Guia de laboratorio u de chile

REPÚBLICA DE CHILE
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE
CHILE
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES
GUÍA DE LABORATORIO DE
GEOTECNIA
Incluye Ensayes de Laboratorio para las Asignaturas:
Mecánica de Suelos 1
Mecánica de Suelos 2
COLABORADORES:
Pablo Medina Dávila
Eduardo Barra Rivera
Lientur Guzmán Meza
Ingenieros Civiles
2008

ii
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES Geo 0
GUÍA LABORATORIO GEOTECNIA
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE
INDICE
LISTADO DE NORMAS CHILENAS USADAS EN MECÁNICA DE SUELOS ............................... v
INTRODUCCIÓN ............................................................................................................. vii
ESTRUCTURA DEL CÓDIGO .............................................................................................viii
NOMENCLATURA Y SIMBOLOGÍA ………..…………….……………………………………………………… viii
1. IDENTIFICACIÓN VISUAL DE SUELOS ......................................................................... 2
1.1 Generalidades ............................................................................................ 2
1.2 Suelos Granulares ...................................................................................... 2
1.3 Suelos Finos .............................................................................................. 3
2. DETERMINACION DEL CONTENIDO DE HUMEDAD .................................................... 6
2.1 Objetivos .................................................................................................... 6
2.2 Antecedentes generales ............................................................................. 6
2.3 Definiciones ................................................................................................ 7
2.4 Observaciones importantes: ....................................................................... 7
3. PESO UNITARIO DE SUELOS COHESIVOS (densidad aparente) .................................. 9
3.1 Generalidades ............................................................................................ 9
3.2 Equipo ........................................................................................................ 9
3.3 Procedimiento ............................................................................................ 9
4. DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD RELATIVA ........................................................ 11
4.1 Generalidades .......................................................................................... 11
4.2 Definiciones .............................................................................................. 12
4.3 Equipos .................................................................................................... 13
4.4 Determinación de las densidades máxima y mínima. .............................. 13
5. DENSIDAD DE PARTICULAS SÓLIDAS (Peso específico) ............................................ 15
5.1 Generalidades .......................................................................................... 15
5.2 Definiciones .............................................................................................. 15
5.3 Equipos .................................................................................................... 16
5.4 Determinación de la Densidad de Partículas Sólidas. .............................. 17
5.5 Anexo ....................................................................................................... 20

iii
6. DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD IN SITU ............................................................ 22
6.1 Generalidades .......................................................................................... 22
6.2 Equipo ...................................................................................................... 23
6.3 Procedimiento .......................................................................................... 23
6.4 Bibliografía ............................................................................................... 24
7. DETERMINACIÓN DE LOS LÍMITES DE CONSISTENCIA .............................................. 26
7.1 Generalidades .......................................................................................... 26
7.2 Definiciones .............................................................................................. 26
7.3 Equipos .................................................................................................... 27
7.4 Procedimiento y Cálculo ........................................................................... 28
7.5 Preguntas ................................................................................................. 32
7.6 Bibliografía ............................................................................................... 33
8. ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO ................................................................................. 35
8.1 Objetivos .................................................................................................. 35
8.2 Antecedentes generales ........................................................................... 35
8.3 Definiciones .............................................................................................. 38
8.4 Materiales y equipos ................................................................................ 40
8.5 Procedimiento .......................................................................................... 41
8.6 Preguntas ................................................................................................. 42
8.7 Bibliografía y normativa ............................................................................ 43
8.8 Instructivo ................................................................................................. 43
9. ENSAYO DE COMPACTACION .................................................................................. 45
9.1 Objetivo .................................................................................................... 45
9.2 Antecedentes generales ........................................................................... 45
9.3 Definiciones .............................................................................................. 46
9.4 Equipos .................................................................................................... 47
9.5 Procedimiento (Proctor Modificado) ......................................................... 48
9.6 Preguntas ................................................................................................. 50
9.7 Bibliografía y normativa. ........................................................................... 52
10. DETERMINACION DE LA CAPACIDAD DE SOPORTE CBR DEL SUELO ......................... 54
10.1 Objetivo .................................................................................................... 54
10.2 Antecedentes Generales .......................................................................... 54

iv
10.3 Equipos .................................................................................................... 55
10.4 Procedimiento .......................................................................................... 56
10.5 Observaciones. ........................................................................................ 64
11. ENSAYO DE COMPRESION NO CONFINADA (CNC). .................................................. 67
11.1. Objetivos .................................................................................................. 67
11.2. Generalidades .......................................................................................... 67
11.3. Definiciones .............................................................................................. 68
11.4. Equipos .................................................................................................... 68
11.5. Metodología del ensayo ........................................................................... 69
11.6. Observaciones. ........................................................................................ 71
12. RESISTENCIA AL CORTE DIRECTO EN SUELOS .......................................................... 73
12.1. Objetivos .................................................................................................. 73
12.2. Generalidades .......................................................................................... 73
12.3. Equipo ...................................................................................................... 73
12.4. Procedimiento .......................................................................................... 74
12.5. Procedimiento de ensayo ......................................................................... 76
12.6. Cálculos ................................................................................................... 79
12.7. Preguntas. ................................................................................................ 81
12.8. Bibliografía ............................................................................................... 81
13. ENSAYO DE CONSOLIDACION ................................................................................. 82
13.1. Generalidades .......................................................................................... 83
13.2. Procesos en la Consolidación .................................................................. 83
13.3. Equipos .................................................................................................... 84
13.4. Procedimiento para el ensayo .................................................................. 84
13.5. Bibliografía ............................................................................................... 93

v
LISTADO DE NORMAS CHILENAS USADAS EN MECÁNICA DE
SUELOS
NCh 179 : Símbolos, Unidades y Definiciones
NCh 1515 : Determinación de la Humedad
NCh 1516 : Determinación de la Densidad en el Terreno.
Método del Cono de Arena
NCh 1517/I : Límites de Consistencia.
Parte I: Determinación del Límite Líquido.
NCh 1517/II : Límites de Consistencia.
Parte II: Determinación del Límite Plástico.
NCh 1517/III : Límites de Consistencia.
Parte III: Determinación del Límite de Contracción.
NCh 1532 : Determinación de la Densidad de Partículas Sólidas
NCh 1534/I : Relación Humedad-Densidad.
Parte I: Métodos de Compactación con Pisón de 2,5 kg y 305 mm
de caída.
NCh 1534/II : Relación Humedad-Densidad.
Parte II: Métodos de Compactación con Pisón de 4,5 kg y 460 mm
de caída.
NCh 1726 : Determinación de las Densidades Máxima y Mínima y
Cálculo de la Densidad Relativa en Suelos no Cohesivos.
NCh 1852 : Determinación de la Razón de Soporte de Suelos
Compactados en Laboratorio.

vi
INTRODUCCIÓN
Este documento es resultado de la experiencia de más de 20 años obtenida en el
Laboratorio de Materiales y Geotecnia del Departamento de Ingeniería en Obras Civiles
perteneciente a la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Santiago de Chile.
Este documento tiene como finalidad apoyar la docencia y entregar antecedentes
básicos sobre las experiencias que se desarrollan en el laboratorio. En ningún caso, el
alumno, debe considerar el contenido de este documento como suficiente para
comprender la mecánica de suelos, el estudio constante complementará sus
conocimientos.
Se ha incluido material proveniente de diversas fuentes adecuándolo a los
programas de las asignaturas del área. El contenido del texto no es una transcripción
de las normas, el desarrollo de las experiencias necesariamente deberá
complementarse con el estudio de la norma correspondiente. Para la presente guía se
han considerado fundamentalmente las siguientes normas: NCh; LNV (Laboratorio
Nacional de Vialidad); ASTM y AASHTO.
Esta guía está sujeta a mejora continua, por lo que se agradece hacer llegar
cualquier sugerencia al Laboratorio de Materiales y Geotecnia.
En la presente edición, se incluye en la primera hoja una estructura de códigos
que tiene por objeto explicar la codificación de los documentos a usar en el
Departamento de Ingeniería en Obras Civiles.
Se agradece el apoyo de los profesores del área y en especial la colaboración de
los alumnos de Ingeniería Civil en Obras Civiles, señores Ricardo Figueroa Farfán,
Blasco Ruiz Arancibia, Pablo Toloza Barría y señorita Silvana Frontier Frontier.

vii
ESTRUCTURA DEL CÓDIGO
ESTRUCTURA DEL CÓDIGO: X - y.y - PPP - qq
• X : Identifica el tipo de documento, que puede ser:
P : Procedimiento I : Instructivo E : Especificaciones
F : Formulario L : Listado G : Guía
• y.y : Tres caracteres que dependen de la cátedra o tipo de laboratorio a
ejecutar:
Com Computación
Est Estructuras
Geo Geotecnia
Hid Hidráulica
Hor Hormigón
Mad Madera
Mat Materiales
San Sanitaria y Ambiental
Top Topografía
• PPP : Tres o cuatro caracteres que dependen la función del documento
LDoc : Laboratorio Docente
LExt : Laboratorio de Extensión y Servicios
Eje : Ejercicios y/o Ejemplos.
Lec : Lectura
Reg : Reglamento
• qq : Indica el correlativo de creación de cada documento para cada
cátedra o laboratorio.
Ejemplo de Código: G-Geo-LDoc-1
(G) Corresponde a una guía.
(Geo) Dicha guía es del laboratorio de Geotecnia
(LDoc) La guía se usa en Docencia.
(1) Es el documento de la primera sesión del laboratorio de Geotecnia.

