Guia de Laboratorios de Mecanica de Suelos

GUIAS DE LABORATORIO MECANICA DE SUELOS I

Elaborado por: Marvin Blanco Rodríguez e Iván Matus Lazo

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE TECNOLOGÍA DE LA CONSTRUCCIÓN DEPARTAMENTO DE CONSTRUCCIÓN LABORATORIO DE MATERIALES Y SUELOS “ING. JULIO PADILLA M.” I.I.-

GUIA GUIA GENE GENERA RAL L PAR PARA A LAS LAS PRAC PRACTI TICA CAS S DE DE LAB LABOR ORAT ATOR ORIO IO 1.

Para lograr una mayor eficiencia en la ejecución de las prácticas es necesario que se preste preste debida atención atención a las orientacio orientaciones nes emitid emitidas as por el instru instructo ctorr de la práctica.

2.

En la elaboración elaboración del Informe, Informe, el estudiante estudiante debe formar pequeños grupos de tres personas como máximo.

3. Antes de empezar un ensaye determinado, es aconsejable que el estudiante se familiarice personalmente con el alcance y propósito de la prueba a efectuar, así como con el procedimiento de trabajo que ello involucra. Recuerde que la falta falta de preparación personal puede significar un menor aprovechamiento de parte del estudiante en el momento de la ejecución de su práctica. II II..-

INST INSTRU RUCC CCIO IONE NES S PARA PARA EL EL TRAB TRABAJ AJO O DE LAB LABOR ORAT ATOR ORIO IO 1. Atender las indicaciones del instructor. 2. Consultar con el instructor el material y equipo a usar. 3. Al operar un equipo por primera vez, consultar previamente al instructor. 4. Todo el material empleado debe ser usado de una manera económica. 5. Cuidar las piezas pequeñas del equipo tales como pesas, balanzas, tamices, etc. Cualquier Cualquier daño del equipo equipo deberá ser reportado reportado de inmediato inmediato.. Daño o pérdida pérdida debida a descuido será cargado a la persona responsable del daño. Para identi identific ficaci ación ón poster posterior ior todos todos los especi especimene menes, s, taras, taras, etc., etc., deberán deberán ser 6. Para debidamente marcados.

7. Al terminar la práctica se limpiara el equipo y se eliminarán los desperdicios resultantes, tanto de los bancos de trabajo como del piso. 8. Procurar tomar los datos del ensayo directamente en los formatos existentes.


III.-

REPORTES: 1. Se entregarán una semana después de efectuado el ensayo. 2. Se entregarán en grupos de tres personas como máximo. 3. Deberá ser breve y claro. 4. Es conveniente que en la portada del reporte se incluya la siguiente información. a.

b. c. d. e.

f. g.

Universidad Nacional de Ingeniería Facultad de Tecnología de la Construcción Departamento de Construcción Laboratorio de Materiales y Suelos. Título del ensaye. Número del ensaye. Nombre y Carnet de los estudiantes. Grupo de práctica. Profesor de teoría y práctica. Fecha de Entrega

El ordenamiento de los incisos anteriores queda a criterio del estudiante.

5. Para una mejor exposición escrita del trabajo, es necesario organizarlo de una manera lógica, lógica, y con toda la información información correspondient correspondiente. e. Conviene Conviene recordar que un reporte se escribe pretendiendo pretendiendo que sea comprensible comprensible incluso por personas que no han visto el ensaye, y que dependiendo de la forma de exposición del trabajo escrito se puede lograr este objetivo. A manera de sugerencia y ejemplo se presenta el siguiente ordenamiento en la presentación del reporte: a.

Introducción debe debe elaborarse elaborarse como la presenta presentación ción del INTRODUCCIÓN; La Introducción trab trabaj ajo o desa desarro rrollllad ado, o, de tal tal mane manera ra que que se de un enfo enfoque que genera general.l. Ademá Ademáss se debe debe expresa expresarr algunas algunas defini definicio ciones nes.. Se debe escri escribir bir con sus sus propias propias palabras palabras.. No se debe transcribir textualmente del libro de consulta o de la gúia, sino hacerlo con su estructuración personal.

b.

Presentar un INDICE del contenido del reporte, a fin de facilitar la búsqueda de información en el texto.

c.

Definir bien los OBJETIVOS, del ensaye, ensaye, establ estableci eciendo endo adecua adecuadam dament ente e el propósito y significado del mismo. Conviene recordar que los objetivos objetivos se entienden como la aplicación práctica de los resultados y conocimientos adquiridos.


d.

Describir los MATERIALES empleados en el ensayo, brindando la información pertinente como tipo de material, procedencia, etc.

e.

Indicar el EQUIPO que se utilizó en el ensayo, el uso y manejo del mismo, así como sus limitaciones. Para lograr una mejor visualización del tipo de equipo y su operación, puede acudirse al auxilio de diagramas o gráficas.

f.

PRESENTACIÓN DE DATOS, CALCULOS.Se debe tomar la costumbre de que los datos obtenidos en el laboratorio sean presentados de una manera tabular. Es lógico que cualquier resultado que se indique es consecuencia de ciertos cálculos numéricos que deben indicarse en el reporte, mostrando un ejemplo típico. Todas las ecuaciones y fórmulas empleadas serán claramente establecidas junto con las definiciones de símbolos empleados. Los pasos hechos en los cálculos, deberán ser claramente indicados. Deberá tenerse sumo cuidado al elaborar una tabla o diagrama. Estos deberán ser tan claros como sea posible, completos por sí mismo, y en el caso ideal, deberán contener la información deseada sin necesidad de buscar referencia en el texto.

g.

ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS, CONCLUSIONES: Se puede incluir una discusión rápida, enfocada principalmente a los datos más sobresalientes de las tablas o diagramas. Los resultados de las pruebas se comparan con el estándar para obtener las conclusiones que el caso requiera.

h.

Hay que recordar que el reporte debe escribirse en lenguaje técnico y construcción gramatical correcta, incluyendo REFERENCIA usada. No se debe escribir en primera persona (yo, nosotros), si no en la tercera (se hizo, se calcularon). El estudiante debe apreciar claramente la importancia que significa un reporte, ya que deberá efectuarlo como elemento esencial de la mayor parte de su trabajo como ingeniero, y que de la práctica a que se somete en el Laboratorio en la redacción de informes y en la representación de los datos de una manera técnica, obtiene un gran beneficio.

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Elaborado por: Marvin Blanco Rodríguez e Iván Matus Lazo

FACULTAD TECNOLOGÍA DE LA CONSTRUCCIÓN DEPARTAMENTO DE CONSTRUCCION GUIA DE MECANICA DE SUELOS I PRACTICA N° 1 : EXPLORACIÓN, MUESTREO Y CONTENIDO DE HUMEDAD INTRODUCCIÓN: En los proyectos de Ingeniería, tanto en obras horizontales como en obras verticales, se necesita tener información veraz acerca de las propiedades físico-mecánico de los suelos donde se pretende cimentar la obra. Por lo que deberá hacerse un plan de exploración y muestreo en el área donde se desea realizar el proyecto. La exploración deberá consistir en la investigación del subsuelo, con el objetivo de poder obtener muestras de suelo a la que se le realizaran en el laboratorio ensayes básicos de clasificación, densidad, humedad, etc. En dependencia de la información que se necesite y de los ensayes de laboratorio se define el tipo de exploración y la forma de muestreo de los suelos.

OBJETIVOS •

Que el estudiante adquiera los conocimientos teórico-prácticos en la exploración de los suelos.

•

Que los estudiantes, efectúen un método de exploración de campo (sondeo manual).

•

Que los estudiantes desarrollen habilidades para poder realizar un muestreo adecuado de los suelos, así como la identificación en el campo de los suelos, considerándose su textura, plasticidad, color, etc.

•

Que los estudiantes observen la variación de la humedad, en las muestras obtenidas en el campo a diferentes profundidades.

Métodos de Exploración •

Pozo a Cielo Abierto: En este tipo de muestreo exploratorio se practica una excavación con dimensiones suficientes para que un técnico pueda descender en ella y examinar los diferentes estratos que se presentan en su estado natural. Este tipo de excavación no se puede llevar a grandes profundidades. La dificultad fundamental que presenta este tipo de exploración es la presencia del nivel freático. En estos pozos se pueden tomar muestras alteradas y/o inalteradas.


•

Sondeos Manuales: Este tipo de exploración se realiza comúnmente en obras horizontales realizándose excavaciones de pequeña sección en planta y generalmente a una profundidad máxima de 1.5 metros. En esta exploración se obtienen muestras alteradas.

•

Ensayes de Penetración Estándar (SPT): Este es uno de los métodos que rinde mejores resultados en la práctica y proporciona una información más útil en torno al subsuelo, no solo en lo referente a la descripción, sino también en cuanto a la resistencia del suelo, ya que puede considerarse como el primer ensaye realizado. El método lleva implícito un muestreo que proporciona muestras alteradas del suelo en estudio y consiste en hacer penetrar a golpes, con un martinete, el penetrómetro o cuchara partida de Terzaghi, registrando el número de golpes necesarios para lograr una penetración de 30.5 cm. (1 pié).

•

Métodos Rotativos en Roca: Cuando en un sondeo se alcanza una capa de roca más o menos firme, no es posible lograr penetración con los métodos estudiados y ha de recurrirse a un procedimiento diferente. En estos casos se recurre al empleo de maquinaria de perforación, rotación con broca de diamante o de tungsteno. Las velocidades de rotación son variables, de acuerdo con el tipo de roca a perforar. A las muestras obtenidas en este tipo de perforación, se le realizan todos los ensayes necesarios en la investigación.

Tipos de Muestras Muestra Representativa: Se denomina muestra representativa aquella fracción de suelo o roca que es capaz de representar todo un conjunto o estrato determinado, no solo en su apariencia visual sino en sus propiedades físico-mecánicas. Muestra Alterada: Son aquellas en las que no se hace ningún esfuerzo para conservar la estructura natural y condiciones del suelo. Los aditamentos con características para la recuperación de estos suelos son los siguientes: • • •

Muestreadores de tubo sencillo. Cucharas tipo Terzaghi (cuchara partida). Excavaciones en forma de calicatas o pozos a cielo abierto, etc.


Las muestras alteradas pueden utilizarse para determinar; Peso específico, límites de consistencia, Granulometría y cualquier otro ensaye que no requiera la estructura o condiciones naturales del suelo in situ. Muestras Inalteradas: Las muestras inalteradas son las que se obtienen tratando de conservar su estructura natural y cuyas condiciones, fundamentalmente la densidad natural y la humedad natural, han sufrido cambios mínimos despreciables en comparación a su estado in situ. Para obtener estas muestras se puede realizar; Monolitos labrados a mano. Muestreadores Shelby, etc.

Humedad El contenido de humedad del suelo, se define como la cantidad de agua presente en el suelo al momento de efectuar el ensaye, relacionado al peso de su fase sólida, se representa por la siguiente expresión; Peso del agua contenida Wh – Ws W = ---------------------------------- = ----------------Peso seco Ws Donde;

W Wh Ws

: : :

Humedad Peso de muestra húmeda Peso de muestra seca

La expresión anterior también se puede representar en porcentaje.

DESARROLLO DE LA PRACTICA La práctica consistirá en la realización de un sondeo manual de 1.50 metros de profundidad, además se obtendrán muestras alteradas que serán clasificadas en el campo con la vista y el tacto: Material y Equipo • • • • • • •

Pala. Barra. Posteadora. Palín doble. Balanza de 0.1 gr. de sensibilidad Tara para humedad. Horno


• • •

Cucharón Charola Bolsas plásticas, tarjetas para Identificar las muestras.

Procedimiento sondeo manual •

Localizar el sitio donde se realizará la excavación.

•

Limpiar la superficie del terreno con una pala, retirar la materia orgánica superficial.

•

Definir el área de la de la excavación (rectangular o eliptica), la cual estará en dependencia del equipo a utilizar.

