica se puede observar que el Estrato de Suelo encontrado a los

2.00 metros es menos permeable que el encontrado en la superficie, pero al

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00

0 10 20 30 40

INDICE

DE IN

FILTR

ACIN

LT/M

2-DA

TIEMPO EN MINUTOS

INDICE DE INFILTRACINPTCA-1-2010-PP1PTCA-1-2010-PP2

PTCA-1-2010-PP3

18

momento de llegar al estrato del pozo de prueba 3, ste es mucho ms permeable ya

que presenta una mayor velocidad de infiltracin.

En la Tabla 4, se ve el resumen de los resultados de infiltracin obtenidos y

calculados para el pozo excavado en Tierra Colorada Alta.

POZO TIERRA COLORADA ALTA

PTCA-1-2010-PP1 66.92 lt/m2-da

PTCA-1-2010-PP2 53.08 lt/m2-da

PTCA-1-2010-PP3 74.81 lt/m2-da

NDICE DE INFILTRACIN 64.94 lt/m2-da

CLASE DE TERRENO MEDIOTabla 4: NDICE DE INFILTRACIN Y CLASE DE TERRENO

PARA POZO TIERRA COLORADA ALTA.

FUENTE: EL AUTOR

Con estos resultados se realiz un promedio para obtener el ndice de

infiltracin a utilizar para el pozo de Tierra Colorada Alta, adems la clasificacin del

terreno se realiz utilizando los parmetros presentados en la tabla 1, donde se

establece el tiempo necesario para la infiltracin de 5 cm de agua en un rea de 1

m2 por da. Esto se obtiene de despejar el tiempo y sustituir el ndice de infiltracin

en la Ecuacin 1, como se describe a continuacin.= 315.5 ( ) / Ecc. 1, (8).= . /60 Ecc. 2, (8).

Donde:

t = Tiempo en infiltrar 5 cm, en minutos

h = altura infiltrada (h=50 mm)

Q = ndice de Infiltracin del Pozo en lt/m2-da

19

Sustituyendo valores en Ecuacin 2:

= 5064.94315.5 /60t = 19.67 20 minutos

Ahora se ve en la Tabla 1 que los suelos que tardan entre 10 y 30 minutos en

infiltrar 5 cm de agua, se clasifican como TERRENOS MEDIOS, es por esto que elpozo de Tierra Colorada Alta se clasifica en esta categora.

4.4. Resultados de infiltracin

A continuacin, en la Tabla 5 se vern los resultados generales obtenidos para

los ndices de Infiltracin de los pozos que se analizaron en este estudio

POZO Q lt/m2-da TERRENO

POZO TIERRA COLORADA BAJA 59.85 MEDIO

POZO TIERRA COLORADA ALTA 64.94 MEDIO

CANDELARIA 1 71.12 MEDIO

CANDELARIA 2 119.73 RPIDO

CENTRO DE PALAJUNOJ 313.83 RPIDO

LLANO DEL PINAL 142.03 RPIDO

CHUICAVIOC 64.86 MEDIO

LAS MAJADAS 193.29 RPIDOTABLA 5: INDICE DE INFILTRACIN Y CLASIFICACIN DEL TERRENO

DE LOS OCHO POZOS EXCAVADOS.

FUENTE: EL AUTOR.

Como se observa en esta tabla, las velocidades van desde los 59.85 lt/m2-da

hasta los 313.83 lt/m2-da, con esto se tiene que el 50% de los terrenos se clasifican

como medios y el otro 50% como rpidos, esto segn la clasificacin presentada en

la tabla 1. Por lo que se consideran los medios aptos para la construccin de pozos

de absorcin para la recarga hdrica de mantos freticos.

21

CAPTULO 5

CLASIFICACIN DE SUELOS

5.1. Mecnica de Suelos

5.1.1. Definicin

De manera muy general, se puede definir la mecnica de suelos como la

accin y efectos de las fuerzas sobre una masa o cuerpo de suelo, lo que puede

llegar a deformarlo o cambiar sus caractersticas fsicas y qumicas. El Dr. Karl

Terzaghi defini a la mecnica de suelos como la aplicacin de las leyes de la

mecnica y la hidrulica a los problemas de ingeniera que tratan con sedimentos y

otras acumulaciones no consolidadas de partculas slidas, producto de la

desintegracin qumica y mecnica de las rocas.

5.1.2. Principales tipos de suelos

A nivel general se establecen cuatro tipos de suelos, los cuales son: gravas,

arenas, limos y arcillas, aunque en la naturaleza se encuentran varias combinaciones

de los mismos.

Para conocer un poco ms de cada uno de ellos, se dar una breve

descripcin de stos:

a) Gravas: las gravas son acumulaciones sueltas de fragmentos de rocas y suspartculas varan desde 7.62 cm hasta 2.00 mm. La forma de las partculas de

las gravas y su relativa frescura mineralgica depende de la historia de su

formacin, encontrndose variaciones desde elementos conocidos

comnmente como cantos rodados a los polidricos.

b) Arenas: la arena es el nombre que se le da a los materiales de granos finosprocedentes de la desintegracin de las rocas o de su trituracin artificial, sus

partculas varan entre 2 mm y 0.05 mm de dimetro. Es comn encontrar

depsitos grandes de arena paralelamente a los depsitos de grava. Entre las

22

principales caractersticas de la arena se encuntra que no se contraen al

secarse, no son plsticas, son mucho menos compresibles que la arcilla y si

se aplica una carga en su superficie, se comprimen casi de manera

instantnea.

c) Limos: son suelos de granos finos con poca o ninguna plasticidad, pudiendoser Limo inorgnico como el producido en canteras, o limo orgnico como el

que suele encontrarse en los ros, siendo en este ltimo caso de

caractersticas plsticas. El dimetro de las partculas de los limos est

comprendido entre 0.05 mm y 0.005 mm.

d) Arcillas: son partculas slidas con dimetro menor de 0.005 mm y cuyamasa tiene la propiedad de volverse plstica al ser mezclada con agua. Las

arcillas se contraen al secarse, presentan marcada cohesin segn su

humedad, son compresibles y al aplicrseles una carga en su superficie se

comprimen lentamente. Se puede decir que un contenido mnimo del 15% de

arcilla en un suelo le dar a ste las propiedades de la arcilla.