NOMENCLATURA Y SIMBOLOGÍA.
Los suelos se componen de partículas sólidas y de vacíos. Estos vacíos pueden o no contener
agua, pudiendo ésta llenarlos parcial o totalmente. Por ello es que tradicionalmente, un suelo se
suele representar esquemáticamente por un diagrama de bloques como el que se muestra a
continuación:
viii
VOLÚMENES PESOS
AIRE
AGUA
SUELO
Wa
Ww
Ws
Va
Vw
Vv
Vs
VT
La simbología empleada es la siguiente:
WT = Peso total
Ws = Peso de sólidos
Ww = Peso del agua
Wa = Peso del aire (se supone igual a cero)
VT = Volumen total de la masa de suelo
Vs = Volumen de las partículas sólidas
Vw = Volumen del agua presente
Va = Volumen del aire
Vv = Volumen de vacíos

ix
De acuerdo a esta simbología, en el esquema las siguientes son las relaciones básicas:
= Ww + Ws
WT
Vv = Vw + Va
VT = Vv + Vs
= Va + Vw + Vs
VT
De acuerdo a esto, las definiciones básicas son:
- Peso unitario total:
γ = W (también se suele escribir T γ = γ )
T
V
T
- Peso unitario seco:
S
W γ =
d V
T
- Peso unitario de partículas sólidas:
Ws
Vs
S γ =
- Peso unitario del agua:
Ww
Vw
W γ =
- Peso unitario saturado:
W γ = T
(se supone todos los vacios llenos con
Sat V
T
agua)
- Peso específico de sólidos:
γ
=
S
W
S G
γ
S Vw (puede expresarse en tanto por uno o
- Grado de saturación: = ⋅100
Vv
porcentaje)
- Índice de vacíos o de huecos:
e = Vv
T V
n Vv (puede expresarse en tanto por uno o
- Porosidad: = ⋅100
T V
porcentaje)
- Peso unitario sumergido: Sat W γ '= γ −γ

1 de 93
IDENTIFICACIÓN VISUAL DE
SUELOS
CODIGO G-Geo-LDoc-1
FECHA DE EMISIÓN Marzo de 2008
VERSIÓN Nº 3
REEMPLAZA A Versión 2 del 2002
AUTORES

2 de 93
1. IDENTIFICACIÓN VISUAL DE SUELOS
1.1 Generalidades
La caracterización visual está orientada a describir de la forma más técnica
posible las principales características de los suelos, sin incluir ensayos de laboratorio.
Los suelos pueden diferenciarse en dos grandes grupos, suelos finos y suelos
granulares. Los suelos granulares son los materiales cuyos tamaños son mayores a la
malla ASTM Nº 200, que corresponde a 0,074 mm (este es aproximadamente el menor
tamaño de partículas individuales que el ojo humano puede distinguir), mientras que los
finos son los que presentan tamaños menores a esta malla.
1.2 Suelos Granulares (suelos friccionantes)
La malla ASTM Nº4 que corresponde a una abertura de 4,76 mm, permite separar
gravas de arenas, de esta manera las gravas se definen como partículas mayores a
aproximadamente 0,5cm. Algunos autores clasifican a las gravas como gruesas (1,9
cm a 7,6 cm) y finas (menores a 1,9 cm aproximadamente).
De la misma forma, algunos dividen a las arenas en gruesas, medias y finas,
dependiendo de los porcentajes relativos que son retenidos entre las mallas Nº 4 (4,76
mm) y la Nº 10 (20 mm), entre la Nº 10 y la Nº 40 (0,425 mm) y entre ésta y la Nº200,
respectivamente.
El bolón se refiere a los tamaños mayores a 3 pulgadas y como el ensayo
granulométrico convencional analiza sólo las partículas menores a 3”, se hace
indispensable evaluar en terreno el tamaño máximo (el material sobre 3” se anota como
porcentaje de sobretamaño).
1.2.1 Características a determinar en los suelos granulares:
• Distribución de los tamaños de partículas (se utilizan términos bien graduado y
pobremente graduado)
• Color
• Humedad
• Tamaño máximo y porcentaje de bolones (sobretamaño)
• Forma de los granos (partículas redondeadas, sub-redondeadas, angulares,
subangulares, etc.)
• Estado de meteorización o alteración de las partículas.
• Plasticidad y cantidad de finos, porcentaje en términos aproximados.
• Compacidad
• Otros, como: existencia de raicillas, escombros, materiales orgánicos, etc.

3 de 93
1.2.2 Ejemplo de una descripción visual de suelo granular:
Grava arenosa, bien graduada, de color gris oscuro, alta humedad, muy
compacta, partículas de grava subangulares, existe un 15% aproximado de
sobretamaño a 3” con tamaño máximo de 10”. Presenta bastante material fino,
aproximadamente 30%, de mediana plasticidad. La grava se presenta poco
meteorizada, menos del 5% del total presenta meteorización.
1.3 Suelos Finos
1.3.1 Identificación de suelos finos:
Para la mecánica de suelos, los finos se diferencian entre limos y arcillas, no por
tamaño, sino por sus características plásticas. A pesar de que las arcillas son de menor
tamaño que los limos, existen suelos de tamaños muy finos que no tienen ni la forma, ni
las características, ni la plasticidad, ni el comportamiento de las arcillas. Aceptando que
la plasticidad de un suelo es el rango de humedades dentro del cual el suelo se
mantiene en estado plástico, se proceden a realizar las siguientes operaciones
manuales para su diferenciación y reconocimiento.
1.3.2 Ensayo de sacudimiento:
Se forma una pasta homogénea con suelo y agua, tal que la pasta de suelo
colocada sobre la palma de la mano (constituyendo una caluga pequeña de suelo) no
se encuentra aún en estado semi-liquido, es decir, mantenga su forma pero cerca de
este límite. Se procede entonces a golpear lateralmente la palma de la mano varias
veces con la otra mano. Si la muestra cambia de forma de manera relativamente
rápida, tornándose brillante, es decir, el agua aflora rápidamente a la superficie con los
golpes, se puede asegurar que se está frente a un limo de baja plasticidad. Si lo
anterior no se produce, es decir, no existe cambio de forma, ni el agua asoma a la
superficie, estamos en presencia de una arcilla de mediana a alta plasticidad. Entre
estos dos casos, existen suelos que se encuentran a medio camino en términos de
plasticidad. Hablamos entonces de arcillas limosas o de limos arcillosos.
1.3.3 Ensayo de amasado:
Una vez realizado el ensayo de sacudimiento, se reconstituye una bolita de suelo
con parte de la pasta de suelo húmeda que se tenía en la palma de la mano. Se
procede a amasarla, ya sea en la palma de la mano o sobre una superficie lisa hasta
formar un bastoncito de suelo que alcance 3 mm de diámetro. Si el bastoncito no se
rompe en varias partes para ese diámetro, se vuelve a amasar la pasta con los dedos y
se repite la operación, tantas veces como sea necesario para que finalmente el
bastoncito se rompa en varias partes al alcanzar los 3mm. El tiempo que toma esta
serie de operaciones de amasado para alcanzar este estado define cuan plástico es el
suelo. Poco tiempo, implica poca plasticidad, mucho tiempo indica alta plasticidad. Es

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conveniente siempre trabajar sobre las mismas superficies secas (palma o placa lisa,
usando por ejemplo toalla nova) para que el proceso sea válidamente comparable.
Otra información importante de este ensayo, es la resistencia que muestra el
bastoncito al ser amasado, particularmente cuando la humedad está próxima al límite
plástico. Gran esfuerzo para amasar la pasta indica alta plasticidad, reducida
resistencia al amasado, baja plasticidad.
1.3.4 Brillo:
Una vez alcanzada la humedad que ha llevado al bastoncito a romperse en
trocitos, es decir, una vez alcanzado ese estado (limite plástico), se procede a unir con
relativa fuerza la pasta hasta formar un grumo cohesivo. En este estado se oprime la
muestra contra la uña y se observa el brillo que ella presenta en su superficie. Intenso
brillo es un indicador de alta plasticidad. Puede observarse también en terreno, al
trabajar con pala o chuzo, la marca que dejan en el suelo, si se observa cohesión y
brillo se puede estar frente a un suelo arcilloso.
1.3.5 Resistencia de una muestra seca
Esta observación sólo se puede realizar cuando existe la disponibilidad de una
muestra de suelo secada al aire o al horno. Si una caluga de suelo secada de esta
manera presenta gran dificultad para la ruptura, se tratará de una arcilla o, lo que es lo
mismo, un suelo muy plástico.
1.3.6 Características relevantes a determinar en un suelo fino
• Tipos de suelos predominantes, teniendo en cuenta que en casos intermedios
habrá que indicar que el suelo puede ser una arcilla limosa de media a alta
plasticidad o un limo muy arcilloso.
• Estado de humedad.
• Color (colores muy oscuros a negros son indicadores de alto contenido
orgánico).
• Olor (intenso olor es evidencia de suelo muy orgánico)
• Consistencia (sólo si se tienen muestras en condición natural, es decir,
inalteradas o se realiza la identificación en terreno, por ejemplo, en las paredes
de una calicata)
• Otros, presencia de raicillas, etc.
1.3.7 Ejemplo de una descripción visual de suelo fino:
Arcilla limosa, algo arenosa, de alta a mediana plasticidad, de color café oscuro,
muy húmeda a saturada, consistencia media a alta, presenta algunas raicillas
dispersas.

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DETERMINACIÓN DEL
CONTENIDO DE HUMEDAD
CODIGO G-Geo-LDoc-2
VERSIÓN Nº 3
AUTORES

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Agua Libre
Agua
Intersticial
Partícula Saturada
2. DETERMINACION DEL CONTENIDO DE HUMEDAD
2.1 Objetivos
Determinar la humedad de una muestra de suelo en laboratorio.
2.2 Antecedentes generales
La relación entre pesos de fases más empleada en suelos, es la humedad, que es
el peso de agua dividido por el peso de las partículas sólidas de una muestra de suelo.
El agua total del suelo corresponde a la suma del agua libre, del agua capilar y
del agua higroscópica de las partículas sólidas y se obtiene directamente por el
siguiente método: se pesa el suelo natural; se seca en una estufa; se pesa el suelo
seco y por último se calcula la humedad como diferencia entre los pesos inicial y seco,
dividida por el peso seco.
Este método supone que el agua es el único producto evaporable del suelo, lo
cual es razonable excepto cuando se trabaja con suelos orgánicos o suelos que
contienen volátiles.
Partícula
Agua
Intersticial
Superficialmente Seca
Figura 1. Agua en los suelos.
Partícula Seca
El objetivo del ensayo entonces es determinar el contenido de humedad de la
muestra en observación.
La importancia de la humedad de un suelo radica en que junto a otras
características, determina su comportamiento, por ejemplo, influye directamente en los
cambios de volumen, estabilidad mecánica y cohesión, siendo particularmente
influyente cuando se trata de suelos finos.

7 de 93
Humedad w W W
Cantidad de muestra a ensayar según
tamaño máximo
2.3 Definiciones
−
h s
W
s
: =
Donde = h W masa o peso de suelo húmedo
= s W masa o peso de suelo seco.
La determinación de la humedad se realiza según la NCh 1515 of 79, siendo en
laboratorio usual el uso de horno para su determinación.
Se deben tener presentes las siguientes consideraciones:
Tamaño máximo
de las partículas
Cantidad de suelo
a ensayar
Precisión de Balanzas según
cantidad de la muestra
Cantidad de
suelo a ensayar
Precisión de la
balanza
mm g g g
50 3000 1000 1
25 1000 100-1000 0,1
12,5 750 100 0,01
5 500
2 100
0,5 10
Fuente: NCh 1515 of 79 Fuente: Geotecnia LNV 1993
2.4 Observaciones importantes:
ƒ Se recomienda usar el horno a 60ºC, puesto que a temperaturas mayores,
suelos con contenido orgánico, yesos o ciertos tipos de arcilla, sufren calcinación
modificándose los valores reales de la humedad.
ƒ Las muestras usadas para determinar la humedad no deben utilizarse en ningún
otro tipo de ensayo.
ƒ Esta guía se complementa con el formulario F-7.5-LDoc-02.