•

Realizar la excavación, inicialmente se utilizará la barra y la pala. A medida que se profundiza se pueden ir utilizando el resto del equipo (palín doble, posteadora, etc), en dependencia del tipo de suelo que se encuentre que facilite el trabajo de excavación. Al ir avanzando en la excavación se debe ir observando la variación de los estratos, considerando básicamente el tamaño de las partículas y el color, los distintos estratos que se obtengan se deben colocar a un lado de la excavación separados entre si y en el orden que se van obteniendo.

•

Cuando se llegue a la profundidad proyectada (1.5 m), se procede a la descripción de los suelos que corresponden a cada estrato. Luego se muestrea cada estrato por separado, esto consiste en colocar suficiente cantidad de material de cada estrato en bolsas de plástico con su correspondiente tarjeta que identifica a cada muestra y posteriormente trasladarla al laboratorio.

•

Cerrar la excavación con el material antes extraído, de tal manera que se coloque el suelo a como estaba en su estado natural, o sea depositando el suelo en orden inverso a como se extrajo.

Procedimiento para contenido de humedad •

Tomar una muestra representativa del estrato a evaluar.

•

Obtener el peso húmedo de la muestra.

•

Colocar la muestra en una tara y depositarlo en el horno hasta obtener peso constante. Temperatura del horno: 105 °c a 115 °c. Tiempo de la muestra en el horno : 24 horas.

•

Retirar la muestra del horno, dejarla enfriar y determinar su peso seco.

-


Presentación de Resultados •

En el reporte deberá adjuntarse la siguiente información

-

Plano de localización del sitio en estudio.

-

Plano de ubicación de sondeos.

-

Perfil estratigráfico, conteniendo la descripción de los suelos encontrados.

-

Tarjeta que identifica cada muestra obtenida conteniendo; Nombre del Proyecto, Localización de los Sondeos, Número de Sondeo, Número de Muestra, Profundidad de la Muestra, Descripción del Suelo, Color de la Muestra . -

Simbología de los suelos mas importantes;

arcilla

limo

arena


grava

mat. Orgánica roca

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE TECNOLOGÍA DE LA CONSTRUCCIÓN DEPARTAMENTO DE CONSTRUCCION GUIA DE MECANICA DE SUELOS I PRACTICA No. 2 DETERMINACION DE LA GRAVEDAD ESPECIFICA DE LOS SUELOS (ASTM D-558; AASHTO T 93-86) GENERALIDADES: Se define como Gravedad Específica de los Suelos, a la relación del peso en el aire, de un volumen dado de partículas sólidas, al peso en el aire de un volumen igual de agua destilada a una temperatura de 4º C. El valor de la Gravedad Específica de un Suelo queda expresado por un valor abstracto; además de servir para fines de clasificación, interviene en la mayor parte de los cálculos de la Mecánica de Suelos. La densidad de los suelos varía comúnmente entre los siguientes valores:

Cenizas Volcánicas Suelos Orgánicos Arenas y Gravas Limos Inorgánicos Arcillas poco Plásticas Arcillas medianamente plásticas y muy plásticas Arcillas Expansivas Suelos con Abundante Hierro

2.20 a 2.50 2.50 a 2.65 2.65 a 2.67 2.67 a 2.72 2.72 a 2.78 2.78 a 2.84 2.84 a 2.88 3.00

OBJETIVOS: •

Que los estudiantes, se familiaricen con el método general de obtención de la gravedad especifica.

•

Que los estudiantes determinen el peso promedio por unidad de volumen de partículas sólidas que constituyen un suelo.


EQUIPO A UTILIZAR: Matraz aforado de cuello largo (frasco volumétrico), de 500 cc. de capacidad a temperatura de calibración de 20ºC 2. Agua Destilada Dispositivo de succión neumática, capaz de producir el grado de vacío (opcional). 3. 4. Dispositivo para calentar agua, con temperatura controlable. 5. Balanza de un centésimo de grado de aproximación y capacidad de 1Kg. 6. Horno a temperatura constante de 100 a 110º C. 7. Un desecador. 8. Batidor Mecánico 9. Termómetro con aproximación de 0.1º C, graduado hasta 50º C. 10. Cápsulas para evaporación. 11. Pipeta ó cuenta-gotas (gotero) 12. Embudo de vidrio de conducto largo. 1.

PROCEDIMIENTO RECOMENDADO: Para el cálculo de la gravedad específica se necesita el dato del peso del frasco volumétrico lleno con agua destilada hasta la marca de aforo, a la temperatura de ensaye. Elaborado por: Marvin Blanco Rodríguez e Iván Matus Lazo

Este valor se toma por lo general de una curva en que están ploteados los pesos del frasco más agua vs. la temperatura. Esta gráfica llamada curva de calibración, puede ser determinada experimentalmente ó por medios teóricos. Antes de realizar el ensaye es necesario hacer la limpieza y calibración al frasco volumétrico.

I.

II.

PROCEDIMIENTO PARA LA LIMPIEZA DEL FRASCO: 1.

Prepárese una “Mezcla Crómica”, disolviendo en caliente 60 grs., de Dicromato de Potasio en 300 cc., de agua destilada; déjese enfriar la solución y añádase 460 cc., de Ácido Sulfúrico comercial, de manera que escurra por las paredes del recipiente en que se forma la solución.

2.

Con la mezcla crómica enjuáguese el frasco para eliminar la grasa que pueda tener adherida en su interior, enjuáguese de nuevo con agua destilada y escúrrase perfectamente bañando el interior con alcohol, para eliminar los residuos de agua, finalmente vuélvase a enjuagar el frasco con éter sulfúrico. Para facilitar la eliminación de los vapores del éter, es recomendable colocar el frasco boca abajo durante 10 min.

3.

A falta de mezcla crómica puede lavarse el frasco con solución jabonosa, repitiendo lo expuesto en el inciso No. 2.

PROCEDIMIENTO PARA LA CALIBRACIÓN DEL FRASCO VOLUMETRICO: La calibración del Frasco Volumétrico debe efectuarse cada 18 meses y su procedimiento práctico es el siguiente: A.

Procedimiento Práctico : 1.

Determínese el peso del frasco volumétrico, seco y limpio con una aproximación de 0.01gr. (Wf).

2.

Llénese el frasco volumétrico con agua destilada a la temperatura ambiente hasta 0.5 cm., debajo de la marca de enrasé ó marca de aforo y déjese reposar durante unos minutos.

3.

Mídase la temperatura del agua contenida en el frasco, con aproximación de 0.1º C, colocando el bulbo del termómetro en el centro del frasco volumétrico.

4.

Con una pipeta ó cuenta-gotas, complétese el volumen del frasco con agua destilada de modo que la parte interior del menisco coincida con la marca de aforo.


5.

Séquese cuidadosamente el interior del cuello del frasco volumétrico con un papel absorbente, respetando el menisco.

6.

Pésese el frasco lleno con agua hasta la marca de aforo, con aproximación de 0.01gr. (Wfw).

7.

Repítase las etapas del No. 3 al No. 6, a la misma temperatura aproximadamente con que se trabajó la primera vez.

8.

Repítase las etapas del No. 2 al No. 7, en otros dos ambientes, uno a temperatura de 5 a 10º C mayor que el primer ensaye, y otro a una temperatura de 5 a 10º C menor que el primer ensaye.

9.Represéntese

en una gráfica los resultados de los pesos obtenidos (peso del frasco lleno de agua), en función de las respectivas temperaturas, teniendo como ordenadas el peso del frasco lleno de agua (Wfw), y en las abcisas la temperatura.

B.

Procedimiento Teórico Los puntos de la curva de calibración se pueden obtener por la sustitución de diferentes temperaturas en la siguiente ecuación: Wfw = Wf + Vf (1 - ∆T.E) (γ w - γ a) Donde;

III

Wfw Wf Vf ∆T T Tc E

= = = = = =

γ w γ a

= =

Peso del frasco + agua Peso del frasco seco y limpio Volumen calibrado del frasco a Tc. = T – Tc Temperatura en grados centígrados a la cual se desea Wfw. Temperatura de calibración del frasco = 20º C. Coeficiente término de expansión cúbica del Pyrex, igual a 0.1 x 10-4/OC. Peso unitario del agua a temperatura de ensaye. Peso unitario del aire a temperatura T y presión atmosférica 0.001 gr/cm³.

PROCEDIMIENTO PARA LA DETERMINACIÓN DE LA GRAVEDAD ESPECÍFICA A.

Procedimiento de Ensaye en Suelos no Cohesivos (Granulares). 1. Pésense 80 gr., aproximadamente de suelo previamente secado al horno y enfriado (Ws).


2. Pásese la muestra cuidadosamente a un frasco volumétrico seco y limpio, previamente calibrado, según se indico en los incisos anteriores, llénese éste con agua destilada hasta la mitad del frasco. 3. Elimínese el aire atrapado en la muestra por calentamiento del frasco durante 15 min., ó utilizando el método indicado por el profesor de la materia. 4.

a.-

Añádase con cuidado agua destilada hasta la marca de enrase, verificando que no quede aire atrapado en la muestra; si existiese aire atrapado en la muestra, elimínelo por el método utilizado en el paso anterior.

b.-

La presencia de materia orgánica puede producir el efecto de aire no removido a causa de los gases que se forman en contacto con el agua. La materia orgánica podrá descubrirse por olor y por la formación de una película oleaginosa en la superficie del agua. Si ésta materia existe el método del vacío debe sustituirse por más efectivo para remover gases; éste método puede ser ebullición de la suspensión de un baño de Glicerina durante 30 min., añadiendo de cuando en cuando más agua destilada para impedir la calcinación de la muestra, en todo momento el frasco volumétrico debe estar lleno hasta su mitad; tras este período déjese enfriar el frasco a la temperatura ambiente y aplíquese lo escrito anteriormente en el acápite a.

5. Desairada la suspensión añádase agua destilada hasta que el borde interior del menisco coincida con la marca de aforo. 6.

Verifique si el menisco está bien enrasado, y que el frasco en su parte exterior esté seco y limpio; pésese el frasco mas el agua más el suelo contenido en él (Wfws), con una aproximación de 0.1 gr.

7. De inmediato determínese la temperatura de la suspensión con aproximación de 0.01º C., introduciendo el bulbo de un termómetro hasta el centro del frasco volumétrico. 8. Saque el agua y el suelo del frasco sin perder nada y déjese limpio el frasco. 9. Introduzca la muestra al horno por un tiempo de 24hrs., a una temperatura de 110º C. 10. Saque la muestra del horno, déjela enfriar y determine su peso seco (Ws) con aproximación 0.1gr. 11. Calcule la gravedad específica con la formula siguiente:


Gs =

Ws Wfw + Ws − Wfsw

Donde; Ws Wfsw Wfw Gs

B.

= = = =

Peso seco del suelo Peso del frasco + peso del suelo + peso del agua. Peso del frasco + peso del agua (de la curva de calibración). Gravedad específica de las partículas sólidas del suelo.

Procedimiento de Ensaye en Suelos Cohesivos 1. La muestra de suelo a ser ensayada, se criba por el tamiz No. 10; del material que pasa por el tamiz No. 10, se pesan aproximadamente 60 gr. de material seco. 2. Agréguele agua hasta obtener una consistencia pastosa. 3. Coloque la pasta dentro del frasco volumétrico, calibrado. 4. Se extrae el aire atrapado como se hizo en los pasos del No. 3 al No. 6, del procedimiento para suelos no cohesivos. 5. Pese el frasco mas agua, mas suelo, (Wsw). 6. Saque el agua y el suelo del frasco sin perder nada y déjese limpio el frasco. 7. Introduzca la muestra al horno por un tiempo de 24hrs., a una temperatura de 110º C. 8. Saque la muestra del horno, déjela enfriar y determine su peso seco (Ws) con aproximación 0.1gr. 9. Calcúlese la gravedad específica con la formula siguiente: Gs =

Ws Wfw + Ws − Wfsw

Donde; Ws Wfsw Wfw Gs

= = = =

Peso seco del suelo Peso del frasco + peso del suelo + peso del agua. Peso del frasco + peso del agua (de la curva de calibración). Gravedad específica de las partículas sólidas del suelo.


