Manual de Laboratorio de Suelos - Ing. Tania Zapata

Ensayos de Laboratorio para para Mecánica de suelos

ENSAYOS DE LABORATORIO PARA MECÁNICA DE SUELOS

ING. TANIA ZAPATA COACALLA

PUNO – PERU 2009

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I N G . T T A N I A Z A P AT A C C O AC A L L A

Ensayos de Laboratorio para Mecánica de suelos suelos


Hecho El Depósito Legal Biblioteca Nacional del Perú N° 2013-04290 Impreso en computadora Primera Edición Tania Zapata Coacalla Jr. Huascar N° 125 Perú Puno, Marzo Marzo del 2013 2013

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Hecho El Depósito Legal Biblioteca Nacional del Perú N° 2013-04290 Impreso en computadora Primera Edición Tania Zapata Coacalla Jr. Huascar N° 125 Perú Puno, Marzo Marzo del 2013 2013

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Ensayos de Laboratorio para para Mecánica de suelos

PRESENTACIÓN Considerando que el suelo es un material de construcción dispuesto en cantidad en la naturaleza para las obras civiles, y aún más es el material sobre el cual vamos a cimentar, se hace muy importante el conocimiento tanto de sus características físicas como mecánicas. El suelo es un material tan complejo, partiendo solamente del hecho de ser anisotrópico y heterogéneo, que nos incentiva a seguir conociendo su comportamiento apoyados en las demás ciencias como son las matemáticas, química y física. Aplicando estos conocimientos en el laboratorio, donde a través de un proceso experimental se podrá obtener resultados y rangos confiables del suelo sometido a distintas solicitaciones solicitaciones de carga. El presente libro de ensayos de laboratorio aplicados al curso de Mecánica de Suelos se ha realizado con la finalidad de apoyar al alumno que cursa esta asignatura, y poder brindar información sobre los procedimientos a seguir en cada ensayo con sus respectivos ejemplos. También se ha considerado tablas que nos indican la aplicación de cada ensayo, su importancia y uso en Obra, con la finalidad de incentivar al alumno a seguir estudiando con mayor profundidad sobre el tema desarrollado. Finalmente hago la recomendación de realizar múltiples pruebas de laboratorio por cada ensayo para obtener un mejor criterio al momento de analizar los resultados obtenidos, para en un futuro no llegar a cometer errores que generarian gastos económicos o sociales que repercuten en el desarrollo del país. La autora

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INDICE PRESENTACION ÍNDICE PRIMERA PARTE 1. ENSAYOS PARA HALLAR LAS RELACIONES VOLUMETRICAS EN LOS SUELOS 1.1 1.2 1.3 1.4

Contenido de Humedad Densidad de la masa. Peso específico de los sólidos en suelos retenidos en el tamiz Nro. 8 Peso específico de los sólidos en suelos pasantes el tamiz Nro. 8

2. ENSAYOS PARA CLASIFICAR EL SUELO

1 1 5 8 9 13

2.1 Análisis Granulométrico 2.2 Límites de Consistencia A. Límite Líquido B. Límite Plástico

13 20 21 25

3 ENSAYOS PARA DETERMINAR LA CALIDAD DE LOS SUELOS COMPACTADOS 3.1. Ensayos de Proctor Modificado 3.2. Ensayo de C.B.R. Cálculo de la densidad Seca Cálculo de Expansión Cálculo de CBR

28 28 36

SEGUNDA PARTE 4. ENSAYOS PARA DETERMINAR LOS PARÁMETROS DE RESISTENCIA DEL SUELO 4.1 Ensayo de corte directo 4.2 Ensayo de Compresión simple 4.3 Ensayo Triaxial no consolidado no drenado 4.4 Ensayo Triaxial consolidado no drenado

44 46 54 57 67

5. ENSAYO PARA MEDIR LA EXPASIÓN EN SUELOS

76

ESQUEMA DE CADA ENSAYO DESARROLLADO 1. 2. 3. 4. 5. 6.

4

Objetivos Equipo Información preliminar Procedimiento Experimental Registro de datos y Resultados Recomendaciones del ensayo


Ensayos de Laboratorio para Mecánica de suelos

PRIMERA PARTE

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CONTENIDO DE HUMEDAD NORMAS: ASTM D653-90 NTP 339.127 1.

OBJETIVOS •

Conocer la dependencia de las propiedades físicas y mecánicas de un suelo ante el porcentaje de humedad en su estructura.

•

2.

3.

Determinación porcentual del contenido de agua en una muestra de suelo.

EQUIPO •

Cápsulas (taras) con sus respectiva tapa.

•

Horno a temperatura constante de 105 +-5 grados centígrados.

•

Balanza de precisión 3escalas o electrónica con precisión de 0.1g.

•

Guantes.

•

Otros ( espátulas, lona para cuarteo, badilejo)

INFORMACIÓN PRELIMINAR Un suelo natural se considera como un sistema de fases: Gaseoso Líquido Sólido

La fase líquida no es característica permanente de un suelo, es solo transitorio según las condiciones del lugar donde se encuentre; pudiendo llegar a saturar el suelo y disminuyendo sus características de resistencia, o por el contrario si el suelo contiene un porcentaje bajo de humedad sus características de resistencia subirán. El contenido de humedad de un suelo, es la suma del agua capilar, libre e higroscópica presente en la masa del suelo con respecto al peso de los sólidos del mismo.

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w% =

Ww Ws

*100

Relación expresada como porcentaje del peso de agua en una masa de suelo, al peso de las partículas sólidas. Se determina el peso del agua, secando el suelo húmedo hasta obtener un peso constante del suelo seco. 4.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL •

Como mínimo se extraen tres muestras para realizar el ensayo, dependiendo de la cantidad de la muestra.

•

La cantidad de muestra dependerá del tipo de suelo, tal como se muestra en la siguiente tabla.

Máximo tamaño de Tamaño de malla Standard Masa mínima partícula (pasa el recomendada de 100%) espécimen de ensayo húmedo para contenidos de humedad reportados a +/- 0.1%

2mm. o menos 4.75mm. 9.5mm. 19.0mm. 37.5mm. 75.0mm.

7

ITINTEC 2.00mm. (Nro. 10) ITINTEC 4.75mm. (Nro. 4) ITINTEC 9.51mm. ( 3/8”) ITINTEC 19.00mm. ( ¾”) ITINTEC 38.1mm. ( ½”) ITINTEC 76.1mm. (3”)

Masa mínima recomendada de espécimen de ensayo húmedo para contenidos de humedad reportados a +/1%

20gr

20gr.

100gr

20gr

500gr

50gr

2.5Kg.

250gr

10Kg.

1 Kg.

50Kg.

5 Kg.

•

Pesar los recipientes vacíos para el contenido de humedad anotando su identificación..

•

Colocar la muestra de suelo natural en las cápsulas y determinar su peso húmedo.

•

Colocar las muestras de suelo en el horno por un tiempo de 18 a 24 horas.

•

Sacar la muestra y dejar enfriar como mínimo 15 minutos antes de pesar.

•

Cuando la muestra al pesarlo demuestra un peso constante se determina el peso seco.

•

Se realiza los cálculos de contenido de humedad. I N G . T T A N I A Z A P AT A C C O AC A L L A


Observación: Cuando se trabaje con una muestra pequeña (menos de 200gr) que contiene partículas de grava mayores a 3/4”, no es apropiado incluirlas en las muestras de ensayo. Sin embargo en el reporte de resultados se mencionará y anotará el material descartado.

5.

REGISTRO DE DATOS Y RESULTADOS •

Muestra extraída de una calicata de profundidad : ______. Ubicada a :______m.y con una potencia de:_____m.

•

Material que presenta partículas finas cuyo tamaño máximo es de:______mm.

•

Se procedió a extraer muestras con peso mayores a: _____gr.

•

A continuación los cálculos correspondientes: Por último se saca un promedio de los tres resultados no pudiendo variar estos 3 por

mas de 2% en este caso se elimina el mas lejano de los resultados y se promedia entre los dos restantes. Ejemplo Nro. 01 CALICATA N° 1 Nro De Tara * Peso de Tara Peso de Tara+ M. Humeda Peso de Tara + M. Seca Peso de Agua Peso Muestra Seca Contenido de humedad W% Promedio cont. Humedad W%

11

8

18

72.8 155.17 146.19

69.32 167.72 157.19

78.4 159.63 151.2

8.98 73.39 12.24

10.53 87.87 11.98 11.93

8.43 72.8 11.58

*Tara se llama al envase metálico que se utiliza para realizar el ensayo. W%= (8.98/73.39) * 100 = 12.24 (Número de tara 11) W% = (P. De cápsula + Muestra Húmeda)-(P. De cápsula + Muestra Seca) x 100 (P. de cápsula + muestra seca) – (P. De cápsula)

8



Ejemplo Nro 02. Nro De Tara Peso de Tara Peso de Tara + M. Humeda Peso de Tara + M. Seca Peso de Agua Peso Muestra Seca Contenido de humedad W% Promedio cont. Humedad W%

gr. gr. gr. gr. gr. W% W%

L-2

D–3

D–4

14.52 94.28 87.55

14.85 93.21 84.11

14.48 97.58 90.61

6.73 73.03 9.22%

9.1 69.26 13.14% 9.19%

6.97 76.13 9.16%

En este caso por ejemplo vemos que la muestra 2, presenta un resultado de contenido de humedad, alejada en mas de 2% de las otras muestras, por lo tanto se hallará el promedio solo de los resultados mas cercanos:

W% = (9.22% + 9.16%) 2 6.

RECOMENDACIONES DEL ENSAYO. •

Se recomienda tener mucho cuidado al realizar el pesado de las muestras, ya que un error en décimas varía los resultados.

•

La cantidad de muestra también es muy importante tener en cuenta ya que ésta debe ser representativa del estrato a examinar.

•

Al extraer la muestra de la calicata se debe tener mucho cuidado de no alterar su humedad mediante el uso de guantes, y colocar en bolsas de plástico bien cerradas con su respectiva tarjeta.

9



DENSIDAD DE LA MASA 1.

OBJETIVOS •

Conocer y entender la relación de los tres elementos que componen una muestra de suelo con el volumen que ocupan.

•

2.

3.

Determinación en gr/cm3 de la masa de suelo.

EQUIPO •


•


•

Vaso para sumergir la muestra.

•

Guantes y parafina.

•

Cocina.

•

Otros ( espátulas, cuchillos).

INFORMACIÓN PRELIMINAR Cuando hablamos de la densidad de la masa estamos hablando de la relación que existe entre el peso de la muestra de suelo y su volumen total, lo cual incluye las 3 fases del suelo: Gaseoso Líquido

VOLUMEN DE LA MASA

Sólido

PESO DE LA MASA.

La densidad o el peso específico del suelo, no es igual al de sus partículas sólidas, sino que varía en función a la cantidad de vacíos que posea la masa del suelo; y siempre será menor que el peso específico de las partículas sólidas, los valores oscilan entre 1.6 a 2 gr/cm3.

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4.


Podemos encontrar la densidad de la masa por dos métodos :

•

Si el suelo es uniforme y de consistencia plástica, semi-sólida o sólida, se puede tallar una muestra dándole una forma geométrica conocida, hallamos su peso y lo dividimos entre el volumen.

H

L

A

γ m = •

masa

V masa

En caso de ser una muestra irregular por tener partículas de diversos tamaños entonces se deberá extraer una muestra inalterada obteniendo su peso.

•

Una vez que se a pesado se cubre la muestra con parafina para poder proteger la estructura de la masa de suelo. Volvemos a pesar muestra + parafina.

•

Sumergimos la muestra y obtenemos su peso en estado sumergido.

•

5.

REGISTRO DE DATOS Y RESULTADOS PESO ESPECIFICO DE LA MASA ó DENSIDAD DE LA MASA

I.- DATOS 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 11

PESO DE LA MUESTRA AL AIRE GR. PESO DE LA MUESTRA + PARAFINA GR. PESO DE LA MUESTRA SUMERGIDA + PARAFINA GR. PESO DE LA PARAFINA GR.(2-1) VOLUMEN TOTAL DE MUESTRA DE SUELO Y PARAFINA CM3.(2-3)

PESO ESPECÍFICO DE LA PARAFINA GR/CM3 VOLUMEN DE LA PARAFINA CC (4/6) VOLUMEN DE LA MUESTRA CM3.(5-7) II.- RESULTADOS PESO ESPECIFICO DE MASA: P.E.M.GR/CM3 (1/8) PROMEDIO GR/CM3

M1

M2

318.4 335.5 119.5 17.1 216 0.92 18.59 197.41

615 649 232 34 417 0.92 36.96 380.04

1.61

1.62

1.62 I N G . T T A N I A Z A P AT A C C O AC A L L A


PESO ESPECÍFICO DE LOS SÓLIDOS 1.

OBJETIVOS •

Obtener la relación entre el peso de los sólidos sobre el volumen que ocupan.

•

Determinación en gr/cm3 de los sólidos de una masa de suelo.

•

2.

3.

EQUIPO •

Picnómetro de 100 a 500cc. de capacidad.

•

Probeta de 500 a 1000ml.

•


•


•

Termómetro graduado de –5 a 150grados centígrados.

•

Pipeta.

•

Baño de agua María.

•

Otros (bandejas, taras, franela, guantes de asbesto).

INFORMACIÓN PRELIMINAR El peso específico de los sólidos es la relación que existe entre el peso de las partículas sólidas y su volumen que ocupan, que es fundamental para cálculos posteriores de los asentamientos, y otras relaciones volumétricas de la masa de suelo. Los valores se sitúan entre 2.6 a 2.8 gr/cm3. Es expresado por el símbolo =

VOLUMEN DE LOS SÓLIDOS

γ S = 12

Sólido

s

PESO DE LOS SÓLIDOS.

W sólidos V sólidos I N G . T T A N I A Z A P AT A C C O AC A L L A


4.


Podemos tener muestras con partículas finas y también mayores al tamiza Nro. 8, en este caso se debe tamizar la muestra de suelo por dicho tamiz, y realizar por separado los ensayos de peso específico de los sólidos tal como se detalla a continuación:

•

PARA PARTÍCULAS MAYORES AL TAMIZ NRO. 8 – ASTM C 127

•

Cantidad de la muestra depende del tamaño máximo que ésta posea, tal como se muestra en la siguiente tabla:

•

Una vez que se obtiene la cantidad de la muestra, para evitar la adherencia del material fino, se lavará la muestra a través del tamiz Nro. 8, y dejarlo en una cubeta por espacio de 24 horas para saturar los poros del material grueso.

•

Una vez saturado se seca la superficie de la muestra con un paño de franela, para dejarlo en estado saturado superficialmente seco.

•

Colocar agua destilada en la probeta hasta un volumen exacto (anotar la lectura de la probeta)

Lecturar el volumen. Agua destilada

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•

Introducir la muestra con mucho cuidado y colocar la probeta en una superficie plana, para leer el volumen total.

