Informe Final de Estudio de Cantera

UNIVERSIDAD PERUANA UNIÓN

FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA

EAP.INGENIERIA CIVIL

INFORME FINAL

Tema:

ESTUDIO DE CANTERAS

Grupo: 01 (Martes)

Alumno:

Cutisaca Bellido Kenedy Hanes

Asignatura:

Mecánica de Suelos I: Laboratorio

Profesor:

Ing.: Mario Mamani Sánchez

Juliaca, junio de 2014

Una Institución Adventista

CONTENIDO

1 OBJETIVOS.................................................................................................1

2 GENERALIDADES.......................................................................................1

3 DESARROLLO GENERAL DEL TEMA........................................................1

3.1 CLASIFICACIÓN DE CANTERAS.........................................................1

3.1.1 CANTERAS A CIELO ABIERTO.....................................................1

3.1.2 CANTERAS SUBTERRÁNEAS.......................................................1

3.1.3 CANTERAS ALUVIALES.................................................................2

3.1.4 CANTERAS DE ROCA....................................................................2

3.2 TIPOS DE MUESTREOS.......................................................................3

3.2.1 POZOS A CIELO ABIERTO O CALICATAS....................................3

3.2.2 METODO DE PERFORACIONES CON POSTEADORA, BARRENOS HELICOIDALES......................................................................3

3.2.3 METODO DEL LAVADO.................................................................4

3.2.4 METODO DE PENETRACION ESTANDAR....................................5

3.2.5 MÉTODO DE PENETRACIÓN CÓNICA.........................................1

4 OBTENCIÓN DE MUESTRAS REPRESENTATIVAS.................................1

4.1 OBTENCION DE MUESTRAS...............................................................1

4.2 Tipos de muestras:.................................................................................1

4.2.1 Muestras simples alteradas:............................................................1

4.2.2 Muestras inalteradas:......................................................................1

4.3 PREPARACIÓN DE LA MUESTRA.......................................................1

4.3.1 Clasificación:...................................................................................1

4.3.2 Secado:...........................................................................................1

4.3.3 Desgranado:....................................................................................2

4.3.4 Tamizado:........................................................................................2

4.4 PROCEDIMIENTO MEDIANTE CUARTE MANUAL..............................2

5 ENSAYOS REQUERIDOS DE LOS SUELOS.............................................3

6 MEMORIA DESCRIPTIVA...........................................................................3

6.1 UBICACIÓN...........................................................................................3

i

6.1.1 DENOMINACIÓN............................................................................3

6.1.2 GEOGRAFÍA...................................................................................3

6.1.3 Coordenadas UTM : E-15.51566 S-70.17133.................................3

6.1.4 Altitud : 3824 m.s.n.m.....................................................................3

6.1.5 POLÍTICA........................................................................................3

6.1.6 Departamento : PUNO.....................................................................3

6.1.7 Provincia : SAN ROMAN................................................................3

6.1.8 Distrito : JULIACA...........................................................................3

6.1.9 Núcleo Urbano : CHULLUNQUIANI................................................3

6.1.10 DELIMITACIÓN............................................................................7

6.1.11 ACCESOS....................................................................................7

6.2 DESCRIPCIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO.............................................7

6.2.1 MORFOLOGÍA................................................................................7

6.2.2 CLIMA..............................................................................................7

6.2.3 PRECIPITACIÓN.............................................................................9

6.2.4 GEOLOGÍA DEL ÁREA.................................................................10

6.2.5 SITUACIÓN HIDROGRÁFICA.......................................................10

6.2.6 PLANO DE UBICACIÓN................................................................11

7 TRABAJO DE CAMPO...............................................................................12

7.1 RECONOCIMIENTO PRELIMINAR DE LA ZONA...............................12

7.2 EXPLORACIÓN PRELIMINAR............................................................12

8 DATOS Y RESULTADOS DE LOS ENSAYOS REALIZADOS..................12

8.1 EXPLORACION Y MUESTREO DE SUELOS.....................................12

8.1.1 NORMAS:......................................................................................12

8.1.2 GENERALIDADES........................................................................12

8.2 CONTENIDO DE HUMEDAD EN SUELOS.........................................13

8.2.1 NORMAS:......................................................................................13

8.2.2 GENERALIDADES........................................................................13

8.2.3 OBJETIVOS...................................................................................14

8.2.4 DATOS Y RESULTADOS..............................................................15

8.3 GRAVEDAD ESPECÍFICA DE LOS SUELOS.....................................16

8.3.1 NORMAS:......................................................................................16

8.3.2 GENERALIDADES........................................................................16

8.3.3 OBJETIVOS...................................................................................16


ii

8.4 DETERMINACION DE LAS RELACIONES GRAVIMETRICAS Y VOLUMETRICAS EN SUELOS.....................................................................18

8.4.1 NORMAS:......................................................................................18

8.4.2 GENERALIDADES........................................................................18

8.4.3 OBJETIVOS...................................................................................18


8.5 ANALISIS GRANULOMETRICO DE SUELOS....................................20

8.5.1 NORMAS:......................................................................................20

8.5.2 GENERALIDADES........................................................................20

8.5.3 OBJETIVOS...................................................................................21


8.6 LIMITES DE CONSISTENCIA DE LOS SUELOS................................23

8.6.1 NORMAS:......................................................................................23

8.6.2 GENERALIDADES........................................................................23

8.6.3 Plasticidad y límites de consistencia.............................................23

8.6.4 Relación entre las fases sólidas y liquidas en una arcilla..............24

8.6.5 Estados de consistencia. Límites de plasticidad............................25

8.6.6 OBJETIVOS...................................................................................26


8.7 COMPACTACION DE SUELOS..........................................................29

8.7.1 NORMAS:......................................................................................29

8.7.2 GENERALIDADES........................................................................29

8.7.3 OBJETIVOS...................................................................................30


8.8 DENSIDAD DE SUELOS EN CAMPO.................................................32

8.8.1 NORMAS:......................................................................................32

8.8.2 GENERALIDADES........................................................................32

8.8.3 OBJETIVOS...................................................................................32

8.8.4 MATERIALES UTILIZADOS..........................................................32


8.9 “CBR (CALIFORNIA BEARING RATIO)”.............................................34

8.9.1 NORMAS:......................................................................................34

8.9.2 GENERALIDADES........................................................................34

8.9.3 OBJETIVOS...................................................................................35


9 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.............................................35

iii

1

INTRODUCCIÓN

Para la realización del presente informe se realizaron varios ensayos y sus respectivos cálculos con las muestra de la cantera 3 con el objetivo de conocer las propiedades físicas y mecánicas del suelo de dicha cantera, la cual actualmente ya no se está sacando material de préstamo. Para el estudio realizado se contó con alguna información brindada por los pobladores de dicho lugar, quienes afirmaron que la cantera no contaba con un estudio, quizás alguien pudo haber hecho estudios pero los datos no se les facilito a los lugareños.

En el informe que se presenta se detallaran las propiedades físicas y mecánicas de la cantera estudiada. En este informe se hablara a cerca de los métodos y pasos seguidos tanto en laboratorio como en el campo ya que cada ensayo realizado tiene mucha importancia por mas indispensable que sea.

Es muy importante realizar un estudio de suelos de una cantera del que se desea extraer material de préstamo para su uso como relleno o en terraplenes, los datos obtenidos en el estudio realizando varios ensayos nos permitirá determinar si el suelo es bueno o no para el uso que le queremos dar, estas características que se deben conseguir son: el contenido de humedad, su peso específico, su clasificación, y la densidad máxima a la que alcanza al ser compactado, todos estos datos nos ayudaran a determinar la calidad del suelo y el tratamiento que se le debe dar.

