MECANICA DE SUELOS I
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CURSO
: MECANICA DE SUELOS I
DOCENTE
: ING. ARTURO DEL POZO CASTRO
INTEGRANTES:
ALARCON SUAREZ Tatiana
BRICEÑO EULOGIO Jhomer
GARAY RIOS Heydi
GOMEZ TORRES Cesar
RAMOS SALAZAR Anderson
ROJAS CHACON Anthony
SIERRA SOLIS Elvis
VERASTEGUI ZAVALA Luis
SECCIÓN
: AI 1201
GRUPO
: 1.3
HYO-PERÚ 2016
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MECANICA DE SUELOS I
INDICE .............................................................................................................................. .............................................................................. ........... 2 INDICE ........................................................... ....................................................................................................................... ............................................................... ........................................................ 3 .......................................................................................................................... 4 ................................................................................................................. ......................................................... ........................................................ 4
2.1. Equivalente de arena………………………………………………………………… 4 2.2. Muestra…………………………………………………………………………………. 7 ........................................................................................................................... .......................................................................................................................... 8 ........................................................................................................... 9
4.1 Procedimiento de prueba ............................................................................................ 9 4.2 Resultados y análisis de los mismos .................................................................... 13 5.
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6.
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7.
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Un suelo son sedimentos u otras acumulaciones de partículas sólidas no consolidadas producidas por la desintegración física o química de rocas las cuales pueden o no contener materia orgánica, el agregado fino es el agregado que pasa la malla de 9.5 mm (3/8 pulgadas.) y casi totalmente pasando la malla de 4.75 mm (No. 4) y retiene en su gran mayoría en la malla de 75 mm (No. 200). Teniendo un volumen medido de suelo o agregado fino y una pequeña cantidad de solución floculante son colocados dentro de una probeta de plástico graduada y es agitado para desprender la arcilla que recubre las partículas de arena en el espécimen de ensayo. Entonces el espécimen es “irrigado” usando solución floculante adicional forzando al material de arcilla entrar en suspensión sobre la arena. Luego de esto esperamos un periodo de tiempo y leemos la altura de la arcilla suspendida en la solución, esto con la ayuda de la probeta graduada. En el siguiente informe se dará a conocer como se determin a el equivalente de arena de un suelo: el procedimiento, los aparatos y los cálculos de este ensayo mediante la norma ASTM D2419 y la MTC E 114-2000, el cual consiste en determinar la proporción relativa del contenido de polvo fino nocivo, o material arcilloso, en los suelos o agregados finos; para finalmente obtener resultados claros y precisos.
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Al
: Ing. Arturo Daniel Del Pozo Castro
De
: Alarcón Suarez Tatiana Briceño Eulogio Jhomer Garay Ríos Heydi Gómez Torres Cesar Ramos Salazar Anderson Rojas Chacón Anthony Sierra Solís Elvis Verastegui Zavala Luis
Asunto: Gravedad especifica Fecha : Huancayo, 20/04/2016
Determinar la proporción relativa del contenido de polvo fino nocivo o material arcilloso.
