manual de laboratorio SUELOS.pdf

INGENIERÍA CIVIL

DETERMINACIÓN DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO DE AGUA ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ......................... ........... 1 ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO GRANULOMÉTRICO POR TAMIZADO TAMIZADO ...................... ..................................... ............................. ............................ ............................ ........................... ............. 7 DETERMINACIÓN DETERMINACIÓN DEL LÍMITE L ÍQUIDO DE LOS SUELOS...................... SUELOS.................................... ............................ ............................. ....................... ........ 18 DETERMINACIÓN DETERMINACIÓN DE LÍMITE LÍ MITE PLÁSTICO E Í ÍNDICE DE PLASTICIDAD PLASTICIDAD .................................... .................................................. .................. .... 28 DETERMINACIÓN DEL PESO ESPEC ÍFICO DE LOS SUELOS ........................ ...................................... ............................ ............................ ................ .. 34 MÉTODO PARA DETERMINAR EL EQUIVALENTE EQUIVALENTE DE ARENA ............................ ........................................... ............................. ......................... ........... 46 PROCTOR (MÉTODO ESTÁNDAR) ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ..............53 PROCTOR (MÉTODO MODIFICADO) ........................... ......................................... ............................ ............................. ............................. ............................ ......................... ........... 66 (CBR DE LABORATORIO) .......................... ......................................... ............................. ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ................ .. 79 CONO DE ARENA IN SITU ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ .............. 99

INGENIERÍA CIVIL

DETERMINACIÓN DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO DE AGUA ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ......................... ........... 1 ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO GRANULOMÉTRICO POR TAMIZADO TAMIZADO ...................... ..................................... ............................. ............................ ............................ ........................... ............. 7 DETERMINACIÓN DETERMINACIÓN DEL LÍMITE L ÍQUIDO DE LOS SUELOS...................... SUELOS.................................... ............................ ............................. ....................... ........ 18 DETERMINACIÓN DETERMINACIÓN DE LÍMITE LÍ MITE PLÁSTICO E Í ÍNDICE DE PLASTICIDAD PLASTICIDAD .................................... .................................................. .................. .... 28 DETERMINACIÓN DEL PESO ESPEC ÍFICO DE LOS SUELOS ........................ ...................................... ............................ ............................ ................ .. 34 MÉTODO PARA DETERMINAR EL EQUIVALENTE EQUIVALENTE DE ARENA ............................ ........................................... ............................. ......................... ........... 46 PROCTOR (MÉTODO ESTÁNDAR) ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ..............53 PROCTOR (MÉTODO MODIFICADO) ........................... ......................................... ............................ ............................. ............................. ............................ ......................... ........... 66 (CBR DE LABORATORIO) .......................... ......................................... ............................. ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ................ .. 79 CONO DE ARENA IN SITU ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ .............. 99

INGENIERÍA CIVIL

1

OBJETIVO

Determinar en laboratorio el contenido de agua (humedad) de suelo, roca, y mezclas de suelo-agregado por peso. Por simplicidad, de aquí en adelante, la palabra "material" se refiere a suelo, roca o mezclas de sueloagregado, la que sea aplicable. El contenido de agua del material se define como la relación, expresada en porcentaje, entre la masa de agua que llena los poros o "agua libre", en una masa de material, y la masa de las partículas sólidas de material. 2

USO Y SIGNIFICADO

Para muchos tipos de suelo, el contenido de agua es una de las propiedades índices más significativas, que se emplea para establecer una correlación entre el comportamiento de dicho suelo y otras propiedades índices. El contenido de agua de un suelo se usa en casi todas las ecuaciones que expresan las relaciones de fase entre aire, agua y sólidos, en un volumen dado de material. En suelos de grano fino (cohesivos), la consistencia depende de su contenido de agua. El contenido de agua de un suelo, junto con sus límites líquidos y plástico, son usados para expresar su consistencia relativa, o índice de liquidez. El término "agua" como se usa en Ingeniería Geotécnica, se asume típicamente como el agua de "poros" o agua "libre" y no aquél que está h idratando las superficies minerales (agua de constitución). 3

EQUIPO TABLA 3.1. DESCRIPCIÓN DE LOS EQUIPOS

EQUIPOS HORNO Controlado termostáticamente, preferiblemente del tipo de corriente de aire y que mantenga una temperatura uniforme de 110 ± 5°C (230 ± 9°F) en toda la cámara de secado.

BALANZA Que tengan una precisión de ± 0.01 g para muestras que tengan un peso de 200 g o menos; ± 0.1 g para muestras que tengan un peso entre 200 y 1000 g, y ± 1 g para muestras que tengan un peso mayor a 1000 g .

RECIPIENTES Vasijas apropiadas hechas de un material resistente a la corrosión y a cambios en su peso al ser sometidas a repetidos calentamientos y enfriamientos, y a operaciones de limpieza. Fuente: Elaboración propia

INGENIERÍA CIVIL 4

PREPARACIÓN DE LA MUESTRA

Para comenzar con el procedimiento previamente se realizara los siguientes pasos formulado por la norma: TABLA 4.1. PREPARACIÓN DE LA MUESTRA


Manténganse las muestras almacenadas, antes del ensayo, en recipientes no corrosivos, herméticos, a una temperatura entre 3 y 30°C y en un área, en la que no tengan contacto directo con la luz solar (cuarto oscuro).

La manera como se selecciona dicha muestra y el peso requerido, básicamente depende del propósito (aplicación) del ensayo, del tipo de material que está siendo probado, y del tipo de muestra.

Para suelos gruesos, selecciónese la muestra del material después de que éste haya sido mezclado completamente. El peso del material húmedo escogido debe responder a la TABLA 4.2.

Fuente: Elaboración propia TABLA 4.2. PESO DE LA MUESTRA HÚMEDA

Tamiz que retiene más del 10% de la muestra

Peso recomendado de la muestra húmeda (g)

2.00 mm (No. 10)

100 a 200

4.75 mm (No. 4)

300 a 500

19.00 mm (¾”)

500 a 1000

37.50 mm (1 ½”)

1500 a 3000

75.00 mm (3”)

5000 a 10000

Fuente: Manual de Ensayos de suelos y materiales –Hormigones

INGENIERÍA CIVIL 5

PROCEDIMIENTO TABLA 5.1. PROCEDIMIENTO

PROCEDIMIENTO

PASO 1

Determinar y anotar, la masa de cada recipiente limpio y seco a utilizar, identificándolo respectivamente. Wc

PASO 2

Identifique si la muestra de suelo a ensayar es alterada o inalterada.

PASO 3 Coloque cada espécimen húmedo de ensayo en el recipiente. Determine la masa del recipiente y del material húmedo (W1).

PASO 4

Coloque el recipiente con el material húmedo en el horno de secado manteniendo el horno a una temperatura de 110 ± 5°C. El tiempo requerido para obtener la masa constante variará y dependerá del tipo de material, tamaño de espécimen, tipo y capacidad de horno, etc.

PASO 5 Retire el recipiente del horno después de secado el material. Déjelo enfriar junto con el material a una temperatura ambiente o hasta que pueda ser manipulado. Determine la masa del recipiente y el material secado en el horno, usando el mismo tipo y capacidad de balanza utilizada anteriormente. Registre este valor (W2). Fuente: Elaboración propia

INGENIERÍA CIVIL 6

CÁLCULOS

Los cálculos a continuación se realizaran en el formulario

Dónde:

           

W = Contenido de agua %. W1= Peso del recipiente y del espécimen húmedo, g. W2= Peso del recipiente y del espécimen seco, g. Wc= Peso del recipiente, g. Ww= Peso del agua, g, y Ws= Peso de suelo seco, g

INGENIERÍA CIVIL 7

FORMULARIO TABLA 7.1. FORMULARIO

ESCUELA MILITAR DE INGENIERIA LABORATORIO DE HORMIGÓN DETERMINACI N EN LABORATORIO DEL CONTENIDO DE AGUA (HUMEDAD) DE SUELO, ROCA Y MEZCLAS DE SUELO-AGREGADO (NORMA ASTM D2216) DESCRIPCION SIMBOLO 1 2 3 No. de Muestra No. de Recipiente Masa de recipientes

Wc

Masa de suelo húmedo+recipiente

W1

Masa de suelo seco+recipiente

W2

Masa de agua

Ww

Masa de suelo seco

Ws

Contenido de Agua (%)

W . Fuente: Elaboración propia

8

EJEMPLO DE APLICACIÓN

Obtención del contenido de humedad: Datos: W1= 270.2 gr W2= 249.6 gr Wc= 70.2 gr

       

INGENIERÍA CIVIL



Registrar los resultados en el formulario así como se muestra en el ejemplo siguiente. TABLA 8.1. EJEMPLO

ESCUELA MILITAR DE INGENIERIA LABORATORIO DE HORMIGÓN DETERMINACIÓN EN LABORATORIO DEL CONTENIDO DE AGUA (HUMEDAD) DE SUELO, ROCA Y MEZCLAS DE SUELO-AGREGADO (NORMA ASTM D2216) DESCRIPCION SIMBOLO 1 2 3 No. de Muestra No. de Recipiente Masa de recipientes

Wc

Masa de suelo húmedo+recipiente

W1

Masa de suelo seco+recipiente

W2

Masa de agua

Ww

Masa de suelo seco

Ws

Contenido de Agua (%)

W

1

2

3

34

65

78

70.2

72.4

71.6

270.2

272.2

271.5

249.6

252.2

251.8

20.60

20.00

19.70

179.40

179.80

180.20

11.48%

11.12% 10.93%

Fuente: Elaboración propia

9

DOCUMENTOS DE REFERENCIA

ASTM D2216: Método de ensayo de laboratorio para la determinación del contenido de agua (humedad) de suelos y rocas. Manual de Ensayos de Suelos y Materiales-Suelos ABC: S0301: Determinación en laboratorio del contenido de agua (Humedad) de suelo, roca y mezclas de sueloagregado.

INGENIERÍA CIVIL

1

OBJETIVO

Determinar la distribución por tamaños de las partículas mayores que 0,075 mm, de una muestra de suelo mediante tamizado. 2

USO Y SIGNIFICADO

Este método de ensayo es utilizado para conocer la distribución del tamaño de las partículas que constituyen un suelo y por medio de ésta agruparlo dentro de un sistema espec ífico de clasificación de suelos. Calcular el coeficiente de permeabilidad de un suelo en una forma ap roximada. Los resultados obtenidos por este método de ensayo son utilizados en la verificación del cumplimiento de especificaciones de materiales seleccionados para trabajos en vías terrestres. 3


EQUIPOS BALANZA Debe tener una capacidad superior a la masa de la muestra más el recipiente donde se va a pesar; la precisión debe ser de 0,1 g para muestras menores que 1.000 g y de 1 g para muestras mayores que 1.000 g.

TAMICES Deben ser tejidos, de alambre, abertura cuadrada, tensados. Los tamaños nominales de las aberturas pertenecen a la serie que se indica en la TABLA 2.2.

TAPA Cada juego de tamices estará provisto de una tapa que ajuste perfectamente para evitar pérdidas de material y marcada con tres diámetros que formen ángulos de 60° entre sí.

HORNO Tendrá circulación de aire y temperatura regulable para las condiciones del ensayo.

MORTERO Con triturador de caucho para disgregar las partículas aglomeradas, sin reducir el tamaño de los granos individuales.

HERRAMIENTAS Y ACCESORIOS Espátulas, brochas, recipientes para secado de muestras, recipientes para pesaje, etc Fuente: Elaboración propia

INGENIERÍA CIVIL TABLA 3.2 SERIE DE TAMICES

TAMAÑOS NOMINALES DE ABERTURA (mm)

ASTM

75

( 3”)

63

( 2 ½” )

50

( 2”)

37.5

( 1 ½" )

25

( 1" )

19

( 3/4" )

9.5

( 3/8" )

4.75

( N° 4 )

2

( N° 10 )

0.425

( N° 40 )

0.075

( N° 200 ) Fuente: Manual de Ensayos de suelos y materiales –Suelos y materiales

4


Para comenzar con el procedimiento previamente se realizara los siguientes pasos formulado por la norma: TABLA 4.1. PREPARACIÓN DE LA MUESTRA


Homogeneizar cuidadosamente el total de la muestra de terreno en estado húmedo; luego reduzca por cuarteo, para obtener, cuando esté seca, una cantidad de material ligeramente superior a la estipulada en TABLA 3.2 de acuerdo al tamaño máximo absoluto. Luego suelte el fino adherido a la grava y arena, si es necesario con agua, y deshaga los terrones con los dedos. Seque la muestra A110 ± 5°C.


TABLA 4.2. CANTIDAD MÍ NIMA DE MUESTRAS PARA GRANULOMETRÍA SEGÚN TAMAÑO MÁXIMO ABSOLUTO DEL SUELO

Tamaño Máximo Absoluto(mm)

Cantidad mínima de Muestra a extraer en Terreno(Kg)

Cantidad mínima de Muestra para el ensayo (Kg)

5

2

0.5

10

8

2

20

20

5

25

40

10

INGENIERÍA CIVIL Tamaño Máximo Absoluto(mm)

Cantidad mínima de Muestra a extraer en Terreno(Kg)

Cantidad mínima de Muestra para el ensayo (Kg)

50

60

15

80

80

20

100

120

30

150

160

40

Fuente: Manual de Ensayos de suelos y materiales –Suelos y materiales

5


PROCEDIMIENTO

PASO 1

Pesar toda la muestra con aproximación a 1 g y registre como A.

PASO 2 Corte todo el material con el tamiz correspondiente determine la masa retenida como (B) y la masa que pasa (Z) con aproximación a 1 g y registrar.

PASO 3 Cortar todo el material registrado como Z en tamiz 4,75 mm (Nº4) y determinar las masas, registrando la masa que pasa (C) y de la que quedó retenida (D). Se debe tomar la precaución de proteger el tamiz 4,75 mm (Nº4) con uno mayor (19 mm o ¾’’).

PASO 4 Se debe tomar la masa (D) y proceder a lavar el material siguiendo los pasos que se indican a continuación: Agitar la muestra con el agua de modo de separar el material fino, dejándolo en suspensión o en disolución.

Vaciar inmediatamente el agua con el material fino (en suspensión o en disolución) en los tamices Nº 4 (4,75 mm) y Nº 200 (0,075 mm), dispuestos en forma decreciente.

INGENIERÍA CIVIL PROCEDIMIENTO

Reúna el material retenido en los tamices con el material decantado en el recipiente de lavado.

Seque el material reunido hasta masa constante en horno a una temperatura de 110 ± 5°C. Pese y registre la masa lavada y seca como D’.

PASO 5

Tamice el material registrado como D’ a través de la serie de tamices 150 mm (6’’), 100 mm (4’’), 75 mm (3’’), 50 mm (2’’), 37,5 mm (1 ½’’), 25 mm (1’’), 19 (3/4’’),9,5 mm (3/8’’) y 4,75 mm (Nº 4). Efectúe este tamizado en dos

etapas; un tamizado inicial, que podrá ser manual o mecánico, y un tamizado final que deberá ser manual

PASO 6

Vacíe el material registrado como D’ sobre el tamiz

superior de la serie de tamices y cúbralo con la tapa y fondo. Agite el conjunto de tamices durante un lapso mínimo de 5 min..

PASO 7

Agítelo con movimientos horizontales y verticales en forma combinada, girando el tamiz en forma intermitente. Esta operación durará al menos 1 min.


PASO 8

Pese y registre el material retenido sobre el tamiz. Repita las operaciones descritas en los pasos anteriores hasta completar todos los tamices.

PASO 9

Del material bajo el tamiz N°4 tome por cuarteo una muestra de 500 a 1.000 g, y registre su masa como C´. Lave cuidadosamente con agua potable el material sobre tamiz 0,075 mm (Nº 200); vacíe a un bol el material retenido y seque a 110 ± 5°C.

PASO 10

Pese y registre el material lavado y seco como C”,

aproximando a 0,1 g y proseguir a tamizar.

PASO 11

Determine la masa final del material retenido en cada tamiz y del material que pasa por el tamiz (Nº 200), recogido en el depósito. Registre como Mi con aproximación a 0,1 g.


6

CÁLCULOS

Los cálculos a continuación se realizaran en e l formulario.

INGENIERÍA CIVIL a)

Dónde:

Cálculo del peso seco del material grueso

      

Acumulado tamiz #4 en gr D´= peso de material sobre el tamiz N°4 seco D = peso de material sobre el tamiz N°4 húmedo W% = Contenido de humedad

b)

Cálculo del peso seco del material fino

 

Dónde:

C´= Peso de material que pasa por el tamiz N° 4 seco C = Peso de material que pasa por el tamiz N° 4 húmedo W% = Contenido de humedad

c)

Para el calcular el peso acumulado en el tamiz i del material bajo 4,75 mm se parte de los pesos acumulados realizado al material C, de acuerdo a la expresión:

           Dónde: acum i = Peso acumulado de agregado que pasa por el tamiz N°4 D´= peso de material sobre el tamiz N°4 seco C = Peso de material que pasa por el tamiz N° 4 húmedo W% = Contenido de humedad Acumulado tamiz #4 en gr

d)

Para el peso retenido de los tamices

   

INGENIERÍA CIVIL

Dónde: Acumulado i = Peso acumulado en el tamiz a calcular Acumulado i-1 = Peso acumulado en el tamiz anterior a calcular

e)

Calculo del porcentaje parcial

Dónde: R i =Peso retenido del tamiz a calcular D´= peso de material sobre el tamiz N°4 seco 7

FORMULARIO

    

INGENIERÍA CIVIL

TABLA 7.1. FORMULARIO

ESCUELA MILITAR DE INGENIERÍA LABORATORIO DE SUELOS ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO POR TAMIZADO (AASHTOT27/T-88) Tamices No

Peso

(mm)

Porcentaje

Especificaciones

Re te ni do A cumul ado Parc ial A cumul ado que pasa

supe ri or

i nfe ri or

Muestra A. Grueso Peso Húmedo (grs)

3"

75.0

2"

50.8

1 1/2"

37.5

1"

25.4

3/4"

19.0

1/2"

12.7

Muestra A. Fino

3/8"

9.5

Peso Húmedo (grs)

No 4

4.75

T-10

2.00

T-40

0.425

T-100

0.150

T-200

0.075 " " 2 2 " " " / / 4 2 8 1 1 " / / / 2 1 1 3 1 3

Peso Seco (grs)

Peso Seco (grs)

GRANULOMETRIA 4 º N

0 1 º N

0 4 º N

2

5 2 4 . 0

0 0 1 º N

0 0 2 º N

100 90 80 a s a P70 e u60 Q 50 % 40 30 20 10 0

8 5 4 . 5 . 9 7 5 . . . 7 0 7 5 1 2 9 5 3 2 1

5 7 . 4

Abertura Tamiz (mm.)