1

1 OBJETIVOS Evaluación del material (bueno-malo) según los requerimientos y normas

establecidas. Evaluar las propiedades físicas y mecánicas del suelo Interpretar los resultados obtenidos de los diferentes ensayos realizados Realizar la clasificación del suelo

2 GENERALIDADES

Se define una cantera como un lugar geográfico de donde se extraen o explotan agregados pétreos para la industria de la construcción y o para toda la obra civil, utilizando diferentes procesos de extracción dependiendo del tipo y origen de los materiales donde se puede presentar, desde extracción con dragas en lechos de ríos hasta utilizar explosivos y laderas de montañas y cámaras de explotación. Previamente antes de su explotación hay que realizar sondeos, pozos, análisis para cerciorarse de las propiedades y disposiciones de los yacimientos y bancos para su mejor extracción.

Toda cantera tiene una vida útil, y una vez agotada, el abandono de la actividad suele originar serios problemas de carácter ambiental principalmente con la destrucción del paisaje.

3 DESARROLLO GENERAL DEL TEMA

3.1 CLASIFICACIÓN DE CANTERAS La clasificación de las canteras se dará mediante el tipo de muestreo que se tome.

3.1.1 CANTERAS A CIELO ABIERTO Método más usado en nuestro entorno ya que comienza con la limpieza de las zonas donde se realizarán los trabajos es decir se eliminarán materias que son distintas al material a extraer de la cantera tales como residuos orgánicos e inorgánicos esto con la finalidad de no alterar las propiedades físicas y mecánicas de los suelos a extraer para la posterior evaluación de los ensayos en laboratorio.

3.1.2 CANTERAS SUBTERRÁNEAS El sistema de explotación que se lleva a cabo en la cantera es el método de sostenimiento natural con el uso de enormes pilares devastados como

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sostén del elemento horizontal y la explotación en caja de las galerías de la cantera para evitar derrumbes.

A estas canteras subterráneas se les conoce como el tipo fossae: explotación en galerías con grandes salas para un mayor beneficio de las masas rocosas. La recolección de datos y su adecuado estudio determinarán los parámetros requeridos para definir los métodos de explotación, estos conceptos debe incluir, entre otros:

Clasificación del suelo, roca o macizo rocoso. Selección de la forma de excavación (Herradura circular). Análisis de estabilidad. Selección de sistemas de sostenimiento. Predicción del comportamiento del agua subterránea. Requerimientos del descubrimiento. Localización y configuración de portales. Localización y adaptación del terreno para una planta de procesamiento

interna. Definición y selección de equipos.

3.1.3 CANTERAS ALUVIALES Estas canteras son las de formación de aluviones, llamados también canteras fluviales, en las cuales los ríos como agentes naturales de erosión, transportan durante grandes recorridos las rocas aprovechando su energía cinética para depositarlas en zonas de menor potencialidad formando grandes depósitos de estos materiales entre los cuales se encuentran cantos rodados, gravas, arena, limos y arcillas, la dinámica propia de las corrientes de agua permite que aparentemente estas canteras tengan ciclos de autoabastecimiento, lo cual implica una explotación económica, pero de gran afectación a los cuerpos de agua y a su dinámica natural.

En las canteras de rio los materiales granulares que se encuentran son muy competentes en obras civiles, debido a que el continuo paso y transporte del agua desgasta los materiales quedando al final aquellos que tienen mayor dureza y además con características geométricas típicas como sus aristas redondeadas. Estos materiales son extraídos con palas mecánicas y cargadores de las riberas y causes de los ríos.

3.1.4 CANTERAS DE ROCA. Otro tipo de canteras son las denominadas de roca , más conocidas como canteras de peña, las cuales tienen su origen en la formación geológica de una zona determinada, donde pueden ser sedimentarias, ígneas o metamórficas, estas canteras por su condición estática, no presentan esa característica de autoabastecimiento lo cual hace fuentes limitadas de materiales

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Las canteras de peña están ubicadas en formaciones rocosas, montañas, con materiales de menor dureza, generalmente, que los materiales de ríos debido a que no sufren ningún proceso de clasificación, estas canteras se explotan haciendo cortes o excavaciones en los depósitos.

3.2 TIPOS DE MUESTREOS

3.2.1 POZOS A CIELO ABIERTO O CALICATAS Las calicatas, zanjas, rozas, pozos, etc., consisten en excavaciones realizadas mediante medios mecánicos convencionales, que permiten la observación directa del terreno a cierta profundidad, así como la toma de muestras y la de ensayos en campo.

Tienen la ventaja de que permiten acceder directamente al terreno, pudiéndose observar las variaciones litológicas, estructuras, discontinuidades, etc., así como tomar muestras de gran tamaño para la realización de ensayos y análisis.

Las calicatas son uno de los métodos más empleados en el reconocimiento superficial del terreno, y dado su bajo coste y rapidez de realización, constituyen un elemento habitual en cualquier tipo de investigación en el terreno. Sin embargo, cuentan con las siguientes limitaciones:

La profundidad no suele exceder de 4m. La presencia de agua limita su utilidad. El terreno debe poderse excavar con medios mecánicos.

Para su ejecución es imprescindible cumplir las normas de seguridad frente a derrumbes de las paredes, así como cerciorarse de la ausencia de instalaciones, conclusiones, cables, etc. Los resultados de este tipo de reconocimientos se registran en estadillos en los que se indica la profundidad, continuidad de los diferentes niveles, descripción litológica, discontinuidades, presencia de filtraciones, situación de las muestras tomadas y fotografías.

3.2.2 METODO DE PERFORACIONES CON POSTEADORA, BARRENOS HELICOIDALES.

A diferencia de los sondeos a cielo abierto, el de perforaciones con posteadora únicamente obtiene muestras alteradas, pero con esto basta para saber las características del suelo y la relación que tiene con la cantidad de agua, esto es un suelo plástico. Para obtener estas muestras se usan barrenos helicoidales que son como saca corchos en espirales y los pasteadores que son como dos palas muy cerradas en la parte baja las cuales tienen un agarre

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en forma de T. esta herramienta se hace penetrar en el suelo haciéndola girar sobre el maneral.

Algo importante que se debe tomar encuentra es la forma o la distancia entre las hélices al perforar esto depende del tipo de suelo, si es un suelo arenoso deben de estar más cerradas que si se trata de un suelo plástico. Las herramientas antes mencionadas se adaptan en un extremo de la tubería y se le van añadiendo más tramos de tubo conforme a que el pozo se vaya haciendo más profundo, dichos tubos de colocan por la superficie.

Si el muestreo continúa por debajo del nivel freático se deben de utilizar cucharas especiales, las muestras que se obtienen con esta cuchara son aún más alteradas ya que tiene la variable de la cantidad de agua que entra en la cuchara y el suelo.

A causa de esto de las muestras obtenidas solo se puede obtener una clasificación y realizar pruebas para las cuales no es necesaria una muestra inalterada. En estas pruebas como hemos dicho, el contenido de agua es mayor. Generalmente se recurre a colocar ademes en el pozo, esto se hace con tubos de hierro los cuales son hincados a golpes pero con un diámetro necesario para que puedan pasar las herramientas utilizadas para muestrear. En la parte inferior esta tiene una zapata afilada para facilitar la penetración en el suelo. Cuando se agregan los segmentos de tubos de hierro para su manejo y colocación se usa una polea la cual es colocada en un trípode, esto a una altura que permita el manejo de los tubos de hierro. El cable que cruza por la polea y se sujeta a los tubos es un cable de manila o metálico y los operadores o técnicos pueden intervenir manualmente para guiar los tubos con la ayuda de unas llaves especiales y así poder atornillar los segmentos siguientes. Una desventaja de este método es que cuando tenemos un suelo firme y a este le sigue uno blando, en estos casos comúnmente se pierde la frontera que existe entre los dos tipos de suelo.

3.2.3 METODO DEL LAVADO.

Este método de sondeo es bastante económico y el tiempo en que se realiza es muy rápido. Con este método se pueden presentar errores en la frontera del terreno, dicho error puede ser hasta de un metros al marcar la diferencia entre estratos. Este método de puede usar en conjunto con otro método es decir como un sondeo auxiliar preliminar ya que es más rápido que los otros. Las muestras que se obtienen son bastante alteradas, tanto que no deberían de considerarse como representativas para llevar al laboratorio.