2.1. EQUIVALENTE DE ARENA: La prueba de Equivalencia de Arena fue desarrollada por Hvvem para evaluar en forma cualitativa la cantidad y la actividad de los finos que existen en la mezcla de partículas que constituyen el suelo que se va a utilizar. La prueba consiste en introducir una cantidad prefijada de la fracción del suelo que pasa la malla No 4 en una probeta estándar, parcialmente llena con una solución que, entre otros efectos, propicia la sedimentación de los finos. Así, por ejemplo, si la arcilla contenida es una montmorillonita o una bentonita, de alta actividad coloidal, la solución estándar, actuando durante 20 min, alcanzara a flocular y depositar una determinada cantidad, en tanto que, si la arcilla es una
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caolinita de actividad coloidal mucho menor, seguramente en los 20 min podrá llegarse a depositar toda la arcilla. De esta manera, el estudio de perfil de sedimentación permite establecer un índice volumétrico de las respectivas proporciones de los materiales contenidos en el suelo original, que pueden en principio, clasificarse como arenas o como arcillas. Además, como se verá, el perfil de sedimentación permite obtener también una idea de carácter cualitativo, pero seguramente bastante apropiada, de la actividad que pueda atribuirse a la fracción arcillosa. La solución está formada básicamente con cloruro de calcio, que es un material floculante; se le añade algo de glicerina, pues se vio que así se producía un efecto estabilizante que hacia la prueba más consistente al ser repetida por operadores diferentes y una porción de formaldehido, cuyo objeto es el de esterilizar la solución para neutralizar la posibilidad de desarrollo de organismos que pudiera contener el suelo original. La base de la solución es agua destilada o razonablemente limpia. Muy especialmente, la cantidad de cloruro de calcio determina el poder floculante de la solución; con cantidades diferentes se tienen volúmenes de arcilla depositadas muy diferentes y, por lo t anto, también muy distintos equivalentes de arena, pues este concepto se define y determina con base en los respectivos espesores de arena y arcilla en el perfil de sedimentación. Una vez obtenido el perfil de sedimentación anotado en el nivel superior de la capa de arcilla, se introduce en la probeta un pisón de peso estándar, el cual se apoya sobre la arcilla, permitiendo que se hunda en ella, lo que ocurre prácticamente hasta que se alcanza la capa de arena; la altura a que queda este pisón se mide también y se considera la altura de la frontera superior de la capa de arena. El pisón es necesario, pues, como es natural, durante la deposición no se define nítidamente un plano de transición entre la arena y la arcilla. Se define como equivalente de arena la relación: =
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Un equivalente de arena cero se obtendrían en una arcilla pura, en tanto que cuanto mayor sea el equivalente de arena se tendrá
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seguramente una mayor proporción de este último material en el conjunto. Hasta aquí, tal parece que la prueba de equivalente de arena lo único que establece es una relación volumétrica entre el contenido de arena y el contenido de arcilla en la muestra. Si así fuera, no estaría dando más información que un análisis granulométrico rápido con un cribado en las mallas números 4 y 200, quizá más sencillo de realizar. El valor de la prueba de equivalente de arena es que, por lo menos cualitativamente, va algo más lejos que la simple, información anterior, al dar una idea, como se dijo, de la actividad de la fracción arcillosa. El primer punto a cuidar es la concentración de la solución floculante que se use, pues como se hizo notar, de su poder floculante depende que se deposite más o menos arcilla en el tiempo de prueba, lo que haría variar el equivalente de arena. Hveem intuyo que el carácter de la fracción fina se reflejaría de algún modo en la resistencia por medio del parámetro R, obtenido en el estadiómetro. La Fig. 1 muestra precisamente el efecto anterior, o sea la influencia de la actividad de los finos en el valor R dado por el estabilómetro. Nótese que el efecto de un 5 % de bentonita es similar al de un 21% de caolinita para la grava estudiada y ese es precisamente el nivel elegido por Hveem para fijar la concentración de la solución estándar. La solución estándar a utilizar en las pruebas de equivalente de arena es tal que proporcione el mismo valor para este último concepto en una grava que tenga 5% de bentonita y en la misma grava con 21 % de caolinita.
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Otra solución daría diferentes valores de equivalente de arena en todas las pruebas realizadas y desde luego es dudoso que la concentración elegida por Hveem posea ningún significado especial o sea la más apropiada para establecer la mejor correlación posible entre el valor del equivalente de arena y la actividad de los finos contenidos en el suelo. Una vez fijada la concentración de la solución y estandarizada la prueba, la actividad de los finos se refleja en el resultado de la misma por lo menos de dos maneras. En primer lugar en la cantidad de arcilla que alcance a depositarse en los 20 min, que será diferente según sea el contenido y actividad de la fracción coloidal de la arcilla. En segundo lugar, la actividad de los finos se reflejará seguramente en la estructuración de la arcilla depositada en la solución estándar y a estructuras más cerradas o más abiertas, aun para la misma cantidad de arcilla, corresponderán diferentes valores de la "altura de la arcilla” y, por lo tanto, diferentes valores del equivalente de arena. En general, en relación a este último aspecto puede decirse que cuanto más abierta sea la estructura, mayor actividad mostrarán los finos y se obtendrá un equivalente de arena menor. No cabe duda de que los factores anteriores no están suficientemente estudiados, como no lo está la prueba en general, por lo que no es posible establecer cuantitativamente correlaciones entre el resultado de la prueba de equivalente de arena y las propiedades mecánicas fundamentales, tales como la resistencia, la compresibilidad, la relación esfuerzo-deformación, la permeabilidad, etcétera; ni tan siquiera es posible decir, en el actual estado de conocimiento, si tales correlaciones existen en un sentido más o menos aproximado.