Variación del Peso especifico del agua en g/cm³ respecto a la temperatura en grados Centígrados(°C)

Peso especifico del agua en gramos/centímetros cúbicos

°C

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

0.9999 0.9999 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 0.9999 0.9999 0.9998

10

0.9997 0.9996 0.9995 0.9994 0.9993 0.9991 0.9990 0.9988 0.9986 0.9984

20

0.9982 0.9980 0.9978 0.9976 0.9973 0.9971 0.9968 0.9965 0.9963 0.9960

30

0.9957 0.9954 0.9951 0.9947 0.9944 0.9941 0.9937 0.9934 0.9930 0.9926

40

0.9922 0.9919 0.9915 0.9911 0.9907 0.9902 0.9898 0.9894 0.9890 0.9885

50

0.9881 0.9876 0.9872 0.9867 0.9862 0.9857 0.9852 0.9848 0.9842 0.9838

60

0.9832 0.9827 0.9822 0.9817 0.9811 0.9806 0.9800 0.9795 0.9789 0.9784

70

0.9778 0.9772 0.9767 0.9761 0.9755 0.9749 0.9743 0.9737 0.9731 0.9724

80

0.9718 0.9712 0.9706 0.9699 0.9693 0.9686 0.9680 0.9673 0.9667 0.9660

90

0.9653 0.9647 0.9640 0.9633 0.9626 0.9619 0.9612 0.9605 0.9598 0.9591

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Elaborado por: Marvin Blanco Rodríguez e Iván Matus Lazo

FACULTAD DE TECNOLOGÍA DE LA CONSTRUCCIÓN DEPARTAMENTO DE CONSTRUCCION GUIA DE MECANICA DE SUELOS I PRACTICA No. 3 DETERMINACION DE LAS RELACIONES VOLUMÉTRICAS DE LOS SUELOS I.

GENERALIDADES :

La determinación de las relaciones volumétricas de los suelos son importantísimas, para el manejo compresible de las propiedades mecánicas de los suelos y un completo dominio de su significado y sentido físico; es imprescindible para poder expresar en forma asequible los datos y conclusiones de la Mecánica de Suelos. Su determinación es, en principio muy sencilla pero se experimenta considerable dificultad cuando se refiere absoluta exactitud, es necesario un estudio cuidadoso de todo los aspectos y observaciones. Se entiende por Relaciones Volumétricas, las relaciones de volúmenes como: a)

Relación de Vacío “e”. Se llama Relación de Vacíos, Oquedad o Índice de poros a la relación entre el volumen de los vacíos y el de los sólidos de un suelo e = Vv Vs

(1)

La cual puede variar de cero hasta infinito, en la práctica no suele hallarse valores menores de 0.25 (arenas muy compactas con finos) ni mayores de 15, en caso de arcillas comprensibles. b)

Porosidad “n”. Es la relación entre su volumen de vacíos y el volumen de su masa. Se expresa como porcentaje o al tanto por uno. n = Vv x 100 Vm

(2)

Esta relación puede variar de 0 (en un suelo ideal con solo fase sólida a 100 (espacio vacío). Los valores reales suelen oscilar entre 20% y 95% c)

Grado de Saturación. Es la relación entre su volumen de agua y el volumen de sus vacíos. Se expresa en porcentaje o al tanto por uno. Sw = Vw x 100 Vv


(3)

Varía de cero (Suelo Seco) a 100% (Suelo totalmente saturado). En las fórmulas anteriores: Vv Vw Vs Vm

II.

Volumen de vacío Volumen de agua Volumen de los sólidos Volumen de la muestra

OBJETIVO DE LA PRUEBA -

III.

: : : :

Determinar el valor numérico de las relaciones de volúmenes en base a lo datos de las dos pruebas anteriores (humedad y gravedad específica)

FORMULACION TEORICA DEL CALCULO 3.1

Relación de Vacío

Los cálculos son usualmente obtenidos de observaciones experimentales, el volumen de la muestra (vm), el peso seco (Ws) de la muestra y la gravedad específica de los sólidos (Gs), se obtiene del ensayo. e=

Vv Vs

Vs =

e=

=

Vm Vs

−

Vs Vs

=

Vm Vs

−1

Ws Gs γ w

Gs γ w Vm Ws

(4)

−1

También puede demostrarse fácilmente que la relación de vacío se puede expresar como: e = w . Gs

(para suelos saturados)

Donde w es la humedad al tanto por uno. Elaborado por: Marvin Blanco Rodríguez e Iván Matus Lazo

(5)

Por medio de la Ec. 5, será posible determinar la relación de vacío de una muestra la cual estará saturada inicialmente, si los pesos del agua y suelos en la muestra son conocidas. Sin embargo la exactitud de dicha terminación dependerá grandemente en la exactitud del valor usado en el grado de saturación.

3.2

Porosidad n.

Este valor generalmente se determina en el Laboratorio si se conocen las relaciones de volúmenes en caso contrario se utiliza la correlación existente entre Relación de Vacío y Porosidad. n=

Vv Vm

=

e

(6)

1+ e

o en base a la gravedad específica y el volumen de la muestra.

Grado de Saturación Sw El grado de saturación de un suelo se puede calcular a partir de la ecuación (5) que transformándola sería:

e=

Vv

=

Vm − Vs

Vs Vs Ws Vs = ; Gsγ w

=

Vm Vs

−1


Sw =

Vw Vv

=

Vw / Vs Vv / Vs

V ω Ws Sw =

Sw =

Vw / Vs e

Vw x

Gs x γ w

=

e

Ww

Pero ⇒ Vw =

=

γ w

;Vs =

Ws Gsγ w

Gs x γ w Ws e

, por tanto

Ww Gs x γ w x γ w Ws e

Ww xGs Ws Sw = e

Sw =

w x Gs e

Donde; W Gs e

: : :

Humedad del suelo al tanto por uno Gravedad específica de los sólidos Relación de vacíos

En el inciso 3.1 vimos el modo de determinar “e”, con la Gravedad específica (Gs) de la segunda práctica de laboratorio.

Equipo: Balanza de 0.01 gr. de aproximación, parafina, taras, hornos, cocina, cesta de alambre para balanza hidrostática, cápsula de vidrio, plaquitas enrazadoras.

Procedimiento: Existen diferentes métodos para determinar en el Laboratorio las relaciones de volúmenes.


Método A. Por moldeo de un volumen conocido de una muestra inalterada

Ws =

n=

Moldee un espécimen de forma y dimensiones conocidas ya sea cilíndrica o rectangulares.

2.

Mida las dimensiones del espécimen y calcule el volumen del mismo (Vm).

Pese en una balanza la muestra y anote su peso (Wm).

3.

e=

1.

4.

De la parte central del espécimen se toma una muestra para determinación del contenido de humedad.

5.

Calcule el contenido de humedad (W).

6.

Calcule la e; n; Ws; Sw con las formulas siguientes.

Wm Donde;

1 + W

Gs γ ω Vm Ws e

x 100

1+ e

Sω =

−1

Gs x w e

Ws e Wm δ w w Vm %n Sw

= = = = = = = =

Peso de las partículas sólidas. Relación de vacíos. Peso de la muestra. Peso específico del agua a temperatura de ensaye. Contenido de humedad. Volumen de la muestra. Porcentaje de porosidad. Grado de saturación

x 100

Método B. Por medio de la Balanza Hidrostática 1. 2.

Tome una muestra inalterada representativa del suelo a muestrear.

Pese la muestra y anote su peso (Wm) = A

3.

Recubra la muestra con parafina hasta que quede completamente impermeable.

4.

Pese la muestra con parafina y anótese su peso (B).


V ´=

5.

Introduzca la muestra en la cesta y tome el peso sumergido de la muestra más parafina ( C ).

6.

De la parte central del espécimen tome una muestra para determinación del contenido de humedad.

7.

Calcule las relaciones con las siguientes formulas.

B − C γ w

V " =

Donde;

B - Wm

V´ V” Vm B C γ Parafina γ w

Parafina γ

Vm = V´- V"

Ws =

e=

Wm

Ws

Sw =

Volumen de la muestra más parafina. Volumen de la parafina. Volumen de la muestra. Peso de la muestra más parafina. Peso de la muestra más parafina sumergido. Peso específico de la parafina. Peso específico del agua.

1+ w

Gs γ w Vm

%n =

= = = = = = =

e 1+ e

x 100

Gs.W e

-1

x 100

Método C. Por medio de un peso de Mercurio desplazado 1. Tome una muestra inalterada de tamaño pequeño y determine su peso Wm. 2. Llene de mercurio una cápsula de vidrio de forma y dimensiones conocidas, con las plaquitas de vidrio enrase el mercurio, anotando el peso del mercurio más la cápsula (L). 3. Introduzca la muestra en la cápsula de vidrio que contiene el mercurio, y con las plaquitas de vidrio presionándola, remueva el exceso de mercurio que es desplazado. Elaborado por: Marvin Blanco Rodríguez e Iván Matus Lazo

4. Retire la muestra de la cápsula, anotando el nuevo peso de la cápsula más el mercurio (S). 5. Introduzca la muestra en el horno y determine su peso seco (Ws)

Vm =

Ws =

e=

L − S γ mercurio

Donde:

Wm 1+ w

Gs x γ w x Vm Ws

-1

L

= Peso del mercu rcurio rio más más la cáps cápsu ula de vidri drio.

S

= Peso del mercurio más la cápsula después de retirar la muestra.

mercur urio io γ merc %n =

Sω =

e 1+ e

x 100

Gs x ω e

x 100


= Peso Peso espe específ cífic ico o del del merc mercuri urio o.

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE TECNOLOGÍA DE LA CONSTRUCCIÓN DEPARTAMENTO DE CONSTRUCCION GUIA DE MECANICA DE SUELOS I PRAC PRACTI TICA CA No. No. 4 DETE DETERM RMIN INAC ACIO ION N DEL DEL ANÁL ANÁLIS ISIS IS GRAN GRANUL ULOM OMET ETRI RICO CO DE LOS LOS SUEL SUELOS OS (MET (METOD ODO O MEC MECAN ANIC ICO) O).. (ASTM ASTM D-4 D-422 22;; AASH AASHT0 T0 T 2727-88 88)) GENERALIDADES: La variedad en el tamaño de las partículas de suelos, casi es ilimitada; por definición, los granos mayores mayores son los que se pueden mover con la mano, mientras que los más finos son tan pequeños que no se pueden apreciar con un microscopio corriente. Debido a ello es que se realiza el Análisis Granulométrico que tiene por objeto determinar el tamaño de las partículas o granos que constituyen un suelo y fijar, en porcentaje de su peso total, la cantidad de granos de distinto tamaño que el mismo contiene. La manera de hacer esta determinación es por medio de tamices de abertura cuadrada. El procedimiento de ejecución del ensaye es simple y consiste en tomar una muestra de suelo de peso conocido, colocarlo en el juego de tamices ordenados de mayor a menor abertura, pesando los retenidos parciales de suelo en cada tamiz. Esta separación física de la muestra en dos o más fracciones que contiene cada una de las partículas de un solo tamaño, es lo que se conoce como “Fraccionamiento”. La determinación del peso de cada fracción que contiene partículas de un solo tamaño es llamado llamado “Análisis “Análisis Mecánico”. Mecánico”. Este es uno de los análisis análisis de suelo más antiguo y común, común, brindando la información básica por revelar la uniformidad o graduación de un material dentro de rangos establecidos, y para la clasificación por textura de un suelo. Sin embargo, debido a que el menor tamaño de tamiz que se utiliza corrientemente es el 0.074 mm (Malla No. 200), el análisis mecánico está restringido a partículas mayores que ese tamaño tamaño que corres correspon ponde de a arenas arenas limpias limpias finas. finas. Por lo tanto si el suelo suelo contiene contiene partículas menores que ese tamaño la muestra de suelo analizada debe ser separada en dos partes, para análisis mecánico y por vía húmeda (hidrometría). Por medio de lavado por el tamiz No. 200 y lo que pase por este tamiz será sometido a un análisis granulométrico por vía húmeda, basado en la sedimentación. El análisis por vía húmeda se efectúa por medio del hidrómetro que mide la densidad de una suspensión del suelo a cierto nivel y se basa en el principio de la ley de Stokes.