5 1 . 0

5 7 0 . 0

INGENIERÍA CIVIL 8


a)

Cálculo del peso seco del material grueso

Datos: Acumulado tamiz #4 = 12856 gr D = 18234 gr W% = 3.27 %

b)

        

Cálculo del peso seco del material fino

Datos: C = 826 gr

 

W% = 3.27 %

  c)

Para el calcular el peso acumulado en el tamiz i del material bajo 4,75 mm se parte de los pesos acumulados realizado al material C, de acuerdo a la expresión:

Datos: acum T10 =114 gr acum T40 =404 gr D´= 18063.92 gr C =826 gr W% = 3.27 acumulado tamiz #4 = 12856 gr

           

INGENIERÍA CIVIL

            d)

Para el peso retenido de los tamices

Datos: Acumulado i = 4300 gr. Acumulado i-1 = 1183 gr.

e)

    

Calculo del porcentaje parcial

Datos: R i =1183 gr D´ = 18063.71 gr

      

Registrar los resultados en el formulario así como s e muestra en el EJEMPLO.

INGENIERÍA CIVIL TABLA 8.1. EJEMPLO

ESCUELA MILITAR DE INGENIERÍA LABORATORIO DE SUELOS AN LISIS POR TAMIZADO DEL AGREGADO GRUESO Y FINO (AASHTO T-27/T-88) Tamices

Peso

No

(mm)

3"

75.0

0.0

2"

50.8

1 1/2"

Porcentaje

Retenido Acumulado

Especificaciones superior

inferior

Muestra A. Grueso

Parcial

Acumulado

que pasa

Peso Húmedo (grs)

0.0

0.0

0.0

100.0

1183.0

1183.0

6.5

6.5

93.5

37.5

3117.0

4300.0

17.3

23.8

76.2

1"

25.4

3154.0

7454.0

17.5

41.3

58.7

3/4"

19.0

1505.0

8959.0

8.3

49.6

50.4

1/2"

12.7

1602.0

10561.0

8.9

58.5

41.5

Muestra A. Fino

3/8"

9.5

839.0

11400.0

4.6

63.1

36.9

Peso Húmedo (grs)

No 4

4.75

1456.0

12856.0

8.1

71.2

28.8

T-10

2.00

742.2

13598.2

4.1

75.3

24.7

T-40

0.425

1888.2

15486.4

10.5

85.7

14.3

T-100

0.150

1601.7

17088.1

8.9

94.6

5.4

T-200

0.075

253.9

17342.0

1.4

96.0

4.0

18234.00 Peso Seco (grs) 18063.71

826.00 Peso Seco (grs) 799.85

GRANULOMETRIA " " 2 2 " " " / / 4 2 8 1 1 " / / / 2 1 1 3 1 3

4 º N

0 1 º N

0 4 º N

0 0 1 º N

0 0 2 º N

0 8 . 0 5

0 5 7 . 4

0 0 0 . 2

5 2 4 . 0

0 5 1 . 0

5 7 0 . 0

a 100 s a P 90 e u Q 80 %

70 60 50 40 30 20 10 0

0 0 . 5 7

0 5 . 7 3

0 4 . 5 2

0 0 . 9 1

0 0 7 . 0 2 5 . 1 9


9


ASTM D422: Análisis granulométrico por tamizado. AASHTO T88: Análisis granulométrico por tamizado. Manual de Ensayos de Suelos y Materiales –Suelos ABC: S0302: Análisis granulométrico por tamizado.

Abertura Tamiz (mm.)

INGENIERÍA CIVIL

1

OBJETIVO

Determinar el límite líquido de los suelos, mediante la máquina Casagrande. 2

USO Y SIGNIFICADO

Este método de ensayo se utiliza como parte integrante de varios sistemas de clasificación de ingeniería para caracterizar las fracciones de grano fino de los suelos y para especificar la fracción de grano fino de materiales de construcción. El límite líquido se utiliza ampliamente, con otras propiedades del suelo que se correlacionan con el comportamiento de ingeniería tales como compresibilidad, (conductividad permeabilidad), compactibilidad, de contracción, se hinchan y resistencia al corte hidráulico. El líquido y los límites de plástico de un suelo y su contenido de agua se puede utilizar para expresar su consistencia relativa o índice de liquidez. Además, el índice de plasticidad y el porcentaje más fino que el tamaño de las partículas de 2 micras s e pueden utilizar para determinar el número de actividad. El límite líquido de un suelo que contiene cantidades considerables de materia orgánica disminuye drásticamente cuando el suelo es secado en el horno antes de la prueba. Comparar el límite líquido de una muestra antes y después del horno de secado por lo tanto se puede utilizar como una medida cualitativa del contenido de materia orgánica de un suelo. 3


EQUIPOS PLATO DE EVAPORACIÓN Debe ser de porcelana, acero inoxidable, bronce o aluminio, con un diámetro de aproximadamente 120 mm.

ESPÁTULA

Debe contar con una hoja flexible de aproximadamente 75 mm de largo y 20 mm de ancho.

APARATO DE LIMITE LÍQUIDO (MÁQUINA CASAGRANDE) Taza de bronce con una masa de 200 ± 20 g, montada en un dispositivo de apoyo fijado a una base de plástico duro de una resiliencia tal que una bolita de acero de 8 mm de diámetro, dejada caer libremente desde una altura de 25 cm, rebote entre un 75 y un 90%.

INGENIERÍA CIVIL EQUIPOS ACANALADOR Combinación de acanalador y calibre, construido de acuerdo con el plano y dimensiones de la figura.

CÁPSULA PARA SECADO Debe ser de aluminio, bronce o acero inoxidable

BALANZA La balanza debe tener una precisión de 0,01 g.

PROBETA GRADUADA La probeta debe tener una capacidad mínima de 25 ml.

HORNO

Provisto de circulación de aire y temperatura regulable capaz de mantener la temperatura a 60 ± 5°C.


4

EXTRACCIÓN Y PREPARACIÓN DE LA MUESTRA

Para comenzar con el procedimiento previamente se realizara los siguientes pasos formulado por la norma: TABLA 4.1. EXTRACCIÓN Y PREPARACIÓN DE LA M UESTRA


Ajuste de la Altura de Caída de la Taza: Gire la manivela hasta que la taza se eleve a su mayor altura.

Antes de cada ensayo verifique que la base y la taza estén limpias y secas.

INGENIERÍA CIVIL EXTRACCIÓN Y PREPARACIÓN DE LA MUESTRA

Extraiga por cuarteo una muestra representativa de un tamaño tal que asegure una masa mínima de ensayo de 500 g de material bajo tamiz 0,425 mm (N° 40).

Desmenuce los terrones con mortero, sin reducir el tamaño natural de las partículas individuales.

Seque la muestra al aire o en horno a una temperatura que no exceda de 60°C. Masa mínima requerida para el ensayo 160 gr. Coloque la muestra en el plato de evaporación; agregue agua destilada y mezcle completamente mediante la espátula. Continúe la operación durante el tiempo y con la cantidad de agua destilada necesarios para asegurar una mezcla homogénea.

El tiempo de curado de las muestras depende del grado de plasticidad del suelo, para lo cual existe la siguiente clasificación: -Suelos de alta plasticidad: ≥24 h -Suelos de plasticidad media: ≥12 h -Suelos de baja plasticidad: ≥ 1 h


INGENIERÍA CIVIL 5


PROCEDIMIENTO

PASO 1 Colocar el aparato de límite líquido sobre una base firme. Colocar en la taza una porción de la muestra acondicionada utilizando una espátula; la masa de suelo deberá colocarse centrándola en el punto de apoyo de la taza con la base.

PASO 2 Moldee la masa de suelo con la espátula hasta obtener la forma indicada, evitando incorporar burbujas de aire en la mezcla. Enrase y nivele a 10mm en el punto de máximo espesor. Reincorpore el material excedente al plato de evaporación.

PASO 3 Divida la pasta de suelo. Pasando el acanalador, manteniéndolo perpendicular a la superficie interior de la taza; en ningún caso debe existir desprendimiento de la pasta del fondo de la taza; si ello ocurre, retire todo el material y reinicie el procedimiento.

PASO 4

La formación de la ranura se debe lograr con el mínimo de pasadas, limpiando el acanalador después de cada pasada.

PASO 5 Gire la manivela levantando y dejando caer la taza con una frecuencia de dos golpes por segundo, hasta que las paredes de la ranura entren en contacto en el fondo del surco a lo largo de un tramo de 10 mm.; si el cierre de la ranura es irregular, descarte el resultado. Registre el número de golpes obtenido (N).


PASO 6

Retire aproximadamente 10 g del material que se junta en el fondo del surco; colóquelo en una cápsula de secado y determine su humedad (w).

PASO 7

Transfiera el material que quedó en la taza al plato de evaporación; lave y seque la taza y el ranurador.

PASO 8 Continúe batiendo con la espátula la pasta de suelo que quedó en el plato de evaporación para obtener un secado homogéneo. El ensayo requiere de al menos cinco puntos para el trazado de la curva de fluidez. Se recomienda que los puntos seleccionados se encuentren en el rango de 10 a 45 golpes. Fuente: Elaboración propia

6

CÁLCULOS

Los cálculos a continuación se realizarán en el formulario. 1.

Calcule y registre la humedad de cada determinación (w), de acuerdo con el método definido anteriormente para determinar el contenido de humedad.

2.

Construya un gráfico semi-logarítmico, con la humedad (w) como ordenada en escala aritmética y el número de golpes (N) como abscisa en escala logarítmica.

3.

Dibuje los puntos correspondientes a los resultados de cada una de las cinco (o más) determinaciones efectuadas y construya una recta (curva de fluidez) que pase tan aproximadamente como sea posible por los puntos.

Donde

  * 

N: número de golpes y w es contenido de humedad.

INGENIERÍA CIVIL Para los casos que se tengan cinco puntos (lo mínimo que se debe exigir son 3), deberán considerarse dos puntos que contengan la suficiente humedad para que el número de golpes sea menor a 25, y los otros dos puntos con contenidos de humedad de manera de obtener un número de golpes mayor a los 25. 4.

Exprese el Límite Líquido (LL) del suelo como la humedad correspondiente a la intersección de la curva de fluidez con la abscisa de 25 golpes, aproximando a un decimal.

INGENIERÍA CIVIL 7


ESCUELA MILITAR DE INGENIERIA LABORATORIO DE SUELOS DETERMINACIÓN DEL LÍMITE LÍQUIDO (AASHTO T89) DESCRIPCION SIMB. UNID. Nº de Golpes

1

2

3

4

5

N

Nº de Tara Peso Suelo Húmedo + tara Peso Suelo Seco + tara Peso tara

grs grs grs

Peso agua Peso Suelo Seco Contenido Humedad Resultado del Normograma

grs grs w

% %

Promedio (LL)

LÍMITE LÍQUIDO 100.0 90.0 80.0 D 70.0 A D 60.0 E M U 50.0 H E 40.0 D % 30.0

20.0 10.0 0.0 1

10

NÚMERO DE GOLPES Fuente: Elaboración propia

100

INGENIERÍA CIVIL 8


Calculo de W L. de las muestras Datos: Número de golpes: 27 Contenido de humedad: 49.51%

Calculo Promedio (valor de LL)

 *      

Construya un gráfico semi-logarítmico, con la humedad (w) como ordenada en escala aritmética y el número de golpes (N) como abscisa en escala logarítmica. Dibuje los puntos correspondientes a los resultados de cada una de las cinco (o más) determinaciones efectuadas y construya una recta (curva de fluidez) que pase tan aproximadamente como sea posible por los puntos. Llenar el formulario como se muestra en el EJEMPLO.


ESCUELA MILITAR DE INGENIERIA LABORATORIO DE SUELOS DETERMINACIÓN DEL LÍMITE LÍQUIDO DE LOS SUELOS DESCRIPCION Nº de Golpes

SIMB.

UNIDAD

1

2

3

27

22

15

4

1

4

grs

36.39

37.45

33.96

grs

30.86

31.42

28.96

grs

19.69

19.73

19.74

grs

5.53

6.03

5

grs

11.17

11.69

9.22

%

49.51

51.58

54.23

%

49.97

50.79

50.98

N

Nº de Tara Peso S uelo Húmedo + tara Peso Suelo Seco + tara Peso tara Peso agua Peso Suelo Seco Contenido Humedad Resultado del Normograma

w

Promedio (LL)

4

5

50.58

CURVA DE FLUIDEZ 55.0 54.0 D A53.0 D E M U52.0 H E D 51.0 %

50.0 y = -0.3924x + 60.144 49.0 1

10

NÚMERO DE GOLPES


100

INGENIERÍA CIVIL 9


ASTM D4318: Determinación del límite líquido de los suelos. AASHTO T89: Determinación del límite líquido de los suelos. Manual de Ensayos de Suelos y Materiales-Suelos ABC: S0304: Determinación del límite líquido de los suelos.

INGENIERÍA CIVIL

1

OBJETIVO

Determinar el Límite Plástico y el Índice de Plasticidad de los suelos. 2

USO Y SIGNIFICADO

Este método de ensayo se utiliza como parte integrante de varios sistemas de clasificación de ingeniería para caracterizar las fracciones de grano fino de los suelos y para especificar la fracción de grano fino de materiales de construcción El límite plástico, y el índice de plasticidad de los suelos también se utilizan ampliamente, ya sea individualmente o en conjunto, con otras propiedades del suelo que se correlacionan con el comportamiento de ingeniería tales como compresibilidad, (conductividad permeabilidad), compactibilidad, de contracción, se hinchan y resistencia al corte hidráulico. Los límites de plástico de un suelo y su contenido de agua se pueden utilizar para expresar su consistencia relativa o índice de liquidez. Además, el índice de plasticidad y el porcentaje más fino que el tamaño de las partículas de 2 micras se pueden utilizar para determinar el número de actividad. 3


EQUIPOS PLATO DE EVAPORACIÓN Debe ser de porcelana, acero inoxidable, bronce o aluminio, con un diámetro de 120 mm aproximadamente.

ESPÁTULA Debe tener una hoja flexible de aproximadamente 75 mm de largo y 20 mm de ancho.

SUPERFICIE DE AMASADO

Placa de vidrio esmerilado de 20 x 20 cm.

CÁPSULAS DE SECADO Deben ser de aluminio, bronce o acero inoxidable.

INGENIERÍA CIVIL EQUIPOS BALANZA Debe tener una precisión de 0,01 g.

PROBETA GRADUADA

Debe tener una capacidad mínima de 25 ml.

PATRÓN DE COMPARACIÓN Alambre o plástico de 3 mm de diámetro.

HORNO Debe tener circulación de aire y temperatura regulable, capaz de mantener una temperatura de 60 ± 5 ºC. Fuente: Elaboración propia

4


Para comenzar con el procedimiento previamente se realizará los siguientes pasos formulado por la norma: TABLA 4.1. EXTRACCIÓN Y PREPARACIÓN DE L A MUESTRA


Extraiga, por cuarteo, una muestra representativa de un tamaño que asegure una masa mínima de ensayo de 500g de material bajo tamiz 0,425mm (Nº 40).

Desmenuce los terrones con mortero, sin reducir el tamaño natural de las partículas individuales.

Secar la muestra al aire o en horno a una temperatura que no exceda de 60ºC.

Las masas requeridas para este ensayo son los siguientes: •Límite Líquido 60g •Límite Plástico 40g •Límite de Contracción 100g •Ensayos de Control 200g

INGENIERÍA CIVIL EXTRACCIÓN Y PREPARACIÓN DE LA MUESTRA

Coloque la muestra en el plato de evaporación; agregue agua destilada y mezcle completamente mediante la espátula. Continúe la operación durante el tiempo y con la cantidad de agua destilada necesarios para asegurar una mezcla homogénea.

El tiempo de curado de las muestras depende del grado de plasticidad del suelo, existiendo la siguiente clasificación: •Suelos de alta plasticidad: ≥24 h •Suelos de plasticidad media: ≥ 12 h •Suelos de baja plasticidad: ≥1 h


5


PROCEDIMIENTO

PASO 1

Tome una porción de la muestra de ensayo acondicionada de aproximadamente 1 cm3. Amasar la muestra entre las manos; luego hágala rodar sobre la superficie de amasado, ejerciendo una leve presión con la palma de la mano hasta conformar un cilindro.

PASO 2 Cuando el cilindro alcance un diámetro de aproximadamente 3 mm, doble, amase nuevamente y vuelva a conformar el cilindro. Repita la operación, manteniendo la velocidad y la presión de amasado, hasta que el cilindro se disgregue al llegar a un diámetro de aproximadamente 3 mm, en trozos del orden de 0,5 a 1 cm de largo y no pueda ser reamasado ni reconstituido.

