INFORMES DE MecSuelos

U.A.J.M.S. ING. CIVIL

LABORATORIO DE SUELOS

UNIVERSIDAD JUAN MISAEL SARACHO FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA

ΧΑΡΡΕΡΑ ∆Ε ΙΝΓΕΝΙΕΡΙΑ ΧΙςΙΛ

LABORATORIO DE SUELOS TARIJA - BOLVIA



INDICE 1. Ensayo del Hidrómetro 2. Calibración de Picnómetros 3. Peso Específico de los Sólidos de un Suelo 4. Análisis Granulométrico Método Mecánico 5. Límites de Atterberg 6. Relación Humedad Densidad Compactación T – 180 7. Densidad in Situ 8. Ensayo de la Relación de Soporte de California (C.B.R.) 9. Ensayo de Penetración Estándar SPT



INDICE 1. Ensayo del Hidrómetro 2. Calibración de Picnómetros 3. Peso Específico de los Sólidos de un Suelo 4. Análisis Granulométrico Método Mecánico 5. Límites de Atterberg 6. Relación Humedad Densidad Compactación T – 180 7. Densidad in Situ 8. Ensayo de la Relación de Soporte de California (C.B.R.) 9. Ensayo de Penetración Estándar SPT



ENSAYO DEL HIDRÓMETRO CONCEPTO.El método más usado para hacer la determinación indirecta de los porcentajes de partículas que pasan el tamiz No. 200, es el del hidrómetro, basado en la sedimentación de un material en suspensión en un líquido. El hidrómetro sirve para determinar la variación de la densidad de la suspensión con el transcurso del tiempo y medir la altura de caída del grano de tamaño más grande correspondiente a la densidad media. Si se distribuye un gran número de granos de suelo en un líquido y se sumerge un hidrómetro, el empuje hidrostático en el bulbo, es igual al peso de la suspensión desalojada por el bulbo. El hidrómetro mide el promedio de la densidad de la suspensión desalojada por el bulbo. De la lectura del hidrómetro puede determinarse directamente el porcentaje de granos de suelo por peso con relación a la concentración original, calibrando la escala del hidrómetro en granos por litro. El tamaño de los granos obtenidos con el hidrómetro es el equivalente de una esfera cuya velocidad de caída sea igual a la del grano del suelo. El diámetro equivalente de los granos para una lectura dada se obtiene por medio de la ley de Stokes, considerando como altura de caída la distancia entre la superficie del líquido y el centro de flotación del bulbo. El centro de flotación es variable y no se comete un error grave si en el lugar de la distancia al centro de flotación se usa la distancia al centro del volumen del bulbo. La obtención de los diámetros equivalentes se facilita grandemente usando el monograma calculado por A. Casagrande.

UBICACIÓN.El ensayo del Hidrómetro se lo realizó en el Laboratorio de Suelos de la Carrera de Ingeniería Civil.



ENFOQUE.El análisis de hidrómetro es un método ampliamente utilizado para obtener un estimado de la distribución granulométrica de suelos cuyas partículas se encuentran desde el tamiz No. 200 (0.075 mm.) hasta alrededor de 0.001 mm., es decir, cuando la dimensión de las partículas es inferior a 0.1 mm. no es posible efectuar el tamizado, entonces se recurre a la sedimentometría Los datos se presentan en un gráfico semilogarítmico de porcentaje de material más fino contra diámetro de los granos y puede combinarse con los datos obtenidos en el análisis mecánico del material retenido, o sea mayor que el tamiz No. 200. El análisis del hidrómetro utiliza la relación entre la velocidad de caída de esferas en un fluido, el diámetro de la esfera, el peso específico tanto de la esfera como del fluido, y la viscosidad del fluido, en la forma expresada por el físico inglés G. G. Stokes en la ecuación conocida como la ley de Stokes: (γ s − γ o ) D 2 v= 18η

(1)

donde: v = la velocidad de decantación de la partícula esférica d = diámetro de la partícula

γ o = peso específico del líquido η = viscosidad dinámica.

El rango de los diámetros D de las partículas de suelo para los cuales esta ecuación es válida, es aproximadamente: 0.0002< D<0.2 mm. pues los granos mayores causan excesiva turbulencia en el fluido y los granos muy pequeños están sujetos a movimientos de tipo Browniano. Obviamente para resolver la ec. (1) es necesario obtener el término velocidad v, conocer los valores correctos de γ s y γ o , tener acceso a la tabla de viscosidad del agua. Como el peso específico del agua y su viscosidad varían con la temperatura, es evidente que esta variable también debe ser considerada.



Para obtener la velocidad de caída de las partículas se utiliza el hidrómetro. Este aparato se desarrollo originalmente para determinar la gravedad específica de una solución, pero alterando su escala se puede utilizar para leer otros valores. Al mezclar una cantidad de suelo con agua y un pequeño contenido de un agente dispersante para formar una solución de 1000 cm 3, se obtiene una solución con una gravedad específica literalmente mayor que 1.000. El agente dispersante (también llamado defloculante) se añade a la solución para neutralizar las cargas sobre las partículas más pequeñas de suelo, que a menudo tienen carga negativa. Con orientación adecuada, estos granos cargados eléctricamente se atraen entre sí con fuerza suficiente para permanecer unidos, creando así unidades mayores que funcionan como partículas. De acuerdo con la ley de Stokes, estas partículas mayores sedimentarán más rápidamente a través del fluido que las partículas aisladas. El hexa-metafosfato de sodio y el silicato de sodio o vidrio líquido son dos materiales usados muy a menudo como agentes dispersores para neutralizar la carga eléctrica de las partículas de suelo. La cantidad exacta y el tipo de agentes dispersantes requeridos dependen del tipo de suelo y pueden ser determinados por ensayo y error. Una cantidad de 125 cm 3 de solución al 4% de hexa-metafosfato de sodio en los 1000 cm3 de suspensión de agua-suelo se han considerado en general adecuados. El hidrómetro usado más comúnmente es el tipo 152H (designado por la norma ASTM) y está calibrado para leer g. de suelo de un valor de Gs = 2.65 en 1000 cm3 de suspensión siempre que no hay más de 60 g. de suelo en la solución. La lectura por consiguiente está directamente relacionada con la gravedad específica de la solución. Esta calibración particular del hidrómetro es una ayuda considerable. Por esta razón este tipo de hidrómetro se utiliza muy ampliamente, a pesar de existir otros tipos de hidrómetros que pueden ser leídos en términos de la gravedad específica de la suspensión suelo-agua. El hidrómetro determina la gravedad específica de la suspensión agua-suelo en el centro del bulbo. Todas las partículas de mayor tamaño que aquellas que se encuentren aún en suspensión en la zona mostrada como L (la distancia entre el centro de volumen del bulbo y la superficie del agua) habrán caído por debajo de la profundidad del centro de volumen, y esto hace decrecer permanentemente la gravedad específica de la suspensión en el centro de volumen del hidrómetro. Además es obvio que como el hidrómetro tiene un peso constante



a medida que disminuye la gravedad específica de la suspensión, el hidrómetro se hundirá más dentro de la suspensión (aumentando así la distancia L). Es preciso recordar también, que la gravedad específica del agua (o densidad) decrece a medida que la temperatura aumenta (o disminuye) de 4° C. Esto ocasiona adicionalmente un hundimiento mayor del hidrómetro dentro de la suspensión. Como L representa la distancia de caída de las partículas en un intervalo de tiempo dado t , y la velocidad se puede definir en la ec. (1) como la distancia dividida por el tiempo, es evidente que la velocidad de caída de las partículas es: v=

L t

Por consiguiente es necesario encontrar la profundidad L correspondiente a algún tiempo transcurrido t de forma que se pueda determinar la velocidad necesaria para utilizar en la ecuación de Stokes. La lectura del hidrómetro debe ser corregida por el error de menisco. La razón para tener en cuenta esta corrección en la determinación de la velocidad de caída consiste en que la lectura real de la distancia L que las partículas han recorrido es independiente de la temperatura, gravedad específica de la solución o cualquier otro tipo de variable. Como la corrección de cero es ( ± ) y la corrección de temperatura es también ( ± ) con el signo que indique la tabla, la lectura corregida del hidrómetro para gramos de suelo en suspensión se calcula como: Rc = Rreal – corrección de cero + C t Rc = lectura corregida del hidrómetro Rreal = lectura directa del hidrómetro C t = corrección por temperatura

El porcentaje de de material más fino puede calculares por simple proporción como: Porcentaje más fino = Rc ⋅

a W s

⋅ 100



W s = peso original de suelo colocado en la suspensión. a = factor de corrección para el peso unitario de sólidos.

Cuando se trata de realizar cálculos, la ec. (1) se rescribe comúnmente utilizando L en cm. y t en minutos para obtener D en mm. como sigue:

D =

18η

H

(γ o − γ w ) t

(2)

que puede a su vez ser simplificada de la siguiente forma:

D = K ⋅

L t

mm.

(3)

D = diámetro de la partícula L = profundidad efectiva de caída de las partículas en un tiempo dado K = constante las características del suelo.

Como todas la variables menos L/t son independientes del problema excepto por la temperatura

de la suspensión, es posible evaluar K = f(T, Gs , a) de una sola vez.

EQUIPO.•

Muestra de suelo 50 g.

•

Espátula

•

Tamiz No. 200

•

Probetas de 1000 cm 3

•

Hidrómetro

•

Agente dispersivo (sal)

•

Termómetro

METODOLOGÍA.1. La muestra se coloca en un recipiente y mezclarlo con una solución de sal.



2. Dejar a la muestra sedimentar durante 24 horas, luego transferir a un vaso donde se pueda batir el material, en este vaso se puede aumentar agua destilada, comenzar el batido durante un periodo de 5 minutos.

3. Vaciar el contenido del vaso de mezclado, a una probeta graduada (que se llamará probeta de sedimentación), y aumentar agua común hasta llegar a los 1000 cc.

4. La probeta de sedimentación se tapará con un tapón (utilizar la mano si es necesario), para evitar que durante la agitación de la misma tenga pérdidas, la agitación tiene que ser alrededor de 1 minuto.

5. Luego de sacudir la probeta poner sobre la mesa e introducir el hidrómetro tomando lecturas en los siguientes tiempos 1, 2, 3, 4 minutos, realizando igualmente lecturas del termómetro.

6. Colocar el hidrómetro y el termómetro en el recipiente de control (el cual debe encontrarse a una temperatura que no difiera en más de 1° C. del suelo). Tomar una lectura para corrección de menisco en el hidrómetro dentro del cilindro de control.

7. Es necesario que en cada medición se evite la agitación en la introducción del hidrómetro, colocándolo tan suavemente como para requerir alrededor de 10 seg. en realizar dicha operación.

8. El proceso se vuelve a repetir, comparando los resultados de las mediciones anteriores, si existe hay que seguir incrementando los tiempos de mediciones de tiempo de 8, 15, 30, 60 minutos.

OBJETIVOS.•

Familiarizar al estudiante con un método para obtener aproximadamente la distribución granulométrica de suelos en los cuales existe una cantidad apreciable de partículas inferiores al tamiz No. 200.

•

Aplicar la corrección de meniscos a las lecturas de hidrómetro para obtener el valor de L (profundidad efectiva).

•

Por medio de la ley de Stokes calcular el diámetro equivalente de los granos para una lectura dada, considerando como altura de caída la distancia entre la superficie del líquido y el centro de flotación del bulbo.


•


Obtener porcentajes de granos de suelo más finos para graficar la distribución granulométrica en función de los diámetros equivalentes.

CÁLCULOS.Tiempo transcurrido (min.)

0,25 0,5 1 2 1356

Temp. °C

Lectura real del Hidrómetro

Lectura corregida del hidrómetro

22 22 22 22,5 24

17 12 10,5 9 1

14,40 9,40 7,90 6,55 -1,00

% más fino

Hidrómetro corregido por menisco

28,51 18,61 15,64 12,97 0,00

18 13 11,5 10 2

L de la tabla

13,3 14,2 14,4 14,7 16,0

K de la tabla

l/t

53,200 28,400 14,400 7,350 0,012

0,0133 0,0133 0,0133 0,0133 0,0130

D mm.

0,097 0,071 0,050 0,036 0,001

30,0 25,0 % e 20,0 j a t n 15,0 e c r 10,0 o P 5,0 0,0 0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0

10,0

Dx0.01 mm.

CONCLUSIONES.El método del hidrómetro se usa para hacer la determinación indirecta de los porcentajes de partículas que pasan el tamiz No. 200, basado en la sedimentación de un material en suspensión en un líquido. El hidrómetro sirve para determinar la variación de los diámetros (tamaños) de las partículas en la suspensión con el transcurso del tiempo. Para la realización de este ensayo no se trabajo con una solución salina al 4%, debido a que fuimos el primer grupo en hacer este ensayo, tampoco el docente nos indico que se debería trabajar con esta solución preparada al 4% como agente dispersante, como este ensayo lleva mucho tiempo en realizarlo, las mediciones que se hicieron fueron de no más de 5 en el primer día; y terminando las lecturas al día.

CT

0,40 0,40 0,40 0,55 1,00



CALIBRACIÓN DE PICNOMETROS CONCEPTO.El método de calibración de picnómetros esta basado en la dilatación térmica del frasco (matraz), el cual nos servirá para determinar el peso específico de un suelo determinado, el peso del frasco lleno de agua hasta el enrase es función de la temperatura de prueba; ello es debido al cambió de volumen del matraz por la dilatación del vidrio y a la variación del peso específico del agua. El recipiente de volumen conocido es el frasco volumétrico el cual mide un volumen patrón de agua destilada a 20° C el volumen será ligeramente menor.

UBICACIÓN.El ensayo de la Calibración del Picnómetro se lo realizó en el Laboratorio de Suelos de la Carrera de Ingeniería Civil.

