reporte mecánica de suelos
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Reporte de la Experiencia Educativa Mecánica de SuelosTRANSCRIPT
UNIVERSIDAD VERACRUZANA
MECÁNICA DE SUELOS
ING. ALEJANDRO GARCÍA ELÍAS
REPORTE DE EXTRACCIÓN DE MUESTRA DE
SUELO Y PRUEBAS DE LABORATORIO
PRESENTAN:
AZUARA GARCÍA JORGE
GÓMEZ CRUZ LETICIA
MORENO ZÚÑIGA ANTONIO DE JESÚS
RUBIO RIVERA YAHIR
POZA RICA, VER. A 10 DE NOVIEMBRE DE 2014
MECÁNICA DE SUELOS
ÍNDICE
INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................. 1
OBJETIVO ........................................................................................................................................... 2
UBICACIÓN ........................................................................................................................................ 3
EXCAVACIÓN Y EXTRACCIÓN DE LA MUESTRA ........................................................................... 4
DETERMINACIÓN DE PROPIEDADES FÍSICAS: OLOR, COLOR, TEXTURA................................. 6
CONTENIDO DE HUMEDAD DEL SUELO ......................................................................................... 8
LÍMITES DE ATTERBERG................................................................................................................ 12
DENSIDAD DE SÓLIDOS ................................................................................................................. 21
PLANOS DE MÓDULO DE DOS AULAS ......................................................................................... 27
DETALLES ESTRUCTURALES ....................................................................................................... 29
CÁLCULO DE LA BAJADA DE CARGAS DE LA ESTRUCTURA .................................................. 30
CÁLCULOS DE LA DISTRIBUCIÓN DE LOS ESFUERZOS ........................................................... 34
RESULTADOS DE LAS PRUEBAS TRIAXIALES RÁPIDAS .......................................................... 47
PRUEBA DE CONSOLIDACIÓN ...................................................................................................... 62
CONCLUSIÓN ................................................................................................................................... 71
BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................................. 72
MECÁNICA DE SUELOS
1
INTRODUCCIÓN
El suelo
A través de un proceso de desintegración mecánica y descomposición química,
las rocas de la corteza terrestre forman los materiales sueltos que se encuentran
en ella.
El término “suelo” ha sido definido de diferentes maneras, ya sea que dicha
definición provenga del geólogo, del agrónomo o del ingeniero civil.
El geólogo define al suelo como el material resultante de la descomposición
y desintegración de la roca por el ataque de agentes atmosféricos (N. J.
Chiossi).
El agrónomo según G. P. Tschebotarioff define al suelo como la delgada
parte superior del manto de rocas en que penetran las raíces de las plantas
y de donde éstas toman el agua y las demás sustancias necesarias para su
existencia.
Algunos ingenieros civiles (A. Rico y H. del Castillo) definen al suelo como
el conjunto de partículas minerales, producto de la desintegración mecánica
o de la descomposición química de rocas preexistentes.
Otro autor, Alfred R. Jumikis, doctor en Ingeniería, lo define como
sedimentos no consolidados y depósitos de partículas sólidas derivadas de
la desintegración de la roca.
A la conclusión que hemos llegado es que dependiendo del punto de vista de cada
profesión, el enfoque de la definición es diferente. Por tal motivo hemos
considerado que la definición más genérica es la presentada por el Ing. Carlos
Crespo Villalaz que menciona en su libro Mecánica de Suelos y Cimentaciones la
cual es:
“Suelo es una delgada capa sobre la corteza terrestre de material que proviene de
la desintegración y/o alteración física y/o química de las rocas y de los residuos de
las actividades de los seres vivos que sobre ella se asientan.”
Ilustración 1 Suelo
MECÁNICA DE SUELOS
2
OBJETIVO
La finalidad de una investigación exploratoria de suelo, incluyendo pruebas de
campo y laboratorio, es facilitar los datos cuantitativos del suelo y de la roca del
lugar que se investiga, para dar recomendaciones para la construcción, en este
caso de la cimentación de un módulo de aulas escolares que se construirá en la
ciudad de Coatzintla, Ver.
Para llegar a unos resultados razonablemente dignos de crédito, es preciso cubrir
en forma adecuada una etapa previa e imprescindible, como es la obtención de las
muestras del suelo, apropiadas para la realización de las pruebas
correspondientes.
Las pruebas a las que sometimos esta muestra de suelo fueron:
Determinación de propiedades físicas: olor, color, textura.
Determinación del contenido de agua o humedad.
Límite líquido.
Límite plástico.
Índice de plasticidad.
Densidad de sólidos.
Prueba triaxial rápida.
Consolidación unidimensional.
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3
UBICACIÓN
El sitio donde se realizó la extracción de la muestra fue en la calle Venustiano
Carranza S/N, Col. Luis Donaldo Colosio, en Coatzintla, Ver. El lugar es
actualmente un lote baldío cuyo espacio puede destinarse a la construcción del
módulo antes mencionado.