Lecturar el volumen final Partículas sólidas

•

Una vez lecturado el volumen colocar la muestra en una bandeja y dejarlo secar al horno por 24 horas.

•

Por último se obtiene el peso de la muestra seca. REGISTRO DE DATOS Y RESULTADOS PESO ESPECIFICO DE LOS SÓLIDOS RET. NRO. 8 I.- DATOS

1 2 3 4 5

PESO DE LA MUESTRA SECADA AL HORNO GR. PESO DE LA MUESTRA SATURADA SUPERFICIALMENTE SECA GR. VOLUMEN EN LA INICIAL EN LA PROBETA CC VOLUMEN EN LA FINAL EN LA PROBETA CC. VOLUMEN DE LA MUESTRA CC. (4-3)

814.4 819.8 300 610 310

II.- RESULTADOS

6 7 8 9 10

PESO ESPECIFICO DE LOS SÓLIDOS: P.E.S. 1/(3) GR/CM3 TEMPERATURA DEL AGUA ºC. FACTOR DE CORRECCI N K (TABLA 1) AL FINAL PESO ESPECIFICO DE LOS SÓLIDOS CORREGIDO: P.E.S. 6*8 GR/CM3 GRAVEDAD ESPECÍFICA RELATIVA DE LOS SÓLIDOS:9/ (peso específico del agua=1gr/cm3)

2.63 23ºC 0.9993 2.6253 2.6253

•

PARA PARTÍCULAS MENORES AL TAMIZ NRO. 8 – ASTM D 854.

•

Se debe obtener una cantidad mínima de muestra dependiendo de la capacidad del picnómetro tal como se muestra en la tabla:

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•

Una vez obtenida la cantidad de muestra, se coloca en una bandeja o tara, y se deja secar en el horno por 24 horas, hasta obtener un peso constante.

•

Colocar la muestra en el picnómetro y llenar con agua destilada hasta la tercera parte del volumen del picnómetro.

•

Extraer el aire atrapado entre las partículas sólidas, pudiendo realizar esta operación con una bomba de vacíos, o colocando el picnómetro en baño maría o sobre un mechero o removiendo constantemente.

•

Una vez que se han eliminado los vacíos, llenar con una pipeta hasta el volumen indicado en el picnómetro, y obtener su peso. REGISTRO DE DATOS Y RESULTADOS 1.- Peso de la muestra seca + eso del icnómetro ( r) 2.- Peso de la muestra + eso del icnómetro + a ua ( r) 3.- Peso del a ua =(2-1) ( r) 4.- Peso del Picnómetro ( r) 5.- Peso de la muestra secada al horno r 1-4 6.- Volumen del icnómetro cc 7.- Volumen de los sólidos = (6-3) (cc) 8.- Peso es ecífico de los sólidos =5 /7 9.- Tem eratura del a ua °C 10.- Valor de K (*1) (tabla1) 11.- Peso es ecífico corre ido or Tem eratura =8*10 12.- Gravedad es ecífica relativa de los sólidos Gs = 11/

(peso específico del agua=1gr/cm3) γ O

127.97 314.2 186.23 94.46 33.51 200 13.77 2.433551198 16 1.0007 2.435254684 2.435254684

*El volumen del picnómetro puede variar de 200cc, 250cc, 500cc. *1Factor de corrección k para diferentes temperaturas

PASO 1 Volumen del Picnómetro=200cc 15

PASO 2 Peso de sólidos+picnómetro=127.97gr. I N G . T T A N I A Z A P AT A C C O AC A L L A


PASO 3 Peso de agua + sólidos + picnómetro= 314.20gr. Para obtener el volumen de los sólidos: el paso 2 – el paso 1 nos dará el peso del agua que será igual a su volumen, considerando que el peso específico del agua es 1gr/cm3 Entonces si resto el volumen del picnómetro – el volumen ocupado por el agua; entonces nos dará el volumen de los sólidos. OBSERVACIÓN: 1. En caso de contar con un suelo con partículas mayores y menores al tamiz Nro. 8 entonces se deberá hallar la gravedad específica de los sólidos de la muestra con la siguiente expresión:

G=

100 % Pasantedel Nro.8 % Re tenidoenel Nro.8 Gs

16

+

Gs



TABLA 1 Temperatura ºC 16 16.5 17 17.5 18 18.5 19 19.5 20 20.5 21 21.5 22 22.5 23 23.5 24 24.5 25 25.5 26 26.5 27 27.5 28 28.5 29 29.5 30

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Densidad del agua (gr/ml) 0.99897 0.99889 0.99880 0.99871 0.99862 0.99853 0.99843 0.99833 0.99823 0.99812 0.99802 0.99791 0.99780 0.99768 0.99757 0.99745 0.99732 0.99720 0.99707 0.99694 0.99681 0.99668 0.99654 0.99640 0.99626 0.99612 0.99597 0.99582 0.99567

Factor de corrección K 1.0007 1.0007 1.0006 1.0005 1.0004 1.0003 1.0002 1.0001 1.0000 0.9999 0.9998 0.9997 0.9996 0.9995 0.9993 0.9992 0.9991 0.9990 0.9988 0.9987 0.9986 0.9984 0.9983 0.9982 0.9980 0.9979 0.9977 0.9976 0.9974



ENSAYO DE ANÁLISIS GRANULOMETRICO DE UN SUELO POR TAMIZADO (ASTM D422) 1. OBJETIVOS •

Adquirir criterio para poder tener una clasificación de tipo cualitativo y cuantitativo del tipo de suelo según sus características volumétricas por tamaños.

•

Poder clasificar un suelo según los tamaños de sus partículas, determinar que grupos comprenden a los suelos gruesos y que grupos a los suelos finos, poder estimar si el suelo esta mal o bien graduado.

2. EQUIPO Y MATERIALES •

Mallas estándar de: 3” ,21/2”,2”,11/2”, 1”, ¾”,1/2”,3/8”, Nro.4, Nro.8, Nro.10, Nro.20, Nro.40, Nro.60, Nro.80, Nro.100, Nro.200 y cazolete.

•

Balanza de precisión a 0.001gr.

•

Horno (de 105 a 110 grados centígrados)

•

Bandejas.

•

Cepillo y brocha

3. INFORMACIÓN PRELIMINAR. La clasificación de los suelos siempre era basado en conceptos muy subjetivos tales como por el color, forma, etc, hasta que se acudió al método granulométrico, es decir obtener una clasificación por el tamaño de sus partículas tamizadas por una serie de mallas que nos permitía ver la graduación del suelo. Este análisis mecánico nos permite determinar los porcentajes de piedra, grava, arena, limo y arcilla que presenta un suelo. Se aclara que si el suelo tiene un alto porcentaje que pasa la malla Nro. 200 entonces se deberá recurrir a otros métodos de análisis para poder separar sus partículas como por ejemplo los métodos de sedimentación. 18



Con la distribución de partículas obtenidas por el empleo de tamices, se puede elaborar una curva granulométrica, representados sobre un papel semilogarítmico, cuyos porcentajes graficados son acumulativos del material que pasa cada malla. Con los datos obtenidos mediante cálculos y en gráfico se puede también obtener 2 coeficientes de importancia como son el coeficiente de uniformidad y el coeficiente de curvatura. Coeficiente de uniformidad.- Es la relación de D60/D10 donde D60 es el diámetro correspondiente donde el material a pasado el 60% y igual para el D10 aun mas fino. Teniendo como datos que este coeficiente es mayor de 4 en las gravas y mezclas gravosas y es mayor de 6 en los suelos arenosos o mezclas areno-gravosas. Coeficiente de Curvatura.- Es la relación (D30)2/(D10*D60); el coeficiente de curvatura nos permite ver la graduación de un suelo, es así que si este coeficiente esta entre 1 y 3 es un suelo bien graduado. 4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL •

Secar el material a temperatura constante como mínimo a 105grados y máximo a 110grados centígrados, la cantidad de muestra depende del tipo de suelo, considerando los siguientes parámetros:

Diámetro nominal de las partículas más Grandes mm (pulg) 9,5 (3/8") 19,6 (¾") 25,7 (1") 37,5 (1 ½") 50,0 (2") 75,0 (3") •

Peso mínimo aproximado de la porción Gramos, g 500 1000 2000 3000 4000 5000

Una vez que tenga un valor constante en su peso se registra este dato como peso del suelo seco antes de lavar.

•

Luego se lava el material pasándolo a través del tamiz Nro. 200, hasta que el agua este totalmente clara.

19



•

Una vez concluida esta operación se lleva al horno por un tiempo mínimo de 24 horas y a una temperatura min. De 105 y un máximo de 110 grados centígrados, procediendo luego a anotar el peso seco después de lavar.

•

Por último se tamiza por todo el juego de tamices; pesando el material retenido en cada uno de ellos teniendo cuidado de sacar el material que quedan incrustados en el tamiz.

•

Por último se realizan los cálculos correspondientes, para hallar la curva granulométrica.

5. REGISTRO DE DATOS Y RESULTADOS EJEMPLO1

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PESOS INICIALES: 1.- PESO DE BANDEJA…………………………………………………………..…:500gr. 2.- PESO DE BANDEJA + MUESTRA SECA ANTES DE LAVAR……..…….: 6655gr. 4.- PESO DEMUESTRA SECA ANTES DE LAVAR.(2-1)…...……………….: 6155gr. 5.- PESO DE BANDEJA + MUESTRA SECA DESPUES DE LAVAR…...…..: 6195gr . 6.- PESO DE MUESTRA SECA DESPUES DE LAVAR(5-4)………………...: 5695gr. 7.- PESO DE MATERIAL QUE HA PASADO LA MALLA NRO. 200 (4-6) = 460GR

TAMICES ABERTURA PESO PESO RET. %RETENIDO %RETENIDO % QUE ASTM mm RETENIDO CORREGIDO PARCIAL ACUMULADO PASA 3" 76.200 2 1/2" 63.500 2" 50.600 0.00 0.00 0.00 0.00 100.00 96.54 1 1/2" 38.100 197.00 197.00 3.46 3.46 86.10 1" 25.400 594.00 594.00 10.44 13.90 72.27 3/4" 19.050 787.00 787.00 13.83 27.73 1/2" 12.700 0.00 54.58 3/8" 9.525 1006.70 1006.70 17.69 45.42 44.58 1/4" 6.350 569.00 569.00 10.00 55.42 37.74 No4 4.760 389.00 389.00 6.84 62.26 No8 2.380 13.18 No10 2.000 1398.00 1402.5 24.57 86.82 No16 1.190 5.20 No20 0.840 454.00 454.00 7.98 94.80 No30 0.590 No40 0.420 110.00 110.00 1.93 96.73 3.27 No 50 0.300 No60 0.250 No80 0.180 66.00 66.00 1.16 97.89 2.11 1.27 No100 0.149 47.50 47.50 0.83 98.73 0.02 No200 0.074 71.00 71.00 1.25 99.98 BASE 1.30 461.30 0.02 100.00 0.00 TOTAL 5690.50 6155.00 100.00 % PERDIDA 0.08% .a b c d e .a

Cálculo de % Pérdida Sumamos los pesos retenidos en los tamices =5690.5gr. Pero este peso debe ser igual el Peso de la muestra seca después de lavar(5695gr.) por lo que existe una cantidad de material que se ha perdido en el proceso de tamizado; este error es igual a : .error = 5695-5690.5=4.5gr. Por lo tanto es un error por defecto. %Pérdida= 4.5gr x 100 = 0.08% 5695gr

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Esto quiere decir que se debe compensar este peso sumando en los tamices finos a partir del tamiz Nro. 4, de mayor retenido. Por lo tanto por ser una cantidad pequeña se sumará al tamiz Nro.10.(Ver columna de peso retenido corregido) *Puede existir error por exceso en caso que los tamices no estén muy limpios, en este caso se deberá corregir restando el error. .b

Compensación del material que paso por el tamiz Nro.200 en el proceso de lavado Se debe de compensar la cantidad de material que ha pasado el tamiz Nro. 200 en el proceso de lavado, ya que esta cantidad es parte de mi muestra total; por lo tanto la suma de mi muestra total debe ser igual a = 6155 gr. Entonces sumaremos a la base: 1.30gr + 460gr = 461.30gr.

.c

Porcentaje retenido parcial Una vez corregido los pesos retenidos, se procede a hallar el porcentaje retenido por cada tamiz : Ejm. Tamiz 1 ½”

.d

Si 6155gr.--------------100% 197gr -------------- X X = 3.46% Porcentaje retenido acumulado Se procede a sumar los porcentajes retenidos en cada tamiz de la siguiente manera: Ejm. Tamiz 1 ½” = 0+3.46=3.46% Tamiz 1”

= 0+3.46+10.44= 13.90%

Tamiz 3/4” = 0+3.46+10.44 + 13.83= 27.73% hasta la base. .e

Porcentaje que pasa Por último se halla el porcentaje que pasa: este valor es muy importante para poder graficar la curva granulométrica. Para este paso se resta 100% - los Porcentajes retenidos acumulados. Ejm. Tamiz 2” : Si ha retenido 0% Entonces ha pasado el 100% Tamiz 1 ½”: Si ha retenido 3.46% Entonces ha pasado 100 – 3.46%= 96.54% Tamiz 1” : Si ha retenido 13.90% hasta este tamiz. Entonces ha pasado 100% – 13.90%= 86.10% Realizar esta operación hasta la base. Una vez realizado este procedimiento, continuamos con graficar la curva granulométrica.

22



En el eje de las abscisas en escala Semilogarítmica se grafican los tamices (sus diámetros). Se utiliza esta escala por la diversidad de tamaños de las partículas, para poder observar de manera mas clara la curva granulométrica. En el eje de las ordenadas en escala natural se grafican los porcentajes que pasan.

23



CURVA GRANULOMETRICA M A L LA S U .S . S T A N D A R D 3"21/ 2" 2 " 11/ 2"

1"

3 /4"

1/ 2" 3/ 8"

1/ 4" N4

8 10

16

20

30

40

50 6 0

80 10 0

20 0

100 90

C U R V A GR A N U LO M E T R I C A 80

S E 70 P N E 60 A S 50 A P 40 E U Q 30

%

20 10 0

TAM AÑO DEL GRANO EN mm

24

I N G . T A N I A Z A C A L L A . T A Z A P AT AT A C O AC AC

Ensayos de Mecánica de suelos

ENSAYOS PARA DETERMINAR LOS LIMITES DE CONSISTENCIA

1.

OBJETIVOS •

Determinar los límites de consistencia de los suelos finos y entender el grado de cohesión de las partículas y su resistencia a aquellas fuerzas exteriores que tienden a deformar o destruir su compacidad.

•

Poder observar los diferentes estados del suelo al pasar por distintos contenidos de humedad.

2.