Considerando que la velocidad o tasa de infiltracin de un suelo depende

directamente de factores y caractersticas tan peculiares como la composicin

granulomtrica, la densidad o gravedad especfica, el ndice plstico y otros factores,

se proceder a describir y conceptualizar los estudios y ensayos realizados para

poder determinar estos parmetros, la descripcin se realizar desde la obtencin y

manejo de las muestras del suelo in situ hasta los ensayos realizados en el

Laboratorio de Suelos del Centro Universitario de Occidente.

5.1.3. Obtencin y manejo de muestras de suelo

Para que los resultados de laboratorio sean lo ms precisos y confiables

posible, se requiere que desde el origen se maneje de manera adecuada el suelo.

Del manejo inicial de los suelos se tienen dos tipos de muestras: Inalteradas y

Alteradas. Para las muestras inalteradas el objetivo es tratar de modificar lo menos

posible las condiciones en que se encuentra el suelo en su estado natural, su manejo

23

requiere de mucha pericia por parte de los operadores de campo y de mayor equipo.

En el caso de las muestras alteradas no se altera su composicin fsica ni qumica,

pero s las condiciones naturales del suelo. El manejo y la obtencin de muestras de

suelo depende directamente de los propsitos que tengan stas para el laboratorio,

por ejemplo en el caso del ensayo de granulometra se requieren muestras alteradas

y en el caso del ensayo de humedad natural se requieren muestras inalteradas.

Para obtener las muestras de este estudio se utiliz la metodologa de

sondeos a cielo abierto, que consiste en excavar calicatas de 1.00 m x 1.00 m de

seccin y de las profundidades requeridas para el ensayo de infiltracin descrito en la

seccin 3. Se obtuvieron muestras tanto alteradas como inalteradas, las cuales se

manejaron siguiendo el procedimiento siguiente:

a) Extraccin de Muestra Inalterada: se procedi a cortar un bloque de suelo0.12 m x 0.09 m x 0.06 m, luego se coloc en un recipiente de plstico, se

cubri con una capa de parafina para evitar la prdida de humedad, se sell

hermticamente y se identific con el cdigo correspondiente al pozo en

estudio. Estas muestras estaban destinadas directamente para obtener la

humedad natural del suelo, de all la importancia de mantenerlas inalteradas.

b) Extraccin de Muestras Alteradas: stas se obtuvieron de la excavacin decada pozo de prueba realizado, colocndolas en una lona impermeable y

cuartendolas para obtener el material que se envi al laboratorio. El cuarteo

consiste en extender la muestra de suelo en la lona y luego partirla en cuatro

partes iguales, se procede a eliminar dos esquinas opuestas y se trabaja con

las dos restantes. En este caso, por el tiempo necesario para la saturacin del

suelo se colocaron de una vez las muestras al sol antes de empacarlas. Las

muestras se empacaron en bolsas de plstico y se etiquetaron con los cdigos

correspondientes para cada pozo en estudio. Con estas muestras se

realizaron los ensayos de Granulometra, Lmite Lquido, Lmite Plstico y

Densidad Relativa de Suelo.

24

5.2. Humedad natural del suelo

5.2.1. Generalidades

Cuando se extrae una muestra de suelo, se puede observar que contiene un

cierto porcentaje de humedad, el cual es parte esencial de la composicin del mismo

y est relacionado a la capacidad de infiltracin y permeabilidad del suelo. Por lo

que cada suelo va a presentar porcentajes de humedad muy particulares.

Para determinar la humedad natural de los suelos en estudio, se utilizaron

muestras inalteradas extradas directamente del lugar donde se realizaron los pozos

de prueba que se describieron en la seccin anterior.

El proceso de determinar el contenido de humedad presente en una muestra

de suelo es un ensayo bastante rutinario en los laboratorios de suelos y se realiza

para varias pruebas practicadas a los mismos. Y aunque es bastante repetitivo, es

de vital importancia, por lo que a continuacin se har una descripcin del equipo y

proceso que se sigue para el mismo.

Como definicin de contenido de humedad de una muestra de suelo, se dice

que es la relacin entre el peso de agua contenida en la muestra y el peso de la

muestra despus de ser secada al horno, expresada como tanto por ciento,

entonces:

= 100 Ecc. 3. (6,11)Donde:

Ww = Peso de agua presente en la muestra de suelo.

Ws = Peso de los slidos en el suelo.

De esta relacin se tiene que para determinar el peso de agua presente en la

muestra de suelo (Ww) es necesario realizar la diferencia entre el peso de suelo

hmedo ms el del recipiente (PBH) y el peso de suelo seco ms el del recipiente

(PBS), en este orden:

25

= Ecc. 4.Donde:

PBH = peso bruto hmedo (peso suelo hmedo+tara)

PBS = peso bruto seco (peso suelo seco + tara)

Y la diferencia entre el peso de suelo seco ms el de recipiente (PBS) y el

peso del recipiente solo (Tara) es el peso del suelo Ws, entonces:= = Ecc. 5.Donde:

PBS = Peso bruto seco

Tara= Peso del recipiente

PNS = Peso Neto Seco

Ahora bien, si se definen los pesos netos se puede escribir la ecuacin como

sigue: = 100 Ecc. 6.Donde:

PNH = Peso Neto Hmedo (Peso Bruto Hmedo Tara)

PNS = Peso Neto Seco

El suelo debe secarse en el horno a una temperatura de 110 5C hasta

obtener un peso constante, mientas haya agua presente para evaporar, el peso

continuar disminuyendo en cada determinacin que se haga en la balanza. En

general, por la cantidad de muestras que se encuentran en el horno, no es muy

aconsejable hacer varias medidas del peso para determinar si se ha obtenido un

estado de peso constante. Lo que se realiz para este ensayo fue colocar todas las

26

muestras dentro del horno durante un perodo de 12 a 18 horas, por lo general

durante toda la noche, perodo despus del cual se supuso que las muestras haban

perdido por completo la humedad y se procedi a pesarlas y tomar este resultado

como el Peso Bruto Seco (PBS).

Se recomienda que el proceso de sacar las muestras del horno y pesarlas, se

realice con mucho cuidado y para tal caso utilizar unas pinzas y guantes de cuero o

asbesto que cubran las manos y el brazo, ya que las muestras se encuentran

demasiado calientes y pueden provocar quemaduras muy severas.