El lugar donde se realizó la excavación fue en el centro del lote mostrado en la
siguiente imagen. Se cuenta con un espacio aproximado de 30x30 m.
Cabe mencionar que el día de la excavación, estuvo lloviendo y en la imagen se
puede apreciar la humedad del suelo.
Ilustración 2 Estratos encontrados en la excavación
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4
EXCAVACIÓN Y EXTRACCIÓN DE LA MUESTRA
Pozo a cielo abierto (PCA)
Son excavaciones de dimensiones suficientes para que un técnico pueda bajar
directamente y examinar los diferentes estratos, el cual debe de aplicar bien su
criterio al analizar el suelo y llevar un registro completo de las condiciones del
mismo en sus diferentes estratos, como son la humedad, color, estado natural,
etc.
Este tipo de sondeo no puede llevarse a grandes profundidades sobre todo
cuando hay nivel freático superficial, en otras ocasiones esta profundidad
dependerá del tipo de material existente en los diferentes estratos que se van
encontrando.
Al obtener muestras de este tipo de sondeos debe tenerse cuidado que sean
representativas del estrato en cuestión; éstas se protegerán en frascos o bolsas
cubiertas con parafina para conservar lo mejor que se pueda la humedad natural
de cada muestra.
Materiales utilizados:
Pala de concha.
Pala de jardinero.
Pala cuadrada.
Pico.
Machete.
Serrucho profesional de jardinero.
Flexómetro.
Cuchillo.
Tara.
Cuerdas.
Martillo.
Alambre recocido.
Escalera.
Cubetas.
Parafina.
Brea.
Recipiente metálico.
Brocha.
Manta cielo.
Plástico de embalaje.
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5
Procedimiento
Para la excavación, se contrataron los servicios de un trabajador, debido a la
completa inexperiencia por parte del equipo en este tipo de actividades.
La profundidad que se alcanzó fue de 2 m. de acuerdo a los requerimientos que
nos señaló nuestro proyecto que es un módulo de aulas escolares de concreto
armado. Nos fue posible distinguir de manera clara la existencia de unas cuantas
capas diferentes de suelo.
La muestra se extrajo de una de las paredes del PCA (pozo a cielo abierto) ya que
se determinó que sería más fácil por motivo de las características de tal pared.
Ilustración 3 Determinación de las medidas del espécimen
Se inició la excavación por parte de los trabajadores el día 18 de octubre con un
clima agradable, previendo esto porque se sabía que en la siguiente semana el
clima sería desfavorable.
Ese mismo día, al lograr cierto avance en la excavación comenzó a llover, por lo
tanto se introdujo cierta cantidad de agua y se pospusieron las actividades para el
día siguiente.
El día domingo los trabajadores se percataron de que había agua acumulada, y se
dispusieron a retirarla para continuar con las labores.
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6
Ilustración 8 Carga del escombro
Nos presentamos el día lunes 20 de octubre para realizar la extracción de la PCA,
las condiciones climáticas este día fueron desfavorables ya que estaba lloviendo,
por lo tanto tomamos la decisión de extraerla al momento para evitar que se
siguiera saturando.
Una vez sorteados estos obstáculos obtuvimos nuestra muestra y procedimos a
realizar su preparación y embalaje para su posterior transporte en el laboratorio de
la facultada de ingeniería civil.
DETERMINACIÓN DE PROPIEDADES FÍSICAS: OLOR, COLOR, TEXTURA
El color del suelo depende de sus componentes y puede usarse como una medida
indirecta de ciertas propiedades. El color varía con el contenido de humedad.
Tabla 1 Colores y tonos
Mediante la observación minuciosa de nuestra muestra, se presentó la
combinación de colores café y amarillo.
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7
Tabla 2 Olores
Nos percatamos que la muestra no presenta ningún olor.
La textura depende de la proporción de partículas minerales de diversos tamaños
presentes en el suelo.
Tabla 3 Texturas
Mediante el tacto y la observación pudimos constatar que se presentó una textura
grumosa.
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8
CONTENIDO DE HUMEDAD DEL SUELO
El contenido de humedad es una propiedad física de gran utilidad, ya que la
cantidad de agua que contiene un suelo rige el comportamiento y la resistencia de
éstos.
Según Juárez Badillo y Rico Rodríguez expresan que el contenido de humedad de
un suelo es la relación entre el peso de agua contenida en el mismo y el peso de
su fase sólida.
Material requerido para la prueba.
Báscula de precisión con aproximación a .01g para muestras hasta los
2000g.
3 taras pequeñas.
Un cuchillo.
Una parrilla eléctrica.
Placa de vidrio.
Pinzas.
Procedimiento de la prueba
1. De la muestra inalterada se obtienen tres porciones pequeñas con la ayuda
de un cuchillo.