8 de 93
DETERMINACIÓN DEL
PESO UNITARIO DE SUELOS
COHESIVOS
(Densidad Aparente)
CODIGO G-Geo-LDoc-3
VERSIÓN Nº 3
AUTORES

9 de 93
3. PESO UNITARIO DE SUELOS COHESIVOS
(DENSIDAD APARENTE)
3.1 Generalidades
El procedimiento para obtener el peso unitario de suelos cohesivos se basa en el
principio de Arquímedes, a través del cual el volumen de una muestra se determina por
el volumen de agua que desplaza. Para evitar la absorción de agua, la muestra es
impermeabilizada con una delgada película de cera líquida o parafina sólida.
3.2 Equipo
• Frasco de vidrio de volumen graduado
• Balanza con precisión de 0,1 g
• Cera o parafina sólida.
3.3 Procedimiento
1. Pesar la muestra de suelo.
2. Cubrir enteramente la muestra con cera líquida o parafina sólida.
3. Una vez seca la cera, se vuelve a pesar (por diferencia de pesos se tiene el peso de
la cera).
4. Colocar agua en el frasco graduado y registrar el volumen inicial.
5. Sumergir la muestra de suelo con cera en el agua y medir el volumen.
6. Conocida la densidad de la cera y su peso se calcula el volumen de la cera o
parafina sólida.
7. Descontar este volumen al volumen total para obtener el volumen del suelo.
8. Tomar una muestra de suelo, pesarla y llevarla al horno.

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DETERMINACIÓN DE LA
DENSIDAD RELATIVA
CODIGO G-Geo-LDoc-4
VERSIÓN Nº 3
AUTORES

11 de 93
4. DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD RELATIVA
4.1 Generalidades
La densidad relativa es una propiedad índice de estado de los suelos que se
emplea normalmente en gravas y arenas, es decir, en suelos que contienen reducida
cantidad de partículas menores que 0,074 mm. (malla Nº 200). La densidad relativa
indica el grado de compactación del material y se emplea tanto para suelos naturales,
como para rellenos compactados.
Según la norma chilena, el porcentaje de finos no debe sobrepasar un 12% para
que la densidad relativa sea aplicable, ya que su determinación requiere, de acuerdo a
esta norma, determinar en mesa vibradora la densidad máxima y este procedimiento
deja de ser efectivo para mayores contenidos de finos.
En casos límites, se recomienda realizar, tanto el ensayo de densidad relativa
como el de compactación, cuando el porcentaje de finos se encuentra entre 10 y 12%.
Hay que hacer notar sin embargo, que el ensayo de densidad relativa continúa siendo
válido en suelos que superan estos contenidos de finos, cuando no poseen plasticidad,
como es el caso de muchos materiales de relave (residuos de la lixiviación de minerales
de cobre, por ejemplo) y finos tales como el polvo de roca.
La densidad relativa es importante en geotecnia debido a las correlaciones que
existen con otros parámetros de ingeniería tales como el ángulo de roce interno y la
resistencia a la penetración de cuchara normal. Por otra parte, muchas fórmulas que
permiten estimar los asentamientos posibles de estructuras fundadas sobre suelos
granulares, están basadas en la densidad relativa.
Existen, sin embargo, dificultades para determinar la densidad relativa en suelos
granulares de grandes tamaños. Para suelos finos con plasticidad, la densidad relativa
deja de ser válida y serán los resultados del ensayo de compactación los que regirán
las especificaciones de los rellenos en estos suelos.
Hay que hacer notar que la obtención de muestras inalteradas en suelos
granulares resulta impracticable, a menos que ellas sean obtenidas por procedimientos
tan especiales y costosos como el congelamiento. Es por ello que la densidad relativa
adquiere importancia central ya que permite reproducir esta condición de estado en los
ensayos de laboratorio. No ocurre lo mismo en suelos finos donde las muestras
naturales pueden ser, en la mayor parte de los casos, ensayadas en laboratorio en
condiciones inalteradas para obtener las propiedades de ingeniería.

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4.2 Definiciones
La densidad relativa, expresada en porcentaje, es el grado de compacidad de un
suelo referido a sus estados más suelto y más denso, los que se obtienen siguiendo los
procedimientos de laboratorio que se indican más adelante. Se expresa a través de la
siguiente fórmula:
Donde:
e: índice de huecos
VV: volumen de vacíos
VS: volumen de sólidos
Debido a que el parámetro de estado que se determina en terreno es la densidad
húmeda, γh, y a través de ella, la densidad seca, γd, la misma fórmula conviene
expresarla en función de las densidades secas de los distintos estados, como se
presenta a continuación:
Debe observarse que a γd máx corresponde emín y que a γd mín corresponde emáx.
De la definición se desprende que la densidad relativa varía entre 0 (cuando
e=emáx ó γd=γdmín) y 100 (cuando e=emín ó γd=γdmáx).
El cálculo de la densidad relativa de un suelo natural o relleno artificial requiere,
de acuerdo a la fórmula, de las siguientes determinaciones:
a) densidad seca del suelo in situ que puede ser de un suelo natural o de un
material de relleno que está siendo compactado; la dificultad en la determinación
de la densidad seca reside en la determinación del volumen ocupado por el suelo
in situ, para lo cual existen diversos métodos; entre ellos, el método del cono de
arena que es el de uso más frecuente; que corresponde a una determinación que
se realiza en terreno y que se detalla en un ítem aparte en esta guía.

13 de 93
b) densidad máxima seca; es una determinación que se realiza en laboratorio; el
procedimiento más utilizado es el método de mesa vibradora que tiene dos variantes:
método seco y húmedo; el método japonés es un método seco.
c) densidad mínima seca; es una determinación que se realiza en laboratorio.
4.3 Equipos
• Molde patrón de compactación o molde de volumen calibrado.
• Equipo de vibración manual o mecánica.
4.4 Determinación de las densidades máxima y mínima.
1. Debe tomarse una muestra de suelo granular previamente secada al horno,
asegurándose de deshacer los grumos que pudieran todavía existir antes de utilizar el
material.
2. Utilizar un molde patrón de compactación; usar el mismo molde para la determinación
de la densidad máxima y mínima.
3. El procedimiento a utilizar en el ensayo de densidad máxima se basa en el método
japonés: se coloca el material en el molde patrón en 10 capas, aplicándose 100 golpes
por capa, a los lados del molde con un martillo (de acuerdo con las indicaciones del
instructor). Realizar tres ensayos; después de cada ensayo, volver a mezclar
cuidadosamente el suelo que haya quedado en el recipiente antes de realizar el
siguiente ensayo. Conocido el volumen del recipiente y obteniendo el peso del suelo,
determinar la densidad.
4. Utilizar la densidad máxima obtenida como el valor característico de la densidad
máxima del suelo y no el promedio de las determinaciones.
5. Utilizando el mismo suelo, colocar el material en el molde distribuyéndolo ligeramente
con un movimiento circular; colocar suficiente material como para que sobresalga
levemente del molde y luego, con una regla, retirar el exceso de material con el máximo
cuidado; obtener el peso y repetirlo por lo menos dos veces. Utilizar la menor densidad
obtenida como el valor de la densidad mínima del suelo.

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DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD
DE PARTÍCULAS SÓLIDAS
(Peso Específico)
CODIGO G-Geo-LDoc-5
VERSIÓN Nº 3
AUTORES

15 de 93
5. DENSIDAD DE PARTICULAS SÓLIDAS (PESO ESPECÍFICO)
5.1 Generalidades
Existen métodos sencillos para identificar la mayor parte de los componentes de
suelos. Sin embargo, estos métodos representan solamente el primer paso en la
descripción adecuada de esos materiales, que debe completarse con otros
procedimientos que den resultados cuantitativos que puedan relacionarse a las
propiedades físicas que interesan directamente al ingeniero. Las pruebas necesarias
para este objeto se conocen como propiedades índices de los suelos.
Las propiedades índice pueden dividirse en dos tipos generales, en propiedades
de los granos de los suelos y propiedades del agregado o conjunto. Las propiedades
de los granos son las correspondientes a las partículas individuales de que está
compuesto el suelo, sin hacer referencia a la manera en que estas partículas están
dispuestas en un depósito de suelo. Así es posible determinar las propiedades de los
granos de cualquier muestra de suelo, esté alterada o no. Por otra parte, las
propiedades de los suelos en su conjunto, dependen de la estructura y disposición de
las partículas en la masa del suelo. Aunque comúnmente se usan las propiedades de
los granos para fines de identificación, el especialista debe saber que las propiedades
del suelo en conjunto tienen una mayor influencia en el comportamiento desde el punto
de vista técnico de un suelo.
El ensaye para la determinación de la densidad de partículas menores a 5 mm,
se puede realizar según LNV 93-86 y para partículas mayores que 5 mm, según
LNV68-84.
5.2 Definiciones
5.2.1 Peso específico:
Al analizar cualquier clase de material, incluidas las rocas, es necesario conocer
su peso unitario, el cual depende del peso específico (densidad) de sus elementos
constituyentes, de su porosidad y de la cantidad de agua contenida en sus poros. El
peso específico está definido como el cuociente entre la densidad del suelo y la
densidad del agua a una temperatura determinada. Los pesos se expresan en gramos
y los volúmenes en centímetros cúbicos. Un centímetro cúbico de agua a la
temperatura de 4ºC pesa 1 gramo.
Se puede referir el peso unitario de una sustancia porosa a su estado como
seca, saturada, parcialmente saturada e inmersa (sumergida y pesada en agua).

