Universidad Autónoma de Campeche Facultad de Ingeniería Ingeniería Civil y Administración
TRABAJO DE INVESTIGACIÓN – ENSAYOS ENSAY OS P A RA CL ASIF ICAR SUELOS Y ROCAS Y DETERMINAR SU CALIDAD Alumno: •
Alejandro Esparza Uribe
ateria: !eotecnia en Edi"icación
#ro"esor: Ing$ %oe Alberto ontalvo Chi
&emestre y !rupo: '( )A*
Ciclo Escolar: +,-. / +,-0 Fase II
&an Francisco de Campeche1 Camp$1 +. de Enero de +,-0
ÍNDICE I$ Introducción22222$$2222222222$22222222$$$$$$$$$$$$$$ 3
II$ Clasi"icación !eot4cnica de &uelos y 5ocas2222222222$222 6
III$ #ruebas de 7aboratorio en &uelos y 5ocas2222222$$$222222 8
I9$
5e"erencias ibliogr;"icas222222222222222 ibliogr;"icas2222222222222222$$$$$$$$$$$ 2$$$$$$$$$$$$$$ $$$ -<
I. INTRODUCCIÓN El siguiente trabajo de investigación tiene como objetivo describir las rinciales ruebas de laboratorio ! ensa!os "ue ermiten clasi#car a los distintos tios de suelos ! rocas de un terreno natural sobre el cual se uede construir alg$n edi#cio o cual"uier tio de obra de Ingenier%a Civil. &ara eme'ar( arece conveniente de#nir lo "ue es un estudio geotécnico. Un estudio de esta %ndole es el conjunto de actividades "ue ermiten obtener la in)ormación geológica ! geot*cnica del terreno( necesaria ara la ejecución de un ro!ecto de construcción. El estudio geot*cnico se reali'a reviamente al ro!ecto de un edi#cio ! tiene como objetivo determinar la naturale'a ! roiedades del terreno( necesarios ara de#nir el tio ! condiciones de cimentación. Todo esto( a su ve'( inclu!e los estudios ! e+erimentos "ue se tengan "ue reali'ar al suelo ! las rocas de las "ue est, comuesto donde estar, asentada dic-a edi#cación. &ara estudiar los di)erentes )actores "ue entran en juego ! ara rever ! evitar situaciones "ue se uedan dar( -a! "ue tener en cuenta una serie de actividades •
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Estudio del er#l geológico de la arcela ! ao!o toogr,#co. De#nición ! reali'ación de cama/a geot*cnica ara la evaluación de terrenos( mediante er)oración de sondeos( ensa!os de enetración din,mica( ensa!os in situ en el interior de sondeos( comlet,ndola con la toma de muestras ara su ensa!o en laboratorio( as% como la utili'ación de t*cnicas geo)%sicas. Caracteri'ación del medio geológico "ue ermita a)rontar con garant%as ! econom%a el tio ! caracter%sticas de la cimentación ! sistemas de contención. Estudio de osibles suelos contaminados( catación de aguas subterr,neas( vertederos( etc. Dise/o ! c,lculo de cimentaciones suer#ciales( ilotes( microilotes( o'os( etc.
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Dise/o de elementos de contención muros ! antallas continuas ! de ilotes Dise/o de tratamientos eseciales in!ecciones de comensación( recargas( estabili'ación de suelo con cal ! cemento( columnas de grava( etc.
0 continuación( se reali'ara una descrición ingenieril acerca de la clasi#cación geot*cnica de los suelos ! las rocas( adem,s de los distintos ensa!os ! ruebas de laboratorio "ue se -acen ara determinar la calidad de las mismas junto con los m*todos de e+loración de los suelos. 1
II.