Ilustración 4 Obtención de las porciones
2. Se pesan y marcan las taras y se anota su peso.
3. Se deposita cada porción en cada una de las taras.
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Ilustración 5 Colocación en las taras
4. Se procede a pesar la tara con la porción de suelo húmedo.
Ilustración 6 Pesaje de las taras con muestra húmeda
5. Las taras con material se colocan en la parrilla eléctrica para que el calor
evapore el agua que contiene cada porción de suelo.
MECÁNICA DE SUELOS
10
Ilustración 7 Evaporación de la humedad contenida
6. Se debe verificar la pérdida de humedad con la ayuda de la placa de vidrio,
para esto se coloca la placa de vidrio sobre la tara y se observa si se
empaña, si esto ocurre se debe dejar el tiempo que sea necesario para que
evapore toda su humedad.
7. Para estar seguros que la porción de suelo está completamente seca, es
recomendable pesarla, regresarla a la parrilla, volver a pesarla y repetir las
veces que sea necesario hasta que su peso sea constante; esto nos indica
que el suelo ha perdido toda su humedad.
8. Una vez que se consideró que el suelo estaba seco, se registró su peso.
9. Con la ayuda del software de Excel se procede a efectuar los cálculos.
El contenido de humedad se calcula con la siguiente fórmula:
Donde:
Ww: es la masa del agua desalojada.
Ws: es la masa del suelo seco.
MECÁNICA DE SUELOS
11
Tabla 4 Contenido de agua o humedad del suelo
Como se puede observar en el resultado de la tabla, el contenido de agua para
nuestro suelo en estado natural es de 28.39%.
Cabe mencionar que esta prueba no representó una dificultad mayor, ya que
contamos con el tiempo y el material necesarios.
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LÍMITES DE ATTERBERG
Los límites se basan en el concepto de que en un suelo de grano fino solo pueden
existir cuatro estados de consistencia según su humedad. Así, un suelo se
encuentra en estado sólido, cuando está seco. Al agregársele agua poco a poco
va pasando sucesivamente a los estados de semisólido, plástico, y
finalmente líquido. Los contenidos de humedad en los puntos de transición de un
estado al otro son los denominados límites de Atterberg.
Límite líquido
Esta propiedad se mide en laboratorio mediante un procedimiento normalizado en
que una mezcla de suelo y agua, capaz de ser moldeada, se deposita en
la Cuchara de Casagrande o Copa de Casagrande, y se golpea consecutivamente
contra la base de la máquina, hasta que la ranura que previamente se ha
recortado, se cierre en una longitud de 12 mm o .Si el número de golpes para
que se cierre el surco es 25, la humedad del suelo (razón peso de agua/peso de
suelo seco) corresponde al límite líquido.
Límite plástico
Esta propiedad se mide en laboratorio mediante un procedimiento normalizado
pero sencillo consistente en medir el contenido de humedad para el cual no es
posible moldear un cilindro de suelo, con un diámetro de 3 mm. Para esto, se
realiza una mezcla de agua y suelo, la cual se amasa entre los dedos o entre el
dedo índice y una superficie inerte (vidrio), hasta conseguir un cilindro de 3 mm de
diámetro. Al llegar a este diámetro, se desarma el cilindro, y vuelve a amasarse
hasta lograr nuevamente un cilindro de 3 mm. Esto se realiza consecutivamente
hasta que no es posible obtener el cilindro de la dimensión deseada. Con ese
contenido de humedad, el suelo se vuelve quebradizo (por pérdida de humedad) o
se vuelve pulverulento. Se mide el contenido de humedad, el cual corresponde al
límite plástico. Se recomienda realizar este procedimiento al menos 3 veces para
disminuir los errores de interpretación o medición.
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Materiales para ambas pruebas
3 taras pequeñas
5 taras medianas
Probeta
Pipeta
Báscula de precisión de .01 g.
Tamices no. 4, 20 y 40 con su respectivo fondo y tapa
Báscula convencional
Recipiente
Copa de Casagrande
Ranurador
Placa de vidrio
Parrilla
Crisol
Espátula
Cuchillo
Agua
Procedimiento para el límite líquido
Para iniciar esta prueba cortamos un fragmento de la muestra inalterada para
disgregarla manualmente. Debido a que nuestra muestra contenía demasiada
humedad decidimos colocarla al sol por unos momentos para que perdiera
humedad.
Después de un tiempo volvimos a intentar disgregarla, esta vez nos resultó más
fácil debido a que ya estaba más seca, al ya tener una cantidad considerable de
material disgregado procedimos a pasarlo por el tamiz número 4, después de eso
lo pasamos por el tamiz número 20 para finalmente pasarlo por el tamiz número
40.
MECÁNICA DE SUELOS
14
Ilustración 8 Disgregado del material
Ilustración 9 Tamizado del material
Una vez que se obtuvo un peso total de 1200 gramos de material pasado por la
malla 40 se procedió a tomar 60 gramos de dicha muestra y se le agregó el 30 %
de agua que en este caso son 18 ml de agua y se mezcló hasta que se
homogeneizó.