INFORMACIÓN PRELIMINAR En la mecánica de suelos se tiene la necesidad de poder darle una clasificación mas acertada a un suelo según sus características, esto no se podía obtener solo con el ensayo granulométrico, ya que se observaba un comportamiento particular en los suelos finos, éstos variaban su consistencia en función al contenido de humedad que poseían. Es por lo que mediante el trabajo de Atterberg y Casagrande se pudo definir los


ENSAYOS PARA DETERMINAR LOS LIMITES DE CONSISTENCIA

1.

OBJETIVOS •

Determinar los límites de consistencia de los suelos finos y entender el grado de cohesión de las partículas y su resistencia a aquellas fuerzas exteriores que tienden a deformar o destruir su compacidad.

•

Poder observar los diferentes estados del suelo al pasar por distintos contenidos de humedad.

2.

INFORMACIÓN PRELIMINAR En la mecánica de suelos se tiene la necesidad de poder darle una clasificación mas acertada a un suelo según sus características, esto no se podía obtener solo con el ensayo granulométrico, ya que se observaba un comportamiento particular en los suelos finos, éstos variaban su consistencia en función al contenido de humedad que poseían. Es por lo que mediante el trabajo de Atterberg y Casagrande se pudo definir los estados de consistencia de un suelo y los límites de consistencia de los mismos. A continuación se muestra un diagrama:

ESTADO LÍQUIDO

ESTADO PLÁSTICO ESTADO SEMISÓLIDO

LÍMITE LÍQUIDO (LL) LÍMITE PLÁSTICO (LP)

HUMEDAD CRECIENTE

LÍMITE DE CONTRACCIÓN( LC)

ESTADO SÓLIDO

Se debe tener en cuenta que el comportamiento de los suelos finos depende de su estructura, por ejemplo en el caso de arcillas estas presentan un comportamiento particular como es la plasticidad debido a su estructura laminar y sus propiedades físico-

25



químicas más no así en los limos que al aumentar el porcentaje de humedad rompe la adherencia entre sus partículas. Según Atterberg un suelo fino puede pasar por los siguientes estados de consistencia cuando el agua es decreciente entre sus partículas: •

Estado Líquido: Que presenta propiedades y apariencia de una suspensión

•

Estado Semilíquido: Presenta propiedades de un fluido viscoso, como lodo.

•

Estado Plástico: El suelo es capaz de soportar deformaciones rápidas, sin desmoronarse ni agrietarse.

•

Estado Semisólido: El suelo aun puede disminuir su volumen, aun cuenta con porcentaje de humedad bajo.

•

Estado Sólido: El volumen del suelo ya no varía, no presenta porcentaje de humedad.

Y los límites de consistencia que vienen a ser la frontera de humedad entre dos estados de consistencia LIMITE LIQUIDO: NORMA : NTP 339.130; ASTM D 423 1. OBJETIVO Obtener el contenido de humedad expresado en porcentaje %, cuando éste se halle en el límite entre el estado plástico y el estado semilíquido. 2. INFORMACIÓN PRELIMINAR La frontera entre el estado semilíquido y plástico se denomina LIMITE LIQUIDO que se calcula o se obtiene utilizando una copa de casagrande de bronce con dimensiones especificadas, con un tacón adherido, unidos por un eje el cual al girar hace que la copa caiga periódicamente golpeando contra la base del dispositivo que es de hule cuya altura de caída es de 1cm, también especificado. Se coloca el suelo y se procede a hacerle una ranura trapezoidal. El contenido de humedad con el que se produce el cierre de la ranura exactamente a los 25 golpes será el límite líquido del suelo. Este contenido de humedad indica que el suelo presenta una resistencia al corte de 25gr/cm2.

26



11mm

10mm

2mm. 3. EQUIPO Y MATERIALES •

Tamiz Nro. 40

•

Cuchara de Casagrande

•

Ranurador ASTM

•


•

Comba de goma

•

Bandejas y vasija de porcelana.

•

Cápsulas para hallar el contenido de humedad

•

Horno a temperatura constante(105 a 110grados centígrados)

•

Envase de porcelana

•

Espátula

4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL •

Tamizar nuestra muestra de suelo sobre la bandeja; por el tamiz Nro. 40, previo secado de este material al aire libre, se usa el material que pasa el tamiz, si existe presencia de grumos estos se deberán desmenuzar con la comba de goma, hasta obtener una muestra de 300 gr.

•

Se coloca aproximadamente 100gr. De muestra en el envase de porcelana y huemedecerlo con agua destilada por 24 hrs. Debido a la dificultad de las arcillas de absorber humedad.

27



•

Se debe realizar la respectiva calibración a la cuchara de Casagrande en su altura de caída para no incurrir en errores, este ajuste se realiza con la parte posterior del ranurador. En el ranurador evitar que la ranura sea mayor de 13mm.

•

Luego colocar una porción de esta pasta en la cuchara de Casagrande con un espesor máximo de 1cm, evitando la formación de burbujas en el interior de la masa.

•

Hacer la ranura correspondiente, con velocidad constante; cabe mencionar que el ranurador se debe mantener en todo el recorrido normal a la superficie interior de la cuchara.

•

Acciónese la copa a razón de 2 golpes por segundo contando el número de golpes necesario para que la parte inferior del talud de la ranura se una al otro lado en un ancho de 1/2” pulg. con un número mínimo de 15 golpes y un máximo de 35.

•

Luego coger una muestra de esa unión y colocar en una cápsula para poder calcular su contenido de humedad, se debe realizar 4 pruebas 2 antes de 25 golpes y 2 después de 25 golpes.

OBSERVACIÓN.- El ensayo se puede alterar por las siguientes razones : 

Excesivo tiempo para realizar el ensayo por punto.



Contenido de humedad al iniciar la prueba.



Adicionar suelo seco a la muestra preparada.



No humedecer la muestra 24hrs. Antes.

5. REGISTRO DE DATOS Y RESULTADOS

28



LÍMITE LÍQUIDO ENSAYO CÁPSULA CÁPSULA + SUELO HÚMEDO CÁPSULA + SUELO SECO AGUA PESO DE LA CÁPSULA PESO DEL SUELO SECO CONTENIDO DE HUMEDAD NÚMERO DE GOLPES

No 1 F No gr. 28.05 gr. 25.7 gr. 2.35 gr. 10.85 gr. 14.85 % 15.82% N 31

2

3

4

1-R 25.57 23.49

L-7 24.82 22.56

F 29.76 26.4

2.08

2.26

3.36

10.88

10.92

11.1

12.61 16.49% 27

11.64 19.42% 22

15.3 21.96% 18

1. Graficamos; en el eje de las abscisas en escala semilogarítmica el número de Golpes; y en el eje de las ordenadas el contenido de humedad a escala natural. Es necesario recalcar que la escala del contenido de humedad variará en función a los datos obtenidos, no siempre empezará de 0. 2. Ubicamos los 4 puntos en la gráfica y procedemos a unir los dos puntos antes de los 25 golpes hallando su punto medio de esta recta. Unimos también los dos puntos después de 25 golpes hallando también su punto medio. Por último unimos los dos puntos medios. 3. Para obtener el límite líquido, ubicamos N=25 golpes e intersecamos la recta; a partir de este punto nos vamos hasta el eje de las ordenadas obteniendo así el contenido de humedad correspondiente a los 25 golpes, tal como se muestra en la gráfica Por lo tanto el LÍMITE LÍQUIDO ES: 17.9%

29



LIMITE PLASTICO; NORMA : ASTM D 424 El límite plástico viene a ser el contenido de humedad más bajo, con el cual el suelo pasa de un estado plástico a un estado semisólido, sin más posibilidad de poder deformarse. 1. OBJETIVO Hallar el contenido de humedad expresado en porcentaje cuando éste se halle en el límite entre el estado plástico y el estado semisólido del suelo. 2.

3.

EQUIPO Y MATERIALES •

Tamiz Nro. 40

•

Vidrio esmerilado

•


•

Comba de goma

•

Bandeja

•

Cápsulas para hallar el contenido de humedad

•

Horno a temperatura constante(105 a 110grados centígrados)

•

Envase de porcelana

•

Espátula


Se toma una pequeña cantidad de muestra para formar cilindros de 3mm de espesor, de preferencia utilizar el mismo material ya preparado para el limite líquido

•

Se forma una esfera presionándola contra el vidrio esmerilado haciéndola rotar con la palma de la mano formando cilindros hasta llegar a un espesor de 3mm. hasta que falle a una velocidad constante y se note la presencia de fisuras en su superficie.

•

30

Una vez que llega a este estado se halla el contenido de humedad.



•

Esta operación debe repetirse como mínimo por 3 muestras, para poder obtener un resultado satisfactorio, promediando los resultados más cercanos.

OBSERVACIÓN.Si se ha llegado a obtener los 3mm, y la muestra no ha presentado fisuras ni se ha desmoronado, se vuelve a juntar la muestra y repetir el proceso. 4.

REGISTRO DE DATOS Y RESULTADOS ENSAYO CÁPSULA CÁPSULA + SUELO HUMEDO CÁPSULA + SUELO SECO AGUA PESO DE LA CÁPSULA PESO DEL SUELO SECO LÍMITE PLÁSTICO

No No gr. gr. gr. gr. gr. %

1

2

3

3 19.48 19.33

2 23.64 23.45

6 27.56 26.9

0.15

0.19

0.66

18.23

21.94

21.95

1.1 13.64%

1.51 12.58%

4.95 13.33%

Obtenemos el contenido de humedad de cada muestra y en este ensayo debe existir entre muestras máximo 1% de diferencia, ya que es un dato importante para hallar el INDICE DE PLASTICIDAD. En este caso promediamos LL=13.64+12.58+13.33 3 Por lo tanto el límite plástico de la muestra es13.18%. APLICACIONES DE LOS LÍMITES DE CONSISTENCIA 1.- INDICE DE PLASTICIDAD. = L.L. –L.P.

31

PLASTICIDAD

INDICE PLASTICO

RESISTENCIA AL ESTADO SECO

No Ligeramente Mediana Alta

0-3

Muy Baja

4-15 15-30 > 30

Ligera Mediana Alta



2.- ACTIVIDAD = I.P/(%<0.002MM)

SUELO FINO Montmorillonita Illita Caolinita

ACTIVIDAD 1-7 0.5-1 0.5

3.- INDICE DE LIQUIDEZ= (W% - L.P.)/(L.L. – L.P.)

INDICE DE LIQUIDEZ <<1 >1

32

INTERPRETACIÓN NO EXISTE PELIGRO DE INESTABILIDAD PELIGRO POTENCIAL DE INESTABILIDAD



ENSAYO DE PROCTOR MODIFICADO NORMA ASTM D 1557 1. OBJETIVOS •

Entender el mejoramiento de las propiedades de resistencia, permeabilidad y estabilidad del suelo al aumentar la compacidad de sus partículas por procesos mecánicos.

•

Determinar la máxima densidad seca de un suelo; comprender el término de humedad óptima y la dependencia de ambos factores.

2. INFORMACION PRELIMINAR En toda obra civil se ha buscado mejorar las propiedades de un suelo, llegando a idear una serie de métodos, tanto mecánicos, químicos y físicos par poder mejorar sus propiedades tal como se muestra en el siguiente esquema MÉTODOS DE MEJORAMIENTO DE SUELOS •

FISICOS

•

Confinamiento(Suelos Friccionantes)

•

Consolidación(Suelos finos) ESTABILIZACIÓN QUÍMICA

•

Uso de cal

•

Uso de cemento

•

Asfalto

•

Aditivos químicos MECÁNICOS

•

Compactación estándar y modificado - Mezcla de suelos(Arcillas con suelos friccionantes)

•

33

En este caso optamos por la compactación. Lo cual detallamos a continuación:



COMPACTACIÓN.Se denomina compactación de un suelo, al proceso por el cual mediante una determinada energía de compactación se puede lograr reducir los vacíos que existen entre las partículas de un suelo, su importancia estriba en su aumento de resistencia, disminución de capacidad de deformación y permeabilidad, características que debe mantener durante toda la vida útil de la obra.

METODOS DE COMPACTACIÓN MECÁNICOS EN LABORATORIO PROCTOR ESTÁNDAR: La prueba consiste en compactar el suelo en tres capas de un molde de dimensiones (diámetro 4” o 6” dependiendo del tipo de suelo)y forma especificadas, por medio de golpes de un pisón tubular cuya altura de caída es de 12”,peso 2.5kg. y area de contacto de 19.635cm2, el número de golpes por capa es de 25. La energía de compactación que se genera es de 6Kg/cm/cm3. PROCTOR MODIFICADO: La prueba consiste en compactar el suelo en 5 capas y a 56 golpes por capa, aumenta la energía de compactación a 27Kg/cm/cm3, el molde también dependerá del tipo de suelo a compactar. La energía específica de compactación se basa en la siguiente fórmula es:

Ee =

N * n * W * h V

Donde : Ee= Energía específica N= Número de golpes por capa -n =Número de capas del suelo W= Peso del pisón -h= Altura de caída libre del pisón.

34



Los tipos de molde, energía específica, numero de golpes por capa dependerá fundamentalmente del tipo de suelo a compactar asi tenemos 3 categorías: •

Método A. Un molde de diámetro 4” material de suelo que pasa la malla Nro. 4 a 25 golpes/capa

•

Método B. Un molde de diámetro 6” material de suelo que pasa la malla Nro. 4 a 56golpes /capa

•

Método C. Un molde de diámetro 4” material de suelo que pasa la malla Nro. ¾ a 25 golpes/capa

•

Método D. Un molde de diámetro 6” material de suelo que pasa la malla Nro. ¾ a 56 golpes/capa Factores que mas influyen en la compactación de un suelo

•

Naturaleza del suelo.-Se produce siempre una diferencia de comportamiento entre suelos gruesos y finos o entre suelos arcillosos y friccionantes, para lo cual también las dimensiones del molde y la energía de compactación varían según el método.

•

Contenido de agua del suelo.- su comportamiento en la compactación del suelo es muy importante ya que influirá en la estabilidad del mismo. Se observó que al incrementar agua a un suelo seco y compactarlo este aumentaba su peso específico seco, pero a su vez se observó que si el contenido de agua subía demasiado el peso específico volvía a disminuir, esto se explica de la siguiente manera : el agua ayuda al suelo a reacomodar sus partículas, es decir actúa como lubricante, en un principio si el agua esta en un porcentaje bajo, este solo apoya en poca medida al reacomodo, al aumentar en forma progresiva, esta hará aumentar la lubricación de las partículas, hasta llegar a una humedad óptima y una densidad máxima del suelo, pero si este porcentaje de humedad se sigue incrementando entonces el agua llegará a ocupar un espacio entre las partículas, que al ser compactadas, confinan el agua que existe entre ellas, por lo tanto baja el peso específico de los sólidos, y se genera el fenómeno de acolchonamiento es decir existe presión de empuje del agua que reduce la energía de compactación. La densidad del suelo seco se hallara con la siguiente fórmula:

35



γ s =

h

1 + w%

Donde: s = densidad − sec a

γ h = densidad − húmeda w% = porcentaje − de − humedad

3. EQUIPO. •

1 molde de diámetro de 6”

•

Pisón especificado de peso 5kg.