C203I4IC0CIÓN 5EOT6CNIC0 DE 3UE2O3 7 ROC03
2as caracter%sticas geot*cnicas esenciales de los suelos ! de las rocas siguen una serie de recomendaciones basadas en los trabajos reali'ados or la Sociedad Internacional de Mecánica de Rocas ! la Sociedad Geológica de Londres( a trav*s de su gruo de trabajo de ingenier%a. 2a clasifcación de los suelos toma en cuenta el criterio granulométrico( los límites de Atterberg ! e l Sistema Unifcado de Clasifcación de Suelos (SUCS( mientras "ue la clasifcación de las rocas se divide en 1 artes descri!ción del material rocoso( del maci"o rocoso ! n#cleos de roca$ •
Clasi#cación 5eot*cnica de los 3uelos.8
El ar,metro m,s ),cil de medir o determinar las caracter%sticas de un suelo es la 3e denomina clasifcación granulometría. a la granulométrica o granulometr%a( medición ! graduación "ue se lleva a cabo de los granos de una )ormación sedimentaria( de los materiales sedimentarios( as% como de los suelos( con #nes de an,lisis( tanto de su origen como de sus roiedades mec,nicas( ! el c,lculo de la abundancia de los corresondientes a cada uno de los tama/os revistos or una escala granulométrica.
%nsa&o de 'ami"ado$
El m*todo de determinación granulom*trico m,s sencillo es -acer asar las art%culas or una serie de mallas de distintos anc-os de entramado 9a modo de coladores: "ue act$en como #ltros de los granos "ue se llama com$nmente columna de tamices$ &ero ara una medición m,s e+acta se utili'a un granulómetro l,ser( cu!o ra!o di)racta en las art%culas ara determinar su tama/o. &ara su reali'ación se utili'a una serie de tamices con di)erentes di,metros "ue son ensamblados en una columna. En la arte suerior( donde se encuentra el tami" de ma!or di,metro( se agrega el material original 9suelo o sedimento me'clado: ! la columna de tamices se somete a vibración ! movimientos rotatorios intensos en una m,"uina esecial. 2uego de algunos minutos( se retiran los tamices ! se desensamblan( tomando or searado los esos de material retenido en cada uno de ellos ! "ue( en su suma( deben corresonder al eso total del material "ue inicialmente se colocó en la columna de tamices.
4ig ;. Columna de tamices sobre la m,"uina de ensa!o.
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3e denomina material bien clasifcado o bien graduado a a"uel en el cual todas las dimensiones de los granos est,n igualmente reresentados( mientras "ue un material mal graduado es a"uel en el cual redominan uno o varios di,metros. E+iste una clasi#cación decimal debida al cient%#co sueco Albert Atterberg( e+resada en la siguiente tabla
Esta clasi#cación es acetable ara suelos gruesos. &ero a artir de "ue un suelo tiene una cierta roorción de material #no 9limo ! arcillas: sus roiedades deenden de la comosición "u%mica ! mineralógica de la arte #na. 2os límites de Atterberg son a"uellos de conocimiento universal relativos a roiedades %ndices de los suelos "ue corresonden a < di)erentes estados ! "ue toman en cuenta el contenido de agua ara asar de un estado a otro estado sólido sin contracción & con contracción= estado !lástico ! estado lí)uido. Estos l%mites son *$ Límite lí)uido (LI corresonde al contenido de agua "ue ermite una searación de las art%culas cuando el suelo asa de un estado l,stico a un estado l%"uido. &ara la determinación de este l%mite se utili'a la cuc+ara de Art+ur Casagrande$
>. Límite !lástico (L! corresonde al contenido de agua su#ciente "ue ermite una cierta libertad de desla'amiento de las art%culas ero demasiado d*bil ara alejarlas. 3e da cuando el suelo asa de un estado semisólido a un estado l,stico. 1. Límite de retracción o contracción (Lc, Cuando el suelo asa de un estado semisólido a un estado sólido ! se contrae al erder -umedad. En las siguientes tablas( se resume el sistema uni#cado de clasi#cación de suelos 93UC3: ! los criterios de clasi#cación en el laboratorio.