INGENIERÍA CIVIL PASO 3 Reúna las fracciones del cilindro disgregado y colóquelas en una cápsula de secado, previamente tarada. Determine y registre la humedad (w), aproximando a un decimal. Repita las anteriores etapas con dos porciones más de la muestra de ensayo. Fuente: Elaboración propia

6

CÁLCULOS

Los cálculos a continuación se realizaran en el formulario. Calcule el Límite Plástico (LP) como el promedio de las tres determinaciones efectuadas sobre la muestra de ensayo, aproximando a un decimal. Las determinaciones no deben diferir entre sí en más de dos puntos; cuando no se cumpla esta condición, repita todo el ensayo. 1.Calcule el Índice de Plasticidad (IP) del suelo de acuerdo con la fórmula siguiente:

Dónde:



IP: Índice de Plasticidad del suelo (%). LL: Límite Líquido del suelo (%). LP: Límite Plástico del suelo (%). 2.Cuando no pueda determinar uno de los dos límites (LL o LP), o la diferencia resulte negativa, informe el Índice de Plasticidad como NP (no plástico). 3.Calcule el Índice Líquido (IL) del suelo de a cuerdo con la fórmula siguiente:

Dónde:

  

IL: Índice Líquido del suelo. w: Humedad natural del suelo (%). LP: Límite Plástico del suelo (%). IP: Índice de Plasticidad del suelo (%). 4.Calcule el Índice de Consistencia (IC) del suelo de acuerdo con la fórmula siguiente:

IC: Índice de Consistencia del suelo. LL: Límite Líquido del suelo (%). W: Humedad natural del suelo (%).

  

INGENIERÍA CIVIL IP: Índice de Plasticidad del suelo (%). El llenado de los datos se realizara en el formulario del ensayo. 7


ESCUELA ESCUE LA MILITAR MILITAR DE INGENIERIA LABORATORIO LABORATORIO DE SUELOS S UELOS DETERMINA DETER MINACIÓN CIÓN DEL LÍMITE LÍMITE LÍQUIDO LÍQUIDO (AASHTO (AASHTO T89) T89 ) DESCRIPCION SIMB. UNID. Nº de Golpes

1

2

3

4

5

N

Nº de Tara Peso Suelo Húmedo + tara Peso Suelo Seco + tara Peso tara

grs grs grs

Peso agua Peso Suelo Seco Contenido Humedad Resultado del Normograma

grs grs w

% %

Promedio (LL) Fuente: Elaboración propia

8


El cálculo de LP será el promedio de los contenidos de humedad. Proceder a llenar el formulario de igual manera que el EJEMPLO.

    

INGENIERÍA CIVIL

TABLA 8.1. EJEMPLO

ESCUELA ESC UELA MILITAR MILITAR DE INGENIERIA LABORATORIO LABORATORIO DE SUELOS SU ELOS DETERMINACIÓ DETE RMINACIÓN N DEL LÍMITE LÍMITE PLÁSTICO DE LOS SUELOS DESCRIPCION SIMB. UNIDAD Nº de Tara Peso Suel S uelo o Húmedo Húmedo + tara Peso Suel S uelo o Seco + tara Peso tara

gr. gr. gr.

Peso agua

gr.

Peso Suel S uelo o Seco Contenido Humedad(w%) Promedio

gr. %

1

2

3

14

10

6

36.14

34.8

34.84

34.92

33. 45

33.54

31.3

29. 46

29. 7

1.22

1. 35

1. 3

3.62

3. 99

3.84

33.7

33. 83

33.85

33.793

(LP)


9

4


ASTM D4318: Determinación del límite límite Plástico e Índice Índice de plasticidad AASHTO T90: T90: Determinación del límite límite Plástico e Índice Índice de plasticidad Manual de Ensayos de Suelos y Materiales-Suelos ABC: S0305: Determinación del límite Plástico e Índice de plasticidad

5

INGENIERÍA CIVIL

1

OBJETIVO

Establecer el procedimiento para determinar, mediante un picnómetro, la densidad de partículas sólidas de suelos compuestos por partículas menores que 5 mm. Cuando el suelo se compone de partículas mayores que 5 mm se debe aplicar el método de determinación de densidad neta de los gruesos, según Método para Determinar la Densidad Real, La Densidad Neta y La Absorción de Agua en áridos Gruesos. Cuando el suelo se compone tanto de partículas mayores como menores que 5 mm, separe en el tamiz de 4,75 mm (N° 4), determine y registre el porcentaje en masa seca de ambas fracciones y ensáyelas por separado con el método correspondiente. El resultado es el promedio ponderado de ambas fracciones. 2

USO Y SIGNIFICADO

La densidad relativa es la característica generalmente usada para calcular el volumen que ocupa el agregado en las varias mezclas que contienen agregado, incluyendo el concreto de cemento hidráulico, el concreto bituminoso, y otras mezclas que son proporcionadas o analizadas sobre la base de volumen absolut o. La densidad aparente y la densidad relativa aparente se refieren al material sólido constituyente de las partículas no incluyendo el espacio poroso dentro de las partículas que es accesible al agua. Este valor no es ampliamente utilizado en la tecnología de agregados para la construcción. Los valores de absorción se usan para calcular el cambio de masa de un agregado debido al agua absorbida en los espacios porosos dentro de las partículas, comparados a la condición seca, cuando se estima que el agregado ha estado en contacto con el agua por el tiempo suficiente para satisfacer el potencial de absorción. El estándar de laboratorio para la absorción es aquel obtenido después de sumergir el agregado seco por un período de tiempo prescrito. Los agregados obtenidos bajo la napa freática, comúnmente tendrán un contenido de humedad mayor que la absorción determinada por este método de ensayo, si se usan sin darles la oportunidad de un secado previo a su uso. 3


EQUIPOS PICNÓMETRO Frasco volumétrico con una capacidad igual o mayor que 100 ml o botella con tapón con una capacidad igual o mayor que 50ml; el tapón debe ser del mismo material que la botella, de forma y tamaño adecuados para insertarse fácilmente a una profundidad marcada en el cuello de la botella y tener una perforación central que permita la eliminación de aire y agua sobrante.

INGENIERÍA CIVIL EQUIPOS BALANZA Con resolución de 0,01 g, si se emplea el frasco o con resolución de 0,001 g, si se emplea la botella.

REDUCTOR DE PRESIÓN

Aspirador o bomba de vacío y sus accesorios.

HERRAMIENTAS Y ACCESORIOS

Recipientes para las muestras, brochas, poruña, embudo, termómetro, horno, secador, etc

MATERIALES Agua destilada o desmineralizada desaireada, kerosene, solución disolvente de grasas, etc. Fuente: Elaboración propia

4




Limpie, seque, pese y registre la masa del picnómetro vacío (Mf ). La limpieza del picnómetro se puede efectuar con amoníaco o algún disolvente de grasa, enjuagar con agua destilada posteriormente con alcohol y se lava con éter.

Llene con agua destilada a temperatura ambiente hasta que la parte inferior del menisco coincida con la marca de calibración. Seque el interior del cuello del picnómetro y también el exterior. Pese y registre la masa del picnómetro más el agua (Ma). Inserte un termómetro en el agua hasta el centro del picnómetro. Determine y registre la temperatura de calibración (ti) aproximando a 1°C.

INGENIERÍA CIVIL

  (  )

EXTRACCIÓN Y PREPARACIÓN DE LA MUESTRA De la masa del picnómetro más el agua a la temperatura de calibración (Mati) se debe preparar una tabla de valores de la masa del picnómetro más el agua (Ma) para la serie de temperaturas que probablemente prevalezcan durante el ensayo. Calcule los valores de Ma a distintas temperaturas de acuerdo con la fórmula siguiente:

Dónde:

Vp : Volumen calibrado de cada frasco volumétrico. ρwti: Densidad del agua a la temperatura de calibración (g/cm3 ó Kg./l)TABLA 4.2. Mati: Masa del picnómetro más el agua a la temperatura de calibración (g). Mf : Masa del picnómetro vacío (g).

La muestra de ensayo puede estar con su humedad natural o seca en horno, compuesta por partículas menores que 5 mm referido a su masa seca, de 25 g cuando se usa el frasco y de 10 g cuando se usa la botella con tapón.


TABLA 4.2. DENSIDAD DEL AGUA EN FUNCIÓN DE LA TEMPERATURA

Temperatura °C

Densidad del agua (g/mL)

Factor de corrección (K)

15.0

0.99910

1.00090

15.5

0.99902

1.00082

16.0

0.99895

1.00074

16.5

0.99886

1.00066

17.0

0.99878

1.00057

17.5

0.99869

1.00048

18.0

0.99860

1.00039

18.5

0.99850

1.00030

19.0

0.99841

1.00020

19.5

0.99831

1.00010

20.0

0.99821

1.00000

20.5

0.99810

0.99990

21.0

0.99799

0.99979

21.5

0.99789

0.99968

INGENIERÍA CIVIL Temperatura °C

Densidad del agua (g/mL)

Factor de corrección (K)

22.0

0.99777

0.99957

22.5

0.99776

0.99945

23.0

0.99754

0.99933

23.5

0.99742

0.99921

24.0

0.99730

0.99909

24.5

0.99717

0.99897

25.0

0.99705

0.99884

25.5

0.99692

0.99871

26.0

0.99679

0.99858

26.5

0.99665

0.99844

27.0

0.99652

0.99831

27.5

0.99638

0.99817

28.0

0.99624

0.99803

28.5

0.99609

0.99788

29.0

0.99595

0.99774

29.5

0.99580

0.99759

30.0

0.99565

0.99744

30.5

0.99550

0.99729

Fuente: Manual de suelos y Materiales-Suelos

5


PROCEDIMIENTO

PASO 1

Coloque la muestra en el picnómetro, cuidando de evitar pérdidas del material cuando ya se ha determinado su masa seca. Agregue agua destilada cuidadosamente, evitando la formación de burbujas, hasta alcanzar aproximadamente 3/4 de la capacidad del frasco o la mitad de la capacidad de la botella.


PASO 2

Someta el contenido a un vacío parcial (presión de aire igual o menor que 13,3 kPa. Para evitar un burbujeo excesivo aplique un vacío gradual que aumente lentamente hasta el máximo, el cual deberá mantenerse durante 15 min., por lo menos, para conseguir un desairado completo. El picnómetro debe agitarse suavemente para ayudar a la remoción del aire.

PASO 3 Tape el picnómetro con la muestra.

PASO 4

Agregue agua destilada hasta llenar el picnómetro.

PASO 5

Limpie y seque el exterior con un paño limpio y seco.

PASO 6 Determine y registre la masa del picnómetro con la muestra y el agua (Mm).

PASO 7

Determine y registre la temperatura de ensayo del contenido (tx) aproximando a 1°C.


PASO 8

Determine y registre la masa seca (ms) al final del ensayo, evaporando el agua en horno a 110 ± 5°C.


6

CÁLCULOS

Los cálculos a continuación se realizaran en los formularios siguientes.

a)

Calcule la masa del frasco volumétrico + agua a la temperatura de ensayo como sigue:

    

Dónde:

Mpw,t=Masa del picnómetro lleno de agua a la temperatura del ensayo tt, (g). ρw,t=Densidad del agua a la temperatura del ensayo tt, g/ml ó g/cm3, ver TABLA 4.2

Vp=Volumen de calibración del picnómetro a la temperatura del ensayo t t.

b)

Calcule la gravedad específica de los sólidos del suelo (G t) a la temperatura de ensayo, como sigue:

 ⁄    ⁄     ⁄   

Gs TX ⁄ (20 °C)= valor de Peso Específico respecto del agua a 20°C.

Gst = Gravedad específica de los sólidos del su elo a la temperatura de ensayo γs= Densidad de los sólidos del suelo Mg/m3 o g/cm3, ρw,t =Densidad del agua a la temperatura de ensayo, de Tabla 5.2, g/ml o g/cm3,

Ms = Masa de los sólidos del suelo secado en horno (g), y Ma= Masa del frasco volumétrico y agua a la temperatura de ensayo, en g, determinada en la calibración del mismo. Mm =Masa del frasco volumétrico, agua y sólidos del suelo a la temperatura de ensayo, g.

c)

Calcule la gravedad específica de los sólidos del suelo a 20 ºC como sigue:

INGENIERÍA CIVIL

   Dónde: Gs20°C = Gravedad específica de los sólidos del suelo a 20 ºC, K = Coeficiente de temperatura dado en la TABLA 4.2 Gst = Gravedad específica de los sólidos del su elo a la temperatura de ensayo

Nota: - Para calcular la gravedad específica promedio de los sólidos de suelos que contienen partículas que se retienen y pasan en el tamiz No. 4, utilice la siguiente ecuación:

Dónde:

     

Gprom 20ºC = Gravedad específica promedio para los sólidos del suelo que contienen partículas que se retienen y pasan en el tamiz No. 4 R = Porcentaje de suelo retenido en la malla Nº 4 (4.75-mm), P = Porcentaje de suelo que pasa la malla Nº 4 (4.75-mm), G1 20ºC = Gravedad específica aparente del suelo retenido en el tamiz Nº4 (4.75mm), determinada por el método C 127, corregido a 20°C, G2 20ºC = Gravedad específica de los sólidos del suelo que pasan el tamiz Nº 4 (4.75mm), a 20°C determinada por este método de ensayo.

INGENIERÍA CIVIL 7


ESCUELA ESC UELA MILITAR MILITAR DE INGENIERÍA LABORATORIO DE SUEL S UELOS OS DETERMINACIÓN DETERMINACIÓN DEL PESO ESPECÍFI ESPEC ÍFICO CO DE LOS SUELOS (ASTM D 854) CALIBRACIÓN DEL PICNÓMETRO DESCRIPCION 1 2 UNIDAD N° de picnometro Masa de picnometro picnometro

gr

Temperatu Temperatura ra de calibración

°C

Masa de picnometro+ picnometro+ agua a temperatur temperatura a de d e calibración calibraci ón Densidad del agua a temperatur temperatura a de d e calibración calibraci ón

gr gr/ml

Volumen del picnómetro

ml

Volumen promedio del picnómetro

ml Fuente: Elaboración propia

INGENIERÍA CIVIL TABLA 7.2. FORMULARIO 2

ESCUELA ESC UELA MILITAR MILITAR DE INGENIERÍA LABORATORIO DE SUEL S UELOS OS DETERMINACIÓN DETERMINACIÓN DEL PESO ESPECÍFI ESPEC ÍFICO CO DE LOS SUELOS (ASTM D 854) PESO ESPECIFI ESPEC IFICO CO DESCRIPCION

UNIDAD

Temperatura de ensayo (Te) Densidad del agua a temperatura de ensayo Masa de picnometro+suelo+ picnometro+suelo+ agua a Te Masa de picnomet pi cnometro+ ro+ agua a Te

°C gr/ml gr gr

N° de recipient recipi ente e Masa de recipiente

gr

Masa suelo seco+recipient seco+recipi ente e

gr

Masa de suelo seco

gr

Gravedad Gravedad específica específica a temperatura de ensayo (Gt) Coeficient Coefici ente e de temperatura temperatura Gravedad Gravedad específica específica a temperatura temperatura de 20° 20 ° C (Gs) Fuente: Elaboración propia

8


Datos: Masa del frasco volumétrico (Mp) : 195.31 g Masa del frasco volumétrico + agua 25 °C (Mpw,c)1 : 69 2.73 g Masa del frasco volumétrico + agua 27 °C (Mpw,c)2 : 69 2.57 g Masa del frasco volumétrico + agua + suelo (Mpws,t) : 744.51 g Temperatura de ensayo (Te) : 26.5 °C Densidad del agua a 25 °C ( obtenido de tabla 5.2) : 0.99705 g/mL Densidad del agua a 26.5 °C (obtenido de tabla 5.2) : 0.99665 g/mL

1

2

INGENIERÍA CIVIL Densidad del agua a 27 °C ( obtenido de tabla 5.2) : 0.99652 g/mL Masa de recipiente (#15) : 121.18 g Masa de suelo seco + recipiente (#15) : 203.69 g Coeficiente de temperatura a 26.5 °C (K) : 0.99844

d)

Determine el promedio del volumen del frasco volumétrico calibrado

Para Tc = 25 °C

Para Tc = 27 °C

Volumen promedio =498.94 g/ml

                 

e)

Determine la masa del picnómetro + agua a la temperatura de ensayo

f)

Determine la gravedad específica de los sólidos

        

Masa de los sólidos del suelo= 203.69- 121.18 = 82.51 gr

    

g)

Calcular la gravedad específica de los sólidos del suelo referida a 20 °C

   


ESCUELA MILITAR DE INGENIERÍA LABORATORIO DE SUELOS DETERMINACIÓN DEL PESO ESPECÍFICO DE LOS SUELOS (ASTM D 854) CALIBRACIÓN DEL PICNÓMETRO DESCRIPCION UNIDAD 1 2 N° de picnometro Masa de picnometro

gr

Temperatura de calibración

°C

Masa de picnometro+ agua a temperatura de calibración Densidad del agua a temperatura de calibración

M-1

M-2

195.31

195.15

25

27

25

27

gr

692.73 692.57 692.35 691.98

gr/ml

0.9971 0.9965 0.9971 0.9965

Volumen del picnómetro

ml

Volumen promedio del picnómetro

ml

498.89

499

498.94


498.67 498.57 498.62

INGENIERÍA CIVIL TABLA 8.2. EJEMPLO 2

ESCUELA MILITAR DE INGENIERÍA LABORATORIO DE SUELOS DETERMINACIÓN DEL PESO ESPECÍFICO DE LOS SUELOS (ASTM D 854) PESO ESPECIFICO DESCRIPCION Temperatura de ensayo (Te) Densidad del agua a temperatura de ensayo Masa de picnometro+suelo+ agua a Te Masa de picnometro+ agua a Te

UNIDAD

1

2

°C

26.5

26.5

gr/ml

0.99665

0.99665

gr

744.51

745.21

gr

692.58

692.10

15

3

N° de recipiente Masa de recipiente

gr

121.18

107.98

Masa suelo seco+recipiente

gr

203.69

192.68

Masa de suelo seco

gr

82.51

84.70

2.70

2.68

0.9984

0.9984

2.69

2.68

Gravedad específica a temperatura de ensayo (Gt) Coeficiente de temperatura de (Te) Gravedad específica a temperatura de 20° C (Gs)


9


ASTM D854 Determinación del peso específico de los suelos. AASHTO T100: Determinación del peso específico de los suelos. Manual de Ensayos de Suelos y Materiales-Suelos ABC: S0307: Determinación del peso específico de los suelos.