ENFOQUE.El peso específico relativo de la mayoría de las partículas minerales constituyentes de un suelo varía entre límites estrés (2.60 a 2.90). El peso específico relativo de los sólidos de un suelo se determina en el laboratorio haciendo uso de un matraz con marca de enrase. El peso del frasco lleno de agua hasta el enrase es función de la temperatura de prueba; ellos es debido al cambió de volumen del matraz por la dilatación del vidrio y a la variación del peso específico del agua. El recipiente de volumen conocido es el frasco volumétrico el cual mide un volumen patrón de agua destilada a 20° C el volumen será ligeramente menor. Como el cambio además es pequeño para desviaciones de temperaturas pequeñas en el fluido, y además es relativamente fácil mantener la temperatura de ensayo cercana a los 20° C, es posible aplicar una corrección aproximada de temperatura para desviaciones pequeñas de



temperatura en los cálculos del ensayo, que permita una aproximación satisfactoria sin necesidad de recurrir a determinar experimentalmente el cambio en el contenido volumétrico del frasco con la temperatura. Alternativamente se puede desarrollar una curva de calibración para cualquier frasco volumétrico dado. Limpiar cuidadosamente el frasco, el frasco se llena hasta su marca con agua. El aire atrapado (burbujas) se desaloja por ebullición. W = W pic + v H 20⋅ γ H 20 W = peso del matraz lleno de agua W pic = peso del matraz v H20 = volumen del agua

γ H 20 = peso específico para diferentes temperaturas.

No resulta práctico ejecutar la prueba a una misma temperatura, por lo que es conveniente medir el peso del matraz lleno de agua para varias temperaturas y trazar una gráfica de la variación de esos pesos. De esta curva de calibración puede obtenerse el peso del matraz lleno de agua para cada caso específico. A menudo para este experimento se utiliza agua común en lugar de agua destilada, el error, también en este caso, es bastante pequeño. La presencia de aire disuelto en el agua destilada usada en la calibración del matraz no afecta los resultados de la prueba; de hecho, las moléculas del aire entran en la estructura molecular del solvente sin aumento de volumen de éste. El peso total de la solución es la suma de los pesos constituyentes; el peso del aire es nulo y su presencia, cuando está disuelto, no cambia ni el peso ni el volumen del conjunto. El aire atrapado en la muestra sí ha de ser removido. La mayoría de las balanzas de laboratorio con capacidad mayor de 500 g no tienen sensibilidad al centésimo de gramo, además es frecuente, sobre todo en equipo ya muy usado, que existan fallas de calibración permanentes. Por lo anterior, la misma balanza debe usarse en toda una prueba y, cuando se haya usado en la obtención de la curva de



calibración de un matraz, en todas las pruebas en que se use esa curva. Así pueden atenuarse grandemente los errores en pesada, pues en las fórmulas a aplicar intervienen diferencias de pesos y no valores de pesos aislados. Otro error muy común proviene de que el menisco no resulte perfectamente a nivel de la marca de enrase; es de notar que una sola gota de agua puede dar un error en el peso de 0.05 g; el error se atenúa grandemente usando el valor promedio de varías lecturas efectuadas a la misma temperatura. Cuando se usen termómetros graduados en grados centígrados enteros, la estimación requerida de los décimos, puede introducir un error ligero.

EQUIPO. •

Un picnómetro de 500, 300 cc. de capacidad.

•

Agua destilada o agua común.

•

Dispositivo para calentar agua (por ejemplo, parrillas u hornillas de resistencia eléctrica).

•

Una balanza con sensibilidad de 0.1 g y capacidad no menor de 700 g.

•

Un termómetro con aproximación de 0.1° C.

•

Una pipeta

METODOLOGÍA. El procedimiento que se sigue para calibrar un matraz es el siguiente:

1. Enjuáguese el matraz para eliminar la grasa que puede tener adherida en su interior, enjuáguese de nuevo con agua destilada.

2. A falta de mezcla crómica puede lavarse el matraz con solución jabonosa. 3. Determínese el peso del matraz seco y limpio con una aproximación de 0.01 g. 4. Llénese el matraz con agua destilada hasta 2/3 de su volumen a la temperatura ambiente, hasta 0.5 cm. debajo de la marca de enrase aproximadamente y déjese reposara durante unos minutos.

5. Dejar en la hornilla hasta el punto de ebullición durante 5 minutos, con el propósito de quitar las burbujas de aire que se pegan a las paredes.



6. Mídase la temperatura del agua contenida en el matraz, con aproximación de 0.1° c, colocando el bulbo del termómetro en el centro del matraz.

7. Se deja enfriar hasta unos 40° C aumentado agua lentamente hasta llegar a enrasar el menisco.

8. Con un cuentagotas, complétese el volumen del matraz con agua destilada de modo que la parte inferior del menisco coincida con la marca de enrase.

9. Séquese cuidadosamente el interior del cuello del matraz con un papel absorbente enrollado, respetando el menisco.

10. Pésese el matraz lleno, con aproximación de 0.01 g. 11. Según vaya enfriando el agua disminuirá el volumen, por lo que se irá aumentando agua, siempre enrasando al menisco inferior.

12. Es recomendable hacer las lecturas de temperatura a la misma profundidad. 13. Dibújese los resultados de los pesos obtenidos en función de las respectivas temperaturas.

OBJETIVOS.

El objetivo de este ensayo es el de calibrar los picnómetros o frascos volumétricos los que se utilizarán posteriormente en el ensayo de determinación del peso específico de los suelos.



Utilizaremos dos picnómetros de 300 cc. y de 500 cc. que se utilizarán en la determinación del peso específico de suelos cohesivos y no cohesivos.



Se debe realizar el gráfico de las curvas de relación peso vs. Temperatura en un rango de 15 a 40° C, de estas curvas se podrán obtener el peso del picnómetro más agua a la temperatura de ensayo.

CÁLCULOS.Picnómetro No. 1 Temp. (°C)

W (pic. + agua)

30 25 20

670,0 669,7 667,0

Peso Densidad específico del relativa agua

0,995 0,997 0,998

1,000345 1,000345 1,000345

Volumen de agua cc.

500 500 500

Peso del Peso del W (pic. + picnómetro agua (g.) agua) Teórico (g.)

497,672 498,705 499,287

172,15 172,15 172,15

669,8218 670,85465 671,43735



PICN METRO No. 1 40 ) C ° ( a r u t a r e p m e T

30 20 10 0 666,5

667

667,5

668

668,5

669

669,5

670

670,5

W (picnómetro+agua)

Picnómetro No. 2 Temp. (°C)

W (pic. + agua)

30 25 20

411,7 413,3 416,9

Peso Densidad específico del relativa agua

0,995 0,997 0,998

1,000345 1,000345 1,000345

Volumen de agua cc.

300 300 300

Peso del Peso del W (pic. + picnómetro agua (g.) agua) Teórico (g.)

298,603 299,223 299,572

113,7 113,7 113,7

412,30308 412,92279 413,27241

PICNÓMETRO No. 2 ) C ° ( a r u t a r e p m e T

40 30 20 10 0 411

412

413

414

415

416

417

418

W (picnómetro+agua)

CONCLUSIONES.El método de calibración de picnómetros nos servirá para determinar el peso específico de un suelo determinado, siendo el peso del frasco lleno de agua hasta el enrase función de la temperatura; ello es debido al cambió de volumen del matraz por la dilatación del vidrio y a la variación del peso específico del agua. El equipo de laboratorio es ya muy usado, y existen fallas de calibración permanentes, y que el menisco no resulte perfectamente a nivel de la marca de enrase; es de notar que una sola gota de agua puede dar un error en el peso.



PESO ESPECÍFICO DE LOS SÓLIDOS DE UN SUELO CONCEPTO.En Mecánica de Suelos se relaciona el peso de las distintas fases con sus volúmenes correspondientes, por medio del concepto de peso específico, es decir, la relación entre el peso de la sustancia y su volumen. El peso específico relativo se define como la relación entre el peso específico de una sustancia y el peso específico del agua a 4° C, destilada y sujeta a una atmósfera de presión.

UBICACIÓN.Este ensayo que consiste en la determinación del peso específico de los sólidos de un suelo se lo realizo en el Laboratorio de Suelos de la Carrera de Ingeniería Civil.

ENFOQUE.En un suelo se distinguen tres fases constituyentes: la sólida, la líquida y la gaseosa. La capa viscosa del agua absorbida que presenta propiedades intermedias entre la fase sólida y líquida, suele incluirse en esta última, pues es susceptible de desaparecer cuando el suelo es sometido a una fuerte evaporación (secado). Las fases líquida y gaseosa del suelo suelen comprenderse en el Volumen de Vacíos , mientras que la fase sólida constituye el Volumen de los sólidos. Se dice que un suelo es totalmente saturado cuando todos sus vacíos están ocupados por agua. Un suelo en tal circunstancia consta, como caso particular, de sólo dos fases, la sólida y la líquida. El peso específico relativo se define como la relación entre el peso específico de una sustancia y el peso específico del agua, a 4° C, destilada y sujeta a una atmósfera de presión. En sistemas de unidades apropiadas, su valor es idéntico al módulo del peso específico, correspondiente.



El peso específico relativo de la mayoría de las partículas constituyentes de un suelo ( s s ) varía entre límites (2.60 a 2.90). Es normal que un suelo real los minerales de las fracciones finas y coloidal tengan su peso específico relativo mayor que los minerales de la fracción más gruesa. Si la temperatura del agua es la misma que la de la suspensión puede obtenerse una fórmula para s s , utilizando los esquemas de la figura. Sea: W w

= peso del matraz lleno de agua.

W sw = peso del matraz con suelo y agua.

Entonces se tiene: W sw – W w = W s = peso del suelo.

El peso del agua desplazada por los sólidos del suelo vale: W w = V s λ o = W s / s s

Por lo tanto: W sw − W w = W s − W s / s s

De donde: ss =

W s W w − W s − W sw

Que es una fórmula en la que todas las magnitudes son mensurables en laboratorio. Peso del frasco lleno de agua hasta el enrase es función de la temperatura de prueba; ello es debido al cambio de volumen del matraz por la dilatación del vidrio y a la variación del peso específico del agua. El peso seco de los sólidos debe determinarse antes de la prueba en materiales gruesos y después de ella, en finos plásticos. La razón es, que en estos



últimos suelos, el secado previo forma grumos de los que es difícil desalojar al aire atrapado.

EQUIPO.

Un picnómetro de 500 ml. de capacidad.



Una hornilla eléctrica



Un termómetro



Una balanza con sensibilidad de 0,1 gr.



Una pipeta



Un embudo



Agua, preferiblemente destilada

METODOLOGÍA.El suelo a usarse en el ensayo para determinar su peso específico, con una humedad natural y que pasa el tamiz No 40 tiene un peso de 100 gr. •

Enjágüese el matraz para eliminar la grasa que puede tener adherida en su interior.

•

Determínese el peso del matraz seco y limpio.

•

Colocar los 100 gr. en un pocillo y hacer una pasta con agua, esto para romper los grumos y poder introducir con mayor facilidad al picnómetro.

•

Luego esta pasta deberá colocarse cuidadosamente en el picnómetro, evitando botar parte del suelo.

•

Se añadirá agua, llenando el picnómetro alrededor de tres cuartas partes de su volumen total.

•

Para ayudar a la remoción del aire atrapado deberá moverse ligeramente el picnómetro sobre un paño en la mesa.

•

Llevar a la hornilla eléctrica para calentarla hasta una temperatura aproximada de 65° C.

•

Dejar enfriar hasta que alcance cierta temperatura ambiente. A esta temperatura se completará con agua hasta el enrase, se podrá enfriar en baño María si es necesario.


•


Luego el picnómetro deberá se llenado con agua hasta el menisco inferior, luego se deberá secar con un paño seco y limpio.

•

Se pesa y se determina la temperatura, de tal manera que el termómetro no toque la muestra.

•

Este peso es el peso del picnómetro, más agua más muestra.

•

Depositar la muestra más agua en una tara y colocar al horno por 24 horas. De manera que luego se conozca el peso seco de la misma.

OBJETIVOS.Aplicar relaciones volumétricas y gravimétricas para la determinación del peso específico de la masa de un suelo que pasa el tamiz 40. Familiarizar al estudiante con el método general de obtención del peso específico de la masa de cualquier material compuesto por partículas pequeñas (que pase el tamiz 40), y a la vez verificar en laboratorio que dicho peso específico se obtiene por relación de pesos y en función de la temperatura del agua.

CÁLCULOS.El peso específico será calculado por la siguiente relación. γ s =

W s γ w

(W s − W s + W 2 )

Donde: γ w = peso específico del agua a cierta temperatura. W 2 = peso del picnómetro + agua + muestra (a temperatura de ensayo). W p = peso del picnómetro.

174.2 gr.

W s = peso de la muestra después de secado.

98.0 gr.

W 1 = peso del picnómetro + agua + muestra.

774.2 gr.



TABLA DE OBSERVACIONES Y RESULTADOS γ w (gr./cc.)

Temperatura ° C

W1 (gr.)

γ s (gr./cc.)

0.9881

60

729.5

1.82

0.9902

45

734.0

1.68

0.9941

35

736.2

1.62

0.9957

30

736.0

1.63

De acuerdo a los resultados obtenidos el suelo analizado tiene un peso específico promedio de 1.69 gr./cc.

CONCLUSIONES.En síntesis este ensayo tuvo como finalidad determinar la relación que existe entre el peso de cierto material fino de suelo y su correspondiente volumen, lo que se denomina peso específico. También se puede decir, de acuerdo a los cálculos realizados la determinación del peso específico esta en función de los pesos de los respectivos materiales (relación gravimétrica), como también esta en función de la temperatura del agua, porque la temperatura nos permite determinar el peso específico del agua o la densidad relativa del agua. El peso específico promedio que se obtuvo del suelo analizado pudiera ser que no sea satisfactorio debido a que es menor a 2, esto pudiera ser por errores cometidos en la medición de la temperatura. Para este ensayo también se hubiera utilizado kerosén u otro fluido, pero siempre y cuando se cuenta con una tabla con sus diferentes pesos específicos a diferentes temperaturas.



ANÁLISIS GRANULOMETRICO MÉTODO MECÁNICO 1. CONCEPTO.Granulometría es la determinación de los porcentajes de grava, arena, limo y arcilla que se encuentra en cierta masa de suelo. El método mecánico se usa en caso de que los suelos sean granulares lo que permite fácilmente determinar los porcentajes de grava y arena mediante el uso de un juego de tamices. Estos tamices con aberturas calibradas, varían desde 10.16 cm. que equivale a 4’ hasta 0.074 mm. que equivale al tamiz No 200 que significa que una pulgada esta dividida en 200 partes iguales, los cuales pertenecen a la serie de tamices de U.S. Bureau of Standard. El análisis granulométrico consiste en pasar el suelo por una serie de tamices, previo conocimiento del peso total de la muestra; la parte del suelo retenido por cada tamiz se calcula en forma individual con relación al peso total y seguidamente se determina los porcentajes que pasan por cada tamiz.