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Clasi#cación 5eot*cnica de las Rocas.8
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2as rocas son agregados naturales 9sistemas -omog*neos: "ue se resentan en nuestro laneta en masas de grandes dimensiones. Est,n )ormadas or uno o m,s minerales o mineraloides. 2os di)erentes tios de rocas se ueden dividir( seg$n su origen( en tres grandes gruos •
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-G.%AS, )ormadas a artir del en)riamiento de rocas )undidas 9magmas:. 2os magmas ueden en)riar de manera r,ida en la suer#cie de la Tierra mediante la actividad volc,nica o cristali'ar lentamente en el interior( originando grandes masas de rocas llamadas lutónicas. Cuando cristali'an en grietas de la corte'a )orman las rocas %gneas #lonianas. M%'AM/R0ICAS, )ormadas a artir de otras rocas "ue( sin llegar a )undirse( -an estado sometidas a grandes resiones ! temeraturas ! se -an trans)ormado. S%1IM%.'ARIAS, )ormadas en 'onas suer#ciales de la corte'a terrestre a artir de materiales "ue se deositan )ormando caas o estratos. 3on detr%ticas si se originan a artir de tro'os de otras rocas. Au%micas ! org,nicas si se )orman a artir de reciitación de comuestos "u%micos o acumulación de restos de seres vivos.
B
III.
&RUE03 DE 20OR0TORIO EN 3UE2O3 7 ROC03 •
&ruebas de 2aboratorio en los 3uelos.8
2as caracter%sticas )%sicas de los suelos ueden medirse or medio de ruebas de laboratorio con muestras e+tra%das de los sondeos o o'os de ensa!o. 2os resultados de los ensa!os de resistencia a ci'alladura ueden usarse ara calcular la m,+ima caacidad de carga de los suelos o la estabilidad de laderas en e+cavaciones de cimentación ! en malecones o terralenes. 0dem,s( los ensa!os del laboratorio roorcionan datos ara calcular la cantidad de agua "ue -abr, de bombearse en las e+cavaciones( ! ermiten clasi#car los suelos ara redecir su comortamiento bajo di)erentes cargas de cimentación. 0dem,s de las ruebas antes descritas como la de los l%mites de 0tterberg ! el ensa!o de tami'ado( los ensa!os de mec,nica de los suelos "ue conciernen al t*cnico en cimentaciones son 2ruebas 3isuales$
2as ruebas visuales llevadas a cabo en el laboratorio son ara areciar color( te+tura ! consistencia de las muestras alteradas o sin alterar( recibidas del lugar investigado. Contenido natural de +umedad$
Comarando los resultados ! relacion,ndoles con los l%mites l%"uido ! l,stico de los corresondientes tios de suelo( es osible organi'ar el rograma de ensa!os de resistencia a ci'alladura ! asegurarse de "ue los ensa!os en los suelos m,s blandos 9determinados or el contenido de -umedad m,s elevado: no sean omitidos. 3i se deciden -acer los ensa!os de resistencia a ci'alladura con todas las muestras inalteradas recibidas( entonces no -a! necesidad de e)ectuar reviamente las determinaciones del contenido de -umedad. 5eneralmente( no tiene objeto -acer ensa!os del contenido de -umedad con muestras alteradas( debido a "ue los resultados ueden no ser reresentativos del estado de los suelos in situ( a causa del rocedimiento de sondeo. %nsa&o de com!resión no confnada$ Es la e+resión m,s sencilla del ensa!o a ci'alladura ! en 5ran reta/a se e)ect$a directamente con muestras de 1.@? cm e+tra%das de muestras del mismo di,metro( o con robetas de 1.@? cm de di,metro e+tra%das de muestras de ma!or di,metro. En suelos "ue contengan tro'os de grava( el ensa!o de comresión no con#nada uede e)ectuarse directamente con robetas de ; cm de di,metro obtenidas de muestras de igual di,metro.
Este tio de ensa!o no uede e)ectuarse en suelos sin co-esión o en arcillas ! limos demasiado blandos ara ermanecer en la ma"uina sin alastarse antes de "ue la carga sea alicada. En caso de suelos )r,giles o agrietados( los resultados son menores "ue la verdadera resistencia in situ de estos suelos.