Si no es posible secar las muestras de manera inmediata, se recomienda

taparlas o dejarlas en un lugar hermtico y lejos de la humedad del laboratorio, ya

que sta vara de forma considerable dependiendo de los ensayos que se estn

realizando en ese momento, por ejemplo: se pueden estar realizando ensayos de

granulometra lavada y lmites al mismo tiempo, algo que no es aconsejable.

5.2.2. Equipo para determinar humedad natural

Para este ensayo se necesita equipo muy bsico:

- Taras de aluminio identificadas y calibradas: para este estudio se

numeraron las taras en orden ascendente de 1 en adelante. Cuando se habla

de calibracin de taras se refiere al proceso de pesar las taras por lo menos

tres veces y obtener un promedio de los pesos, este peso es el que se utilizar

para la tara. Por ejemplo, se tiene que la tara 1 presenta los siguientes pesos:

15.8g, 15.7 g y 15.6 g respectivamente, por lo que se tiene un peso promedio

de 15.7 g. Ahora se sabe que la tara 1 tiene un peso calibrado de 15.7 g.

- Balanza mecnica con 0.01 gramos de aproximacin: debidamentecalibrada, limpia y en condiciones adecuadas para su uso.

- Horno con control de temperatura adecuado.

- Esptula.

27

- Pinzas.

- Guantes de cuero.

- Hojas para tabulacin de datos.

5.2.3. Procedimiento

Para la determinacin del contenido de humedad natural de los suelos

en estudio, se realiza el siguiente procedimiento:

- Primero: se asegura que todo el equipo a utilizar est debidamenteidentificado, calibrado, limpio y en condiciones aptas para su uso.

- Segundo: se pesa la muestra de suelo y el recipiente con una aproximacin de0.01 gramos. Este dato se registra en la hoja de tabulacin de datos como

Peso Bruto Hmedo (PBH).

- Tercero: se coloca el recipiente con la muestra en el horno por un perodocomprendido entre 12 a 18 horas, tiempo en el cual se supone que perder por

completo el agua presente en la muestra. El horno se debe mantener con una

temperatura promedio de 100 C.

- Cuarto: se saca la muestra del horno y se deja enfriar hasta que adopte latemperatura ambiente o hasta que se pueda manipular. Hay que evitar que

durante este proceso la muestra absorba la humedad del ambiente presente en

el laboratorio.

- Quinto: se pesa el recipiente con la muestra con una aproximacin de 0.01gramos y se registra este dato en la hoja de tabulacin de datos como Peso

Bruto Seco (PBS).

- Sexto: se procede a calcular el % de humedad natural del suelo en estudio yse registra en la hoja de tabulacin de datos.

28

5.2.4. Ejemplo de Clculo de Humedad NaturalPara comprender de mejor manera el proceso para determinar el porcentaje de

humedad natural de cualquier suelo, (proceso que sirve para determinar el

porcentaje de humedad para ensayos como: Prctor, C.B.R., los Lmites de

Atterberg, Densidad Relativa y otros) se procede a realizar un ejemplo del clculo:

Del rengln 1 de la tabla 6 se tiene: W tara = 67.9 gramos; Peso Bruto Hmedo

(PBH) = 800 gramos y Peso Bruto Seco (PBS) = 607.7 gramos. Con lo que se

encuentra el Peso Neto, tanto Hmedo como Seco:= Ecc. 7.Entonces: = (800 67.9)= 732.1= = (607.7 67.9)= 539.80Ahora se sustituyen estos valores en la ecuacin:= 100 Ecc. 6.Se tiene: = 732.10 539.80539.80 100

= 35.62 %Que corresponde al porcentaje de humedad natural del pozo de prueba 1 del

pozo excavado en Cantn Tierra Colorada Baja, identificado por el cdigo PTCB-1-

2010-PP1.

29

5.2.5. Resultados de Humedad Natural

La humedad natural de los suelos en estudio, expresada en porcentaje, se

presenta en la Tabla 6. Se puede observar que en su mayora los suelos presentan

mayor porcentaje de humedad en el estrato superior y en el estrato inferior y esto se

debe a que el estudio se realiz en la poca de finalizacin de la temporada de

lluvias en Quetzaltenango. Adems, en algunos casos se presenta un aumento

considerable del porcentaje de humedad y esto se debe a que son suelos poco

permeables y por lo tanto, mantienen por ms tiempo la humedad. Como se ve en la

tabla 6, se tienen rangos de humedad natural que van desde el orden del 7% de

humedad natural, lo que indica que son suelos bastante permeables que no permiten

la retencin de agua y rangos cercanos al 55% que indica la presencia de suelos

poco permeables.

No. CDIGO W TARA PBH PBS PNH PNS % HUM1 PTCB-1-2010-PP1 67.9 800 607.7 732.1 539.8 35.622 PTCB-1-2010-PP2 66.9 732 571.9 665.1 505 31.73 PTCB-1-2010-PP3 68.2 770 587.2 701.8 519 35.224 PTCA-1-2010-PP1 67.8 665 505.5 597.2 437.7 36.445 PTCA-1-2010-PP2 65.9 740 553 674.1 487.1 38.396 PTCA-2-2010-PP3 68.7 575 417.5 506.3 348.8 45.157 PCAND-1-2010-PP1 67 730 670 663 603 9.958 PCAND-1-2010-PP2 67.2 790 729 722.8 661.8 9.229 PCAND-1-2010-PP3 67.4 817 760 749.6 692.6 8.2310 PCAND-2-2010-PP1 68 733 672 665 604 10.111 PCAND-2-2010-PP2 67.2 870 812 802.8 744.8 7.7912 PCAND-2-2010-PP3 68.3 725 645 656.7 576.7 13.8713 PPALAJ-1-2010-PP1 65.8 650 550 584.2 484.2 20.6514 PPALAJ-1-2010-PP2 66.6 770 722 703.4 655.4 7.3215 PPALAJ-1-2010-PP3 67.1 786 532.75 718.9 465.65 54.3916 PLLAN-1-2010-PP1 66.9 670 509.4 603.1 442.5 36.2917 PLLAN-1-2010-PP2 67.8 755 706.5 687.2 638.7 7.5918 PCHUIC-1-2010-PP1 68.4 630 455.4 561.6 387 45.1219 PCHUIC-1-2010-PP2 134.7 573.6 493.3 438.9 358.6 22.3920 PCHUIC-1-2010-PP3 67.3 815 660 747.7 592.7 26.1521 PLASMAJ-1-2010-PP1 68.2 725 525.4 656.8 457.2 43.6622 PLASMAJ-1-2010-PP2 66.2 720 586.4 653.8 520.2 25.6823 PLASMAJ-1-2010-PP3 65.9 645 510.6 579.1 444.7 30.22

HUMEDAD NATURAL

Tabla 6: HUMEDAD NATURAL PRESENTE EN LOS SUELOS ENCONTRADOS EN LA

EXCAVACIN DE LOS POZOS ESTUDIADOS.