•

regla recta metálica

•

Balanza de precisión 0.1gr.

•

Balanza de precisión de 0.001gr.

•

Malla Nro. 4

•

Horno (105 a 110grados centígrados)

•

Bandejas

•

Guantes

•

Badilejo

•

Cápsulas para contenido de humedad


Secar al aire una muestra de suelo de por lo menos 50 kg, y tamizar por las mallas: 2”, ¾”, 3/8” y Nro. 4

•

Proceder a hallar los porcentajes retenidos en cada malla, e identificar a que método pertenece. Siempre evaluando desde el método C hasta el métodoa A.

•

Preparamos el material para 6000 gr. De peso por muestra; es necesario prepara 4 muestras para este ensayo.

36


Ensayos de Mecánica de suelos suelos

•

Registrar el peso del molde y su placa base y determinar para cada molde su altura, su diámetro y su respectivo volumen.

•

Mezclar la muestra con el agua suficiente para el primer punto. De preferencia con el 2% del peso del material, esta mezcla se deberá hacer con guantes, para evitar la perdida de humedad.

•

Dividir la muestra en 5 partes iguales iguales y colocar en el molde compactando compactando cada capa al número de golpes de acuerdo al tipo de ensayo y método empleado, realizar este procedimiento en forma de espiral.

•

Una vez compactado, se retira el anillo superior , enrasando con la regla metálica

•

Se procede a hallar el peso del molde +muestra.

•

Luego se procede a sacar muestras de humedad del molde tanto de la parte superior como inferior y llevar al horno por 24 horas.

•

Se repite esta operación hasta obtener puntos donde el suelo vuelva a bajar su peso como mínimo 4 puntos. Aumentando la cantidad de agua a razón de 2% por muestra.

Dibujar los resultados en un gráfico que tenga como abcisas los contenidos de humedad y como ordenadas lo pesos específicos secos de la masa. ENSAYO DE PROCTOR: ESTANDAR METODO Condiciones del material Cantidad de Suelo Número de capas Nro. De golpes Diámetro del molde Altura de molde Altura de caída del pisón Energía específica

37

A Nro.4 <=20% 3kg 3 25 10.16+-0.04 11.64+-0.05 30.48+-0.13 6.054Kg/cm/cm3

B 3/8” <=20% Nro.4 > 20% 3kg 3 25 10.16+-0.04 11.64+-0.05 30.48+-0.13 6.054Kg/cm/cm3

C ¾” <=30% 3/8” > 20% 6Kg. 3 56 15.25+-0.07 11.64+-0.05 30.48+-0.13 6.054Kg/cm/cm3

ING. TANIA ZAPATA ZAPATA COACALLA


MODIFICADO A

METODO Condiciones del material. Cantidad de Suelo Número de capas Nro. De golpes Diámetro del molde Altura de molde Altura de caída del pisón Energía específica 5.

B

Nro.4 <=20%

C

3/8” <=20% Nro.4 > 20%

¾” <=30% 3/8” > 20%

3kg

3kg

6kg

5

5

5

25 10.16+-0.04

25 10.16+-0.04

56 15.25+-0.07

11.64+-0.05

11.64+-0.05

11.64+-0.05

45.72+-0.16

45.72+-0.16

45.72+-0.16

27.485Kg.cm/cm3 27.485Kg. cm/cm3

27.485Kg.cm/cm3 27.485Kg .cm/cm3

27.485Kg.cm/cm3 27.485Kg. cm/cm3

REGISTRO DE DATOS Y RESULTADOS CÁLCULO DE LA DENSIDAD HUMEDA Diámetro del Molde: 15.2cm Area : 181.46cm2 H de molde: 11.6cm

MOLDE No

2

No DE CAPAS

5

Peso Suelo Húmedo + Molde Peso del Molde Peso del Suelo Húmedo Densidad del Suelo Húmedo

VOLUMEN DEL MOLDE GOLPES POR CAPA

2100 cc 56

Gr.

10500

10779

10785

10806

Gr. gr/cc

5902 4598

5902 4877

5902 4883

5902 4904

gr/cc

2.190

2.322

2.325

2.335

Ejemplo: • Peso de suelo húmedo: 10500gr – 5902=4598 • Densidad de suelo Húmedo: Peso/Volumen: 4598gr/2100cc=2.19gr/cm3.

38



CÁLCULO DEL CONTENIDO DE HUMEDAD Capsula No Suelo Humedo + Capsula Peso del Suelo Seco + Capsula Peso del Agua Peso de la Capsula Peso del Suelo Seco % de Humedad Promedio de Humedad

No gr. gr. gr. gr. gr. % %

T61 B 110.11 61.29 107.47 59.89 2.64 1.40 17.88 13.12 89.59 46.77 2.95% 2.99% 2.97%

2 8 88.67 48.41 85.12 46.75 3.55 1.66 15.50 15.50 14.04 69.62 69.62 32.71 5.10% 5.07% 5.09%

1 3 T - 16 T - 10 67.34 79.93 160.85 147.86 63.64 75.30 150.99 139.28 3.70 4.63 9.86 8.58 12.49 10.56 51.78 51.31 51.15 64.74 99.21 87.97 7.23% 7.15% 9.94% 9.75% 7.19% 9.85%

CÁLCULO DE LA DENSIDAD SECA γ s =

γ h

1 + w%

Densidad del Suelo Seco γ s =

%

2.126

2.210

2.169

2.126

2.19 gr / cm 3 1 + (1.97 % / 100 )

CÁLCULO DE LA MÁXIMA DENSIDAD SECA Y DEL ÓPTIMO CONTENIDO DE HUMEDAD •

Graficamos a escala natural en el eje de las abscisas el contenido de humedad y en el eje de las ordenadas la densidad seca; La escala dependerá de los datos hallados.

•

Ubicamos los puntos que corresponden a cada muestra y procedemos a unir los puntos con pistolete, para darle la forma de una curva y poder hallar la máxima densidad seca.

39



RELACION HUMEDAD DENSIDAD 2.24 2.22 2.20

. c c / r g A C E S D A D I S N E D

2.18 2.16 2.14 2.12 2.10 2.08 2 .0 %

3 .0 %

4 .0 %

5.0 %

6 .0 %

7.0 %

8 .0 %

9 .0 %

10 .0 %

11.0 %

12 .0 %

C O NTE NTENIDO DE HUMEDAD

•

Ubicamos gráficamente gráficamente el óptimo contenido de humedad humedad y la máxima densidad seca.

40

o

Por lo tanto Máxima densidad seca= 2.21gr/cm3

o

Óptimo Contenido de Humedad= 5.15%



ENSAYO DE CBR ASTM D1883 1. OBJETIVOS •

Determinar el índice relativo de soporte de un suelo en condiciones de densidad controlada (compactado) ó un suelo inalterado.

•

Conocer el comportamiento de los suelos saturados, y sus propiedades expansivas.

2. INFORMACIÓN PRELIMINAR Teniendo conocimiento que los pavimentos flexibles sufren generalmente fallas por corte, generando deformaciones en la superficie y considerando también que el pavimento esta sometido a cargas móviles que están en contacto con el suelo un corto tiempo, es que se desarrolló el método California propuesto por el Ing. Porter en 1929 y adoptado luego por el departamento de carreteras del estado de California, que considera relacionar la resistencia del suelo a la penetración de un pistón de carga a determinadas profundidades con respecto a una muestra patrón de material triturado. El ensayo de C.B.R. (llamado también Valor Relativo de Soporte), nos permite hallar un índice relativo de soporte que viene a ser el grado de resistencia que tendrá nuestro suelo en base a un suelo patrón que es muestra triturada de piedra. El valor de C.B.R. hallado será = Carga unitaria del ensayo X 100 Carga unitaria patrón Este ensayo es muy aplicado para evaluar los materiales a usar en las capas de Base, Sub base, y la subrasante, de un pavimento, o de una aeropista, u otra estructura que este sometido a cargas móviles. TABLAS PARA CLASIFICAR LOS SUELOS SEGÚN LOS VALORES DE C.B.R. Clasificación general 0–3 Muy pobre 3–7 Pobre a regular 7 – 20 Regular 20 – 50 Bueno

41

C.B.R.

Usos

> 50

Subrasante Subrasante Sub-base Base, sub_base Base

excelente

Sistema de clasificación Unificado AASHTO OH,CH,MH,OL A5,A6,A7 OH,CH,MH,OL A4,A5,A6,A7 OL,CL,ML,SC,SP,SM A2.A4,A6.A7 GM,GC,SM,SP,GP A1b,A25,A3,A2-6 GW, GM. A1-a,A2-4,A3



C.B.R. 0–5 5 – 10 10 – 20 20 – 30 30 – 50 50 – 80 80 – 100 C.B.R. 2–5 5–8 8 – 20 20 – 30 30 – 60 60 – 80 80 – 100

CLASIFICACION Subrasante muy mala Subrasante mala Subrasante regular a buena Subrasante muy buena Sub base buena Base buena Base muy buena Clasificación cualitativa del suelo Muy mala Mala Regular a buena Excelente Buena Buena Excelente

Uso Sub-rasante Sub-rasante Sub-rasante Sub-rasante Sub-base Base Base

3. EQUIPO Y MATERIALES •

Máquina de prueba.- Gato de tornillo con velocidad vertical del pistón controlada de 1.27cm/min.

•

Disco espaciador de 6.14 cm de altura

•

Moldes de 6” con un collar de extensión de 2” y una placa de base perforada de diámetro menor a 1/16”.

•

Un pisón de compactar especificado de acuerdo al tipo de ensayo proctor que se realizó.

•

Un vástago ajustable y placa perforada, 1 trípode y micrómetro con aproximación de 0.001 para medir la expansión del suelo.

•

Anillos de 5 o 10 Libras de peso, cuya función es simular la carga de pavimento que existe sobre el suelo.

•

Un pistón de penetración de 1.95” de diámetro y 19.35cm2 de área con 4” de longitud.

•

42

Bandejas para la preparación de la muestra.



•

Cápsulas para hallar el contenido de humedad.

•

Balanza de tres escalas, balanza de 20 kg.

•

Horno de (105 a 110 grados centígrados)

•

Combo de goma

•

Tamices ¾”,3/8”, Nro. 4. se utilizan también según el tipo de proctor utilizado.

•

Guantes

•

Papel filtro.


El material tiene que ser secado previamente ya sea al aire libre o en horno a una temperatura máxima de 60 grados centígrados, luego se tendrá que tamizar por las mallas que se ha usado en el proctor de acuerdo al método utilizado, pesando el material en una cantidad de 6 kg. Aproximadamente para un punto.

•

A continuación ensamblamos los moldes que vamos a utilizar obteniendo sus números, sus pesos, su diámetro, su altura y es importante hallar la altura del disco espaciador.

•

Se introduce el disco espaciador y se coloca un papel filtro grueso de 6” de diámetro.

•

Se prepara la muestra con la humedad que indica los resultados del ensayo de proctor, una vez que se mezcla bien el material se coloca en el molde la quinta parte del material y se compacta haciendo caer el pisón 56 veces sobre cada capa, esta compactación es análoga al realizado en el ensayo de proctor.

•

Una vez compactada la muestra se coloca el collarín metálico enrasando la parte superior; se voltea el molde y se quita la base metálica perforada y el disco espaciador.

•

Pesamos el molde con la muestra determinando la densidad y humedad de la muestra; luego se coloca el papel filtro sobre la superficie enrasada, se coloca encima de esta superficie el plato metálico perforado y se voltea el molde.

43



•

Sobre la superficie libre de la muestra se coloca el otro papel filtro y encima el vástago graduable para poder lecturar la expansión, encima de este vástago se colocan los anillos de 5 o 10 libras de acuerdo al espesor de pavimento que se presuman irán sobre esa muestra, teniendo en cuenta que 5 libras representan 15cm de espesor de pavimento.

•

Luego se coloca el molde en un tanque de agua para que se sature, y se monta el trípode con un extensómetro, se marcan las zonas para volver a colocar el trípode en el mismo sitio y se realiza la lectura inicial, esta lectura se toma cada 24 horas durante los 3 días.

•

Después de saturar por tres días se drena la muestra por 15 minutos.

•

Luego el molde con la muestra y la sobrecarga se colocan debajo de la prensa y se asienta el pistón sobre la muestra.

•

Luego se coloca en cero el extensómetro que mide la deformación igual que el extensómetro del anillo de carga.

•

Se inca el pistón controlando la velocidad a 0.05”/minuto, lecturando las cargas en incrementos de 0.025” hasta llegar a ½” por último se suelta la carga lentamente.

•

Las lecturas tomadas se grafican en un sistema de coordenadas mediante la curva esfuerzo penetración.

•

Para determinar el CBR se toma el material de comparación que es la piedra triturada, esta muestra patrón tiene una resistencia al punzonamiento de:

44

•

Para 0.1” de penetración – 1.000lb/pulg (70kg/cm2)

•

Para 0.2” de penetración – 1.500lb/pulg. (105kg/cm2)

•


•


•




5. REGISTRO DE DATOS Y RESULTADOS CÁLCULO DE LA DENSIDAD HUMEDA Diámetro del Molde 1: 15.2cm Area : 181.46cm2 H de molde 1: 17.97cm H del disco espaciador: 5.5cm. 1 5 12

MOLDE No No DE CAPAS NUMERO DE GOLPES POR CAPA CONDICIONES DE LA MUESTRA

2 5 25

3 5 56

SATURADO SATURADO SATURADO

Peso Suelo Humedo + Molde Peso del Molde Peso del Suelo Humedo Volumen del Suelo Densidad del Suelo Humedo

gr. gr. gr. cc. gr/cc.

11880 7130 4750 2263.00 2.099

12660 7710 4950 2296.04 2.156

13250 7990 5260 2271.86 2.315

•

Peso de suelo húmedo: 11880gr – 7130=4750

•

Densidad de suelo Húmedo: Peso/Volumen: 4750gr/2263cc=2.099gr/cm3.

CÁLCULO DE LA DENSIDAD SECA Capsula No Suelo Humedo + Capsula Peso del Suelo Seco + Capsula Peso del Agua Peso de la Capsula Peso del Suelo Seco % de Humedad Promedio de Humedad Densidad del Suelo Seco

45

No

T - 05 B - 02 116

132

56

gr.

64.37 75.19 96.26 84.90 50.84 46.05

gr.

61.80 72.20 93.80 81.50 49.00 44.55

gr. gr. gr.

2.57 2.99 2.46 3.40 1.84 1.50 12.46 14.01 10.54 13.03 13.50 14.96 49.34 58.19 47.87 68.47 35.50 29.59

%

5.21% 5.14% 5.14% 4.97% 5.18% 5.07%

%

5.17%

5.05%

5.13%

gr/cc.