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5.2.2 Densidad de partículas sólidas:
La densidad de las partículas se considera como el cuociente entre la masa (m)
de una sustancia y su volumen (v) a una temperatura especificada. Se expresa en
gramos por centímetro cúbico (gr/cm³).
La densidad de las partículas sólidas o densidad neta es aquella en que se
considera el volumen macizo de las partículas más el volumen de los poros inaccesibles
y puede determinarse en Laboratorio como sigue: 1) La muestra se seca en horno a
110±5ºC, se deja enfriar y se pesa. 2) Se sumerge por completo en agua durante 12 a
24 horas. 3) Se pesa sumergida en agua.
5.2.3 La Porosidad (n)
La porosidad de un material se define como la relación existente entre el
volumen de huecos (poros) y el volumen total de la muestra, entendiéndose como
volumen de huecos aquella parte del volumen total no ocupada por los granos. La
porosidad de una masa estable no cohesiva de esferas iguales depende de la forma en
que las mismas están dispuestas. La porosidad de un depósito natural depende de la
forma de sus granos, de la uniformidad del tamaño de los mismos y de las condiciones
de sedimentación. La gran influencia que sobre la porosidad ejerce la forma de los
granos y el grado de uniformidad, hace que la porosidad por sí misma no proporcione
una indicación de si un suelo es suelto o denso. Dicha información puede obtenerse
sólo por comparación entre la porosidad de un suelo dado y las porosidades de ese
mismo suelo en sus estados más denso y más sueltos posible.
5.2.4 Absorción de agua:
Cuando se sumerge en agua una muestra, esta no absorbe tanta cantidad como
lo permitiría su capacidad teórica, ya que durante la inmersión una parte del aire
existente en la muestra es aprisionado por el agua y no puede encontrar salida; así es
que el agua se ve imposibilitada de llenar cierto porcentaje de los poros. Si se sumerge
una muestra en agua durante un determinado período de tiempo y a temperatura
también determinada, la relación entre el volumen del agua absorbida y el volumen de
la muestra es la absorción porcentual.
Bajo circunstancias normales el agua llena sólo cierta parte del volumen total de
poros. Se llama grado de saturación la relación que existe entre el volumen de los poros
rellenos de agua y el volumen total de poros.
5.3 Equipos
5.3.1 Para determinar la densidad de partículas sólidas bajo 5mm.
• Matraz o picnómetro
• Balanza
• Reductor de presión o bomba de vacío
• Termómetro

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Marca de calibración
• Embudo
• Horno
• Agua destilada
• Solución disolvente de grasas
5.3.2 Para determinar la densidad de partículas sólidas sobre 5mm.
• Balanza
• Canastillo porta muestra
• Recipiente para contener el canastillo
• Termómetro
• Horno
5.3.3 Determinación de la Densidad de Partículas Sólidas.
El ensayo tiene como objetivo determinar la densidad de partículas sólidas.
Cuando la muestra está compuesta por materiales bajo y sobre los 5mm, se realiza
separando las fracciones sobre 5 mm y bajo 5 mm y calculando el resultado como el
promedio ponderado de ambas fracciones.
5.3.4 Densidad de partículas bajo 5mm.
5.3.4.1 Preparación de la muestra a utilizar: Secar la muestra a masa constante en
horno a temperatura de 110 ± 5ºC. Separar las fracciones sobre y bajo tamiz
de 5 mm. Tomar por cuarteo aproximadamente entre 60 y 100 g secos y
sumergir en agua destilada en un matraz, según instrucciones del monitor.
5.3.4.2 Calibración del matraz:
a) Limpiar, secar, pesar y registrar la masa del matraz vacío (Mf)
b) Llenar con agua destilada a temperatura ambiente hasta que la parte inferior del
menisco coincida con la marca de calibración.
Nivel de agua destilada
Figura 2. Calibración matraz.

18 de 93
c) Pesar y registrar la masa del matraz más agua (Mai)
d) Insertar el termómetro en el agua hasta el centro del matraz registrar la
temperatura de calibración (ti)
e) Calcular valores de Ma a distintas temperaturas, que probablemente prevalezcan
durante el ensayo, de acuerdo con la fórmula:
[ ] Mf
w ti
⋅ −
Ma ( tx ) =
w ( tx ) Ma ( ti )
Mf +
( )
ρ
ρ
donde: ρw(tx) = densidad del agua a una temperatura dada tx
ρw (ti) = densidad del agua a la temperatura de calibración ti
Ma(ti) = masa del matraz más agua a temperatura de calibración ti
Ma(tx) = masa del matraz más agua a un temperatura dada tx
Mf = masa del matraz vacío
5.3.4.3 Ensaye
a) Colocar la muestra seca en el matraz.
b) Agregar agua destilada hasta alcanzar aproximadamente los ¾ o la mitad de la
capacidad del matraz.
c) Agitar suavemente el matraz a fin de sacar el aire atrapado en la muestra y dejar
reposando por 12 o 24 horas, según el material a ensayar.
d) Remover el aire atrapado sometiendo al matraz a una cámara de vacío parcial
(presión de aire igual o menor que 13.3 kPa, aproximadamente a 100 mm de
Hg.) por un período de 15 minutos.
e) Sacar el matraz de la cámara de vacío. Agregar agua destilada hasta la marca
de calibración. Limpiar y secar el exterior con un paño limpio y seco.
f) Determinar y registrar la masa del matraz con la muestra más agua (Mm)
g) Determinar y registrar la temperatura de ensaye
Nota : Es recomendable efectuar dos pruebas, para corroborar resultados.
5.3.4.4 Expresión de resultados
Calcular la densidad de las partículas sólidas ρs de acuerdo a la siguiente
expresión:
⋅
ρ
s Ms w
=
( )
Ms + Ma −
Mm
ρ
en que: ρw = densidad del agua a la temperatura de ensayo

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5.3.5 Densidad de partículas sobre 5mm o densidad neta
5.3.5.1 Preparación de la muestra a utilizar: Secar la muestra a masa constante en
horno a temperatura de 110 ± 5ºC. Separar las fracciones sobre y bajo tamiz de
5mm. Tomar por cuarteo 4 kg. cuando el tamaño máximo absoluto sea igual o
inferior a 40 mm, aumentar esta cantidad en 4 kg por cada 10 mm de aumento
del tamaño máximo absoluto sobre 40 mm.
5.3.5.2 Ensaye:
a) Tomar la muestra seleccionada por cuarteo o por granulometría y secar a 110±
5ºC y registrar como C.
b) Enfriar la muestra al aire por un período de 24 horas.
c) Sumergir la muestra en agua a temperatura ambiente por 12 a 24 horas.
d) Retirar la muestra del agua y colocarla inmediatamente en el canastillo porta
muestra.
e) Sumergir el canastillo en agua a 20 ± 3ºC y determinar por pesada sumergida la
masa de la muestra menos la masa del agua desplazada y registrar como A.
Nota: Mantener el canastillo y su contenido totalmente sumergido durante la
operación.
5.3.5.3 Expresión de resultados:
Calcular la densidad de partículas sólidas ρs, de acuerdo a la siguiente fórmula.
⋅
s C w
(C −
A)
=
ρ
ρ
en que: ρw = densidad del agua a la temperatura de ensayo

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5.4 Anexo
Figura 3. Elementos para la determinación de la densidad de
partículas sólidas sobre 5mm.
Balanza
Recipiente
Muestra
Canastillo
portamuestra
Agua

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DETERMINACIÓN DE LA
DENSIDAD EN TERRENO
CODIGO G-Geo-LDoc-6
VERSIÓN Nº 3
AUTORES

Arena
Normalizada
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6. DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD IN SITU
Placa
Cono
Perforación
Válvula
Frasco
6.1 Generalidades
Un suelo natural o compactado requiere la
determinación de la densidad in situ. En la mayoría
de los casos, esta determinación se realiza utilizando
el método del cono de arena. Otros métodos son el
del balón de goma y equipos nucleares.
El cono de arena consiste de un recipiente
cilíndrico de metal que continúa hacia abajo con un
doble cono (uno mirando hacia abajo y el otro hacia
arriba) y, como equipo, va acompañado de una placa
metálica con una abertura al centro circular de igual
diámetro que la base invertida del cono. Existe una
válvula entre ambos conos, como se observa en la
figura.
Figura 4. Equipo del cono de arena.
En terreno, se excava un agujero de aproximadamente 12-14 cm. de profundidad
en el suelo compactado que tiene el diámetro de la abertura circular de la placa, la que
se coloca horizontalmente sobre la superficie. Esta placa, que tiene rebordes, permite
asegurar que no se pierda material en el proceso de excavación, el cual será pesado
para obtener WT además de su humedad w, con lo cual se obtiene el peso total seco
WS.
W WT
w
=
1
S +
Habiendo determinado el peso del total de la “arena normal” (W1), se coloca el
cono sobre el agujero abriéndose la válvula. Una vez que el agujero y el cono inferior se
llenan de “arena normal”, se determina el peso de la arena no utilizada (W2), de modo
que:
en que, W3 = peso de la arena para llenar el agujero y el cono inferior.

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El volumen del hueco excavado se determina ahora como:
V W W
3
d arena
C
( )
agujero
γ
−
=
donde Wc = peso de la arena para llenar únicamente el cono inferior.
γd (arena) = peso unitario seco de la arena normalizada.
Los valores de Wc y d (arena9 γ (arena) son determinados a partir de la calibración hecha
en laboratorio.
El peso unitario húmedo del suelo in situ se determina a través de:
γ = W
T
hum V
agujero
en que: WT = peso del suelo húmedo.
Vagujero = volumen del agujero.
Con el contenido de humedad w del material excavado, el peso unitario seco del
γ
material es:
hum
w
=
1
γ
d +
6.2 Equipo
• Cono de arena
• Herramientas para excavar
• Balanza
• Arena normalizada
• Bolsas plásticas
6.3 Procedimiento
1. Cada grupo debe hacer el ensayo de densidad por el cono de arena en el área
designada por el instructor.
2. Antes de colocar la placa sobre el sitio a ensayar, es importante asegurar que la
superficie de la zona de excavación se encuentre plana y lisa; excavar un agujero
utilizando la placa de base y colocar cuidadosamente todo el suelo removido del
agujero en una de las bolsas, asegurándose que no exista pérdida de material.

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3. Colocar el cono de arena lleno de arena (evitando que se encuentre al tope) sobre el
agujero de la placa, verificando que la válvula se encuentre cerrada; abrir la válvula, y
esperar que deje de caer; cerrar la válvula y guardar la arena retenida en el aparato del
cono de arena en la bolsa con la arena no utilizada; recuperar la arena del agujero
guardándola en otra bolsa.
4. Restituir el paisaje de la zona donde se trabajó a sus condiciones iniciales.
5. Regresar al laboratorio verificando que todas las partes del equipo utilizado hayan
sido recuperadas.
6. Pesar el suelo excavado y la arena retenida en el aparato del cono de arena; tomar
una muestra de suelo para determinar la humedad, pesarla y llevarla al horno,
7. En página del Departamento se publicará el peso del suelo secado al horno.
6.4 Bibliografía
1. Earth Manual, Bureau of Reclamation, Denver Colorado, 1963
2. ASTM Standards, Bituminous Materials, Soils, Skid Resistence Part 11.
3. Bowles, Joseph E. “Manual de Laboratorio de Suelos en Ingeniería Civil”.