El equipo y material a utilizar son al igual que en el método anterior un trípode con una polea, la cual se usa para sostener el martinete este tiene un peso que puede ir desde los 80 hasta los 150 kilogramos. Lo que hace el martinete es hincar en el suelo los ademes necesarios. El ademe utilizado debe

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tener un diámetro mayor para de esta manera poder inyectar el agua. El agua se impulsa mediante una bomba. Esto se hace una vez que se ha hincado el ademe.

Entonces cuando el agua se introduce en la tubería hace que una muestra suba a través del espacio que existe entre el ademe y la tubería de inyección, ya que la muestra se encuentra fuera se coloca en un recipiente en el cual se puede estudiar y analizar la muestra. Cuando se realiza el muestreo y si las características no han cambiado se puede muestrear cada 1.5 metros pero si se presenta un cambo en el agua que sale debe de hacerse un nuevo muestreo. Una vez que se detuvo el muestreo debemos esperar a que el agua se quede en equilibrio con el nivel freática y así anotar todo lo que se va observando.

Existen diferentes tipos de muestreadores unos se introducen en el suelo a golpes y el más usado es llamado de media caña de esta hecho para poder dividirse y así poder extraer la muestra más fácilmente. Existe otro muestreador el cual se llama trampa de muelles el cual tiene en la parte inferior unas cuchillas metálicas las cuales permiten la entrada en la cámara inferior pero puede dificultar su salida y por último el muestreador de cucharon raspador el cual se usa en un suelo con arenas bajo en nivel freático y funciona por rotación.

3.2.4 METODO DE PENETRACION ESTANDAR

El Ensayo de Penetración Estándar (SPT) es el método de ensayo in situ más ampliamente utilizado universalmente para la determinación de las condiciones de compresibilidad y resistencia de suelos. Este ensayo permite medir la resistencia a la penetración del terreno y al mismo tiempo obtener muestras representativas alteradas con propósitos de identificación en campo y clasificación en laboratorio. El procedimiento del Ensayo de Penetración Estándar está indicado en la norma ASTM D-1586. Este ensayo consiste en hincar en el terreno un muestreador de caña partida, cuyo extremo inferior está unido a un anillo cortante (zapata) y el superior a una válvula y pieza de conexión a la línea (tubería) de perforación. El muestreador tiene un diámetro externo de 51mm y un diámetro interno de 35mm, para la penetración se utiliza la energía de un martillo de 63.5 kg. De peso que cae libremente de una altura de 760mm.El registro de penetración e índice de penetración “N” se obtiene al considerar los golpes necesarios para penetrar los últimos 30cm (12”) de un total de 45 cm. (18”) de muestreador; los primeros 15 cm (6”) no se consideran, dado que el suelo podría estar alterado por efectos del procedimiento utilizado durante la ejecución, del sondaje de perforación. La muestra examinada, clasificada por el técnico de campo encargado del sondeo guardándose

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posteriormente en un depósito de vidrio o plástico, que se sella y se envía al laboratorio.

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3.2.5 MÉTODO DE PENETRACIÓN CÓNICA

La prueba de penetración cónica (CPT), conocida originalmente como la prueba de penetración de cono holandés, es un método versátil de sondeo que se usa para determinar los materiales presentes en un perfil de suelo y estimar sus propiedades ingenieriles. Esta prueba es también llamada de penetración estática y no son necesarios los barrenos para llevarla a cabo. En la versión original, un cono a 60º con área de base de 10 cm2 era empujado en el terreno a una tasa constante de aproximadamente 20 mm/s y se medía la resistencia a la penetración (llamada resistencia punta).

Los penetrómetros de cono actualmente en uso miden:

La resistencia de cono, qc` a la penetración desarrollada por el cono, que es igual a la fuerza vertical aplicada al cono dividida entre su área horizontal proyectada

*La resistencia por fricción, fc` que es la resistencia medida por un manguito situado arriba del cono con el suelo local rodeándolo

La resistencia por fricción es igual a la fuerza vertical aplicada al manguito dividido entre su área superficial, en realidad la suma de la fricción y la adhesión

4 OBTENCIÓN DE MUESTRAS REPRESENTATIVAS

4.1 OBTENCION DE MUESTRAS

Para obtener la muestra de nuestro suelo se ha hecho una calicata de 1.20m de profundidad de donde se ha extraído la muestra de suelo a estudiar, antes de la excavación se hace una limpieza del lugar, luego se retiran una capa de la superficie del lugar a excavar, esto con la finalidad de eliminar la capa de suelo orgánico, o suelo mezclado con partículas extrañas.

Se han adquirido muestras alteradas e inalteradas este último se ha recogido en un plástico para evitar la pérdida de humedad.

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4.2 TIPOS DE MUESTRAS:

4.2.1 Muestras simples alteradas: Son aquellas en las que el suelo no mantiene ni la forma ni el volumen que tenía antes de la toma.

4.2.2 Muestras inalteradas: Mantienen la forma y el volumen que tenían en el suelo.

4.3 PREPARACIÓN DE LA MUESTRA

Este proceso se realiza en el laboratorio.

Consiste en varios apartados:

4.3.1 Clasificación:

Las muestras, que deben encontrarse en sus bolsas correspondientes, se trasvasan a unas bandejas y se disponen para el secado

4.3.2 Secado:

Debe ponerse una fina capa de la muestra, unos 2 cm, para facilitar la evaporación de la humedad de la muestra.

Puede ser:

Al aire libre: puede tardar varias semanas para equilibrar la humedad de la muestra con la del aire libre.

En armario secador: trabajamos con una temperatura de 30 º C tarda unos 3 o 4 días. Los días se acortan cuando el armario trabaja por convección (corriente de aire que facilita a la evaporación).

El punto exacto de secado varía según el tipo de muestra, una forma práctica de conocerlo es desgranando a mano algún agregado (terrón). En suelos más arcillosos si el tiempo de secado excede al necesario de formaran terrones muy consistentes.

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4.3.3 Desgranado:

Al sacar las muestras del armario las desgranamos o trituramos, entendiendo por triturado la operación de deshacer todos los agregados. Esta operación puede hacerse de forma mecánica con unos molinos especiales o de forma manual con rodillos, que pueden ser metálicos, de caucho, madera...

4.3.4 Tamizado:

Tamizamos la muestra ya desgranada mediante un tamiz metálico que tiene una luz de 2 mm de diámetro, separando loa elementos gruesos de la tierra fina.

Una vez separado hemos de pesar 5 o 10 g de tierra fina y pulverizarla, esto se realiza con un molinillo especial o incluso con un mortero, esta operación tiene como finalidad tener una cantidad de suelo muy homogénea ya que para algunas determinaciones posteriores se necesitan muestras muy pequeñas que han de ser representativas del resto de la muestra.

Los elementos gruesos hemos de pesarlos y después realizar un examen mineralógico y después podremos despreciarlos.

La tierra pulverizada ha de ponerse en pequeños frascos para mantenerla seca y la tamizada en bandejas.

La finalidad de la práctica es determinar el peso de elementos gruesos, el de tierra fina y el total, y con ellos hallaremos el % de elementos gruesos respecto del peso de tierra fina y respecto del peso total:

4.4 PROCEDIMIENTO MEDIANTE CUARTE MANUAL.

Se coloca la muestra sobre una superficie dura, limpia y horizontal evitando cualquier pérdida de material o la adición de sustancias extrañas.

Mezclar bien la muestra hasta tomar una pila en forma de cono, para luego ser aplanada y extendida en forma circular. Dividir diametralmente el material en cuatro partes y luego descartar dos cuartos de muestra diagonalmente opuestos.

Sucesivamente se mezcla y cuartea el material remanente hasta reducir la muestra a la cantidad deseada.

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5 ENSAYOS REQUERIDOS DE LOS SUELOS

Los ensayos requeridos para el estudio de una cantera o un suelo son los siguientes:

Exploración y muestreo de suelos Contenido de humedad en suelos Gravedad específica de los suelos Determinación de las relaciones gravimétricas y volumétricas en suelos Análisis granulométrico de suelos Límites de consistencia de los suelos Compactación de suelos Densidad de suelos en campo “cbr (california bearing ratio)” Los cuales se explicaran más adelante.