1.996

2.052

2.202

5



CÁLCULO DE LOS ESFUERZOS.

Penetración mm

Tiempo

0.63

Esfuerzo patrón.

MOLDE No

1

MOLDE No

Kg

00:30

19

79.5

4.1

35

154.6

8.0

75

342.3

17.6

1.27

01:00

41 182.8

9.4

95

436.1

22.5

155 716.9

37.0

1.91

01:30

55 248.5

12.8

117 539.1

27.8

230 1067.1

55.0

2.54

02:00

61 276.7

14.3

136 628.0

32.4

295 1369.8

70.6

3.81

03:00

72 328.2

16.9

153 707.5

36.5

360 1671.9

86.2

5.09

04:00

82 375.1

19.3

181 838.4

43.2

421 1954.7

100.8

6.35

05:00

94 431.4

22.2

209 969.1

50.0

471 2186.0

112.7

7.62

06:00

113 520.4

26.8

247 1146.3

59.1

557 2583.0

133.1

8.89

07:00

125 576.5

29.7

282 1309.3

67.5

629 2914.4

150.2

10.16

08:00

105.00

20

18

Kg

MOLDE No

Dial

70.31

Kg/cm2 Correc. Dial

2

Kg/cm2 Correc. Dial

Kg

•

Lecturamos el dial del esfuerzo las profundidades normadas tal como muestra la tabla.

•

Obtenemos su equivalente en Kg. Con la siguiente fórmula: o

-9.801640969+4.701071057*Dial-0.000082763*(Dial) 2 (Se debe aclarar que esta fórmula dependerá de la calibración del anillo, de cada equipo)

o

•

EJM:-9.801640969+4.701071057*19-0.000082763*(19) 2 = 79.5KG.

Por último obtenemos el esfuerzo que será la división entre la FUERZA(KG)/ÁREA DEL PISTÓN. El área del pistón es 19.4cm2

•

46

o

EJM: ESFUERZO Kg/cm2= 79.5Kg/19.4cm2 = 4.1 Kg/cm2

o

EJM: ESFUERZO Kg/cm2= 79.5Kg/19.4cm2 = 4.1 Kg/cm2.

Por último graficamos penetración en mm VS esfuerzo.


3

Kg/cm2 Correc.


25 GOLPES

12 GOLPES 40

80

35

70

30

60

25

50

20

40

15

30

10

20

5

10 25 GOLPES

12 GOLPES 0

0 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.011.0 0

0.00 1.00 2. 00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.0 0

0

P E N E T R A C I O N mm

11.0 0


5 6 G O LP E S 160 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10

56 GOLPES

0 0.00 1.002.00 3.00 4.005.00 6.007. 00 8.00 9.0010.0 11.0 0

0


CÁLCULO DEL C.B.R. •

Hallamos los valores de CBR, tanto para una penetración del pistón de 2.5mm, como para una penetración del pistón de 5.0mm. relacionando los esfuerzos obtenidos de cada muestra con los esfuerzos de la muestra patrón. EJM. El valor de C.B.R. hallado será = 14.3 X 100=20% 70.31 El valor de C.B.R. hallado será = 19.3 X 100=18% 105 Escogiendo de preferencia el valor hallado a 5mm de penetración del pistón.

47



RELAC ION C BR - DENSIDAD SEC A

2.23

. 2.21 c c / 2.18 r g 2.16 A 2.13 C E 2.11 S D 2.08 A 2.06 D I 2.03 S N 2.01 E D 1.98 1.96 1.93

16 26 36 46 56 66 76 86 96

C.B.R. (%)

CÁLCULO DE EXPANSIÓN.

Fecha

Hora

Tiempo

Dial

Expansión mm

Dial

%

Expansión mm

Dial

%

mm

%

18/12/2007 09:30 a.m.

(1)14.789

0

15.235

19/12/2007 09:30 a.m.

(2)14.787 -0.002 -0.002

15.233

-0.002 -0.002

2.5

0.003 0.003

20/12/2007 09:30 a.m.

(3)14.785 -0.004 -0.003

15.233

-0.002 -0.002

2.5

0.003 0.003

21/12/2007 09:30 a.m.

(4)14.78 -0.009 -0.008

15.233

-0.002 -0.002

2.5

0.003 0.003

0

0

0

2.497

La expansión en mm por día es igual al dial(2) – el dial(1), Dial(3) – el dial(1), para cada muestra. El porcentaje de expansión se calcula con la siguiente fórmula: %EXPANSIÓN= Expansión mm Altura inicial de la muestra %EXPANSIÓN= 0.009mm = 0.008% 124.7mm. 48

Expansión


0

0


SEGUNDA PARTE

49



RESISTENCIA AL ESFUERZO CORTANTE Para entender el ensayo de corte directo, primero debemos tener en cuenta los siguientes conceptos: 1. El suelo está conformado por 3 fases:

AIRE

Elemento altamente compresible

AGUA

Elemento incompresible y cero resistencia al esfuerzo cortante.

SÓLIDOS

Alta resistencia al esfuerzo cortante

Cada elemento tiene un comportamiento distinto ante una fuerza de corte. Por lo tanto podemos decir que la resistencia el esfuerzo cortante de un suelo, viene a ser la combinación de la resistencia que nos ofrece cada una de estas fases. Viene a ser también la resistencia tangencial que existe en el área de contacto entre las partículas. El origen de esta resistencia reside en las fuerzas atractivas que actúan en los átomos superficiales de las partículas, en función al número de enlaces que se forman en la cara de contacto entre 2 partículas. Por lo tanto la resistencia tangencial total es proporcional a la fuerza normal ejercida entre ambas partículas, de forma semejante al desplazamiento de un cuerpo con respecto a otro, planteado por la física. F

T

Fig. 01

υ

Observando la figura 1

podemos decir por física, para que la fuerza T produzca

desplazamiento en el cuerpo, éste tendría que superar el peso del cuerpo más la fricción que existe entre ambas superficies, basándose en este fundamento se creó el ensayo de corte directo de donde podemos decir que en suelos friccionantes la resistencia al esfuerzo cortante es: τ = σ tg φ

50

(1)



Donde: τ = Esfuerzo cortante σ = Esfuerzo normal φ = Angulo de fricción.

Pero Coulomb pudo observar que las arcillas no dependían de un esfuerzo normal para generar resistencia al corte sino que éstas presentaban una resistencia intrínseca propia, a la cual llamó Cohesión. Entonces se plantea una segunda Ec. donde el esfuerzo cortante es igual a la cohesión del suelo.

τ = C (2) Pero en los suelos que presentan una combinación tanto de suelos granulares y finos, son llamados suelos mixtos cuya resistencia al esfuerzo cortante es igual a: τ = σ tg φ + C (3)

Donde: τ = Esfuerzo cortante σ = Esfuerzo normal φ = Angulo de fricción.

C = Cohesión En un primer momento se consideró que los 2 parámetros de resistencia eran constantes de un material, pero se pudo observar que ambos parámetros a la vez eran dependientes de otro factor como es el contenido de la humedad:

τ =

(σ − u ) tg φ + Cf ( w)

Donde: τ = Esfuerzo cortante σ = Esfuerzo normal

.u =Presión intersticial φ = Angulo de fricción.

Cf(w) = Cohesión en función del contenido de humedad

51



ENSAYO DE CORTE DIRECTO 1. INFORMACION PRELIMINAR El ensayo de corte directo permite que el suelo falle a través de una línea de falla prefijada, ocasionados por un esfuerzo tangencial y un esfuerzo normal, donde el esfuerzo normal representa el esfuerzo geostático y el esfuerzo tangencial representa la fuerza que va a generar la falla al suelo pudiendo ser este una estructura o hasta el propio peso del suelo.

Fuente: Ingeniería Geológica. Pag. 74

Existen 3 formas de realizar el ensayo de corte directo: a) Ensayo no consolidado no drenado b) Ensayo consolidado no drenado C.U. c) Ensayo consolidado drenado C.D. Dependiendo su uso del tipo de material y de las solicitaciones de obra. Los gráficos mostrados muestran las relaciones típicas esfuerzo vs. deformación unitaria y cambio de volumen que se obtiene con arenas sueltas y densas.

52



El comportamiento del cambio de volumen en el proceso de corte en arenas sueltas, como se puede observar en la figura, el volumen disminuye solo inicialmente debido al esfuerzo normal que reacomoda las partículas, pero al ir incrementando el esfuerzo de corte el volumen aumenta debido a que sus partículas comienzan a subir unas sobre otras por la falta de espacios vacios. Por el contrario en el caso de arenas sueltas, durante todo el proceso de corte las partículas solo se reacomodan por la presencia de mayores vacios. En caso de realizar el ensayo de corte en arenas se puede decir que se encontrará datos confiables porque se está realizando el ensayo en un material que drena fácilmente, y los esfuerzos obtenidos serán los esfuerzos efectivos: TIPO DE SUELO • • • • •

Limo Arena limosa Arena Uniforme Arena bien graduada Grava arenosa

Ø (GRADOS) SUELTO DENSO 27 – 30 30 – 34 27 – 33 30 – 35 28 34 33 45 35 50

El gráfico de la relación Esfuerzo cortante – Deformación y Cambio de volumen – Deformación unitaria, obtenido en ensayos drenados con arcillas normalmente consolidadas y pre-consolidadas.

53



Las arcillas preconsolidadas presentan una mayor resistencia debido a su consistencia mas rígida, y después de haber sufrido la falla al corte este valor desciende rápidamente a causa de la dilatancia sufrida en el plano de falla. En las arcillas normalmente consolidadas la disminución de su resistencia al corte desde la resistencia pico hasta la resistencia residual son valores muy cercanos, debido a su comportamiento ductil. Tal como observamos el suelo presenta dos resistencias, la resistencia máxima pico, y la resistencia residual que es la menor resistencia pasando el punto pico con un valor constante.

En un informe generalmente se presenta, tanto la resistencia máxima como el esfuerzo residual. Viene a ser la resistencia residual de desplazamiento permanente.

54



Este dato se utiliza estabilidad de taludes ya que el talud ya tiene una línea de talla para la cual se desplaza. Para hallar la resistencia residual es mejor hallarlo en el anillo de corte, ya que para éste dato se debe someter el suelo a grandes deformaciones VENTAJAS DEL ENSAYO DE CORTE DIRECTO 1.

Es un ensayo rápido para obtener Ø y C

2.

La preparación de la muestra es sencilla

3.

Se puede ampliar para medir la resistencia residual en arcillas

4.

Es muy confiable en el caso de arenas y limos

DESVENTAJAS 1. Línea de falla es obligada 2. La distribución de los esfuerzos en la superficie de corte no es uniforme 3. No se puede medir la presión de poros.

55



ENSAYO DE CORTE DIRECTO 1. OBJETIVO Determinar los parámetros de resistencia del suelo tales como el ángulo de fricción interna y la cohesión. 2. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL •

Tallar la muestra cuidadosamente con el molde de corte.

•

Observando que no tenga partículas mayores 1/6 del diámetro del molde puesto que el ensayo ya no representaría la realidad de campo.

•

Generar el esfuerzo normal a 0.5, 1 y 2kg/cm2 respectivamente, dependiendo del tipo de ensayo dependerá el tiempo en el que el esfuerzo normal se aplica, inmediatamente después generamos el esfuerzo de corte, anotando la deformación tangencial y la fuerza de corte.

3. REGISTROS DE DATOS Y RESULTADOS Hallamos contenido de humedad después de la realización de cada prueba: Nro De Tara Peso de Tara

T-21 14.03

D-3 12.45

T-31 14.01

Peso de Tara + M. Húmeda

84.87

90.13

79

Peso de Tara + M. Seca Peso de Agua Peso Muestra Seca

73.2 11.67 59.17

77.5 12.63 65.05

68.63 10.37 54.62

Contenido de humedad W% Promedio Cont. Humedad W%

56

19.72% 19.42% 18.99% 19.37%



ENSAYO DE CORTE DIRECTO

(NORMA ASTM - D3080-98) Muestra Nro.

2 Profundidad de la muestra(m):

Datos

del Estado Suelo

2.60 M.

C - 2 Clasificacion (SUCS):

Calicata: Veloc. de Ensayo (mm/min)

ML

0.5 Tiempo de Consolidación (hrs)

Inalterada

Natural

X

Remoldeada

…

ESPECIMEN 01

ESPECIMEN 02

ESPECIMEN 03

Inicial

Final

Inicial

Final

Inicial

Final

Altura (h) (cm)

2.36

2.36

2.36

2.36

2.36

2.36

Diámetro (Ø) (cm)

5.10

5.10

5.10

5.10

5.10

5.10

Volumen (cm3)

48.02

48.02

48.02

Peso (Gr)

94.66

96.57

94.88

PesoEspecifico de masa (gr/cm3)

1.971

2.011

1.976

19.72%

19.42%

18.99%

0.50

1.00

2.00

Humedad (w) (%) Esfuerzo Normal (kg/cm2) Deformac. Tangencial (mm) *(1)

Dial de Carga *(2)

Fuerza Cortante (Kg) *(3)

Esfuerzo de Deformac. Corte Tangencial (Kg/cm²) (mm) *(4)

Dial de Carga

Fuerza Cortante (Kg)

Esfuerzo de Deformac. Corte Tangencial (Kg/cm²) (mm)

Dial de Carga

Fuerza Cortante (Kg)

Esfuerzo de Corte (Kg/cm²)

