MECÁNICA DE SUELOS I :
LABORATORIO Nº 02
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
MECÁNICA DE SUELOS I Laboratorio Nº 02 Contenido: 1 2 '
Granulometra del !uelo Lmite L"uido # Lmite $l%!ti&o $l%!ti&o de un !uelo Cla!i(i&a&i)n del !uelo
Docente: Ing. Vásquez Niño Víctor Antonio
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Miguel Chávez Reyes
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INTRODUCCIÓN El suelo, es el material de construcción más antiguo conocido, depende de sus propiedades mecánicas, físicas e hidráulicas para darle uso en nuestro rubro. Son muchos los ensayos que se realizan para determinar su calidad, entre estos se encuentran los ensayos para encontrar el límite plástico y líquido, así como el análisis granulométrico de una muestra de suelo, que serán los temas principales del presente informe de laboratorio. A continuación se eplicará al detalle el procedimiento realizado para cada una de las pruebas, y con los datos hallados se calcularán los principales parámetros de calidad para la muestra de suelo seleccionada, todo esto con el fin de entender y eplicar el comportamiento de un suelo al edificar una obra y aplicar lo aprendido en nuestra !ida profesional eficientemente.
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1. GRANULOMETRÍA DE SUELOS 1.1 OBJETIVOS: •
•
Obtener la distribución granulométrica de la muestra ensayada, y así obtener nuestra curva de % RETENIDO A!"!#ADO vs "A##A$ E$TNDARE$& onocer el 'rocedimiento necesario 'ara 'oder reali(ar un ensayo de an)lisis granulométrico en una muestra de suelo&
1.2 EQUIPOS Y MATERIALES: TAMICES: #a 'ro*undidad 'or encima del te+ido es de -& Estas mallas est)n .ec.as de acuerdo con las es'eci*icaciones descritas en A$T" E//& #as mallas est)n marcadas con el tama0o de su abertura en mm y 'ulgadas& #a estructura est) construida de 1ronce sin costura& #a malla es de alambres de 1ronce cuidadosamente soldados a la estructura&
BALANZA: Es una balan(a de 'esada r)'ida con un solo 'latillo, como su nombre indica, donde se coloca el cuer'o 2ue se va a 'esar& Tiene varias 'esas móviles en el bra(o y 2ue 'ueden desli(ar a lo largo de él, con una guía 'ara cada 'esa 'or la 2ue desli(a inde'endientemente de las dem)s& 3ara 'esar, se coloca el ob+eto en el 'latillo y se .acen desli(ar las 'esas .asta alcan(ar la 'osición de e2uilibrio, em'e(ando 'or la mayor y luego las dem)s& #a masa del ob+eto se obtiene sumando los valores corres'ondientes a todas las 'esas& 3reviamente a la reali(ación de la 'esada, .ay 2ue calibrar la balan(a, lo 2ue se consigue actuando sobre el tornillo de calibración .asta conseguir 2ue al liberar el 'latillo sin carga el *iel se0ale e4actamente el cero de la escala&
PESAS PARA BALANZA: Estas 'esas son utili(adas 'ara aumentar el valor de 'esa+e de la balan(a, ayudando a ayudando a medir mayor cantidad de muestra en un menor tiem'o&
HORNO: Es la .erramienta *undamental utili(ada en diversas 'r)cticas 'ro'uestas en el laboratorio 'ara 'roducir el calentamiento de las muestras .asta las distintas tem'eraturas de interés, El .orno consta b)sicamente de un indicador de encendido, una
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agu+a indicadora de la tem'eratura en el interior del .orno 5en grados elsius6, así como una 'alanca 'ara la a'ertura del mismo& En el interior del .orno se encuentra una cer)mica re*ractaria con ob+eto de situar encima de ella los ob+etos 2ue 2ueramos calentar&
1. DESCRIPCIÓN Y CONOCIMIENTO GENERAL: #a variedad en el tama0o de las 'artículas de suelos, casi es ilimitada7 'or de*inición, los granos mayores son los 2ue se 'ueden mover con la mano, mientras 2ue los m)s *inos son tan 'e2ue0os 2ue no se 'ueden a'reciar con un microsco'io corriente& Debido a ello es 2ue se reali(a el An)lisis 8ranulométrico 2ue tiene 'or ob+eto determinar el tama0o de las 'artículas o granos 2ue constituyen un suelo y *i+ar, en 'orcenta+e de su 'eso total, la cantidad de granos de distinto tama0o 2ue el mismo contiene& El 'rocedimiento de e+ecución del ensaye es sim'le y consiste en tomar una muestra de suelo de 'eso conocido, colocarlo en el +uego de tamices ordenados de mayor a menor abertura, 'esando los retenidos 'arciales de suelo en cada tami(&
1.! PROCEDIMIENTO:
Para toda la muestra:
/&
#)vese toda la muestra en un reci'iente, tr)tese de no 'erder 'artículas de la muestra 2ue a*ectara el ensayo&
&
3onga a secar la muestra en el .orno a una tem'eratura de /9: a //9; 'or un 'eríodo de tiem'o de / a < .oras&
