Guía de Laboratório de Geotecnia

Vista previa del material en texto

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  
 
GUÍA LABORATORIO GEOTECNIA 
 
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES  Geo  0
 
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  
 
GUÍA LABORATORIO GEOTECNIA 
 
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES  Geo  0
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  
 
GUÍA LABORATORIO GEOTECNIA 
 
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES  Geo  0
 
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  
 
GUÍA LABORATORIO GEOTECNIA 
 
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES  Geo  0
 
 
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  
 
GUÍA LABORATORIO GEOTECNIA 
 
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES  Geo  0
 
 
 
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  
 
GUÍA LABORATORIO GEOTECNIA 
 
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES  Geo  0
 
 
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. 
 
viii  
 
GUÍA LABORATORIO GEOTECNIA 
 
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES  Geo  0
SUELO 
AGUA 
AIRE 
VOLÚMENES PESOS 
Wa 
Ww 
Ws 
 
Va 
Vw 
 
Vv 
Vs 
 
VT 
 
 
 
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: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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  
 
GUÍA LABORATORIO GEOTECNIA 
 
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES  Geo  0
 
De acuerdo a esta simbología, en el esquema las siguientes son las relaciones básicas: 
 WT = Ww + Ws 
 Vv = Vw + Va 
 VT = Vv + Vs 
 VT = Va + Vw + Vs 
De acuerdo a esto, las definiciones básicas son: 
-Peso unitario total: 
T
T
V
W=γ (también se suele escribir Tγγ = ) 
- Peso unitario seco: 
T
S
d V
W=γ 
- Peso unitario de partículas sólidas: 
Vs
Ws
S =γ 
- Peso unitario del agua: 
Vw
Ww
W =γ 
- Peso unitario saturado: 
T
T
Sat V
W=γ (se supone todos los vacios llenos con 
agua) 
- Peso específico de sólidos: 
W
S
SG γ
γ= 
- Grado de saturación: 100⋅=
Vv
Vw
S (puede expresarse en tanto por uno o 
porcentaje) 
- Índice de vacíos o de huecos: 
TV
Vv
e= 
- Porosidad: 100⋅=
TV
Vv
n (puede expresarse en tanto por uno o 
porcentaje) 
- Peso unitario sumergido: WSat γγγ −='
 
1 de 93  
GUÍA LABORATORIO GEOTECNIA 
 
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES  Geo  1 
 
 
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 
Pablo Medina Dávila 
Eduardo Barra Rivera 
Lientur Guzmán Meza 
 
2 de 93  
GUÍA LABORATORIO GEOTECNIA 
 
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES  Geo  1 
 
 
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  
GUÍA LABORATORIO GEOTECNIA 
 
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES  Geo  1 
 
 
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 
 
4 de 93  
GUÍA LABORATORIO GEOTECNIA 
 
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES  Geo  1 
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 (coloresmuy 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. 
 
 
5 de 93  
GUÍA LABORATORIO GEOTECNIA 
 
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES  Geo  2
 
DETERMINACIÓN DEL 
CONTENIDO DE HUMEDAD 
CODIGO G-Geo-LDoc-2 
FECHA DE EMISIÓN Marzo de 2008 
VERSIÓN Nº 3 
REEMPLAZA A Versión 2 del 2002 
AUTORES 
Pablo Medina Dávila 
Eduardo Barra Rivera 
Lientur Guzmán Meza 
 
6 de 93  
GUÍA LABORATORIO GEOTECNIA 
 
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES  Geo  2
 
 
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. 
 
 
Figura 1. Agua en los suelos. 
 
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. 
Partícula Seca
Partícula 
Superficialmente Seca
Agua 
Intersticial
Partícula Saturada
Agua Libre
Agua 
Intersticial
 
7 de 93  
GUÍA LABORATORIO GEOTECNIA 
 
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES  Geo  2
 
2.3 Definiciones 
 
s
sh
W
WW
wHumedad
−=: 
 
Donde =hW masa o peso de suelo húmedo 
=sW 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
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
Precisión de Balanzas según 
cantidad de la muestra
Cantidad de muestra a ensayar según 
tamaño máximo
 
 
 
2.4 Observaciones importantes: 
 
 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. 
 
 Las muestras usadas para determinar la humedad no deben utilizarse en ningún 
otro tipo de ensayo. 
 
 Esta guía se complementa con el formulario F-7.5-LDoc-02. 
 