OBJETIVO: Determinar experimentalmente la distribución cuantitativa del tamaño de las partículas de un suelo. - Analizar su graduación en base a los coeficientes de uniformidad (Cu) y Curvatura (Cc). -

EQUIPO: Método Mecánico - Juego de tamices tamices 3”, 3”, 2 ½”, 2”, 1 ½“, 1”, ¾“, ¾“, ½“, 3/8”, 3/8”, No. 4, No. 10, No. No. 40, No. No. 200, tapa y fondo. - Balanza de 0.1gr. de sensibilidad. - Mortero con su pisón. - Horno con temperatura constante de 100 – 110º C. - Taras. - Cuarteador.

PROCEDIMIENTO: Método Análisis Mecánico a) Materi Material al mayor mayor que que el tamiz tamiz No. No. 4

1.

El material retenido en el tamiz No. 4, se pasa a través de los tamices, 3”, 2 ½”, 2”, 1½”, 1”, ¾”, ½”, 3/8”, No. 4 y fondo, realizando movimientos horizontales y verticales.


2.

Pese las fracciones retenidas en cada tamiz y anótela en el registro correspondiente.

b) Material menor que el tamiz No. 4

1.

Ponga a secar la muestra en el horno a una temperatura de 105 a 110º C por un período de tiempo de 12 a 24 horas.

2.

Deje enfriar la muestra a temperatura ambiente y pese la cantidad requerida para realizar el ensaye. Si el suelo es arenoso se utiliza aproximadamente 200grs. Si el suelo es arcilloso se utiliza aproximadamente 150grs.

3.

Disgregue los grumos (terrones), del material con un pisón de madera para evitar el rompimiento de los gramos.

4.

Coloque la muestra en una tara, agréguele agua y déjela remojar hasta que se puedan deshacer completamente los grumos. Se vacía el contenido de la tara sobre el tamiz No. 200, con cuidado y con la ayuda de agua, lave lo mejor posible el suelo para que todos los finos pasen por el tamiz. El material que pasa a través del tamiz No. 200, se analizará por otros métodos en caso sea necesario.

5.

6.

El material retenido en el tamiz No. 200 después de lavado, se coloca en una tara, lavando el tamiz con agua.

7.

Se seca el contenido de la tara en el horno a una temperatura de 100 – 110º C por 24 horas.

8.

Con el material seco en el paso anterior, se coloca el juego de tamices en orden progresivo, No. 4, No. 10, No. 40, No. 200 y al final el fondo, vaciando el material previamente pesado.

9.

Se agita el juego de tamices horizontalmente con movimientos de rotación y verticalmente con golpes secos de vez en cuando. El tiempo de agitación depende de la cantidad de finos de la muestra, pero por lo general no debe ser menor de 15 minutos.

10. Inmediatamente realizado el paso anterior pese las fracciones retenidas en cada tamiz, y anótela en el registro correspondiente. ANÁLISIS Y PRESENTACIÓN DE DATOS En el análisis por tamices se obtienen los resultados de pesos parciales retenido en cada uno de ellos.


Después se calcula los porcentajes retenidos parciales, los porcentajes acumulativos, los porcentajes que pasan por cada tamiz. Además es conveniente presentar resultados en forma gráfica que tabular. La presentación gráfica se efectúa por medio de la curva granulométrica, que es la curva de los porcentajes que pasa por cada tamiz, esta curva se gráfica en papel semilogaritmico. En la ordenadas (escala natural del papel) se anotan los porcentajes que pasa y en las abscisas (escala logarítmica del papel) se anotan los diámetros de los tamices en milímetros.

TAMAÑO DE LAS ABERTURAS DE LOS TAMICES NORMALIZADOS. TAMIZ 3” 2 ½” 2” 1 ½” 1” ¾“ ½“ 3/8 “ ¼“ No. 4 No. 10 No. 40 No. 200

ABERTURA (mm) 76.2 63.5 50.8 38.1 25.4 19.1 12.7 9.52 6.35 4.76 2.00 0.420 0.075

A partir de la curva granulométrica se puede deducir en primera instancia el tipo de suelo principal y los componentes eventuales. Se puede encontrar el diámetro efectivo de los granos (D10); que es el tamaño correspondiente al 10% en la curva granulométrica y se designa como D 10. Otros tamaños definidos estadísticamente que son útiles incluyen D 60; D30. La uniformidad del suelo se puede definir estadísticamente de varias maneras, un índice antiguo pero útil, es el coeficiente de Uniformidad Cu que se define.

Cu =

-

Las Gravas bien graduadas tienen Cu >4

-

Las Arenas bien graduadas tienen Cu >6

D 60 D10


Para clasificación de suelos es útil definir un dato complementario de uniformidad como es el coeficiente de curvatura (Cc) definido como: Cc = -

( D30) 2 D 60 x D10

Los suelos bien graduados; C C entre 1 y 3. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE TECNOLOGÍA DE LA CONSTRUCCIÓN DEPARTAMENTO DE MATERIALES Y SUELOS ANÁLISIS GRANULOMETRICO

NOMBRE DEL PROYECTO: _________________________________________________ LOCALIZACIÓN: __________________________________________________________ SONDEO No.:___________________ PROFUNDIDAD (m):________________ TAMIZ NO.

MUESTRA No.___________________________ FECHA: ______________________________

PESO RETENIDO PARCIAL EN GRAMOS

% RETENIDO PARCIAL

% RETENIDO ACUMULATIVO

% QUE PASA POR EL TAMIZ

1½ 1” ¾“ ½“ 3/8 “ No. 4 PASA No. 4 SUMA ANÁLISIS GRANULOMETRICO DEL MATERIAL QUE PASA EL TAMIZ NO. 4 (LAVADO) TAMIZ NO.

PESO RETENIDO PARCIAL EN GRS.

% RETENIDO PARCIAL

% RETENIDO ACUMULATIVO

10 40 200 PASA 200 SUMA LAVADO POR No. 200 ENSAYE No.:_____________

ENSAYE No.:

________________________

PESO SECO: _____________

PESO SECO:

________________________

PESO SECO LAVADO: ______________ DIFERENCIA:

PESO SECO LAVADO: __________________

____________________ DIFERENCIA:

Pasa No. 200: ________________


_____________________

Pasa No. 200:

___________________

% QUE PASA POR EL TAMIZ


UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE TECNOLOGÍA DE LA CONSTRUCCIÓN DEPARTAMENTO DE CONSTRUCCION GUIA DE MECANICA DE SUELOS I PRACTICA No. 5 DETERMINACION DE LOS LIMITES DE CONSISTENCIA O DE ATTERBERG DE LOS SUELOS. (ASTM D 4318 , AASHTO T 89-90 y T 90-87) GENERALIDADES. Las propiedades de un suelo formado por partículas finamente divididas, como una arcilla no estructurada dependen en gran parte de la humedad. El agua forma una película alrededor de los granos y su espesor puede ser determinante del comportamiento diferente del material. Cuando el contenido de agua es muy elevado, en realidad se tiene una suspensión muy concentrada, sin resistencia estática al esfuerzo cortante; al perder agua va aumentando esa resistencia hasta alcanzar un estado plástico en que el material es fácilmente moldeable; si el secado continua, el suelo llega a adquirir las características de un sólido pudiendo resistir esfuerzos de compresión y tensión considerable. Arbitrariamente Atterberg marcó las fronteras de los cuatro estados en que pueden presentarse los materiales granulares muy finos mediante la fijación de los límites siguientes: Líquido (L.L), Plástico (L.P.), y de contracción (L.C.) y mediante ellos se puede dar una idea del tipo de suelo en estudio. El límite líquido es la frontera entre el estado líquido y el plástico; el límite plástico es la frontera entre el estado plástico y el semi-sólido y el límite de contracción separa el estado semi-sólido del sólido. A estos límites se les llama límites de consistencia.

OBJETIVOS. -

Introducir al estudiante al procedimiento de la determinación de los límites; líquidos, plásticos y de contracción de una muestra de suelo.

-

Determinar experimentalmente los diferentes límites de consistencia de un suelo.

-

Determinar mediante formulas los diferentes indices de consistencia de un suelo.


DETERMINACIÓN DEL LIMITE LIQUIDO (L.L) El límite se define como el contenido de humedad expresado en porcentaje con respecto al peso seco de la muestra, que debe tener un suelo moldeado para una muestra del mismo en que se haya moldeado una ranura de dimensiones Stándard, al someterla al impacto de 25 golpes bien definidos se cierre sin resbalar en su apoyo.

11 mm.

Fig. (1) Corte Esquemático de la Copa de Casa Grande, mostrando el material ranurado.


EQUIPO. 1.

2. 3. 4.

5. 6. 7. 8.

Aparato de Arturo Casagrande, incluyendo la solera plana y el ranurador trapezoidal. Espátulas flexibles. Cápsula de porcelana. Tamiz No. 40. Atomizador. Balanza con sensibilidad de 0.01gr. Horno con temperatura constante de 100 a 110º C. Taras con su tapa

PROCEDIMIENTO. Los ensayes de consistencia se hacen solamente con la fracción de suelo que pasa por el tamiz No. 40. 1.

Después de secada la muestra de suelo, se criba a través del tamiz No. 40 desechándose el que quede retenido.

2.

Antes de utilizar la “Copa de Casagrande”, debe ser ajustada (calibrada), para que la copa tenga una altura de caída de 1 cm., exactamente.

3. Del material que pasó por el tamiz No. 40 se toman aproximadamente unos 100 gramos se colocan en una cápsula de porcelana y con una espátula se hace una mezcla pastosa, homogénea y de consistencia suave agregándole una pequeña cantidad de agua durante el mezclado. 4. Parte de esta mezcla se coloca con la espátula en la copa de Casagrande formando una torta alisada de un espesor de un (1) cm., en la parte de máxima profundidad. Una altura menor aumenta el valor del límite líquido. 5.

El suelo colocado en la “Copa de Casagrande” se divide en la parte media en dos porciones utilizando para ello un ranurador, de manera que permanezca perpendicular a la superficie inferior a la copa. Para suelos arcillosos con poco o ningún contenido de arena hágase la ranura con un solo movimiento suave y continúo.

6.

Después de asegurarse de que la copa y la base están limpias y secas, se da vuelta a la manija del “Aparato de Casagrande”, uniformemente a razón de 2 golpes por segundo, contando el número de golpes requeridos hasta que se cierre el fondo de la ranura en una distancia de 1 cm. Si la ranura se cierra antes de los 10 golpes, se saca el material se vuelve a mezclar y se repiten los pasos 4, 5 y 6.


Antes del Ensayo 7.

Después del Ensayo

Después que el suelo se ha unido en la parte inferior de la ranura, se toman aproximadamente unos 10 gramos del suelo; se anota su peso húmedo, el No. de golpes obtenidos y se determina el peso seco.

8. Repita los pasos 2, 4, 5, 6 y 7; con el propósito de obtener puntos menores de 25 golpes y mayores de 25 golpes. 9. Determine el porcentaje de humedad correspondiente a cada número de golpes y se construye la curva de fluidez en papel simi-logarítmico. 10. El

límite líquido define cuando el contenido de agua en la curva de fluidez corresponda a 25 golpes.

Datos de la determinación del límite líquido Proyecto: Dueño: Sondeo No. Muestra No. Ubicación: Ensaye No. 1 2 3 4 5 Tara No. No. de Golpes Peso de Tara Peso Muestra Humedad + Tara (grs) Peso Muestra Seca + Tara (grs) Peso de Agua Peso de Muestra Seca Porcentaje de Humedad

DETERMINACIÓN DE LIMITE PLASTICO (L.P.) Elaborado por: Marvin Blanco Rodríguez e Iván Matus Lazo

El límite plástico se define como el contenido de humedad, expresado en porciento, cuando comienza agrietarse un rollo formado con el suelo de 3 mm. de diámetro, al rodarlo con la mano sobre una superficie lisa y absorbente.

EQUIPO. 1. 2. 3. 4.

Vidrio esmerilado o papel absorbente. Taras Balanza con sensibilidad de 0.01 gr. Horno con temperatura constante de 100 a 110º C.

