PRESENTACION DEL CURSO DE MECANICA DE SUELOS_INGENIERIA CIVIL

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Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
IIT
Instituto de Ingeniería y Tecnología
Mecánica de Suelos I
Gestor del Conocimiento
Mtro. Alberto Rodríguez
Programa de Ingeniería Civil

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Propósito general del curso
• Introducir a los alumnos al conocimiento y
comprensión del suelo, así mismo que aprendan los
diferentes métodos de clasificación y pruebas
complementarias para determinar sus propiedades
índice.
• Que el alumno comprenda y utilice al suelo como un
material de desplante para las estructuras

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Compromisos formativos
Intelectual:
El alumno dominará los fundamentos de la mecánica de suelos para desarrollar y
proponer
soluciones en la obra a problemas relacionados con la mecánica de suelos.
Habilidades:
Desarrollará su conocimiento de las estructuras del los suelos así como la clasificación
de los diferentes tipos que se presentan en la naturaleza
Actitudes y Valores:
Fuerte compromiso con el equipo de trabajo y respeto por la diversidad de ideas.
Problemas a solucionar:
Al terminar el curso será capas de soluciones prontas y seguras a los problemas de
mecánica de suelos que se presenten en determinada obra de construcción

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Contenidos
I. Introducción a la Mecánica de Suelos
1. Importancia MS
2. Definición MS
3. Aplicaciones MS
II. Suelo
1. Definición de suelo
2. El suelo y su origen
3. Agentes generadores de un suelo
4. Principales tipos de suelo
5. Composición mineralógica de los suelos
III. Minerales constitutivos de los suelos Arcillosos
1. Propiedades Físico Químicas de las Arcillas
2. Identificación de los minerales de arcilla
3. Intercambio catiónico
IV. Características y estructuración de las
partículas minerales
1. Forma y tamaño
2. Estructura de los suelos
3. Propiedades tixotrópicas de las arcillas
4. Exploración del subsuelo
• Plan de exploración
• Tipo de exploración
• Muestreo
• Preparación de la muestra
V. Relaciones Volumétricas y Gravimétricas de los
suelos
1. Tipos de Muestreo de un suelo
2. Fases del suelo
3. Símbolos y definiciones
4. Relaciones de pesos y volúmenes
5. Relaciones fundamentales
6. Suelos sumergidos
7. Determinación en el laboratorio del peso
especifico de la masa del suelo
8. Problemas ilustrativos.

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Contenidos
VI. Granulometría de los suelos
1. Introducción
2. Sistemas de clasificación de los suelos
3. Teoría de la prueba del hidrómetro
4. Representación de la distribución granulométrica
5. Criterios de Interpretación de la gráfica de granulometría
VII. Plasticidad
1. Generalidades
2. Estados de consistencia de los suelos
3. Determinación de limites de plasticidad
4. Consideración sobre límites de plasticidad
5. Índice de tenacidad
6. Interpretación y uso de los límites de plasticidad (Problemas
ilustrativos)
VIII. Clasificación e identificación de suelos.
1. Generalidades
2. Diferentes tipos de clasificación de suelos
3. Fundamentos del sistema de clasificación de aeropuertos
4. Sistema unificado de clasificación de suelos
5. Identificación de suelos en el campo
6. Carta de plasticidad y propiedades del suelo
7. Criterios de identificación de suelos expansivos colapsables
8. Ejercicios de clasificación de suelos
IX. Fenómeno capilar y proceso de contracción
1. Generalidades
2. Tensión Superficial
3. Ascensión Capilar
4. Factores que influyen en la permeabilidad de los
suelos
5. Angulo de contacto
X. Propiedades hidráulicas del suelo
1. Generalidades
2. Agua freática Ley de Darcy
3. Métodos para medir el coeficiente de
permeabilidad
4. Factores que influyen en la permeabilidad de los
suelos
5. Ángulo de contacto
6. Tensión capilar
7. Proceso de contracción en suelos finos
8. Problemas representativos.
XI. Consolidación unidimensional de los suelos
http://www.uacj.mx/IIT/DICA/Cartas%20Descriptivas/ICA230496-Mecanica%20de%20suelos%20I.pdf

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1. Mecánica de Suelos y Cimentaciones , Carlos Crespo Villalaz.
2. La Ingeniería de Suelos en las Vías Terrestres, Alfonso Rico y Hermilo del Castillos.
3. Ingeniería de Cimentaciones, Conceptos Básicos de la Práctica, Enrique Tamez González.
4. Principios de Ingeniería de Cimentaciones, Braja M. Das
5. Mecánica de Suelos, T. William Lambe, Robert v. Shitman
6. Problemas Resueltos de Mecánica de Suelos y Cimentaciones, Carlos Crespo Villalaz
7. Apuntes de Mecánicas de Suelos I, M. I. Jose Osiris Vidaña Bencomo.
8. Mecánica de Suelos Tomo I, Fundamentos de la Mecánica de Suelos, Eulalio Juárez Badillo,
Alfonso Rico Rodríguez
9. Ingeniería Geológica, Luis I Gonzáles de Vallejo, Pearson
10. Fundamental of Soil Mechanics, Laurence D. Wesley
11. Soil Mechanics Lab Manual, Michael E Kalinski,
12. Soil Mechanics and Foundations, 3rd Edition [Print Replica] [Kindle Edition, Muni Budhu
13. American Society for Testing Materials, 1999, apartado 4
14. Soil Mechanics in Engineering Practice, Third Edition, Karl Terzaghi
Referencias Bibliográficas :

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American Society of the International
Association for Testing and Materials ASTM