6 MEMORIA DESCRIPTIVA

6.1 UBICACIÓN

6.1.1 DENOMINACIÓNCantera: Cantera 4

6.1.2 GEOGRAFÍACoordenadas UTM : E-15.51566 S-70.17133

Altitud : 3824 m.s.n.m.

6.1.3 POLÍTICADepartamento : PUNO

Provincia : SAN ROMAN

Distrito : JULIACA

Núcleo Urbano : CHULLUNQUIANI

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(Foto satelital de la ubicación de la cantera)

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(Vista desde el desvío a la UPeU)

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(Ruta de acceso desde la UPeU)

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6.1.4 DELIMITACIÓN

Por el Norte :Ciudad de Juliaca, sector monos Por el Este :UPeU Por el Oeste :Cerro Mono Por el Sur :Planta

6.1.5 ACCESOS La cantera estudiada tiene un acceso muy cómodo para los vehículos ya que cuenta con un acceso carrosable para volquetes y para otros vehículos motorizados, actualmente ya no se saca material de la cantera.

6.2 DESCRIPCIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO

6.2.1 MORFOLOGÍA El lugar no es muy accidentado además es fácil de ubicar. La cantera está en el cerro el cual ha quedado deformado debido a la extracción del material de relleno, lo cual hace que su localización sea rápida, el lugar explotado tiene un radio de 100m aproximadamente.

6.2.2 CLIMA El clima de este lugar es muy variado, depende de las estaciones del año, en los cuales sufre severos cambios.

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(cambios de temperatura en una semana, Lunes 23 – viernes 27 de junio del 2014)

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6.2.3 PRECIPITACIÓN Las precipitaciones de este lugar son muy variados en un día pueden se pueden registrar distintas temperaturas y velocidades del viento, así como también de soleado a nublado. Todos estos comportamientos dependen de las estaciones del año, aunque en el año actual se han visto algunos cambios.

(Cuadro de precipitaciones)

(Historial Meteorológico)

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6.2.4 GEOLOGÍA DEL ÁREA La cantera forma parte del cerro, alrededor existen viviendas, un grifo y una vía asfaltada, el terreno es estable no es fangoso, no hay lagunas ni ríos cerca, la cantera tiene taludes un poco peligrosos que en tiempo de lluvia pueden desprenderse debido a la humedad.

6.2.5 SITUACIÓN HIDROGRÁFICA Depende de la estación del año generalmente puede tener una humedad de 5% en estaciones secas, pero en temporadas de lluvia se asume que puede subir considerablemente.

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6.2.6 PLANO DE UBICACIÓN

(Plano de ubicación de la cantera)

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7 TRABAJO DE CAMPO

7.1 RECONOCIMIENTO PRELIMINAR DE LA ZONA El reconocimiento que se hizo fueron los siguientes: la cantera tiene una vía de acceso, era la más cercana a la universidad para poder trasladar la muestra en carretilla y no cansarse, el suelo no estaba muy duro para abrir una calicata, presenta granulometría muy variada, solo presenta un estrato, las viviendas están lejos de la cantera, la cantera ya no está en uso.

7.2 EXPLORACIÓN PRELIMINAR Se ha buscado un punto específico de donde extraer la muestra, en donde se determinó que era necesario sacar de la mitad de la cantera y de un lugar ventilado ya que los pobladores han convertido el lugar en una letrina que emanaba un olor insoportable.

Se ha observado la distribución granulométrica del suelo, la dureza y el color, luego se empezó a abrir una calicata para poder extraer la muestra lo cual se detalla a continuación.

8 DATOS Y RESULTADOS DE LOS ENSAYOS REALIZADOS

8.1 EXPLORACION Y MUESTREO DE SUELOS

8.1.1 NORMAS: ASTM D420-69, AASTHO T86-70

8.1.2 GENERALIDADES Durante el proyecto y ejecución de cualquier obra de ingeniería es necesario contar con datos firmes y confiables acerca del suelo donde se cimentará la estructura con el fin de realizar un diseño adecuado, congruente económicamente con la magnitud del proyecto y ceñido a las condiciones reales a las que estará sometido el suelo.

La importancia de la exploración y el muestreo de un suelo radican en que si este trabajo se realiza apropiadamente podremos obtener muestras representativas mediante las cuales conozcamos las propiedades físicas del suelo en estudio y estaremos en la posibilidad de clasificarlo y ubicar la naturaleza del problema con más factibilidad de ocurrir. Con todo lo anteriormente dicho se podrán escoger aquellas pruebas de laboratorio que

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sean más apropiadas para el problema específico. Este proceso requerirá de obtener en un principio muestras preliminares, las cuales darán dirección a nuestro estudio y nos permitirán decidir si el muestreo realizado es el correcto o si tenemos que efectuar nuevos muestreos más apropiados de acuerdo a la naturaleza del problema, posteriormente podremos ejecutar las pruebas de laboratorio necesarias para llevar a cabo un buen diseño.

El método que se presenta en esta práctica para determinar el contenido de agua en suelos no debe ser utilizado en materiales contaminados con ciertos químicos a menos que se tomen medidas de seguridad y salud adecuadas (ASTM D 2216-92, 1992).

Una muestra alterada es aquella que está constituida por material disgregado o fragmentado en las que no se toman precauciones especiales para conservar las características de estructura y humedad in situ; no obstante, en algunas ocasiones conviene conocer el contenido de agua original del suelo, para lo cual las muestras se envasan en recipientes impermeables y se transportan de forma que estén protegidas de los agentes atmosféricos. Se utilizan en el laboratorio para identificar el tipo de suelo a que corresponden, realizar pruebas índice y preparar especímenes compactados para someterlos a pruebas mecánicas (SAHOP, 1974).

Una muestra inalterada es aquella en la que se conserva la estructura, no sufre de alteraciones químicas, ni de humedad, es decir, conserva las propiedades que tenía in situ. Estas muestras se utilizan en el laboratorio para identificar el tipo de suelo a que corresponden, realizar pruebas índice y mecánicas (Comisión Federal de Electricidad, 1979)

8.2 CONTENIDO DE HUMEDAD EN SUELOS

8.2.1 NORMAS: ASTM D-2216, MTC E 108-2000, NTP 339.127

8.2.2 GENERALIDADES Este ensayo tiene por finalidad, determinar el contenido de humedad de una muestra de suelo. El contenido de humedad de una masa de suelo, está formado por la suma de sus aguas libre, capilar e higroscópica.

La importancia del contenido de agua que presenta un suelo representa junto con la cantidad de aire, una de las características más importantes para explicar el comportamiento de este (especialmente en aquellos de textura más fina), como por ejemplo cambios de volumen, cohesión, estabilidad mecánica.