%nsa&o de ci"alladura !or medio de as!a$ Esta rueba es m,s )actible en el terreno "ue en el laboratorio( aun"ue en el laboratorio tiene una alicación $til cuando se -an obtenido muestras inalteradas satis)actorias de limos ! de arcillas mu! blandas. %nsa&o de consolidación$ Este ensa!o roorciona datos "ue se utili'an ara calcular la magnitud ! velocidad de consolidación del suelo bajo los cimientos ! consiste en encerrar la muestra en un anillo met,lico alic,ndole una carga en una sola dirección. El aarato utili'ado se conoce como edómetro. De los resultados se obtiene
el coefciente de consolidación ( C ¿ "ue ermite calcular la velocidad de asentamiento de toda la estructura. 2os datos de carga8asentamiento obtenidos se usan ara dibujar curvas de la roorción resión8vac%o( a artir de los cuales se establece el coefciente de com!resibilidad de 3olumen v
( m ¿ $ Dic-os resultados se emlean ara calcular la magnitud del asentamiento bajo una carga dada. v
2os ensa!os de
consolidación est,n restringidos a los limos ! arcillas( debido a "ue las teor%as en "ue se basan los c,lculos de asentamiento est,n limitadas a suelos de granos #nos de estos tios. %nsa&o de !ermeabilidad$
2os ensa!os de ermeabilidad ueden reali'arse en el laboratorio con muestras inalteradas de limos ! arcillas( o arenas ! gravas "ue son comactadas en moldes cil%ndricos -asta alcan'ar una densidad igual a la "ue oseen en su estado natural. 2os > tios de ensa!o de ermeabilidad de
uso
m,s
corriente
son
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*$ Carga constante, el erme,metro de carga constante es utili'ado cada ve' "ue tenemos "ue medir ermeabilidad de los suelos granulares 9suelos con ra'onable cantidad de arena ! grava:( los cuales resentan valores de ermeabilidad elevados. 4$ Carga 3ariable, usado
ara suelos de mediana a baja ermeabilidad( como limos ! arcillas. En el ensa!o de
ermeabilidad de carga variable( se miden los valores de “h” obtenidos ara diversos valores de tiemo transcurrido desde el inicio del ensa!o. 2os valores de la temeratura son anotados cuando se e)ectivi'a cada medida.
&erme,metro de carga constante
&erme,metro de carga variable
Análisis )uímicos$
2os an,lisis "u%micos del suelo ! del agua )re,tica se utili'an ara #jar la osibilidad de deterioro de estructuras de cimentaciones de +ormigón & acero. En el caso de estructuras de acero( tales como los ilotajes de acero laminado( es su#ciente determinar el pH 9medida de la acide' o alcalinidad de una disolución: ! el contenido de cloruro de cal del suelo ! del agua del terreno. &ara estructuras de +ormigón( lo $nico "ue se suele calcular es el contenido de sul)atos= aun"ue si se sosec-a de un elevado contenido de materias org,nicas( es aconsejable determinar tambi*n el orcentaje de materia org,nica ! el )actor F.
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&ruebas de 2aboratorio en las Rocas.8
2as roiedades mec,nicas m,s imortantes de las rocas "ue son directamente alicables dentro del dise/o ingenieril son *$ 1e5ormabilidad, cuando sometemos una muestra de roca a una carga( esta tiende a cambiar de )orma( de volumen o las dos cosas simult,neamente. Dic-a de)ormación se roduce cuando un material est, sujeto a un es)uer'o rovocado or )uer'as de suer#cie e+ternas( or )uer'as gravitatorias o or otras causas. 4$ Resistencia, un material rocoso uede ser sometido a 1 clases de es5uer"o de com!resión 9"ue tiende a disminuir el volumen del material:= de tensión 9tiene a crear )racturas en el material: ! cortantes 9"ue tienden a desla'ar unas artes de la roca:. 2a roca uede resentar resistencia a la comresión ! resistencia al es)uer'o cortante= la resistencia a la tensión uede desreciarse. 6$ 2ermeabilidad, roiedad de algunos materiales de ermitir el aso de Guidos a trav*s de ellos sin modi#car su estructura interna.