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Evaluación:
Evaluación diagnóstica (aspectos relacionados
con los criterios mínimos para llevar la
materia: conversiones definiciones y
conocimientos básicos generales
2.5%
Participación en clases (discusión pertinente
sobre temas propios de la materia)
2.5%
Participación en prácticas de laboratorio
(Asistencia a laboratorio, visitas de campo y
participación pertinente en las mismas)
Reportes de prácticas y trabajos de
investigación (discernimiento de los resultados
y experiencias adquiridas)
25%
Exámenes parciales 70%

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Reglamento
1. Respeto
2. Participación
3. Equipo de cómputo apagado a menos que se recomiende
4. Celulares en modo de vibrado no contestar en clase, apagado durante el examen
5. No comidas
6. Retraso de hasta 10 minutos no toque la puerta después de esa hora
7. Recoger sus desechos después de la clase
8. El día de la evaluación, se requiere estar cinco minutos antes, el que sale ya no entra
9. Asistir a los laboratorios con vestimenta adecuada
10. No jugar en el laboratorio, no comidas, no fumar y registrarse en la bitácora correspondiente
11. Estar al pendiente de sus calificaciones
12. Lenguaje moderado
13. Durante un examen, quien se sorprenda copiando se le retirará el examen y estará reprobado
todo el semestre

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I. Introducción a la Mecánica de Suelos
1.Importancia
2.Definición
3.Aplicaciones

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La importancia del estudio mecánico del Suelo.
Para conocer o predecir el comportamiento de un suelo bajo el
efecto de cargas y garantizar la seguridad de la infraestructura
que lo subyace, es importante conocer al igual que en otros
materiales que se utilizan en la construcción, sus propiedades
mecánicas, las cuales están directamente relacionadas con sus
características, de humedad, plasticidad, compactación,
granulometría, resistencia al corte entre otros, lo que permitirá
entender la reacción de éste cuando se someta cargas externas o
sea necesaria la información para diferentes proyectos.

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Definición de Mecánica de suelos
La mecánica de suelos es la
aplicación de las leyes de la
mecánica y la hidráulica a los
proyectos que involucran las cargas
impuestas a la capa superficial de la
corteza terrestre,
independientemente que tengan o
no materia orgánica, superficie que
será utilizada como soporte o como
sustento de alguna edificación
(Karlvon Terzaghi, 1925)

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Aplicaciones de la Mecánica de suelos
La mecánica de suelos es una
disciplina, que es parte de la
formación principalmente de los
ingenieros civiles y arquitectos, la
cual de manera invariable tiene sus
aplicaciones en la determinación de
las características, mecánicas e
hidráulicas de los suelos que van a
ser utilizados como cimiento o
retención, de alguna estructura
como edificios, puentes, carreteras,
túneles, muros, torres, presas, entre
otros.

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Por qué es importante el estudio de la Mecánica de Suelos?
Para conocer la respuesta mecánica e hidráulica del suelo, como consecuencia
de la absorción de las cargas generadas como el producto del peso de la
estructura que sobre la masa de suelo será colocada.
Francisco Javier Rodríguez Izaguirre

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Qué incluye la mecánica de suelos?
1. Teoría sobre el comportamiento de los suelos basados en
simplificaciones necesaria
2. Investigación de las propiedades físicas del suelo
3. Aplicación del conocimiento teórico y empírico a los
problemas prácticos.

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Por qué es importante el estudio de la Mecánica de Suelos?
De una forma u otra, todas las obras de
ingeniería civil se apoyan sobre el suelo y
muchas de ellas, además, utilizan a éste
como elemento de construcción para
terraplenes, diques y rellenos en general;
por lo que, su estabilidad y
comportamiento mecánico, funcional y
estético estarán determinados, entre
otros factores, por el desempeño del
material de situado dentro de las
profundidades de influencia de los
esfuerzos que se generan, o por el del
suelo utilizado para conformar los
rellenos.

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Cuál es el objetivo de la Mecánica de Suelos
Interpretar el
comportamiento del suelo
para ser usado como material
de construcción o como base
de soporte de las obras de
ingeniería tomando en
cuenta sus características
mecánicas e hidráulicas
principalmente.

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Conclusión
El tratar de iniciar cualquier
construcción sin llevar a cabo,
primero, un estudio del suelo, es
quizá uno de los mayores riesgos
que puede correrse en el campo
de la Ingeniería Civil. No es
concebible proyectar una
cimentación adecuada para una
estructura sin conocer las
características del suelo que se
encuentra bajo ella, ya que, en
definitiva, es dicho suelo el que
soportará la carga

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Contenidos
II. Suelo
1.Definición de suelo
2.El suelo y su origen
3.Agentes generadores de un suelo
4.Principales tipos de suelo
5.Composición mineralógica de los suelos

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Definición de suelo
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 la actividad de los seres vivos que sobre ella se asientan
(biológica). Carlos Crespo Villalaz.

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Suelo representa todo tipo de
material terroso, desde un relleno
de desperdicio, hasta areniscas
parcialmente cementadas o
lutitas suaves. Quedan excluidas
de la definición: las rocas sanas,
ígneas o metamórficas y los
depósitos sedimentarios
altamente cementados, que no se
ablanden o desintegren
rápidamente por acción da de la
intemperie. Juárez Vadillo Rico
Rodríguez

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Los materiales que constituye la
corteza terrestre de forma arbitraria
han sido divididos en dos categorías
por la ingeniería civil, rocas y suelo. En
donde el suelo es un agregado mineral
granular que puede ser separado por
agentes mecánicos y/o por la agitación
del agua. La roca es un agregado
mineral natural unido por fuertes y
permanentes fuerzas de cohesión, por
lo que a diferencia del suelo,
difícilmente la roca es desintegrada de
manera sencilla por métodos
mecánicos o por el contacto con el
agua. Karl von Terzaghi

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Qué parte de la tierra constituye el suelo?
El suelo constituye la superficie de
contacto entre las rocas del sustrato
continental y la atmósfera, formada
como consecuencia de los fenómenos
físicos, físico-químicos y biológicos de
intercambio que ahí se producen. El
concepto de suelo es, por tanto, un
concepto evolutivo. Éste se forma
como consecuencia de un proceso
dinámico, que implica un cambio
progresivo desde que la roca se pone
en contacto con la atmósfera como
consecuencia de la erosión, hasta su
desarrollo completo.