Fuente: El Autor.

30

5.3. Granulometra

5.3.1. Generalidades

El anlisis granulomtrico de un suelo consiste en separar y clasificar por

tamaos los granos que lo componen. Esto se hace determinando la cantidad, en

porcentaje, de los diversos tamaos de las partculas que constituyen el suelo. En la

clasificacin de los suelos, para usos de ingeniera, es universalmente acostumbrado

utilizar algn tipo de anlisis granulomtrico.

Existen diversos mtodos y procedimientos para la determinar la composicin

granulomtrica de un suelo, entre los ms comunes estn el del tamizado que se

utiliza para clasificar suelos de partculas gruesas, este mtodo es tambin conocido

como MTODO MECNICO y el procedimiento por sedimentacin, el cual se aplicacuando se tienen suelos de partculas muy finas, a este mtodo se le conoce como

MTODO DEL HIDRMETRO. Para este estudio se realizaron los ensayosgranulomtricos por medio del mtodo mecnico, tanto lavado como seco.

Analizando el proceso de tamizado en laboratorio, se observ que muchas

veces las partculas ms pequeas no fueron totalmente separadas en el proceso de

pulverizacin, quedando acumulaciones de grumos o gran cantidad de partculas

finas adheridas a partculas mayores, lo que provoca lecturas errneas en el

porcentaje de retencin o en el porcentaje de suelo que pasa en los tamices. Es por

eso que se tiene una sub-divisin del mtodo mecnico en: mtodo mecnico seco y

mtodo mecnico lavado. Ms adelante se har la descripcin del procedimiento

que se aplic en cada uno de ellos.

Tambin se puede decir que el anlisis granulomtrico, es un intento de

determinar las proporciones relativas de los diferentes tamaos de grano presentes

en una masa de suelos dada. Obviamente para obtener un resultado significativo de

la muestra debe ser estadsticamente representativa de la masa de suelo. Como no

es fsicamente posible determinar el tamao real de cada partcula independiente de

suelo, en la prctica solamente se agrupan los materiales por rangos de tamao.

31

Para lograr esto se obtiene la cantidad de material que pasa a travs de un

tamiz con una malla dada, pero que es retenido en un siguiente tamiz cuya malla

tiene dimetros ligeramente menores a la anterior y se relaciona esta cantidad

retenida con el total de la muestra pasada a travs de los tamices. Es evidente que

el material retenido de esta forma en cualquier tamiz, consiste de partculas de

muchos tamaos, todos los cuales son menores al tamao de la malla a travs de la

cual todo el material pas, pero mayores que el tamao de la malla del tamiz en el

cual el suelo fue retenido.

La herramienta principal de trabajo, para el Anlisis Granulomtrico, es la

malla o tamiz. Existen dos escuelas, claramente diferenciables, en cuanto a la forma

en s del tamiz: La Escuela Alemana y la Escuela Norteamericana. La Escuela

Alemana utiliza una plancha metlica agujereada, mientras que La Escuela

Norteamericana forma la malla con hilos metlicos dispuestos en forma de

cuadrcula.

No puede afirmarse en ningn momento que una escuela sea superior a la

otra, en este aspecto, cada una tiene sus ventajas, como tambin sus desventajas.

Las mallas Alemanas tienen la bondad de presentar orificios circulares que se

asemejan ms a la forma de las partculas que el cuadro de las mallas

norteamericanas. Ahora bien, las planchas agujereadas presentan zonas ciegas,

donde puede quedar retenido material que de otra manera hubiera pasado,

quedando este efecto reducido a un mnimo en las mallas norteamericanas. Ya sea

que se utilice una o la otra, siempre debe tenerse la precaucin de no mezclar ambas

normas.

Dentro de la escuela norteamericana, se pueden distinguir dos tipos de

tamices:

a) La Serie Tyler: en este juego de tamices, cada malla tiene una separacinveces mayor que la del cedazo prximo menor y su designacin numrica

corresponde al nmero de aberturas por pulgada lineal.

32

b) La Serie U.S. Standard: a diferencia de la serie anterior, los nmeros quedesignan a cada tamiz son inversamente proporcionales al tamao de las

aberturas. Por ejemplo: un tamiz No. 200 tiene aberturas igual a la mitad

de las correspondientes a la malla No. 100. Cuando las mallas son muy

gruesas, se usa para su identificacin la separacin entre hilos. En el

Laboratorio de Suelos de la Divisin de Ciencias de la Ingeniera se utiliza

la serie U.S. Standard.

Todos los tamices U.S., son hechos de malla de alambre forjado con aberturas

rectangulares, que varan en tamao desde 101.6 mm (4) en la serie ms gruesa

hasta el nmero 400 (0.038 mm) en la serie correspondiente a suelo fino. Aunque

para esta prctica el tamiz No. 200 (0.075 mm) fue el ms pequeo utilizado. Estos

tamices se pueden conseguir en un dimetro de 20 cm y la mayora en 30.5 cm. La

designacin corriente tipo U.S: vara entre 100 y 6.3 mm en trminos del tamao de

la malla. Entre los tamices No. 4 (4.75 mm) y No. 18 (1.00 mm) la abertura de malla

es en milmetros; desde el No. 20 hasta el No. 400, la malla se mide en micrmetros

(m = 0.001 m). El tamiz No. 20 tiene 850m 0.850 mm de abertura de malla. Deltamiz No. 4 hacia abajo, el tamao de la abertura de malla es aproximadamente= ( 1) 2 .