PROCEDIMIENTO. 1.

Se toma aproximadamente la mitad de la muestra que se usó en límite líquido, procurando que tenga una humedad uniforme cercana a la humedad optima, amáselo con la mano y ruédelo sobre una superficie limpia y lisa, como una hoja de papel o un vidrio hasta formar un cilindro de 3 mm, de diámetro y de 15 a 20 cm de largo.

2. Se amasa la tira y se vuelve a rodar, repitiendo la operación tantas veces como se necesite para reducir, gradualmente, la humedad por evaporación, hasta que el cilindro se empiece a endurecer. 3. El límite plástico se alcanza cuando el cilindro se agrieta al ser reducido a 3mm de diámetro. 4. Inmediatamente se divide en proporciones y se ponen los pedazos en dos taras. 5. Se pesan en la balanza de 0.01 gr., y se registra su peso. 6. Se introduce la muestra en el horno por un período aproximado de 24 horas y se determina su peso seco. 7. Con los datos anteriores se calcula el contenido de agua en porcentaje. Si la diferencia de los dos % no es mayor que 2% se promedian y en caso contrario se repite el ensaye. 8.

El promedio es el valor en porcentaje del Límite Plástico.

DETERMINACIÓN DEL LIMITE DE CONTRACCIÓN. El Límite de Contracción (L.C.) de un suelo se define como el porciento de humedad con respecto al peso seco de la muestra, con el cual una reducción de agua no ocasiona ya disminución en el volumen del suelo.

EQUIPO. Elaborado por: Marvin Blanco Rodríguez e Iván Matus Lazo

1. Cápsula metálica cilíndrica para límites de contracción 2. Cápsula de vidrio de dimensiones conocidas. 3. 2 Plaquitas enrrasadoras 4. Mercurio (azogue vivo). 5. Balanza con sensibilidad de 0.1 gr. 6. Horno con temperatura constante de 100 a 110º C. PROCEDIMIENTO. 1. Tómese unos 30 grs., del material que pase la malla No. 40 y añádasele agua hasta formar una mezcla pastosa cuya consistencia sea aproximadamente la misma que la que tiene el suelo cuando su contenido de humedad es igual al límite líquido. 2. Se llena la cápsula metálica con la muestra pastosa en tres capas aplicándole 20 golpes por capa. 3.

Una vez llena la cápsula metálica se alisa la superficie quitando el material sobrante con ayuda de una espátula.

4. Se pesa la cápsula metálica con la masa pastosa y se anota su peso. 5.

Deposite la cápsula metálica con la masa pastosa en el horno a una temperatura de 100 a 110º C.

6. Sáquese del horno la cápsula con la muestra seca y estando a temperatura ambiente, pésese y regístrese dicho peso (Ws). 7.

Determine el volumen de la cápsula metálica, llenándolo de mercurio líquido y nivelando su superficie con las plaquitas enrazadoras; vacíe el mercurio contenido en la cápsula metálica en una probeta graduada y anote dicho volumen. (V1).

8.

Determine el volumen de la muestra seca (V 2), de la manera siguiente: Llénese la cápsula de vidrio con mercurio líquido y enrase con ayuda de las plaquitas enrazadoras. Introduzca la muestra seca cuidadosamente evitando las burbujas de aire en el vaso lleno de mercurio, presionándole con las plaquitas enrazadoras. Al introducirse la muestra seca, se desalojará una cantidad de mercurio igual al volumen de la muestra (V 2).

9. Se calcula el límite de contracción por la fórmula. Elaborado por: Marvin Blanco Rodríguez e Iván Matus Lazo

Lc

Wm

−

Ws

=

(V 1 Ws

−

V 2 ) γ w

x

100

Donde: Lc Wm Ws V1 V2 γ w

= = = = = =

Límite de Contracción Peso de la muestra húmeda. Peso de la muestra seca. Volumen de la muestra húmeda Volumen de la muestra seca Peso específico del agua a temperatura de ensaye.

El límite de contracción es muy útil para evaluar el comportamiento de cortes y terraplenes principalmente en el posible surgimiento d e grietas. Suelos con L.C menor a 5%; Suelos con L.C. entre 5% y 10%; Suelos con L.C. entre 10% y 15%; Suelos con L.C. mayor 15%;


suelos buenos. suelos regulares. suelos pobres. suelos muy pobres.


UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE TECNOLOGÍA DE LA CONSTRUCCIÓN DEPARTAMENTO DE CONSTRUCCION GUIA DE MECANICA DE SUELOS I PRACTICA No. 6 ENSAYE DE COMPACTACION DE SUELOS “METODO PROCTOR ESTANDAR” ASTM D 698-91

AASHTO T 99-90

GENERALIDADES. Se denomina compactación de suelos al proceso mecánico por el cual se busca mejorar las características de resistencia, compresibilidad y esfuerzo deformación de los mismos. Este proceso implica una reducción más o menos rápida de los vacíos, como consecuencia de la cual en el suelo ocurren cambios de volúmenes de importancia, fundamentalmente ligados a pérdida de volumen de aire. La compactación está relacionada con la densidad máxima o peso volumétrico seco máximo del suelo que para producirse es necesario que la masa del suelo tenga una humedad determinada que se conoce como humedad óptima. La importancia de la compactación es obtener un suelo de tal manera estructurado que posea y mantenga un comportamiento mecánico adecuado a través de toda la vida útil de la obra. Por lo general las técnicas de compactación se aplican a rellenos artificiales, tales como cortina de presa de tierra, diques, terraplenes para caminos y ferrocarriles, muelles, pavimentos, etc. Algunas veces se hace necesario compactar el terreno natural, como en el caso de cimentaciones sobre arena suelta. Las ventajas que representa una compactación adecuada son:

a) El volumen de vacío se habrá reducido a un mínimo y consecuentemente, su capacidad de absorber humedad también se habrá reducido a un mínimo. b) La reducción de vacíos se debe a que las partículas de menor tamaño han sido forzadas a ocupar el vacío formado por las partículas más grandes. De allí que si una masa de suelos está bien graduada, los vacíos o poros se reducirán prácticamente a cero y se establecerá un contacto firme y sólido entre sus partículas, aumentando la capacidad del suelo para soportar mayores pesos. Elaborado por: Marvin Blanco Rodríguez e Iván Matus Lazo

Los métodos usados para la compactación de los suelos dependen del tipo de los materiales con los que se trabaje en cada caso. Los suelos puramente friccionantes como la arena se compactan eficientemente por métodos vibratorios y métodos estáticos; en cambio los suelos plásticos, el procedimiento de carga estática resulta el más ventajoso. Los métodos usados para determinar la densidad máxima y humedad óptima en trabajos de mantenimiento y construcción de carreteras son los siguientes:

a) Proctor Standard. b) Proctor Modificado c) Prueba Estática A)

ENSAYE PROCTOR ESTANDAR ASTM D 698 El ensaye proctor estándar se refiere a la determinación del peso por unidad de volumen de un suelo que ha sido compactado por un procedimiento definido para diferentes contenidos de humedad.

EQUIPO DE COMPACTACIÓN PROCTOR ESTANDAR


OBJETIVO. -

Determinar el peso volumétrico seco máximo ( γ d máx) que pueda alcanzar un material, así como la humedad óptima (W ópt.) a que deberá hacerse la compactación.

El ensaye proctor standard está limitado a los suelos que pasen totalmente el tamiz No. 4 o que como máximo tenga un retenido del 10% en ese tamiz, pero que pase dicho retenido totalmente por el tamiz de 3/8”.

EXISTEN 4 ALTERNATIVAS PARA LA REALIZACIÓN

Especificaciones para el ensaye Proctor Estándar (basadas en la norma 698-91 de la ASTM) CONCEPTO Diámetro del molde (cm) Volumen del molde (cm³) Peso del martillo o pisón (Kg) Altura de caída del martillo (cm) Numero de golpes del pisón por cada capa Numero de capas de compactación Energía de compactación (Kg-cm/cm³)

A 10.16 943.3 2.5 30.48 25 3 6.06 100% tamiz No.4

Suelo por usarse Pasa por

METODO A B C D

METODO B 15.24 2124.0 2.5 30.48 56 3 6.03 100% tamiz 3/8”

C 10.16 943.3 2.5 30.48 25 3 6.06 El 20% retiene No.4

D 15.24 2124.0 2.5 30.48 56 3 6.03 Pasa 100 tamiz ¾”

Peso de Muestra 3 Kgs. 7 Kgs. 5 Kgs. 12 Kgs.

EQUIPO. 1.

Un molde de compactación. Constituido por un cilindro metálico de 4” de diámetro interior por 4 ½ de altura y una extensión de 2 ½ “ de altura y de 4” de diámetro interior.

2.

Un pisón metálico (martillo proctor ) de 5.5 lbs. de peso (2.5 Kgs.) de 5 cm (2”) de diámetro.


3. 4.

Una guía metálica de forma tubular de 35 cm de largo aproximadamente. Una regla metálica con arista cortante de 25 cm de largo.

5.

Una balanza de 29 Kg de capacidad y 1.0 gr. de sensibilidad.

6.

Una balanza de 500 gr., de capacidad y de 0.01 gr., de sensibilidad.

7.

Un horno que mantenga una temperatura constante entre 100 – 110º C.

8.

Charolas metálicas.

9.

Probetas graduadas de 500 cm3.

10.

Extractor de muestras.

11.

Tara para determinar humedad.

PROCEDIMIENTO. Se obtiene por cuarteo una muestra representativa, previamente secada al sol y que según el método a usarse puede ser de 3, 7, 5 y 12 kilogramos. De la muestra ya preparada se esparce agua en cantidad tal que la humedad 1. resulte un poco menor del 10% y si el material es arenoso es conveniente ponerle una humedad menor. Se revuelve completamente el material tratando que el agua agregada se 2. distribuya uniformemente.

3.

Pese el molde cilíndrico y anote su peso.

La muestra preparada se coloca en el molde cilíndrico en tres (3) capas, 4. llenándose en cada capa aproximadamente 1/3 de su altura y se compacta cada capa de la forma siguiente: -

Se coloca el pistón de compactar con su guía, dentro del molde; se eleva el pistón hasta que alcance la parte superior y se suelta permitiendo que tenga una caída libre de 30 cms., se cambia de posición la guía, se levanta y se deja caer nuevamente el pistón. Se repite el procedimiento cambiando de lugar la guía de manera que con 25 golpes se cubra la superficie. Esta operación de compactación se repite en las tres capas del material.

Al terminar la compactación de las tres capas, se quita la extensión y con la 5. regla metálica se enraza la muestra al nivel superior del cilindro.


Se limpia exteriormente el cilindro y se pesa con la muestra compactada 6. anotando su peso. (Peso del material + cilindro). Con ayuda del extractor de muestra se saca el material del molde y de la 7. parte central del espécimen se toman aproximadamente 100 gr., y se pesa en la balanza de 0.1 gr., se sensibiliza anotando su peso. (Peso húmedo). Deposite el material en el horno a una temperatura de 100 a 110º C por un 8. período de 24 horas, transcurrido este período determínese el peso seco del material. El material sacado del cilindro se desmenuza y se le agrega agua hasta 9. obtener un contenido de humedad del 4 al 8% mayor al anterior.

10. Repita los pasos del 2 al 9 hasta obtener un número de resultados que permitan trazar una curva cuya cúspide corresponderá a la máxima densidad para una humedad óptima. 11.

El calculo se realiza de la siguiente manera: γ h

=

γ d =

Wm Vc

=

Wme − We Vc

γ h

1 + W

Donde: γ h = γ d =

Peso volumétrico húmedo. Peso volumétrico seco. Wm = Peso de la muestra compactada. We = Peso del molde cilíndrico Vc = Volumen del cilindro W = Contenido de humedad al tanto por uno. Wme = Peso de muestra compactada + Peso del Cilindro También se puede calcular el peso volumétrico de la curva de Saturación ( γ dz). γ dz =

Donde: γ dz

Ss γ w

= = =

Ss 1 + WSs

γ ω

Peso volumétrico del suelo saturado. Peso específico de los sólidos. Peso específico del agua.