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DETERMINACIÓN DE LOS
LÍMITES DE CONSISTENCIA
(Límites de Atterberg)
CODIGO G-Geo-LDoc-7
VERSIÓN Nº 3
AUTORES

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7. DETERMINACIÓN DE LOS LÍMITES DE ATTERBERG
7.1 Generalidades
En gran parte mediante el trabajo de Atterberg y Casagrande (1948), los límites
de Atterberg y los índices con ellos relacionados han constituido unos valores muy útiles
para caracterizar los conjuntos de partículas de los suelos.
Originalmente fueron ideados por Atterberg quien era especialista en agronomía
y posteriormente redefinidos por Casagrande para aplicarlos a la mecánica de suelos
de la manera que hoy se conocen.
Los límites se basan en el concepto de que un suelo de grano fino solamente
puede existir en cuatro (algunos autores consideran cinco estados) estados de
consistencia según su humedad. Así, un suelo se encuentra en estado sólido cuando
está seco, pasando al añadir agua a los estados semisólido, plástico y finalmente
líquido.
Los contenidos de humedad y los puntos de transición de un estado a otro se
denominan límite de retracción o contracción, límite plástico y límite líquido.
Puede considerarse que los límites de Atterberg son ensayos de laboratorio
normalizados que permiten obtener los límites del rango de humedad dentro del cual el
suelo se mantiene en estado plástico. Con ellos, es posible clasificar el suelo en la
Clasificación Unificada de Suelos (Unified Soil Classification System, USCS) y también
en la Clasificación de la AASHTO de carreteras. Estos límites son válidos para suelos
finos y para la porción de finos de suelos granulares.
Para la determinación de estos límites es necesario remoldear la muestra de
suelo destruyendo su estructura original, por lo que es absolutamente necesaria una
descripción previa del suelo en sus condiciones naturales. Para realizar los límites de
Atterberg se trabaja con todo el material menor que la malla nº 40 (0,42 mm). Esto
quiere decir que no sólo se trabaja con la parte fina del suelo (< malla nº 200), sino que
se incluye igualmente la fracción de arena fina.
7.2 Definiciones
a) Límite Líquido (wL ó LL): contenido de humedad del suelo en el límite entre el
estado líquido2 y plástico.
b) Limite Plástico (wp ó LP): es el contenido de humedad del suelo en el límite
entre los estados semi-sólido y plástico.

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c) Índice de Plasticidad (IP): es la diferencia entre los límites líquido y plástico, es
decir, el rango de humedad dentro del cual el suelo se mantiene plástico:
IP = LL – LP
Límite Plástico Límite Líquido
Estado SÓLIDO SEMISÓLIDO PLÁSTICO SEMILÍQUIDO LÍQUIDO
IP =LL-LP
7.3 Equipos
• Máquina Casagrande (referencia: norma ASTM D 4318-95a)
• Acanalador (misma referencia)
• Balanza de sensibilidad 0,1g
• Varios: espátula de acero flexible, cápsulas de porcelana, placa de vidrio, hormo
regulable a 110º, agua destilada.
• Plato de evaporación: de porcelana un diámetro aproximado de 120 mm.
• Espátula: con una hoja flexible de aproximadamente 75mm de largo y 20mm de
ancho.
Figura 5. Aparato de Límite Líquido, máquina de
Casagrande o máquina punch.

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Herramienta tipo ASTM para
hacer la ranura
• Aparato de límite líquido (ver Fig. 5) : taza de bronce con una masa de 200±20(g)
montada en un dispositivo de apoyo fijado a una base de plástico duro de una
resilencia tal que una bolita de acero de 8 mm de diámetro, dejada caer libremente
desde una altura de 25 cm rebote entre 75% y 90%.
• Acanalador: Combinación de acanalador y calibre, construido de acuerdo con el
plano y dimensiones de uno de los tipos indicados en Fig. 6.
• Recipientes. Para las muestras de contenido de humedad.
• Balanza, con una precisión de 0,01(g)
• Probeta, con una capacidad de 25ml.
• Horno, con los requerimientos de Nch 1515 Of 77.
Herramienta tipo Casagrande
para hacer la ranura
Figura 6. Herramientas ranuradoras.
7.4 Procedimiento y Cálculo
7.4.1 Tamaño de la muestra de ensaye.
La muestra de ensaye debe tener un tamaño igual o mayor que 100(g) del
material que pasa por el tamiz de 0,5 (ASTM Nº 40) obtenido de acuerdo con la norma
AASHTO 387-80
Nota: Cuando se efectúa además la determinación del límite de contracción,
aumentar el tamaño de muestra requerida para dicho ensaye.

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7.4.2 Ajuste y control del aparato de límite líquido.
Ajustar la altura de la caída de la taza, se gira la manivela hasta que la taza se
eleve a su mayor altura. Utilizando el calibrador de 10mm (adosado al ranurador), se
verifica que la distancia entre el punto de percusión y la base sea de 10mm
exactamente. De ser necesario, se aflojan los tornillos de fijación y se mueve el ajuste
hasta obtener la altura de caída requerida. Si el ajuste es correcto se escuchará un
ligero campanilleo al golpear el tope de la taza; si la taza se levanta por sobre el calibre
o no se escucha ningún sonido debe realizarse un nuevo ajuste.
Verificar periódicamente los aspectos siguientes:
• Que no se produzca juego lateral de la taza por desgaste del pasador que la
sostiene;
• Que los tornillos que conectan la taza con el apoyo estén apretados;
• Que el desgaste de la taza no sobrepase la tolerancia de masa.
• Que el desgaste de la base no exceda de 0,1mm de profundidad. Cuando suceda
esto, debe pulirse nuevamente verificando que se mantiene la resilencia.
• Que el desgaste de los soportes no llegue al punto de quedar apoyados en sus
tornillos de fijación;
• Que el desgaste del ranurador no sobrepase las tolerancias dimensionales.
• Previo a cada ensaye se verificará que la taza y la base estén limpias y secas.
7.4.3 Acondicionamiento de la muestra
Colocar la muestra en el plato de evaporación, agregar agua destilada y mezclar
completamente mediante la espátula. Continuar la operación durante el tiempo y con la
cantidad de agua destilada necesaria para asegurar una mezcla homogénea.
Curar la muestra durante el tiempo necesario para que las fases líquida y sólida
se mezclen homogéneamente.
Nota: en suelos de alta plasticidad este plazo no debe ser menor que 24 h. En
suelos de baja plasticidad este plazo puede ser mucho menor y en ciertos casos puede
eliminarse.
7.4.4 Preparación del material.
Se utiliza únicamente la parte del suelo que pasa por la malla Nº 40 (0,42mm).
Si la muestra contiene tamaños mayores que 0,42mm, se deben eliminar los tamaños
mayores evitando todo exceso de secamiento de la muestra (sea en el horno o en el
aire). Se procede a agregar o retirar agua según sea necesario, revolver la muestra
hasta obtener una pasta semi-líquida homogénea en términos de humedad.

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Para los limos y suelos arenosos con poco contenido de arcilla el ensayo se
podrá realizar inmediatamente después de agregar agua, siguiendo el procedimiento
indicado en el párrafo anterior. Para los limos arcillosos será necesario conservar la
pasta aproximadamente 4 horas en un recipiente cubierto. Para las arcillas este tiempo
deberá aumentarse a 15 o más horas para asegurar una humedad uniforme de la
muestra.
7.4.5 Determinación del límite líquido.
En la práctica, el límite líquido se determina sabiendo que el suelo
remoldeado a
w = wL tiene una pequeña resistencia al corte (aproximadamente 0,02 kg/cm2) de tal
modo que la muestra de suelo remoldeado necesita de 25 golpes para cerrar en ½
pulgada dos secciones de una pasta de suelo de dimensiones especificadas más
adelante.
1) Se deberá iniciar el ensayo preparando una pasta de suelo en la cápsula de
porcelana con una humedad ligeramente superior al límite líquido, para lo cual
recibirán indicaciones del instructor,
2) Desmontar y secar la cápsula de la máquina de Casagrande, asegurándose que
ella se encuentre perfectamente limpia y seca antes de iniciar el procedimiento,
3) Montar la cápsula en su posición para el ensayo,
4) Se deberá iniciar el ensayo preparando una pasta de suelo en la cápsula de
porcelana con una humedad ligeramente superior al límite líquido, para lo cual
recibirán indicaciones del instructor
5) Desmontar y secar la cápsula de la máquina de Casagrande, asegurándose que
ella se encuentre perfectamente limpia y seca antes de iniciar el procedimiento,
6) Montar la cápsula en su posición para el ensayo,
7) Colocar entre 50 y 70g de suelo húmedo en la cápsula, alisando la superficie a
una altura de 1cm con la espátula, cuidando de no dejar burbujas de aire en la
masa de suelo,
8) Usando el acanalador separar el suelo en dos mitades según el eje de simetría
de la cápsula; para una arcilla, el surco se puede hacer de una vez; los limos
pueden exigir 2 o 3 pasadas suaves antes de completarlo, siendo este
procedimiento aún más complejo cuando se trata de suelos orgánicos con
raicillas,
9) Girar la manivela de manera uniforme a una velocidad de dos revoluciones/seg;
continuar hasta que el surco se cierre en ½” de longitud; anotar el número de
golpes, cuando éste sea inferior a 40,
10) Revolver el suelo en la cápsula de Casagrande con la espátula y repetir las
operaciones 5) y 6).

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⎞
w = w×⎛ N L
11) Tomar una muestra de aproximadamente 5 g de suelo en la zona donde se cerró
el surco y pesarla de inmediato para obtener su contenido de humedad, lo que
permitirá obtener un punto en el gráfico semi-logarítmico de humedad v/s número
de golpes que se describe más adelante,
12) Vaciar el suelo de la cápsula de Casagrande a la de porcelana (que todavía
contiene la mezcla de suelo inicial), continuar revolviendo el suelo con la
espátula (durante el cual el suelo pierde humedad) y en seguida repetir las
etapas (2) a (8),
13) Repetir etapas (2) a (9), 3 a 4 veces, hasta llegar a un número de golpes de 15 a
20.
7.4.6 Cálculo de wL.
Sobre un papel semi-logarítmico se construye la “curva de flujo” como se indica
en la figura. Los puntos obtenidos tienden a alinearse sobre una recta lo que permite
interpolar para la determinación de la ordenada wL para la abscisa N = 25 golpes.
Figura 7. Carta para determinar el wL.
7.4.7 Nota: Método de un punto.
Se puede obtener el valor de wL a través de una sola determinación. Este
método es válido para suelos de mismo tipo y formación geológica; se ha observado
que tales suelos tienen curvas de flujo de iguales inclinación, en
escala semi-log. Se usa la fórmula:
tanα
25
⎟⎠
⎜⎝

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en que: α = inclinación curva de flujo (escala semi-log)
N = número de golpes
w = contenido de humedad correspondiente a N.
(valores comunes de tgα : 0,12 a 0,13)
wL= límite líquido.
7.4.8 Determinación del limite plástico wP
El límite plástico es el contenido de humedad para el cual el suelo se fractura al
ser amasado en bastoncitos de diámetro 1/8” (3 mm) cuando se amasa una pequeña
porción de suelo entre la palma de la mano y una superficie lisa.
1) Utilizar una porción del material que queda del ensayo del límite líquido,
2) En los suelos muy plásticos wP puede ser muy diferente de wL; para evitar
excesivas demoras en el ensayo con los suelos muy plásticos, es necesario
secar el material al aire durante un cierto tiempo extendiéndolo sobre la placa de
vidrio o amasándolo sobre toalla de papel; se le puede igualmente colocar sobre
el horno (a temperatura baja), al sol, o bien bajo una ampolleta eléctrica; en
cualquier caso es necesario asegurarse que se seque de manera uniforme,
3) Tomar una bolita de suelo de 1cm3 y amasarla sobre el vidrio con la palma de la
mano hasta formar bastoncitos de 3mm de diámetro,
4) Reconstruir la bolita de suelo, uniendo el material con fuerte presión de las
puntas de los dedos y amasar nuevamente un bastoncito hasta llegar al límite
plástico,
5) El límite plástico, wP, corresponde al contenido de humedad para el cual un
bastoncito de 3 mm, así formado, se rompe en trozos de 0,5 a 1cm de largo, si
no se está seguro de haber alcanzado wP, es recomendable amasar una vez
más el bastoncito,
6) Pesar inmediatamente el bastoncito así formado para determinar su contenido de
humedad,
7) Realizar 2 o 3 ensayos repitiendo etapas (3) a (6) y promediar; diferencias entre
2 determinaciones no deberán exceder a 2%.
7.5 Preguntas
7.5.1 ¿Cuál es la razón por la cual se recomienda no secar al horno el material que
pasa bajo la malla Nº 200 al hacer los límites de Atterberg?
7.5.2 Un suelo in situ tiene un contenido de humedad que corresponde a su límite
líquido. ¿podría tener una resistencia al corte superior a 0,02kg/cm2? Explique.