De la mezcla resultante se colocó un poco en la copa de Casagrande
(previamente calibrada) en donde se ranuró por la mitad. Este ensayo cerró a un
número muy elevado de golpes.
Se limpió la copa de Casagrande y se volvió a mezclar 60 gramos de muestra
pero esta vez con 50 % de agua lo cual nos dio 30 ml de agua, al obtener la
mezcla se repitieron los pasos anteriores, esta vez cerró a los 5 golpes así que
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una vez más limpiamos la copa y mezclamos 60 gramos de muestra con 40% es
decir con 24 ml de agua, repetimos el proceso y esta vez cerró a los 40 golpes.se
repitió el proceso ahora con un 45% de agua y cerro a los 17 golpes, por lo que
concluimos que el porcentaje adecuado de agua sería de 43% así que eso fue lo
que agregamos de agua a toda la muestra restante y se dejó reposar por 24 horas
en un recipiente.
Ilustración 10 Agregado de agua para dejar reposar el material
Una vez transcurridas las 24 horas mezclamos la muestra durante 5 minutos,
colocamos un poco de la muestra en la copa de Casagrande y la encendimos. Los
golpes necesarios para que cerrara fueron de 8, de esa misma muestra se tomó
un poco y se depositó en una tara metálica para colocarla en la parrilla y que
perdiera completamente su humedad, también se tomaron 3 pequeñas porciones
más para realizar la prueba de limite plástico, se procedió a adherir la muestra a
las paredes del recipiente y se colocó al sol por 15 minutos.
MECÁNICA DE SUELOS
16
Ilustración 11 Muestra ranurada
Después de pasados los 15 minutos se revolvió otros 5 minutos y se volvió a
colocar en la copa, esta vez cerró a los 12 golpes, tomamos un poco de muestra
de este ensayo y lo depositamos en otra tara metálica nuevamente se expuso la
muestra a los rayos del sol durante 15 minutos más.
Al pasar los 15 minutos se repitió el proceso de mezclado por 5 minutos con ayuda
de la espátula y se depositó en la copa para realizar el tercer ensayo el cual cerró
a los 16 golpes, de este también tomamos un poco de muestra y lo vertimos en
otra tara, como aún estábamos lejos del estándar que son 25 golpes se decidió
hacer otro ensayo.
Para el cuarto ensayo, después de 15 minutos de exposición al sol de la muestra
se revolvió otros 5 minutos más y se colocó en la copa de Casagrande; esta vez
nos dio 22 golpes así que sacamos un poco de este ensayo también y lo
depositamos en otra tara, nos estábamos acercando al rango así que hicimos un
quinto ensayo tras haber dejado la muestra bajo el sol y dejar transcurrir 15
minutos más.
Para nuestro quinto y último ensayo revolvimos la muestra durante 5 minutos, la
colocamos en la copa y la accionamos, esta vez cerró a los 24 golpes, le quitamos
un poco de muestra a este ensayo también y lo vertimos en la última tara metálica.
Los elementos que depositamos en las taras metálicas fueron colocados en la
parrilla para extraerles toda su humedad, la manera de cerciorarnos de que estaba
completamente seca fueron dos, la primera fue colocando una placa de vidrio
sobre la tara, si de esta emanaba vapor (se empañaba el vidrio) aún no estaba
MECÁNICA DE SUELOS
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seca, la segunda forma fue pesando la muestra varias veces, y si el peso no
variaba entonces ya estaba totalmente seca.
Procedimiento para el límite plástico
Para esta prueba se extrajeron tres pequeñas porciones del primer ensayo
realizado en la copa de Casagrande después de haber dejado la muestra
remojándose 24 horas.
Ilustración 12 Porciones para límite plástico
Se colocaron las 3 porciones una al lado de la otra en un cristal y se intentaron
hacer filamentos de 10 cm de largo y de 3 mm de ancho, al principio fue difícil
debido a que la muestra estaba saturada por el agua sin embargo a medida que
se manejaban más y más se fue haciendo más sencillo, si el filamento rebasaba la
medida se volvía a compactar y se intentaba de nuevo, este proceso se repitió por
lo menos tres veces hasta que al intentar hacer los filamentos la muestra se
agrietó y fue imposible de realizarlos.
MECÁNICA DE SUELOS
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Ilustración 13 Elaboración de filamentos
Después de eso se colocaron cada una de las muestras en una tara pequeña y se
llevaron a la parrilla en donde se dejaron hasta que la humedad que contenía se
evaporó, esto se comprobó pesando cada tara varias veces y, si el peso era el
mismo entonces ya no tenía humedad.
Ilustración 14 Secado de filamentos
MECÁNICA DE SUELOS
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A continuación presentamos el cálculo de los límites líquido y plástico, además del
índice de plasticidad con ayuda del software de Excel.