Todos los sistemas de clasificacin utilizan el tamiz No. 200 como un punto

divisorio; las clasificaciones se basan generalmente en trminos de la cantidad

retenida o la cantidad que pasa a travs del tamiz No. 200.

Es importante mencionar que el proceso de tamizado no provee informacin

sobre la forma de los granos de suelo, es decir si estos son angulares o

redondeados. Solamente da informacin sobre los granos o partculas que pueden

pasar, o qu orientacin adecuada pasa, a travs de una malla de abertura

rectangular de un cierto tamao. Como tamao de las partculas puede considerarse

el dimetro de ellas cuando son indivisibles bajo la accin de una fuerza moderada,

como la producida por un mazo de madera o de goma golpeando ligeramente.

33

La informacin obtenida del anlisis granulomtrico se presenta en forma de

curva, la cual se conoce como CURVA GRANULOMTRICA. Esto es, para podercomparar suelos y visualizar ms fcilmente la distribucin de los tamaos de granos

presentes. Para el trazo de la curva granulomtrica se utiliza una grfica que tiene

por abscisas las aberturas de las mallas o tamices, esto en escala logartmica y por

ordenadas los porcentajes de material que pasa por dichas mallas, a escala

aritmtica. En la siguiente grfica se puede observar una representacin de la Curva

Granulomtrica.

Grfica 2: Curva Granulomtrica de SueloFuente: El Autor

Esta curva resultante se compara con las que se tengan como

especificaciones, o se obtienen de ella relaciones entre ciertos porcentajes que dan

idea de la graduacin del material. Adems, la forma de la curva granulomtrica,

dibujada a escala semilogartmica, da una idea de la composicin granulomtrica del

suelo. As, un suelo que est formado por partculas de un mismo tamao quedar

representado por una lnea vertical y un suelo con curva granulomtrica bien tendida

indicar gran variedad de tamaos. Con esta curva se tiene slo una aproximacin

2" 1" 3/4"

1/2"

3/8"

No.

4

No.

10

No.

16

No.

40

No.

50 No.

100

No.

200

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00

% M

ATER

IAL

QU

E PA

SA

No. de TAMICES

GRFICA DE GRANULOMETRA

34

real de la composicin granulomtrica del suelo que se est estudiando y esto es

debido a varios factores que muchas veces no se pueden controlar, tales como:

limitaciones fsicas para obtener muestras estadsticamente representativas, la

presencia de grumos en el suelo, la limitacin prctica impuesta por la utilizacin de

mallas de forma regular para medir partculas de suelo de forma irregular y el nmero

limitado de tamices utilizables en el anlisis.

Para el ensayo granulomtrico, es necesario utilizar una serie de tamices.

Esta serie consiste, comnmente, en un grupo de tamices seleccionados de forma

que la abertura de la malla de cada tamiz sea el doble de la abertura de la malla

anterior de abajo hacia arriba como 6, 12, 24 mm 0.075, 0.150, 0.33 mm y as

sucesivamente. Esta serie por conveniencia y a limitantes tales como la

disponibilidad de tamices en el laboratorio y al tamao de la serie misma, o la

necesidad de introducir tamices de control como los nmeros 4, 100, 200 u otros

tamaos, es necesario algunas veces omitir algunos tamaos de tamiz. Muchas

veces la norma de doblar siempre el tamao del tamiz no mejora del todo la

distribucin granulomtrica y lo que realmente se necesita es la utilizacin para

producir la curva, de un nmero razonable de puntos que permitan una confiabilidad

estadstica. La norma de doblar el dimetro debe ser recordada y utilizada como

gua para desarrollar la serie de tamices. Y si es estrictamente necesario para el

anlisis de suelos finos colocar siempre el tamiz nmero 200 al final de la serie.

5.3.2. Equipo para Granulometra

Para este estudio se utiliz el equipo con el que cuenta el Laboratorio de

Suelos de la Divisin de Ciencias de la Ingeniera el cual consiste en:

- Bandeja de metal para el secado al sol, en horno o estufa y la pulverizacindel material.

- Mazo de goma y cilindro de madera para la trituracin de grumos y partculasfinas adheridas a partculas ms gruesas.

- Serie de Tamices U.S. ESTNDAR: Tapa, 2, 1, 3/4, 1/2, 3/8, , 3/8, No.4, No. 10, No. 16, No. 40, No. 50, No. 100, No. 200, Bandeja (Fondo).

35

- Agitador automtico, comnmente se conoce como tamizadora.- Balanza mecnica de 0.1 gr de aproximacin.- Balanza mecnica de 0.01 gr. de aproximacin.- Horno y/o estufa para el secado de muestras.- Taras de aluminio para secado de muestras en horno o estufa.- Taras de plstico para secado de muestras al sol.- Manguera con dispensador graduable.- Cubeta de plstico de 5 galones.- Brochas de cerdas suaves y duras- Marcador permanente para rotulado de muestras.- Maskin Tape para rotulado de muestras.

5.3.4. Procedimiento

En este estudio se realizaron dos variantes del mtodo mecnico, a pesar de

que se sigue una homogeneidad en la mayora de los procesos utilizados para stos,

se ver que se diferencian en que para uno se tamiza el material en seco y para el

otro el tamizado se realiza utilizando la accin mecnica del agua.

5.3.3.1. Mtodo mecnico seco

Este mtodo es aplicable para suelos de granos o partculas gruesas. En

este orden, se ve que en suelos en los cuales menos del 10 al 15% del material pasa

a travs del tamiz No. 10 (2.00 mm), no es prctico realizar el mtodo lavado y esto

se debe a que el tamao de muestra necesaria en suelos de grano grueso (100 a

5000 g), hace el lavado bastante imprctico. A continuacin, se har una descripcin

lo ms detallada posible de todo el proceso realizado para determinar la

composicin granulomtrica del suelo utilizando el mtodo mecnico seco:

- Paso 1: se extiende el material, trado de campo, sobre una lona impermeabley se procede a cuartearlo. Esto es dividirlo en cuatro partes iguales y

homogneas. Luego se descartan dos esquinas opuestas, las cuales deben

ser almacenadas y etiquetadas adecuadamente para poder ser utilizadas por

si fuera necesario. Se necesita alrededor de unos 2000 gr para realizar el

36

ensayo, pero si se puede obtener una cantidad mayor beneficia en que la

muestra estadsticamente es mucho ms representativa de la masa de suelo.