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7.5.3 ¿Qué factores considera usted que pueden afectar los valores de límites de
Atterberg de un mismo depósito de suelo fino?
7.5.4 ¿Por qué no deben mezclarse diferentes capas de suelos de una muestra
estratificada?
7.6 Bibliografía
1. Lambe, T.W. Soil Testing for Engineers Wiley, New Cork, 1951, Capítulo 3
2. Casagrande, A. Clasification and Identification of Soils. Transactions of the
American Society of Civil Engineers, Vol. 113, p 901, 1948
3. Bowles, J.E. Manual de Laboratorio de Suelos en Ingeniería Civil
4. ASTM D4318-95a, Standard Test Method for Liquid Limit, and Plasticity Index of
Soils.
5. ASTM D422, Test Procedures for Particle-Size Analysis – Mechanical Method.

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GRANULOMETRÍA
CODIGO G-Geo-LDoc-8
VERSIÓN Nº 3
AUTORES

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8. ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO
8.1 Objetivos
Determinar la distribución de tamaños de las partículas componentes del suelo,
estableciendo en porcentaje del peso seco total, la cantidad de granos de distintos
tamaños presentes.
En este documento se consignan las principales consideraciones que se deben
tener presentes al momento de realizar un análisis granulométrico, o granulometría, en
muestras de suelo.
En el análisis granulométrico se busca determinar qué tamaños de partículas están
presentes en el suelo y en qué proporción.
Para la fracción gruesa, gravas y arenas, es adecuado el tamizado vía seca.
El “tamaño” determinado en este caso, no corresponde a ninguna medida de la
partícula, sólo se establece si la partícula pasa o queda retenida en un tamiz de
abertura cuadrada normalizada.
Para el suelo fino (limo y arcilla), una estimación de los “tamaños” se obtiene
realizando el análisis granulométrico vía húmeda.
En este caso, se mide la variación de la densidad con el tiempo en una suspensión
de agua – suelo.
Anteriormente, en el suelo fino se han separado las partículas usando un
desfloculante adecuado.
El “tamaño” obtenido en este ensayo, es el de la esfera equivalente, que decanta a
la misma velocidad de las partículas de suelo fino.
Los cálculos se basan en la ley de Stokes, esta ley se refiere a la fuerza de fricción
experimentada por objetos esféricos moviéndose en el seno de un fluido viscoso en un
régimen laminar de bajos números de Reynolds.
8.2.1 Análisis granulométrico vía seca:
En base al tamaño máximo (Tmáx) de la muestra de suelo, que se obtiene en
terreno, se traslada al laboratorio una cantidad adecuada de material.

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Si la naturaleza del suelo es inorgánica, se procede a secar al horno a 110ºC ±
5ºC una porción de la muestra inicial, seleccionada por un proceso denominado de
“cuarteo” que consiste en subdividir la muestra inicial en 4 partes.
El peso seco total de la muestra a tamizar (Ws) se determina cuidadosamente. Si
existen finos, estos se separan por un proceso de lavado sobre el tamiz Nº200
(0,074mm) y el resto del material se vuelve a secar al horno.
Una vez seco, el suelo restante se hace pasar por una serie de tamices
normalizados, vibrando cada tamiz manualmente o en una máquina. Se debe verificar
que la suma de las masas secas de grava, arena y finos, sea igual a la masa seca total
inicial.
Se pesa lo retenido en cada tamiz y en base a cálculos simples, se determina la
composición granulométrica del material, graficándose eventualmente la curva de
resultado.
En el tamizado se mide el ancho de la partícula por comparación con la abertura
nominal de la sección cuadrada de la malla que permite el paso del material.
Figura 8. Abertura de malla.
8.2.2 Análisis granulométrico vía húmeda:
Esta prueba de laboratorio también es conocida como Boyoucus y se basa en el
conocido principio de que si una muestra de suelo es disgregada en sus elementos
componentes, agitándola en agua por ejemplo, se producirá al dejar la suspensión en
reposo, una sedimentación paulatina de los diferentes tamaños de grano, en el orden
siguiente:
• Gravas, en forma inmediata.
• Arenas en menos de un minuto.
• Limos en menos de 20 a 30 minutos.
• Arcillas hasta en 24 horas.
• Coloides, no decantan en condiciones normales.

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Esta prueba simple puede hacerse en cualquier recipiente transparente y después
de 24 horas, si es que hay arcilla, medir las proporciones relativas de los estratos
formados, respecto del espesor o altura sólida total, estimando las proporciones de los
diferentes tamaños de grano presentes.
Las gravas y arenas, incluyendo sus subdivisiones (gruesa, media, fina) así como
los limos y arcillas, se distinguen visualmente con facilidad. En el caso del limo y la
arcilla además del hecho de que éste se ubica debajo de la arcilla, si es que existe, es
de color café amarillento.
La existencia de partículas coloidales menores de un micrón se reconoce por la
opacidad de la solución después de las 24 horas de observación.
Por sedimentación, la dimensión que se obtiene es el diámetro de la esfera
“equivalente”, que se deposita a la misma velocidad que la partícula.
Este diámetro equivalente puede ser mucho menor que el ancho de la misma.
La prueba se realiza utilizando un matraz de 1 lt de capacidad, en el interior del
cual se disgrega una cantidad de suelo fino por agitación usando una varilla de vidrio.
Eventualmente se pueden agregar elementos químicos destinados a asegurar la
separación completa de las partículas componentes del suelo. Este tipo de elementos
químicos se llaman desfloculantes y se determina experimentalmente cual es el más
adecuado en cada caso y en que proporción.
Una vez lograda la suspensión uniforme del suelo en el agua, se deja reposar el
matraz en una superficie estable y se mide a intervalos preestablecidos, la temperatura
y la densidad γm de la suspensión en ese momento.
El tamaño de las partículas más grandes que aún no han sedimentado al momento
de medir la densidad de la suspensión, se calcula por medio de la ley de Stokes. El
peso de las partículas menores que ese tamaño, se determina con el valor de la
densidad de la suspensión a ese nivel, densidad obtenida con la lectura del instrumento
llamado hidrómetro.
Para una suspensión de Ws (g) de suelo en 1000 cc de volumen total (Vt), se
tiene:

38 de 93
La granulometría de un suelo permite clasificarlo utilizando alguno de los muchos
sistemas de clasificación, tales como:
• USCS: Sistema Unificado de Clasificación de Suelos.
• AASHTO: American Association of State’s Highways and Transportation Officials
• FAA: Federal Aviation Association.
Clasificando un suelo, se aprovecha toda la experiencia anterior acumulada acerca
del uso de ese material en diversas aplicaciones.
Un caso frecuente en que la granulometría es muy importante, es en el caso de la
aceptación o rechazo de un material de base, sub-base ó de relleno, para el cual se
pide esté dentro de una “banda granulométrica”.
Si el material inicialmente no cumple, debe mezclarse con otro de manera que la
mezcla sí cumpla los requisitos.
Además de las restricciones granulométricas, los suelos para base, sub-base y
rellenos, deben cumplir requisitos de resistencia mecánica de los granos (Desgaste Los
Ángeles), capacidad de soporte CBR, angulosidad de los granos y porcentaje máximo
de partículas lajeadas.
8.3 Definiciones
A partir de la curva de distribución granulométrica, se pueden obtener diámetros
característicos tales como el D10, D30, D60. El diámetro D se refiere al tamaño de
partículas y el subíndice denota el porcentaje de material que pasa. Por ejemplo D10 =
0,15mm significa que el 10% de los granos de la muestra son menores en diámetro que
0,15mm. El diámetro D10 es también llamado diámetro efectivo del suelo.

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Una indicación de la variación o rango del tamaño de los granos presentes en una
muestra se obtiene mediante el coeficiente de uniformidad CU, utilizado en la
Clasificación Unificada, USCS, el que está definido como:
C D U =
60
D
10
En realidad, debiera llamarse coeficiente de desuniformidad, ya que un valor
creciente de este parámetro indica que los diámetros D60 y D10 difieren en tamaño
apreciablemente, es decir, el suelo tiene tamaños no uniformes. Sin embargo, esto no
asegura la inexistencia de vacíos de gradación, como el que se presenta cuando falta
un cierto tipo de tamaños por completo o solamente existe una muy pequeña cantidad
de diámetros de un determinado tamaño. (Cu es mayor que 4 en gravas y 6 en arenas)
Existe otro parámetro llamado coeficiente de curvatura CC, el cual mide la forma
de la curva entre el D60 y el D10, definiéndose de la siguiente manera:
2
30
C D C ⋅
D D
10 60
=
Valores de CC muy diferentes de la unidad indican la falta de una serie de
diámetros entre los tamaños correspondientes al D10 y el D60.
1. Suelos de grano grueso
> 50 % queda retenido en la malla Nº 200 (0,074mm)
o Más de la mitad de la fracción gruesa es retenida por la malla Nº 4 (4,75mm)
• fracción fina < 5%: GW, GP según CU y CC
• fracción fina > 12%: GM, GC según carta de plasticidad
• fracción entre 5% y 12%: Símbolos dobles. Ej: GW-GC, mezcla bien graduada de
arena y grava en una matriz arcillosa.
o Más de la mitad de la fracción gruesa pasa por la malla Nº 4 (4,75mm)
• fracción fina < 5%: SW, SP según CU y CC
• fracción fina > 12%: SM, SC según carta de plasticidad
• fracción entre 5% y 12%: Símbolos dobles.
2. Suelos de grano fino
> 50% pasa por la malla Nº 200 (0,074mm)
• Carta de plasticidad