El método tradicional de determinación de la humedad del suelo en laboratorio, es por medio del secado a horno, donde la humedad de un suelo es la relación expresada en porcentaje entre el peso del agua existente en una determinada masa de suelo y el peso de las partículas sólidas, o sea:

w = ( Ww / Ws ) * 100 ( % )

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Donde:

w = contenido de humedad expresado en %

Ww = peso del agua existente en la masa de suelo

Ws = peso de las partículas sólidas

8.2.3 OBJETIVOS Determinar el contenido de humedad del suelo.

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8.2.4 DATOS Y RESULTADOS

N° DE ENSAYO 1 2 3 4 5 6N° DE TARA T-010 T-008 T-052 T-002 T-050 T-N11PESO DE TARA (gr) 23.18 29.81 16.33 22.81 16.21 16.33W DE TARA + MUESTRA HUMEDA (gr) 54.64 51.79 55.87 57.75 47.77 54.92W DE TARA + MUESTRA SECA (gr) 50.11 48.11 51.41 56.06 46.35 53.54W DEL AGUA (gr) 4.53 3.68 4.46 1.69 1.42 1.38W DE SUELO SECO (gr) 26.93 18.3 35.08 33.25 30.14 37.21W% PARCIAL 16.82 20.11 12.71 5.08 4.71 3.71W% FINAL 10.52

(cuadro n°!, determinación del contenido de humedad del suelo)

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8.3 GRAVEDAD ESPECÍFICA DE LOS SUELOS

8.3.1 NORMAS: ASTM D-854, AASHTO T-100, MTC E 113-2000

8.3.2 GENERALIDADES El peso específico de los sólidos de un suelo es la relación del peso al aire de un volumen dado de partículas de suelo a una temperatura determinada, al peso al aire de volumen igual de agua desairada a esa misma temperatura

Aplicación del Gs:

Es un factor auxiliar para determinar las características índices de los suelos, tales como la porosidad, la relación de vacíos, la saturación. Se utiliza también en estudios de consolidación, gradiente hidráulico crítico, hidrometría o densimetría. Se describen dos procedimientos, uno para suelos granulares finos, de partículas menores de 4,76 mm, esto es, limos y arcillas y otro, para suelos granulares gruesos, de partículas mayores de 4,76 mm, correspondientes a gravas y fragmentos de roca.

8.3.3 OBJETIVOS Dibujar la curva de calibración. Determinar la gravedad especifica del suelo.

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8.3.4 DATOS Y RESULTADOSN° DE ENSAYO 1 2 3 4 5W DEL PICNOMETRO gr 85 85 85 85 85W DEL PICNOMETRO + AGUA gr 331 332 333 333 334VOLUMEN CALIBRADO DEL PICNOMETRO gr 250 250 250 250 250TEMPERATURA DE TRABAJO °C 20 20 20 20 20TEMPRATURA DE CALIBRACION °C 50 42 38 34 32COEFICIENTE TERMICO DE EXPANSION °C 2*10(-7)

2.38*10(-7)

2.63*10(-7)

2.94*10(-7)

2.33*10(-7)

PESO DEL PICNOMETRO + AGUA (teórico) 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001(Tabla n° 2 datos obtenidos)

N° DE ENSAYO 1N° de picnómetro Apeso del picnómetro 85peso de picnómetro + agua+ suelo 366peso de picnómetro + agua (calibración) 332.2peso de bandeja 501peso de bandeja + suelo seco 561peso de suelos seco 60gravedad especifica parcial 1.923gravedad especifica final 1.923

(Tabla n° 3 datos y resultado obtenidos)

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8.4 DETERMINACION DE LAS RELACIONES GRAVIMETRICAS Y VOLUMETRICAS EN SUELOS

8.4.1 NORMAS: NTP 339.139, ASTM 135 1377

8.4.2 GENERALIDADES El problema de la identificación de los suelos es de importancia fundamental; identificar un suelo es, en rigor, encasillarlo en un sistema previo de clasificación para ello se deben estudiar sus propiedades y analizar su comportamiento ya que desde esta práctica se analizaran las tres fases que comprenden el suelo.

Las fases líquida y gaseosa del suelo suelen comprenderse en el volumen de vacíos (Vv), mientras que la fase sólida constituye el volumen de sólidos (Vs). Se dice que un suelo es totalmente saturado cuando todos sus vacíos están ocupados por agua. Un suelo en tal circunstancia consta, como caso particular de solo dos fases, la sólida y la líquida. Es importante considerar las características morfológicas de un conjunto de partículas sólidas, en un medio fluido.

Las relaciones entre las diferentes fases constitutivas del suelo (fases sólida, líquida y gaseosa), permiten avanzar sobre el análisis de la distribución de las partículas por tamaños y sobre el grado de plasticidad del conjunto.

En los laboratorios de mecánica de suelos puede determinarse fácilmente el peso de las muestras húmedas, el peso de las muestras secadas al horno y la gravedad específica de las partículas que conforman el suelo, entre otras.

Las relaciones entre las fases del suelo tienen una amplia aplicación en la Mecánica de Suelos para el cálculo de esfuerzos.

La relación entre las fases, la granulometría y los límites de Atterberg se utilizan para clasificar el suelo y estimar su comportamiento.

8.4.3 OBJETIVOS Determinar las relaciones gravimétricas y volumétricas del suelo

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8.4.4 DATOS Y RESULTADOSN° DE ENSAYO 1 2 3W DEL SUELO TALLADO HUMEDO 150.15 135.63 159.81W DE SUELO + PARAFINA 152.97 138.76 168.22W DE SUELO + PARAFINA (sumergido) 67 61 69VOL. DE SUELO + PARAFINA 85.97 77 99.22PESO ESPEC. PARAFINA 0.96 0.96 0.96VOL. PARAFINA 2.94 3.26 8.76VOL. SUELO TALLADO HUMEDO 83.03 73.74 90.46W% 28.94 28.94 28.94DENSIDAD HUMEDA 1.81 1.84 1.77DENSIDAD SECA 1.4 1.43 1.4PESO DEL SUELO SECO 116.45 105.19 123.94GS SOLIDOS 2.41 2.41 2.41VOL. SUELO SECO 48.32 43.65 51.43VOL. DE VACIOS 34.71 30.09 39.03VOL. DE AGUA 33.7 30.44 35.07RELACION DE VACIOS 0.72 0.71 0.76POROSIDAD 42 41 43GRADO DE SATURACION 97.07 100 92

(Tabla n° 4 datos obtenidos de 3 ensayos)

W%

N° TARA T-094W TARA 15.81W TARA + SUELO HUMEDO 40.63W TARA + SUELO SECO 35.06W DEL AGUA 5.57W DEL SUELO SECO 19.26W% 28.94

(Tabla n° 5 contenido de humedad del suelo)

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8.5 ANALISIS GRANULOMETRICO DE SUELOS

8.5.1 NORMAS: ASTM D422, AASHTO T88, NTP 319.310:2011

8.5.2 GENERALIDADES El método más usado para hacer la determinación indirecta de porcentajes de partículas que pasan el tamiz No. 200 (0.075 mm.), hasta 0.001 mm, es el HIDRÓMETRO basado en la sedimentación de un material en suspensión en un líquido, el hidrómetro sirve para la determinación de la variación de la densidad de la suspensión con el transcurso del tiempo y medir la altura de caída del gramo de tamaño más grande correspondiente a la densidad media.

Al mezclar una cantidad de suelo con agua y un pequeño porcentaje de un agente dispersante para formar una solución de 1000 ml se obtiene una solución con cierta gravedad especifica. El agente dispersante o de floculante se añade a la solución para neutralizar las cargas sobre las partículas más pequeñas del suelo, que a menudo tienen carga negativa evitando así la formación de grumos.

El hidrómetro determina la gravedad específica de la suspensión AGUA – SUELO en el centro del bulbo. Todas las partículas de mayor tamaño que aquellas que se encuentran aún en suspensión en la zona mostrada como L (la distancia entre el centro del bulbo y la superficie del agua), abran caído por debajo de la profundidad del centro de volumen, y esto hace decrecer permanentemente la gravedad especifica de la suspensión en el centro del volumen del hidrómetro. Además es obvio que como el hidrómetro tiene un peso constante a medida que disminuye la gravedad especifica de la suspensión aumenta la distancia L. Es preciso recordar también, que la gravedad especifica del agua varia con la temperatura, esto ocasiona un hundimiento mayor del hidrómetro dentro de la suspensión.

El principal objetivo del análisis del hidrómetro es obtener el porcentaje de arcilla (porcentaje más fino que 0.002 mm) ya que la curva de distribución granulométrica cuando más del 12% del material pasa a través del tamiz No.200 no se utiliza como criterio dentro de ningún sistema de clasificación de suelos y no existe ningún tipo de conducta particular del material que dependa intrínsecamente de la forma de dicha curva. La conducta de la fracción de suelo cohesivo del suelo dado depende principalmente del tipo y porcentaje de arcilla de suelo presente, de su historia geológica y del contenido de humedad más que de la distribución misma de los tamaños de partícula.