En la siguiente tabla se -an agruado los rocedimientos ara obtener las roiedades mec,nicas de las rocas tanto en el laboratorio como en el camo.
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Resistencia$ *$ Com!resión sim!le, consiste en alicar a los esec%menes de roca( cargas a+iales sin con#namiento. 2os esec%menes son generalmente cilindros de >.? a @.? cm de di,metro ! una altura igual a dos veces el di,metro.
4$ Com!resión tria7ial, simulan el estado de es)uer'os en "ue se encontraba la roca en el camo. El estado de es)uer'os es )actible de reresentar con los es)uer'os normales rinciales( los cuales son ortogonales entre s%. En los ensa!es tria+iales( los es)uer'os rinciales laterales ermanecen constantes durante la rueba. 6$ 'ensión directa o a7ial, los ensa!es de tensión en esec%menes de roca se derivan de las ruebas desarrolladas ara robar cilindros de concreto. 2a resistencia a la tensión es la roiedad mec,nica de la roca m,s sensible a la dimensión del es*cimen. 8$ 'ensión indirecta o !rueba brasile9a, esta rueba es m,s com$n "ue la de tensión a+ial. Consiste en someter a comresión diametral a un es*cimen cil%ndrico( roduci*ndose as% es)uer'os de tensión ! de comresión. :$ 2rueba !untual, genera es)uer'os a la tensión ero no da valores de resistencia a la tensión. 2a ventaja de esta rueba es "ue no -a! "ue ulir las caras del es*cimen. ;$ 0le7ión, consiste en someter a un es*cimen de roca ao!ado simlemente en sus dos e+tremos( a una cara en el unto medio del claro. Cuando los es)uer'os son m,s altos "ue la resistencia a la tensión de la roca( el es*cimen )alla. 2os valores de la resistencia a la
tensión obtenida de ruebas de Ge+ión son siemre ma!ores "ue los alcan'ados en ruebas de tensión directa. ;<
<$ %nsa&os de corte, la resistencia al corte es una roiedad tanto de la roca intacta como de las juntas o lanos de debilidad de los maci'os rocosos. 5eneralmente( estos ensa!os consisten en rovocar una )alla or corte a trav*s de la roca intacta en un lano seleccionado reviamente o a trav*s de un lano de debilidad ree+istente. 2a muestra se reara con una ranura o cement,ndola en un molde.
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1e5ormabilidad$ =$Módulo de %lasticidad %stático (% & Relación de 2oisson (3, estas son dimensiones "ue se miden sobre las muestras de roca durante las ruebas de comresión simle 9no con#nadas:. 2as de)ormaciones son medidas en la dirección de la carga ! en la dirección erendicular a ella. Cuando se tra'a una gr,#ca es)uer'o8de)ormación en dirección aralela a la alicación de la carga( se observa "ue la de)ormación raramente var%a linealmente con la carga ! generalmente se describe una curva de donde es osible obtener 1 tios de módulos de de)ormabilidad el módulo inicial (%i:( el módulo tangente (%t ! el módulo secante (%s$ 2a relación de &oisson se obtiene dividiendo a la de)ormación longitudinal entre la de)ormación transversal( cu!o valor usual varia generalmente entre .> ! .1.
>$ Consolidación & e7!ansión, tienen or objetivo rincial la determinación de los ar,metros mec,nicos( "ue rigen la magnitud ! velocidad de los asentamientos roducidos or una carga= aun"ue estas ruebas se emlean )undamentalmente en suelos #nos( es osible obtener in)ormación $til en el caso de lutitas suaves.
I. RE4ERENCI03 I2IO5RJ4IC03 •
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RUIK( L0RI0NO ! 5ONKJ2EK( 3I2I0= “Geología aplicada a la Ingeniería Civil”. L*+ico( >;. Editorial 2imusa.
TOL2IN3ON( L.= “Cimentaciones. Diseño y Construcción”. ;H. Editorial Trillas.
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