INGENIERÍA CIVIL

1

OBJETIVO

Indicar, bajo condiciones estándar, las proporciones relativas de arcilla o finos plásticos y polvo en suelos granulares y agregado fino que pasa la malla de 4.75 mm (No. 4). El término “equivalente de arena” expresa

el concepto que la mayoría de suelos granulares y agregado fino son mezclas deseables de partículas gruesas, arena y generalmente no deseables arcillas, finos plásticos y polvo 2

USO Y SIGNIFICADO

Esta prueba de equivalente de arena tiene como objetivo principal el determinar la calidad que tiene un suelo que se va emplear en las capas de un pavimento, esta calidad es desde el punto de vista de su contenido de finos indeseables de naturaleza plástica. 3

EQUIPO TABLA 3.1. DESCRIPCIÓN DE EQUIPOS

EQUIPOS PROBETA GRADUADA

De 30 ± 1 mm de diámetro interior y aproximadamente 400 mm de alto, graduado en milímetros hasta una altura de 380 mm (o graduada en mililitros hasta una capacidad de 270 ml) y provisto de un tapón hermético de caucho

   



PISÓN Una varilla de bronce. Un pie de bronce troncocónico. Un par de guías. Una sobrecarga cilíndrica de acero laminado en frío. Sifón: Compuesto por los siguientes elementos: 1. Una botella de aproximadamente 4L.

2. 3. 4.

Una tubería de entrada de aire que penetre al interior de la botella. Una tubería de irrigación. Un tubo irrigador conectado al extremo exterior de la tubería de irrigación.

AGITADOR MECÁNICO

Con un desplazamiento horizontal de 200 ± 2 mm y una velocidad de agitación de 175 ± 2 ciclos/min.

INGENIERÍA CIVIL EQUIPOS REACTIVOS PARA SOLUCIÓN BASE Componentes. Emplee los siguientes materiales en las cantidades que se indican: -240 g de cloruro de calcio anhidro, grado técnico. -1.085 g de glicerina farmacéutica. -25 g de formaldehído (solución 40% de volumen / volumen).

Preparación: Disuelva el cloruro de calcio en 1 l de agua destilada y filtre. Agregue la glicerina y el formaldehído a la solución, mezcle bien y diluya a 2L con agua destilada.

REACTIVOS PARA SOLUCIÓN DE ENSAYO

Tome 22,5 ml de la solución base y diluya a 1 L con agua destilada. Se debe mantener la temperatura de la solución a 22 ± 3ºC durante todo el ensayo.

HERRAMIENTAS Y ACCESORIOS Embudos, botellas para reactivos, regla de enrase, etc.

MEDIDOR Un recipiente de 85 ± 5 ml de capacidad

TAMIZ

Con abertura de 4,75mm (Nº 4)


4


Para comenzar con el procedimiento previamente se realizara los siguientes pasos formulado por la norma:

INGENIERÍA CIVIL TABLA 4.1. EXTRACCIÓN Y PREPARACIÓN DE LA M UESTRA


Obtener una muestra igual o mayor que 2.000 g de material bajo 4,75mm. La muestra para cada ensayo debe ser igual a una medida llena (85 ± 5 ml)

Pesar la muestra en estado húmedo por el tamiz de 4,75 mm; disgregar manualmente los terrones de material arcilloso. Si el material retenido tiene adheridas capas de material arcilloso, remueva secando el material retenido y frotándolo entre las manos sobre un recipiente. El polvo resultante debe incorporarse a la muestra y el material retenido debe desecharse.

Cuartear la muestra hasta obtener material suficiente para llenar cuatro medidas. Secar hasta masa constante en horno a una temperatura de 110 ± 5° C; dejar enfriar a temperatura ambiente.


5


PROCEDIMIENTO

PASO 1 Sifonear la solución de ensayo en la probeta hasta que alcance un nivel de 100 ± 5 mm.

PASO 2

Cuartear el material suficiente para llenar una medida.


PASO 3

Llenar una medida; asentar el material golpeando el fondo de la probeta contra la mesa de trabajo al menos 4 veces. Golpear firmemente el fondo de la probeta contra la palma de la mano hasta desalojar las burbujas de aire. Enseguida dejar la probeta en reposo por un período de 10 min

PASO 4 Colocar el tapón y soltar la arena del fondo inclinando y sacudiendo el tubo. Agite la probeta y su contenido mediante uno de los siguientes procedimientos:

Agitación manual: Sujetar la probeta en posición horizontal y agitar vigorosamente en un movimiento lineal horizontal con un desplazamiento de 230 ± 25 mm. Agitar 90 ciclos en aproximadamente 30 s.

Agitación mecánica: Fijar la probeta en el agitador mecánico y agitar durante un período de 45 ± 1s.

PASO 5

Colocar la probeta sobre la mesa de trabajo, destápela y lave sus paredes interiores con un irrigador.


PASO 6

Introducir el irrigador hasta el fondo de la probeta con un movimiento lento de penetración y torsión para remover todo el material. La manera de sacar el irrigador es de forma similar.

PASO 7

Dejar en reposo por un periodo de 20 min ± 15 s.

PASO 8

Registrar el nivel superior de la arcilla (Nt ) aproximando al milímetro.

PASO 9

Introduzca el pisón en la probeta y hágalo descender suavemente hasta que quede apoyado en la arena. Registrar el nivel superior de la arena (Na) aproximando al milímetro.


INGENIERÍA CIVIL 6

CÁLCULOS

Calcule el equivalente de arena de acuerdo con la fórmula siguiente, aproximando al 1%.

 *

Dónde: EA: Equivalente de arena (%) Na :Nivel superior de la arena (mm) Nt : Nivel superior de la arcilla (mm) 7


ESCUELA MILITAR DE INGENIERÍA LABORATORIO DE SUELOS MÉTODO PARA DETERMINAR EL EQUIVALENTE DE ARENA (ASTM D 2419) DESCRIPCIÓN SIMBOLO 1 2 3 Nivel superior de la arena Na (mm) Nivel superior de la arcilla(mm)

Nt

Equivalente de arena

EA

Promedio EA Fuente: Elaboración propia

8


Calcule el equivalente de aena de la siguiente manera. Datos: Na: 2.5 Nt: 5.1

*  *  

INGENIERÍA CIVIL Luego se procede a calcular el promedio y llenar el formulario como se muestra a continuación. TABLA 8.1. EJEMPLO

ESCUELA MILITAR DE INGENIERÍA LABORATORIO DE SUELOS MÉTODO PARA DETERMINAR EL EQUIVALENTE DE ARENA (ASTM D 2419) DESCRIPCIÓN SIMBOLO 1 2 3 Nivel superior de la arena Na 2.5 2.6 2.5 (mm) Nivel superior de la arcilla(mm)

Nt

5.1

5.1

5.1

Equivalente de arena

EA

49.02

50.98

49.02

Promedio EA

49.67 Fuente: Elaboración propia

9


ASTM D 2419: Método de ensayo estándar para valor equivalente de arena de suelos y agregado fino. Manual de Ensayos de Suelos y Materiales-Suelos ABC: S0308: Método para determinar el equivalente de arena

INGENIERÍA CIVIL

1

OBJETIVO

Determinar la relación entre la humedad y la densidad de un suelo compactado en un molde normalizado, mediante un pisón de 2,5 Kg. en caída libre desde una altura de 305 mm, con una energía específica de compactación de 0,59 J/cm³ ( ≈ 6 kgf cm/cm3). En los suelos que no permiten obtener una curva definida de relación humedad/densidad y que contengan menos de un 12 % de partículas menores que 0,075mm (Nº 200), se debe determinar la densidad de acuerdo con el Método para Determinar la Densidad Relativa en Suelos No Cohesivos que explicará más adelante. Se describen cuatro procedimientos alternativos:

h)

Método A - molde de 100 mm de diámetro: material de suelo que pasa por el tamiz de 4,75mm (Nº 4).

i)

Método B - molde de 150 mm de diámetro: material de suelo que pasa por el tamiz de 4,75mm (Nº 4).

j)

Método C - molde de 100 mm de diámetro: material de suelo que pasa por el tamiz de 19mm (3/4’’).

k)

Método D - molde de 150 mm de diámetro: material de suelo que pasa por el tamiz de 19mm (3/4’’).

2

USO Y SIGNIFICADO

El suelo utilizado como relleno en Ingeniería (terraplenes, rellenos de cimentación, bases para caminos) se compacta a un estado denso para obtener propiedades satisfactorias de Ingeniería tales como: resistencia al esfuerzo de corte, compresibilidad ó permeabilidad. También los suelos de cimentaciones son a menudo compactados para mejorar sus propiedades de Ingeniería. Los ensayos de Compactación en Laboratorio proporcionan las bases para determinar el porcentaje de compactación y contenido de agua que se necesitan para obtener las propiedades de Ingeniería requeridas, y para el control de la construcción para asegurar la obtención de la compactación requerida y los contenidos de ag ua.

INGENIERÍA CIVIL 3


DESCRIPCIÓN DE LOS EQUIPOS MOLDES METÁLICOS

MOLDE DE 100 MM DE DIÁMETRO NOMINAL Debe tener una capacidad (V) de 0,944 ± 0,008 l, un diámetro interno de 101,6 ± 0,4 mm y altura de 116,4 ± 0,1mm.

Deben ser de forma cilíndrica que pueden estar constituidos por una pieza completa o hendida por una generatriz o bien por dos piezas semicilíndricas ajustables. El molde debe contar con un collar separable de aproximadamente 60 mm de altura. El conjunto de molde y collar debe estar construido de modo que pueda ajustarse firmemente a una placa base. Optativamente puede estar provisto de un dispositivo para extraer las muestras compactadas en el molde (extrusor). Los moldes deben tener las dimensiones y capacidad volumétrica que se indican.

PROBETAS GRADUADAS

Una de 500 cm³ de capacidad, graduada a 5 cm³ y otra de 250 cm³ de capacidad, graduada a 2,5 cm³.

PISÓN METÁLICO Debe tener una cara circular de 50 ± 0,2mm de diámetro y una masa de 2500 ± 10g. Debe estar equipado con una guía tubular para controlar la altura de caída a 305 ± 2mm. La guía debe tener a lo menos cuatro perforaciones no menores que 10mm ubicadas a 20mm de cada extremo, separadas en 90° entre sí y dejar una holgura suficiente para no restringir la libre caída del pisón.

MOLDE DE 150 MM DE DIÁMETRO NOMINAL Debe tener con una capacidad (V) de 2,124 ± 0,021 l, un diámetro interno de 152,4 ± 0,7 mm y altura de 116,4 ± 0,1mm.

INGENIERÍA CIVIL DESCRIPCIÓN DE LOS EQUIPOS BALANZAS

Una de 10Kg. de capacidad y precisión de 5g y otra de 1Kg. de capacidad y 0,1g de precisión.

HORNO

La temperatura debe poder regularse y contar con circulación de aire.

REGLA DE ACERO

De 300mm de largo y con un canto biselado.

TAMICES

Tamices tejidos de alambre de abertura de 50 mm (2’’), 19 mm (3/4’’) y 4,75 mm (Nº 4) de abertura nominal.

HERRAMIENTAS

Herramientas y paila para mezclar, cuchara, llana, espátula, etc., o un dispositivo mecánico para mezclado.


INGENIERÍA CIVIL 4



EXTRACCIÓN Y PREPARACIÓN DE LA MUESTRA Pesar y registrar la masa del molde vacío sin collar (mm). Determinar la capacidad volumétrica colocando glicerina u otro material impermeabilizante en la unión entre el cilindro y la placa base y ajústelos firmemente sin el collar. Colocar el molde sobre una superficie firme, plana y horizontal Llenar el molde con agua a temperatura ambiente y enrase con una placa de vidrio, eliminando burbujas de aire y el exceso de agua. Determinar la masa de agua que llena el molde (mw), aproximando a 1 g. Medir la temperatura del agua y determine su densidad (ρw) de acuerdo con la TABLA 4.2, interpolando si fuere necesario. Determinar y registrar la capacidad volumétrica aproximando a 1 cm³ (1 ml), dividiendo la masa de agua que llena el molde por su densidad: Obtener las muestras de acuerdo con lo indicado por la especificación técnica correspondiente. Secar la muestra al aire o en horno a una temperatura menor que 60°C hasta que se vuelva desmenuzable; disgregar entonces los terrones evitando reducir el tamaño natural de las partículas. Pasar por el tamiz de 4,75 mm (Nº 4) para los métodos A y B y por el

   

tamiz de 19 mm (3/4’’) para los métodos C y D, respectivamente.

Descarte el material retenido.

Homogeneizar el material de la muestra del ensayo y separe en cinco fracciones del tamaño indicado en la TABLA 4.3.

Mezclar completamente cada fracción por separado con agua suficiente para que las humedades alcanzadas por las cinco fracciones varíen aproximadamente dos puntos porcentuales entre sí y se distribuyan en las proximidades de la humedad óptima (wo).

Curar cada fracción durante el tiempo necesario para que las fases líquida y sólida se mezclen homogéneamente.

Fuente: Elaboración propia TABLA 4.2. DENSIDAD DEL AGUA SEGÚN TEMPERATURA

TEMPERATURA °C

DENSIDAD (kg/ m3 o g/l )

16 18 20

999.09 998.59 998.2

INGENIERÍA CIVIL TEMPERATURA °C


23 997.54 26 996.78 29 995.94 Fuente: Manual de ensayos de suelos y materiales ABC- suelos

TABLA 4.3. TAMAÑO DE LA MUESTRA DE ENSAYO

DIMENSIÓN DEL MOLDE (mm)

MÉTODO

100 150

5

MASA MÍNIMA DE LA MUESTRA (gr)

MASA APROXIMADA DE FRACCIÓN DE MUESTRA PARA CADA DETERMINACIÓN( gr)

AyC 15000 ByD 30000 Fuente: Manual de ensayos de suelos y materiales ABC- suelos

PROCEDIMIENTO TABLA 5.1.PROCEDIMIENTO

PROCEDIMIENTO

PASO 1

Llenar el molde con una capa de las fracciones de muestra

PASO 2 Colocar una capa de material de aproximadamente un tercio de la altura del molde más el collar

PASO 3

Compactar la capa con 25 golpes de pisón uniformemente distribuidos en el molde de 100 mm (Métodos A y C) y 56 golpes en el molde de 150 mm (Métodos B y D).

PASO 4

Repetir las operaciones. Escarificar ligeramente las superficies compactadas antes de agregar una nueva capa. Al compactar la última capa debe quedar un pequeño exceso de material por sobre el borde del molde.

3000 6000


PASO 5

Terminada la compactación, retirar el collar y enrasar cuidadosamente con la regla al nivel del borde del molde.

PASO 6

Pesar el molde con el suelo compactado. Restar la masa del molde, determinando la masa de suelo compactado que llena el molde (m).

PASO 7 Determinar la densidad húmeda del suelo compactado (ρh) dividiendo la masa del suelo compactado que llena el molde por la capacidad volumétrica de él.

PASO 8

Retirar el material del molde y extraiga dos muestras representativas del suelo compactado.

PASO 9

Colocar en recipientes herméticos y efectúe dos determinaciones humedad. Registre el promedio de ambas determinaciones como humedad del suelo compactado (w).

PASO 10 Repita el procedimiento con cada una de las fracciones restantes hasta que haya un decrecimiento en la densidad húmeda del suelo, con un mínimo de cinco determinaciones. El ensayo se debe efectuar desde la condición más seca a la condición más húmeda Fuente: elaboración propia

  

INGENIERÍA CIVIL 6

CÁLCULO

Los cálculos a continuación se realizaran en los formularios.

a)

Cálculo del volumen del molde de compactación como sigue

           

Dónde:

Vm = Volumen del molde de compactación, pie3 o cm3 hi = Diámetro promedio de la parte inferior del molde de compactación, pulg o mm hs = Diámetro promedio de la parte superior del molde de compactación, pulg o mm dm = Altura promedio del molde de compactación, pulg o mm 1/1728 = Constante para convertir pulg3 a pie3 1/1000 = Constante para convertir mm3 a cm3

b)

Calcular el contenido de humedad de cada especímen de ensayo compactado como sigue:

    

Dónde:

ω = Contenido de agua del espécimen compactado, %

Mh+r = Masa del espécimen húmedo + recipiente, g, Ms+r = Masa del espécimen secado al horno + recipiente, g, Mr = Masa del recipiente, g, Mw = Masa de agua (Mw = Mh+r - Ms+r), g, Ms = Masa de suelo seco (Ms = Ms+r - Mr), g.

c)

Calcule el peso volumétrico húmedo (densidad húmeda) de cada espécimen de ensayo compactado, como sigue:

Dónde:

  

γh = Peso volumétrico húmedo o densidad húmeda del espécimen compactado, Kg/m3

M h+m = Masa del espécimen húmedo compac tado + molde, Kg Mm = Masa del molde de compactación, Kg Vm = Volumen del molde de compactación, m 3

INGENIERÍA CIVIL d)

Densidad Seca

Calcule la densidad seca del suelo compactado para cada determinación de acuerdo con la fórmula siguiente, aproximando a 10 Kg./m³.