2. UBICACIÓN.- Esta práctica se lo realizo en el Laboratorio de Suelos de la Carrera de Ingeniería Civil.

3. ENFOQUE.En los comienzos de la investigación de las propiedades de los suelos se creyó que las propiedades mecánicas dependían directamente de la distribución de las partículas constituyentes según sus tamaños; por ello era preocupación especial de los ingenieros la búsqueda de métodos adecuados para obtener tal distribución. Aún hoy, tal parece que todo técnico interesado en suelos debe pasar a modo de etapa de iniciación, por una época en que se siente obligado a creer que, con suficiente experiencia, es posible deducir las propiedades mecánicas de los suelos a partir de su distribución granulométrica o descripción por tamaños.



Solamente en suelos gruesos, cuya granulometría puede determinarse por mallas, la distribución por tamaños puede revelar algo de lo referente a las propiedades físicas del material; en efecto, la experiencia indica que los suelos gruesos bien graduados, o sea con amplia gama de tamaños, tienen comportamiento ingenieril más favorable, en lo que atañe a algunas propiedades importantes, que los suelos de granulometría muy uniforme. En suelos finos en estado inalterado, las propiedades mecánicas e hidráulicas dependen en tal grado de su estructuración e historia geológica, que el conocimiento de su granulometría, resulta totalmente inútil.

Clasificación de suelos basados en criterios granulométricos.Los límites de tamaño de las partículas que constituyen un suelo, ofrecen un criterio obvio para una clasificación descriptiva del mismo. Tal criterio fue usado en Mecánica de Suelos desde un principio e incluso ante de la etapa moderna de esta ciencia. Originalmente, el suelo se dividía en tres o cuatro fracciones debido a lo engorroso de los procedimientos disponibles de separación por tamaños. Posteriormente, con el advenimiento de la técnica del cribado, fue posible efectuar el trazo de curvas granulométricas, contando con agrupaciones de las partículas del suelo en mayor número de tamaños diferentes. Actualmente se pueden ampliar notablemente las curvas en los tamaños finos, gracias a la aplicación de técnicas de análisis de suspensiones.



Algunas clasificaciones granulométricas de los suelos según su tamaño, son las siguientes: MATERIAL Piedra Grava

Arena

Polvo Limo Arcilla Ultra arcilla

CARACTERÍSTICA

TAMAÑO mm.

---

Mayor de 70 mm.

Gruesa

30 a 70 mm.

Media

5 a 30 mm.

Fina

2 a 5 mm.

Gruesa

1a2

Media

0.2 a 1

Fina

0.1 a 0.2

Grueso

0.05 a 0.1

Fino

0.02 a 0.05

Grueso

0.006 a 0.02

Fino

0.002 a 0.006

Gruesa

0.0006 a 0.002

Fina

0.0002 a 0.0006

---

0.00002 a 0.0002

A continuación exponemos una descripción aproximada que nos da el diámetro de las partículas desde los más gruesos hasta los más finos: MATERIAL Piedra Bolón Cantos rodados

TAMAÑO 12 pulgadas 6 a 12 pulgadas

Grava

2 mm. a 6 pulgadas

Arena

0.06 mm a 2 mm.

Limo

0.002 mm. a 0.06 mm.

Arcilla

Menores a 0.002 mm.

Debido a la gran variedad de tamaños de granos se ha tratado de dividir en secciones toda la escala de tamaños existiendo para esto varios tipos de proporciones y el más aceptable es la adoptada por A.S.T.M. (American Societi for Testing and Materials) en esta



escala las gravas corresponden a las partículas más gruesas que incluyen a los granos mayores al tamiz No 4 (4.76 mm), la arena esta comprendida entre el tamiz No 200 (0.074 mm). Los granos finos menores que el tamiz No 200 se subdividen en limos que son mayores a 0.002 mm. y menores a 0.002 mm. se encuentran las denominadas arcillas. Puede notarse que las clasificaciones anteriores y otras existentes se contradicen en ocasiones, y a un intervalo que se nombra de una manera en una clasificación, le corresponde otra palabra en otro sistema. Pero sin duda, la objeción más importante que puede hacerse a estos sistemas es el uso que hacen de las palabras limo y arcilla para designar fracciones de suelo definidas exclusivamente por tamaños. Estos términos se han usado en ingeniería como nombres para designar tipos de suelo con propiedades físicas definidas; la razón por la que estos nombres se introdujeron para ciertas fracciones de tamaños fue la idea errónea de que tales tamaños eran las causas de aquellas características típicas. Sin embargo, hoy se sabe que las características de una arcilla típica se deben en forma muy preponderante a las propiedades de su fracción más fina.

Tamaño patrón de tamices.Todos los tamices de tipo U.S pueden conseguirse en un diámetro de 20 cm. la mayoría en 30.5 cm. Los tamices son hechos de malla de alambre forjado con aberturas rectangulares que varían en tamaños desde 101.6 mm. (4”) en la serie más gruesa hasta el No 400 (0.038 mm.) en la serie correspondiente al suelo fino. TAMICES

TAMAÑO DE MALLA (mm.)

2”

50.80

1½”

38.10

1”

25.40

¾”

19.05

½”

12.70

3/8”

9.520

No 4

4.75

No 8

2.36

No 10

2.00



TAMICES

TAMAÑO

No 16

1.18

No 30

0.60

No 40

0.425

No 50

0.30

No 100

0.15

No 200

0.08

Representación de la distribución granulométricaSiempre que se cuente con suficiente número de puntos, la representación gráfica de la distribución granulométrica debe estimarse preferible a la numérica en tablas. La gráfica granulométrica suele dibujarse con porcentajes como ordenadas y tamaños de las partículas como abscisas. Las ordenas se refieren a porcentaje, en peso, de las partículas menores que el tamaño correspondiente. La representación en escala semilogarítmica (eje de abscisas en escala logarítmica) resulta preferible a la simple representación natural, pues en la primera se dispone de mayor amplitud en los tamaños finos y muy finos, que en escala natural resultan muy comprimidos, usando un módulo práctico de escala. La forma de la curva da inmediata idea de la distribución granulométrica del suelo; un suelo constituido por partículas de un solo tamaño, estará representado por una línea vertical (pues el 100% de sus partículas, en peso, es de menor tamaño que cualquier mayor que el que el suelo posea); una curva muy tendida indica gran variedad en tamaños (suelo bien graduado). Como una medida simple de la uniformidad de un suelo, Allen Hazen propuso el coeficiente de uniformidad. C u =

D60 D10

En donde: D60 : Tamaño tal, que el 60%, en peso, del suelo, sea igual o menor.



D10 :

Llamado por Hazen diámetro efectivo; es el tamaño tal que sea igual o mayor que

el 10%, en peso, del suelo. En realidad es un coeficiente de no uniformidad , pues su valor numérico decrece cuando la uniformidad aumenta. Los suelos con C au 〈3 se considera muy uniforme; aun las arenas naturales muy uniformes rara vez presentan C au 〈2 . Como dato complementario, necesario para definir la uniformidad, se define el coeficiente de curvatura del suelo con la expresión. ( D30 ) 2 C c = D60 * D10 Esta relación tiene un valor entre 1 y 3 en suelos bien graduados, con amplio margen de tamaños de partículas y cantidades apreciables de cada tamaño intermedio.

4. MATERIAL.Los materiales que se utilizaron fueron los siguientes: 

Muestra de suelo 5000 gr.



Juego de tamices



Balanza de sensibilidad 0.1 gr.



Bandejas

5. METODOLOGÍA.El procedimiento que se siguió en el desarrollo de esta práctica fue el siguiente: 

Antes de realizar esta práctica procedimos a preguntar al Docente algunas dudas en cuanto a la realización de la práctica, si es que dicha práctica se la debía realizar por los dos métodos que indica la guía.



Una vez aclarada la duda, procedimos a colocar el material en una bandeja para posteriormente cuartear la muestra de suelo.



Realizado el cuarteo respectivo pesamos aproximadamente 5000 gr. del material



para luego realizar tamizarlo. Tamizamos manualmente con la serie de tamices para agregado grueso, separando



el agregado grueso del fino en el Tamiz No 4; obtenidos los retenidos en los respectivos tamices se procedió a pesarlos. De la porción que paso el tamiz No 4 sólo se tomaron 500 gramos para realizar la



granulometría del agregado, tamizándolo con los tamices No 10, 40 y 200. Una vez terminado todo esto, se peso una muestra de suelo para determinar la



humedad higroscópica del suelo, la muestra que se selecciono no era material que quedo retenido en uno de los tamices para hacer la granulometría del agregado fino. Obtenidos los pesos retenidos en los diferentes tamices, se procederá a calcular los



porcentajes retenidos en cada tamiz, los porcentajes retenidos acumulados, y el porcentaje que pasa a través de cada tamiz; como también determinar en base a la granulometría del suelo los coeficientes de uniformidad y curvatura. Por último determinar la humedad higroscópica del suelo.

CÁLCULOS Y RESULTADOS.CÁLCULO DEL AGREGADO GRUESO Peso total en gramos = 2534.00 gr.

Abertura de Tamices

% Retenido Acumulado

% Retenido

% Que Pasa

Milímetros

Peso Retenido

2”

50.00

0.00

0.00

0.00

100.00

1½”

38.10

85.00

3.35

3.35

96.65

1”

25.40

769.00

33.70

30.35

66.30

¾”

19.05

504.00

53.59

19.89

46.41

3/8”

9.520

687.00

80.70

27.11

19.30

No 4

4.75

489.00

100.00

19.30

0.00

Pulgadas

TOTAL

2534.00

100.00



CÁLCULO DEL AGREGADO FINO Peso Total en gramos = 500

Abertura de Tamices


% Retenido

% Que Pasa

Milímetros

Peso Retenido

No 4

4.75

0.00

0.00

0.00

100.00

No 10

2.36

97.00

19.40

19.40

80.60

No 40

0.425

183.00

56.00

36.60

44.00

No 200

0.08

189.00

93.80

37.80

6.20

27.00

99.20

5.40

0.8

Pulgadas

BASE

TOTAL

496.00

99.20

MEZCLA AGREGADO GRUESO Y FINO Peso total en gramos = 5000 gr.

Abertura de Tamices

% Retenido

% Que Pasa

Milímetros


2”

50.00

0.00

0.00

100.00

1½”

37.50

1.70

1.70

98.30

1”

25.00

17.08

15.38

82.92

¾”

19.00

27.16

10.08

72.84

3/8

9.50

40.90

13.74

59.10

No 4

4.75

50.68

9.78

49.32

No 10

2.36

60.23

9.55

39.77

No 40

0.60

78.25

18.02

21.75

No 200

0.08

96.86

18.61

3.14

99.52

2.66

0.48

Pulgadas

BASE

TOTAL

99.52

MÓDULO DE FINURA: MF =

∑ RA = 276 = 2.76 100

100

COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD: C u =

D60 D10

=

9.250 0.20

C u = 46.25



COEFICIENTE DE CURVATURA

( D30 ) 2 (2.11)2 C c = = 0.20 * 9.520 D 60 * D10 C v = 2.34

6. OBJETIVO.- El objetivo primordial de esta práctica es: Introducir al estudiante el método para realizar un análisis de forma mecánica de un suelo, y la forma de presentar los resultados. Saber que tipo de suelo es, y el tamaño de partículas con componen dicho suelo, de esta manera determinar los porcentajes de grava que contenga (gruesa, media y fina); porcentaje de arena (gruesa, media y fina) y por último el porcentaje de finos que contenga la muestra de suelo. Uno más de los objetivos de esta práctica es trazar la curva granulométrica correspondiente a dicho análisis, una vez trazada esta curva, a simple vista poder definir si la distribución de partículas del suelo es uniforme y bien graduada. Pero también la uniformidad y la gradación de la curva se determinan por medio de los coeficientes correspondientes.

7. CONCLUSIONES.Las conclusiones mas destacadas de esta práctica son las siguientes: 

Se aprendió y nos familiarizamos con el uso de los tamices, como también las distintas dimensiones que presenta cada una de ellas.



El estudio del análisis granulométrico es importante ya que se puede conocer la la distribución por tamaños del suelo.



El uso de diferentes tablas nos pueden servir y ayudar a definir que tipo de suelo es, para que se lo puede usar, como clasificarla de acuerdo a algún Sistema de Clasificación de suelos.



De acuerdo a los resultados obtenidos analizando el suelo en cuanto a su distribución por tamaños y su composición del mismo se tendría la siguiente



clasificación: grava: gruesa 1.7%, media 39.20%, fina 19.33%; arena media 18.02% y material fino (limo): 2.66% 

El suelo analizado es no uniforme con C u = 43.25 y bien gradado con C v = 2.34, lo cual quiere decir que posee un amplio margen de tamaños de partículas y cantidades apreciables de cada tamaño.



Es posible sin hacer cálculos para determinar cuanto es numéricamente el coeficiente de uniformidad y el coeficiente de curvatura, definir de acuerdo a la curva granulométrica trazada, si dicho suelo es bien gradado y uniforme.



Se recomienda que en la realización de la práctica se tenga mucho cuidado de que no se derrame el material usado, particularmente al tamizarlo en los diferentes tamices como también al pesar los pesos retenidos.



El tamizado del material en lo posible se lo debe realizar el mayor tiempo, para que no quede material que debería haber pasado por cierto tamiz.



En cuanto al pesaje del material retenido debe ser muy bien pesado, porque de lo contrario se producirá un error, haciéndose notorio dicho error cuando sumamos los diferentes pesos retenidos y no se obtiene el peso total de la muestra.



LÍMITES DE ATTERBERG 1. CONCEPTO.Se define Límites de Atterberg o Límites de Consistencia como las diferentes fronteras convencionales entre cualquier de los estados o fases que un suelo pueda estar, según su contenido de agua en orden decreciente; los estados de consistencia definidos por Atterberg son: estado líquido, estado semilíquido , estado plástico , estado semisólido y estado sólido .

Llamándose límites de plasticidad a las fronteras (límite líquido y límite

plástico) que definen el intervalo plástico. Existen suelos que al ser remoldeados, cambiando su contenido de agua si es necesario, adoptan una consistencia característica, que desde épocas antiguas se ha denominado Plástica . Estos suelos han sido llamados arcillas, originalmente por los hombres dedicados a la cerámica; la palabra pasó a la Mecánica de Suelos, en épocas recientes, con idéntico significado. La plasticidad es, en este sentido, una propiedad tan evidente que ha servido antaño para clasificar suelos en forma puramente descriptiva. En Mecánica de Suelos puede definirse la plasticidad como la propiedad de un material por la cual es capaz de soportar deformaciones rápidas, sin rebote elástico, sin variación volumétrica apreciable y sin desmoronarse ni agrietarse .