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Agentes generadores de un suelo
La corteza terrestre es
perturbada principalmente por
aire y agua. Los cuales son
agentes principales
generadores de suelo

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Otros agentes generadores de suelo
Los cuales se pueden incluir en dos grupos
1. Desintegración Mecánica
2. Descomposición Química

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Desintegración mecánica:
Se refiere a la
intemperización de las
rocas por agentes físicos,
tales como cambios
periódicos de temperatura,
efectos de la gravedad,
efectos de organismos,
plantas, acción de la
congelación del agua en las
juntas y grietas de las rocas.
Exhumación de rocas
Meteorización biológica

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Agentes generadores de un
suelo
Acción de la congelación del agua en las juntas y grietas de las rocas

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Efectos del hombre en la producción de suelo

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Desintegración química :
Por descomposición química
se entiende la acción de
agentes que atacan las rocas
modificando su constitución
mineralógica o química.
El principal agente es el agua
así como la oxidación, la
hidratación y la
carbonatación.
Modificando su
constitución
mineralógica
Oxidación

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Forma básica de clasificación de un suelo
De acuerdo al tranporte
los suelos se clasifican en
– Residuales
– Transportados

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Suelos Residuales
Se originan prinicipalmente en
zonas semi-aridas con
temperaturas ambientales
estables. Se les llama
residuales por que el producto
de la meteorización de las roca
no es transportado como
sedimento, sino que se
acumulan en el sitio en que se
van formando a poca
profundiad.

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Suelos Transportados
Son movidos de su lugar de origen por cinco de los siguientes agentes: agua, aire, hielo, gravedad y
organismos vivos.
La forma de transporte afecta los sedimentos principalmente de dos formas: Modifica el tamaño y la
textura de las partículas por abrasión, desgaste, impacto y disolución

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Principales tipos de suelo
Los suelos son clasificados de acuerdo con su estructura y composición en órdenes, subórdenes, grandes grupos, subgrupos,
familias y series.
Se ha visto que las características del suelo varían enormemente de un lugar a otro; los científicos han reconocido estas
variaciones en los diferentes lugares y han establecido distintos sistemas de clasificación.
USDA soil taxonomy
United States Department of
Agriculture

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Dentro de la
clasificación
granulométrica de las
partículas del suelo
estos están clasificados
de la siguiente manera

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1. Gravas: son piezas de rocas
ocasionalmente tienen partículas de
cuarzo, feldespato y otros minerales.
2. Arenas: hechas mayormente de cuarzo
y feldespato.
3. Limos: fracciones microscópicas de
suelos que consisten en granos de
cuarzo muy fino y fragmentos de
minerales de mica.
4. Arcillas: son partículas laminares
microscópicas y submicroscópicas de
mica

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Recordatorio sobre mineral

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Composición Mineralógica de los Suelos Gruesos
Minerales costitutivos de los
suelos gruesos
• Silicatos
• Feldespasto (de potasio,
sodio o calcio)
• Micas
• Olivino
• Serpentina

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Composición Mineralógica de los Suelos Arenas
Minerales costitutivos de los
suelo arenosos, el principal es el:
• Silice en forma de cuarzo
• Feldespasto (de potasio,
sodio o calcio)
• Hierro
• Entre otros como en algunos
casos yeso

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Arcillas:
La illita, la clorita, la pirofilita y menos comunes los
filosilicatos:
Por sus características especiales estos minerales,
confieren al suelo propiedades mecánicas diferentes a
las habituales (suelos expansivos, suelos inestables).
Los minerales de este grupo juegan un papel muy
importante en la textura y en la físico-química del
suelo, pues le confieren plasticidad, impermeabilidad,
así como otras propiedades mecánicas y de relación
entre el suelo y el agua que contiene, en especial en
cuanto a la capacidad de absorción e intercambio
iónico que pueda presentar.
Por lo anterior, las Arcillas es el más estudiado en la
Mecánica de Suelos.
Composición Mineralógica de los Suelos Arcillosos.

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3. Minerales constitutivos de los suelos Arcillosos
1.Propiedades Físico Químicas de las Arcillas
2.Identificación de los minerales de arcilla
3.Intercambio catiónico
Contenidos:

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Los agentes de
descomposición
química llegan a un
producto final las
Arcillas. Los cuales a
través de la
meteorización química
de los feldespatos, ferro
magnesio y micas dan
la propiedad plástica a
los suelos.
Propiedades Físico Químicas de las Arcillas

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La mayoría son
insolubles en ácido,
tienen afinidad al
agua, son elásticas
cuando están
húmedos, retienen
agua y son duras
cuando están secas
Greda

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Cuál es la importancia de las propiedades químicas de las arcillas
El arreglo de la composición
química de las arcillas
determina el tipo de la misma
1. Caolinita
2. Halloysita
3. Allophane
4. Illite
5. Chlorite
6. Montmorillonite

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“El comportamiento mecánico
e hidráulico de los suelos es
influenciado por la estructura
general y su composición
mineralógica y química de las
arcillas”.
Cómo infiere las propiedades físicas y químicas en los suelos

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Las arcillas enstán
constituidas básicamente
por silicatos de aluminio
hidratados, silicatos de
magnesio en algunas
ocaciones hierro u otros
metales tambien
hidratado.