El análisis del hidrómetro utiliza la relación entre la velocidad de caída de esferas en un fluido, el diámetro de las esferas, el peso específico tanto de la esfera como del fluido, y la viscosidad del fluido lo cual es conocido como la ley de Stokes.

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8.5.3 OBJETIVOS Determinar la distribución granulométrica del suelo Dibujar la curva granulométrica del suelo Aprender que métodos usar para suelos finos y suelos gruesos

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tamiz n°peso

retenido

% retenido parcial

% retenido acumulado

% que pasa

3" 0 0.00 0.00 100.002" 0 0.00 0.00 100.001 1/2" 0 0.00 0.00 100.001" 166 2.56 2.56 97.443/4" 444 6.84 9.40 90.601/2" 1192 18.37 27.77 72.233/8" 744 11.46 39.23 60.771/4" 922 14.21 53.44 46.56#4 563 8.67 62.11 37.89pasa #4 2459 37.89 100.00 0.00#10 82.38 10.37 72.48 27.52#40 71.78 9.04 81.52 18.48#100 24.97 3.14 84.66 15.34#200 14.2 1.79 86.45 13.55fondo 107.71 13.56 100.01 -0.01

(Tabla n° 6 datos obtenidos en el tamizado)

D60 D30D10 Cc Cu

9.36 2.66 0 0 0(Tabla n° 7 propiedades del suelo tamizado)

0.010.11101000.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00100.00100.00100.0097.44

90.60

72.2360.77

46.5637.89

27.5218.48 15.3413.55

Granulometria

abertura en mm

% q

ue p

asa

(Grafico 1 representación grafico de la granulometría del suelo)

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8.6 LIMITES DE CONSISTENCIA DE LOS SUELOS

8.6.1 NORMAS: ASTM D4318, NTP 339.129

8.6.2 GENERALIDADES Los límites de Atterberg o límites de consistencia se basan en el concepto de que los suelos finos, presentes en la naturaleza, pueden encontrarse en diferentes estados, dependiendo del contenido de agua. Así un suelo se puede encontrar en un estado sólido, semisólido, plástico, semilíquido y líquido. La arcilla, por ejemplo al agregarle agua, pasa gradualmente del estado sólido al estado plástico y finalmente al estado líquido.

El contenido de agua con que se produce el cambio de estado varía de un suelo a otro y en mecánica de suelos interesa fundamentalmente conocer el rango de humedades, para el cual el suelo presenta un comportamiento plástico, es decir, acepta deformaciones sin romperse (plasticidad), es decir, la propiedad que presenta los suelos hasta cierto límite sin romperse.

El método usado para medir estos límites de humedad fue ideado por Atterberg a principios de siglo a través de dos ensayos que definen los límites del estado plástico.

Los límites de Atterberg son propiedades índices de los suelos, con que se definen la plasticidad y se utilizan en la identificación y clasificación de un suelo.

8.6.3 Plasticidad y límites de consistencia Plasticidad es la propiedad que tienen algunos suelos de deformarse sin agrietarse, ni producir rebote elástico.

Los suelos plásticos cambian su consistencia al variar su contenido de agua. De ahí que se puedan determinar sus estados de consistencia al variar si se conoce las fronteras entre ellas. Los estados de consistencia de una masa de suelo plástico en función del cambio de humedad son sólidos, semisólido, líquido y plástico. Estos cambios se dan cuando la humedad en las masas de suelo varía. Para definir las fronteras en esos estados se han realizado muchas investigaciones, siendo las más conocidas las de Terzaghi y Attergerg.

Para calcular los límites de Atterberg el suelo se tamiza por la malla Nº40 y la poción retenida es descartada.

La frontera convencional entre los estados semisólido y plástico se llama límite plástico, que se determina alternativamente presionando y enrollando una pequeña porción de suelo plástico hasta un diámetro al cual el pequeño cilindro se desmorona, y no puede continuar siendo presionado ni

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enrollado. El contenido de agua a que se encuentra se anota como límite plástico.

La frontera entre el estado sólido y semisólido se llama límite de contracción y a la frontera entre el límite plástico y líquido se llama límite líquido y es el contenido de agua que se requiere adicionar a una pequeña cantidad de suelo que se colocará en una copa estándar, y ranurará con un dispositivo de dimensiones también estándar, sometido a 25 golpes por caída de 10 mm de la copa a razón de 2 golpes/s, en un aparato estándar para limite líquido; la ranura efectuada deberá cerrarse en el fondo de la copa a lo largo de 13 mm.

En los granos gruesos de los suelos, las fuerzas de gravitación predomina fuertemente sobre cualquiera otra fuerza; por ello, todas las partículas gruesas tienen un comportamiento similar.

En los suelos de granos muy finos, sin embargo fuerzas de otros tipos ejercen acción importantísima; ello es debido a que en estos granos, la relación de área a volumen alcanza valores de consideración y fuerzas electromagnéticas desarrolladas en la superficie de los compuestos minerales cobran significación. En general, se estima que esta actividad en la superficie de la partícula individual es fundamental para tamaños menores que dos micras (0,002 mm)

8.6.4 Relación entre las fases sólidas y liquidas en una arcilla

Durante mucho tiempo se creyó que los minerales de las arcillas eran de naturaleza amorfa, pero todas las investigaciones de detalle realizadas hasta ahora han demostrado, que son cristalinos y altamente estructurados.

Existen suelos que al ser re moldeados, cambiando su contenido de agua, si es necesario, adoptan una consistencia característica que se ha denominado plástica. Estos suelos han sido llamados arcillas originalmente por los hombres dedicados a la cerámica; la palabra pasó a la mecánica de suelos, en épocas más recientes, con idénticos significados. La plasticidad es en este sentido, una propiedad tan evidente que ha servido de antaño para clasificar suelos en forma puramente descriptiva. Pronto se reconoció que existía una relación específica entre la plasticidad y las propiedades físico - químicas determinantes del comportamiento mecánico de las arcillas. Las investigaciones han probado que la plasticidad de un suelo es debida a su contenido de partículas más finas de forma laminar ya que esta ejerce una influencia importante en la compresibilidad del suelo, mientras que el pequeño tamaño propio de esas partículas hace que la permeabilidad del conjunto sea muy baja.

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Otras ramas de la ingeniería han desarrollado otra interpretación del concepto de plasticidad, como es el caso del esfuerzo-deformación de los materiales.

Al tratar de definir en términos simples la plasticidad de un suelo, no resulta suficiente decir que un suelo plástico puede deformarse y re moldearse sin agrietamiento, pues una arena fina y húmeda tiene esas características cuando la deformación se produce lentamente y, sin embargo, no es plástica en un sentido más amplio de la palabra; hay entre el comportamiento de la arcilla y el de la arena en cuestión una importante diferencia: el volumen de la arcilla permanece constante durante la deformación, mientras que el de la arena varía; además, la arena se desmorona en deformación rápida.

Por lo tanto, en mecánica de suelos podemos definir la plasticidad como la propiedad de un material por la cual es capaz de soportar deformaciones rápidas, sin rebote elástico, sin variación volumétrica apreciable y sin desmoronarse ni agrietarse.

8.6.5 Estados de consistencia. Límites de plasticidad Para medir la plasticidad de las arcillas se han desarrollado varios criterios de los cuales se menciona el desarrollado por Atterberg, el cual dijo en primer lugar que la plasticidad no es una propiedad permanente de las arcillas, sino circunstancial y dependiente de su contenido de agua. Una arcilla muy seca puede tener la consistencia de un ladrillo, con plasticidad nula, y esa misma, con gran contenido de agua, puede presentar las propiedades de un lodo semilíquido o, inclusive, las de una suspensión líquida. Entre ambos extremos, existe un intervalo del contenido de agua en que la arcilla se comporta plásticamente. En segundo lugar, Atterberg hizo ver que la plasticidad de un suelo exige, para ser expresada en forma conveniente, la utilización de dos parámetros en lugar de uno.

Según su contenido de agua en forma decreciente, un suelo susceptible de ser plástico puede estar en cualquiera de los siguientes estados de consistencia, definido por Atterberg.