TABLA DE DATOS

ENSAYE NO. Volumen del cilindro Peso del molde cilíndrico Peso del material + molde cilíndrico Peso del material Tara No. Peso Tara Peso Seco + Tara Peso Húmedo + Tara % de Humedad Peso Volumétrico Húmedo (γ h) Peso Volumétrico Seco (γ d) Peso Volumétrico Saturado (γ dz)

1

2

3

4

5

Con los datos de pesos volumétricos seco en las ordenadas y contenidos de humedad en las abcisas, se gráfica la curva de compactación y de ahí se obtiene el peso volumétrico máximo (γ d máx) y la humedad óptima los cuales corresponden al punto más alto de la curva de compactación. Estos valores máximos y óptimos son los que se reproducirán en el campo al compactar un terraplén.


UNI LMS

LABORATORIO DE MECANICA DE SUELOS ENSAYO

DE

C O M PAC TA C I O N

OBRA: ________________________________ PROCEDENCIA_______________________ MUESTRA No.:___________________ DESCRIPCIÓN _____________________________ FECHA: ___________________________________________________________________

DATOS PARA CURVA DE COMPACTACION Humedad Real de Compactación (%) Densidad Seca (Kg/m3)

DATOS PARA CURVA DE COMPACTACION de Saturación

Humedad (%) Relación de Vacíos Densidad de Saturación 3 (Kg/m ) GS: __________ WL: __________ CLASIF. : ______________


WP: __________

IP: __________

DENSIDAD MAXIMA SECA ____________ Kg/m 3. HUMEDAD OPTIMA ______________

H U M E D A D ( O O)


UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE TECNOLOGÍA DE LA CONSTRUCCIÓN DEPARTAMENTO DE CONSTRUCCION GUIA DE MECANICA DE SUELOS I PRACTICA No. 7 ENSAYE DE COMPACTACION DE SUELOS “METODO PROCTOR MODIFICADO” ASTM D 1557-91

AASHTO T180-90

El ensaye de Proctor modificado se crea al crearse también equipos compactadores más pesados que se usan en la pavimentación de carreteras y aeropuertos.

Especificaciones para el ensaye Proctor Modificado (basadas en la norma 1557-91 de la ASTM) CONCEPTO Diámetro del molde (cm) Volumen del molde (cm³) Peso del martillo o pisón (Kg) Altura de caída del martillo (cm) Numero de golpes del pisón por cada capa Numero de capas de compactación Energía de compactación (Kg-cm/cm³) Suelo por usarse Pasa por

METODO A 10.16 943.3 4.54 45.7 25 5 16.49

B 15.24 2124.0 4.54 45.7 56 5 16.42

100% tamiz No.4

100% tamiz 3/8”

C 10.16 943.3 4.54 45.7 25 5 16.49 El 20% retiene No.4

D 15.24 2124.0 4.54 45.7 56 5 16.42 Pasa 100 tamiz ¾”

EQUIPO. El equipo para Proctor modificado es igual que el Proctor estándar con la única diferencia siguiente: -

-

Un molde de compactación. Constituido por un cilindro metálico de 4” de diámetro interior por 4 ½ de altura y una extensión de 2 ½ “ de altura y de 4” de diámetro interior. Un pistón o martillo y su guía de 45 cms., de caída y 4.54 kg de peso. Una regla metálica con arista cortante de 25 cm de largo. Una balanza de 29 Kg de capacidad y 1.0 gr. de sensibilidad.


-

Una balanza de 500 gr., de capacidad y de 0.01 gr., de sensibilidad.

-

Un horno que mantenga una temperatura constante entre 100 – 110º C.

-

Charolas metálicas

- Probetas graduadas de 500 cm3. - Extractor de muestras. -

Tara para determinar humedad.

PROCEDIMIENTO. Se obtiene por cuarteo una muestra representativa, previamente secada al sol y que según el método a usarse puede ser de 3, 7, 5 y 12 kilogramos. 1. De la muestra ya preparada se esparce agua en cantidad tal que la humedad resulte un poco menor del 10% y si el material es arenoso es conveniente ponerle una humedad menor. 2.

Se revuelve completamente el material tratando que el agua agregada se distribuya uniformemente.

3.

Pese el molde cilíndrico y anote su peso.

4.

La muestra preparada se coloca en el molde cilíndrico en cinco (5) capas, llenándose en cada capa aproximadamente 1/3 de su altura y se compacta cada capa de la forma siguiente: -

Se coloca el pistón de compactar con su guía, dentro del molde; se eleva el pistón hasta que alcance la parte superior y se suelta permitiendo que tenga una caída libre de 45.7 cms., se cambia de posición la guía, se levanta y se deja caer nuevamente el pistón. Se repite el procedimiento cambiando de lugar la guía de manera que con 25 o 56 (según el método) golpes se cubra la superficie. Esta operación de compactación se repite en las cinco capas del material.

5. Al terminar la compactación de las tres capas, se quita la extensión y con la regla metálica se enraza la muestra al nivel superior del cilindro. 6. Se limpia exteriormente el cilindro y se pesa con la muestra compactada anotando su peso. (Peso del material + cilindro).


7. Con ayuda del extractor de muestra se saca el material del molde y de la parte central del espécimen se toman aproximadamente 100 gr., y se pesa en la balanza de 0.1 gr., se sensibiliza anotando su peso. (Peso húmedo). 8. Deposite el material en el horno a una temperatura de 100 a 110º C por un período de 24 horas, transcurrido este período determínese el peso seco del material. 9. El material sacado del cilindro se desmenuza y se le agrega agua hasta obtener un contenido de humedad del 4 al 8% mayor al anterior. 10.Repita los pasos del 2 al 9 hasta obtener un número de resultados que permitan trazar una curva cuya cúspide corresponderá a la máxima densidad para una humedad óptima. 11. El calculo se realiza de la siguiente manera:

γ h

=

γ d =

Wm Vc

=

Wme − We Vc

γ h

1 + W

Donde: γ h = γ d =

Peso volumétrico húmedo. Peso volumétrico seco. Wm = Peso de la muestra compactada. We = Peso del molde cilíndrico Vc = Volumen del cilindro W = Contenido de humedad al tanto por uno. Wme = Peso de muestra compactada + Peso del Cilindro También se puede calcular el peso volumétrico de la curva de Saturación ( γ dz). γ dz =

Ss 1 + WSs

γ ω

Donde: γ dz

Ss γ w

= = =

Peso volumétrico del suelo saturado. Peso específico de los sólidos. Peso específico del agua.


TABLA DE DATOS

ENSAYE NO. Volumen del cilindro Peso del molde cilíndrico Peso del material + molde cilíndrico Peso del material Tara No. Peso Tara Peso Seco + Tara Peso Húmedo + Tara % de Humedad Peso Volumétrico Húmedo (γ h) Peso Volumétrico Seco (γ d) Peso Volumétrico Saturado (γ dz)

1

2

3

4

5

Con los datos de pesos volumétricos seco en las ordenadas y contenidos de humedad en las abcisas, se gráfica la curva de compactación y de ahí se obtiene el peso volumétrico máximo (γ d máx) y la humedad óptima los cuales corresponden al punto más alto de la curva de compactación. Estos valores máximos y óptimos son los que se reproducirán en el campo al compactar un terraplén.


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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE TECNOLOGÍA DE LA CONSTRUCCIÓN DEPARTAMENTO DE CONSTRUCCION GUIA DE MECANICA DE SUELOS I PRACTICA No.8

ENSAYE DE COMPACTACION DE SUELOS

ENSAYE DE COMPACTACION ESTATICA En suelos friccionantes las pruebas dinámicas producen una curva de compactación de una forma inadecuada para la determinación de su peso volumétrico seco máximo y su humedad óptima. Es la prueba de compactación estática la que nos da una información exacta de los pesos volumétricos máximos y óptimos.

EQUIPO. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

Un molde metálico de 6” de diámetro interior y 8” de altura. Una máquina de compresión con capacidad mínima de 30 ton. Una varilla punta de bala de 5/8 “ de diámetro y 30 cms., de longitud. Un tamiz de 1”. Un tamiz No. 4. Una balanza con capacidad de 25 kgs., y sensibilidad de 1.0 grs. Una balanza con capacidad de 500 gr., y sensibilidad de 0.01 gr. Taras para determinar la humedad. Una probeta graduada de 500 cm³.

PROCEDIMIENTO Este ensaye esta limitado a los suelos que pasan totalmente el tamiz de 1”, también deberá efectuarse en los suelos finos como las arenas de ríos o de mina producto de trituración, tezontles arenosos y en general en todos los materiales que carezcan de cementación. La muestra para efectuar esta prueba deberá pesar aproximadamente 16 kgrs.

1. 2.

Cribe el material por el tamiz de 1” y obtenga porciones representativas de 4 kgs., del material que pasó el tamiz de 1”.

Se incorpora cierta cantidad de agua y se revuelve bien el material.


3.

Una vez lograda la distribución homogénea de la humedad, se coloca en tres capas dentro del molde cilíndrico y a cada una de las capas se le aplican 25 golpes con la varilla punta de bala.

4.Una

vez aplicados los 25 golpes con la varilla punta de bala a cada capa, se compacta el material aplicando una carga uniforme y lentamente de modo de alcanzar la presión de 140.6 kg/cm2 en un período de 5 minutos, la que debe mantenerse en un período de 1 minuto, e inmediatamente hacer la descarga lentamente en un período de 1 minuto. La presión se aplica en una máquina compresora.

10.

5.

Si al llegar a la carga máxima no se humedece la base del molde la humedad del espécimen es inferior a la óptima.

6.

Se repiten los pasos del 2 al 4 y si al llegar a la carga máxima se humedece la base del molde por haberse iniciado la expulsión de agua, el material se encuentra con una humedad óptima cuando se inicia el humedecimiento de la base del molde.

7.

Para fines prácticos es muy conveniente considerar que el espécimen se encuentra con su humedad óptima cuando se inicia el humedecimiento de la base del molde.

8.

Se determina la altura del espécimen restando la altura entre la cara superior de este y el borde del molde de la altura total.

9.

Se pesa el material mas el molde y se anota su peso.

Determine el contenido de humedad.

11. Calcule el peso volumétrico húmedo y el peso volumétrico seco con las siguientes fórmulas: Wm

γ h

=

γ d

=

Vm

Wme =

−We

Vm

h 1+w

Donde: γ h γ d

We

= Peso volumétrico húmedo. = Peso volumétrico seco. Vm = Volumen del material. Wm = Peso del material W = Contenido de humedad. Wme = Peso del Material + Peso del Molde. = Peso del molde cilíndrico.


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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE TECNOLOGÍA DE LA CONSTRUCCIÓN DEPARTAMENTO DE CONSTRUCCION GUIA DE MECANICA DE SUELOS I PRACTICA No. 9 DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD DEL SUELO EN EL CAMPO (CONTROL DE COMPACTACIÓN DE CAMPO) “METODO DEL CONO DE ARENA” AASHTO T 191-61

ASTM D 1556-90

GENERALIDADES. Cuando el trabajo de compactación va progresando en el campo, es conveniente saber si el peso volumétrico especificado se está logrando o no. Esto se conoce como control de compactación de campo. Esta verificación se logra con varios procedimientos estándares, nosotros utilizaremos el método mas comúnmente usado, “EL METODO DEL CONO DE ARENA”. Elaborado por: Marvin Blanco Rodríguez e Iván Matus Lazo

Básicamente el método consiste en determinar el peso del suelo húmedo de una pequeña excavación de forma irregular (hueco) hecho sobre la superficie del suelo. Se determina el volumen de dicho hueco y la densidad húmeda del suelo en el sitio (densidad in situ) ó peso volumétrico húmedo del campo. Se calcula simplemente como: Peso del suelo húmedo γ húmeda= -------------------------

Volumen del hueco El método del cono de arena representa una forma indirecta de obtener el volumen del agujero. La arena utilizada (a menudo arena de Otawa) es generalmente material que pasa el tamiz No. 20 y esta se encuentra retenida por el tamiz No. 30 . Aunque el material menor que el tamiz No. 30 y mayor que el tamiz No. 40 o el material menor que el tamiz No. 30 y mayor que el tamiz No. 50 puede también utilizarse, generalmente es deseable tener una arena uniforme o “de un solo tamaño” para evitar problemas de segregación (un volumen de arena fina puede pesar mas que un volumen de arena gruesa, pero un volumen de la mezcla puede pesar aún mas) de forma que en las mismas condiciones de vaciado puedan lograrse la misma estructura del suelo y duplicación requerida.