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Los minerales
anteriores, tienen
regularmente una
estructura cristalina
definida cuyos
átomos se
disponen en
laminas.

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Existen principalmente dos
variedades de laminas:
1. Silícica
2. Alumínica

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Las laminas
Silicas están formadas por
tetraedros, cada tetraedro es
conformado por cuatro planos
superficiales de forma de
tríangulo, con cuatro átomos de
oxigeno equidimensionalmente
separados en los vertices y un
átomo de silicio en el interior
Las lumínicas tiene dos arreglos.
Un atomo de aluminio o
magnesio está en el centro de un
octaedro con seis oxidrilos (OH)

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De acuerdo con su arreglo
reticular los minerales de las
arcillas se clasifican en tres
grupos básicos
1. Caoliniticas
2. Montmorilonitico
3. Ilitico

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Caoliniticas:
Es la unión de una lamina silícica y
otra aluminica superponiéndose
indefinidamente
La unión entre láminas, es la
superficie firme para no permitir la
penetración de moléculas de agua
entre ellas, por lo que es estable en
presencia del agua. La carga
eléctrica negativa jala a los
cationes (+) de la molécula del
agua.
O
H
SiO
O
Al 2
2
3
2 2

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Montmorilonita:
Es la unión de una lamina aluminica
entre dos silicicas superponiéndose
indefinidamente.
En este caso la unión entre las
retículas del mineral es débil, por lo
que las moléculas del agua pueden
penetrar fácilmente en la estructura.
Lo anterior procede en incremento
de volumen de los cristales
macrofisicamente en una expansión O
H
O
Al
Si
OH 2
2
4
3
4
)
(

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Ilita:
Es la unión de una lamina aluminica
entre dos silicicas superponiéndose
indefinidamente.
La constitución interna de este tipo
de arcilla tiene la tendencia de
formar grumos de materia evitando
que las moléculas de agua se
introduzcan fácilmente. Son más
estables que las arcillas
montmorilonitas
15
)
)(
(
)
( 20
6
4
4
4
4
8
4 
y
con
O
Mg
Mg
Fe
Al
Al
y
Si
Kg
OH

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Identificación de los minerales de arcilla
Existen varios procedimientos
que nos permiten identificar
los minerales que constituyen
una arcilla
1. Rayos X
2. Balance Térmico
3. Microscopio Electrónico

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Intercambio catiónico
LAS PARTICULAS DE ARCILLA son los constituyentes del suelo
cargados negativamente. Estas partículas cargadas
negativamente (arcillas), retienen y liberan nutrientes
cargados positivamente (cationes).
LA CAPACIDAD DE INTERCAMBIO CATIONICO (CIC) es la
capacidad que tiene el suelo de retener e intercambiar
cationes. La fuerza de la carga positiva varia dependiendo del
catión, permitiendo que un catión reemplace a otro en una
partícula de suelo cargada negativamente.

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Las propiedades mecánicas de una arcilla
pueden variar al considerar los cationes
adsorbidos en su película superficial.
Cationes: son los nutrientes, iones y moléculas
cargados positivamente. Los principales
cationes en el suelo son: calcio (Ca), magnesio
(Mg), potasio (K), sodio (Na), hidrógeno (H) y
amonio (NH4).
Diferentes cationes ligados corresponden
distintos espesores de la película absorbida, lo
que se refleja sobretodo en las propiedades
de plasticidad y resistencia del suelo. Por esta
razón el intercambio catiónico forzado se ha
usado y se usa para tratar suelos con fines de
mejorar su comportamiento mecánico.

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Cuando se aplica para lograr un pH óptimo, la
CAL hace mucho más que solamente elevar el
pH del suelo...
1. Reduce la toxicidad de aluminio y otros
metales.
2. Mejora las condiciones físicas del suelo.
3. Estimula la actividad microbiana en el
suelo.
4. Incrementa la disponibilidad de varios
nutrientes.
5. Proporciona calcio y magnesio para las
plantas.
6. Mejora la fijación simbiótica de
nitrógeno por parte de las leguminosas.

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La CAL mejora las condiciones físicas del suelo

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Visita de campo
En recorrido con el facilitador, el
estudiante identificará de forma
visual los diferentes tipos de suelo
de la región, los cuales en el
laboratorio a una muestra pequeña
le agregará agua para observar su
consistencia. Sobre el particular
entregará informe que
complemente con una revisión de
literatura recomendada por el
facilitador.

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Práctica
A diferentes porciones de suelo
arcilloso y arenoso, aplique
humedad, CAL, materia
orgánica y un cementante,
observe sus características
físicas con y sin material
adicional (disminución de
volumen)

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IV. Características y estructuración de las partículas
minerales
1.Forma y tamaño
2.Estructura de los suelos
3.Propiedades tixotrópicas de las arcillas
4.Muestreo
– Plan de exploración
– Tipo de exploración
– Muestreo
– Preparación de la muestra
Contenidos:

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Características y estructuración de las partículas
minerales que conforma un suelo
En cuanto a su forma:
Las partículas minerales
de un suelo es de suma
importancia en el
comportamiento
mecánico de estos.

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Características y estructuración de las partículas minerales que conforma un
suelo
En los granos gruesos de los suelos, las
fuerzas de gravitación predominan
fuertemente sobre cualesquiera otras
fuerzas; por ellos, todas las partículas
gruesas tienen un comportamiento similar.
El comportamiento mecánico e hidráulico
de tales suelos está definido por
características circunstanciales, tales como
la compacidad del depósito y la
orientación de sus partículas individuales.