Dónde:

   

γd : Densidad seca del suelo compactado (Kg./m³) γh : Densidad húmeda del suelo compactado (Kg./m³)

w : Humedad del suelo compactado (%).

e)

Relación Humedad/ Densidad

Construya un gráfico con la densidad seca del suelo compactado en las ordenadas y la humedad en las abscisas. Registrar puntos correspondientes a cada determinación y construya una curva conectando dichos puntos. Expresar la humedad óptima (wo) como la correspondiente al punto máximo de la curva. Expresar la densidad seca máxima ( γd máx.) como la correspondiente a la humedad óptima.

INGENIERÍA CIVIL 7


ESCUELA MILITAR DE INGENIERÍA LABORATORIO DE SUELOS RELACIONES DE PESO UNITARIO - HUMEDAD MÉTODO ESTÁNDAR (AASHTO T-99) DESCRIPCIÓN UNID 1 2 3 4 5 Determinación Nº N° Capas N° Golpes Peso del Molde + Suelo Húmedo gr Peso del Molde gr Peso Suelo Húmedo gr Volúmen del Molde cc Peso Específico Húmedo kg/m3 Cápsula No Peso Cápsula + Suelo Húmedo gr Peso Cápsula + Suelo Seco gr Peso Agua gr Peso Cápsula gr Peso Suelo Seco gr Contenido de Humedad % Densidad Seca kg/m3 Fuente: Elaboración propia

INGENIERÍA CIVIL TABLA 7.2. GRÁFICO

CURVA DE COMPACTACIÓN 0 .0 0 .0

0 .0 0 .0

10.99

11.99

2,114

No Tocar

2,094 ) 3 m 2,074 / g k ( A 2,054 C E S D A D I S N E D

2,034 2,014 1,994

A B C D

#¡DIV/0! #¡DIV/0! #¡DIV/0!

X= X= X= X=

0.00 0.00 0.00 0.00

Y= Y= Y= Y=

0.0 0.0 0.0 0.0

1,974 1,954 3.99

4.99

5.99

6.99

7.99

8.99

9.99

HUMEDAD (%) Densidad Máxima = Humedad Óptima =


8

EJEMPLOS DE APLICACIÓN

Calcule la densidad seca del suelo compactado. Datos Número de capas= 5 Número de golpes= 56 Peso del molde+ suelo húmedo= 11254 gr Peso del molde= 6821 gr Volumen del molde= 2104 cm 3 N° de cápsula= 60 Peso cápsula +suelo húmedo= 120.2 gr Peso cápsula + suelo seco= 116.2 gr Peso cápsula= 36 gr Los cálculos a continuación se realizaran en los formularios del ANEXO 10 y ANEXO 11.

a)

Calculo del contenido de humedad de cada espécimen

    

INGENIERÍA CIVIL

      b)

Cálculo del peso volumétrico húmedo (densidad húmeda) de cada espécimen de ensayo compactado

c)

       

Densidad Seca


d)

       


Construya un gráfico con la densidad seca del suelo compactado en las ordenadas y la humedad en las abscisas. Llenar el formulario de la siguiente manera:

INGENIERÍA CIVIL TABLA 8.1. EJEMPLO DE FORMULARIO

ESCUELA MILITAR DE INGENIERÍA LABORATORIO DE SUELOS RELACIONES DE PESO UNITARIO - HUMEDAD MÉTODO ESTÁNDAR (AASHTO T-99) DESCRIPCIÓN UNID 1 2 3 4 5 1 2 3 4 Determinación Nº 5 5 5 5 N° Capas 56 56 56 56 N° Golpes Peso del Molde + Suelo Húmedo gr 11254.00 11551.00 11621.00 11430.00 Peso del Molde gr 6821.00 6821.00 6821.00 6821.00 Peso Suelo Húmedo gr 4433.00 4730.00 4800.00 4609.00 Volúmen del Molde cc 2104.00 2104.00 2104.00 2104.00 Peso Específico Húmedo kg/m3 2106.94 2248.10 2281.37 2190.59 60.00 60.00 60.00 60.00 Cápsula No Peso Cápsula + Suelo Húmedo gr 120.20 133.58 161.50 170.59 Peso Cápsula + Suelo Seco gr 116.20 127.30 150.70 157.30 4.00 6.28 10.80 13.29 Peso Agua gr 36.00 38.14 32.54 36.45 Peso Cápsula gr 80.20 89.16 118.16 120.85 Peso Suelo Seco gr 4.99 7.04 9.14 11.00 Contenido de Humedad % Densidad Seca kg/m3 2006.85 2100.17 2090.31 1973.56 Fuente: Elaboración propia

INGENIERÍA CIVIL TABLA 8.2. EJEMPLO DE GRÁFICO

CURVA DE COMPACTACIÓN 5 .0 19 73 .6

11.0 2 100 .2

2,114

No Tocar


2,034 2,014 1,994

A B C D

###### -2.728 126.55 . .

= X= X= X=

. 7.93 0.00 7.93

= Y= Y= Y=

. 2110.3 2110.3 2110.3

1,974 1,954 3.99

4.99

5.99

6.99

7.99

8.99

9.99


2,110.3 kg/m3 7.9 %


9


ASTM D 698: Relaciones de peso unitario-humedad en suelos. AASHTO T99: Relaciones de peso unitario-humedad en suelos. Manual de Ensayos de Suelos y Materiales-Suelos ABC: S0402: Relaciones de peso unitario-humedad en suelos- Método estándar.

10.99

11.99

INGENIERÍA CIVIL

1

OBJETIVO

Determinar la relación entre la humedad y la densidad de un suelo, compactado en un molde normalizado, mediante un pisón de 4,5 Kg. en caída libre, desde una altura de 460 mm, con una energía específica de compactación de 2,67 J/cm³ (27,2 kgf cm/cm³). En suelos que no permiten obtener una curva definida de relación humedad/densidad y que contengan menos de un 12% de partículas menores que 0,08 mm (ASTM N° 200), se debe determinar la densidad de acuerdo con el Método para Determinar la Densidad Relativa en Suelos No Cohesivos. Se describen cuatro procedimientos alternativos:

a)

Método A - molde de 100mm de diámetro: suelo que pas a por el tamiz de 4,7 5mm (Nº 4 ).

b)

Método B - molde de 150mm de diámetro: suelo que pasa por el tamiz de 4,75mm (Nº 4).

c)

Método C - molde de 100mm de diámetro: suelo que pasa por el tamiz de 19mm (3/4’’).

d)

Método D – molde de 150mm de diámet ro: suelo que pasa por el tamiz de 19mm (3/4’’).

El método por emplear debe indicarse en las especificaciones para el material que debe ensayarse. Si no se especifica debe regirse por las indicaciones del método D. 2

USO Y SIGNIFICADO

El suelo utilizado como relleno en Ingeniería (terraplenes, rellenos de cimentación, bases para caminos) se compacta a un estado denso para obtener propiedades satisfactorias de Ingeniería tales como: resistencia al esfuerzo de corte, compresibilidad ó permeabilidad. También los suelos de cimentaciones son a menudo compactados para mejorar sus propiedades de Ingeniería. Los ensayos de Compactación en Laboratorio proporcionan las bases para determinar el porcentaje de compactación y contenido de agua que se necesitan para obtener las propiedades de Ingeniería requeridas, y para el control de la construcción para asegurar la obtención de la compactación requerida y los contenidos de agua.

INGENIERÍA CIVIL 3


DESCRIPCIÓN DE LOS EQUIPOS MOLDE DE 100 MM DE DIÁMETRO NOMINAL MOLDES METÁLICOS Molde de 100mm de diámetro nominal, con capacidad (V) de 0,944 ± 0,008 l, un diámetro interno de 101,6 ± 0,4mm y altura de 116,4 ± 0,1mm.

Deben tener forma cilíndrica; pueden estar constituidos por una pieza completa o hendida por una generatriz o bien por dos piezas semicilíndricas ajustables. El molde debe tener un collar aproximadamente 60mm de altura.

separable

de

El conjunto de molde y collar debe estar construido de modo que pueda ajustarse firmemente a una placa base. Optativamente puede estar provisto de un dispositivo para extraer las muestras compactadas en el molde (extrusor). Los moldes deben tener las dimensiones y capacidad volumétrica que se indican:

PISÓN METÁLICO Debe tener una cara circular de 50 ± 0,2mm de diámetro y una masa de 2500 ± 10g. Debe estar equipado con una guía tubular para controlar la altura de caída a 305 ± 2mm. La guía debe tener a lo menos cuatro perforaciones no menores que 10mm ubicadas a 20mm de cada extremo, separadas en 90° entre sí y dejar una holgura suficiente para no restringir la libre caída del pisón.

PROBETAS GRADUADAS Una de 500 cm³ de capacidad, graduada a 5 cm³ y otra de 250 cm³ de capacidad, graduada a 2,5 cm³.

BALANZAS

Una de 10Kg. de capacidad y precisión de 5g y otra de 1Kg. de capacidad y 0,1g de precisión.

MOLDE DE 150 MM DE DIÁMETRO NOMINAL Molde de 150mm de diámetro nominal, con capacidad (V) de 2,124 ± 0,021 l, un diámetro interno de 152,4 ± 0,7mm y altura de 116,4 ± 0,1mm.

INGENIERÍA CIVIL DESCRIPCIÓN DE LOS EQUIPOS HORNO La temperatura debe poder regularse y contar con circulación de aire.

REGLA DE ACERO

De 300mm de largo y con un canto biselado.

TAMICES

Tamices tejidos de alambre de abertura de 50 mm (2’’), 19 mm (3/4’’) y 4,75 mm (Nº 4) de abertura nominal.

HERRAMIENTAS

Herramientas y paila para mezclar, cuchara, llana, espátula, etc., o un dispositivo mecánico para mezclado.


4



EXTRACCIÓN Y PREPARACIÓN DE LA MUESTRA Pesar y registrar la masa del molde vacío sin collar (mm). Determinar la capacidad volumétrica colocando glicerina u otro material impermeabilizante en la unión entre el cilindro y la placa base y ajústelos firmemente sin el collar. Colocar el molde sobre una superficie firme, plana y horizontal Llenar el molde con agua a temperatura ambiente y enrase con una placa de vidrio, eliminando burbujas de aire y el exceso de agua. Determinar la masa de agua que llena el molde (mw), aproximando a 1 g.

INGENIERÍA CIVIL EXTRACCIÓN Y PREPARACIÓN DE LA MUESTRA Medir la temperatura del agua y determine su densidad (ρw) de acuerdo con la TABLA 3.1.8.3, interpolando si fuere necesario. Determinar y registrar la capacidad volumétrica aproximando a 1 cm³ (1 ml), dividiendo la masa de agua que llena el molde por su densidad: Obtener las muestras de acuerdo con lo indicado por la especificación técnica correspondiente. Secar la muestra al aire o en horno a una temperatura menor que 60°C hasta que se vuelva desmenuzable; disgregar entonces los terrones evitando reducir el tamaño natural de las partículas.

   

Pasar por el tamiz de 4,75 mm (Nº 4) para los métodos A y B y por el tamiz de 19 mm (3/4’’) para los métodos C y

D, respectivamente. Descarte el material retenido.

Determinar por tamizado el porcentaje de material que pasa por el tamiz de 50 mm (2’’) y es retenido en el tamiz de 19 mm (3/4’’);

Reemplazar ese material por una masa igual de material que pasa por el tamiz de 19 mm (3/4’’) y es retenido en

4,75 mm (Nº4), tomada de la porción no utilizada del material original. Homogeneizar el material de la muestra de ensayo y separe en cinco fracciones del tamaño indicado en la Tabla 3.1.8.4. Mezclar completamente cada fracción por separado con agua suficiente para que las humedades alcanzadas por las cinco fracciones varíen aproximadamente dos puntos porcentuales entre sí y se distribuyan en las proximidades de la humedad óptima (wo).

Curar cada fracción durante el tiempo necesario para que las fases líquida y sólida se mezclen homogéneamente.

Fuente: Elaboración propia TABLA 4.2. DENSIDAD DEL AGUA SEGÚN TEMPERATURA

TEMPERATURA °C


16 999.09 18 998.59 20 998.2 23 997.54 26 996.78 29 995.94 Fuente: Manual de ensayos de suelos y materiales ABC- suelos

INGENIERÍA CIVIL TABLA 4.3. TAMAÑO DE LA MUESTRA DE ENSAYO

DIMENSIÓN DEL MOLDE (mm)

MÉTODO

MASA APROXIMADA DE FRACCIÓN DE MUESTRA PARA CADA DETERMINACIÓN( gr)

AyC 15000 ByD 30000 Fuente: Manual de ensayos de suelos y materiales ABC- suelos

100 150

5

MASA MÍNIMA DE LA MUESTRA (gr)


PROCEDIMIENTO

PASO 1

Llenar el molde con una capa de las fracciones de muestra

PASO 2 Colocar una capa de material de aproximadamente un tercio de la altura del molde más el collar

PASO 3

Compactar la capa con 25 golpes de pisón uniformemente distribuidos en el molde de 100 mm (Métodos A y C) y 56 golpes en el molde de 150 mm (Métodos B y D).

PASO 4 Repetir las operaciones. Escarificar ligeramente las superficies compactadas antes de agregar una nueva capa. Al compactar la última capa debe quedar un pequeño exceso de material por sobre el borde del molde.

PASO 5

Terminada la compactación, retirar el collar y enrasar cuidadosamente con la regla al nivel del borde del molde.

3000 6000


PASO 6

Pesar el molde con el suelo compactado. Restar la masa del molde, determinando la masa de suelo compactado que llena el molde (m).

PASO 7 Determinar la densidad húmeda del suelo compactado (ρh) dividiendo la masa del suelo compactado que llena el molde por la capacidad volumétrica de él.

PASO 8

Retirar el material del molde y extraiga dos muestras representativas del suelo compactado.

PASO 9

Colocar en recipientes herméticos y efectúe dos determinaciones humedad. Registre el promedio de ambas determinaciones como humedad del suelo compactado (w).

PASO 10

Repita el procedimiento con cada una de las fracciones restantes hasta que haya un decrecimiento en la densidad húmeda del suelo, con un mínimo de cinco determinaciones. El ensayo se debe efectuar desde la condición más seca a la condición más húmeda


6

CÁLCULO


  

INGENIERÍA CIVIL a)

Cálculo del volumen del molde de compactación como sigue

           

Dónde:

Vm = Volumen del molde de compactación, pie3 o cm3 hi = Diámetro promedio de la parte inferior del molde de compactación, pulg o mm hs = Diámetro promedio de la parte superior del molde de compactación, pulg o mm dm = Altura promedio del molde de compactación, pulg o mm 1/1728 = Constante para convertir pulg3 a pie3 1/1000 = Constante para convertir mm3 a cm3

b)

Calcular el contenido de humedad de cada especímen de ensayo compactado como sigue:

    

Dónde:



c)

Calcule el peso volumétrico húmedo (densidad húmeda) de cada espécimen de ensayo compactado, como sigue:

Dónde:

  


M h+m = Masa del espécimen húmedo compactado + molde, Kg Mm = Masa del molde de compactación, Kg Vm = Volumen del molde de compactación, m 3


Densidad Seca


Dónde:

   



e)


Construya un gráfico con la densidad seca del suelo compactado en las ordenadas y la humedad en las abscisas. Registrar puntos correspondientes a cada determinación y construya una curva conectando dichos puntos. Expresar la humedad óptima (wo) como la correspondiente al punto máximo de la curva. Expresar la densidad seca máxima (p d máx.) como la correspondiente a la humedad óptima.

INGENIERÍA CIVIL 7


ESCUELA MILITAR DE INGENIERÍA LABORATORIO DE SUELOS RELACIONES DE PESO UNITARIO - HUMEDAD MÉTODO MODIFICADO (AASHTO T-180) DESCRIPCIÓN UNID 1 2 3 4 5 Determinación Nº N° Capas N° Golpes Peso del Molde + Suelo Húmedo gr Peso del Molde gr Peso Suelo Húmedo gr Volúmen del Molde cc Peso Específico Húmedo kg/m3 Cápsula No Peso Cápsula + Suelo Húmedo gr Peso Cápsula + Suelo Seco gr Peso Agua gr Peso Cápsula gr Peso Suelo Seco gr Contenido de Humedad % Densidad Seca kg/m3 Fuente: Elaboración propia

INGENIERÍA CIVIL TABLA 7.2. GRÁFICO CURVA DE COMPACTACIÓN 0 .0 0 .0

0 .0 0 .0

10.99

11.99

2,114

No Tocar


2,034 2,014 1,994

A B C D

#¡DIV/0! #¡DIV/0! #¡DIV/0!