Tabla 5 Cálculo del límite líquido
Tabla 6 Gráfica para calcular el límite plástico
Tabla 7 Cálculo del límite plástico
Tabla 8 Resultados de límites de Atterberg e índice de plasticidad
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A partir de estos resultados y con base en la norma M-MMP-1-02/03:
Ilustración 15 Carta de plasticidad
Nuestro punto se aloja en la zona II, el material se clasifica como arcilla de baja
compresibilidad y se identifica con el símbolo CL.
Por lo tanto, nuestro suelo es un limo orgánico de baja compresibilidad.
Tabla 9 Clasificación de suelos con base en el SUCS
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DENSIDAD DE SÓLIDOS
La densidad de sólidos se define como la relación que existe entre el peso de los
sólidos y el peso del volumen del agua desalojado por los mismos.
Material necesario para la prueba
Matraces no. 4 y 5.
Probeta.
Pipeta.
Crisol.
Espátula.
Báscula de precisión.
Batidora.
Termómetro.
Servilletas.
Horno.
Tara.
Embudo.
Bomba de vacío.
Baño María.
Procedimiento
1. Obtenemos una muestra de 60 g. del material que se dejó saturar por 24
horas.
2. Este material se deposita en el crisol y se le añade agua hasta formar una
mezcla consistente con la ayuda de la espátula.
3. Lo obtenido en el paso anterior se coloca en la batidora y se pone en
marcha por un tiempo de 20 min para lograr una perfecta homogenización.
Ilustración 16 Batiendo la muestra del suelo
MECÁNICA DE SUELOS
22
4. Esta mezcla se coloca en el matraz no. 4 con la ayuda del embudo y se le
agrega agua hasta aproximadamente la mitad de la capacidad.
Ilustración 17 Preparando suelo para inmersión en Baño María
5. En el matraz no. 5 se agrega agua hasta llegar a la misma altura del matraz
no. 4.
Ilustración 18 Matraces listos para inmersión en baño María
6. Estos matraces se conectan a la bomba de vacío y se sumergen en el baño
María con la finalidad de extraer todo el aire atrapado. Este procedimiento
dura más o menos 30 min y en cada lapso de 10 min se debe sacar los
matraces del baño María y agitarlos suavemente para facilitar la extracción
MECÁNICA DE SUELOS
23
del aire atrapado. En este tiempo se debe verificar la temperatura del baño
maría con la ayuda del termómetro la cual no debe superar los 65°C.
Ilustración 19 Comprobación de la temperatura en Baño María
7. Después de que se extrajo todo el aire, lo cual es posible verificar cuando
agitamos los matraces y no se forman burbujas, debemos de sacar los
matraces del baño María
Se afora el matraz que contiene suelo utilizando el agua proveniente del
otro matraz.
Ilustración 20 Aforo del matraz
8. Pesar el matraz con sólidos y registrar ese peso
9. A continuación debemos obtener la temperatura inferior, media y superior
del matraz con sólidos y registrarlas
MECÁNICA DE SUELOS
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Ilustración 21 Medición de las temperaturas en el matraz
10. Procedemos a pesar el recipiente metálico.
11. A continuación procedemos a vaciar la mezcla del matraz con sólidos al
recipiente y se extrae todo el material adherido al matraz con el agua
destilada del otro matraz.
Ilustración 22 Vaciado del material en el recipiente
12. Se procede a llevar el recipiente al horno para eliminar toda el agua
contenida, para lo cual la temperatura del horno no debe rebasar los 70°C.
MECÁNICA DE SUELOS
25
Ilustración 23 Material depositado en horno
13. Después de transcurridas 24 horas o hasta verificar que toda la humedad
se eliminó, esto sucede cuando el suelo contenido en el recipiente se
agrieta.
14. Verificado esto se procede a pesar el recipiente con el material y se registra
el peso.
15. Se obtiene el peso del matraz aforado con agua con la ayuda del gráfico
(calibrador del matraz).
Resultados de la prueba
Tabla 10 Promedio de temperaturas
Calculo de densidad
Tabla 11 Calculo de densidad
Nuestro resultado para la densidad es de: 2.64g/cm3
MECÁNICA DE SUELOS
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Tabla 12 Densidades típicas de los suelos
Como podemos observar la densidad obtenida de nuestra prueba es aproximada
al valor que se le otorgo en la prueba de consolidación de fue de 2.7g/cm3, por lo
tanto podemos afirmar que los resultados obtenidos son aceptables.
Una vez obtenidos los resultados de las pruebas índices se procede a realizar la
bajada de cargas de la estructura y a realizar las pruebas mecánicas a nuestro
suelo.
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PLANOS DE MÓDULO DE DOS AULAS
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MECÁNICA DE SUELOS
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DETALLES ESTRUCTURALES
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CÁLCULO DE LA BAJADA DE CARGAS DE LA ESTRUCTURA
MECÁNICA DE SUELOS
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MECÁNICA DE SUELOS
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MECÁNICA DE SUELOS
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MECÁNICA DE SUELOS
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CÁLCULOS DE LA DISTRIBUCIÓN DE LOS ESFUERZOS
MECÁNICA DE SUELOS
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Se utilizó el mismo nomograma para todos los cálculos debido a que las
dimensiones de la zapata son las mismas y se analizó a las mismas
profundidades.