0.00

0.00

0.000

0.000

0.00

0.00

0.000

0.000

0.00

0.00

0.000

0.000

0.10

7.00

0.981

0.050

0.10

6.00

0.841

0.043

0.10

32.00

4.486

0.228

0.20 0.30 0.40

9.00 12.00 15.00

1.262 1.682 2.103

0.064 0.086 0.107

0.20 0.30 0.40

10.00 14.00 17.00

1.402 1.963 2.383

0.071 0.100 0.121

0.20 0.30 0.40

42.00 51.00 58.00

6.006 7.293 8.294

0.306 0.371 0.422

0.60 0.80

20.00 23.00

2.804 3.225

0.143 0.164

0.60 0.80

23.00 28.00

3.225 3.926

0.164 0.200

0.60 0.80

66.00 73.00

9.438 10.549

0.481 0.537

1.00

24.00

3.365

0.171

1.00

33.00

4.627

0.236

1.00

79.00

11.416

0.581

1.25 1.50

25.00 26.00

3.505 3.645

0.179 0.186

1.25 1.50

38.00 40.00

5.434 5.720

0.277 0.291

1.25 1.50

95.00 104.00

13.728 15.028

0.699 0.765

1.75 2.00

27.00 26.00

3.785 3.645

0.193 0.186

1.75 2.00

43.00 45.00

6.149 6.435

0.313 0.328

1.75 2.00

112.00 117.00

16.184 16.907

0.824 0.861

2.25

25.50

3.575

0.182

2.25

48.50

6.936

0.353

2.25

118.00

17.051

0.868

2.50 2.75

25.50 25.00

3.575 3.505

0.182 0.179

2.50 2.75

50.00 51.00

7.150 7.293

0.364 0.371

2.50 2.75

123.00 125.00

17.774 18.063

0.905 0.920

3.00

25.00

3.505

0.179

3.00

51.00

7.293

0.371

3.00

125.00

18.063

0.920

3.50 4.00

25.00 25.50

3.505 3.575

0.179 0.182

3.50 4.00

47.00 46.00

6.721 6.578

0.342 0.335

3.50 4.00

127.00 126.00

18.352 18.207

0.935 0.927

4.50

24.00

3.365

0.171

4.50

44.00

6.292

0.320

4.50

124.00

17.918

0.913

5.00

23.50

3.295

0.168

5.00

44.00

6.292

0.320

5.00

124.00

17.918

0.913

5.50

23.00

3.225

0.164

5.50

43.00

6.149

0.313

5.50

124.00

17.918

0.913

6.00

23.00

3.225

0.164

6.00

42.00

6.006

0.306

6.00

123.00

17.774

0.905

6.50 7.00

22.00 22.00

3.084 3.084

0.157 0.157

6.50 7.00

40.00 38.00

5.720 5.434

0.291 0.277

6.50 7.00

118.00 118.00

17.051 17.051

0.868 0.868

*(1).- Es la lectura que se controla en el deformímetro del equipo de corte. *(2).- Es la lectura del dial de carga obtenido para cada lectura de deformación tangencial. *(3).- La fuerza cortante se halla convirtiendo la lectura del dial de carga en base a las ecuaciones de calibración del anillo de carga. En este caso en particular las ecuaciones del anillo de carga son los siguientes: *(4).- El esfuerzo de corte es igual a la fuerza cortante sobre el área del anillo

57



Graficamos Esfuerzo VS Deformación ESFUERZO vs DEFORMACION 1.2 1.1

) ² m c / g K ( E T R O C E D O Z R E U F S E

0.5 Kg/cm² 1.0 Kg/cm ²

1

2.0 Kg/cm²

0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

DEFORMACIÓN TANGENCIAL (mm)

Graficamos Esfuerzo de Corte vs Esfuerzo Normal Por ejemplo la primera muestra está representada por el esfuerzo normal de 0.5 Kg /cm2 aplicado durante todo el proceso del ensayo y el máximo esfuerzo de corte que puede ser observado en la gráfica Esfuerzo de corte vs. Deformación, que en este caso sería 0.193Kg/cm 2. ESFUERZO DE CORTE vs ESFUERZO NORMAL (CRITERIO DE LA FALLA DE MOHR - COULOMB) 1.4

) ² m c / g K ( E T R O C E D O Z R E U F S E

1.2

1

0.8

0.6

0.4

0.2

0 0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

ESFUERZO NORMAL (Kg/cm²)

4. CONCLUSIONES 1. Se realizó el ensayo de corte directo obteniendo los siguientes parámetros de resistencia. ML

58

Vel.

0.5 mm/min

φ

19°

C

0 Kg/cm2

Estado

Inalterado



a)

Para calcular los dos parámetros de resistencia se procedió a escoger los dos primeros puntos por dos razones, la primera considerando el tipo de suelo y la segunda porque el tercer punto generaría una cohesión negativa, dato que seria irreal.

b)

También podemos observar algunas ventajas de este ensayo, tales como que es rápido, la muestra se prepara rápidamente y se puede ampliar para medir la resistencia residual del suelo.

c)

Algunas limitaciones del ensayo es que la línea de falla es obligada, la distribución de tensiones en la superficie de corte no es uniforme, no se puede medir la presión de poros y también considerar que el área de contacto disminuye al realizar el ensayo.

59



ENSAYO DE COMPRESIÓN SIMPLE 1. OBJETIVO El objetivo de este ensayo es hallar la resistencia del suelo a un esfuerzo a la compresión, en función solo a su resistencia intrínseca que es la cohesión. 2. INFORMACIÓN PRELIMINAR Este ensayo nos permite conocer la resistencia a la compresión de un suelo cohesivo; aplicando sólo un esfuerzo de compresión mas no el esfuerzo de confinamiento; ya que se supone que al extraerlo del suelo todo el esfuerzo geostático lo ha tomado la muestra por medio de la cohesión. Este ensayo es también una forma de medir la consistencia de los suelos arcillosos a partir de su mayor o menor cohesión, entendiendo por cohesión la resistencia proveniente de la presión capilar del agua intersticial con las partículas del suelo ante una fuerza que intente deformarlo. A continuación una tabla con los rangos de valores para medir la consistencia de un suelo.

Resistencia a la compresión

Consistencia

simple qc < 0.5 Kg/cm 2

Consistencia baja con comportamiento de fluido viscoso

0.5 < qc < 1.5 Kg/cm 2

Consistencia media

1.5 < qc < 4 Kg/cm2

Consistencia rígida

qc > 4 Kg/cm2

Consistencia dura

Este ensayo es aplicado para hallar la resistencia al esfuerzo cortante en problemas de estabilidad de taludes en suelos arcillosos. Donde la resistencia al esfuerzo cortante es la cohesión.

= C Aplicado también para analizar la consistencia de un suelo para estudios en vias. Otra aplicación de este ensayo es el de conocer la sensibilidad del suelo, que es establecido por la relación entre la resistencia a la compresión simple en una muestra inalterada y una remoldeada. 60



S=qi/qc Sensibilidad

S=qi/qr

Insensible

S<2

Moderadamente sensible

2>S<4

Sensible

4>S<8

Muy sensible

8>S<16

Ultra sensible

S>16

3. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 

Tallar la muestra cuyas dimensiones sean 2D


Someter la muestra a dos placas superior e inferior y a una fuerza de compresión controlando las deformaciones y midiendo el esfuerzo hasta que se genere la falla en el suelo.

4.

REGISTROS DE DATOS Y RESULTADOS EJEMPLO. Tipo de suelo SUCS: CH Estado: Remoldeado Altura (h) Diámetro (φ) Densidad Seca (γ d) Contenido de Humedad (ω) Velocidad del Ensayo

61

(cm) (cm) (g/cm3) (%) (mm/min)

10.00 5.00 2.03 8.91 0.50



Especímen 1 Deformación (%) 0.00 0.05 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 1.10 1.20 1.30 1.40 1.50

Esfuerzo (Kg/cm2) 0.00 0.07 0.09 0.30 0.54 0.74 0.90 1.07 1.21 1.33 1.37 1.37 1.31 1.17 1.00 0.70 0.64

Después de realizar el ensayo graficar la curva esfuerzo de compresión vs. Deformación y visualizar el máximo esfuerzo soportado por el suelo y obtener también la cohesión. C= qmax./2 C= 1.37/2 = 0.69 Kg/cm 2 5. SUGERENCIAS 

Es un ensayo que se puede realizar en corto tiempo, por lo tanto una de las aplicaciones sería la aplicación en proyectos que se encuentran en estudios de pre-factibilidad o para obtener la sensibilidad del suelo y poder conocer sobre su capacidad tixotrópica.

62



ENSAYO TRIAXIAL NO CONSOLIDADO NO DRENADO (UU)

ASTM D-2850 1. OBJETIVOS •

Determinar los parámetros de resistencia de un suelo, como son la fricción y la cohesión, y observar el tipo de falla que se presenta en la muestra

•

Observar la relación esfuerzo – deformación, en el suelo en función a la variación de la presión de cámara y la variación del esfuerzo desviador.

2. INFORMACIÓN PRELIMINAR Considerando que en los problemas prácticos de rutina el comportamiento del suelo es muy complejo y no se puede calcular con precisión; en laboratorio se pueden representar en pequeña escala todos los factores que influyen en la resistencia del suelo, pudiendo predecir así la estabilidad de los cimientos. Se ha estudiado dos pruebas para hallar los parámetros de resistencia de los suelos, el ensayo de Corte Directo y el ensayo de Compresión Simple, concluyendo que en los dos ensayos no se refleja la realidad de los esfuerzos a los que está sometido una masa de suelo, tal como se puede observar en la figura la muestra de suelo A en realidad está sometida a una presión lateral geostática, y simultáneamente sometida a una carga externa que va a generar la falla.

A

63



Entonces considerando todas estas condiciones reales vemos que el ensayo que más se aproxima es el Ensayo de Compresión triaxial, donde los esfuerzos se aplican en las 3 direcciones. Las pruebas triaxiales pueden clasificarse en dos grandes grupos: Pruebas de Compresión y pruebas de Extensión, a continuación se presenta un cuadro resumen.

PRUEBAS TRIAXIALES

DE COMPRESIÓN

Lo

Lf

Pc >>

σ 3 Cte

DE EXTENSIÓN

Pc Cte

σ 3 σ 3 Cte <<

σ 1

σ 3

Pc >>

σ 3

σ 3

σ 3

<<

<<

<<<

3 Cte

Lo

Lf

Pc <<

Pc Cte.

σ 3 σ 3 Cte >>

σ 3

Pc <<

σ 3

>>

En este caso es el esfuerzo principal mayor

>>

σ 3

>>

σ 1

σ 3

σ 3

σ 3 Esfuerzo Principal Mayor

Por tanto es responsabilidad del ingeniero definir cómo van a actuar los esfuerzos en la masa de suelo. Una vez definido esto; se debe pensar en como actuarán las fases del suelo (agua, aire y sólidos) ante una carga externa. Para lo cual existen 3 tipos de ensayos triaxial: - Ensayo No consolidado no drenado. UU - Ensayo Consolidado drenado. CD 64



- Ensayo Consolidado no drenado. CU

Comportamiento al corte de masas granulares.- Como sucede en todos los materiales de ingeniería los suelos también sufren deformaciones ante una presión que lo rodea completamente y si esta presión aumenta; entonces las partículas empiezan a deslizarse y decimos que el suelo fallo por corte. La mayor parte de las fallas se producen por esfuerzo cortante, ya que los suelos soportan muy poco los esfuerzos por tensión. El comportamiento al aplicarse la carga vertical dependerá mucho de la compacidad o forma en que se hayan acomodado las partículas del suelo, al seguir aumentando la presión externa se produce distorsión en la masa de suelo, generando un ángulo de falla que aumenta también con el incremento de la carga. Debemos tomar en cuenta que en este tipo de suelos, el contenido de humedad que posea no cambiará en forma representativa su comportamiento como cuando está seco.

Comportamiento de los suelos finos.- Generalmente los suelos finos contienen una considerable cantidad de agua hasta llegar a estar saturados, y el conocimiento de la resistencia al corte de un suelo saturado es de importancia práctica. En el caso de las arcillas preconsilodadas poseen resistencia significativa al esfuerzo cortante debido a la compacidad de sus partículas debemos tener muy en cuenta la presión de poros que viene a ser la presión del agua que se encuentra entre partículas, para este caso se tiene que recurrir a otro tipo de ensayo triaxial, consolidado drenado. 3. EQUIPO Y MATERIALES

65

•

Bomba de presión para la carga lateral.

•

Membrana de hule.

•

Cámara triaxial.

•

Anillos de jebe

•

Piedras porosas.

•

Dial de deformación.

•

Balanza.

•

Guantes ING. TANIA ZAPATA COACALLA


•

Cuchillos.

4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL. •

La muestra que se extrae en campo debe ser parafinada y con dimensiones de 0.30*0.30*0.30m. para evitar que se altere su contenido de humedad y su estructura.

•

Se lleva al laboratorio y se empieza con el tallado de las muestras con un diámetro de 7cm por una altura de 14cm. En número de tres; hallando también el contenido de humedad.

•

Estas muestras no deben estar más de 3 días sin ser ensayadas, ya que su contenido de humedad se alteraría.

•

Una vez talladas se toma el peso inicial de la muestra, así como 3 veces el diámetro y 3 veces la alturas, calculando luego un promedio.

•

Se coloca la piedra porosa y el papel filtro, colocando la muestra y encima volver a colocar el papel filtro, una piedra porosa y el cabezal. Todo se cubre con la membrana, para proteger la muestra.

•

Se coloca la cámara triaxial llenándola con agua para la presión lateral. (Presión de confinamiento o presión de cámara σ3)

•

En el primer ensayo la presión lateral es de 1Kg/cm2.

•

En el segundo ensayo la presión lateral es de 2Kg/cm2.

•

En el tercer ensayo la presión lateral es de 4Kg/cm2.

•

Se apoya el pistón de carga vertical. Al aplicar la carga vertical se mide la deformación vertical de la muestra con un micrómetro,

•

La prueba se realiza usualmente, manteniendo constante la presión de confinamiento y aumentando la presión vertical.

•

El agua no ejerce esfuerzos cortantes en la periferia de la muestra, el esfuerzo vertical sobre planos horizontales es un esfuerzo principal, que se designa por σ 1.

•

66

Donde σ 1 es el esfuerzo principal mayor y σ 3 es el esfuerzo principal menor.



•

El esfuerzo axial se va aumentando después en pequeños incrementos hasta llegar a un plano de falla donde la carga vertical empiece a bajar.

•

Cámara del ensayo triaxial

5. REGISTRO DE DATOS Y RESULTADOS ESPECIMEN 1 CLASIFICACIÓN SUCS: CL A continuación se muestra una parte de los datos registrados en laboratorio así como los cálculos de De la deformación en porcentaje, La variación del área por cada incremento de carga (P), y el cálculo del esfuerzo desviador. CONTENIDO HUMEDAD

23.27%

DENSIDAD HÚMEDA

1.74

ALTURA (cm)

14.19

VELOCIDAD CARGA (mm/min)

1.42

DIÁMETRO (cm)

6.97

PRESION DE CELDA σ3 (Kg/cm2)

1.00

67



DIAL DEF.

DEF (ε) mm.

DEF ε%

AREA A'

0 5 10 15

0

0.000

38.16

0.05

0.035

38.17

0.1

0.070

38.18

0.15

0.106

38.20

DIAL CARGA 0.0 17.0 27.0 35.0

P(kg)

Esf. Desv.

0.00

0.000

2.68

0.070

5.88

0.154

8.44

0.221

Donde: •

Este ensayo se realizó lecturando la deformación a cada 5 lineas que representa 0.05 mm.

•

El porcentaje de deformación es calculado: ε=∆H/Ho, por ejemplo para una deformación de 0.1mm ε=0.1mm/141.9mm

=0.0007047

y en porcentaje * 100= 0.07% ε= Deformación axial ∆H= Diferencial de altura por cada incremento de carga

Ho= Altura inicial del espécimen •

El área de aplicación varía por cada incremento de carga. Af = Ao/(1-ε) Af = Área final para cada incremento de carga Ao= Área inicial Continuando Af = 38.16/(1-0.0007047) = 38.18 cm2

•

La carga P(Kg) se halla convirtiendo la lectura del dial de carga en base a las ecuaciones de calibración del anillo de carga, que depende de cada equipo.