2. UBICACIÓN.Esta práctica se lo realizo en el Laboratorio de Suelos de la Carrera de Ingeniería Civil.

3. ENFOQUE.Con la presente práctica la cual se denomina “Límites de Atterberg” podemos estudiar más a fondo el suelo designado, es decir con la información del análisis



granulométrico y los límites líquido y plástico poder clasificar un suelo por cualquier sistema de clasificación. En Mecánica de Suelos el concepto de plasticidad se ha introducido a partir como queda dicho, de ideas antiguas, resultando muy útil manejar en nuestros días dicho concepto simple de plasticidad, basado en ideas con un sentido físico inmediato, pero al tratar de definir en términos simples la plasticidad de un suelo, no resulta suficiente decir que un suelo plástico puede deformarse y remoldearse sin agrietamiento, pues una arena fina y húmeda tiene esas características cuando la deformación se produce lentamente y, sin embargo, no es plástica en un sentido más amplio de la palabra; hay entre el comportamiento de la arcilla y el de la arena en cuestión una importante diferencia: el volumen de la arcilla permanece constante durante la deformación, mientras que el de la arena varía, además, la arena se desmorona en deformación rápida. Según su contenido de agua en orden decreciente, un suelo susceptible de ser plástico puede estar en cualquiera de los siguientes estados de consistencia: 

Estado líquido, con las propiedades y apariencia de una suspensión.



Estado semilíquido,



Estado plástico, en que el suelo se comporta plásticamente.



Estado semisólido, en

con las propiedades de un fluido viscoso. que el suelo tiene la apariencia de un sólido, pero aún

disminuye de volumen al estar sujeto a secado. 

Estado sólido, en que el volumen del suelo no varía con el secado.

Los anteriores estados son fases generales por las que pasa el suelo al irse secando y no existen criterios estrictos para distinguir sus fronteras. El establecimiento de éstas ha de hacerse en forma puramente convencional. Atterberg estableció las primeras convenciones para ello, bajo el nombre general de límites de consistencia . La frontera convencional entre los estados semilíquido y plástico fue llamada por Atterberg límite líquido, nombre que hoy se conserva. Atterberg lo definió en términos de una cierta técnica de laboratorio que consistía en colocar el suelo remoldeado en una cápsula, formando en él una ranura, según se muestra en la figura, y en hacer cerrar la ranura golpeando secamente la cápsula contra una superficie dura, el suelo tenía el



contenido de agua correspondiente al límite líquido, según Atterberg, cuando los bordes inferiores de la ranura se tocaban, sin mezclarse, al cabo de un cierto número de golpes.

11 mm 8 mm 2 mm

La frontera convencional ente los estados plástico y semisólido fue llamada por Atterberg límite plástico y definida también en términos de una manipulación de laboratorio. Atterberg colaba un fragmento de suelo hasta convertirlo en un cilindro de espesor no especificado; el agrietamiento y desmoronamiento del rollito, en un cierto momento, indicaba que se había alcanzado el límite plástico y el contenido de agua en tal momento era la frontera deseada. A las fronteras anteriores, que definen el intervalo plástico del suelo se les ha llamado límites de plasticidad .

Atterberg consideraba que la plasticidad del suelo quedaba determinada por el límite líquido y por la cantidad máxima de una cierta arena, que podía ser agregada al suelo, estando este con el contenido de agua correspondiente al límite líquido, sin que perdiera por completo su plasticidad. Además encontró que la diferencia entre los valores de los límites de plasticidad, llamada índice plástico, se relacionaba fácilmente con la cantidad de arena añadida, siendo de más fácil determinación, por lo que sugirió su uso, en lugar de la arena, como segundo parámetro para definir la plasticidad. I p = LL − LP

Además de los límites de plasticidad (líquido y plástico) ya señalados, Atterberg definió otros límites de consistencia, que se mencionan a continuación: 

El límite de adhesión,

definido como el contenido de agua con el que la arcilla

pierde sus propiedades de adherencia con una hoja metálica, por ejemplo, una espátula. Es de importancia en agricultura. 

El limite de cohesión, definido como el contenido de agua con el que los grumos de

arcilla ya no se adhieren entre sí.

U.A.J.M.S. ING. CIVIL 


El límite de contracción,

frontera entre los estados de consistencia semisólido y

sólido, definido con el contenido de agua con el que el suelo ya no disminuye su volumen al seguirse secando. La diferencia que existe entre el límite líquido y límite plástico es que, el límite plástico es el contenido de humedad por debajo del cual se puede considerar el suelo como material no plástico. Y límite líquido es el contenido de humedad por debajo del cual el suelo se comporta como un material plástico. Los límites líquidos y plásticos han sido ampliamente utilizados en las regiones del mundo, principalmente con el objetivo de identificar y clasificar los suelos. El límite de contracción ha sido utilizado en varias áreas geográficas donde el suelo sufre grandes cambios de volumen entre el estado seco y su estado húmedo. La localización relativa de los límites de contracción W s, plástico Wp y líquido Wl, se muestra sobre una escala de humedad en la siguiente figura. Rango Plástico del suelo definido por el IP

Suelo No Plástico

LP

El suelo se comporta como fluido viscoso

LL

Contenido de Humedad w%

Para poder establecer valores definidos, reproducibles, de estos límites se propuso que el límite líquido se definiría arbitrariamente como el contenido de humedad al cual en forma de cápsula de bronce, separada en dos por la acción de una herramienta para hacer una ranura patrón y dejar caer desde una altura de 1cm.

4. MATERIAL.Los materiales utilizados en esta práctica son los siguientes: 1. Aparato de Casagrande 2. Espátula 3. Recipiente de porcelana 4. 5 taras o recipientes de aluminio



5. Placa de vidrio 6. Horno a temperatura de 110° C 7. Tamiz No 40 8. 100 gr. de suelo 9. Balanza con precisión de 0,01 gr.

5. METODOLOGÍA.En esta práctica el procedimiento que se siguió fue el siguiente: Después de una explicación de parte del Docente, sobre la práctica a realizar, procedimos a instalar los instrumentos asignados para la práctica los cuales ya mencionamos anteriormente, luego se procedió a instalar el material con sumo cuidado; procedimos a tamizar el suelo por medio del tamiz de malla No 40 y trabajar con el material que pasa dicho tamiz. Tanto el ensayo de Límite Líquido y Límite Plástico no se los pudo realizar, porque el suelo presentaba una característica granular, con mayor contenido de arena, un poco de limo y nada de arcilla. Sin embargo pese a que el material era no apto para dichos ensayos el Docente nos explicó como se debería realizar dichos ensayos. La realización de la práctica se la puede dividir en dos partes que son:

Límite Líquido. 

Se procede a pasar cierta cantidad de material a través del tamiz No 40, el cual se utilizara para determinar el límite líquido y el límite plástico.



A continuación se verifica si el aparato de Casagrande esta debidamente calibrado, si no es así se deberá calibrar la altura de caída de la cazuela, con ayuda del extremo superior del ranurador patrón, esta altura deberá ser exactamente 1 cm.



Se coloca el material tamizado en un recipiente de porcelana, se añade un poco de agua y se mezcla cuidadosamente con el suelo hasta lograr una pasta uniforme y una apariencia cremosa (suelo arcilloso).



Se procede a colocar dentro de la cazuela una pequeña cantidad de suelo hasta la profundidad adecuada para el trabajo de la herramienta ranuradora, a continuación se debe emparejar la superficie de la pasta de suelo cuidadosamente con una espátula, y mediante el uso de la herramienta ranuradora, cortar una ranura clara, recta, que separe completamente la masa del suelo en dos partes, hacer el conteo de golpes hasta que la masa se cierre una longitud de 1 cm.



Se toma una muestra para medir el contenido de humedad, se coloca en una tara la zona donde se cerró la ranura, se procede a pesar la tara con el material y se lo introduce en el horno por un periodo de 24 horas.



Pasadas las 24 horas se extrae la muestra del horno y se procede a su pesaje correspondiente, siendo el resultado el peso de la muestra seca más la tara. Este procedimiento se repite en su totalidad con cinco muestras del mismo suelo, pero con diferentes contenidos de humedad.

Límite Plástico. 

Se coloca el mismo material tamizado del ensayo anterior en un recipiente de porcelana se añade agua al suelo, se mezcla cuidadosamente hasta obtener una textura uniforme y cremosa.



Se divide en varios pedazos o porciones pequeñas la muestra, con la mano extendida sobre una placa de vidrio enrollamos el suelo con presión suficiente para moldearlo en forma de cilindro o hilo de diámetro uniforme por la acción de los movimientos de la mano.



Cuando el diámetro del cilindro llega a 3 mm., se deberá volver a moldear y enrollar nuevamente con otra porción de suelo, este proceso se hace hasta que el cilindro de suelo se rompa bajo la presión del enrollamiento.



La muestra o el cilindro, que se rompa nos define el límite plástico, luego este cilindro se coloca en una tara previamente pesada, efectuando el pesaje de la tara más el cilindro de suelo, luego se introduce al horno, por un periodo de 24 horas para calcular el contenido de humedad de la muestra.



Una vez que la muestra es extraída del horno se procede a su pesaje y la obtención del peso de la muestra seca más la tara



6. OBJETIVO.En esta práctica se tienen como objetivos, los siguientes puntos: Destacar la importancia que tiene esta práctica de laboratorio la cual nos inicia y nos



facilita estudiar en forma práctica la determinación de los límites líquido y plástico de un suelo. Introducir al estudiante el procedimiento de determinar el límite líquido y plástico de



un suelo y también determinar el índice de plasticidad. 

La identificación y clasificación del suelo utilizando los límites líquidos y plásticos.



Familiarizarnos con el material de esa manera conocer cada uno de los materiales a utilizar en esta práctica que es muy importante, para nuestra vida profesional. Calcular el índice de plasticidad conociendo el límite líquido y el límite plástico.



7. CONCLUSIONES.Después de realizada la práctica, llegamos a las siguientes conclusiones: 

Una parte importante de la práctica fue familiarizarnos con los aparatos correspondientes al estudio del límite líquido y plástico.



El límite líquido es el contenido de humedad por debajo del cual el suelo se comporta como un material plástico, y el límite plástico expresan el contenido de humedad por debajo del cual se puede considerar el suelo como material no plástico.



La práctica no se la pudo realizar en toda su extensión debido a que el material era no plástico,

de lo cual se infiere que el suelo no tiene un límite plástico, ya que su

contenido de humedad esta por debajo de dicha frontera convencional. 

La información que nos proporcionan estos ensayos son de mucha importancia tanto para la clasificación del suelo, como también conocer la plasticidad del suelo en temas como asentamientos, fundaciones o cimentaciones, y otros; si se trabaja con un suelo plástico su volumen puede variar como también las deformaciones a que este sometido son de consideración.



No obstante, definido el suelo como no plástico se puede clasificarlo de acuerdo al análisis granulométrico por el Sistema Unificado y por A.A.S.H.T.O.



De acuerdo a los resultados obtenidos analizando el suelo en cuanto a su distribución por tamaños y su composición del mismo se tendría la siguiente clasificación: grava: gruesa 1.7%, media 39.20%, fina 19.33%; arena media 18.02% y material fino (limo): 2.66%



El suelo analizado es no uniforme con C u = 43.25 y bien gradado con C v = 2.34, lo cual quiere decir que posee un amplio margen de tamaños de partículas y cantidades apreciables de cada tamaño.



Siguiendo el diagrama del flujo para clasificar un suelo por el S.U.C.S., como más del 50% se retiene en el tamiz No 200 (96.38%), más del 50% de la fracción gruesa se retiene en la malla No 4 (50.68%), menos del 5% pasa la malla No 200 y examinando la curva el suelo resulta GW (grava bien gradada).



Clasificando por A.AS.H.T.O. es un suelo A-3, porque es el único grupo que corresponde para un suelo no plástico, pero por la malla No 40 solo pasa aproximadamente un 49% no así un 51% como mínimo, y el material típico que corresponde es arena fina con calidad como sub-rasante de excelente a buena.



RELACIÓN HUMEDAD – DENSIDAD COMPACTACIÓN T – 180 CONCEPTO.Se entiende por compactación de los suelos el mejoramiento artificial de sus propiedades mecánicas por medios mecánicos. Se distingue de la consolidación de los suelos en que, en este último proceso el peso específico del material crece gradualmente bajo la acción natural de sobrecargas impuestas que provocan expulsión de agua por un proceso de difusión; ambos proceso involucran disminución de volumen, por lo que en el fondo son equivalentes. La importancia de la compactación de los suelos estriba en el aumento de resistencia y disminución de la capacidad de deformación

que se obtienen al sujetar el suelo a técnicas

convenientes que aumenten su peso específico seco, disminuyendo sus vacíos. Por lo general, las técnicas de compactación se aplican a rellenos artificiales, tales como cortinas de presas de tierra, diques, terraplenes para caminos y ferrocarriles, bordos de defensa, muelles, pavimentos, etc. Algunas veces se hace necesario compactar el terreno natural, como en el caso de cimentaciones sobre arenas sueltas. La estabilidad de una obra vial exige, entre otras cosas, que los terraplenes y las diferentes capas de rodamientos se hallen debidamente compactados. A fin de que el material a compactarse alcance la mayor densidad posible en el terreno, deberá tener una humedad adecuada en el momento de la compactación. Esta humedad, previamente determinada en un laboratorio de suelos, se llama “humedad óptima” y la densidad obtenida se conoce con el nombre de “densidad máxima”.

UBICACIÓN.El ensayo de compactación por el Método Proctor Modificado T-180 se lo realizo en el Laboratorio de Suelos de la Carrera de Ingeniería Civil, ubicada en la Facultad de Ciencias y Tecnología (zona el Tejar).