PROFUNDIDAD= 1 M (DIMENSIONES 1X1 M)
PROFUNDIDAD= 2 M (DIMENSIONES 1X1 M)
PROFUNDIDAD= 3 M (DIMENSIONES 1X1 M)
MECÁNICA DE SUELOS
36
Distribución de esfuerzos al centro por el método de nomograma y formula.
Zapatas 1-A, 1-B, 7-A, 7-B
1 metro
-Formula
∆σz =
∆σz = = 4011.798
-Nomograma
m = , n = m = , n =
1 m = 0.5, n = 0.5
σ = σ = 8403.432
Wo = 0.084 (8403.432 )(4) = 2823.553
2 metros
-Formula
∆σz =
∆σz = = 1002.949
-Nomograma
σ = σ = 8403.432
m = , n = m = 0.25, n = 0.25 = 0.028
= (0.028)(8403.432)(4) = 941.184
0.5
0.5
1
0.5
0.5
MECÁNICA DE SUELOS
37
3 metros
-Formula
∆σz =
∆σz = = 445.755
-Nomograma
σ = σ = 8403.432
m = , n = m = 0.166, n = 0.166
= 0.014
=8403.432(0.014)(4) = 470.59
0.5
0.5
MECÁNICA DE SUELOS
38
-
MECÁNICA DE SUELOS
39
Distribución de esfuerzos al centro por el método de nomograma y formula.
Zapatas 2-A, 2-B, 6-A, 6-B
1 metro
-Formula
∆σz =
∆σz = = 4198.93
-Nomograma
m = , n = m = , n =
1 m = 0.5 , n = 0.5
σ = σ = 8794.224
Wo = 0.084 (8794.224 )(4) = 2954.86
2 metros
-Formula
∆σz =
∆σz = = 1049.73
-Nomograma
σ = σ = 8794.224
m = , n = m = 0.25, n = 0.25 = 0.028
= (0.028)(8794.224)(4) = 984.95
0.5
0.5
1
0.5
0.5
MECÁNICA DE SUELOS
40
3 metros
-Formula
∆σz =
∆σz = = 466.55
-Nomograma
σ = σ = 8794.224
m = , n = m = 0.166, n = 0.166
= 0.014
=8794.224(0.014)(4) = 492.47
0.5
0.5
MECÁNICA DE SUELOS
41
MECÁNICA DE SUELOS
42
Distribución de esfuerzos al centro por el método de nomograma y formula.
Zapatas 3-A, 3-B, 5-A, 5-B
1 metro
-Formula
∆σz =
∆σz = = 3122.9
-Nomograma
m = , n = m = , n =
1 m = 0.5, n = 0.5
σ = σ = 6540.588
Wo = 0.084 (6540.588 )(4) = 2197.64
2 metros
-Formula
∆σz =
∆σz = = 780.72
-Nomograma
σ = σ = 6540.588
m = , n = m = 0.25, n = 0.25 = 0.028
= (0.028)(6540.588)(4) = 732.54
0.5
0.5
1
0.5
0.5
MECÁNICA DE SUELOS
43
3 metros
-Formula
∆σz =
∆σz = = 346.99
-Nomograma
σ = σ = 6540.588
m = , n = m = 0.166, n = 0.166
= 0.014
=6540.588(0.014)(4) = 366.27
0.5
0.5
MECÁNICA DE SUELOS
44
MECÁNICA DE SUELOS
45
Distribución de esfuerzos al centro por el método de nomograma y formula.
Zapatas 4-A, 4-B
1 metro
-Formula
∆σz =
∆σz = = 3509.74
-Nomograma
m = , n = m = , n =
1 m = 0.5, n = 0.5
σ = σ = 7350.792
Wo = 0.084 (7350.792 )(4) = 2469.86
2 metros
-Formula
∆σz =
∆σz = = 877.43
-Nomograma
σ = σ = 7350.792
m = , n = m = 0.25, n = 0.25 = 0.028
= (0.028)(7350.792)(4) = 823.29
0.5
0.5
1
0.5
0.5
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3 metros
-Formula
∆σz =
∆σz = = 389.97
-Nomograma
σ = σ = 7350.792
m = , n = m = 0.166, n = 0.166
= 0.014
=7350.792(0.014) (4) = 411.64
0.5
0.5
MECÁNICA DE SUELOS
47
RESULTADOS DE LAS PRUEBAS TRIAXIALES RÁPIDAS
Antes de realizar las pruebas se deben conocer el peso volumétrico del suelo y
con esto la presión geostática.
Procedimiento
1. En esta prueba elaboramos tres ensayes a diferente presión de
confinamiento para posteriormente obtener resultados y utilizar los datos
requeridos de estas pruebas, en nuestro equipo la presión de confinamiento
en kg/cm 2 fue de 0.38, 0.88 y 1.38.