•

El Esf. Desv. Es la carga vertical aplicada al especímen dividida por el área corregida para cada lectura. Esf. Desv. = P/Af Siguiendo con el mismo ejemplo anterior el Esf. Desv. = 5.88 Kg/38.18=0.154Kg/cm2

•

Como la lista de los datos es muy extensa se resume con los valores obtenidos para cada 0.5% de deformación y en caso de no tener el valor exacto se interpola entre los puntos superior e inferior mas cercanos al valor requerido. Obteniendo finalmente los siguientes datos:

68



Deform. (%)

Esf. Desv. (Kg/cm2)

0.00 0.05 0.10 0.20 0.35 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50 1.75 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00

0.00 0.11 0.21 0.39 0.58 0.71 0.83 0.91 1.00 1.07 1.14 1.19 1.28 1.35 1.42 1.49 1.57 1.59 1.63 1.66 1.68 1.68 1.68 1.68 1.69 1.70

σ1

q (Kg/cm2)

q/p

(Kg/cm2)

p (Kg/cm2)

Oblicuidad (σ1/ σ3)

1.00 1.11 1.21 1.39 1.58 1.71 1.83 1.91 2.00 2.07 2.14 2.19 2.28 2.35 2.42 2.49 2.57 2.59 2.63 2.66 2.68 2.68 2.68 2.68 2.69 2.70

1.00 1.05 1.11 1.19 1.29 1.35 1.41 1.46 1.50 1.54 1.57 1.60 1.64 1.68 1.71 1.74 1.78 1.80 1.81 1.83 1.84 1.84 1.84 1.84 1.84 1.85

0.00 0.05 0.11 0.19 0.29 0.35 0.41 0.46 0.50 0.54 0.57 0.60 0.64 0.68 0.71 0.74 0.78 0.80 0.81 0.83 0.84 0.84 0.84 0.84 0.84 0.85

0.00 0.05 0.10 0.16 0.23 0.26 0.29 0.31 0.33 0.35 0.36 0.37 0.39 0.40 0.41 0.43 0.44 0.44 0.45 0.45 0.46 0.46 0.46 0.46 0.46 0.46

1.00 1.11 1.21 1.39 1.58 1.71 1.83 1.91 2.00 2.07 2.14 2.19 2.28 2.35 2.42 2.49 2.57 2.59 2.63 2.66 2.68 2.68 2.68 2.68 2.69 2.70

Donde: σ1= σ3 + Esf. Desv. .p= (σ1+σ3)/2 .q= (σ1-σ3)/2 Seguimos los mismos pasos para los 3 especímenes ESPECIMEN 2 Presión de celda σ3= 2Kg/cm2

69

Deform. (%)

Esf. Desv. (Kg/cm2)

0.00 0.05 0.10 0.20 0.35 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50 1.75 2.00

0.00 0.00 0.00 0.00 0.09 0.38 0.63 0.82 0.97 1.11 1.23 1.34

σ1

q (Kg/cm2)

q/p

(Kg/cm2)

p (Kg/cm2)


2.00 2.00 2.00 2.00 2.09 2.38 2.63 2.82 2.97 3.11 3.23 3.34

2.00 2.00 2.00 2.00 2.04 2.19 2.32 2.41 2.49 2.56 2.61 2.67

0.00 0.00 0.00 0.00 0.04 0.19 0.32 0.41 0.49 0.56 0.61 0.67

0.00 0.00 0.00 0.00 0.02 0.09 0.14 0.17 0.20 0.22 0.23 0.25

1.00 1.00 1.00 1.00 1.04 1.19 1.32 1.41 1.49 1.56 1.61 1.67



2.50 3.00 3.50 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00

1.52 1.68 1.80 1.95 2.18 2.31 2.41 2.62 2.70 2.73 2.81 2.89 2.88 2.88 2.88

3.52 3.68 3.80 3.95 4.18 4.31 4.41 4.62 4.70 4.73 4.81 4.89 4.88 4.88 4.88

2.76 2.84 2.90 2.98 3.09 3.16 3.21 3.31 3.35 3.37 3.41 3.45 3.44 3.44 3.44

0.76 0.84 0.90 0.98 1.09 1.16 1.21 1.31 1.35 1.37 1.41 1.45 1.44 1.44 1.44

0.28 0.30 0.31 0.33 0.35 0.37 0.38 0.40 0.40 0.41 0.41 0.42 0.42 0.42 0.42

1.76 1.84 1.90 1.98 2.09 2.16 2.21 2.31 2.35 2.37 2.41 2.45 2.44 2.44 2.44

σ1

q (Kg/cm2)

q/p


0.00 0.05 0.10 0.17 0.24 0.30 0.41 0.51 0.60 0.67 0.74 0.80 0.90 1.00 1.10 1.21 1.38 1.45 1.54 1.62 1.63 1.63 1.66 1.63 1.66 1.67

0.00 0.01 0.02 0.04 0.06 0.07 0.09 0.11 0.13 0.14 0.16 0.17 0.18 0.20 0.22 0.23 0.26 0.27 0.28 0.29 0.29 0.29 0.29 0.29 0.29 0.29

1.00 1.02 1.05 1.08 1.12 1.15 1.21 1.25 1.30 1.34 1.37 1.40 1.45 1.50 1.55 1.60 1.69 1.73 1.77 1.81 1.81 1.81 1.83 1.81 1.83 1.83

ESPECIMEN 3 Presión de celda σ3= 4 Kg/cm2

70

Deform. (%)

Esf. Desv. (Kg/cm2)

(Kg/cm2)

p (Kg/cm2)

0.00 0.05 0.10 0.20 0.35 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50 1.75 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00

0.00 0.10 0.21 0.34 0.47 0.60 0.82 1.02 1.20 1.35 1.48 1.60 1.80 1.99 2.19 2.41 2.76 2.90 3.08 3.25 3.25 3.25 3.33 3.25 3.33 3.33

4.00 4.10 4.21 4.34 4.47 4.60 4.82 5.02 5.20 5.35 5.48 5.60 5.80 5.99 6.19 6.41 6.76 6.90 7.08 7.25 7.25 7.25 7.33 7.25 7.33 7.33

4.00 4.05 4.10 4.17 4.24 4.30 4.41 4.51 4.60 4.67 4.74 4.80 4.90 5.00 5.10 5.21 5.38 5.45 5.54 5.62 5.63 5.63 5.66 5.63 5.66 5.67



•

Después de los cálculos, graficamos las curvas Esfuerzo Desviador vs. Deformación axial, para poder extraer el máximo esfuerzo soportado por el suelo. o

Esfuerzo desviador máximo para el primer especímen = 1.70 Kg/cm 2

o

Esfuerzo desviador máximo para el segundo especímen = 2.89 Kg/cm 2

o

Esfuerzo desviador máximo para el tercer especímen = 3.33 Kg/cm 2

Estos gráficos nos permiten observar también el comportamiento del suelo ante la aplicación de la carga. En este caso por ejemplo tiene un comportamiento ductil, ya que no presenta un rompimiento brusco sino que el esfuerzo disminuye muy poco de punto a punto. DEFORMACI0N AXIAL vs. ESFUERZO DESVIADOR 5.0

2 m4.5 c / g K 4.0 R O 3.5 D A I 3.0 V S E 2.5 D O 2.0 Z R E 1.5 U F S 1.0 E

1,00 Kg/cm2 2,00 Kg/cm2 4,00 Kg/cm2

0.5 0.0 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0 0 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 0 0 1 1 2 2 3 3 4 4 5 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

DEFORMACION AXIAL %

•

Una vez obtenidos estos máximos valores de esfuerzo desviador podemos graficar los círculos de Mohr para cada especimen. Como ejemplo para el primer círculo consideramos los dos esfuerzos máximos principales σ3= 1Kg/cm2 σ1= σ3 + Esf. Desv. Max. = 1 +

1.70 = 2.70 Kg/cm 2

Siendo el radio ( σ1- σ3)/2

71



CIRCULO DE MOHR 4.00

Cohesion : C = Angulo de Fricción : φ =

3.50

0.48 Kg/cm2 11 º

) 2 m 3.00 c / g K ( 2.50 E T R O 2.00 C E D 1.50 O Z R E 1.00 U F S E 0.50 0.00

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

5.5

6.0

6.5

7.0

7.5

8.0

ESFUERZO AXIAL (Kg/cm2)

Trazamos una linea tangente a los 3 Círculos en este caso optamos por los dos círculos extremos, por algunas observaciones realizadas durante el ensayo y considerando el tipo de suelo, un suelo CL de consistencia media cuyo ángulo de fricción no podía ser demasiado alto. Otra observación importante en este caso es que en este tipo de ensayo no deberia existir ángulo de inclinación por tratarse de un suelo saturado, lo que significaria que este suelo estaba parcialmente saturado.

72



ENSAYO TRIAXIAL – CONSOLIDADO NO DRENADO (CU) NORMA ASTM – D4767 1. OBJETIVO Hallar los parámetros de resistencia, la cohesión y el ángulo de fricción interna tanto totales como efectivos con la correspondiente medición de presión de poros. 2. INFORMACIÓN PRELIMINAR El ensayo triaxial Consolidado no drenado; nos permite analizar los suelos que en su estado natural ya han tenido un grado de consolidación o donde la Obra a construir se realice en un tiempo lo suficientemente extenso para permitir que el suelo obtenga un grado de consolidacón, y que luego se comportará en un estado no drenado, nos permite conocer tanto los esfuerzos totales como los esfuerzos efectivos. Los especímenes son sujetos a una presión de confinamiento de fluido en una celda triaxial, permitiendo el drenaje del fluido hasta que se disipe la presión de poros y consolide la muestra, una vez concluida esta fase se cierra la válvula de drenaje y se realiza el ensayo de triaxial propiamente dicho, durante el proceso del ensayo también se puede medir la presión de poros, por lo que se puede obtener tanto las tensiones totales como efectivas. La falla a menudo le corresponde al máximo esfuerzo principal mayor ó al 15% de la deformación axial, generando la falla el esfuerzo desviador.

En la figura a se muestra el comportamiento de suelos arcillosos, donde sobresale como es el comportamiento de la variación de la presión de poros durante el ensayo. Para las arcillas 73



normalmente consolidadas la variación de poros es mayor por cuanto el volumen se va disminuyendo en el proceso. No en tanto para las arcillas Preconsolidadas llega un momento en que se disipa la presión de poros hasta volverse negativa 3. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 

Tallar 3 muestras con dimensiones 2D


Colocar alrededor de la muestra papel filtro calado para poder agilizar el drenaje y colocar una membrana impermeable.



Entrar a la primera etapa del ensayo colocando una presión de celda de 0.4 kg/cm2 y una contrapresión a la muestra de 0.2kg/cm2 para empezar con la saturación de la muestra e ir incrementando hasta llegar a un grado de saturación del 95 a 100% (Parámetro B). Este proceso puede durar días dependiendo del tipo de suelo.



Una vez saturada la muestra empezar con la etapa de consolidación midiendo el drenaje en una bureta, hasta que esta lectura se estabilice.



Una vez estabilizada la medida de la bureta se procede a la segunda etapa de la prueba, se cierra la válvula de drenaje y se empieza a aplicar el esfuerzo desviador hasta generar la falla o llegar al 15 a 20% de la deformación.



74

Esquema de los medidores de presión en la celda triaxial



4. REGISTRO DE DATOS Y RESULTADOS Para el primer especímen se realizará paso a paso los cálculos hasta llegar a las tablas resumen que se presentan para realizar los gráficos. ESPECIMEN 1

Paso 1: Etapa de Saturación Tiempo Fecha 13/02/04

Hora 2:10pm

16/02/04

9:15am

17/02/04

7:55am

18/02/04

8:30am

18/02/04

1:40pm

19/02/04

9:25am

Presión de

Presión de

Contrapresión

celda

poros

(Kg/cm2)

0.66 0.87 1.25 1.46 1.75 1.97 2.16 2.34 2.64 2.82 3 3.22

0.52 0.61 1.10 1.24 1.60 1.78 2.02 2.19 2.50 2.67 2.90 3.11

Parámetro

0.52 0.72 1.10 1.30 1.60 1.84 2.02 2.20 2.50 2.71 2.90 3.12

42.857 66.66 81 94

95.5

En fecha 13 de febrero se inicia la saturación del espécimen, colocando una presión de celda de 0.66Kg/cm2, se coloca primero esta presión para evitar disturbar la muestra, seguidamente se aplica una contrapresión de 0.52Kg/cm2 siempre menor a la presión de celda, esta presión se encarga de ingresar el agua a la muestra para saturarla; en ese momento la presión de poros también será de 0.52Kg/cm2. Dejándolo saturar hasta el día 16 de febrero por tratarse de un suelo CH, donde procedemos a incrementar la presión de celda y simultáneamente la contrapresión en 0.20 kg/cm2, inmediatamente cerramos la válvula de contrapresión y medimos la presión de poros, siendo este valor 0.61Kg/cm2, y evaluamos el parámetro B. PARÁMETRO B= Diferencia de presión de poros *100= (0.61-0.52) *100= 42.857% Diferencia de presión de celda

(0.87-0.66)

Por lo tanto incrementamos la presión de celda 1.25Kg/cm2 y una contrapresión de 1.10Kg/cm2, recordando que en ese instante la presión de poros también será de 1.10Kg/cm2. Y siguiendo el mismo proceso hasta llegar una saturación de 95 a 100%.

Paso 2: Etapa de Consolidación Una vez que se llegó a saturar la muestra se procede a la etapa de consolidación donde se conserva la presión de celda última y se mide la lectura inicial de la bureta: 75



Tiempo Fecha 19/02/04

Presión de

Presión de

Lectura de la

celda

poros

bureta (cm3

Hora 11:20am 2’ 7’ 15’ 30’ 1:40 5:05 8:15

3.00

2.90

20 18.10 17.90 17.70 17.85 17.80 17.80 17.60

Por tanto el volumen final de la etapa de consolidación es la diferencia de 20 – 17.60 = 2.4cm3. Para comenzar a lecturar se coloca una presión de celda de 3Kg/cm2 y una contrapresión de 2Kg/cm2 para así obtener una presión de celda efectiva de (3-2)=1Kg/cm2, abriendo la válvula de la presión de poros, y lecturando deformación, Esfuerzo desviador y Presión de poros.