2.2. MUESTRAS
Obténgase al menos 1500 gr de material que pase el tamiz N°4 (4.76 mm), desmenuzar todos los terrones de material fino, realizar el cuarteo del material, el material debe de estar seca para así luego trabajarla de esa forma o humedecerla antes de ensayarla.
Las muestras serán preservadas y transportadas de acuerdo a la Norma ASTM D-4220, Grupos de suelos B, C ó D. Las muestras que se
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almacenen antes de ser ensayadas se mantendrán en contenedores herméticos no corrosibles a una temperatura entre aproximadamente 3 °C y 30 °C y en un área que prevenga el contacto directo con la luz solar. Las muestras alteradas se almacenarán en recipientes de tal manera que se prevenga ó minimice la condensación de humedad en el interior del contenedor. En este caso las muestras han sido almacenadas en baldes de plástico herméticamente cerrado.
La muestra puede ensayarse a su humedad natural o seca, sin embargo existe suelos que contienen alto contenido de materia orgánica no se pueden humedecer al ser secadas.
Para el ensayo, se emplean los siguientes aparatos:
Cilindro graduado de plástico, con diámetro inferior de 31.75 +/- 0.381 mm y altura de 431.8 mm apoximadamente, graduado en espacios de 2.54 mm; desde el fondo hasta una altura de 381 mm.
Tapón macizo de caucho o goma, que ajuste en el cilindro.
Tubo irrigador.
Tubo flexible (plástico o caucho), de 4.7 mm de diámetro y 1.20 m de largo aproximadamente, con una pinza que permita cortar el paso del líquido a través del mismo.
Solución de stock, que contenga cloruro de calcio anhidro (454 gr), glicerina (2050 gr) y formaldehido (47 gr en solución al 40% en volumen).
Embudo
Reloj o cronometro, para lecturas de minutos y segundos.
Agitador, opcional mecánico de 175 +/- 2 ciclos por minuto.
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4.1 Procedimiento de prueba Paso 1: Se obtienen al menos 1500 g. de material pasante de la malla N°4, después por el método del cuarteo se toma una muestra representativa.
Paso 2: Viértase solución de trabajo de cloruro de calcio en el cilindro de plástico graduado, con la ayuda del sifón, hasta una altura de 4”.
Paso 3: Con ayuda del embudo, viértase la muestra en el cilindro. Golpear varias veces la base del cilindro con la palma de la mano, para liberar las burbujas de aire y remojar por completo la muestra. Dejar en reposo por 10 min.
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Al finalizar los 10 minutos tapar el cilindro e invertir parcialmente el cilindro y agitándolo a la vez.
Paso 4: Después de soltar el material del fondo, agitar el cilindro por cualquier método, el método a emplear es el manual: sostener el cilindro en una posición horizontal y agitar vigorosamente con un movimiento lineal horizontal de extremo a extremo. Agítese el cilindro 90 ciclos en aproximadamente 30 seg.
Paso 5: Inmediatamente después de la operación de agitación, colocar el cilindro verticalmente sobre la mesa de trabajo y remover el tapón.
Paso 6: Procedimiento de irrigación: mantener el cilindro en posición vertical y la base en contacto con la superficie de trabajo. Colocar el tubo irrigador, aflojar la pinza de la manguera y lavar el material de las paredes del cilindro a medida que baja el irrigador, el cual debe llegar a través del
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material, hasta el fondo del cilindro, aplicando suavemente una acción de presión y giro mientras que la solución de trabajo fluye por la boca del irrigador.
Continúese aplicando una acción de presión y giros mientras se lavan los finos, hasta el cilindro este lleno a una altura de 15”; entonces, levántese el tubo irrigador y extraer con cuidado el tubo irrigador.
Paso 7: Dejar el cilindro y el contenido en reposo por 20 minutos. Comenzar a medir el tiempo inmediatamente después de retirar el tubo irrigador.
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Paso 8: Al finalizar los 20 minutos, leer y anotar el nivel de la parte superior de la suspensión arcillosa, “lectura de arcilla”.