Ilustración 24 Parte de la muestra de donde se labraron las probetas
MECÁNICA DE SUELOS
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2. El espécimen fue labrado por nosotros, dicho espécimen fue medido con el
Vernier para obtener su altura y su diámetro promedio, estos datos más
adelante se retomarían en los cálculos.
3. El procedimiento requiere de utilizar una membrana de látex (preservativos
en este caso) para lo cual se debe de remover el lubricante por ambos
lados con ayuda de talco teniendo cuidado de no causarle daño a la
membrana. Finalmente se adaptó para poder colocárselo al espécimen
cortando la parte del receptáculo del preservativo.
Ilustración 25 Labrando las probetas
Ilustración 26 Probetas
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Ilustración 27 Retiro de lubricante
4. Se le colocó la membrana ya lista al revestidor y se ajustó con ligas, se le
depositó también la muestra y una vez ajustado se le extrajo el aire con una
pequeña manguera.
Ilustración 28 Colocando la membrana de látex para la posterior extracción de aire
MECÁNICA DE SUELOS
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5. Procedimos a ensamblar la cámara de confinamiento colocándole encima el
empaque para evitar que existan fugas.
6. Se coloca la tapa de la cámara de confinamiento y se aprietan las tres
tuercas uniformemente, procurando que queden al mismo nivel.
Ilustración 29 Colocando la cámara de confinamiento
7. Colocamos los dos tornillos espárrago en la tapa de la cámara.
8. Introducimos el vástago en la cámara de confinamiento y posicionamos el
cabezal del marco triaxial sobre el mismo, teniendo cuidado de no
ocasionar movimientos bruscos para evitar alteraciones en la muestra.
MECÁNICA DE SUELOS
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Ilustración 30 Introduciendo el vástago
9. En los tornillos antes mencionados se colocó una pequeña placa para
apoyar sobre ella el deformímetro, el cual se verifica que este posicionado
en 0.
10. Bajamos el anillo de carga junto con el micrómetro, haciendo que quede
alineado con el cabezal, teniendo en cuenta que debe tener una separación
de 1 mm.
11. Se mueve la manivela de velocidades del motor, dejándola en la
graduación de 1 mm/min.
12. Encendemos el compresor de aire e introducimos la boquilla en un pivote
incluido en el marco, de este modo se aplica aire y la solución de agua con
anticongelante, para crear la presión geostática requerida dentro de la
cámara de confinamiento. Una vez alcanzada esta presión, en caso de no
haberse llenado la cámara con la solución, se abre la válvula y se completa
su llenado, sin agregar presión extra.
MECÁNICA DE SUELOS
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Ilustración 31 Agregando agua con anticongelante, para crear la presión geostática requerida
13. Se verifica en el manómetro si la presión existente es la que necesitamos,
si esto no se cumple, liberamos presión por medio de una pequeña válvula
instalada en la tapa de la cámara de confinamiento.
14. Nos preparamos para medir las lecturas del deformímetro y el micrómetro a
cada 10 segundos con la ayuda de un cronómetro.
15. El motor del marco triaxial es encendido y se toman las mediciones
correspondientes durante un tiempo de 5 minutos.
Ilustración 32 Anotación de datos
MECÁNICA DE SUELOS
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16. Una vez transcurrido el tiempo, se apaga el motor y se inicia el proceso de
desmonte del equipo teniendo cuidado de no afectar la probeta.
17. Con ayuda de una tara se toma el peso de la muestra, la cual dejamos en
el horno durante un día; realizado esto se pesa nuevamente, para realizar
los cálculos debidos.
Ilustración 33 Cilindro de suelo después de la prueba triaxial
18. El proceso es repetido para los otros dos especímenes y se procesan sus
datos.
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Resultados
Probeta 1
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MECÁNICA DE SUELOS
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Probeta 2
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MECÁNICA DE SUELOS
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Probeta 3
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MECÁNICA DE SUELOS
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Con los resultados obtenidos nos dispusimos a elaborar los círculos de Mohr para
encontrar el ángulo de fricción interna y la cohesión.
Ilustración 34 Círculos de Mohr
Obtuvimos los siguientes resultados
Cohesión= 0.38kg/cm2
Angulo de fricción interna= 3°
Con estos datos calculamos la capacidad de carga admisible en el suelo
MECÁNICA DE SUELOS
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Analizando las zapatas más cargadas en nuestro proyecto, se encuentra que son
las siguientes:
2A, 2B, 6A, 6B.
Las cuales presentan un esfuerzo máximo de 8794.224kg/m2, mediante los
métodos antes desarrollados.
A continuación se muestra el cálculo de la capacidad de carga (qad) del suelo
existente en el lugar.
Tabla 13 capacidad de carga
En base a los resultados obtenidos, podemos decir que nuestro suelo no falla por
capacidad de carga.