8 de 93  
GUÍA LABORATORIO GEOTECNIA 
 
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES  Geo  3
 
 
 
DETERMINACIÓN DEL 
PESO UNITARIO DE SUELOS 
COHESIVOS 
(Densidad Aparente) 
CODIGO G-Geo-LDoc-3 
FECHA DE EMISIÓN Marzo de 2008 
VERSIÓN Nº 3 
REEMPLAZA A Versión 2 del 2002 
AUTORES 
Pablo Medina Dávila 
Eduardo Barra Rivera 
Lientur Guzmán Meza 
 
9 de 93  
GUÍA LABORATORIO GEOTECNIA 
 
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES  Geo  3
 
 
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. 
 
 
 
10 de 93  
GUÍA LABORATORIO GEOTECNIA 
 
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES  Geo  4
 
 
 
 
DETERMINACIÓN DE LA 
 
DENSIDAD RELATIVA 
CODIGO G-Geo-LDoc-4 
FECHA DE EMISIÓN Marzo de 2008 
VERSIÓN Nº 3 
REEMPLAZA A Versión 2 del 2002 
AUTORES 
Pablo Medina Dávila 
Eduardo Barra Rivera 
Lientur Guzmán Meza 
 
11 de 93  
GUÍA LABORATORIO GEOTECNIA 
 
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES  Geo  4
 
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 especificacionesde 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. 
 
 
12 de 93  
GUÍA LABORATORIO GEOTECNIA 
 
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES  Geo  4
 
 
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  
GUÍA LABORATORIO GEOTECNIA 
 
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES  Geo  4
 
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. 
 
14 de 93  
GUÍA LABORATORIO GEOTECNIA 
 
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES  Geo 5
 
 
 
 
 
 
DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD 
DE PARTÍCULAS SÓLIDAS 
(Peso Específico) 
CODIGO G-Geo-LDoc-5 
FECHA DE EMISIÓN Marzo de 2008 
VERSIÓN Nº 3 
REEMPLAZA A Versión 2 del 2002 
AUTORES 
Pablo Medina Dávila 
Eduardo Barra Rivera 
Lientur Guzmán Meza 
 
15 de 93  
GUÍA LABORATORIO GEOTECNIA 
 
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES  Geo 5
 
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). 
 
 
 
 
16 de 93  
GUÍA LABORATORIO GEOTECNIA 
 
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES  Geo 5
 
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 
 
17 de 93  
GUÍA LABORATORIO GEOTECNIA 
 
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES  Geo 5
• 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. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 2. Calibración matraz. 
   
Marca de calibración 
Nivel de agua destilada 
 
18 de 93  
GUÍA LABORATORIO GEOTECNIA 
 
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES  Geo 5
 
 
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
tiw
MftiMatxw
txMa +−⋅=
)(
)()(
)( 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: 
MmMaMs
wMs
s −+
⋅=
)(
ρρ 
 
 
en que: ρw = densidad del agua a la temperatura de ensayo 
 
19 de 93  
GUÍA LABORATORIO GEOTECNIA 
 
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES  Geo 5
 
 
 
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. 
 
)( AC
wC
s −
⋅= ρρ 
 
 
en que: ρw = densidad del agua a la temperatura de ensayo 
 
20 de 93  
GUÍA LABORATORIO GEOTECNIA 
 
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES  Geo 5
 
5.4 Anexo 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 3. Elementos para la determinación de la densidad de 
partículas sólidas sobre 5mm. 
 
Balanza 
Recipiente 
Muestra 
Canastillo 
portamuestra
Agua 
 
21 de 93  
GUÍA LABORATORIO GEOTECNIA 
 
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES  Geo  6 
DETERMINACIÓN DE LA 
 
DENSIDAD EN TERRENO 
CODIGO G-Geo-LDoc-6 
FECHA DE EMISIÓN Marzo de 2008 
VERSIÓN Nº 3 
REEMPLAZA A Versión 2 del 2002 
AUTORES 
Pablo Medina Dávila 
Eduardo Barra Rivera 
Lientur Guzmán Meza 
 
22 de 93  
GUÍA LABORATORIO GEOTECNIA 
 
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES  Geo  6 
Perforación
Placa
Cono
Válvula
Arena 
Normalizada
Frasco
 
 
6. DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD IN SITU 
 
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 
doblecono (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
W
W T
S +=
1
 
 
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. 
 