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Según la intensidad con que
agentes mecánicos hayan
actuado se producen
variedades en la forma
equidimensional como:

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La redondeada
La sub-redondeada
La sub-angulosa
La angulosa

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La forma juega un papel
importante en el aspecto de la
compresibilidad
La proporción de partículas
contenidas en el suelo es la
causa fundamental de la
variación tan grande observada
en el comportamiento de los
mismos, en lo referente a la
compresibilidad.

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Los suelos finos:
La forma de las partículas tiende
a ser aplastada, por lo que los
minerales de arcilla en su mayor
parte adoptan la forma laminar;
con excepción algunos minerales
poseen forma acicular. Estos
materiales tienen una distinta
actividad superficial, en lo que se
refiere a adsorción.

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Los suelos finos:
La forma laminar; tiene dos
dimensiones mucho mayores
que la tercera
Forma acicular; una dimensión
de las partículas es mucho
mayor que las otras dos.

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La compresibilidad, se refiere a la
disminución de volumen de un suelo,
principalmente en el sentido vertical
en función a las cargas o esfuerzos
aplicados. La cual se produce
durante la expulsión de agua ha
través de sus granos durante la
presión aplicada

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Características y estructuración de las partículas minerales que conforma un suelo
Estructura de los suelos:
Un suelo nunca es un mero agregado
desprovisto de organización, sus
partículas se disponen siempre en
forma organizada, siguiendo algunas
leyes fijas y según la acción de
fuerzas gravitacionales
La estructura del suelo resulta de la
granulometría de los elementos que
lo componen y del modo como se
hallan éstos dispuestos

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En suelos formados por partículas
relativamente grandes (gravas y
arenas) las fuerzas que intervengan
para formar la estructura son
bastante bien conocidas y sus
efectos son relativamente simples de
calificar; a simple vista.

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Los suelos formados por
partículas muy pequeñas
(limos y arcillas), las fuerzas
que intervienen en los
procesos de estructuración son
de un carácter mucho más
complejo y las estructuras
resultantes son sólo
parcialmente verificables por
métodos indirectos,
relativamente complicados y
aun en plena etapa de
desarrollo.

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Tradicionalmente se
han considerado las
siguientes estructuras
como las básicas en
lo suelos:
1. Simples
2. Panaloides
3. Floculenta

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Estructura simple: es aquella
producida cuando las fuerzas
debidas al campo gravitacional
terrestre son claramente
predominantes en la disposición
de las partículas.
El comportamiento mecánico e
hidráulico de un suelo de
estructura simple, queda definido
principalmente por dos
características:
La compacidad del manto y la
orientación de las partículas

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La compacidad del manto, se refiere al grado de acomodo alcanzado por las partículas
del suelo dejando más o menos vacíos entre ellas. El suelo muy compacto tienen un
alto grado de acomodo por lo que la deformación bajo carga será pequeña y viceversa
Los valores de e y n en su estado más compacto son
%
26
35
.
0 
 n
y
e e = 0.91 y n =47.6%

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compacto
mas
estado
su
en
vacios
de
lacion
e
natural
estado
su
en
vacios
de
lacion
enat
suelto
mas
estado
su
en
vacios
de
lacion
e
relativaen
Compacidad
Cr
donde
e
e
enat
e
Cr
Re
min
Re
Re
max
%
.
)
100
(
min
max
max







Karl Therzaghi expresa la compacidad relativa con la siguiente ecuación.

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Estructura panaloide: esta
estructura se considera típica en
granos de pequeño tamaño (0.002
mm de diámetro o algo menores)
que se depositan en un medio
continuo, normalmente agua y, en
ocasiones aire.
Los efectos de la gravedad hacen
que las partículas tiendan a
sedimentarse dada otras fuerzas, si
la partícula antes de llegar al fondo
del deposito, toca a otra partícula ya
depositada, la fuerza de adherencia
puede neutralizar al peso y evitar
que ésta se sedimente.

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Estructura floculenta: cuando en el
proceso de sedimentación, dos partículas
de diámetros menores de 0.02 mm
llegan a tocarse, se adhieren con fuerza y
se sedimentan juntas; así, otras
partículas pueden unirse al grupo,
formando un grumo, con estructura
similar a un panal. Los flóculos se unen
entre si para formar panales, que se
depositan conjuntamente, formando al
tocar fondo nuevos panales y dando
lugar a una forma difusa de estructura
floculenta.
Este mecanismo produce un estructura
muy blanda y suelta con gran volumen
de vacíos

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Estructura compuesta: se
considera que las estructuras
anteriores rara vez se presentan
puras en la naturaleza, pues la
sedimentación comprende
partículas de todos los tamaños y
tipos. En esta formaciones, se
define un esqueleto constituido
por los granos gruesos y por masas
coloidales de floculas que
proporcionan nexo entre ellos.

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Estructura en ¨castillo de
naipes¨: ésta es de forma
laminar típica de los
minerales de arcilla que es
fundamental en la
estructuración resultante
para los suelos finos.
Tomando esto en cuenta
se ha denominado castillo
de naipes.

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Estructura dispersa: cualquier
perturbación que pueda
existir, como deformación por
esfuerzo cortante, tiende en
general a disminuir los ángulos
entre las láminas de material.