OBJETIVO: Determinar la densidad y peso unitario en una superficie de un suelo compactado por medios mecánicos.

−

Determinar la densidad del suelo en el sitio.

− −

Familiarizar al estudiante con el método comúnmente utilizado en el campo para determinar la densidad del suelo.

−

Relacionar la densidad seca de campo con la densidad seca máxima obtenida en el laboratorio, obtenidas de los diferentes métodos de compactación de laboratorio.

EQUIPO: -

Densímetro o cono metálico. Placa base metálica con un círculo hueco. Recipiente de plástico ó metal de 4000 cm³ de capacidad aproximadamente. Dos bolsas conteniendo arena calibrada (20±30) seca, una con peso de 2.00 kg y la otra con peso de 4.00kg.


-

Cincel de acero liso de 5/8” de diamtro y una altura de 25 cm de longitud aproximadamente. Cuchara. Brocha de 4”. Mazo de dos libras y media de peso. Taras para el contenido de humedad. Balanza con presición de 0.1 gramoy capacidad de 2.0 kg. Balanza con presición de 1.0 gramo y capacidad de 25 kg. Horno con temperatura constantes de 110±5ªC.

-

Pala y barra ( si fuese necesario)

PROCEDIMIENTO: Preparación del material.

Trabajo de laboratorio. 1.-

Calibrar la arena a utilizar, cribándola por los tamices No. 20 y No. 30 desechando lo que retenga el tamiz No. 20 y lo que pase el tamiz No. 30.

2.-

Determinarle el peso volumétrico seco suelto de la arena calibrada.

3.-

Pesar la arena y obtener dos pesos de arena (para cada ensaye) de 2.0Kg y 4.0kg. Depositar la arena en bolsas e identificar estas. Trabajo de campo.

4.-

Limpiar con la brocha todo el suelo suelto del área donde se realizará el ensaye.

5.-

Colocar la placa base. Esta no debe de moverse hasta que se termine el ensaye.

Factor de calibración. 6.-

Colocar el cono sobre la placa base (el hueco de la placa base debe de coincidir con el cono). Verificar que la válvula de pase este cerrada.

7.-

Verter sobre el cono superior el contenido de la bolsa con arena (peso 2.0kg). Anotar la identificación de la bolsa.

8.-

Abrir válvula de pase y dejar caer la arena hacia el cono inferior y el suelo. Cuando la arena deje de verter, cierre la válvula.


9.-

La arena que quedó (sobrante) en el cono superior deposítela en la bolsa que contenía los 2.0 k de arena.

Excavación.

10.-

Retire el densímetro (cono) de la placa base y comience a excavar sobre el suelo con ayuda del mazo y el cincel hasta una profundidad de 10 a 15 centímetros, como se lo indica el Instructor de la clase.

11.-

Deposite el suelo extraído en el recipiente volumétrico, colocándole la tapa para evitar perder la humedad natural del suelo. Anote la identificación del recipiente.

12.-

Coloque el cono sobre la placa base (como se indicó en el paso No. 6).

13.-

Vierta el contenido de arena de 4.0 kg de peso sobre la parte superior del cono.

14.-

Abra la válvula de pase y deje que la arena fluya hacia la parte inferior del cono y el hueco (excavación) hasta llenar estos.

15.-

Cuando la arena deje de fluir, cierre la válvula y la arena sobrante en el parte superior del cono deposítela en la bolsa que contenía los cuatro kilogramos de arena.

16.-

Retire de la excavación la arena usada y deposítela en un balde, esta arena se lavara y se volverá a cribar para usarse en otro ensaye.

Laboratorio. 17.-

Determine el peso húmedo del suelo excavado en la balanza de 1.0 de presición y anote su peso.

18.-

Tome una pequeña muestra representativa del suelo excavado y determine el peso húmedo (para determinarle su contenido de humedad), deposítela en una tara anote su identificación.


19.-

Deposite la tara con la muestra húmeda en el horno, déjela por veinticuatros horas a una temperatura de 110±5 ºC. hasta obtener peso constante (peso seco).

20.-

Pese las arenas sobrantes, en el factor de calibración y en la excavación y anotes sus pesos.

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE TECNOLOGÍA DE LA CONSTRUCCIÓN DEPARTAMENTO DE CONSTRUCCION Proyecto: Ubicación: Localización Espesor de la capa (cm): Profundidad(m): Ensaye No.: Material: FACTOR DE CALIBRACION Bolsa con arena No.: Peso de arena empleada (kg): 2.0 Peso de arena sobrante (kg): Peso de arena usada (kg): Peso volumétrico seco suelto de arena calibrada (kg/m³) Volumen de calibración o V 1 (m³) : EXCAVACIÓN Recipiente No. Peso del material húmedo (kg): Bolsa de arena No. Peso de arena empleada (kg): 4.0 Peso de arena sobrante (kg) Peso de arena usada (kg) Peso volumétrico seco suelto de arena calibrada (kg/m³) Volumen total ó V 2 (m³): Volumen de excavación (m³): Peso volumétrico húmedo in situ (kg/m³): CONTENIDO DE HUMEDAD Tara No.: Peso de tara (gramos): Peso de tara + suelo húmedo (gramos): Peso de tara + suelo seco (gramos): Peso de agua (gramos) Peso de suelo seco (gramos): Porcentaje de Humedad (%): CONTROL DE COMPACTACION Peso volumétrico seco in situ (kg/m³): Peso volumétrico seco máximo (kg/m³): Porcentaje de compactación (%): Elaborado por: Marvin Blanco Rodríguez e Iván Matus Lazo

Cálculos: 1.-

Calcule el volumen de calibración (V1) en m³. Peso de arena usada en calibración (kg) V1 = ------------------------------------------------------------------Peso vol. seco suelto de arena calibrada (kg/m³)

2.-

Calcule el volumen total (V2) en m³.

Peso de arena usada en excavación (kg) V1 = ------------------------------------------------------------------Peso vol. seco suelto de arena calibrada (kg/m³) 3.Calcule el volumen de excavación (Vexc.). en m³. Vexcv. = V2 – V1 4.-

Calcule el peso volumétrico húmedo del sitio en kg/m³. Peso del suelo húmedo excavado (kg) γ húmeda in situ = ----------------------------

Volumen de excavación (m³) 5.-

Calcule el peso volumétrico seco del sitio en kg/m³. γ húmeda in situ γ seca o γd in situ = ----------------------

(1 + contenido de humedad) 6.-

Calcule el porcentaje de compactación (% compac.). γd in situ

% compac = --------------------------------------γd máximo


UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE TECNOLOGÍA DE LA CONSTRUCCIÓN DEPARTAMENTO DE MATERIALES Y SUELOS GUIA DE MECANICA DE SUELOS I PRACTICA No. 10 ENSAYE DE VALOR RELATIVO SOPORTE SOPORTE DE CALIFORNIA (C.B.R.) AASHTO T 193-63


ASTM D 1883-73

ó RELACION DE

GENERALIDADES. El ensaye de valor relativo soporte, se emplea en la caracterización de la resistencia del material de cimiento de una vía o de los diferentes materiales que se emplearan en un pavimento, con vista a dimensionar los espesores de los suelos que formarán parte del mismo empleando el método de diseño de pavimentos basado en dicho ensayo. El C.B.R. se determina como la relación en porcentaje entre la fuerza utilizada para la penetración de 0.25 cm (0.1 pulgada) con un vástago de 19.35 cm² (3 pulg↓²) de área con una velocidad de penetración de 1.27 mm/minutos (0.05 pulg/min) y la fuerza ejercida en un material patrón (piedra triturada) para esa misma penetración. carga unitaria del ensayo C.B.R (%) = --------------------------------------- x 100 (10.1) carga unitaria patrón De esta ecuación se puede ver que el número CBR es un porcentaje de la carga unitaria patrón, el símbolo porcentaje se quita y la relación se presenta simplemente por el número entero. Los valores de la carga unitaria patrón que deben utilizarse en la ecuación (10.1) son los siguientes:

PENETRACION Milímetros (mm)

Centímetros (cm)

Pulgadas (pulg.)

2.5 5.0 7.5 10.0 12.7

0.25 0.50 0.75 0.10 1.27

0.10 0.20 0.30 0.40 0.50

CARGA UNITARIA PATRON Kilogramos/cm ² MPa PSI (Kg/cm²) 70.31 6.9 1,000 105.46 10.3 1,500 133.58 13.0 1,900 161.71 16.0 2,300 182.80 18.0 2,600

El CBR se define para la penetración de 0.25 cm (0.1pulg.) disminuyendo generalmente el valor de la relación entre la fuerza ejercida por el vástago y la correspondiente fuerza patrón a medida que la penetraciones aumentan, aunque en ocasionalmente la magnitud de dicha relación es mayor para 0.50 cm. de penetración, caso en que se adopta el valor de CBR determinado para dicha penetración. El C.B.R de la carga patrón (piedra triturada) serà de 100%. Un material cualquiera que tenga un C.B.r. de 50%, tiene la mitad de la capacidad soporte de la roca triturada. Por lo general el C.B.R, se usara para el diseño de pavimentos, que corresponde a una penetración de 2.5 milímetros en un material compactado a la humedad óptima y densidad máxima, saturando la muestra durante noventa y seis horas (cuatro días).

OBJETIVO: Elaborado por: Marvin Blanco Rodríguez e Iván Matus Lazo

−

Introducir a los estudiantes a un método para evaluar la calidad relativa del suelo, para subrazante, subbase y base de pavimento.

−

Determinar experimentalmente el valor soporte de California `para diferentes muestras de suelos.

EQUIPO: -

Molde metálico cilíndrico de compactación de 15.24 cm de diámetro interior y 17.78 cm de altura interior. Debe tener un collarín de extensión metálica de 5.08 cm de altura y una placa base metálica de 9.5 mm de espesor, con perforaciones de diámetro igual o menor a los 1.5 mm. - Disco espaciador (fondo falso) de 15.1 cm de diámetro y 6.14 cm de altura. -

Martillo de compactación Proctor Estándar o Modificado.

Aparatto para medir la expansión con deformimetro de carátula con preciisión de 0.01 mm. -

Pesas para sobrecargas, una metálica anular y varia metálicas ranuradas con un peso de 2.27 kg cada una y 14.9 cm de diámetro, con una perforación central de 50.4 cm de diámetro. -

Maquina C.B.R., equipada con pistón de penetración (diámetro de 4.953 cm, con sección transversal de 19.4 cm²) y capaz de penetrar a una velocidad de 1.27 mm/minutos y con anillo de carga de 50kN y un deformimetro de 0.02mm. -

-

Papel filtro circular.

-

Horno con temperatura constanter de 110±5ªC

-

Herramientas y accesorios, recipientes llenos de agua y tamices de ¾ y No. 4.


PROCEDIMIENTO: Preparación del material.

1.-

Preparar aproximadamente 4.5 Kg. de suelo de grano fino menor que el tamiz N.4 ó 5.5 Kg. de material con partículas menores de 19mm (3/4”). Esta muestra debe de estar seca y los terrones se deben de disgregar evitando reducir el tamaño natural de las partículas.

2.-

Pesar el molde sin su base y la extensión ó collarín.

3.-

Ajustar el molde a la base, insertar el disco espaciador en el molde y cubrirlo con un disco de papel filtro.

4.- Compactar el suelo de acuerdo con al norma ASTM D 698 ó D 1557 método B ó D, para el suelo utilizado de acuerdo con lo especificado por el instructor. Tomar una muestra representativa para determinar el contenido de humedad. 5.- quitar el collarín y enrasar la muestra suavemente hasta nivelarla, llenar con suelos finos los pequeños huecos que se hayan podido formar en la operación anterior de nivelación de la muestra. 6.- Retirar la base y el disco espaciador, pesar el molde con el suelo compactado y determinar el peso unitario total del suelo. Nota este procedimiento es para determinar el CBR al 100% de compactación. Si se desease realizar a distintos porcentajes de compactación se utilizaran números de golpes de 56, 25 y 10 para cada muestra .