X= X= X= X=

0.00 0.00 0.00 0.00

Y= Y= Y= Y=

0.0 0.0 0.0 0.0

1,974 1,954 3.99

4.99

5.99

6.99

7.99

8.99



8


Calcule la densidad seca del suelo compactado. Datos Número de capas= 5 Número de golpes= 56 Peso del molde+ suelo húmedo= 11487 gr Peso del molde= 6821 gr Volumen del molde= 2104 cm 3 N° de cápsula= 25 Peso cápsula +suelo húmedo= 332 gr Peso cápsula + suelo seco= 321 gr Peso cápsula= 93.7 gr

f)


        

9.99

INGENIERÍA CIVIL

 g)


h)

         

Densidad Seca


i)

       


Construya un gráfico con la densidad seca del suelo compactado en las ordenadas y la humedad en las abscisas. Llenar el formulario de la siguiente manera:


ESCUELA MILITAR DE INGENIERÍA LABORATORIO DE SUELOS RELACIONES DE PESO UNITARIO - HUMEDAD MÉTODO ESTÁNDAR (AASHTO T-180) DESCRIPCIÓN UNID 1 2 3 4 5 1 2 3 4 Determinación Nº 5 5 5 5 N° Capas 56 56 56 56 N° Golpes Peso del Molde + Suelo Húmedo gr 11487.00 11606.00 11690.00 11620.00 Peso del Molde gr 6821.00 6821.00 6821.00 6821.00 Peso Suelo Húmedo gr 4666.00 4785.00 4869.00 4799.00 Volúmen del Molde cc 2104.00 2104.00 2104.00 2104.00 Peso Específico Húmedo kg/m3 2217.68 2274.24 2314.16 2280.89 25 74 25 t-14 Cápsula No Peso Cápsula + Suelo Húmedo gr 332.00 372.00 289.00 216.40 Peso Cápsula + Suelo Seco gr 321.00 356.00 274.60 202.40 11.00 16.00 14.40 14.00 Peso Agua gr 93.70 93.70 93.70 58.10 Peso Cápsula gr Peso Suelo Seco gr 227.30 262.30 180.90 144.30 4.84 6.10 7.96 9.70 Contenido de Humedad % Densidad Seca kg/m3 2115.31 2143.49 2143.53 2079.17 Fuente: Elaboración propia

INGENIERÍA CIVIL TABLA 8.2. EJEMPLO DE GRÁFICO CURVA DE COMPACTACIÓN 4 .8 20 79 .2

2,149

No Tocar

2,139 ) 3

2,129

m / g k ( 2,119 A C E S 2,109 D A D I S N E D

2,099 2,089 2,079 2,069 3.84

4.84

A B C D

###### 4.9297 26.072 . .

X= X= X= X=

7.06 7.06 0.00 7.06

5.84

Y= Y= Y= Y=

6.84

0.0 2150.9 2150.9 2150.9

7.84

8.84


2,150.9 kg/m3 7.1 %


9


ASTM D 422: Relaciones de peso unitario-humedad en suelos. AASHTO T180: Relaciones de peso unitario-humedad en suelos. Manual de Ensayos de Suelos y Materiales-Suelos ABC: S0403: Relaciones de peso unitario-humedad en suelos- Método modificado.

9.84

9 .7 2 143 .5

INGENIERÍA CIVIL

1

OBJETIVO

Establecer el procedimiento para determinar un índice de resistencia de los suelos, conocido como Razón de Soporte de California (CBR). El ensayo se realiza normalmente a suelos compactados en laboratorio, con la humedad óptima y niveles de energía variables. 2

USO Y SIGNIFICADO

Los ensayos de CBR son usados para evaluación y diseño en cualquiera de las condiciones siguientes:

a)

Cuando el grado de saturación (porcentaje de "vacíos" llenos c on agua) es 80% o mayor.

b)

Cuando el material es de grano grueso y no cohesivo, así que no es afectado de manera significativa por cambios en la humedad.

c)

Cuando el suelo no ha sido modificado por actividades de construcción durante los dos últimos años anteriores al ensayo. En el último caso, la humedad realmente no se vuelve constante sino que generalmente fluctúa dentro de un rango más bien estrecho.

3


EQUIPOS PRENSA DE ENSAYO

Está conformada por un marco de carga con una capacidad mínima de 44,5 kN (10.000 lbf) y una gata mecánica capaz de desplazar una base metálica rígida a una velocidad uniforme y sin pulsaciones, de 1,27 mm/min., contra el pistón de penetración. Este último debe estar equipado con un dispositivo indicador de carga de una capacidad mínima de 26,7 kN (6.000 lbf), que permita registrar lecturas con una precisión mínima de 50 N. El pistón debe llevar, además, sujeto a él, un dial de penetración graduado en milésimas de pulgada (0,025 mm).

INGENIERÍA CIVIL EQUIPOS MOLDES

Metálicos, cilíndricos, con un diámetro interno de 152,4 ± 0,7 mm y una altura de 177,8 ± 0,5 mm. Deben tener un collar de extensión metálico de 50,8 mm de altura y una placa base metálica de 9,5mm de espesor con perforaciones de un diámetro menor o igual que 1,6 mm.

DISCO ESPACIADOR Metálico, cilíndrico, con un diámetro de 150,8 ± 0,8 mm y una altura de 61,4 ±0,2 mm.

PISÓN

Debe cumplir con lo especificado en la Tabla 3.1.9.2

APARATO MEDIDOR DE EXTENSIÓN (HINCHAMIENTO) Placa de metal perforado de 149.2mm con perforaciones de 1.6mm, provista por un vástago en el centro con un sistema de tornillo que permita regular su altura

CARGAS Para cada molde se debe disponer de una carga metálica anular y varias cargas ranuradas de 2,27 ± 0,05 Kg. cada una. La carga anular, de diámetro exterior de 149,2 ± 1,6 mm, debe disponer de una perforación u orificio en el centro de aproximadamente 54 mm de diámetro

PISTÓN DE PENETRACIÓN Metálico, cilíndrico, de 49,6 ± 0,1 mm de diámetro y una longitud no inferior a 101,6 mm.

OTROS EQUIPOS Y ACCESORIOS a) Un tambor o depósito de capacidad suficiente para la inmersión de los moldes en agua, ubicado en un lugar tal que ésta no alcance su punto de congelación. b) Un horno con circulación de aire y temperatura regulable, que permita el secado de muestras a 110 ± 5 º C. c) Balanza de 20 Kg. de capacidad y precisión 1 g. d) Balanza de 2 Kg. de capacidad y precisión 0,1 g. Otros: Pailas, recipientes, probetas graduadas, poruñas, espátulas, reglas, brochas, discos de papel filtro, cronómetro, tamices, etc. Fuente: Elaboración propia

INGENIERÍA CIVIL

TABLA 3.2. CARACTERÍSTICAS DEL PISÓN A USAR

PISÓN ENSAYO Método del martillo de 2.5 Kg. Método del martillo de 4.5 Kg. Proctor (estándar) Proctor (modificado)

ALTURA DE CAÍDA

VOLUMEN DEL MOLDE

CAPAS

GOLPES POR CAPA

2.5 kg

300mm

1.000 cm3

3

27

4.5 kg

450mm

1.000 cm

3

5

27

2.49 kg

305mm

944 cm3

3

25

4.49 kg

457mm

944 cm3

5

25

Se utiliza un molde CBR para compactar una muestra de aproximadamente 2.360 cm3 de volumen mediante el uso de un martillo vibratorio; el suelo se compacta en t res capas iguales mediante 60 segundos de vibración. Fuente: Manual de Suelos y materiales – Suelos

Método del martillo vibratorio

4

MASA

EXTRACCIÓN Y PREPARACIÓN DE LA MUESTRA TABLA 4.1. EXTRACCIÓN Y PREPARACIÓN DE LA M UESTRA

EXTRACCIÓN Y PREPARACIÓN DE LA MUESTRA Prepare una muestra de acuerdo a lo indicado en los ensayos de proctor, de un tamaño aproximadamente igual a 70 kg. Efectúe un cuarteo para obtener dos porciones de aproximadamente 35 Kg. cada una. Destine una de las porciones de 35 Kg. para el ensayo de proctor, y divida el resto de la muestra en 5 porciones representativas de aproximadamente 7 Kg. cada una para la ejecución del ensayo CBR. Relación Humedad – Densidad Determine el contenido óptimo de humedad y la densidad máxima compactada seca del material obtenido en el ensayo de proctor.


5

PROCEDIMIENTO

Para comenzar con el procedimiento previamente se realizara los siguientes pasos formulado por la norma: TABLA 5.1. PROCEDIMIENTO

PROCEDIMIENTO

PASO 1 Compacte al menos 3 probetas en un rango de 90% a 100% de la densidad máxima compactada Seca determinada anteriormente.


PASO 2 Mezcle homogéneamente con agua cada una de las tres o más porciones de suelo por ensayar. Agregue la cantidad de agua necesaria para alcanzar la humedad óptima determinada en proctor.

PASO 3 Luego proceda a curar la mezcla, colocando ésta en un dispositivo tapado hasta obtener una distribución uniforme de humedad.

PASO 4

Para cada molde coloque el disco espaciador sobre la placa base. Fije el molde con su collar de extensión sobre dicha placa y coloque un disco de papel filtro grueso sobre el espaciador.

PASO 5

Compactar la muestra en 5 capas en cada uno de los 3 moldes CBR, el primero con 13 golpes en segundo con 27 golpes y el tercero con 56 golpes por capa.

PASO 6

Si las muestras van a ser sometidas a inmersión, determine el contenido de humedad al comienzo y al final del procedimiento de compactación (2 muestras). Cada una de ellas debe pesar como mínimo 500g.

PASO 7

Si las muestras no se van a someter a inmersión, obtenga la muestra para la determinación de humedad después de efectuar la penetración.


PASO 8

Retire el collar de extensión y enrase cuidadosamente el suelo compactado con una regla al nivel del borde del molde.

PASO 9

Saque la placa base perforada y el disco espaciador y pesar el molde con el suelo compactado. Determine la masa del suelo compactado (m), restando la masa del molde.

PASO 10

Coloque un disco de papel filtro grueso sobre la placa base perforada, invierta el molde y fíjelo a dicha placa, con el suelo compactado en contacto con el papel filtro.

PASO 11

Coloque el vástago ajustable y la placa perforada sobre la probeta de suelo compactado y aplique las cargas hasta producir una sobrecarga igual a la ejercida por la estructura del pavimento sobre el material en estudio, redondeando a múltiplos de 2,27Kg. (5 lb). En ningún caso debe ser menor que 4,54Kg. (10 lb)

PASO 12 Si la muestra va a ser sometida a inmersión, coloque los moldes con sus respectivas cargas en el recipiente sin agua y acomode el aparato de expansión a cada uno de los moldes, tomando lecturas iniciales de expansión o hinchamiento. Luego agregue el agua lentamente para no producir movimientos que desajusten el trípode de expansión, permitiendo el libre acceso de ésta a las probetas, las que debe dejar sumergidas durante 96 h. Durante este período mantenga la muestra sumergida a un nivel de agua constante, sin producir vibraciones que puedan alterar las mediciones de expansión.

INGENIERÍA CIVIL PROCEDIMIENTO PASO 13 Al término del período de inmersión, tome las lecturas finales de expansión a cada una de las probetas y calcule el porcentaje de expansión refiriendo dichas lecturas a la altura inicial

PASO 14 Saque el agua libre dejando drenar la probeta a través de las perforaciones de la placa base durante15 min. Cuide de no alterar la superficie de la probeta mientras se extrae el agua. Puede ser necesario inclinar la probeta para eliminar el agua superficial.

PASO 15

Retire las cargas y la placa base perforada. Pese el molde con el suelo. Determine la masa de suelo compactado después de la inmersión (mi), restando la masa del molde.

PASO 16

Coloque sobre la probeta la cantidad suficiente de cargas para producir una sobrecarga igual a la ejercida por la estructura del pavimento sobre el material en estudio, redondeando a múltiplos de 2,27 Kg. (5 lb) y en ningún caso menor que 4,54 Kg. (10 lb). Si la probeta ha sido previamente sumergida, la sobrecarga debe ser igual a la aplicada durante el período de inmersión.

PASO 17 Apoye el pistón de penetración con la carga más pequeña posible, la cual no debe exceder en ningún caso de 45 N. Coloque los calibres de tensión y deformación en cero. Esta carga inicial se necesita para asegurar un apoyo satisfactorio del pistón y debe considerarse como carga cero para la determinación de la relación carga - penetración.

PASO 18 Aplique la carga en el pistón de penetración de manera que la velocidad sea de 1,27 mm/min.

PASO 19 Anote las lecturas de carga en los siguientes niveles de penetración: 0,64; 1,27; 1,91; 2,54; 3,18; 3,81; 4,45; 5,08; 7,62; 10,16 y 12,7mm.


PASO 20 Anote la carga máxima alcanzada, registrando la penetración a la que se produce, si esto ocurre para una penetración menor que 12,7mm.

PASO 21

El ensayo debe realizarse hasta alcanzar una penetración mínima de 7,62mm (0,300pulgadas).

PASO 22

Saque el suelo del molde y determine su humedad considerando la totalidad de la muestra.


6

CÁLCULO


a)

Cálculo de compactación y humedad

Calcule la densidad seca del suelo compactado.

1)

Cálculo del contenido de humedad de cada espécimen

    



2)


INGENIERÍA CIVIL

    


M h+m = Masa del espécimen húmedo compactado + molde, Kg Mm = Masa del molde de compactación, Kg Vm = Volumen del molde de compactación, m 3

3)

Densidad Seca


   

Dónde:



4)

% de compactación

 

Dónde: %=porcentaje de compactación

γd : Densidad seca del suelo compactado (Kg./m³) γmax : Densidad seca máxima obtenida del ensayo de proctor (Kg./m³)

b)

Expansión

Cálculo de % de expansión

Dónde:

      

Alt de molde= Altura del molde Lec final= lectura final del extensómetro Lec inicial= lectura final del extensómetro

c)

Curva de tensión- Penetración

INGENIERÍA CIVIL 1)

Cálculo de CBR

Cálculo para obtener el CBR calculado:

Dónde:

    

CBRi =Cálculo del CBR Lect= Lectura obtenida en el ensayo con el extensómetro

2)

Cálculo de corrección de CBR

Calcular las tensiones de penetración en MPa, aproximando a un decimal, para lo cual divida las cargas aplicadas (kgf) por el área de la sección transversal del pistón (cm2); luego divida el resultado obtenido por el factor de conversión 10,2. Trazar la curva de cada molde en un mismo gráfico de tensión - penetración. En algunos casos esta curva puede tomar, inicialmente, la forma cóncava hacia arriba debido a irregularidades de la superficie u otras causas. En dichos casos el punto cero debe corregirse trazando una recta tangente a la mayor pendiente de la curva y trasladando el origen al punto en que esta tangente corta a la abscisa. El valor buscado estará desplazado a la derecha en la misma distancia que hay desde el origen hasta la intersección de la curva corregida con la abscisa.

GRÁFICO 1. CORRECCIÓN DE CURVAS TENSIÓN

Fuente: Manual de ensayos y materiales- Suelos


Razón de soporte

Empleando los valores de tensión corregidos tomados de la curva tensión - penetración para 2,54 mm y 5,08 mm de penetración, calcule las razones de soporte para cada una de ellas, dividiendo las tensiones corregidas por las tensiones normales de 6,9 MPa y 10,3 MPa, respectivamente. Cuando en el ensayo no se logre una penetración de 5,08 mm, debe extrapolar la curva hasta dicho valor para calcular la razón de soporte. Para los suelos del tipo A-1, A-2-4 y A-2-6, la razón de soporte se c alcula sólo para 5,08 mm de penetración. Para los suelos del tipo A-4, A-5, A-6 y A-7, cuando la razón de soporte correspondiente a 5,08 mm resulte mayor que la correspondiente a 2,54 mm, repita el ensayo. Si el ensayo de chequeo entrega un resultado similar, emplee la razón de soporte correspondiente a 5,08 mm de penetración. Para los suelos del tipo A-3, A-2-5 y A-2-7, informe el mayor porcentaje de CBR obtenido entre los correspondientes a 2,54 y 5,08 mm.

      

Dónde: (CBR) icorr"=CBR corregido CBR corregido en la gráfica

e)

Gráfico CBR vs Densidad

Usando los datos obtenidos para las distintas probetas, dibuje una curva "Razón de Soporte - Densidad Seca de Compactación", como se muestra en el gráfico Se puede determinar así la Razón de Soporte correspondiente a una densidad seca preestablecida. Graficar con los datos obtenidos en CBR corregido vs peso especifico seco.

f)

Resultados finales

Se calculara Densidad seca al 100 %, 97% y 95%.

INGENIERÍA CIVIL 7

FORMULARIOS TABLA 7.1. FORMULARIO

ESCUELA MILITAR DE INGENIERÍA LABORATORIO DE SUELOS ENSAYO DE RELACIÓN DE SOPORTE DEL SUELO EN EL LABORATORIO (CBR) COMPACTACIÓN Y HUMEDAD DESCRIPCIÓN 1 2 3 UNIDAD

Molde Nº: Capas:

Nº

Golpes:

Nº

Peso del Molde + Suelo Húm.:

gr

Peso del Molde:

gr

Peso Suelo Húmedo:

gr

Volúmen del Molde:

cc 3

Peso Específico Húmedo:

kg/m

Cápsula Nº: Peso Cápsula + Suelo Húm.:

gr

Peso Cápsula + Suelo Seco:

gr

Peso Agua:

gr

Peso Cápsula:

gr

Peso Suelo Seco:

gr

Contenido de Humedad:

%

Peso Específico Seco: % de Compactación:

3

kg/m %


INGENIERÍA CIVIL TABLA 7.2. FORMULARIO

ESCUELA MILITAR DE INGENIERÍA LABORATORIO DE SUELOS ENSAYO DE RELACIÓN DE SOPORTE DEL SUELO EN EL LABORATORIO (CBR) EXPANSIÓN Golpes por capa

12

25

56

Molde Nº : Altura del Molde en cm

Lectura del Extensómetro (*0,01 mm)

% de Expansión PENETRACIÓN

Pulg

mm

0.025

0.63

0.050

1.270

0.075

1.900

0.100

2.540

0.150

3.810

0.200

5.080

105.46

0.300

7.620

133.58

Tensión Normal Kg/cm2

Lectura Extensómetro - Carga Kg

70.31

CÁLCULO Y CORRECCIÓN DE C.B.R. Calculado y Corregido 0,1 " Calculado y Corregido 0,2 " Fuente: Elaboración propia

INGENIERÍA CIVIL TABLA 7.3. GRÁFICO

GRÁFICO CARGA VS PENETRACIÓN 1.0

Kg

0.9 0.8 0.7 12 Golpes

0.6

25 Golpes

0.5 0.4

56 Golpes

0.3 0.2 0.1 0.0 0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00 (mm)

GRÁFICO C.B.R. VS DENSIDAD ) % ( R B C

1 1 1 1 1 1 0 0 0 0

0 .1 "

0 .2 "

0 0

0

0

1

1

Densidad (kg/m3) 1

Fuente: Elaboración propia TABLA 7.4. RESULTADOS FINALES

Anillo de Carga No:

Digital

Ecuación:

y= L

Regresión:

Expone ncial (%)

CBR CALCULADO Densidad Sec a al:

Penetración % Exp.