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Entre las partículas se ejercen fuerzas
debidas a las ligaduras fisicoquímicas que
se manifiestan en sus respectivas películas
envolventes de agua y cationes
adsorbidos. Un amasado enérgico de la
arcilla, puede romper esas ligaduras
momentáneamente lo cual se refleja por
una pérdida de las propiedades de
resistencia del material. Sin embargo la
mayoría de las arcillas vuelven lentamente
a sus propiedades originales este
fenómeno se llama tixotropía. Éste es
consecuencia del restablecimiento de las
películas adsorbidas en su primitiva
condición.
Propiedades tixotrópicas de las arcillas:

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IV. Características y estructuración de las partículas minerales
1. Forma y tamaño
2. Estructura de los suelos
3. Propiedades tixotrópicas de las arcillas
4. Muestreo
– Plan de exploración
– Tipo de exploración
– Muestreo
– Preparación de la muestra
Contenidos:

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Tipos de Muestreos de un suelo
Una muestra de suelo es una porción representativa del
terreno que es objeto de estudio, esto se hace para
conocer las propiedades físicas, químicas, hidráulicas o
mecánicas.
El muestreo, se clasifican de acuerdo a la manera en que
se obtienen, y pueden ser alteradas o inalteradas.

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Muestreo
Inalterada
Una muestra se clasifica inalterada cuando conserva la
estructura natural del terreno. Su obtencion, envase y
transporte requieren cuidados especiales a fin de no
alterarlas. Son recubiertas con una membrana impermeable
hecha de manta de cielo, parafina y brea para protegerlas y
evitar la perdida de agua durante el transporte y
almacenamiento.

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Muestreo alterado
Una muestra es de tipo alterada
cuando no guarda las mismas
condiciones que cuando se
encontraba en el terreno de donde
procede.

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Obtención de Muestras Alteradas
Son aquellas cuya estructura es afectada por el muestreo; sirven para clasificar
los suelos, hacer determinaciones de propiedades índice y para preparar
especímenes compactados, para pruebas de permeabilidad y mecánicas.

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Muestreo en pozos a cielo abierto
Son excavaciones de dimensiones suficientes para que un técnico pueda bajar
directamente y examinar los diferentes estratos, el cual debe 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 Sondeos no puede
llevarse a grandes profundidades
• La profundidad dependerá del tipo
de material del suelo
• Se puede utilizar ademes
• Tiene que procurarse de que las
muestras sean representativas

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Posteadora y barreno helicoidal
El Procedimiento
con un pico y una pala se inicia un pequeño
agujero para poder introducir la
herramienta en él y por medio de giros
aplicados por uno o dos hombres se hace
avanzar ésta en el terreno, quedando
aprisionada la muestra entre las hojas de
lámina curvada
• Profundidad Máxima de 15mts (variable
por el nivel freático)
• Se suelen usar hélices cerradas para
suelos arenosos y mucho mas abierto
para suelos plásticos

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Posteadora y barreno helicoidal
Hay barrenos movidos por motor capaces de hacer agujeros en algunos suelos hasta de 25
m de profundidad en minutos. las barrenas mecánicas con espiras pueden perforar sin
interrupción y éstas traerán a la superficie el material removido
Frecuentemente se hace
necesario ademar el
pozo de sondeo, lo cual
se realiza con tubería de
hierro hincada a golpes,
de diámetro suficiente
para permitir el paso de
las herramientas de
muestreo.

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Prueba de Penetración Estándar (SPT, Standar Penetration Test)
Es el método más ampliamente usado entre todos los de exploración preliminar y
en el que se obtiene mejores resultados y proporciona más útil información en
torno al subsuelo.
En suelos puramente fricionantes la prueba permite conocer la compacidad de
los mantos, en suelos plásticos nos da una idea burda de la resistencia a la
compresión simple.

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Procedimiento

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Valor N (número de golpes)
Compacidad Relativa de las Arenas
No. De
golpes
Denominación
Compacidad
Relativa %
0-4 Muy Suelta 0-5
4-10 Suelta 5-25
10-30
Medianamente
compacta
25-60
0-50 Compacta 60-75
50 Muy Compacta 75
Consistencia Natural de las Arcillas
No. De
golpes
Denominación
Resistencia a la
compresión simple
(Kg/m2)
2 Muy Blanda 0.25
2-4 Blanda 0.25-0.50
4-8 Media 0.50-1.0
8-15 Firme 1.0-2.0
15-30 Muy Firme 2.0-4.0
30 Dura 4.0

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Envase y transporte
Las muestras se envasan en
recipientes de capacidad suficiente,
podrán ser en bolsas de plástico
resistentes u otros recipientes que
puedan cerrarse herméticamente para
evitar la evaporación del agua.
Las bolsas tienen que estar limpias y
secas antes de colocar la muestra.
Para transportar las muestras del sitio
de su obtención al laboratorio, se
acomodan en el vehiculo los cajones
con su tapa hacia arriba. Las bolsas o
recipientes se acomodan de tal manera
que se evite su perforación, así como
su desplazamiento dentro del vehículo.

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Método de Lavado
Este método constituye un procedimiento económico y rápido cuando se
requiere una limitada información, para conocer aproximadamente la
estratigrafía del suelo o la profundidad de un estrato duro.
Por la poca y dudosa
información que nos da este
método, su uso
actualmente se limita como
auxiliar de otros métodos
de perforación para avanzar
en los sondeos y ahorrar en
el desgaste de
herramientas.

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Obtención de Muestras Inalteradas
Las mejores muestras "inalteradas" son aquellas en que la humedad y la
composición no sufren cambios; la relación. de vacíos y la estructura sufren el menor
cambio posible.

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Pozos a Cielo Abierto con muestreo Inalterado
La toma directa de un trozo de suelo excavado a mano cuidadosamente, es la mejor
muestra "inalterada" que se puede obtener por sobre los demás métodos.