8.794224 ton/m2 < 17.49972601 ton/m2
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PRUEBA DE CONSOLIDACIÓN
1. De una esquina de la muestra inalterada se labró un cubo de
aproximadamente 10 cm por lado
Ilustración 35 Labrado
2. Después se pesó y midió el diámetro del anillo de consolidación
Ilustración 36 Medidas y peso
3. Se va reduciendo el tamaño de del cubo de tal forma que el anillo de
consolidación vaya entrando en la muestra
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Ilustración 37 Muestra en el anillo
4. Se remueve el exceso de suelo de la parte inferior y en la parte superior se
enrasa del exterior hacia el centro de la pastilla de suelo
Ilustración 38 anillo con muestra
5. A continuación se pesa una tara y se registra el dato
6. Después de deposita el anillo con suelo en la tara y se pesa
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Ilustración 39 Peso del anillo con muestra
7. A continuación nos dirigimos a instalar la muestra, para esto se coloca una
piedra porosa en el molde de bronce y encima se coloca el anillo, encima
de este se coloca la otra piedra porosa.
Ilustración 40 Colocación de la piedra porosa
MECÁNICA DE SUELOS
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Ilustración 41 Armado del anillo de consolidación
8. Se procede a cerrar el molde de bronce y colocar encima el cabezal que
ejerce la presión en este
Ilustración 42 Consolidómetro
9 Nos trasladamos a la computadora y se inicia el software GeoLab y2k para
insertar y procesar los datos base para el ensaye.
MECÁNICA DE SUELOS
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Ilustración 43 Software Geolab y2k
10 A continuación se coloca la primera pesa y se inicia el ensaye
correspondiente para esta pesa
11 El ensaye se realizó con 4 pesas colocadas a cada 24 horas, cada vez que
se coloca una pesa se termina el ensaye en el software y se inicia cuando
se coloca la siguiente.
12 Cuando terminó el tiempo de ensaye para la última pesa, se procede a
realizar la descarga, esto consiste en retirar cada pesa en un lapso regido
por las normas de 30 minutos, pero en nuestro caso, debido al tiempo,
dicho proceso se hizo en intervalos de 8 minutos para que el software
procese los datos y genere un reporte.
13 Se desmonta el molde de bronce y se extrae el anillo, este se coloca en la
tara antes registrada y se lleva al horno para su secado
14 Se calcula la humedad de la muestra ensayada
15 Se dejaron almacenados los datos hasta tener las características del suelo,
como son la densidad, el peso volumétrico y la cantidad de humedad de la
muestra ensayada en el anillo, una vez obtenidos se ingresaron en el
software para que procesara los datos y generara un reporte de
consolidación
16 Datos medidos que se introdujeron en el software:
Peso de la tara: 86.47 g
Peso del anillo: 59.88 g
Tara + anillo: 146.35 g
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Área del anillo: 19.792 cm2
Tara + anillo + muestra húmeda: 218.7 g
Tara + anillo + muestra después del ensaye: 215.8 g
Tara + anillo + muestra seca: 205.7 g
A continuación se muestran los resultados que se obtuvieron directamente del
software GeoLab y2k:
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MECÁNICA DE SUELOS
69
MECÁNICA DE SUELOS
70
Los datos obtenidos se procesan en Excel y se realizan los cálculos de
asentamiento y su respectivo tiempo.
En este caso, se consideraron los valores de la cuarta pesa, debido a que tiene un
esfuerzo muy similar a nuestro máximo esfuerzo de contacto señalado en el
proyecto.
Como se observa, nuestro asentamiento da como resultado un valor de 2.87 cm.,
el cual se presentará en un tiempo de 9.28 días; por lo tanto, cumple con el
asentamiento permitido por las normas.
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CONCLUSIÓN
Con la realización de las pruebas descritas anteriormente, hemos logrado
determinar las propiedades índice y mecánicas del suelo. Evaluando dichas
propiedades con respecto al proyecto previamente considerado, se llega a la
conclusión de que es posible llevarlo a cabo en el sitio con la seguridad de que el
suelo responderá de manera adecuada, tanto en capacidad de carga y
asentamiento permisible.
Al ser la segunda ocasión que realizamos este tipo de pruebas en suelos, pudimos
adquirir una mayor experiencia y obtener los resultados satisfactorios que
permiten llegar a una buena interpretacion de los mismos.
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BIBLIOGRAFÍA
- Mecanica de suelos tomo 2. Juarez Badillo y Rico Rodriguez
- Apuntes de mecanica de suelos proporcionados por el ingeniero. Alejandro
García Elias
- Normas referentes a mecanica de suelos
- MANUAL_DE_LAB_MEC_DE_SUELOS_
- MANUAL_DE_LAB_MEC_DE_SUELOS_I
- M-MMP-1-03-03-Secado-Disgregado
Softwares utilizados
- Autocad 2012
- Microsoft ofice WORD y EXCEL
- Geolab y2k