Determinación de las propiedades expansivas del suelo.


7.- Sobre la placa base perforada se coloca un disco de papel filtro, se ajusta el molde con el suelo compactado en forma invertida, de manera que el espacio formado por el disco espaciador quede en la parte superior. 8.- En la superficie libre de la muestra, se coloca un disco de papel filtro y sobre este se coloca la placa metálica perforada provista de un vástago regulable. Sobre esta placa se colocará las sobre pesas cuyo numero deberá ser especificado o de lo contrario se usará sobrecarga mínima de 4.54 kg. 9.- A continuación se coloca todo el conjunto dentro de un recipiente. Se monta el trípode y se instala el deformímetro de manera que su punta quede tocando al vástago. 10.-Se llena de agua el recipiente de forma que el agua tenga acceso tanto a a la parte superior como a la parte inferior de la muestra y tomar la lectura inicial (Li) en el deformímetro. Tomar lecturas a las 0, 24, 48, 72 y 96 horas de tiempo transcurrido. 11.-Registrada la lectura final en el deformímetro (Lf), se retira el trípode y se saca el molde del agua, para dejarlo drenar durante quince minutos. Determinación de la resistencia a la penetración.

12.-Se lleva la muestra a la máquina de ensaye y se colocan sobre ella una cantidad de pesas para reproducir una sobrecarga igual a la que supuestamente ejercerá el material de base y pavimento del camino proyectado. 13.-Se coloca el pistón de penetración hasta que haga contacto con la muestra. Se la aplica una carga inicial de 4.5 kg. Después de aplicada la carga inicial se ajustan el deformímetro de carga y el deformímetro de penetración a cero. 14.- Se anotan las lecturas de carga a los siguientes niveles de penetración:

Primera Segunda Tercera Cuarta Quinta Sexta Septima

PENETRACIONES mm 1.27 2.54 3.81 5.08 7.62 10.16 12.70

Pulgadas 0.05 0.10 0.15 0.20 0.30 0.40 0.50

A una velocidad constante de 1.27 mm/minuto. 15.-Finalmente se retira el total de la muestra de suelo del molde.


Ensaye de Relación Soporte. Proyecto. Trabajo No. Localización del proyecto: Muestra No. Descripción del suelo: Energía de compactación: Pesod el martillo; No. De capas: Numero de golpes: Humedad de compactación: Diámetro del molde: Altura del suelo: Vol.: Peso humedo del suelo: Peso seco del suelo: Peso volumétrico húmedo : Peso volumétrico seco : Realizado por:

Ensayes de Expansión de los suelos. Datos de expansión Hora y fecha de inicio

Tiempo transcurrido horas

Molde No. Sobre carga: Lectura del % de deformímetro Exp.



0 24 48 72 96

Ensayes de Penetración de carga. Datos de ensaye de carga del CBR Penetración mm

pulg

1.27 2.54 3.81 5.08 7.62 10.16 12.70

0.05 0.10 0.15 0.20 0.30 0.40 0.50

Molde No: ____ Sobrecarga: _____ Lectura del Carga deformímetro Kg de carga




Cálculos y gráficos

-

Calcular la densidad de la muestran compactada con la formula siguiente: PV de la muestra ( γm =

(Wm + M ) − Wm

donde Wm+M = Peso de la muestra mas el molde; Vm Wm = Peso del molde vació, Vm= volumen interno del molde.

-

Calcular la expansión de la muestra como porcentaje de su altura inicial con la siguiente expresión. E% =

Lf − Li H

x 100 , Li = Lectura inicial; Lf = Lectura final para cada tiempo

transcurrido, H = altura inicial de la muestra de suelo. -

-

Calcule las cargas unitarias requeridas para cada penetración, relacionando la carga entre el área del pistón de penetración. Calcule el CBR de los valores estándar de la siguiente manera: Presión de penetración para 0.1” CBR 0.1 “ = -----------------------------------------------------------Carga unitaria patrón para 0.1” de penetración

x 100

Presión de penetración para 0.2” CBR 0.2” = -----------------------------------------------------------Carga unitaria patrón para 0.2” de penetración

x 100

Obsv.. Cuando se trata de trabajo de laboratorio para estudiantes, si el CBR a 5.08 mm es mayor que el correspondiente a una penetración de 2.5 mm, el ensaye no debe repetirse , pero ambos valores de CBR deben registrarse. -

Obtenga la curva carga contra deformación, graficando en la ordenada las cargas de penetración en kg, y en la abscisa la penetración en milímetros. En algunos casos la curva puede tomar inicialmente una forma cóncava hacia arriba, debido principalmente a irregularidades en la superficie de la probeta. Si esto ocurriese el punto cero debe corregirse trazando una recta tangente a la mayor pendiente de la curva y se traslada el origen al punto en que la tangente corta a la abscisa.


E N S A Y E D E V A L O R R E L A T IV O

S O M A R G O L I K N E A G R A C

0 .1 0 . 02 . 30 . 40 .5 0 .60 . 70 . 08 . 90 .1 0 0 1 .11 0 . 2 01 . 03 . 0

P E N E T R A C I O N E N M I L IM E T R O S


S O P O R T E

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE TECNOLOGÍA DE LA CONSTRUCCIÓN DEPARTAMENTO DE CONSTRUCCION GUIA DE MECANICA DE SUELOS I PRACTICA No. 11:ENSAYE DE PENETRACIÓN NORMAL (STANDARD PENETRATION TEST) (ASTM D – 1586) GENERALIDADES En esta práctica se desarrollará el método comúnmente utilizado en el proceso de exploración de obras verticales, el cual se denomina Ensaye de Penetración Normal (SPT), mediante el cual se obtiene el número de golpes por pie de penetración (N), con lo cual se puede determinar la capacidad de carga admisible del suelo a distintas profundidades. El método permite obtener muestras alteradas en forma continua, las cuales se trasladan al laboratorio para efectuarle los ensayes básicos de clasificación, con lo cual se puede definir la secuencia estratigráfica del sitio en estudio. La capacidad de carga admisible puede calcularse a partir de “N”, utilizando cualquiera de las teorías plenamente estudiadas o bien por formulas empíricas, también para efectuar el cálculo se debe considerar el tipo de suelo encontrado en la exploración. Además de la capacidad de carga admisible (presión admisible del suelo), la información de campo, los resultados de laboratorio y los cálculos que se realizan, nos permiten definir el tipo de cimentación y el nivel de desplante de la cimentación.

OBJETIVO Que el estudiante conozca y desarrolle en el campo el método exploratorio para determinar los parámetros del suelo, necesarios para diseñar la cimentación de las construcciones verticales. −

MATERIAL Y EQUIPO 1.- Trípode. 2.- Pateca (polea). 3.- Motor de 5 HP. 4.- Cuerda de cabulla, tratada con aceite, de 1 pulgada aproximadamente de diámetro. 5.- Martinete de 140 Libras de peso. 6.- Guia de acero, con sus arandelas. 7.- Barrenos de acero de 5 pies y 3 pies de longitud, respectivamente. 8.- Muestreador (cuchara partida de Terzaghi). 9.- Cajón de Madera, con divisiones y separadores para las muestras. 10.- Barra. Elaborado por: Marvin Blanco Rodríguez e Iván Matus Lazo

11.- Pala. 12.- Llaves Stilson. 10.-Bolsas plásticas, de 3 lbs. de capacidad.

PROCEDIMIENTO Definido el sitio en estudio se procede a la instalación del equipo de perforación, de la siguiente manera: 1. Izar la torre (trípode), de la perforadora, de tal manera que quede firme y estable. Antes de izar la torre, se deberá colocar la polea en la parte superior del trípode, y colocar la cuerda de cabulla. 2. En la pata del trípode de mayor diámetro (palo mayor), se coloca el motor y se fija a través de mordazas. 3. Se la guía a través del orificio del martinete y se garantiza que quede firmemente armado, para iniciar la perforación. 4. Uno de los extremos de la cuerda, se anuda en la horquilla del martinete, y el otro extremo se enrolla en el tambor del motor. 5. Se levanta el mazo junto con la guía y se le enrosca el muestreador (cuchara partida), se baja lentamente, hasta que el extremo libre del muestreador roze ligeramente la superficie del terreno. 6. Se deja caer libremente (caída libre), el martinete con una altura de 75 cm. 7. Se repite el paso N°6, hasta obtener el número de golpes para que el muestreador penetre 1 ½ pies. Se registra el Nº de golpes por cada medio pie de penetración. 8. Se extrae el muestreador del suelo, se desenroscan los extremos, se clasifica y se muestrea el suelo perforado. 9. Se siguen los pasos Nº 6 y Nº 7, hasta completar la profundidad proyectada.

PRESENTACIÓN DE RESULTADOS En el informe de laboratorio se reflejará la información siguiente: •

Elaboración del grafico de prospección (grafico de penetración); En el cual se representara de forma gráfica, considerando la profundidad explorada en el eje de las ordenadas contra N (N=número de golpes por pié de penetración) en el eje de las abscisas. Para efectuar esta actividad se hará uso de formato adjunto a esta guía.

•

Elaboración de un plano de localización del sitio en estudio.

•

Elaboración de plano de ubicación de sondeos.


•

Elaboración de perfil estratigráfico, conteniendo la descripción de los suelos encontrados, su nomenclatura y su simbología. Simbología de los suelos mas importantes;

arcilla •

limo

arena

grava

Calcule la consistencia de las arcillas utilizando el numero de golpes (N), con la tabla siguiente:

Numero de golpes(N)por pie de penetración ensaye SPT 0–2 2–5 5 – 10 10 – 20 20 – 30 > 30 •

mat. orgánica roca

Consistencia

Resitencia a la compresión simple, qu (KN/m²)

Muy blanda Blanda Rigidez media Firme Muy firme Dura

0 – 25 25 – 50 50 – 100 100 – 200 200 – 400 > 400

Calcule la compacidad relativa (aproximada) de las arenas utilizando numero de golpes (N), con la tabla siguiente:

Numero de golpes(N)por pie de penetración ensaye SPT 0–5 5 – 10 10 – 30 30 – 50

Compacidad relativa aproximada (Cr) (%)

Descripción de depósitos de suelos

0–5 5 – 30 30 – 60 60 - 95

Muy suelto Suelto Medio Denso


UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE TECNOLOGIA DE LA CONSTRUCCION LABORATORIO DE MATERIALES Y SUELOS “ING. JULIO PADILLA M.” Proyecto

: ____________________________________________________________________

Localización : __________________________________________________ Sondeo N°: _______ Elevación

: __________________________________

Fecha de Inicio: ____________

Nivel Freático : __________________________________

Fecha de Finalización: ____________

Profundidad (pies)

Muestra N°

0.0 – 1.5

1

1.5 – 3.0

2

3.0 – 4.5

3

4.5 – 6.0

4

6.0 – 7.5

5

7.5 – 9.0

6

9.0 – 10.5

7

10.5 – 12.0

8

12.0 – 13.5

9

13.5 – 15.0

10

15.0 – 16.5

11

16.5 – 18.0

12

Clasificación de Campo

N : Número de Golpes por Pie de Penetración


N° de Golpes

1

2

3

N

Recobro (pulg)

U N I V E R S I D A D N A C IO N A L D E I N G E N I E R IA F A C U L T A D D E T E C N O L O G I A D E L A C O N S T R U C C IO N DEPARTAMENTO DE CONSTRUCCION PERFILESTRATIGRAFICOYGRAFICODEPENETRACION PRUEBA NORMAL DE PENETRACION A STM D 1586

P r o y e c to : _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ S_O N_D _E SO _N- 1 o_. _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ P R O F U N1 D9 . I5 D pA i eD s

1 1 0 102030 1 2 3 4 5 6 O L S A U M E R S O N O N A R A H C U C

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25


4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 01 0 0

Guia de Laboratorios de Mecanica de Suelos

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