%

Dens. Seca máxima: Humedad Óptima:

100.0%

Clasificación:

95.0%

Kg/m³

97.0%


0.1"

0.2"

INGENIERÍA CIVIL 8


g)

Cálculo de compactación y humedad

Calcule la densidad seca del suelo compactado. Datos Número de capas= 5 Número de golpes= 12 Peso del molde+ suelo húmedo= 12125 gr Peso del molde= 7741 gr Volumen del molde= 2068 cm 3 N° de cápsula= 202 Peso cápsula +suelo húmedo= 199.4 gr Peso cápsula + suelo seco=188 gr Peso cápsula= 69.8 gr Densidad seca máxima obtenida de proctor ( γmax)=2149.7 kg/ m3 Humedad Óptima obtenida de proctor= 9.8 % Clasificación del suelo: GM A-1b

1)


2)

Cálculo del peso volumétrico húmedo (densidad húmeda) de cada espécimen de ensayo

         

compactado

3)

         

Densidad Seca


  

INGENIERÍA CIVIL

   4)

% de compactación

h)

Expansión

     

Datos: Altura del molde = 11.4 cm Lec final= 308 Lec inicial= 0 Cálculo de % de expansión

i)

                

Penetración

Calcular las tensiones de penetración en MPa, aproximando a un decimal, para lo cual divida las cargas aplicadas (kgf) por el área de la sección transversal del pistón (cm2); luego divida el resultado obtenido por el factor de conversión 10,2. Pulg

mm

0.025

0.63

0.050


Lectura Extensómetro - Carga Kg 60.6

79.0

100.0

1.270

136.8

268.9

345.0

0.075

1.900

212.6

395.8

583.5

0.100

2.540

289.8

580.4

925.0

0.150

3.810

352.4

725.8

1215.0

0.200

5.080

105.46

596.3

1145.8

1645.0

0.300

7.620

133.58

787.8

1325.0

1800.0

Graficar gráfico carga vs penetración.

70.31

INGENIERÍA CIVIL Tomando en cuenta el grafico obtener las lecturas corregidas.

1)

Cálculo de CBR

2)

Cálculo de corrección de CBR

Lect corregida en el grafico= 438.19

j)

             

Gráfico CBR vs Densidad

Graficar con los datos obtenidos en CBR corregido vs peso especifico seco.

k)

Resultados finales

Se calculara Densidad seca al : Para 100% será

Para 97% será

Para 95% será

          

Obtener la penetración obteniendo la ecuación de las gráficas y sustituir la densidad seca requerida para 0.1” y 0.2”.

Realizar el llenado del formulario de la siguiente manera.


ESCUELA MILITAR DE INGENIERÍA LABORATORIO DE SUELOS ENSAYO DE RELACIÓN DE SOPORTE DEL SUELO EN EL LABORATORIO (CBR) COMPACTACIÓN Y HUMEDAD DESCRIPCIÓN 1 2 3 UNIDAD

Molde Nº:

38

37

36

Capas:

Nº

5

5

5

Golpes:

Nº

12

12

12

Peso del Molde + Suelo Húm.:

gr

12,125.0

12,320.0

12,595.0

Peso del Molde:

gr

7,741.0

7,690.0

7,690.0

Peso Suelo Húmedo:

gr

4,384.0

4,630.0

4,905.0

Volúmen del Molde:

cc

2,068.0

2,068.0

2,068.0

2,119.9

2,238.9

2,371.9

202

8

60

3

Peso Específico Húmedo:

kg/m

Cápsula Nº: Peso Cápsula + Suelo Húm.:

gr

199.4

484.0

146.0

Peso Cápsula + Suelo Seco:

gr

188.0

447.1

136.2

Peso Agua:

gr

11.4

36.9

9.8

Peso Cápsula:

gr

69.8

70.0

35.3

Peso Suelo Seco:

gr

118.2

377.1

101.0

Contenido de Humedad:

%

9.6

9.8

9.7

kg/m

1,933.5

2,039.3

2,162.0

%

89.9

94.9

100.6

Peso Específico Seco: % de Compactación:

3



ESCUELA MILITAR DE INGENIERÍA LABORATORIO DE SUELOS ENSAYO DE RELACIÓN DE SOPORTE DEL SUELO EN EL LABORATORIO (CBR) EXPANSIÓN Golpes por capa 12 25 56 Molde Nº : Altura del Molde en cm

Lectura del Extensómetro (*0,01 mm)

% de Expansión

38

37

36

11.4

11.4

11.4

0.00

0.00

0.00

205.00

191.00

145.00

285.00

235.00

195.00

308.00

258.00

212.00

2.70

2.26

1.86

PENETRACIÓN

Pulg

mm

0.025

0.63

0.050

1.270

0.075

1.900

0.100

2.540

0.150

3.810

0.200

5.080

0.300

7.620


Lectura Extensómetro - Carga Kg 60.6

79.0

100.0

136.8

268.9

345.0

212.6

395.8

583.5

289.8

580.4

925.0

352.4

725.8

1215.0

105.46

596.3

1145.8

1645.0

133.58

787.8

1325.0

1800.0

70.31

CÁLCULO Y CORRECCIÓN DE C.B.R.

Calculado y Corregido 0,1 "

21.2

32.0

42.4

58.7

67.5

85.0

Calculado y Corregido 0,2 "

29.0

29.5

55.8

54.0

80.1

77.9


INGENIERÍA CIVIL TABLA 8.3. EJEMPLO DE GRÁFICO

GRÁFICO CARGA VS PENETRACIÓN 2000.0

Kg

1800.0 1600.0 1400.0 12 Golpes

1200.0

25 Golpes

1000.0 800.0

56 Golpes

600.0 400.0 200.0 0.0 0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00(mm)

GRÁFICO C.B.R. VS DENSIDAD )100 % ( R 90 B C

80 70 60 50 40 30 20 10

0.1"

0.2"

0 1900

1950

2000

2050


2100

Densidad (kg/m3)

2150

2200

INGENIERÍA CIVIL TABLA 8.4. RESULTADOS FINALES

RESULTADOS FINALES

Anillo de Carga No:

Digital

CBR CALCULADO

Ecuación:

y= L

Regresión:

Expone ncial (%)

%

Kg/m³

0.1"

0.2"

2149.7 kg/m 3

100.0%

2149.7

84.6

77.6

1.86

9.8 %

97.0%

2085.2

64.3

59.1

2.26

GM A - 1b

95.0%

2042.2

53.6

49.3

2.70

Dens. Seca máxima: Humedad Óptima: Clasificación:

Densidad Seca al:

Penetración % Exp.


9


ASTM D 1883: Determinación de la relación de soporte del suelo en el laboratorio (CBR) AASHTO T 193: Determinación de la relación de soporte del suelo en el laboratorio (CBR) Manual de Ensayos de Suelos y Materiales-Hormigón ABC: S0404: Determinación de la relación de soporte del suelo en el l aboratorio (CBR)

INGENIERÍA CIVIL

1

OBJETIVO

Este método establece un procedimiento para determinar en terreno la densidad de suelos cuyo tamaño máximo absoluto de partículas sea menor o igual a 50 mm (2”) en un caso y menor o igual a 150 mm. (6”) en el otro. Este procedimiento está referido a dos equipos utilizados en la medición del volumen de la perforación: cono de arena de 6" (cono convencional) cono de arena de 12" (macrocono). 2

USO Y SIGNIFICADO

Este método es muy difundido para determinar la densidad de suelo compactado utilizado en la construcción de terraplenes de tierra, rellenos de carreteras y estructuras de relleno. Es comúnmente utilizado como base de aceptación para suelos compactados a una densidad específica o a un porcentaje de la densidad máxima determinada por un método de ensayo estándar. Este método puede ser usado para determinar la densidad in-situ de depósitos de suelos naturales, agregados, mezclas de suelos u otro material similar. El uso de este método está generalmente limitado a un suelo en una condición no saturada. Este método no es recomendable para suelos que son blandos o fáciles de pulverizar o que estén en una condición de humedad tal que el agua escurra en un hueco excavado a mano. 3

EQUIPO TABLA 3.1. DESCRIPCIÓN DE EQUIPOS

EQUIPOS CONO DE DENSIDAD Cono Convencional Es un aparato medidor de volumen, provisto de una válvula cilíndrica de 12,5 mm de abertura, que controla el llenado de un cono de 6" de diámetro y 60º de ángulo basal. Un extremo termina en forma de embudo y su otro extremo se ajusta a la boca de un recipiente de aproximadamente 5 L de capacidad

Macrocono A diferencia de este último, el macrocono controla el llenado de un cono de 12" de diámetro y su recipiente tiene una capacidad aproximada de 35 L.

ARENA NORMALIZADA DE ENSAYO Se compone de partículas cuarzosas sanas, subredondeadas, no cementadas y comprendidas entre 2 mm y 0,5 mm. Debe estar lavada y seca en horno a 110 ± 5 ºC.

INGENIERÍA CIVIL EQUIPOS DEPÓSITO PARA CALIBRACIÓN DE LA ARENA En el caso del cono convencional, el depósito consiste en un recipiente metálico, de forma cilíndrica, de 165 mm de diámetro interior, impermeable y una capacidad volumétrica entre 3 y 3,5 litros. En el caso del macrocono, el depósito consiste en un recipiente metálico, también de forma cilíndrica, de 300 mm de diámetro interior, impermeable y una capacidad volumétrica aproximada de 21 litros.

BALANZA Una con capacidad de 20 Kg. y precisión de 1 g cuando se utilice el cono convencional, y otra de 50 Kg. y precisión de 10 g cuando se use el macrocono. Fuente: Elaboración propia

4

CALIBRACIÓN DE LA ARENA DE ENSAYO

Para comenzar con el procedimiento previamente se realizara los siguientes pasos formulado por la norma: TABLA 4.1. CALIBRACIÓN DE LA ARENA DE ENSAYO

CALIBRACIÓN DE LA ARENA DE ENSAYO Colocar el depósito limpio y seco sobre una superficie firme y horizontal. Llenar el depósito con agua a temperatura ambiente y enrase con una placa de vidrio, eliminando burbujas de aire y el exceso de agua. Determinar la masa de agua que llena el depósito (mW), aproximando a 1 g.

Medir la temperatura del agua y determine su densidad (ρW), de acuerdo con la TABLA 3.1.10

Determinar y registre la capacidad volumétrica (VM), aproximando a 1 cm3, dividiendo la masa de agua que llena el depósito por su densidad:

Llenar el aparato de densidad con la arena de ensayo, evitando cualquier derrame de ésta( m3).

  

INGENIERÍA CIVIL CALIBRACIÓN DE LA ARENA DE ENSAYO

Colocar el depósito limpio y seco en una superficie plana, firme y horizontal; monte sobre él la placa base y posicione el aparato de densidad sobre la placa.

Abrir la válvula y manténgala abierta hasta que la arena deje de fluir.

Retirar el aparato de densidad, la placa base y el exceso de arena. Enrase cuidadosamente con una regla metálica, evitando producir vibración. Una vez efectuado el enrase, asiente la arena dando golpes suaves en el manto del depósito.

Determinar la masa de arena que lleva el depósito (m4), aproximando a 1 g.

Determinar la densidad de la arena (ρ A), dividiendo la masa de ésta que llena el depósito por la capacidad volumétrica del depósito: Efectuar esta determinación cinco veces. Para su aceptación, la diferencia entre los valores extremos de las cinco determinaciones realizadas no deberá exceder de 1,5%, respecto de la media aritmética de ellas. De no cumplirse esta condición, repita el ensayo. Determinar y registrar la densidad aparente de la arena de ensayo como el promedio de los cinco valores obtenidos. Expresar el resultado en g/cm3.

  

INGENIERÍA CIVIL CALIBRACIÓN DE LA ARENA DE ENSAYO Llenar el aparato de densidad con arena. Determinar y registrar su masa (m1), aproximando a 1 g. Coloque la placa base sobre una superficie plana, firme y horizontal, asentando el aparato de densidad sobre la placa. Abra la válvula y manténgala abierta hasta que la arena deje de fluir Cierre la válvula. Determine y registre la masa del aparato más la arena remanente (m2). Determinar y registrar la diferencia entre las masas inicial y final como la masa de arena que llena el cono basal (mC), aproximando a 1 g: Efectuar esta operación tres veces. Para su aceptación, la diferencia entre los valores extremos de las tres determinaciones realizadas no deberá exceder de 1,0 %, respecto de la media aritmética de ellas. Fuente: Elaboración propia

 

TABLA 4.2. DENSIDAD DEL AGUA SEGÚN LA TEMPERATURA

TEMPERATURA (°C) 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

DENSIDAD (gr/ cm3)

0.9999 0.9998 0.9997 0.9996 0.9995 0.9994 0.9993 0.9991 0.9990 0.9988 0.9986 0.9984 0.9982 0.9980 0.9978 0.9976 0.9973 0.9971 0.9968 0.9965 0.9963 Fuente: Manual de ensayos de suelos y materiales-SUELOS

INGENIERÍA CIVIL 5


PROCEDIMIENTO

PASO 1

Seleccionar y prepare la superficie del punto por controlar, nivelándola si fuese necesario para conseguir un buen asentamiento de la placa. Colocar la placa base sobre la superficie nivelada.

PASO 2

Proceder a excavar dentro de la abertura de la placa base, iniciando la excavación con un diámetro menor que ésta y afinando luego hacia los bordes. La profundidad de la excavación debe ser similar al espesor de la capa bajo control.

PASO 3

Colocar todo el suelo excavado en un envase o bolsa, el cual debe cerrar herméticamente para conservar la humedad del suelo y evitar posibles pérdidas de material o contaminación. La excavación debe ser de (50 a 150mm)

PASO 4

Determinar y registrar la masa del aparato de densidad con el total de arena (m5).

PASO 5

Asiente el aparato de densidad sobre la placa, abra la válvula y ciérrela una vez que la arena ha dejado de fluir.


PASO 6

Determine y registre la masa del aparato más la arena que queda (m6), aproximando a 1 g.

PASO 7 Determine y registre la masa de arena contenida en la perforación de ensayo (mP) .

PASO 8

 

Recuperar la arena de ensayo y dejarla en un envase aparte para su posterior acondicionamiento. Previo a su nueva utilización, ésta debe cumplir con los requisitos establecidos en el punto de arenas normalizadas de ensayo

PASO 9 El volumen de la perforación de ensayo (VP) se calcula como: Dónde: VP: Volumen de la perforación de ensayo (cm3) mP: Masa de arena contenida en la perforación de ensayo (g) ρA: Densidad aparente de la arena de ensayo (g/cm3)

PASO 10 Inmediatamente después de extraer todo el material de la perforación de ensayo, determinar y registrar su masa húmeda (mh), aproximando a 1 g. Envase en frascos o bolsas, herméticamente a fin de conservar su humedad y evitar posibles pérdidas de material o contaminación.

PASO 11 Extraiga una muestra representativa de este material, del tamaño indicado en la TABLA 3.1.10.5. En el caso de suelos con tamaño máximo absoluto de partículas de hasta 150 mm (6”) y que, por lo tanto, deban controlarse mediante el macrocono, considere una masa mínima de muestra de 24 Kg. para la determinación de humedad. En el caso de suelos naturales de tamaños máximos mayores que 3” (80 mm) y menores o iguales que 6” (150 mm),

controlados con el macrocono, considere para la determinación de humedad una masa mínima de muestra de 36 kg.

  


PASO 12

Determine la humedad ( w ) de la muestra en laboratorio


TABLA 5.2. MASA MÍNIMA PARA DETERMINAR LA HUMEDAD EN SUELOS DE TAMAÑO MÁXIMO ABSOLUTO MENOR O IGUAL QUE 50 MM.