Se procede a colocar el material en una bandeja de metal para su secado.

- Paso 2: el material es secado perfectamente. El secado puede realizarse pordos mtodos:

o Mtodo de aireacin o secado al sol: para el cual el material secoloca en una superficie regular donde pueda aprovecharse al mximo

los rayos del sol y las corrientes de aire para el secado de la muestra.

Se debe tener especial cuidado de que el rea destinada para el

secado est libre de factores contaminantes y aislada de la

manipulacin de personas ajenas al laboratorio. El operador debe

tener bastante experiencia para saber que el suelo se encuentra

perfectamente seco y debe mantener bastante control sobre la muestra

y estarla moviendo constantemente para que todas las partculas sean

secadas.

o Mtodo de secado en horno: el cual debe realizarse a unatemperatura de 110 5 C durante un promedio de 12 horas, tambin

puede secarse en una estufa con llama regulable. Uno de los

inconvenientes de utilizar este ltimo mtodo es que el exceso de

secado puede pulverizar por calcinacin algunas de las partculas del

suelo en especial los suelos que tienen alto contenido orgnico. La

mayor ventaja de este mtodo es que si se garantiza un secado

perfecto y uniforme de toda la muestra.

- Paso 3: se debe triturar el material con especial cuidado de que no sesobrepase la fuerza necesaria para romperlo o desintegrarlo. El triturado

consiste, bsicamente, en la separacin de los grumos de suelo que puedan

existir. Para lograr este proceso es necesario utilizar un mazo de goma o de

madera con el cual se imparten pequeos golpes. En este caso se utiliz un

37

cilindro de madera de un radio aproximado de 0.05m y un largo de 0.20 m, ya

que con el movimiento de rotacin y traslacin del mismo se obtuvieron

resultados satisfactorios.

- Paso 4: luego de secado el material se procede a pesar un recipiente paracontenerlo, a todos los recipientes utilizados para determinar el peso de

muestras se les llamara taras, el cual debe estar debidamente calibrado e

identificado. Se coloca el suelo en el recipiente con lo que se tiene el Peso

Bruto, el que consiste en: Tara + Peso Neto de Suelo. Con estos datos se

puede tener el Peso Neto del Suelo a estudiar, siendo este: PN = PB Tara.

Donde: PN = Peso Neto de Suelo; Tara = Recipiente para pesar muestras.

- Paso 5: se ordenan los tamices en la serie descrita: Tapa, 2, 1, 3/4, 1/2,3/8, , 3/8, No. 4, No. 10, No. 16, No. 40, No. 50, No. 100, No. 200,

Bandeja (Fondo), teniendo especial cuidado que se encuentren secos, limpios

y libre de cualquier impureza ajena al suelo a estudiar y en el orden que

corresponde. Luego se procede a colocar el suelo en la parte superior de la

serie, este procedimiento se debe realizar con especial cuidado de no perder

material en el vertido del mismo en la serie. Para esto, el autor recomienda

colocar el suelo, luego de pesarlo, en una lona impermeable y formar una

manga, para que a manera de embudo se pueda colocar el suelo en la serie

de tamices, garantizando con esto la menor prdida de suelo por su

manipulacin.

- Paso 6: se colocan los tamices en la Mquina Tamizadora asegurndose deque los seguros que sujetan a la serie queden lo ms apretados posible, ya

que si esto no se realiza se corre el riesgo de que en el proceso la serie pueda

salir expulsada de la misma. El proceso de tamizado se debe mantener

constante durante un perodo de 5 a 10 minutos. Si por simple inspeccin se

puede determinar que el suelo es lo bastante fino, se pueden omitir los

primeros tamices de la serie. Esto para que al momento de colocarlos en la

mquina tamizadora pueda caber el resto de la serie. Si por el contrario no se

38

pueden omitir algunos tamices, se recomienda iniciar un proceso manual con

los primeros tamices, esto para poder removerlos de la serie y luego colocar el

resto dentro de la tamizadora. Para el tamizado manual, se recomienda,

hacerlo por un perodo de 10 minutos y es necesario alternar el modo de

agitacin de forma que los granos sean impulsados continuamente y pasen a

travs de las mallas, no es recomendable mantener un ritmo fijo durante la

agitacin.

- Paso 7: luego del proceso de tamizado se procede a pesar el contenidoretenido en cada tamiz y se tabula en una tabla (ver anexos). Para poder

obtener el material retenido en cada tamiz se recomienda voltearlos

cuidadosamente sobre una lona impermeable y cepillar el tamiz hasta liberar

todas las partculas que se puedan encontrar atoradas en las mallas, luego se

forma una manga para poder colocar el material en la tara de pesado, con

esto se garantiza que el 100% del material retenido por el tamiz ser parte de

la muestra y adems esto minimiza el porcentaje de error por manipulacin del

material. Es recomendable utilizar la misma balanza y tara que se utiliz en el

paso 4, esto para minimizar el error por pesado del material y agilizar el

proceso de clculos para determinar los porcentajes de retencin necesarios

para obtener la Curva Granulomtrica del suelo en estudio, ya que el peso de

la tara se vuelve constante.

- Paso 8: se procede a realizar los clculos necesarios para determinar elporcentaje de suelo retenido en cada tamiz, para esto se vern las ecuaciones

necesarias para hacerlo:

o Se calibran las balanzas y se pesan las taras.

o Se pesa el material + la tara a lo que llamaremos peso bruto

= + Ecc. 8Donde:

PB = Peso Bruto

39

PN = Peso Neto

T = Tara

o Se obtiene el Peso Neto del Suelo (PN).

= Ecc. 9.Donde:

PN = Peso Neto

PB = Peso Bruto

T = Tara Calibrada

o Luego del proceso de tamizado se obtiene el Peso Bruto Retenido en

cada Tamiz (PBR)

= + Ecc. 10.Donde:

PBR = Peso Bruto Retenido en cada tamiz.

PNR = Peso Neto Retenido en cada tamiz.

T = Tara Calibrada.

o Se procede a calcular el Peso Neto Retenido en cada tamiz (PNR).