ENFOQUE.Los métodos usados para la compactación de los suelos dependen del tipo de los materiales con los que se trabaje en cada caso; los materiales puramente friccionantes, como la arena, se compactan eficientemente por métodos vibratorios, en tanto que en los suelos plásticos el procedimiento de carga estática resulta el más ventajoso. En la práctica, estas características se reflejan en los equipos disponibles para el trabajo, tales como plataformas vibratorias, rodillos lisos, neumáticos o “pata de cabra”. En las últimas épocas los equipos de campo han tenido gran desarrollo y hoy existen en gran variedad de sistemas o pesos, de manera que el ingeniero tiene posibilidad de elegir entre muchos, los implementos adecuados a cada caso particular. La eficiencia de cualquier equipo de compactación depende de varios factores y para poder analizar la influencia particular de cada uno, se requiere disponer de procedimientos estandarizados que reproduzcan en el laboratorio la compactación que se pueda lograr en el campo con el equipo disponible. De entre todos los factores que influye en la compactación obtenida en un caso dado, podría decirse que dos son los más importantes: el contenido de agua del suelo, antes de iniciarse el proceso de compactación y la energía específica empleada en dicho proceso. Por energía específica se entiende la energía de compactación suministrada al suelo por unidad de volumen. Actualmente existen muchos métodos para reproducir, al menos teóricamente, en el laboratorio unas condiciones dadas de compactación de campo. Todos ellos pensados para estudiar, además, los distintos factores que gobiernan la compactación de los suelos. Históricamente, el primer método, en el sentido de la técnica actual, es el debido a R. R. Proctor y es conocido hoy día como Prueba Proctor Estándar o A.A.S.H.O. La prueba consiste en compactar el suelo en cuestión en tres capas, dentro de un molde de dimensiones y forma especificadas, por medio de golpes de un pisón, también especificada, que se deja caer libremente desde una altura prefijada.



El molde es un cilindro de 0.94 l de capacidad aproximada (1/30” pie 2), de 10.2 cm. (4 pulgadas) de diámetro y 11.7 cm. (4.59 pulgadas) de altura, provisto de una extensión desmontable de igual diámetro y 5 cm. (2 pulgadas) de altura. El molde puede fijarse a una base metálica con tornillos de mariposa. El pisón es de 2.5 Kg. (5.5 libras) de peso y consta de un vástago en cuyo extremo inferior hay un cilindro metálico de 5 cm. (2 pulgadas) de diámetro. Los golpes se aplican dejando caer el pisón desde una altura de 30.5 cm. (12 pulgadas). Dentro del molde el suelo debe colocarse en tres capas que se compactan dando 25 golpes, repartidos en el área del cilindro, a cada una de ellas Con este procedimiento de compactación Proctor estudió la influencia que ejercía en el proceso el contenido inicial de agua del suelo, encontrando que tal valor era de fundamental importancia en la compactación lograda. En efecto, observó que a contenidos de humedad crecientes, a partir de valores bajos, se obtenían más altos pesos específicos secos y, por lo tanto, mejores compactaciones del suelo, pero que esta tendencia no se mantenía indefinidamente, sino que al pasar la humedad de un cierto valor, los pesos específicos secos obtenidos disminuían, resultando peores compactaciones en la muestra. Es decir, Proctor puso de manifiesto que, para un suelo dado y usando el procedimiento descrito, existe una humedad inicial, llamada la “óptima”, que produce el máximo peso específico seco que puede lograrse con este procedimiento de compactación. Lo anterior puede explicarse, en términos generales, teniendo en cuenta que a bajos contenidos de agua, en los suelos finos, del tipo de los suelos arcillosos, el agua está en forma capilar produciendo compresiones entre las partículas constituyentes del suelo, lo cual tiende a formar grumos difícilmente desintegrables que dificultan la compactación. El aumento en contenido de agua disminuye esa tensión capilar en el agua haciendo que una misma energía de compactación produzca mejores resultados. Empero, si el contenido de agua es tal que haya exceso de agua libre, al grado de llenar casi los vacíos del suelo, ésta impide una buena compactación, puesto que no puede desplazarse instantáneamente bajo los impactos del pisón.



Las curvas γ h − w resultan de los datos de laboratorio, obtenidos al ejecutar las pruebas de compactación y las curvas γ s − w se dibujan a partir de las anteriores, aplicando la fórmula: γ s =

γ h

1+ w

TEORIA DE COMPACTACIÓN.Sabemos que un suelo esta formado por partículas de tamaño y forma variada y que entre estas existen espacios intergranulares llamados vacíos, que se hallan llenos de aire, agua o de ambos a la vez. Asimismo que cuando una masa de tierra esta en estado suelo ocupa mayor volumen, porque tiene mayor número de vacíos. En cambio, “apretujamos” o comprimimos esta masa de tierra se hace más compacta y observamos un decrecimiento del volumen total, a causa de la disminución de volumen de vacíos. Esta operación de comprimir o apretujar una masa de tierra se llama compactación. Es decir, se denomina compactación de suelos al proceso mecánico por el cual se busca mejorar las características de resistencia, compresibilidad y esfuerzo – deformación de los mismo ;

por lo general el proceso implica una reducción más

o menos rápida de los vacíos, como consecuencia de la cual en el suelo ocurren cambios de volumen de aire, pues por lo común no se expulsa agua de los huecos durante el proceso de compactación. No todo el aire sale del suelo compactado es la de suelo parcialmente saturado. El objetivo principal de la compactación es obtener un suelo estructurado que posea y conserve un comportamiento mecánico adecuado a través de toda la vida útil de la obra. Las propiedades requeridas pueden variar de un caso a otro pero la resistencia, la compresibilidad y una adecuada relación esfuerzo – deformación figuran entre aquellas cuyo mejoramiento se busca siempre, es menos frecuente, aunque a veces no menos importante, que también se compacte para obtener unas características idóneas de permeabilidad y flexibilidad. Finalmente suele favorecerse mucho la permanencia de la



estructura ante la acción de los agentes erosivos como consecuencia de un proceso de compactación. De la simple enumeración de los objetivos de la compactación destaca un hecho importante, que debe hacer prever al ingeniero muchas de las ventajas y dificultades, complejidades que después efectivamente encontrará en estas técnicas. En primer lugar, la compactación resulta ser un proceso de objetivos múltiples y ello propicia la complicación, pero en segundo lugar, es evidente que muchos de esos objetivos serán contradictorios en muchos problemas concretos, en sentido de que las acciones que se emprenderá para cumplir con uno, pudieran perjudicar a algún otro. Por ejemplo en términos generales puede ser cierto con frecuencia que una compactación intensa produce un material resistente, pero sin duda muy susceptible al agrietamiento, en este aspecto el número de ejemplos contrastantes que pudieran ocurrirse es prácticamente ilimitado. Estas posibles contradicciones se complican y amplían aún más si se toma en cuenta que los suelos compactados han de tener una vida dilatada y que es compromiso obvio que conserven sus propiedades de toda esa vida, bajo la acción del agua, de las cargas soportadas, etc. Al realizar el proceso de compactación de un suelo, se obtienen las siguientes ventajas: 1) Se establece un contacto más firme entre las partículas. 2) Las partículas de menor tamaño son forzadas a ocupar los vacíos formados por los de mayor dimensión. 3) Cuando un suelo esté compacto, aumenta su valor soporte y se hace más estable. 4) Como las partículas se hallan firmemente adheridas después de la compactación la masa del suelo será más densa y su volumen de vacíos quedará reducido a un mínimo. Por lo tanto, la capacidad absorbente (de agua) de un suelo, quedará grandemente reducida por efecto de la compactación.



RELACIÓN ENTRE LA HUMEDAD Y EL PESO ESPECÍFICO.La importancia de la humedad del suelo para asegurar la compactación se ilustra en los siguientes experimentos. Una muestra de suelo se separa en 6 u 8 porciones, cada porción se mezcla íntimamente con diferentes cantidades de agua, de manera que cada una tenga diferente humedad, variando esta desde cero hasta un punto intermedio entre los límites líquido y plástico. Cada porción se compacta en un depósito con exactamente el mismo esfuerzo de compactación; la humedad y el peso de los sólidos por metro cúbico de suelos compactados, que se denomina corrientemente peso específico y se denota por γ d , se determina por: γ d =

W s V

γ d =

γ s

1+ w

CURVA DE COMPACTACIÓN.Cuando se va compactando un suelo bajo diferentes condiciones de humedad (sea cual fuere el método empleado) se obtiene, al relacionar las densidades con los porcentajes de humedad, una curva semejante a la indicada en la Figura 1. Ella nos indica que hay un determinado punto para el cual “la densidad es máxima”. La humedad correspondiente a este punto de “densidad máxima”, se llama “humedad optima”. Cada suelo tiene su propia curva de compactación que es característica del material y distinta a la de otros suelos. Para el trazado de la curva, es conveniente determinar cinco puntos procurando que dos de ellos se encuentren en la zona seca (rama izquierda de la curva), uno cerca del punto de densidad máxima y de los otros dos restantes en la zona húmeda (rama derecha de la curva). Lógicamente, un mayor número de puntos permitirá un mejor y más exacto trabajo de la curva.



Cada uno de los puntos de la curva representa la densidad γ d referida al peso del material secado al horno.

EQUIPO.El equipo empleado en la realización de esta práctica es el siguiente: •

Molde de 6” de diámetro, altura 5 pulg.

•

Pisón o apisonador.

•

Balanza.

•

Horno eléctrico.

•

Regla de acero para enrasar.

•

Cincel para extraer la muestra compactada.

•

Probeta y pipeta.

•

5 taras.

•

Recipientes para colocara los correspondientes suelos húmedos para su respectiva compactación.

METODOLOGÍA.El procedimiento que se sigue para realizar el ensayo de compactación T-99 es el siguiente: •

Primeramente se pasa la muestra por el tamiz N° 4, la cantidad de muestra a ser utilizada es de 25 Kg. mezclando con cierto porcentaje de material plástico.

•

Una vez tamizado el material, se procede inmediatamente a determinar la humedad natural del suelo, para ello se toma una porción de muestra representativa y se lo pesa en un platito, el peso obtenido será el peso húmedo del suelo, utilizando alcohol se determina el peso seco de la porción de suelo y de esta forma determinar la humedad natural de toda la muestra de suelo.

•

Una vez determinada la humedad natural del suelo, se procede a pesar el molde que se utiliza para compactación.


•


De la muestra de suelo tamizada se separan en 5 recipientes 5 Kg. aproximadamente de suelo, los cuales se utilizaran para compactar a diferentes contenidos de humedad.

•

Para el primer porcentaje de humedad se mezcla los 5 Kg. de muestra con una cierta cantidad de agua dependiendo de la humedad natural del suelo, se mezcla lo suficiente hasta formar una pasta homogénea.

•

Con la ayuda de una cuchara se procede a colocar parte de esa muestra en el molde de compactación dando 56 golpes por capa, se deberán realizar cinco capas.

•

Luego se quita la extensión del molde, con la regla de acero se procede a enrasar la muestra compactada que sobrepasa del molde.

•

Se pesa seguidamente la muestra compactada más el molde, luego se toma una pequeña porción de muestra del centro del molde y se pesa en una tara previamente pesada, esta tara con muestra compactada después de ser pesada se la introduce en el horno para poder determinar el contenido de humedad de cada muestra.

•

Se repite el mismo procedimiento 5 veces, con la única diferencia de que en cada muestra se aumentará más agua para poder tener diferentes contenidos de humedad y así poder realizar la curva de compactación.

OBJETIVOS.

Familiarizar al estudiante con el procedimiento del método de compactación en laboratorio (Proctor Modificado T-180) y verificar la relación densidad – humedad para una energía de compactación correspondiente sobre un suelo particular.



El objetivo principal es determinar la humedad óptima de cierto suelo, con la cual alcanzará su densidad máxima en la compactación por el método Proctor Modificado T-180.



Otro de los objetivos de la compactación es obtener un suelo de tal manera estructurado que posea y conserve un comportamiento mecánico adecuado a través de toda la vida útil de la obra. Las propiedades requeridas pueden variar de un caso a otro pero la resistencia, la compresibilidad y una adecuada relación esfuerzo – deformación figuran entre aquellas cuyo mejoramiento se busca siempre, es menos



frecuente, aunque a veces no menos importante, que también se compacte para obtener unas características idóneas de permeabilidad y flexibilidad. 

Verificar que para suelos puramente friccionantes como la arena la Prueba de Proctor no esta muy definido un peso específico seco máximo, ya que dicho procedimiento de compactación no es el ordenado para este tipo de suelos por lo cual la acción del pisón no compacta eficientemente la muestra.

CÁLCULOS.DATOS OBTENIDOS EN LABORATORIO: Ensayo 1 Número de capas Número de golpes por capa Peso del suelo húmedo + molde Peso del molde Peso del suelo húmedo Volumen de la muestra (c.c.) Densidad del suelo húmedo (gr./cm³) Número de tara Peso suelo húmedo + tara Peso suelo seco + tara Peso del agua Peso de la tara Contenido de Humedad (W) Densidad del suelo seco (gr./cm³)

Ensayo 2

Ensayo 3

Ensayo 4

5 56 8943 4826 4117 2316,67

5 56 9214 4826 4388 2316,67

5 56 9308 4826 4482 2316,67

5 56 9236 4826 4410 2316,67

5 56 9089 4826 4263 2316,67

1,777 1 303,6 282 21,6 42,9 9,034 1,630

1,894 2 219,3 200 19,3 41,4 12,169 1,689

1,935 3 291,1 267,1 24 102,7 14,599 1,688

1,904 4 427,1 377 50,1 106,6 18,528 1,606

1,840 5 501 437,3 63,7 146 21,867 1,510

CURVA DE COMPACTACIÓN T - 180 ) c c 1,7 / g K ( o c 1,65 e S o l e 1,6 u S e d d 1,55 a d i s n 1,5 e D

0

5

Ensayo 5

10

15

Contenido de Humedad (%)

20

25



OBTENCIÓN DE LA ECUACIÓN DE LA CURVA DE COMPACTACIÓN ECUACIÓN DE CÁLCULO 2 y1 = A * x 1 + B * x1 + C 2 y 2 = A * x 2 + B * x 2 + C

y 3 = A * x 2 3 + B * x 3 + C

CÁLCULO DE LA ECUACIÓN CON 3 PUNTOS Para determinar la densidad máxima solo se consideraron tres puntos con sus respectivas humedades, siendo los siguientes: X (Contenido de Humedad) Y (Densidad Seca) 9.034

1.630

12.169

1.689

21.867

1.510

Reemplazando datos en la fórmula anterior y resolviendo el sistema se obtiene los siguientes resultados. A = -0.003

B = 0.08

C = 1.141

y = −0.003 * x 2 + 0.08 * x + 1.141

La densidad máxima sería de 1.674 gr./cm 3 correspondiente a una humedad óptima del 13.33%.

CONCLUSIONES.Las conclusiones más importantes que se puede destacar de esta práctica son las siguientes: 

El suelo que se uso para este ensayo tenía una humedad natural del 3.8%.



Los resultados obtenidos en este ensayo no son satisfactorios debido al material usado para este método de compactación (T-180).