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Malla
3" 75,0 Nº 4 4,750
2 1/2" 63,0 Nº 8 2,360
2" 50,0 Nº 10 2,000
1 1/2" 37,5 Nº 30 0,600
1" 25,0 Nº 40 0,425
¾" 19,0 Nº 50 0,300
½" 12,5 Nº 100 0,150
3/8" 9,5 Nº 200 0,074
8.4 Materiales y equipos
• Serie de mallas ASTM, conformadas por:
a. Tejidos. De alambre, abertura cuadrada, tensados y que cumplan la norma NCh
1022. Cuando no se cuente con tamices de aberturas nominales en mm, los
tamaños nominales de los tamices pueden ser los correspondientes a ASTM.
b. Marcos. Metálicos y suficientemente rígidos y firmes para fijar y ajustar las telas de
alambre, a fin de evitar pérdidas de material durante el tamizado y alteraciones en
la abertura de las mallas. Serán circulares, con diámetros de 200mm y
preferentemente de 300mm para suelos gruesos.
c. Depósito Receptor. Cada juego de tamices estará provisto de un depósito que
ajuste perfectamente para la recepción del residuo más fino.
d. Tapa. Cada juego de tamices estará provisto de una tapa que ajuste
perfectamente para evitar pérdidas de material y marcada con tres diámetros que
formen ángulos de 60° entre sí.
Tabla 1. Aberturas de mallas. (U.S. Standard)
Abertura
[mm] Malla
Abertura
[mm]
Fuente: Bardet, Jean Pierre. “Experimental Soil Mechanics”
• Balanzas de diferente sensibilidad.
Deben tener una capacidad superior a la masa de la muestra más el recipiente
donde se va a pesar; la resolución debe ser de 0,1g para muestras menores que
1.000g y de 1g para muestras mayores que 1.000g.
• Horno.
Tendrá circulación de aire y temperatura regulable para las condiciones del
ensayo.

41 de 93
8.5 Procedimiento
1. Pasar la muestra seca de suelo por la malla 3/8” y separar el material que pasa esta
malla, a fin de determinar el porcentaje de finos de forma confiable posteriormente,
2. Pasar el material retenido en la malla 3/8” por las mallas 3”, 2 ½”, 2”, 1 ½”, 1”, ¾”, ½”
y 3/8” y pesar las porciones de material retenido en cada una de ellas,
3. Mezclar homogéneamente el material que pasó por la malla 3/8” y tomar una
muestra representativa según indicación del instructor,
4. Colocar la muestra obtenida en etapa (3) sobre la malla Nº200 y lavar el material,
utilizando agua común, de tal manera que el agua arrastre los finos haciéndolos
pasar por esta malla, hasta que el agua que pasa a través de la malla mantenga su
transparencia.
5. Verter cuidadosamente el residuo, en un recipiente desecador y permitir la
sedimentación por un período de tiempo suficiente hasta lograr que el agua en la
parte superficial de la suspensión se vuelva transparente, eliminar esta agua
transparente y colocar el recipiente con la suspensión suelo y agua remanentes en
el horno para secado,
6. Al día siguiente, regresar al laboratorio y pesar el residuo secado al horno o, en su
defecto, el instructor les entregará otras indicaciones,
7. Finalmente, pasar la muestra (lavada y seca) por las mallas Nº 4 a la Nº 200,
registrando el peso retenido en cada malla.
La información obtenida del análisis granulométrico se presenta en un gráfico semi-logarítmico
donde en abscisas se indican los diámetros de partículas y en ordenadas el
porcentaje en peso que pasa.
Una vez dibujada la curva granulométrica, se determinan los valores siguientes:
• D10: Abertura nominal del tamiz, por el cual pasaría el 10% del total del material.
• D30: Idem anterior, pero para el 30%.
• D60: Idem anterior, pero para el 60%.

42 de 93
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0,01 0,1 1 10
Diámetro de partícula [mm]
Porcentaje que pasa [%]
Figura 9. Gráfico granulométrico.
8.6 Preguntas
• ¿De dónde vienen las muestras?
En esta experiencia se trabaja con una muestra obtenida de acopios en terreno.
Su origen y tipo de material al que corresponde, debe ser averiguado con el personal de
Laboratorio.
• ¿Cómo se debe secar el suelo?
Los suelos granulares limpios se pueden secar a horno o en estufa, a fuego
suave. Los suelos con finos, deben secarse al aire.
• ¿Cómo deben tratarse los terrones en el ensayo?
Los terrones deben disgregarse usando martillo de goma.
• ¿Para qué debe realizarse el lavado de finos?
Para separar el fino del grueso. Este procedimiento se emplea cuando la
muestra tiene ambas fracciones. Estos deben separarse por lavado con agua usando
la malla Nº.200 para retener el grueso.

43 de 93
El fino lavado con agua debe recogerse en un recipiente adecuado y ponerse al
horno para encontrar su masa seca.
La grava y arena lavadas se secan a estufa para luego ser tamizadas.
• ¿Qué información entregan los coeficientes Cu y Cc?
Sirven para distinguir gravas y arenas bien graduadas, de las uniformes o mal
graduadas.
8.7 Bibliografía y normativa
• LNV
• ASTM. (D 421-58 y D 422-63)
• AASHTO (T 88-70 Y T 87-70)
8.8 Instructivo
ƒ Pasar la muestra seca de suelo por la malla 3/8” y separar el material que pasa
esta malla, a fin de determinar el porcentaje de finos de forma confiable
posteriormente, pasar el material retenido en la malla 3/8” por las mallas 3”, 2 ½”,
2”, 1 ½”, 1”, ¾”, ½” y 3/8” y pesar las porciones de material retenido en cada una
de ellas,
ƒ Mezclar homogéneamente el material que pasó por la malla 3/8” y cuartear la
muestra hasta obtener aproximadamente 7 a 8 kg.
ƒ Colocar esta muestra sobre la malla Nº 200 y lavar el material, utilizando agua
común, de tal manera que el agua arrastre los finos haciéndolos pasar por esta
malla, hasta que el agua que pasa a través de la malla mantenga su transparencia,
ƒ Verter cuidadosamente el residuo, en un recipiente desecador y permitirle
sedimentar por un período de tiempo suficiente hasta lograr que el agua en la
parte superficial de la suspensión se vuelva transparente, eliminar esta agua
transparente y colocar el recipiente con la suspensión suelo y agua remanentes en
el horno para secado,
ƒ Al día siguiente, regresar al laboratorio y pesar el residuo secado al horno o, en su
defecto, el instructor les entregará otras indicaciones,
ƒ Finalmente, pasar la muestra (lavada y seca) por las mallas Nº 4 a la Nº 200,
registrando el peso retenido en cada malla.
ƒ Anote lo retenido en cada tamiz y en el fondo (finos).
ƒ Sume los pesos retenidos y verifique que el error sea aceptable.

44 de 93
ENSAYE DE COMPACTACIÓN
(Proctor)
CODIGO G-Geo-LDoc-9
VERSIÓN Nº 3
AUTORES

45 de 93
9. ENSAYO DE COMPACTACION
9.1 Objetivo
Determinar la relación óptima de humedad versus densidad de un suelo
compactado en un molde normalizado para un nivel de energía específico.
El propósito de un ensayo de compactación en laboratorio es determinar la curva
de compactación para una determinada energía de compactación. Esta curva considera
en abscisas el contenido de humedad y en ordenadas la densidad seca. A partir de ella,
se podrá obtener la humedad óptima que es la que corresponde a la densidad máxima
del suelo para ese nivel de energía aplicado. Con estos resultados se podrá determinar
la cantidad de agua de amasado a usar cuando se compacta el suelo en terreno para
obtener la máxima densidad seca en función de una determinada energía de
compactación. Para cumplir este propósito, el ensayo de laboratorio debe considerar
un tipo de compactación similar a la desarrollada en terreno con los equipos de
compactación a especificar.
El agua juega un papel importante, especialmente en suelos con material fino.
Esta fracción fina, que puede ser para gravas sobre un 8% y para arenas sobre un 12%
(Holtz 1973), lleva a limitar el uso de la densidad relativa y, por lo tanto, obliga a su
reemplazo por el ensayo de compactación. El agua en poca cantidad, se encuentra en
forma capilar, produciendo tensiones de compresión entre las partículas constituyentes
del suelo que llevan a la formación de grumos difíciles de desintegrar y que terminan
por dificultar la compactación. Mirado desde un punto de vista físico-químico, se
produce una tendencia a la floculación entre las partículas arcillosas, lo que produce
uniones entre partículas difíciles de romper. El aumento del contenido de humedad
hace disminuir la tensión capilar, y a nivel físico-químico, facilita la separación de las
partículas haciendo que una misma energía de compactación produzca mejores
resultados en el grado de consistencia del suelo, representado por un menor índice de
vacíos y un mayor peso unitario seco. Si por otra parte, el agua pasa a existir en una
cantidad excesiva antes de iniciar la compactación, ella dificultará el desplazamiento de
las partículas de suelo, debido a la baja permeabilidad del suelo y por ende a la
dificultad de su eliminación, produciendo una disminución en la eficiencia de la
compactación. En consecuencia, existirá para un determinado suelo con finos y para
una determinada energía de compactación, una humedad óptima para la cual esta
energía de compactación producirá un material con densidad seca máxima.

46 de 93
Al compactar un suelo se desea lo siguiente:
• disminuir futuros asentamientos
• aumentar la resistencia al corte
• disminuir la permeabilidad
Para asegurar una compactación adecuada deben realizarse canchas de prueba
en terreno que permitirán definir los equipos de compactación más adecuados para
esos materiales, los espesores de capa y número de pasadas del equipo seleccionado
para cumplir con las especificaciones técnicas de densidad seca. El control de la obra
final se realizará a través de determinaciones de los parámetros densidad seca y
humedad de compactación de los rellenos colocados. Las especificaciones para la
compactación en terreno exigen la obtención de una densidad mínima, que es un
porcentaje de la densidad máxima seca obtenida en el laboratorio. Una práctica común
para numerosas obras es exigir a lo menos el 95% del Proctor Modificado.
9.3 Definiciones
En 1933, R.R. Proctor definió el ensayo conocido como Proctor Estándar, el cual
consiste en tomar una muestra de 3kg de suelo, pasarla por el tamiz Nº 4, agregarle
agua cuando sea necesario, y compactar este suelo bien mezclado en un molde de
944cm3 en tres capas con 25 golpes por capa de un martillo de compactación de 24,5
N con altura de caída de 0,305m. Esto proporciona una energía nominal de
compactación de 593.7kJ/m3.
Cuando el ensayo incluye la reutilización del material, la muestra es removida del
molde y se toman muestras para determinar el contenido de humedad para luego
desmenuzarla hasta obtener grumos de tamaño máximo aproximado al tamiz Nº 4. Se
procede entonces a agregar más agua, se mezcla y a continuación se compacta
nuevamente el suelo en el molde. Esta secuencia se repite un número de veces
suficiente para obtener los datos que permitan dibujar una curva de densidad seca
versus contenido de humedad con un valor máximo en términos de densidad seca y
suficientes puntos a ambos lados de éste. La ordenada de este diagrama se conoce
como la densidad máxima y el contenido de humedad al cual se presenta esta
densidad, se denomina humedad óptima.
Durante la segunda Guerra Mundial, los nuevos y pesados equipos de aviación
pasaron a exigir densidades de subrasante en las aeropistas, mayores que el 100% del
Proctor Estándar. Se introdujo entonces el ensayo de compactación modificado
(Proctor Modificado, ensayo modificado AASHTO, o ensayo de compactación
modificado) en el que se utiliza una mayor energía de compactación.