76

Deform. (%)

Esf. Desv. (Kg/cm2)

PRESIÓN POROS (Kg/cm2)

0.00

0.00

0.00

0.05

0.31

2.10

0.10

0.41

2.14

0.20

0.66

2.23

0.35

0.77

2.27

0.50

0.92

2.31

0.75

1.07

2.37

1.00

1.12

2.40

1.25

1.17

2.43

1.50

1.17

2.44

1.75

1.17

2.46

2.00

1.17

2.46

2.50

1.17

2.47

3.00

1.17

2.49

3.50

1.22

2.49

4.00

1.22

2.49

5.00

1.22

2.50

6.00

1.22

2.50

7.00

1.28

2.50

8.00

1.33

2.50

9.00

1.33

2.50

10.00

1.38

2.49

11.00

1.38

2.49

12.00

1.43

2.48

13.00

1.48

2.47

14.00

1.48

2.49



Altura Diametro Humedad

(cm) (cm) (%)

4.99 30.50%

Parámetro B

96%

*1

Deform. (%)

Densidad húmeda (g/cm3) Velocidad de carga (mm/min) res on e ce a σ (Kg/cm2) Contrapresión (Kg/cm2) Presión de celda efectivo σ3' (Kg/cm2)

9.98

Esf. Desv. (Kg/cm2)

*2

σ3' PRESI N POROS (Kg/cm2) (Kg/cm2)

*3

*4

σ1' (Kg/cm2)

P (Kg/cm2)

1.82 0.20 3.00 2.00 1.00

*5

Q (Kg/cm2)

Q/P

Oblicuidad σ1'/σ3'

0.00

0.00

0.00

1.00

1.00

1.00

0.00

0.00

1.00

0.05

0.31

0.10

0.90

1.21

1.06

0.16

0.15

1.34

0.10

0.41

0.14

0.86

1.27

1.07

0.21

0.19

1.48

0.20

0.66

0.23

0.77

1.43

1.10

0.33

0.30

1.86

0.35

0.77

0.27

0.73

1.50

1.12

0.39

0.35

2.05

0.50

0.92

0.31

0.69

1.61

1.15

0.46

0.40

2.33

0.75

1.07

0.37

0.63

1.70

1.17

0.54

0.46

2.70

1.00

1.12

0.40

0.60

1.72

1.16

0.56

0.48

2.87

1.25

1.17

0.43

0.57

1.74

1.16

0.59

0.51

3.05

1.50

1.17

0.44

0.56

1.73

1.15

0.59

0.51

3.09

1.75

1.17

0.46

0.54

1.71

1.13

0.59

0.52

3.17

2.00

1.17

0.46

0.54

1.71

1.13

0.59

0.52

3.17

2.50

1.17

0.47

0.53

1.70

1.12

0.59

0.52

3.21

3.00

1.17

0.49

0.51

1.68

1.10

0.59

0.53

3.29

3.50

1.22

0.49

0.51

1.73

1.12

0.61

0.54

3.39

4.00

1.22

0.49

0.51

1.73

1.12

0.61

0.54

3.39

5.00

1.22

0.50

0.50

1.72

1.11

0.61

0.55

3.44

6.00

1.22

0.50

0.50

1.72

1.11

0.61

0.55

3.44

7.00

1.28

0.50

0.50

1.78

1.14

0.64

0.56

3.56

8.00

1.33

0.50

0.50

1.83

1.17

0.67

0.57

3.66

9.00

1.33

0.50

0.50

1.83

1.17

0.67

0.57

3.66

10.00

1.38

0.49

0.51

1.89

1.20

0.69

0.58

3.71

11.00

1.38

0.49

0.51

1.89

1.20

0.69

0.58

3.71

12.00

1.43

0.48

0.52

1.95

1.24

0.72

0.58

3.75

13.00

1.48

0.47

0.53

2.01

1.27

0.74

0.58

3.79

14.00

1.48

0.49

0.51

1.99

1.25

0.74

0.59

3.90

*1 Será igual al valor registrado de presión de poros en el ensayo menos la Contrapresión es decir para todos los valores restar para este especímen 2Kg/cm2. *2 σ3’= Presión de celda – Presión de poros ( σ3-u) *3 σ1’ = Esfuerzo desviador + Presión de celda efectivo (Esf. Desv. + σ3’) *4 P= (σ1’+σ3’)/2 *5 Q= (σ1’-σ3’)/2 El mismo proceso para los tres especímenes.

77



ESPECIMEN 2 Altura Diametro Humedad

(cm) (cm) (%)

4.98 30.50%

Parámetro B

78

Densidad húmeda (g/cm3) Velocidad de carga (mm/min) resión e ce a σ (Kg/cm2) Contrapresión (Kg/cm2) Presión de celda efectivo σ3' (Kg/cm2)

9.97

91%

σ3' PRESI N POROS (Kg/cm2) (Kg/cm2)

Deform. (%)

Esf. Desv. (Kg/cm2)

0.00

0.00

0.00

0.05

0.46

0.10

1.81 0.20 4.00 2.00 2.00

1' (Kg/cm2)

P (Kg/cm2)

Q (Kg/cm2)

Q/P

2.00

2.00

2.00

0.00

0.00

1.00

0.14

1.86

2.32

2.09

0.23

0.11

1.25

0.56

0.20

1.80

2.36

2.08

0.28

0.13

1.31

0.20

0.92

0.40

1.60

2.52

2.06

0.46

0.22

1.58

0.35

1.02

0.50

1.50

2.52

2.01

0.51

0.25

1.68

0.50

1.22

0.61

1.39

2.61

2.00

0.61

0.31

1.88

0.75

1.43

0.75

1.25

2.68

1.97

0.72

0.36

2.14

1.00

1.58

0.84

1.16

2.74

1.95

0.79

0.41

2.36

1.25

1.63

0.89

1.11

2.74

1.93

0.82

0.42

2.47

1.50

1.68

0.95

1.05

2.73

1.89

0.84

0.44

2.60

1.75

1.73

0.98

1.02

2.75

1.89

0.87

0.46

2.70

2.00

1.79

1.01

0.99

2.78

1.89

0.90

0.47

2.81

2.50

1.79

1.05

0.95

2.74

1.85

0.90

0.49

2.88

3.00

1.84

1.07

0.93

2.77

1.85

0.92

0.50

2.98

3.50

1.89

1.09

0.91

2.80

1.86

0.95

0.51

3.08

4.00

1.89

1.10

0.90

2.79

1.85

0.95

0.51

3.10

5.00

1.94

1.11

0.89

2.83

1.86

0.97

0.52

3.18

6.00

1.99

1.12

0.88

2.87

1.88

1.00

0.53

3.26

7.00

2.04

1.11

0.89

2.93

1.91

1.02

0.53

3.29

8.00

2.04

1.10

0.90

2.94

1.92

1.02

0.53

3.27

9.00

2.09

1.09

0.91

3.00

1.96

1.05

0.53

3.30

10.00

2.09

1.08

0.92

3.01

1.97

1.05

0.53

3.27

11.00

2.14

1.07

0.93

3.07

2.00

1.07

0.54

3.30

12.00

2.14

1.07

0.93

3.07

2.00

1.07

0.54

3.30

13.00

2.19

1.06

0.94

3.13

2.04

1.10

0.54

3.33

14.00

2.19

1.06

0.94

3.13

2.04

1.10

0.54

3.33

σ




ESPECIMEN 3 Altura Diametro Humedad

(cm) (cm) (%)

Densidad húmeda Velocidad de carga res on e ce a σ Contrapresión

9.98 4.98 27.32%

96%

Parámetro B

(g/cm3) (mm/min)

Kg/cm2) Kg/cm2)

Presión de celda efectivo σ3' (Kg/cm2) Deform. (%)

Esf. Desv. (Kg/cm2)

PRESI N POROS (Kg/cm2)

3' (Kg/cm2)

0.00

0.00

0.00

4.00

4.00

0.05

0.61

0.26

3.74

4.35

0.10

0.97

0.38

3.62

4.59

0.20

2.41

0.71

3.29

5.70

0.35

2.94

0.94

3.06

6.00

0.50

3.13

1.13

2.87

6.00

0.75

3.42

1.42

2.58

6.00

4.29

1.00

3.68

1.68

2.32

6.00

4.16

1.25

3.78

1.78

2.22

6.00

4.11

1.50

3.90

1.90

2.10

6.00

1.75

3.95

1.95

2.05

6.00

2.00

4.04

2.04

1.96

2.50

4.13

2.13

3.00

4.19

2.19

3.50

4.21

4.00 5.00

2.00 4.00

Q/P

4.00

0.00

0.00

1.00

4.05

0.31

0.08

1.16

4.11

0.49

0.12

1.27

4.50

1.21

0.27

1.73

4.53

1.47

0.32

1.96

4.44

1.57

0.35

2.09

1.71

0.40

2.33

1.84

0.44

2.59

1.89

0.46

2.70

4.05

1.95

0.48

2.86

4.03

1.98

0.49

2.93

6.00

3.98

2.02

0.51

3.06

1.87

6.00

3.94

2.07

0.52

3.21

1.81

6.00

3.91

2.10

0.54

3.31

2.21

1.79

6.00

3.90

2.11

0.54

3.35

4.23

2.23

1.77

6.00

3.89

2.12

0.54

3.39

4.24

2.24

1.76

6.00

3.88

2.12

0.55

3.41

6.00

4.23

2.23

1.77

6.00

3.89

2.12

0.54

3.39

7.00

4.22

2.22

1.78

6.00

3.89

2.11

0.54

3.37

8.00

4.20

2.20

1.80

6.00

3.90

2.10

0.54

3.33

9.00

4.20

2.20

1.80

6.00

3.90

2.10

0.54

3.33

10.00

4.18

2.18

1.82

6.00

3.91

2.09

0.53

3.30

11.00

4.17

2.17

1.83

6.00

3.92

2.09

0.53

3.28

12.00

4.15

2.15

1.85

6.00

3.93

2.08

0.53

3.24

13.00

4.15

2.15

1.85

6.00

3.93

2.08

0.53

3.24

14.00

4.14

2.14

1.86

6.00

3.93

2.07

0.53

3.23

σ

P (Kg/cm2)

0.20 6.00

Q (Kg/cm2)

σ

1' (Kg/cm2)

1.82


Una vez procesado todos los datos, podemos graficar las curvas deformación axial versus esfuerzo desviador y deformación axial versus presión de poros.

79



El gráfico Q vs.P nos permite visualizar la trayectoria de esfuerzos para cada especímem y poder trazar una tangente a las tres trayectorias, así poder hallar “a’” que es la distancia del origen y la 80



recta tangente, y α que es el ángulo de inclinación de la tangente. Con estos valores se pueden hallar los parámetros de resistencia efectivos: Sen φ’= Tan α;

C=a’/Cosφ’

Por último trazamos los círculos de Mohr, con los esfuerzos totales, para obtener los parámetros de cohesión “C” y fricción φ

CIRCULO DE MOHR

C = 0.22Kg/cm2 Cohesión Angulo de Frición  = 17 º

3

) 2 m /c 2.5 g (K E T 2 R O C E 1.5 D O Z R 1 E U F S 0.5 E 0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

ESFUERZO AXIAL (Kg/cm2)

81


10


ENSAYO DE EXPANSION LIBRE ASTM D 4829 1. OBJETIVO Hallar el porcentaje de expansión de la muestra de suelo sin la aplicación de cargas externas, solo expuestos a saturación. 2. INFORMACIÓN PRELIMINAR Los tipos de minerales presentes en los suelos influyen en el comportamiento del suelo ante la presencia del agua entre sus partículas produciendo un aumento de volumen del suelo, a causa de las presiones intersticiales negativas. Generalmente estos suelos presentan un alto porcentaje de contracción líneal, y baja resistencia al corte al entrar en proceso de expansión. Se determina el potencial de expansión en función la siguiente tabla: Índice de expansión EI

Potencial de expansión

0 – 20

Muy bajo

21– 50

Bajo

51– 90

Medio

91– 130

Alto

>130

Muy alto


Tallar la muestra en el molde del ensayo de consolidación, pudiendo ser también remoldeada, hallando el contenido de humedad natural del suelo.

•

Colocar el anillo en la celda de consolidación con su respectivo dial de deformación, tomando las lecturas a los 8”, 15”, 30”, 1´, 2´, 4´, 8´, 15´aumentando progresivamente el tiempo al doble hasta que el dial de deformación registre las mismas lecturas en 3 lecturas progresivas.

•

Realizar los cálculos y hallar el % de expansión en función a la altura inicial. Indice de expansión (IE)= ∆H * 1000 Ho Donde : ∆H= Variación de altura

Ho = Altura inicial del especímen. 82



4. DATOS REGISTRADOS Muestra: Mina Yanacocha Cajamarca Clasificación SUCS : CH Estado: Inalterado Tiempo Transcurrido

83

(min)

Variación de altura (cm)

Altura del Relación especímen de vacios (cm) (e)

Densidad Seca (g/cm3)

Expansión %

0.00

0.000

1.92

0.45

1.64

0.00

0.13

0.030

1.95

0.47

1.61

1.56

0.25

0.047

1.97

0.49

1.60

2.45

0.50

0.082

2.00

0.51

1.57

4.27

1.00

0.132

2.05

0.55

1.53

6.88

2.00

0.230

2.15

0.63

1.46

11.98

4.00

0.301

2.22

0.68

1.42

15.68

8.00

0.503

2.42

0.83

1.30

26.20

15.00

0.542

2.46

0.86

1.28

28.23

30.00

0.572

2.49

0.88

1.26

29.78

60.00

0.608

2.53

0.91

1.25

31.67

120.00

0.629

2.55

0.93

1.23

32.76

240.00

0.649

2.57

0.94

1.23

33.80

370.00

0.655

2.57

0.95

1.22

34.09

1440.00

0.687

2.61

0.97

1.21

35.78

2880.00

0.698

2.62

0.98

1.20

36.36

4285.00

0.705

2.62

0.98

1.20

36.69

8495.00

0.724

2.64

1.00

1.19

37.68

9905.00

0.730

2.65

1.00

1.19

38.02

12800.00

0.738

2.66

1.01

1.18

38.43

14400.00

0.741

2.66

1.01

1.18

38.59

18720.00

0.748

2.67

1.02

1.18

38.96

23040.00

0.760

2.68

1.03

1.17

39.57

23040.00

0.765

2.68

1.03

1.17

39.84



CURVA DE EXPANSION

42.00

RESULTADO Expansión=38.9%

40.00 38.00 36.00 34.00 32.00 30.00 28.00

% N E N IO S N A P X E

26.00 24.00 22.00 20.00 18.00 16.00 14.00 12.00 10.00 8.00 6.00 4.00 2.00 0.00 0.10

1.00

10.00

100.00

1000.00

10000.00

100000.00

TIEMPO EN MINUTOS

5. CONCLUSIONES DEL ENSAYO •

Se realizó este ensayo con un suelo CH en estado inalterado, obteniendo una expansión de 38.9%, en un lapso de tiempo de 16 días, obteniendo un índice de expansión de 395.8 llegando a determinar que su potencial de expansión es muy alto. Por lo tanto muy peligroso como suelo de cimentación o para presas de tierra.

84


Manual de Laboratorio de Suelos - Ing. Tania Zapata

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