Estado líquido, con las propiedades y apariencias de una suspensión. Estado Semilíquido, con las propiedades de un fluido viscoso. Estado Plástico, en que el suelo se comporta plásticamente. Estado semi sólido, en el que el suelo tiene la apariencia de un sólido,

pero aún disminuye de volumen al estar sujeto a secado

8.6.5.1 Selección para la determinación de los límites de plasticidadRectángulo redondeado: Volver Es importante que las muestras seleccionadas para determinar los límites sean lo más homogéneas que se pueda lograr. A este respecto, ha de tenerse en cuenta, que el aspecto de una

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arcilla inalterada es muy engañoso; a simple vista puede no presentar la menor indicación de estratificación, ni cambio de color y ello no obstante, su contenido natural de humedad puede variar grandemente en diferentes zonas de la misma muestra extraída del terreno, con correspondientes variaciones apreciables en los límites líquidos.

8.6.6 OBJETIVOS Aprender a realizar de manera correcta el ensayo Aprender a como calibrar la cuchara de Casagrande Determinar los límites de consistencia del suelo

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8.6.7 DATOS Y RESULTADOS LIMITE LIQUIDO LIMITE PLASTICOENSAYO N° 1 2 3 4 1 2# DE TARA T-063 T-065 T-062 T-061 T-076 T-072# DE GOLPES 34 27 22 16 - -W DE TARA 7.96 7.76 8.02 7.92 8.03 7.89W DE TARA + MUESTRA HUMEDA 16.98 12.54 13.26 15.37 10.36 10.14W DE TARA + MUESTRA SECA 14.71 11.28 11.83 13.29 9.97 9.76W DE AGUA 2.27 1.26 1.43 2.08 0.39 0.38W DE MUESTRA SECA 6.75 3.52 3.81 5.37 1.94 1.87CONTENIDO DE HUMEDAD 33.63 35.80 37.53 38.73 20.10 20.32RESULTADO LL= 37.5 IP= 20.21(Tabla n° 8 datos y resultados del LL y LP del suelo)

8.6.8 Clasificación según SUCSAcumulado que pasa malla n° 4 = 37.89 LL= 37.5

Acumulado que pasa malla n° 200 = 13.55 IP= 20.21

POR LO TANTO EL SUELO ES:

GC: GRAVA ARCILLOSA CON ARENA

8.6.9 Clasificación según AASHTO

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Acumulado que pasa malla n° 10 = 27.52 Acumulado que pasa malla n° 40 = 18.48

Acumulado que pasa malla n° 200 = 13.55 IP= 20.21 LL= 37.5

POR LO TANTO EL SUELO ES:

El suelo es A-1-b(0)

Fragmentos de piedra grava y arena

15 20 25 30 3531.00

32.00

33.00

34.00

35.00

36.00

37.00

38.00

39.00

40.00w%

Numero de golpes

LL=

37.5

(Grafico 2: limite liquido)

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8.7 COMPACTACION DE SUELOS

8.7.1 NORMAS: MTC E 115-2000 (Proctor modificado), MTC E 116-2000 (Proctor estándar)

8.7.2 GENERALIDADES En mecánica de suelos, el ensayo de compactación Proctor es uno de los más importantes procedimientos de estudio y control de calidad de la compactación de un terreno. A través de él es posible determinar la compactación máxima de un terreno en relación con su grado de humedad, condición que optimiza el inicio de la obra con relación al costo y el desarrollo estructural e hidráulico.

Existen dos tipos de ensayo Proctor normalizados; el “Ensayo Proctor Normal”, y el “Ensayo Proctor Modificado”. La diferencia entre ambos estriba en la distinta energía utilizada, debido al mayor peso del pisón y mayor altura de caída en el Proctor modificado.

Ambos ensayos se deben al ingeniero que les da nombre, Ralph R. Proctor (1933), y determinan la máxima densidad que es posible alcanzar para suelos o áridos, en unas determinadas condiciones de humedad, con la condición de que no tengan excesivo porcentaje de finos, pues la prueba Proctor está limitada a los suelos que pasen totalmente por la malla No 4, o que tengan un retenido máximo del 10 % en esta malla, pero que pase (dicho retenido) totalmente por la malla 3/8”. Cuando el material tenga retenido en la malla 3/8” deberá determinarse la humedad óptima y el peso volumétrico seco máximo con la prueba de Proctor estándar.

El ensayo consiste en compactar una porción de suelo en un cilindro con volumen conocido, haciéndose variar la humedad para obtener el punto de compactación máxima en el cual se obtiene la humedad óptima de compactación. El ensayo puede ser realizado en tres niveles de energía de compactación, conforme las especificaciones de la obra: normal, intermedia y modificada.

La energía de compactación viene dada por la ecuación:

Donde:

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Y – energía a aplicar en la muestra de suelo;

n – número de capas a ser compactadas en el cilindro de moldeado;

N – número de golpes aplicados por capa;

P – peso del pisón;

H – altura de caída del pisón; y

V – volumen del cilindro.

El Grado de compactación de un terreno se expresa en porcentaje respecto al ensayo Proctor; es decir, una compactación del 85% de Proctor Normal quiere decir que se alcanza el 85% de la máxima densidad posible para ese terreno.

Las principales normativas que definen estos ensayos son las normas americanas ASTM D-698 (ASTM es la American Society for Testing Materials, Sociedad Americana para el Ensayo de Materiales) para el ensayo Proctor estándar y la ASTM D-1557 para el ensayo Proctor modificado. En España existen las normas UNE 103-500-94 que define el ensayo de compactación Proctor normal y la UNE 103-501-94 que define el ensayo Proctor modificado.

8.7.3 OBJETIVOS Hallar el peso volumétrico máximo y la humedad optima, mediante el

método de la energía modificada de compactación. Interpretar los resultados obtenidos.

8.7.4 DATOS Y RESULTADOSCONTROL DE DENSIDAD

ENSAYO N° 1 2 3 4W DEL MOLDE 5967 5967 5967 5967VOLUMEN DEL MOLDE 2130.6 2130.6 2130.6 2130.6PESO DEL MATERIAL + MOLDE 10711 10720 10701 10656W DEL MATERIAL 4744 4753 4734 4689PESO VOLUMETRICO HUMEDO 2.23 2.23 2.22 2.2

CONTROL DE LA HUMEDADNUMERO DE TARA T-C11 T-64 T-051 T-014W DE TARA 20.83 16.5 16.35 16.27W DE TARA + SUELO HUMEDO 35.55 42.86 42.81 38.96W DE TARA + SUELO SECO 34.57 37.07 40.17 38.62W% 7.13 9.02 11.36 15.71PESO VOLUMETRICO SECO 2.082 2.046 1.994 1.901DENSIDAD SECA MAXIMA 2.082CHO 7.13

(Tabla n° 9 datos y resultados de compactación)

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6 8 10 12 14 16 181.8

1.85

1.9

1.95

2

2.05

2.1

Ensayo de compactacion

humedad %

Dens

idad

seca

(Grafico: 3 grafico para hallar el CHO)

32

8.8 DENSIDAD DE SUELOS EN CAMPO

8.8.1 NORMAS: MTC E 117-2000, ASTM D 1556

8.8.2 GENERALIDADES La compactación de suelos es un proceso artificial en el cual las partículas de suelo son obligadas a estar más en contacto (unidas) las unas con las otras, mediante una reducción de vacíos, empleando algún medio mecánico, esto se realiza para mejorar las propiedades ingenieriles del suelo.

La importancia de la compactación de suelos radica en el aumento de la resistencia y disminución en la capacidad de deformación que se obtiene al someter al suelo a técnicas, que aumenten el peso específico seco, disminuyendo los vacíos.

Los métodos empleados para la compactación de suelos dependen del tipo de materiales con que se trabaje en cada caso; en los materiales puramente friccionantes como la arena, los métodos vibratorios son los más eficientes, en tanto que en suelos plásticos el procedimiento de carga estática resulta el más ventajoso. En la práctica, estas características se reflejan en el equipo disponible para el trabajo, tales como: plataformas vibratorias, rodillos lisos.