47 de 93
Las características básicas del ensayo son las mismas del ensayo estándar de
compactación. El ensayo de compactación modificado aplica una energía nominal de
compactación al suelo de 2710kJ/m3 lo que representa cerca de 5 veces la energía de
compactación del ensayo estándar produciendo un incremento entre un 5 y un 10% de
la densidad y una disminución en la humedad óptima.
Toda curva de compactación estará siempre por debajo de la curva de saturación,
S = 100% la que puede ser graficada en la curva de compactación una vez conocido el
peso específico de los granos, Gs. En el mismo gráfico se pueden incluir las curvas
para S = 90 y 80%.
La curva S = 100% se obtiene calculando, para cualquier contenido de humedad w,
su peso unitario seco:
S
G
⋅
+ ⋅
γ
S w
=
1
γ
d w G
donde:
GS: densidad de los sólidos
γw: peso unitario del agua
w: contenido de humedad
La densidad seca se puede expresar en función de la densidad húmeda y el
contenido de humedad:
γ
w
t
=
1
γ
d +
donde:
γt: densidad húmeda
w: contenido de humedad
Las curvas para otros grados de saturación, pueden ser fácilmente calculadas.
9.4 Equipos
9.4.1 Moldes Metálicos.
• Deben tener forma cilíndrica; pueden estar constituidos por una pieza completa o
por dos piezas semicilíndricas ajustables.
• El molde debe tener un collar separable de aproximadamente 60 mm de altura.
• El conjunto de molde y collar debe estar construido de modo que pueda ajustarse
firmemente a una placa base.
• Los moldes deben tener las dimensiones y capacidad volumétrica que se indican:
a) Molde de 4” de diámetro nominal, con capacidad (V) de 0,944 ± 0,008 lt, un
diámetro interno de 101,6 ± 0,4 mm y altura de 116,4 ± 0,1 mm.

48 de 93
b) Molde de 6” de diámetro nominal, con capacidad (V) de 2,124 ± 0,021 lt, un
diámetro interno de 152,4 ± 0,7 mm y altura de 116,4 ± 0,1 mm.
9.4.2 Pisón Metálico.
• Debe tener una cara circular de 50 ± 0,2 mm de diámetro y una masa de 4.500 ±
10 g. Debe estar equipado con una guía tubular para controlar la altura de caída
de 460 ± 2 mm.
• La guía debe tener a lo menos cuatro perforaciones no menores que 10 mm
ubicadas a 20 mm de cada extremo, separadas en 90° entre sí y dejar una
holgura suficiente para no restringir la libre caída del pisón.
9.4.3 Probetas Graduadas.
Una de 500 cm³ de capacidad, graduada a 5 cm³ y otra de 250 cm³ de
capacidad, graduada a 2,5 cm³.
9.4.4 Balanzas.
Una de 10 kg de capacidad y una resolución de 5 g y otra de 1 kg de capacidad y
una resolución de 0,1g.
9.4.5 Horno.
De temperatura regulable y circulación de aire.
9.4.6 Regla de Acero.
De 300mm de largo y con un canto biselado.
9.4.7 Tamices.
Tejidos de alambre, de abertura cuadrada de 50, 20 y 5mm de abertura nominal.
9.4.8 Herramientas
Herramientas y paila para mezclado, cuchara, llana, espátula, etc., o un
dispositivo mecánico para mezclado.
9.5 Procedimiento (Proctor Modificado)
9.5.1 Alcances
El procedimiento varía según el tipo de suelo y el ensayo de compactación que
se desee realizar:
Si el suelo es bajo ¾” se utiliza el molde normalizado de 4” de diámetro.
Si el suelo es bajo 3” se utiliza el molde normalizado de 6” de diámetro, y una
substitución de material llamada “reemplazo”.

49 de 93
El “reemplazo” consiste en sustituir el material entre 3” y ¾” por uno
“equivalente”, entre ¾” y tamiz Nº 4.
Si se desea aplicar el método de compactación Proctor Normal, se debe usar el
pisón más pequeño.
Si se desea aplicar el método de compactación Proctor Modificado, se debe usar
el pisón más grande.
• Tomar 6 kg de suelo secado al aire, desmenuzado para que pase a través del
tamiz Nº 4; luego debe ser mezclado con la cantidad de agua necesaria para
alcanzar el contenido de humedad basado en porcentaje de peso seco; la
humedad deberá ser, para este primer ensayo, aproximadamente un 4 a 5%
menor que la humedad óptima estimada; debe quedar claro que el suelo y el
agua en un ensayo deberían mezclarse con anterioridad y dejarse curar, para
asegurar su distribución homogénea, durante 24 horas cuando se trabaja con
suelos cuyos finos sean plásticos; sin embargo, en esta sesión de laboratorio
para estudiantes, esta etapa podrá omitirse.
• Pesar el molde de compactación, sin incluir la base ni el collar.
• Medir las dimensiones internas del molde de compactación para determinar su
volumen.
• Compactar el suelo en 5 capas aplicando 56 golpes sobre cada una (para molde
grande); se debe procurar que la última capa quede por sobre la altura del molde
de compactación; en caso que la superficie de la última capa quedara bajo la
altura del molde, se debe repetir el ensayo; se debe evitar además que esta
última capa exceda en altura el nivel del molde en más de 6mm ya que al enrasar
se estaría eliminando una parte significativa del material compactado,
disminuyendo la energía de compactación por unidad de volumen.
• Retirar cuidadosamente el collar de compactación, evitar girar el collar; en caso
que se encuentre muy apretado, retirar con espátula el suelo que se encuentra
adherido a los bordes por sobre el nivel del molde; finalmente enrasar
perfectamente la superficie de suelo a nivel del plano superior del molde.
• Pesar el molde con el suelo compactado y enrasado.
• Extraer el suelo del molde y tomar una muestra representativa para determinar el
contenido de humedad.
• Desmenuzar el suelo compactado y mezclarlo con suelo aún no utilizado;
agregar un 2% de agua y repetir los pasos; realizar la cantidad de ensayos que el
instructor indique, suficientes para obtener una cantidad de puntos que permitan
determinar la humedad óptima y la densidad máxima, agregando agua para
obtener humedades aparentes incrementadas en porcentajes adecuados al suelo
ensayado, por ejemplo 8%, 12% y 16%.
• Calcular el peso unitario seco y hacer un grafico de d γ versus w (contenido de
humedad). Obtener la densidad seca máxima y la humedad óptima asociada.

50 de 93
2,2
2
1,8
1,6
1,4
1,2
• Dibujar en este gráfico la curva de saturación; si no se conoce Gs, suponer que
la densidad saturada correspondiente a la humedad óptima es 5% mayor que la
densidad máxima seca; con este valor calcular el valor de Gs; la curva de
saturación en ningún caso debe intersectar la curva de compactación; en caso
que esto suceda, incrementar en un 1% adicional el valor de la densidad
saturada hasta asegurar que la curva de saturación pase por sobre la de
compactación.
Ensayo de Compactación
1
4 6 8 10 12 14 16 18 20
Contenido de humedad [%]
Densidad Seca [t/m3
Figura 10. Curva de compactación.
9.6 Preguntas
9.6.1 ¿Qué es densidad máxima compactada seca (DMCS)?
Valor de densidad seca de un suelo compactado obtenida de acuerdo a un
procedimiento normalizado, que representa el estado más denso posible de ese suelo
para un tipo y cantidad de energía por unidad de volumen dados.
9.6.2 ¿Qué es humedad óptima?
Valor de la humedad con la cual un suelo compactado de acuerdo a un
procedimiento normalizado, alcanza el estado mas denso posible para un tipo y
cantidad de energía por unidad de volumen dados.
9.6.3 ¿Qué unidades se utilizan?
Ton/m3, kg/lt, g/cm3, pcf (pounds per cubic feet, libras por pie cúbico).

51 de 93
9.6.4 ¿Qué determina el valor numérico de la DMCS?
El tipo de mineral constituyente de los granos o partículas.
La granulometría. El grado de redondez de las partículas. El tipo y porcentaje de
finos del suelo ensayado. El tipo de energía usado en la compactación. La cantidad de
energía por unidad de volumen aplicada al suelo.
9.6.5 ¿En qué suelos se aplica el ensayo de compactación Proctor?
En suelos granulares (gravas y arenas) con finos cohesivos y en suelos finos
limosos o arcillosos.
En general corresponde aplicarlo cuando en el ensayo de compactación Proctor se
obtiene una curva humedad - densidad bien definida, con un solo máximo.
9.6.6 ¿Cómo debiera determinarse los valores de DMCS?
Las porciones de suelo debieran dejarse humectando desde el día anterior al
ensayo, de manera de lograr una distribución de humedad uniforme en todo el suelo,
antes de compactar.
9.6.7 ¿Cómo se regula en terreno la compactación aplicada al suelo?
En terreno, las variables que regulan el proceso de compactación son:
− Espesor suelto de capa a compactar.
− Humedad con que llega el suelo a compactar.
− Cantidad de agua por m3 por capa agregada por el camión regador (aljibe).
− Uniformización de la humedad usando motoniveladora.
− Uso del rodillo adecuado (liso, pata de cabra, estático ó vibratorio).
− Peso del rodillo adecuado al espesor de capa.
− Velocidad de pasada adecuada.
− Número de pasadas por punto adecuado.
− Traslapos en las pasadas de rodillo.
9.6.8 ¿Cómo se encuentra en obra la mejor combinación entre los factores de
compactación?
Construyendo canchas de prueba en las cuales se ajusta la combinación de
factores hasta encontrar la mas adecuada.
9.6.9 ¿Puede haber valores de densidad in situ mayores que 100% de la DMCS?
No es habitual, pero sí es posible. Valores muy altos ó muy bajos de densidad en
terreno, sugieren primero una revisión del material usado para encontrar el valor DMCS,
o sea, se debe verificar la representatividad del suelo usado en el Laboratorio en
relación con el suelo compactado en obra. Otra comprobación a realizar es acerca de
la variabilidad con que llega el material desde el empréstito ó si se ha cambiado éste.
En el caso de compactación en obra muy enérgica, con equipos muy pesados ó
muy eficientes, también puede haber una densidad in situ mayor que el 100% de la
DMCS.

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