Paso 9: Introducir en el cilindro el conjunto de disco, la varilla y el sobrepeso, y baje suavemente el conjunto hasta que llegue sobre la arena. A medida que el conjunto baje, manténgase uno de los tornillos de centraje del pie en contacto con la pared del cilindro sobre las graduaciones, de manera que sirva de índice para la lectura.
Paso 10: Cuando el conjunto toque la arena, léase y anótese el de la ranura del tornillo, “lectura de arena”.
Paso 11: Cuando el nivel de las lecturas, de arcilla o arena, esté entre líneas de graduación, se anotará la lectura inmediata superior.
Paso 12: Después de tomar las lecturas, sáquese el conjunto de cilindro, tape éste con su tapón de goma y sacúdase en posición invertida de arriba hacia abajo hasta que el material sedimentado se deshaga, y vaciar inmediatamente. Enjuagar la probeta con agua dos veces.
Paso 13: Se hacen los cálculos respectivos
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4.2 Resultados y análisis de los mismos Estos datos son obtenidos por pesada directa. Cantidad gr (pasa malla N° 4)
1200
Hora de entrada a saturación
07:15 p.m.
Hora de salida a saturación (más 10')
07:25 p.m.
Hora de entrada de decantación
07:34 p.m.
Hora de salida de decantación (más 20')
07:54 p.m.
Altura maxima de material fino
13.7 3.2
Altura maxima de arena
Equivalente de arena=
100
24%
El equivalente de arena encontrada en el suelo es de 24%.
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Se observó que todo el material paso la malla N° 4.
De acuerdo con la se sacó una muestra de 1200 gramos.
Se trabajó con una temperatura promedio de 20°C.
La lectura de arena fue 3.2 mientras que la arcilla alcanzo 13.7.
Con los cálculos respectivos se obtuvo porcentaje de 24% de contenido de arena.
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La muestra debe de estar seca para poder hacer el ensayo.
Las balanzas deben de estar bien calibradas antes de iniciar la práctica, para no causar alteraciones en los pesos.
Se podrá usar agua potable o desmineralizada en lugar de agua destilada, siempre que no se afecten los resultados del ensayo.
Para prevenir el derramamiento de la solución stock, asegúrese que el tapón este firmemente colocado en el cilindro antes de colocarlo en el agitador mecánico o agitarlo a mano.
Utilizar los respectivos EPPs para la realización del ensayo.
La temperatura de la solución de trabajo deberá ser 22 +- 3°C durante la realización de este ensayo.
Se debe de realizar mayores ensayos para así tener menor error en el resultado.
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BIBLIOGRAFÍA
Braja M. Das - Fundamentos de ingeniería Geotécnica – International Thomson Editores William Lambe – Mecánica de Suelos – LIMUSA, 2009 – México. Juárez Badillo, E. y Rico Rodríguez, A. - Mecánica de suelos Tomo I y II – LIMUSA, 2011 – México Crespo Villalaz - Mecánica de suelo y cimentaciones - LIMUSA, 2010 – México Rico Rodríguez, Alfonso – La ingenierías de suelos en las vías terrestres – LIMUSA, 2011 – México. www.mtc.gob.pe/portal/transportes/caminos_ferro/manual/.../index.htm
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NORMAS Para la elaboración del ensayo equivalente de arena de un suelo se tuvieron en cuenta las siguientes normas:
Norma ASTM - D 2419
ASTM - T 176
MTC E 114 – 2000 (Equivalente de arena, suelos y agregados finos)
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ANEXOS
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ANEXO I:
Fig.1 tara, Balanza
MATERIALES UTILIZADOS EN EL ENSAYO
Fig.2 Peso de la muestra a ensayar.
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Fig.3: cuarteo de la muestra.
ANEXO II:
Fig.4 Solución de stock.
PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO (PUNTOS CLABES)
Fig. 5: Chancado en la base para expulsar el
Fig. 6: Reposo durante 10 minutos.
aire contenido en el suelo.
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Fig. 7: Agitado en 90 oscilaciones.
Fig. 7: Eliminación de vacíos.
Fig. 8: Limpiado con la solución de stock.
Fig. 8: Calibración del picnómetro
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Fig. 9: Imagen grupal.
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