TAMAÑO MÁXIMO ABSOLUTO DE PARTÍCULAS (mm)

MASA MÍNIMA DE MUESTRA (gr)

50 3000 25 1000 12.5 750 5 500 2 100 0.5 10 Fuente: Manual de ensayos de suelos y materiales- SUELOS

6

CÁLCULO


l)

Determinación de la masa seca del material extraído de la perforación de ensayo

Determine la masa seca del material extraído de la perforación de ensayo mediante la expresión:

  

Dónde:

mS: Masa seca del material extraído de la perforación de ensayo (g). mh: Masa húmeda del material extraído de la perforación de ensayo (g). w: Humedad del suelo

m)

Determinación de la densidad del suelo

La densidad seca del suelo se d etermina mediante la expresión:

  

INGENIERÍA CIVIL Dónde: ρd: Densidad del suelo seco (g/cm3).

mS: Masa seca del material extraído de la perforación de e nsayo (g) VP: Volumen de la perforación de ensayo (cm3), 7


ESCUELA MILITAR DE INGENIERÍA LABORATORIO DE SUELOS VERIFICACIÓN DEL PESO UNIT ARIO DEL SUELO-MÉTODO DE CONO DE ARENA (AASHTO T191) CALIBRACIÓN DEL APARATO CONO DE ARENA DETERMINACIÓN UNIDAD 1 2 N° de aparato Masa de aparato lleno con arena (m1) Masa de aparato +arena restante(m2) Corrección del cono

Nº gr gr gr

DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD EN MASA DE LA ARENA Masa de aparato lleno con arena (m3) Masa de aparato+arena restante( m4) Volumen del recipiente de calibración

gr gr cm3

Volumen de cono y plato

cm3

Densidad en masa de la arena

gr/ cm3 Fuente: Elaboración propia

INGENIERÍA CIVIL

TABLA 7.2. FORMULARIO

ESCUELA MILITAR DE INGENIERÍA LABORATORIO DE SUELOS VERIFICACI N DEL PESO UNITARIO DEL SUELO-M TODO DE CONO DE ARENA (AASHTO T191) DETERMINACIÓN DE LA HUMEDAD DEL MATERIAL EXTRAÍDO DEL AGUJERO DETERMINACIÓN UNIDAD 1 2

N° de tara

N°

Masa de tara

gr

Masa de suelo húmedo+ tara

gr

Masa de suelo seco + tara

gr

Masa de agua

gr

Masa de suelo seco

gr

Contenido de agua

%

Contenido de humedad promedio Masa húmeda del material extraído del agujero Masa seca del material extraído del agujero

% gr gr

DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD DEL SUELO EN EL SITIO

Masa de aparato lleno con arena (m5) Masa final d aparato+arena restante (m6) Volumen del agujero de ensayo Densidad humeda del suelo in situ

gr gr cm3 gr/ cm3

Densidad seca in situ

gr/ cm3

Peso unitario seco en el sitio

KN/m3 Fuente: Elaboración propia

INGENIERÍA CIVIL 8


Determine la densidad en masa de la arena Datos: Masa del aparato lleno con arena (m1) = 54 76 g Masa del aparato con arena remanente (m2) = 4915 g Corrección del cono (Cc) = 561 g Masa inicial del aparato y arena (m3) = 5476 g Masa final del aparato y arena (m4) = 2 833 g Diámetro inferior del recipiente de calibración = 101.3 mm Diámetro superior del recipiente de calibración = 101.2 mm Altura promedio del recipiente de calibración = 114.5 mm Volumen de cono y plato = 368.4 cm3

n)

Cálculo del volumen del recipiente de calibración

o)


p)

Calcule el volumen del agujero de ensayo (V A)

          

     ⁄

Datos: Masa inicial del aparato y arena = 5476 g Masa final del aparato y arena = 3495.6 g Densidad en masa de la arena = 1.61g/cm3

        

q)

Calcule la masa seca del material extraído del agujero de ensayo

Masa húmeda del material extraído del agujero = 1500.8 g Contenido de humedad del material extraído del agujero = 20.35%.

INGENIERÍA CIVIL

      r)

Calcule la densidad seca en el terreno del material extraído del agujero

Masa seca del material extraído del agujero = 1247 g Volumen del agujero de ensayo = 880.9 cm3

     ⁄

El llenado se hará del formulario se hará de la siguiente manera:


ESCUELA MILITAR DE INGENIERÍA LABORATORIO DE SUELOS VERIFICACIÓN DEL PESO UNIT ARIO DEL SUELO-MÉTODO DE CONO DE ARENA (AASHTO T191) CALIBRACIÓN DEL APARATO CONO DE ARENA DETERMINACIÓN UNIDAD 1 2 N° de aparato Masa de aparato lleno con arena (m1) Masa de aparato +arena restante(m2) Corrección del cono

Nº

14

gr

5476.00

gr

4915.00

gr

561.00

DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD EN MASA DE LA ARENA Masa de aparato lleno con arena (m3) Masa de aparato+arena restante( m4) Volumen del recipiente de calibración

gr

5476.00

gr

2833.00

cm3

923.72

Volumen de cono y plato

cm3

368.40


gr/ cm3

1.61



ESCUELA MILITAR DE INGENIERÍA LABORATORIO DE SUELOS VERIFICACI N DEL PESO UNITARIO DEL SUELO-M TODO DE CONO DE ARENA (AASHTO T191) DETERMINACIÓN DE LA HUMEDAD DEL MATERIAL EXTRAÍDO DEL AGUJERO DETERMINACIÓN UNIDAD 1 2

N° de tara

N°

1.00

1.00

Masa de tara

gr

26.50

26.50

Masa de suelo húmedo+ tara

gr

83.90 130.00

Masa de suelo seco + tara

gr

74.20 112.50

Masa de agua

gr

9.70

17.50

Masa de suelo seco

gr

47.70

86.00

Contenido de agua

%

20.34

20.35

Contenido de humedad promedio Masa húmeda del material extraído del agujero Masa seca del material extraído del agujero

%

20.34

gr

1500.80

gr

1247.11

DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD DEL SUELO EN EL SITIO

Masa de aparato lleno con arena (m5) Masa final d aparato+arena restante (m6) Volumen del agujero de ensayo Densidad humeda del suelo in situ

gr

5476.00

gr

3495.60

cm3

880.90

gr/ cm3

1.70

Densidad seca in situ

gr/ cm3

1.42

Peso unitario seco en el sitio

KN/m3

13.88


INGENIERÍA CIVIL 9


Los cálculos a continuación se realizaran en el formulario del ANEXO 17. ASTM D 1556: Verificación del peso unitario del suelo, método del cono arena. AASHTO T191: Verificación del peso unitario del suelo, método del cono arena. Manual de Ensayos de Suelos y Materiales-Hormigón ABC: S0501: Verificación del peso unitario del suelo, método del cono arena.

INGENIERÍA CIVIL

ABSORCIÓN DE AGUA: Masa de Agua necesaria para llevar un material pétreo del estado seco al estado saturado superficialmente seco. Se expresa como porcentaje referido a la masa del pétreo seco.

ACOPIO: Acumulación planificada de materiales destinados a la construcción de una obra. AGUA LIBRE (SUELOS): Agua presente en un suelo que se puede evacuar por la acción de la gravedad, mediante un sistema de drenaje subterráneo

ANÁLISIS HIDROMÉTRICO (SUELOS): Método para determinar el tamaño de las partículas más pequeñas de un suelo (normalmente menores que 0.08 mm), basado en la velocidad de sedimentación en un líquido.

APARATO CASAGRANDE:

Taza de bronce con una masa de 200 ± 20 gr, montada en un

dispositivo de apoyo fijado a una base de plástico duro de una resiliencia tal que una bolita de acero de 8 mm de diámetro, dejada caer libremente libremente desde una altura de 25 cm., rebote entre un 75 y un 90%.

ARCILLA:

Suelo de granos finos (compuesto por partículas menores a 5 micrones), que posee alta

plasticidad dentro de ciertos límites de contenido de humedad y que, secado al aire, adquiere una resistencia importante.

ARENA: Material resultante de la desintegración, molienda o trituración de la roca,

cuyas partículas pasan

por el tamiz de 5mm y son retenidas por el de 0.08mm.

ASENTAMIENTO DE SUELOS:

Descenso vertical de la superficie del terreno o del terraplén,

debido a la consolidación o fallas del suelo.

BASE NO LIGADA:

Base conformada exclusivamente por una mezcla de suelos, que habitualmente

cumplen con ciertos requisitos en cuanto a granulometría, límites de Atterberg, capacidad de soporte y otros.

BLOQUE: Fragmento de roca mayor a 300mm. BROCA:

Dispositivo metálico construido en acero, de forma tubular, con corona de corte diamantada y

habitualmente refrigerado por agua, que se emplea para cortar testigos. Existen de diferentes diámetros y longitudes, para diversos usos y requerimientos.

CALICATA:

Exploración que se hace en cimentaciones de edificios, muros, caminos, etc., para

determinar, determinar y clasificar los materiales constituyentes de los suelos de fundación, a través de estratigrafía y ensayos.

INGENIERÍA CIVIL COHESIÓN (SUELO): Fuerza de unión entre las partículas de un suelo, cuya magnitud depende de la naturaleza y estructura del mismo. En los suelos cohesivos la estructura depende del contenido de minerales arcillosos presentes y de las fuerzas que actúan entre ellos.

COMPACIDAD DE UN SUELO:

Grado de compactación o densidad natural de un suelo no

cohesivo, que depende del acomodo alcanzado por las partículas de éste.

COMPACTACIÓN (SUELO): Operación mecanizada para reducir el índice de huecos de un suelo y alcanzar con ello la densidad deseada.

COMPRESIBILIDAD DE UN SUELO:

Deformación que experimenta un suelo producto de la

relación variable que experimentan las fases de que está compuesto. Esta deformación no siempre es proporcional al esfuerzo aplicado, cambiando con el tiempo y con el medio.

COMPRESIÓN: Esfuerzo a que está sometido un cuerpo por la acción de dos fuerzas opuestas que tienden a disminuir su volumen.

CONO DE ARENA: Es un aparato que se usa para poder conocer la densidad in situ. Consiste en un recipiente de vidrio o plástico con un cono de metal unido a su parte superior.

CONSISTENCIA DE UN SUELO:

Grado de adherencia entre las partículas del suelo y su

resistencia a fuerzas que tienden a deformarlo o romperlo. Se describe por medio de términos como: blanda, media, firme, muy firme y dura.

CONSOLIDACIÓN: Reducción de los índices de vacíos de un suelo, a consecuencia de la expulsión del agua y aire intersticiales, mediante la aplicación de cargas durante un lapso determinado.

CUARTEO: Procedimiento empleado para reducir el tamaño original de una muestra de suelo o agregado pétreo, cuyo objetivo es obtener una muestra representativa del material y de un tamaño acorde a los requerimientos del ensayo a realizar.

CURVA DE SATURACIÓN: Curva que relaciona la densidad seca de un suelo con la humedad de saturación de éste, para una densidad de partículas sólidas da da.

DEFLEXIÓN: El descenso vertical de una superficie debido a la aplicación de una carga sobre ella. DENSIDAD: Cociente

entre la masa de un suelo y su volumen a una temperatura determinada. Se

expresa normalmente en Kg/ m 3.

DENSIDAD COMPACTADA HÚMEDA: Densidad de un suelo compactado, que se determina dividiendo la masa húmeda por su volumen.

DENSIDAD COMPACTADA SECA: Densidad dividiendo la masa seca por su volumen.

de un suelo compactado, que se determina

INGENIERÍA CIVIL DENSIDAD MÁXIMA: Densidad de un suelo en el estado más denso que se puede obtener aplicando el ensayo normalizado.

DENSIDAD MÁXIMA COMPACTADA SECA: Corresponde a la mayor densidad que puede alcanzar un suelo al ser compactado a la humedad óptima.

DENSIDAD MÍNIMA: Densidad de un suelo en el estado más suelto que se puede obtener aplicando el ensayo normalizado.

DENSIDAD NETA: Densidad en que se considera el volumen macizo de las partículas de material pétreo más el volumen de los poros i naccesibles.

DENSIDAD RELATIVA: Grado de compacidad de un suelo en el estado más suelto que se puede obtener aplicando el ensayo normalizado.

ENTUMECIMIENTO DE UN SUELO: Aumento

del volumen de los suelos con la humedad.

También se le llama expansión y le ocurre a las arenas y en modo muy especial a las arcillas.

ESFERICIDAD DE UNA PARTÍCULA: Es la relación entre el diámetro de una esfera de igual volumen que la partícula y su largo.

ESPONJAMIENTO: Aumento aparente de un volumen dado de arena cuando aumenta su humedad libre.

ESTABILIZACIÓN DE SUELOS: Mejoramiento de las propiedades físicas y/o mecánicas de un suelo mediante procedimientos mecánicos y/o físico -químicos.

ESTRATO: Masa de suelo en forma de capa e espesor más o menos uniforme. GRADO DE SATURACIÓN: Se dice que un suelo está saturado cuando el agua ocupa la totalidad de sus huecos. El grado de saturación es el coeficiente entre el volumen de agua y el volumen total de vacío. Se expresa en porcentaje.

HUECOS: Espacios vacíos entre las partículas de un pétreo. HUMEDAD DE SATURACIÓN: Porcentaje de humedad para el cual un suelo presenta todos sus vacíos llenos con agua y su grado de saturación es por tanto de 100%. La humedad de saturación varia de un suelo a otro dependiendo de su densidad de partículas sólidas, para un nivel de dens ificación dado.

HUMEDAD ÓPTIMA:

Porcentaje de humedad para el cual un suelo sometido a una energía de

compactación determinada presenta su máxima densidad.

HUMEDAD: Cociente porcentaje.

entre la masa de agua presente en un suelo y su masa seca. Se expresa en

INGENIERÍA CIVIL ÍNDICE DE CONSISTENCIA: Esla diferencia entre el límite líquido y la humedad (natural) de un suelo, dividida por el Índice de Plasticidad de este.

ÍNDICE DE GRUPO: Índice utilizado en el Sistema AASHTO de clasificación de suelos para efectuar la evaluación en cada grupo. Su valor depende del porcentaje que pasa por 0.075 mm, del Límite Liquido y Índice de Plasticidad del suelo.

ÍNDICE DE PLASTICIDAD: Diferencia numérica entre el límite líquido y el limite plástico de un suelo. LÍMITE DE CONTRACCIÓN:

Humedad máxima de un suelo para la cual una reducción de la

humedad no origina una disminución de volumen.

LIMO: Suelo de grano fino con poca o ninguna plasticidad que en estado seco tiene apenas la cohesión necesaria para formar terrones fácilmente friables. El tamaño de su partículas está comprendido entre 0.005 mm y 0.08 mm.

MATERIAL INADECUADO: Suelo no apto para servir los propósitos de un camino. En general, este término se utiliza para designar los suelos de fundación de terraplenes que no cumplen con los requisitos especificados.

MUESTRA DE LABORATORIO: Cantidad mínima de material necesario para realizar los ensayos de laboratorio requeridos.

NAPA FREÁTICA: Capa de agua libre subterránea presente en un determinado suelo. PARTÍCULAS DESMENUZABLES:

Partículas contenidas en los pétreos que pueden

desmenuzarse con la presión de los dedos.

PERMEABILIDAD DE UN SUELO: Propiedad de los suelos o capas granulares de un pavimento de permitir el paso del agua a través de ellas. Se mide mediante ensayo y se expresa como coeficiente de permeabilidad. Es un indicador de la capacidad drenante del suelo o capa granular.

PESO ESPECÍFICO: Cociente entre la masa de un material y la masa de un volumen igual de agua a 4 °C. Es adimensional.

PICNÓMETRO: Recipiente de vidrio calibrado que se emplea para determinar la densidad de partículas sólidas de suelos conformados por partículas menores que 5mm.

PLANIFORMIDAD DE UNA PARTÍCULA: Relación entre el ancho y el espesor de una partícula de suelo.

PORO ACCESIBLE: Poro permeable o abierto. PORO INACCESIBLE: Poro impermeable o cerrado.

INGENIERÍA CIVIL POROSIDAD: Cociente

entre el volumen de vacíos y el volumen total de suelo. Se expresa en

porcentaje.

REDONDEZ DE UNA PARTÍCULA: Es la medida de la agudeza de sus vértices y se define como el cociente entre el radio promedio de los vértices y aristas y el radio de la esfera máxima inscrita.

RETRACCIÓN DE UN SUELO: Disminución del volumen de un suelo húmedo o saturado, debido a su desecación.

ROCA ÍGNEA: Rocas de Origen profundo, resultado del enfriamiento y cristalización de la masa fundida. ROCA METAMÓRFICA: Tienen su origen en rocas ya existentes que, sometidas a transformaciones químicas o al calor y la presión en el interior de la corteza terrestre, han sufrido una metamorfosis química, mineralógica o física.

ROCA SEDIMENTARIA:

Rocas procedentes de productos de erosión que se han depositado en

capas generalmente muy compactas (sedimentos) sobre el suelo o, más comúnmente, en el fondo del mar.

SEDIMENTACIÓN: Formación de sedimentos a partir de partículas suspendidas en el agua. SEGREGACIÓN: Separación de ciertas partículas de un material o mezcla, durante su transporte o colocación.

SOBRE TAMAÑO: Partículas de un suelo de mayor tamaño que el máximo especificado. SOLUBILIDAD: Propiedad de una sustancia que le permite disolver en un líquido. SUBBASE GRANULAR: Capa constituida por un material de calidad y espesor determinados y que se coloca entre la subrasante y la base.

SUBRASANTE: Plano superior del movimiento de tierras, que se ajusta a requerimientos específicos de geometría y que ha sido conformada para resistir los efectos del medio ambiente y las solicitaciones que genere el tránsito. Sobre la subrasante se construye el pavimento y las bermas.

SUELO BIEN GRADUADO: Suelo conformado por partículas de diferentes tamaños y cuya curva granulométrica es continuo y suave.

SUELO UNIFORME: Suelo en que la mayoría de las partículas tienen dimensiones similares y queda representado por una curva granulométrica empinada.

TAMIZADO: Operación que consiste en separar por tamaño las partículas de un agregado, mediante tamices.

TENSIÓN CAPILAR: Fuerza originada por la tensión superficial de un líquido y que hace que ascienda por un tubo capilar.

manual de laboratorio SUELOS.pdf

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