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Procedimiento
1. Se excava un pozo en el lugar hasta la profundidad a la que se
quiera tomar la muestra,
2. se quita con cuidado el suelo alrededor de ella, de manera
que ésta se proyecte sobre el lado o fondo de la excavación
como un pequeño tacón.
3. si la muestra es fuerte y rígida se puede separar de su base
cortándola con una paleta plana ; un método muy bueno es
colocar la muestra en una caja de madera resistente con
fondo y tapa removibles, dejando un espacio libre de 2 cm
alrededor de la misma, para rellenarlo posteriormente con
parafina fundida ;
4. la muestra y la caja se sacan de la excavación y se vierte
parafina en ambos extremos de la muestra, colocándose
posteriormente el fondo y la tapa, para ser llevada cuidadosa
mente al laboratorio donde se realizaran las pruebas
correspondientes.

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Tubo de pared delgada
es aquella que consiste en hincar a presión un tubo muestreador en suelos cohesivos
blandos. este método cuando es ejecutado con precisión, acatando las recomendaciones,
es empleado como definitivo para efectuar en las muestras obtenidas, ensayes de
consolidación y pruebas triaxiales en el laboratorio.

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La Calidad de la Muestra
La calidad de una muestra inalterada depende de los siguientes factores:
a) desplazamiento del suelo por el muestreador.
b) método para introducir el muestreador en el terreno.
c) rozamiento en la cara interior del muestreador.
d) compresión del suelo debida a la presión de la sobrecarga.
e) manipulación y almacenaje de la muestra hasta ser ensayada.
el desplazamiento del suelo por las paredes del muestreador es probablemente la
causa de alteración más importante. por lo tanto, este desplazamiento del suelo
depende de las dimensiones del tubo muestreador. Por lo tanto el grado de
alteración por el área esta dado por:
𝐴𝑟 % = 100 ∗
𝐷𝑒2
− 𝐷𝑖2
𝐷𝑖2
M. Hvorslev sostiene que la
alteración por desplazamiento
es mínima cuando el coeficiente
anda alrededor de 10% a 15%
Donde:
Ar= Relación de áreas
De= Diámetro exterior
Di= Diámetro Interior

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Método rotatorio para roca
a) se instala el equipo (máquina, tri-pie, bomba de agua, etc.), dándose principio en el hincado de
un tramo de tubería de ademe, dejando siempre unos 30 cm fuera del material con el objeto de
acoplarle una "t",
b) prosiguiéndose con la perforación; si la roca no está cerca de la superficie, se instalará el trépano
en la tubería y a la vez se hará circular agua y por percusión se alcanzará la profundidad a la que
se encuentre la roca ;
c) una vez que se ha llegado a ésta, se cambia el trépano y se colocará en primer lugar el barril,
después la rima y por último la broca.
La extracción de la muestra se hace por alguno de los dos siguientes métodos:
1) Se cierra la circulación del agua y los fragmentos que se atoran rompen el extremo interior del
corazón.
2) En algunas rocas. se. Incrementa rápidamente la velocidad de rotación y esto es suficiente para que se
rompa en su base la muestra, sin parar la circulación del agua.

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Método rotatorio para roca
No obstante que este método es definitivo, muchas veces al encontrar roca se
suspende el sondeo sin saberse el verdadero espesor de la misma, que puede ser
mínimo o bien se puede tratar de un boleo, de una lente delgada de aparente
roca y no nos sirva para apoyar la estructura. por lo general, en todo tipo de roca
se debe de profundizar el sondeo 4 m mínimo dentro de la misma.

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Otras maneras de obtener muestras inalteradas puede ser a través de:
Muestreo con tubo dentado
En suelos duros y compactos se utiliza el tubo dentado, para obtener muestras con un
mínimo de alteración. El tubo muestreador es similar al tubo de pared delgada, excepto
que la parte inferior tiene 8 dientes de corte, dispuestos simétricamente, que miden entre
0.8 y 1.0 cm de altura y 3 cm de base. En las características del equipo y su operación se
destaca la velocidad de hincado, que debe ser constante (1.0 cm/s).

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Métodos Geofísicos
Métodos geofísicos han sido desarrollados principalmente para determinar las
variaciones en las características físicas de los diferentes estratos del subsuelo o la
existencia de rocas subyacentes a depósitos sedimentarios. Son rápidos y permiten
tratar grandes áreas, pero nunca proporcionan suficiente información para
fundamentar criterios en el proyecto definitivo de cualquier obra de cimentación.

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Método Sísmico
Este método está basado en la variabilidad de propagación de ondas vibratorias de
tipo sísmico según la densidad de los materiales. Se elige un punto sobre el nivel del
terreno a profundidad variable se hace explotar una pequeña carga usualmente nitro
amonio, se alinean registradores de onda separados entre sí de 15 a 30 m. La función
de los geófonos es captar la vibración que se transmite amplificada que marca barias
líneas, una para cada geófono.

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Material
Velocidad de Propagación
(m/s)
Arena Suelta Seca 150 – 450
Arcilla Dura, parcialmente
saturada
600 – 1200
Agua, suelo suelto saturado 1400 – 1600
Suelo saturado 1200 – 3000
Roca sana 2000 -- 8000
Como las ondas directas y refractadas comienzan a llegar al geófono en tiempos diferentes
bienes determinados, puede calcularse los valores "vi " debido a ondas directas y "van
debido a ondas refractadas. Las dos líneas se cortan en un punto equivalente a la distancia d'
del lugar donde se produjo la explosión.
𝐻1 =
𝑑′
2
𝑣2 − 𝑣1
𝑣2 + 𝑣1
Dónde: H1= espesor del estrato;
d’= distancia del centro de
perturbación al punto donde varían las
velocidades

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Después se construye una gráfica que relaciona la distancia del geófono al punto donde se
originó la explosión con el tiempo que tardo en registrarse la onda en ese geófono.

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Métodos de Resistividad Eléctrica
Este método se basa en el hecho de
que los suelos dependiendo de su
naturaleza presentan una mayor o
menor resistividad eléctrica cuando
una corriente pasa por ellos. La caída
de voltaje en una parte de masa se
mide entre los dos electrodos
interiores por un circuito de punto
muerto que requiere que no haya
pase de corriente en el instante de
hacer la medición.