 
23 de 93  
GUÍA LABORATORIO GEOTECNIA 
 
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES  Geo  6 
 
 
El volumen del hueco excavado se determina ahora como: 
)(
3
arenad
C
agujero
WW
V 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 9(arenadγ (arena) son determinados a partir de la calibración hecha 
en laboratorio. 
 
El peso unitario húmedo del suelo in situ se determina a través de: 
agujero
T
hum V
W=γ 
 
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 
material es: 
w
hum
d +=
1
γγ 
 
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. 
 
 
24 de 93  
GUÍA LABORATORIO GEOTECNIA 
 
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES  Geo  6 
 
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”. 
 
 
25 de 93  
GUÍA LABORATORIO GEOTECNIA 
 
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES  Geo  7
 
DETERMINACIÓN DE LOS 
 
LÍMITES DE CONSISTENCIA 
(Límites de Atterberg) 
CODIGO G-Geo-LDoc-7 
FECHA DE EMISIÓN Marzo de 2008 
VERSIÓN Nº 3 
REEMPLAZA A Versión 2 del 2002 
AUTORES 
Pablo Medina Dávila 
Eduardo Barra Rivera 
Lientur Guzmán Meza 
 
 
26 de 93  
GUÍA LABORATORIO GEOTECNIA 
 
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES  Geo  7
 
 
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 (w L ó LL) : contenido de humedad del suelo en el límite entre el 
estado líquido2 y plástico. 
b) Limite Plástico (w p ó LP): es el contenido de humedad del suelo en el límite 
entre los estados semi-sólido y plástico. 
 
 
27 de 93  
GUÍA LABORATORIO GEOTECNIA 
 
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES  Geo  7
 
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 SEMILÍQUIDO LÍQUIDOPLÁSTICO
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. 
 
 
28 de 93  
GUÍA LABORATORIO GEOTECNIA 
 
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES  Geo  7
 • 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: Combinaciónde 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. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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. 
 
 
 
Herramienta tipo ASTM para 
hacer la ranura 
 
 
Herramienta tipo Casagrande 
para hacer la ranura 
 
 
29 de 93  
GUÍA LABORATORIO GEOTECNIA 
 
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES  Geo  7
 
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. 
 
 
 
30 de 93  
GUÍA LABORATORIO GEOTECNIA 
 
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES  Geo  7
 
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). 
 
 
 
31 de 93  
GUÍA LABORATORIO GEOTECNIA 
 
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES  Geo  7
 
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 w L. 
 
 
 
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: 
 
αtan
25
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛×= N
wwL
 
 
32 de 93  
GUÍA LABORATORIO GEOTECNIA 
 
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES  Geo  7
 
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 bastoncitosde 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. 
 
 
 
33 de 93  
GUÍA LABORATORIO GEOTECNIA 
 
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES  Geo  7
 
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.
 
 
34 de 93  
GUÍA LABORATORIO GEOTECNIA 
 
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES  Geo  8
 
GRANULOMETRÍA 
CODIGO G-Geo-LDoc-8 
FECHA DE EMISIÓN Marzo de 2008 
VERSIÓN Nº 3 
REEMPLAZA A Versión 2 del 2002 
AUTORES 
Pablo Medina Dávila 
Eduardo Barra Rivera 
Lientur Guzmán Meza 
 
 
35 de 93  
GUÍA LABORATORIO GEOTECNIA 
 
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES  Geo  8
 
 
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. 
 
8.2 Antecedentes generales 
 
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. 
 
 
 
 
 
 
36 de 93  
GUÍA LABORATORIO GEOTECNIA 
 
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES  Geo  8
 
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. 
 
 
 
 
37 de 93  
GUÍA LABORATORIO GEOTECNIA 
 
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES  Geo  8
 
 
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 disgregauna 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  
GUÍA LABORATORIO GEOTECNIA 
 
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES  Geo  8
 
 
 
 
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. 
 
 
39 de 93  
GUÍA LABORATORIO GEOTECNIA 
 
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES  Geo  8
 
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: 
10
60
D
D
CU = 
 
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: 
6010
2
30
DD
D
CC ⋅= 
 
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 
 
 
 
40 de 93  
GUÍA LABORATORIO GEOTECNIA 
 
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES  Geo  8
 
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) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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. 
Malla 
Abertura 
[mm] Malla 
Abertura 
[mm] 
 
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 
 
 
41 de 93  
GUÍA LABORATORIO GEOTECNIA 
 
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES  Geo  8
 
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,