Antes de realizar la compactación para diferentes porcentajes de humedad se debe determinar con buena aproximación la humedad natural del suelo, el cual afecta en la determinación de las humedades posteriores.



El método de compactación T-180 ejecutado sobre material granular o sobre suelos puramente friccionantes y no cohesivos como son las arenas, por lo general no definen una densidad seca máxima ni una humedad óptima.



Este procedimiento de compactación no es el adecuado para este tipo de suelos por lo cual la acción del pisón no compacta eficientemente la muestra, en todo caso la vibración es el procedimiento más adecuado para compactar las arenas. Por lo anterior debe considerase que la Prueba tipo Proctor son aplicables únicamente a suelos finos plásticos o que, por lo menos, tengan una apreciable proporción de éstos.



Se pudo observar que un suelo para estar bien compactado y resistente ante todo, deberá tener una cantidad apropiada de humedad, cuando existe un déficit de humedad el suelo se vuelve vulnerable y no apto para su aplicación en alguna obra, porque puede ser afectado directamente por los agentes atmosféricos.



Se debe tener en cuenta que el suelo deberá estar libre de material vegetal, el cual influye en gran manera en la densidad que debe tener el suelo una vez compactado en obra.



Cabe señalar que la densidad óptima obtenida no es la esperada, esto se debe tal vez a que el método empleado de compactación para este tipo de suelo no es el adecuado, puede ser que el equipo utilizado no esta en buenas condiciones, es decir que la energía de compactación del equipo que se utilizo no es la correcta, también puede deberse a errores fortuitos cometidos en el pesaje correspondiente, de igual forma las balanzas no están buenas condiciones. Pero a pesar de los resultados obtenidos no sería correcto ajustarlo la curva de compactación del ensayo realizado para obtener una humedad óptima que oscile entre 5 y 7%.



DENSIDAD IN SITU CONCEPTO.El concepto básico se refiere a la medida de la densidad en el terreno. Esta puede hacerse extrayendo una muestra de la capa compactada y midiendo el volumen del hueco dejado por el material extraído. Es sabido que la compactación se aplica a suelos con el fin de mejorar sus características de compresibilidad, relación esfuerzo-deformación y resistencia. Atendiendo al problema de compactación para la formación de estructuras para vías terrestres, que es uno de los usos más corrientes e importantes de los materiales compactados, las características de éstas pueden medirse con base en el laboratorio. Sin embargo, para verificar si el terreno que va ha servir de capas del pavimento a construirse ha sido debidamente compactado, deben determinarse la densidad y la humedad del material, a fin de comparar estos resultados con la densidad máxima y la humedad óptima obtenidas previamente en laboratorio. En las especificaciones de construcción, la calidad requerida del suelo compactado se fija generalmente en términos de la densidad seca máxima y no en función de la compresibilidad y resistencia que posea el material compactado; esto es debido tanto a cuestiones de orden práctico, de igual forma se exige un control del contenido de agua de los suelos durante la compactación.

UBICACIÓN.El ensayo de compactación por el Método Proctor Modificado T-180 se lo realizo en el Laboratorio de Suelos de la Carrera de Ingeniería Civil, ubicada en la Facultad de Ciencias y Tecnología (zona el Tejar).



ENFOQUE.Lo que se pretende al compactar un determinado suelo es mejorar artificialmente sus propiedades mecánicas por medios mecánicos. La importancia de la compactación de los suelos estriba en el aumento de resistencia y disminución de capacidad de deformación que se obtienen al sujetar el suelo a técnicas convenientes que aumenten su densidad seca, disminuyendo sus vacíos, los métodos usados para la compactación de los suelos dependen del tipo de los materiales con los que se trabaje en cada caso. Por lo general, los requisitos de compactación en el campo se basan sobre una densidad seca de proyecto, obtenido en pruebas de laboratorio realizadas sobre el suelo de que se trata. El equipo a usarse para lograr la compactación dependerá de tal valor de proyecto y del contenido de agua natural del suelo en los bancos en que se extraiga y además claro es, del tipo de suelo en sí. Teóricamente el material habrá de compactarse con la humedad óptima correspondiente a la densidad deseado, obtenida en laboratorio. Para ello a veces puede ser necesario añadir agua al material en el banco, en tanto que otras veces será preciso secar éste. Para verificar si el terreno que va ha servir de capa del pavimento a construirse ha sido debidamente compactado, deben determinarse la densidad y la humedad del material, a fin de comparar estos resultados con la densidad máxima y la humedad óptima obtenidas previamente en laboratorio. Para realizar el control de compactación en la obra, es decir, determinar la densidad en el terreno, esto puede realizarse extrayendo una muestra de la capa compactada y midiendo el volumen del hueco dejado por el material extraído. Existen varios métodos ara lograr tal fin, como ser: a) Método del Aceite. b) Método volumétrico. c) Método de sacamuestras.



d) Método de la arena. e) Método nuclear. El método de la arena representa una forma indirecta de obtener el volumen del hueco. La arena utilizada (a menudo arena de Ottawa) es generalmente material que pasa el tamiz No 20 y esta retenido en el No 30, generalmente es deseable utilizar una arena uniforme o de “un solo tamaño” para evitar problemas de segregación. El aparato de cono de arena más comúnmente usado, utiliza un recipiente de arena plástico o de vidrio de 3785 cm 3 (1 galón) con suficiente materia para llenar un hueco y el respectivo cono, no mayor de 3800 cm 3. La densidad húmeda del suelo se calculará simplemente con la siguiente expresión: γ hum =

W hum V hueco

Por lo expuesto hasta aquí resulta lógico esperar que en el campo no se logre precisamente la densidad seca máxima indicado por las pruebas de laboratorio. Se define como grado de compactación de un suelo compactado la relación, en porcentaje, entre la densidad seca obtenida en la obra, y el máximo especificado en el laboratorio para tal obra. El control de la obra se lleva generalmente investigando el grado de compactación de los materiales ya compactados y estableciendo un mínimo aceptable, que varía según la importancia y función de la obra. El grado de compactación de un suelo es: G c (%) = 100

γ d γ dmáx

EQUIPO.

Frasco de un galón de capacidad.



Embudo con cono y válvula.



Plancha de base con orificio en el centro de 10 cm. de diámetro.



Arena limpia y secada al aire, tamizada entre No 20 y No 30 si es posible calibrada de Ottawa.



Martillo, cincel, cuchara y brocha.



Agua destilada.



Balanza.



Flexómetro.



Termómetro.

METODOLOGÍA.La arena que se utilizo para este ensayo es arena de estrato (Taxara), y la metodología que se sigue para la determinación de la densidad en sitio se divide en tres partes las cuales indicamos a continuación.

DETERMINACIÓN DEL VOLUMEN DEL FRASCO.Se pesa el frasco más el cono seco y limpio. Llenar el frasco con agua común hasta la válvula y determinar el peso. Medir la temperatura del agua para hallar la densidad del agua. El peso del agua se determina por la diferencia del segundo con el primer peso registrado. Luego el volumen del agua equivalente al volumen del frasco más cono es el cociente del peso del agua entre la densidad del agua.

DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD DE LA ARENA.Se pesa el frasco más cono vacío, seco y limpio. Llenar el frasco con arena calibrada. Se debe llenar de una altura y con velocidad constante, hace girar la botella de vez en vez, con objeto de que los granos de arena se acomoden en forma uniforme dentro de la botella. El peso de la arena será la diferencia entre el peso de arena más frasco menos el peso del frasco.



El volumen ya esta determinado. Luego la densidad de la arena será el cociente del peso de la arena entre el volumen del frasco. Previamente se debe determinar el peso de la arena que ocupa el cono. Se pesa el frasco más arena más cono, luego se invierte sobre una superficie plana, se abre la válvula y se deja caer la arena cuando deja de caer se cierra la válvula y se pesa nuevamente el frasco más embudo, más arena que queda en el frasco. La diferencia nos dará el peso de arena necesaria para llenar el embudo Una vez ensayados los anteriores pasos tenemos listo el aparato para el ensayo de densidad in situ. Llenamos el frasco con arena hasta la válvula y nos dirigimos al campo. En el lugar se limpia la zona donde se realizará el ensayo. Se coloca la plancha y se asegura para que esta no se mueva. Se toma el cincel, el martillo y se hace un hueco de 10 cm. de diámetro y una profundidad de acuerdo a la altura de la capa. El suelo extraído se coloca en un recipiente con tapa o una bolsa plástica para no perder la humedad. Una vez que la arena ha dejado de caer, lo que puede fácilmente observarse a través del frasco, se cierra la válvula y se levanta el aparato. Si se cree conveniente, la arena que queda en el hoyo puede dejarse en el sitio o recogerse en caso contrario. Luego se pesa un pequeño recipiente, como también una cierta cantidad de muestra húmeda más recipiente, después se esparce alcohol a la misma para secarla y así pesar la muestra seca más recipiente y determinar en forma rápida la humedad del suelo. Es necesario determinar el peso del frasco más arena que queda en el frasco después del ensayo.

OBJETIVO.La presente práctica la cual se denomina “Ensayo de densidad in situ” tiene los siguientes objetivos principales:



El propósito fundamental de este ensayo es determinar la densidad alcanzada por un suelo, después de haber sido compactado; aplicando el método comúnmente utilizado, que es el método del cono de arena.



También otro objetivo es familiarizarse con el equipo a utilizar y el procedimiento a seguir en esta práctica.



Conociendo la densidad alcanzada por el suelo se podrá saber el porcentaje o grado de compactación en obra, y comparar con especificaciones dadas para dicha obra.



CONCLUSIONES.Realizado este ensayo que consiste en determinar la densidad en sitio se tiene las siguientes conclusiones que son: 

Para determinar la densidad que ha alcanzado un suelo en obra se lo realiza por el método de la arena, aunque existen otros métodos basados en otros principios, como el método nuclear, el método de la arena es el que comúnmente se usa por ser el más sencillo y contar con el equipo necesario para ello.



La determinación de la densidad del suelo para cierta humedad que posea en ese instante nos servirá para comparar dicha densidad con la densidad máxima obtenida en laboratorio.



Este trabajo en lo posible se lo debe realiza con mucha seriedad y cuidado que exige la misma, especialmente cuando se trata de proyectos viales.



Es preferible y lógico que cuando se esta trabajando en campo se trabaje con una humedad menor a la humedad óptima, e ir aumentando agua con equipo adecuado para ello para aproximarse a la humedad óptima y posteriormente compactar lo suficiente para obtener una densidad que este acorde a especificaciones establecidas para dicha obra.



Tanto la compactación, como el control de compactación en la formación de estructuras para vías de carreteras es de suma importancia, ya que de ella depende que se acepte o rechace el trabajo de compactación en base a los resultados obtenidos que no están de acuerdo a especificaciones establecidas.



CÁLCULOS DE DENIDIDAD EN SITU CALIBRACIÓN DEL APARATO Peso del aparato más agua Peso aparato Peso del agua Densidad agua a Temperatura de ensayo Volumen del frasco Peso aparato más arena Peso de arena Densidad de arena Peso del aparato más arena (después de llenar el embudo) Peso de arena seca en el embudo DETERMINACIÓN DEL PESO SECO Y HUMEDAD Peso de tara más suelo húmedo Peso de tara más suelo seco Peso del agua Peso de tara Peso del suelo seco Porcentaje de humedad Peso de suelo húmedo retirado del hoyo mas tara Peso de tara Peso de suelo húmedo retirado del hoyo Peso de suelo seco retirado del hoyo DETERMINACIÓN DEL VOLUMEN DEL HOYO Peso de arena calibrada más aparato Peso de arena que queda después del ensayo Peso de arena necesaria para llenar el hoyo y el embudo Peso de la arena seca en el embudo Peso de la arena para llenar el hoyo Volumen del hoyo Densidad del suelo Densidad máxima de la curva de compactación porcentaje de compactación

4700,000 645,000 4055,000 0,999 4060,604 6309,000 5664,000 1,395

gr. gr. gr. gr./cm³ cm³ gr. gr. gr./cm³

5887,000 gr. 422,000 gr.

199,200 197,400 1,800 96,800 100,600 1,789 1334,000 325,000 1009,000 991,264

gr. gr. gr. gr. gr. % gr. gr. gr. gr.

6309,000 gr. 4947,000 gr. 1362,000 422,000 940,000 673,900 1,471 1,700 86,526

gr. gr. gr. cm³ gr./cm³ gr./cm³ %



ENSAYO DE LA RELACIÓN DE SOPORTE DE CALIFORNIA (CBR) CONCEPTO.El ensayo CBR (la ASTM denomina el ensayo simplemente un ensayo de relación de soporte) mide la resistencia al corte de un suelo bajo condiciones de humedad y densidad controladas. El ensayo permite obtener un número de la relación de soporte, pero de la aseveración anterior es evidente que este número no es constante para un suelo dado sino que se aplica solo al estado en el cual se encontraba el suelo durante el ensayo. De paso, es interesante comentar que el experimento puede hacerse en el terreno o en un suelo compactado. El número CBR (o simplemente, CBR) se obtiene como la relación de la carga unitaria (en libras por pulgada cuadrada) necesaria para lograr una cierta profundidad de penetración del pistón de penetración dentro de la muestra compactada de suelo a un contenido de humedad y densidad dadas con respecto a la carga unitaria patrón requerida para obtener la misma profundidad de penetración en una muestra estándar de material triturado.

UBICACIÓN.El ensayo de la relación de soporte de California (CBR) se lo realizo en el Laboratorio de Suelos de la Carrera de Ingeniería Civil, ubicada en la Facultad de Ciencias y Tecnología (zona el Tejar).

ENFOQUE.Para una mejor comprensión de las características de resistencia de los suelos es conveniente tratar primeramente aquellos que suelen considerarse puramente friccionantes; es decir, las arenas limpias, las gravas limpias y los enrocamientos y las combinaciones de tales materiales.



La explicación de la resistencia al esfuerzo cortante de los suelos friccionantes parte de los mecanismos de la fricción mecánica, para una aplicación más estricta de esta ley a una masa de partículas discretas, se las considera actuando en los puntos de contacto, si todas las demás circunstancias prevalecen y, por lo tanto, mayores serán las concentraciones de presión en ellos. Análogamente, los puntos de contacto aumentan con la mejor distribución granulométrica. Las presiones en los puntos de contacto cobran importancia si se relacionan con la resistencia individual de los granos del material, pues bajo aquellas, estos pueden llegar a deformarse o a romperse. La resistencia al esfuerzo cortante de una masa de suelo friccionante depende de las siguientes características del propio material: Compacidad Forma de los granos Distribución granulométrica Resistencia individual de las partículas Tamaño de las partículas.