= Ecc. 11.Donde:

PNR = Peso Neto Retenido en cada Tamiz.

PBR = Peso Bruto Retenido en cada Tamiz.

T = Tara Calibrada.

40

o Se calcula el Porcentaje Retenido (% Ret).

% = Ecc. 12.Donde:

% Ret = Porcentaje Retenido en cada Tamiz.

PNR = Peso Neto Retenido en cada Tamiz.

PN = Peso Neto de Suelo.

o Se determina el porcentaje que pasa, esto se logra restando al 100%

del material el porcentaje acumulado que pasa en cada tamiz. Aqu es

necesario realizar dos procedimientos.

% = % Ecc. 13.Donde:

% PASA = Porcentaje que pasa por el tamiz calculado.

100 = Corresponde al 100% de la muestra en estudio.

% RET1 = Porcentaje del Primer Tamiz que retiene material.

En el caso de los suelos que son de partculas finas, o por lo menos

tienen partculas menores a los primeros tamices, el porcentaje que pasa es

igual al 100%, ya que ninguna parte de la muestra se retiene en stos. Luego

de tener el porcentaje que pasa en el primer tamiz que retiene muestra, se

procede a calcular el porcentaje que pasa en los siguientes tamices de la

siguiente forma: para calcular el porcentaje de material que pasa en el

siguiente tamiz es necesario restar el porcentaje que pasa anterior, menos el

porcentaje retenido del tamiz que se est analizando.

41

% = % ( ) % Ecc. 14.Donde:

% PASA N = Porcentaje de material que pasa en el tamiz estudiado.

% PASA (N-1) = Porcentaje que pasa en el tamiz anterior.

% RET N = Porcentaje que retiene el tamiz en estudio.

Para comprender este procedimiento se realizar un ejemplo completo

ms adelante.

- Paso Nueve: Con la ayuda de Microsoft Excel 2007, se procede a generar lagrfica de la curva granulomtrica, para lo cual se inserta una grfica XY

(dispersin), donde se seleccionan los datos:

o Para el eje X: el nmero de tamices, en escala logartmica de base 10.o Para el Eje Y: el porcentaje que pasa en cada tamiz, en escala

aritmtica.

Es de esta relacin de escalas (Logartmica y Aritmtica) que se dice

que la curva o grfica granulomtrica es semilogartmica. Queda a criteriode cada persona dar los formatos necesarios para generar la grfica,

pudiendo insertar lneas de tendencia, dar formato a las etiquetas de datos,

dar formatos a los ejes, entre otros. Como se dijo anteriormente, esto queda a

criterio de la persona u operador que genera la grfica.

42

5.3.3.2. Mtodo mecnico lavado

Cuando se tienen suelos de granos finos, es decir suelos en los que del 90 al

95% del material pasa a travs del tamiz No. 4 (algunas veces a travs del tamiz No.

10), la exactitud del Ensayo de Granulometra por medio del Mtodo Mecnico Seco

se vuelve cuestionable, ya que muchas veces no se logra la reduccin de todos los

grumos a partculas elementales, estas partculas son las que ya no se pueden

desintegrar por fuerzas mecnicas, o tambin gran cantidad de partculas finas se

adhieren a las partculas ms gruesas. Durante los ensayos realizados por el autor

se pudo observar que muchas veces, luego de seguir los pasos del 1 al 6 del mtodo

anterior, existan grumos que al ser expuestos a presin entre los dedos, se

desintegraban en partculas mucho ms pequeas que podan pasar a travs de los

Tamices siguientes a los que en apariencia los haban retenido. Por esta razn, se

aplic el mtodo mecnico lavado a 16 de las 26 muestras que se estudiaron.

Con este mtodo se asegura que muy poco o casi nada de polvo se adhiera a

las partculas mayores y que los grumos de material fino ablandados por el agua, se

desbaraten y permitan que las partculas de arcilla pasen a travs del tamiz y luego

del secado las partculas aisladas permanezcan separadas. Tambin si se cuenta

con un microscopio en el laboratorio, con este mtodo se puede determinar la forma

de los granos del suelo, esto como una informacin suplementaria a la curva de

distribucin granulomtrica, aunque en nuestro caso no se pudo realizar este ensayo

complementario.

Luego de tener el material secado (por aireacin, por horno o por estufa), el

juego de tamices a utilizar debidamente limpios y las taras y balanzas limpias y

calibradas se procede a pesar el suelo utilizado para el ensayo. Durante el proceso

de los ensayos realizados en este estudio se aplicaron dos variantes del Mtodo

Mecnico Lavado, las cuales se describen a continuacin.

a) Cuando se Remoja y luego se Tamiza: por simple inspeccin el operadorobserva que las partculas del suelo son muy finas y que muy poco material

ser retenido en el tamiz No. 4, en este caso se debe colocar el material en un

43

recipiente con agua y mantenerlo saturado durante 12 a 24 horas, aunque en

algunas bibliografas consultadas recomiendan remojar el material de 2 a 12

horas, pude observar que con los suelos que se trabajaron, este tiempo no era

suficiente para disgregar el material, por eso se recomienda realizar el remojo

en un perodo ms largo. Durante el tiempo de remojo se recomienda mover

el material peridicamente para evitar que se sedimente y forme una masa

pastosa que ser muy difcil de manipular.

Luego de mantener el material en remojo, se procede a lavarlo sobre el

Tamiz No. 200, este procedimiento se debe realizar con cuidado para evitar

perder material durante el lavado por salpicadura fuera del tamiz. El lavado se

realiza hasta que el agua salga limpia y sin restos de partculas que sean

menores a este tamiz. Durante el proceso de lavado se pierde el material que

pasa la malla No. 200, aunque se puede retener para estudios que no se

describir en este documento. Despus de tener el material lavado en el

tamiz No. 200, se procede a colocar la serie completa de tamices y verter el

material en la misma, para poder lavar el material desde las mallas o tamices

ms grandes hasta volver a llegar al No. 200, pero esta vez con la salvedad

de que el proceso de lavado estar dejando suelo retenido en cada tamiz.

Despus de tener el material retenido en cada tamiz, de la serie

utilizada, es necesario secar perfectamente el suelo. Para lo cual se puede

utilizar alguno de los mtodos de secado descritos en el Mtodo Mecnico

Seco. Este material ser el que se utilizar para determinar la curva

granulomtrica del suelo.