8.8.2.1 Beneficios de la compactación:a. Aumenta la capacidad para soportar cargas

b. Impide el hundimiento del suelo

c. Reduce el escurrimiento del agua

d. Reduce el esponjamiento y la contracción del suelo

e. Impide los daños de las heladas

8.8.3 OBJETIVOS Determinar la densidad de la arena a usarse en el cono Determinar la densidad seca en campo de un suelo que sirve como vía

de transito Obtener el grado de compactación del suelo extraído.

8.8.4 MATERIALES UTILIZADOS Arena para el cono de arena Suelo compactado para determinar su densidad in situ.

8.8.5 DATOS Y RESULTADOSCALIBRACION DE LA ARENA

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ENSAYO N° 1 2 3 W ARENA +CONO+ FRASCO 6570 6570 6570 ANTES

W ARENA +CONO+ FRASCO 4908 4908 4908 DESPUES

W DE LA ARENA EN EL CONO 1662 1662 1662 VOLUMEN DEL MOLDE 2123.32 2123.32 2123.32 PESO DEL MOLDE 6053 6053 6053 PESO DEL MOLDE + ARENA 8770 8770 8770 W DE ARENA 2717 2717 2717 DENSIDAD DE LA ARENA 1.28 1.28 1.28

DENSIDAD DE CAMPOW ARENA +CONO+ FRASCO 658 6160 ANTES

W ARENA +CONO+ FRASCO 2658 1992 DESPUES

W DE ARENA EN HOYO + CONO 3900 4168 PESO ARENA EN HOYO 2238 2506 VOLUMEN DE ARENA EN HOYO 1756.67 1957.81 W DE MATERIAL EXTRAIDO 3869 4610 DENSIDAD HUMEDA EN CAMPO 2.2 2.346

HUMEDAD DE CAMPODENSIDAD SECA CAMPO 2.11 2.19 DENSIDAD SECA LABORATORIO 2.2 2.2 GRADO DE COMPACTACION 95.91 99.55

(Tabla n° 10 datos y resultados obtenidos en el ensayo)

34

8.9 “CBR (CALIFORNIA BEARING RATIO)”

8.9.1 NORMAS: MTC E 132-2000, ASTM D 1883

8.9.2 GENERALIDADES El ensayo CBR (California Bearing Ratio) suele emplearse en carreteras y aeropuertos para la caracterización mecánica de los suelos por ser un ensayo sencillo para ser realizado in situ o en laboratorio. Es, posiblemente, el ensayo más utilizado en todo el mundo para estimar la capacidad de soporte de una explanada, factor básico para el dimensionamiento de los firmes. En España ya no se utiliza el CBR para la clasificación de la explanada, actualmente la norma 6.1-IC “Secciones de firme”, clasifica las explanadas en función del módulo de compresibilidad en el segundo ciclo de carga del Ensayo de carga con placa (Ev2). Sin embargo, en la clasificación de los materiales para la formación de explanadas, dicha norma, sí utiliza el Índice CBR como prescripción complementaria a la Clasificación de suelos del PG-3 a la hora de caracterizar dichos materiales.

El ensayo CBR es un ensayo de penetración o punzonamiento y además se mide el hinchamiento del suelo al sumergirlo durante 4 días en agua. En España se sigue la norma de ensayo NLT-111 que se corresponde con la norma ASTM 1883.

Se compacta una muestra de suelo, con la humedad y energía de compactación deseada, en un molde cilíndrico de 152,4 mm de diámetro interior y 177,8 mm de altura, provisto con un collar supletorio y una base perforada. Esta muestra se sumerge en agua durante 4 días con una sobrecarga que ocasiona una compresión equivalente a la del futuro firme sobre la explanada, midiéndose el hinchamiento vertical, que se expresa en porcentaje de la altura de la muestra.

La muestra se ensaya a penetración mediante una prensa y un pistón cilíndrico de 49,6 mm de diámetro, que se desplaza a 1,27 mm/min a velocidad uniforme. El Índice resistente CBR se define como la razón, en porcentaje, entre la presión necesaria para que el pistón penetre en el suelo hasta una profundidad determinada y la correspondiente a esa misma penetración en una muestra patrón de grava machacada. Se obtiene este índice para dos penetraciones, de 2,54 y 5,08 mm, tomándose como índice CBR el mayor valor.

El suelo utilizado en el ensayo no puede contener más de un 10% de partículas retenidas por el tamiz 20 UNE, pudiéndose sustituir hasta un 30% por una proporción igual de material comprendido entre los tamices 5 y 20 UNE. La inmersión puede afectar, en algunos suelos, a la evaluación de la resistencia a esfuerzo cortante, siendo esta en algunos casos demasiado

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pesimista. Este ensayo no está concebido para suelos granulares y los valores superiores a 20 tienen solamente una significación cualitativa.

8.9.3 OBJETIVOS Determinar el CBR de un determinado suelo Analizar e interpretar los resultados obtenidos del ensayo Comprender en su totalidad el método directo del ensayo CBR.

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Compactaciónmolde m-002 m-002 m-009nunmero de golpes 12 25 56numero de capas 5 5 5vol del molde 2121.425 2121.425 2121.425peso del molde 8464 8454 8464condicion de muestra peso de suelo humedo + molde 13094 12097 12494peso de suelo 4640 4393 5118densidad del suelos humedo 2.187 2.071 1.963

(Tabla n° 11 datos de compactación)

humedadnumero de tara t-050 T-051 T-053 T-055 T-074 T-076peso de tara 16.2 16.34 16.28 15.93 15.14 16.66peso de tara + suelo húmedo 79.84 75.4 78.18 81.01 73.63 80.53peso de tara + msuelo seco 75.32 70.46 73.88 74.74contenido de humedad 7.65 9.13 7.64 9.87densidad del suelo seco 2.387 1.924 1.78

(Tabla n° 12 datos del contenido de humedad)

EXPANSION FECHA TIEMPO LECT. EXP. LECT. EXP. LECT. EXP.

0.085 0.6722 0.1899 (Tabla n° 13 control de la expansión)

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PENETRACIONpenetracion en mm/ tiempo en min kg kg/cm2 kg kg/cm2 kg kg/cm2

0.63 0.3 92.5 4.78 48.5 2.506 59.5 3.6751.27 1 176.5 9.121 121.5 6.179 105.5 7.9541.91 1.3 248 12.817 161 8.32 154 5.4522.54 2 269.5 13.928 219.5 11.344 188.5 9.7423.81 3 402.5 20.801 329 17.003 250 12.925.09 4 476 24.599 414.5 21.421 305 15.7626.35 5 820.5 26.829 451.5 23.333 360.5 18.637.62 6 680 35.142 483.5 24.987 308.5 21.1115.89 7 - - - - - -10.16 8 - - - - - -

(Tabla n° 14 datos obtenidos del ensayo de penetración)

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0 1 2 3 4 5 6 7 8 90

5

10

15

20

25

M-001

0 1 2 3 4 5 6 7 8 90

5

10

15

20

25

M-009

0 1 2 3 4 5 6 7 8 90

5

10

15

20

25

30

35

40

M-002

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9 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

El suelo tiene un grado de saturación de 96.33%. El suelo tiene una porosidad de 42% Su contenido de humedad del suelo es 28.94% Según los resultados obtenidos el suelo estudiado, tiene una

granulometría aceptable ya que presenta granulometría variada El suelo estudiado se ha clasificado como: GC: GRAVA ARCILLOSA

CON ARENA, según la clasificación SUCS. Un estudiante de Ingeniería Civil debe tener conocimiento pleno a cerca

del estudio de los suelos. Los ensayos deben realizarse de la mejor forma posible para adquirir

datos aproximados a la realidad.

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10 ANEXOS

(Exploración del suelo) (Balanza hidrostática)

(Muestras de granulometría) (Calibración del picnómetro)

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(Granulometría del suelo) (Ensayo de proctor)

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