El método de CBR fue propuesto en 1929 por los ingenieros T. Staton y D. J. Porter, del departamento de Carreteras del Estado de California, como una forma de clasificación de la capacidad de un suelo para ser utilizado como sub-rasante o material de base en construcción de carreteras (pavimentos flexibles). Durante la segunda guerra mundial, el Cuerpo de Ingenieros de los Estados Unidos adoptó este ensayo para utilizarlo en la construcción de aeropuertos. El ensayo CBR (la ASTM denomina el ensayo simplemente un ensayo de relación de soporte) mide la resistencia al corte de un suelo bajo condiciones de humedad y densidad controladas. El ensayo permite obtener un número de la relación de soporte, pero de la aseveración anterior es evidente que este número no es constante para un suelo dado sino que se aplica solo al estado en el cual se encontraba el suelo durante el ensayo. De paso, es interesante comentar que el experimento puede hacerse en el terreno o en un suelo compactado.



El número CBR (o simplemente, CBR) se obtiene como la relación de la carga unitaria (en libras por pulgada cuadrada) necesaria para lograr una cierta profundidad de penetración del pistón de penetración dentro de la muestra compactada de suelo a un contenido de humedad y densidad dadas con respecto a la carga unitaria patrón requerida para obtener la misma profundidad de penetración en una muestra estándar de material triturado. En forma de ecuación esto es: CBR =

c arg a unitaria del ensayo c arg a unitaria patrón

*100

De esta ecuación se puede ver que el número CBR es un porcentaje de la carga unitaria patrón. En la práctica, el símbolo de porcentaje se quita y la relación se presenta simplemente por el número entero, como 3, 45, 98. El número CBR usualmente se basa en la relación de carga para una penetración de 2.5 mm. Sin embargo, si el valor de CBR a una penetración de 5.0 mm. es mayor, el ensayo deberá repetirse (ordinariamente). Si un segundo ensayo produce nuevamente un valor de CBR mayor de 5.0 mm. de penetración, dicho valor debe aceptarse como valor final del ensayo. Para determinar el CBR se toma como material de comparación la piedra triturada. Las resistencias a la penetración que presenta ésta son los siguientes: Para 0.1” pulgadas de penetración………………….. 1000 lb./pulg2 ó 70 Kg./cm2 . Para 0.2” pulgadas de penetración…………………. 1500 lb./pulg2 ó 105 Kg./cm2 . Para 0.3” pulgadas de penetración…………………. 1900 lb./pulg2 ó 133 Kg./cm2 . Para 0.4” pulgadas de penetración………………….. 2300 lb./pulg2 ó 161 Kg./cm2 . Para 0.5” pulgadas de penetración…………………. 2600 lb./pulg2 ó 182 Kg./cm2 .

Los ensayos de CBR se hacen usualmente sobre muestras compactadas al contenido de humedad óptimo para el suelo específico, determinado utilizando el ensayo de compactación estándar (o modificada). A menudo se compactan dos moldes de suelo, uno para penetración inmediata y otro para penetración después de dejado saturar por un período de 96 horas. El segundo espécimen es



saturado durante 96 horas con una sobrecarga aproximadamente igual al peso del pavimento que se utilizará en el campo pero en ningún caso el peso de la sobrecarga será menor de 4.5 Kg. Es necesario durante este período tomar registros de expansión para instantes escogidos arbitrariamente y al final del período de saturación se hace la penetración para obtener el valor de CBR para el suelo en condición de saturación completa. En ambos ensayos de penetración para determinar los valores de CBR se coloca una sobrecarga sobre la muestra de la misma magnitud de la que se utilizo durante el ensayo de expansión. El ensayo sobre la muestra saturada cumple dos propósitos: 1. Dar información sobre la expansión esperada en el suelo bajo la estructura de pavimento cuando el suelo se satura. 2. Dar indicación de la pérdida de resistencia debida a la saturación en el campo. El ensayo de penetración se lleva a cabo en una máquina de compresión utilizando una tasa de deformación unitaria de 1.27 mm./min. Se toman lecturas de carga contra penetración a cada o.5 mm. de penetración hasta llegar a un valor de 5.0 mm. a partir del cual se toman lecturas con incrementos de 2.5 mm. hasta obtener una penetración total de 12.7 mm. El valor de CBR se utiliza para establecer una relación entre el comportamiento de los suelos principalmente con fines de utilización con base y sub-rasante bajo pavimentos de carreteras y aeropuertos. La tabla siguiente da calificaciones típicas. SISTEMA DE CLASIFICACIÓN

No CBR

Clasificación General

0-3

Muy pobre

Subrasante

OH, CH, MH, OL

A5, A6, A7

3-7

Pobre a regular Subrasante

OH, CH, MH, OL

A1, A5, A6, A7

7-20

Regular

OL, CL, ML, SC, SM, SP

A2, A4, A6, A7

Usos

Sub-base

Unificado

AASHTO

20-50 Bueno

Base, sub-base CM, GC, SW, SM, SP, GP A1b, A2 5, A3, A2 6

< 50

Base

Excelente

GW, GM

A1a, A2 1, A3



Se publican muchos diseños de pavimentos en cuales se entra a la tabla con el número CBR y se lee directamente el espesor de sub-rasante, base, y/o espesor del pavimento flexible, basado en las cargas de llanta esperada. Algunas veces el valor de CBR se convierte a módulo de sub-rasante (utilizando también tablas) antes de entrar a las tablas de diseño de pavimentos.

EQUIPO.El material que se utilizó para este ensayo es el siguiente: 

Tamices ¾” y No 4 para la compensación respectiva de la muestra de suelo a ser compactado.



Moldes de compactación de 15.2 cm. de diámetro por 17.8 cm. de altura (o equivalente, con collarín).



Disco espaciador de 15.1 cm. de diámetro por 6.14 cm. de altura ( o 5.1 cm. de altura si este esta disponible).



Martillo de compactación (de 24.5 N o el de 44.5 N según designe el docente).



Balanza de precisión 0.1 gr.



Horno eléctrico.



Taras.



Pesos para sobrecargar.



Máquina de compresión equipada con pistón de penetración CBR (diámetro de 4.953 cm. con sección transversal de 19.4 cm.) y capa de penetración a una tasa de 1.27 mm./min.



Un recipiente con agua para la saturación del suelo.

METODOLOGÍA.La realización de esta práctica se la hizo con la ayuda e indicaciones de parte del docente, y el procedimiento que se siguió es el siguiente que a continuación detallamos:



Compensación Del material.

Antes de proceder a la compactación de la muestra en los respectivos moldes por el método Proctor Modificado T-180, se realiza la compensación del material; se procede a cuartear aproximadamente 25 Kg., de muestra de suelo, de esta muestra cuarteada se tamizan en los tamices ¾” y No 4, del material retenido en dichos tamices se pesan en las mismas proporciones, de tal forma que se obtenga un peso total de 21 Kg. aproximadamente y luego se mezcla en forma uniforme para luego utilizar esta muestra de suelo en la compactación. Determinación De La Humedad.

Para determinar el contenido de agua que se deberá adicionar para llegar a la Humedad óptima encontrada por el ensayo de compactación, se seguirá los siguientes pasos: a) Humedad natural. Se separa una porción de muestra del material a utilizar en la compactación para determinar la humedad natural del suelo. b) Porcentaje real de agua necesaria. Es el resultado de la diferencia del % de humedad óptima, encontrado por el ensayo de compactación y el % de Humedad natural (punto a). c) Peso total seco (Pss) . Resulta de multiplicar el peso húmedo (Psh) 100 y dividir entre el contenido de humedad del suelo preparado (%Hn) + 100 Pss =

Psh

(% Hn + 100)

*100

d) Agua necesaria para el porcentaje de humedad óptima. Es el producto del peso de la muestra total seca (Pst) (punto d) por el % real de agua necesaria (punto b). Este resultado debe redondearse a un número entero que representará la cantidad que se adicionará a la muestra para que esta llegue a su humedad óptima, en cm 3.



Contenido de Humedad y Peso Unitario.

Para el ensayo de CBR se preparan 3 moldes, debiendo anotarse primero el número de cada molde, el número de capas de acuerdo al método a utilizarse y el número de golpes para cada molde. Condiciones de la Muestra.

a) Se humedece el material, si es posible con rociador, con la cantidad de agua calculada y se mezcla de manera uniforme. b) Se prepara un molde “Molde N°” de peso “Peso del Molde N°” y volumen “Volumen de la Muestra” conocidos, ajustándolo a su base y colocándole su respectivo collarín. c) Se deposita dentro un disco espaciador de 2½” con un papel filtro que evitará que la muestra compactada se pegue al disco. d) Se coloca dentro el suelo húmedo y se compacta según los golpes y capas que la compactación así lo requiera, tratando que la muestra sobrepase el molde un par de centímetros. Acabado éste, se saca el collarín y se enrasa con una regla metálica el sobrante tratando de dejar una superficie lisa. e) Se deja libre el molde y la base del collarín y se lo pesa. f) Restando el peso del molde del peso muestra húmeda más molde, tendremos el peso muestra húmeda. g) El peso unitario de la muestra húmeda será el peso muestra húmeda sobre el volumen de la muestra. Muestra para determinar la Humedad del suelo.

a) Se toman dos cápsulas o taras “Tara N°” de peso conocido “Peso de la tara N°” y se las llena con muestra sacas del fondo, del centro y de la superficie del suelo húmedo. b) Se pesa las cápsulas con las muestras “Peso muestra húmeda mas tara” y se las seca en horno. c) Se pesa las cápsulas con las muestras ya secas “Peso muestra seca mas tara”.



d) Se resta el valor de la cápsula con el suelo seco, de la cápsula con el suelo húmedo, encontrándose el “Peso del agua”. e) Se resta el peso de la tara al peso del suelo seco más tara hallándose así el “Peso de la Muestra seca”. f) Multiplicando el “Peso del agua” por 100 y dividiendo el resultado entre el “Peso de la muestra seca”, se obtendrá el “contenido de humedad”. g) Sacando la media de los contenidos de humedad de las tres cápsulas se sabrá el “Promedio del contenido de humedad”. h) El “Peso Unitario de la Muestra Seca” se encuentra multiplicando el “Peso Unitario de la muestra húmeda” por 100, dividido todo entre 100 más el “Promedio del contenido de humedad”. C.B.R.

a) Se pesa el molde libre de la base, plato con vástago y pesos, y se anota el resultado en la casilla correspondiente de la columna “Después de mojarse”. b) Se coloca el molde en la base y se lo lleva a la prensa de ensayo provista del aro dinamométrico adecuado. Se pone la sobrecarga anular de ensayo, sobre la superficie y se asienta el pistón de penetración a través del orificio central. c) Se regula la altura del conjunto tal que el dial del extensómetro que mide la resistencia a la deformación del aro dinamométrico esté en cero. El extensómetro que mide las penetraciones y que está sujeto al marco, apoyará su vástago sobre el borde la base haciendo coincidir su dial a cero. d) Se aplicarán cargas a una velocidad de avance del pistón igual a 1.27 mm./min. (0.5 pulg./min.), anotándose las lecturas del dial del aro dinamométrico obtenidas para penetraciones de 0.025”; 0.05”; 0.075”; 0.1”; 0.2”; 0.3”; 0.4”; 0.5”. e) Las cuatro primeras lecturas servirán posteriormente para efectuar la corrección de la curva penetración-cargas en el caso de que la misma resulte cóncava hacia arriba. f) Se descarga la prensa a penetración, se retira el molde y se quitan las sobrecargas. Se toma una muestra de suelo del lugar donde penetró el pistón y, en una cápsula de peso conocido, se hace secar en horno hasta anotando todos los valores encontrados.



g) Buscando en el formulario propio de cada aro dinamométrico el equivalente de la lectura de deformación dada por el extensómetro del mismo, tendremos la carga ensayo en KN, que nos servirá para el diseño de la curva penetración vs. Carga. h) En caso de que la curva penetración vs. Carga diseñada se corrija, se anotaran los valores de corrección. i) Sabiendo que la resistencia que presenta el material de comparación a la línea del pistón de 0.1” y 0.2” de penetración y el área del pistón tendremos que para sacar el CBR de la carga unitaria correspondiente a dichas penetraciones expresado en porcentaje, debemos utilizar la siguiente fórmula: CBR =

c arg a unitaria del ensayo c arg a unitaria patrón

*100

Curva: % CBR – Peso Unitario.

a) Tomando los “Pesos Unitarios Secos” de cada una de las muestras, se busca una escala apropiada a los mismos; de igual manera para los % de CBR de 0.2” de penetración. b) Luego definidos los puntos, se los unirá mediante una curva que se denominará Curva % CBR – Peso Unitario. c) Sabiendo el valor de la densidad máxima, hallada mediante el ensayo de compactación, se traza una recta horizontal que lo defina, siendo la proyección vertical de la intersección de ésta y la curva diseñada, el valor porcentual de CBR al 100% de la densidad máxima, en igual forma se puede trazar para una compactación del 95%.

MEMORIA DE LA PRÁCTICA.Antes de proceder a la compactación de la muestra en los respectivos moldes por el método Proctor Modificado T-180, se realizó la compensación del material; procediéndose a cuartear aproximadamente 25 Kg., de muestra de suelo, de esta muestra cuarteada se tamizó en los tamices ¾” y No 4, del material retenido en dichos tamices se pesó 9329.0 gr. en las mismas proporciones, obteniéndose un peso total de 18658.0 gr. aproximadamente y luego se mezcló en forma uniforme.



La humedad natural de la muestra de suelo que se determino fue del 1.3%, añadiéndose 343.0 gr. en peso de agua para alcanzar la humedad óptima del 6.2% para una densidad máxima de 2.29 Kg./cm3.

OBJETIVOS.Los objetivos específicos de este ensayo son los siguientes: 

El propósito de este ensayo es que el estudiante conozca el procedimiento que se debe seguir para determinar el valor de CBR de un suelo compactado, que se expresa como un porcentaje del esfuerzo requerido para hacer penetrar un pistón en el suelo que se ensaya, dividido por el esfuerzo requerido para hacer penetrar el mismo pistón hasta la misma profundidad en una muestra patrón de piedra triturada.



Una vez determinado el valor numérico del CBR del suelo compactado poder definir y/o evaluar la calidad relativa del suelo para ser usada como sub-rasante, sub-base y base de pavimentos.