Por ltimo, se procede a realizar todos los clculos descritos en los

Pasos 7, 8 y 9 del Mtodo anterior.

b) Cuando se tamiza y luego se remoja: este caso se da cuando el operadorobserva que luego de realizar el tamizado de la muestra, existe una cantidad

44

considerable de grumos de suelo que pueden ser ablandados por la accin

mecnica del agua. Para este mtodo se aplic una tcnica muy

personalizada la cual se describir a continuacin.

- Primero: luego de tamizar el material, se coloc cada tamiz en recipientes deplstico individuales y se satur con agua potable comn por un lapso de 2 a 4

horas.

- Segundo: despus de mantener el material en remojo, se procedi a lavarcada tamiz individualmente, auxiliados por el Tamiz No. 200 y una manguera

con dispensador graduable. El proceso de lavado se realiz hasta que el

agua sali transparente y libre de partculas de suelo.

- Tercero: el material que fue retenido en el recipiente plstico se uni con elretenido en el Tamiz No. 200 y se procedi a verterlo en el Tamiz posterior. Y

se repiti el proceso de lavado de la misma forma hasta llegar al Tamiz ms

pequeo, en este caso el No. 200.

Por ejemplo: luego de pasar la muestra completa en la serie de tamices, seprocede a colocarlos en recipientes de plstico debidamente identificados, por

4 horas. Luego de este tiempo se toma el Tamiz No. 4 y se retira del

recipiente donde se encontraba y se procede a colocar un Tamiz No. 200 en la

parte inferior y con la manguera se grada la presin necesaria para lavar el

material, hasta que el agua de lavado se vea clara. En la mayora de casos

queda material sedimentado en el recipiente donde se encontraba el tamiz en

remojo, el cual no se debe botar ni confundir con otras muestras, ya que se

unir al material retenido en el Tamiz No. 200 de la primera fase de lavado,

para lo que se recomienda mantener un control en la numeracin e

identificacin de cada recipiente. Luego de tener unido todo el material que

pas en el Tamiz No. 4 se procede a verterlo en el Tamiz No. 10 y realizar el

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lavado exactamente igual que como se realiz con el No. 4. El proceso se

repite con cada uno de los tamices de la serie.

- Cuarto: se procede a colocar el material retenido en cada tamiz en recipientesde plstico o aluminio, debidamente identificados y numerados, para su

secado, el cual se puede realizar por: aireacin, horno o estufa.

- Quinto: se llevan controles de peso de las muestras para determinar que seencuentran perfectamente secas. Esto se da cuando se mantiene una

constante de peso en las mediciones realizadas por lo general, a cada 15 30

minutos. Tambin otra forma de ver que el material se encuentra seco es

colocando una placa de vidrio transparente sobre la muestra por unos

segundos, si esta se empaa es porque an existe agua presente en la

muestra que se manifiesta como condensacin, cuando ya no se empaa el

vidrio es porque ya no existe agua dentro de la muestra, pero tambin se

recomienda llevar un control en el peso.

- Sexto: por ltimo, se aplican las ecuaciones y se realizan los clculosdescritos en el paso 8 del mtodo mecnico seco, para obtener la Curva

Granulomtrica.

Para la aplicacin de este mtodo es necesario que el operador sea

bastante cuidadoso al momento del lavado de la muestra de suelo en estudio,

ya que frecuentemente se puede exceder la fuerza de salida de agua de la

manguera, lo que provoca que salte material fuera del tamiz, adems que

fcilmente se puede compensar una prdida de muestra en el material que

pasa a travs del Tamiz No. 200, por lo que entra mucho en juego la

capacidad tica y profesional con la que se realiza el ensayo. La mayor

ventaja de este tipo de ensayo es que se llega a una grfica granulomtrica

muy cercana a las condiciones naturales del suelo, aunado al hecho de que

estos suelos estn siendo estudiados para determinar la ubicacin de pozos

de absorcin, los que estarn expuestos a la accin mecnica del agua

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pluvial, con lo que se puede determinar un parmetro de qu cantidad de

partculas finas pueden ser arrastradas a travs de la estructura del pozo.

5.3.4. Ejemplo de clculo del ensayo de granulometra

Para este fin, se estudiarn los resultados obtenidos para el suelo encontrado

en el Pozo de Prueba 1 del Cantn Las Majadas, este pozo se excav el 23 de

agosto de 2010 y se ensay el 15 de octubre del mismo ao. La muestra se

mantuvo almacenada, debidamente etiquetada y empaquetada adecuadamente para

evitar contaminacin por factores externos. Se calibr la tara teniendo un peso en

gramos de 230 y un Peso Bruto de 3,300 gr, ahora para calcular el Peso Neto de

Suelo se utiliza para determinar el Peso Neto, de donde:

PN = 3300 gr 230 gr

PN = 3,070 gr

Este valor de peso neto es el que se utilizar para determinar el porcentaje

que pasa en cada tamiz y para luego calcular el porcentaje retenido.

Despus de realizar todo el proceso de lavado, secado, tamizado y pesar el

material retenido en cada tamiz, se tienen los siguientes resultados:

TAMIZ PBR PNR % RET. % PASA2" 0.00 0.00 0.00 100.001" 0.00 0.00 0.00 100.00

3/4" 235.00 5.00 0.16 99.841/2" 270.00 40.00 1.30 98.533/8" 245.00 15.00 0.49 98.05

No. 4 335.00 105.00 3.42 94.63No. 10 435.00 205.00 6.68 87.95No. 16 375.00 145.00 4.72 83.22No. 40 560.00 330.00 10.75 72.48No. 50 390.00 160.00 5.21 67.26

No. 100 560.00 330.00 10.75 56.51No. 200 565.00 335.00 10.91 45.60

FONDO 1630.00 1400.00 45.60 0.00Tabla 7: Resultados de Ensayo de Granulometra PPALAJ-1-2010-PP1

Fuente: El Autor.

De esta tabla se ve que en la primera columna se encuentra numerada la serie

utilizada para el ensayo, en

Indice de Infiltración y Clasificación de Suelos Para Ocho Pozos de Absorción a Perforar en El...

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