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Este método sirve para medir resistividad a diferentes profundidades en un mismo lugar y
para medir una misma profundidad a lo largo de un perfil mientras a más distancia estén
los electrodos lograra que la corriente penetre a mayor profundidad. Apoyándose de la
siguiente formula se pueden determinar los valores para la resistividad.
𝜌 =
2 ∗ 𝜋 ∗ 𝑑 ∗ 𝑣
𝐼
Donde:
P= resistividad eléctrica
d = es la separación entre electrodos
v = es la diferencia de potencial entre los dos
electrodos centrales (voltaje)
I= es el amperaje de la corriente.
Material
Resistividad en
Ohms-Centimetro
Arcilla o limo orgánico saturados 500 – 2000
Arcilla o limo inorgánico
saturados
1000 – 5000
Arcilla o limos parcialmente
saturados, arenas y grasas
saturadas
5000 – 15000
Lutitas, arcillas y limos secos 10000 – 50000
Areniscas, arenas y gravas secas 20000 – 100000
Rocas cristalinas sanas 100000 – 1000000

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Preparación de la Muestra:
Registro.
Secado.
Disgregado.
Homogenización.
Cuarteo.

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Registro
Objetivo
Mantener una cadena de custodia de los materiales que son muestreados en el campo
y que ingresan para su análisis al laboratorio.
El Registro esta formado por dos etapas:
Primera: se hace en el campo, donde se registra en una libreta de campo aspectos
generales como, nombre de la obra, fecha de muestreo, localización de muestreo,
procedencia de los materiales.
Segunda: se hace en el laboratorio, en una bitácora de laboratorio se registra la
muestra. En este documento se deberá tener cuidado de tomar nota de los datos
recabados en el campo, así como de describir de manera general los análisis a los que
se someterá el material muestreado.

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Registro
Equipo:
Libreta de Campo
Bitácora de Obra
Cinta Métrica
Bolígrafo
Hoy en día,
Cámara, tableta, gps o un cel inteligente

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Secado
Objetivo
Secar la muestra para eliminar la humedad que contiene a un grado tal que permita su
fácil disgregación y manejo.
Procedimiento
Secado convencional: Extender el material sobre una superficie limpia y tersa, con una
pala revolver el material periódicamente para lograr un secado más rápido y uniforme
a un grado tal que permita su fácil manejo y disgregación.
Secado en Horno: Extender el material en charolas rectangulares, y meterlo en un
horno (temperatura de 40 a 60° grados centígrados ) previsto de controlador de
temperatura, con un cucharón abarrotero revolver el material periódicamente para
lograr un secado más rápido y uniforme.

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Secado
Equipo:
1. Pala de punta cuadrada y de mango
largo.
2. Charola rectangular de lamina
galvanizada.
3. Horno a temperatura variable de 40 a 60
° C
4. Cucharón abarrotero.

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Equipo para el Secado de la Muestra
Pala de punta cuadrada
Charola rectangular
Horno con control de temperatura Cucharón abarrotero

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Disgregado
Objetivo
Separar y disgregar las partículas existentes en forma de grumo con la intención de
mezclarlas con el resto de la muestra en una forma homogénea.
Procedimiento:
Separar los grumos visibles en el resto del material, colocarlos en la charola
rectangular, sobre una meza firme y con el mazo de madera con cubierta plástica
golpear verticalmente sobre el material. El mazo se deberá dejar caer desde una altura
no mayor de 20 centímetros. Lo anterior deberá realizarse hasta obtener partículas
que ya no sean disgregables.

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Disgregado
Equipo:
1. Mazo con cabeza de cuero o
neopreno con peso aproximado de 1
kilogramo
1. Charola rectangular de lamina
galvanizada

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Equipo para el Disgregado de la Muestra

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DISGREGADO DE LA MUESTRA

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Homogenizado
Objetivo
Obtener una homogenización representativa del material que se esta preparando.
Procedimiento:
Revolver el material con una pala de punta cuadrada, traspaleando de un lugar a otro
unas cuatro veces todo el material hasta conseguir que presente un aspecto
homogéneo

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Homogenizado
Equipo:
1. Pala de sección cuadrada de
preferencia de mango largo

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Equipo para el Homogenizado de la Muestra

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HOMOGENIZADO

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Cuarteo
Objetivo
Preparación de la muestra en partes aproximadamente iguales para su disposición.
Procedimiento:
1. Forma un cono de material, colocando con la pala esté en el vértice del cono
permitiendo que por si mismo busque su acomodo.
2. Con la pala formar un cono truncado encajado esta en forma radial haciendo la
girar con centro en el eje del cono a fin de ir desalojando el material hacia la
periferia.
3. Una vez obtenido el cono, con la ayuda de la regla metálica dividirlo en
cuadrantes opuestos.

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Cuarteo
Equipo:
1. Pala de sección cuadrada de
preferencia de mango largo
2. Regla enrasadora de lamina
galvanizada de 70 cm de largo por 10
cm de ancho aproximadamente

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Equipo para el Cuarteo de la Muestra
1. Regla metálica 2. Pala de punta cuadrada

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Secado de material: Extender el
material sobre una superficie
tersa el tiempo necesario para que
tenga una apariencia de secado.
Homogenizado: El material se
mezcla, comenzando de afuera
hacia dentro, procurando que
mezcla sea homogénea.

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Formación de cono truncado que garantiza una buena homogenización

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Cono truncado
Inicio de cuarteo
Termino de cuarteo

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Secado de material, extendido
sobre una superficie tersa
Formación de cono truncado

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