CONCLUSIONES.Después de realizada la práctica se llega a las siguientes conclusiones: 

Antes de realizar la práctica se debe repasar la guía para tener una idea clara de lo que se va a realizar y evitar posibles errores que se puedan cometer.



Se pudo cumplir con uno de los objetivos que pretendía este ensayo, que era familiarizarnos con el equipo correspondiente, así como el procedimiento que se debe seguir, ya que este ensayo es de mucha importancia.



El CBR es un parámetro que se utiliza mucho en obras viales (carreteras de pavimento flexible, y otros), el cual nos indica sobre la capacidad del suelo en cuanto a la resistencia a la penetración con respecto a una muestra estándar de material triturado.



No se realizó los cálculos correspondientes para la expansión debido a que el molde con la muestra húmeda compactada ni siquiera se la dejo por 24 horas para saturar.



El CBR obtenido que es igual a 13.2, nos indica que el suelo compactado clasificando en forma general es regular que puede ser usado como sub-base, siempre y cuando las especificaciones de obra en cuanto al grado de compactación sea la adecuada y su densidad máxima no sea otra.



ENSAYO DE PENETRACIÓN ESTANDAR SPT INTRODUCCION: Las pruebas de campo adquieren una gran importancia en los suelos muy susceptibles a la perturbación y cuando las condiciones del terreno varían en sentido horizontal y vertical. El método de prueba in situ más ampliamente utilizado es el de penetración. Los penetrometros utilizados para el estudio del terreno se hincan o se hacen penetrar a presión en el terreno, midiendo la resistencia a la penetración. La prueba más ampliamente utilizada es la “penetración estándar” (o normal) que consiste en la hinca del tomamuestras, dejando caer una maza de 140 libras (63.5 Kg.) desde una altura de 30 pulgadas (76 cm.). La resistencia a la penetración se expresa por el número de golpes necesarios para hincar el tormamuestras 1 pie (30 cm.). Los resultados de pruebas realizadas en laboratorio muestran que la resistencia a la penetración depende de diversos factores distintos de la compacidad relativa; la resistencia a la penetración es función de la presión de confinamiento del tipo de suelo. Otro factor que puede tener una notable influencia sobre la resistencia a la penetración de un suelo es la presión de pozo o intersticial existente en el instante de realizar las medidas. La prueba de penetración estándar debe utilizarse sólo como indicación o junto con otros métodos de exploración.

UBICACIÓN.El ensayo de penetración estándar (SPT) se lo realizo en el Laboratorio de Suelos de la Carrera de Ingeniería Civil, ubicada en la Facultad de Ciencias y Tecnología (zona el Tejar).



ENFOQUE.Método de penetración estándar.- Este procedimiento es entre todos los exploratorios preliminares quizá el que rinde mejores resultados en la práctica y proporciona más útil información en torno al subsuelo y no solo en lo referente a descripción; probablemente es también el más ampliamente usado. En suelos puramente friccionantes la prueba permite conocer la compacidad de los mantos que como repetidamente se indico, es la característica fundamental respecto a su comportamiento mecánico. En suelos plásticos la prueba permite adquirir una idea, si bien tosca, de la resistencia a la compresión simple. Además el método lleva implícito un muestreo que proporciona muestras alteradas representativas del suelo en estudio. En 1902 Charles R. Gow sustituyó el sistema de reconocimiento mediante lanza hidráulica, por un método de tomas de muestras en seco utilizando un tubo de una pulgada de diámetro que con una masa de 110 lb. En 1927 Linston Hart y Gordon A. Fletcher de la sociedad Raymonde Concrete Pile, construyeron una cuchara hendida longitudinalmente, de dos pulgadas de diámetro que más tarde ha sido conocida con el nombre de “Standard Penetration Test” (SPT). El principio de reconocimiento llamado SPT es el siguiente: Se ejecuta un taladro y a continuación se lleva al fondo de la perforación una cuchara normalizada que se clava 15 cm. en la capa a reconocer. El sondista hace entonces una señal sobre el varillaje y cuenta el número de golpes N necesarios par hincar de nuevo la cuchara a profundidad de un pie (30 cm.). La masa que se utiliza para la hinca pesa 140 lb. y la altura de caída es de 30 pulgadas lo que corresponde a un trabajo de 0.5 Kg. por golpe aproximadamente. El SPT relativamente poco empleado en Europa se utiliza sistemáticamente en todos los países de América. Sus modalidades de aplicación están definidas en numerosas especificaciones.

Influencia del nivel freático.- El número de golpes N , necesarios para hincar 30 cm. la cuchara normalizada, puede variar en la arena fina, según la situación del nivel freático.



Si llamamos N’ al número de golpes registrados en un ensayo realizado por debajo del nivel freático, el valor equivalente N que debe considerarse en el cálculo esta dado por la expresión siguiente debida a Terzaghi y Peck. N = 15 +

1 ( N '−15) 2

Presión admisible.Terzaghi y Peck han dado los valores de los coeficientes N y y N q de capacidad portante en función de N ; incluso han dibujado los ábacos que dan directamente la presión admisible con un coeficiente de seguridad 3 en zapatas empotradas o superficiales. En medios coherentes, tras numerosas experiencias comparativas propusieron relacionar N con la consistencia de las arcillas y con su resistencia a compresión simple medida en Laboratorio sobre muestra inalterada. La tabla precisa estas relaciones:

N

Consistencia de la Arcilla

2

Muy blanda

Resistencia a compresión simple (Kg./cm2) 0.25

2-4

Blanda

0.25 - 0.50

4-8

Media

0.50 – 1

8-15

Compacta

1–2

15-30 Muy compacta 30

2–4

Dura

4–8

Los mismos autores proponen para las arenas las relaciones que se indican: N

Compacidad de la arena

0–4

Muy suelta

4 – 10

Suelta

10 – 30

Medianamente compacta

30 – 50

Densa

Más de 50

Muy densa



Causas de error.- Es evidente que las relaciones anteriormente señaladas solamente son aproximadas. En efecto, pueden influir en los valores de N muchos factores y particularmente: 

El estado de la superficie interior y exterior de la cuchara, que si están oxidadas o abolladas pueden modificar considerablemente el rozamiento en las capas atravesadas.



El afilado y en general, el buen estado de los biseles cortantes de la cuchara.



La posición del nivel freático respecto del ensayo.



La forma y la superficie de los orificios o ventanas de expulsión del agua.



La posición relativa del fondo del taladro con respecto al límite inferior del entubado al comienzo de la hinca.



El tiempo transcurrido entre la perforación del taladro y la ejecución del ensayo SPT propiamente dicho.



Por último, la flexibilidad del varillaje que absorbe una parte de la energía. En el caso de sondeos muy profundos, Cambefort ha propuesto eliminar este inconveniente utilizando en la hinca una deslizadera.

Entre los factores importantes que pueden afectar a los resultados del SPT Fletcher señala además: 

La variación de altura de caída de la maza.



El empleo de varillaje más pesado que el previsto.



La elevada longitud de varillaje (por encima de 15 cm.).



La caída libre de la maza obstaculizada por cualquier causa.



El descuido en el cómputo de golpes o en la medida de la penetración.

Es fundamental no sobre valorar la significación del calificativo Standard. Efectivamente, las características de los aparatos no son uniformes en los distintos países, e incluso dentro de un mismo país, como en Estados Unidos o en el Brasil, por ejemplo donde hay varios tipos de SPT.



El SPT tiene la ventaja de proporcionar, además información de la naturaleza de las capas atravesadas, gracias a la muestra que se extrae. Sin embargo, sus resultados son discontinuos y capas de débil espesor pueden escapar a este reconocimiento.

Penetrometro estático; descripción.- El primer penetrometro estático fue utilizado por Alexandre Collin en 1846. Este geotécnico se había dado cuenta de la importancia de la arcilla en el equilibrio de los taludes y puso a punto un penetrometro de pequeñas dimensiones para determinar la cohesión en seis tipos de arcillas con distintos grados de consistencia desde la muy fluida hasta la desecada al aire. El grado de consistencia se medía con una técnica similar a la utilizada por Vicat para el cemento, hincado una aguja de base cónica que pesaba 1 Kg. y que tenía un diámetro de 1 mm. Esta idea sirvió de base en 1931 a Godskesen de los ferrocarriles daneses que creo un penetrometro de bolsillo con una punta cónica de 15 mm. de diámetro y ángulo en el vértice de 60°. Terzaghi en 1929 midió de manera continua las variaciones de la resistencia estática a la penetración de un cono bajado verticalmente en un medio arenoso. Para facilitar el avance, Terzaghi improviso un sondeo de lanza de agua, de forma que la penetración del cono fuera prácticamente independiente de la profundidad. En esta misma época el profesor Buisman estudiaba el principio de penetración estática en una capa de arena, de un cono pero sin emplear la lanza de agua. Fue Barentsen el que invento y patento el procedimiento tubo-varilla-cono. Los penetrometros estáticos son aparatos que permiten introducir a velocidad lenta y constante (10 a 60 cm./min.) el varillaje gracias al esfuerzo de un gato hidráulico. Están concebidos para medir separadamente la reacción de las capas atravesadas. Sobre la punta y el rozamiento lateral sobre los tubos exteriores que rodean el varillaje central. La transmisión de esfuerzos a la punta puede efectuarse por el varillaje (penetrometro holandés) o por medio de una transmisión hidráulica o eléctrica.



Interpretación de los diagramas de penetración.- En cimentaciones profundas la experiencia demuestra que los esfuerzos bajo el pilote y el penetrómetro indican y pueden considerase nomotéticos con la única diferencia de que el empotramiento en la capa considerada sea suficiente. En tal caso, la resistencia a la rotura del pilote es precisamente igual a Rp. Además de esta valoración directa de la capacidad portante, el penetrómetro estático proporciona también una ponderación de la cohesión. Hay que tener en cuenta, no obstante, un detalle. El cono del penetrómetro holandés, tiene un manguito que queda sobre la punta para evitar que las partículas del terreno se alojen formando cuña entre varillaje y el tubo exterior (no hay que confundir este manguito solidario del cono con el manguito especial que permite medir el rozamiento lateral). Este manguito inferior solidario a la punta, absorbe energía por rozamiento contra el terreno. Por tanto, la lectura de Rp en los aparatos de medida, queda influida por el rozamiento lateral.

MATERIAL Y EQUIPO.El material que se requiere para realizar esta práctica es el siguiente: 

Equipo para realizar el ensayo del SPT



Trípode



Aparato de Cassagrande (para determinar el límite líquido del suelo)



Taras



Balanza.

METODOLOGÍA.Para la realización de esta práctica se siguió el siguiente procedimiento: 

Primeramente fuimos dotados del material respectivo al ensayo de penetración SPT. El material entregado fue un trípode con su penetrómetro, una picota, tara, etc.



Seguidamente nos ubicamos en el lugar donde se iba a realizar el ensayo de penetración. Procedemos a armar el trípode que es muy pesado asegurándose que en el lugar de las uniones estén completamente firmes.



Procedemos a excavar un hueco, el cual nos servirá para poner el pie del trípode; pero antes de elevar dicho trípode colocamos en la polea que viene con el trípode una cuerda. Una vez elevado el trípode asegurarse de que sus tres apoyos están bien distribuidos en forma de un triángulo. Luego jalar el penetrómetro hasta una altura cualquiera y dejar caer libremente para determinar el lugar de perforación.



Luego de estar ya el penetrómetro vertical se coloca a sus laterales unas varillas, estas van apoyadas al suelo y que tiene como función sostener el penetrómetro. Esto en cuanto al montaje pero ahora el penetrómetro conectado a una cuerda que pasa por la polea y las personas conectadas con la cuerda en cuyos tramos tiene nudos para que no resbale, se jala la cuerda hasta una altura y el penetrómetro cae presionando el suelo y perforándolo.



Una vez determinado el número de golpes para cierta penetración se procede al desensamblado como se había entregado en laboratorio.



Luego con una pala y una tara procedemos a excavar en el lugar de la perforación y dicha muestra será utilizada para realizar la granulometría respectiva, determinar los límites de Atterberg, ya aprendidos en anteriores prácticas.

OBJETIVOS.El objetivo de esta práctica es la determinación de la resistencia a la penetración del suelo expresado como el número de golpes necesarios para hacer penetrar el penetrometro 30 cm. mediante el ensayo de SPT. Determinar los Límites de Atterberg que pose el suelo sobre el cual se ensayo la prueba de penetración estándar. Determinar la granulometría del suelo, así como clasificar dicho suelo por el Sistema Unificado, como también por el A.A.S.H.T.O. Determinar la resistencia que posee el suelo a la penetración, como también definir la compacidad que presenta el suelo.



Datos y Cálculos

Datos obtenidos en el ensayo: Número de Golpes:

15

Masa del Martillo:

65 Kg.

Altura de caída:

75.0 cm.

Altura de penetración:

1.35

Clasificación del suelo (Método A.A.S.H.T.O)

Para la clasificación se tienen los siguientes datos: % Que pasa N° 200

2.52

Límite Líquido

39.66

Límite Plástico

38.31

Índice Plástico

1.35

Calculando ahora el índice de grupo: IG = 0.2 A + 0.005 AC + 0.01 BD

Los valores de los coeficientes para calcular el Índice de Grupo son los siguientes: A= -32.48

B= -32.48

C= -0.34

INDICE DE GRUPO:

D= -8.65 IG = 0

Por las tablas de A.A.S.T.H.O:

TIPO DE SUELO = A – 2- 5

Correspondiente a un suelo con material típico: grava y arena limosa o arcillos, con una calidad como sub-rasante que tiende de buena a regular.



Clasificación del suelo (Método Unificado)

El suelo corresponde a un suelo SW (arena bien gradada) Resistencia a la compresión simple del suelo en el lugar del ensayo

Terzaghi y Peck dan la correlación para pruebas en arcillas que se presentan en la tabla siguiente: N

Consistencia de la Arcilla Resistencia a compresión simple qu (Kg./cm 2)

2

Muy blanda

0.25

2-4

Blanda

0.25 - 0.50

4-8

Media

0.50 - 1

8-15

Compacta

1-2

15-30 Muy compacta 30

2-4

Dura

4-8

El valor de qu se tiene dividiendo el N° de golpes ( N ) entre 8:

qu =

N

8

( Kg. / cm 2 )

En nuestra práctica el valor de la resistencia a la compresión simple qu es:

 8 + 7 + 10  1  * = 1.04( Kg. / cm 2 )  3  8

qu = 

INFORMES DE MecSuelos

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