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Material maor !ue el tami" No# $ 1. El material retenido en el tami( No& <, se 'asa a través de los tamices, =-, >-, -, />-, /-, ?-, >-,
[email protected]-, No& < y *ondo, reali(ando movimientos .ori(ontales y verticales& 2. 3ese las *racciones retenidas en cada tami( y anótela en el registro corres'ondiente& Material menor !ue el tami" No# $ /& De+e en*riar la muestra a tem'eratura ambiente y 'ese la cantidad re2uerida 'ara reali(ar el ensaye& $i el suelo es arenoso se utili(a a'ro4imadamente 99grs& $i el suelo es arcilloso se utili(a a'ro4imadamente /:9grs& & Disgregue los grumos 5terrones6, del material con un 'isón de madera 'ara evitar el rom'imiento de los gramos& =& olo2ue la muestra en una tara, agréguele agua y dé+ela remo+ar .asta 2ue se 'uedan des.acer com'letamente los grumos& <& $e vacía el contenido de la tara sobre el tami( No& 99, con cuidado y con la ayuda de agua, lave lo me+or 'osible el suelo 'ara 2ue todos los *inos 'asen 'or el tami(& El material 2ue 'asa a través del tami( No& 99, se anali(ar) 'or otros métodos en caso sea necesario& :& El material retenido en el tami( No& 99 des'ués de lavado, se coloca en una tara, lavando el tami( con agua& B& $e seca el contenido de la tara en el .orno a una tem'eratura de /99 C //9; 'or < .oras& & on el material seco en el 'aso anterior, se coloca el +uego de tamices en orden 'rogresivo, No& <, No& /9, No& <9, No& 99 y al *inal el *ondo, vaciando el material 'reviamente 'esado& & $e agita el +uego de tamices .ori(ontalmente con movimientos de rotación y verticalmente con gol'es secos de ve( en cuando& El tiem'o de agitación de'ende de la cantidad de *inos de la muestra, 'ero 'or lo general no debe ser menor de /: minutos& & Inmediatamente reali(ado el 'aso anterior 'ese las *racciones retenidas en cada tami(, y anótela en el registro corres'ondiente&
1." DESARROLLO DE LOS RESULTADOS Docente: Ing. Vásquez Niño Víctor Antonio
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En el an)lisis 'or tamices se obtienen los resultados de 'esos 'arciales retenido en cada uno de ellos& Des'ués se calcula los 'orcenta+es retenidos 'arciales, los 'orcenta+es acumulativos, los 'orcenta+es 2ue 'asan 'or cada tami(& Adem)s es conveniente 'resentar resultados en *orma gr)*ica 2ue tabular& #a 'resentación gr)*ica se e*ectFa 'or medio de la curva granulométrica, 2ue es la curva de los 'orcenta+es 2ue 'asa 'or cada tami(, esta curva se gr)*ica en 'a'el semilogarítmico& En las ordenadas 5escala natural del 'a'el6 se anotan los 'orcenta+es 2ue 'asa y en las abscisas 5escala logarítmica del 'a'el6 se anotan los di)metros de los tamices en milímetros& TAMA%O DE LAS ABERT&RAS DE LOS TAMICES NORMALIZADOS TAMIZ ABERT&RA'mm( =G B& /@G B=&: G :9& / /@G =&/ /G :&<
[email protected]
"60
H H
"10
#as 8ravas bien graduadas tienen Cu)$& #as Arenas bien graduadas tienen Cu)*
Otros tama0os de*inidos estadísticamente 2ue son Ftiles incluyen DB97 D=9& #a uni*ormidad del suelo se 'uede de*inir estadísticamente de varias maneras, un índice antiguo 'ero Ftil, es el coe*iciente de !ni*ormidad u 2ue se de*ine& 3ara clasi*icación de suelos es Ftil de*inir un dato com'lementario de uni*ormidad como es el coe*iciente de curvatura 5c6 de*inido como #os suelos bien graduados7 entre / y =& 2
#c
=
( " ) ( " )( " ) 30
60
10
AN+LISIS ,RAN&LOM-TRICO POR TAMIZADO ASTM D421-8 ! D422-"#
3eso de reci'iente 3eso reci'iente J $uelo seco 3eso suelo seco natural 3eso reci'iente J $uelo lavado seco 3eso suelo seco lavado
MALLA
ABERTURA (mm)
"# $ $ "4# "'# 4 ' $6 "0 50 $00 &00 1ande+a
:,B9 =,/99 /,9:9 ,:: <,B9 ,=9 /,/9 9,:9 9, 9,/< 9,9< SUMA
,RA.A / ARENA / 0INOS /
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PESO RETENIDO (gramos) 9,999 9,999 /9,<99 =<,999 =,999 :=,99 :<,99 :,=99 :,<99 ,99 B,/99 /,99 606,900 SUMA
BB,<9 /=9,/9 645,70 /::,99 606,90 % RETENIDO PARIAL 9,999 9,999 B,=9 :,BB <,:B ,=< ,< ,< ,//: /=,:= ,B/ 9,/B =,9: =,9:
% AUMULADO RETENIDO !UE PASA 9,999 /99,999 9,999 /99,999 B,=9 =,B/9 =/,B:B B,=<< =B,B// B=,= <<,: ::,9 :=,<
=B,B// :,/< B,/:
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#u =
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"60 "10
2
=
36 7
#c
=
( " ) ( " )( " ) 30
60
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0.2584
=
10
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2. LÍMITE LÍQUIDO Y LÍMITE PLÁSTICO DE UN SUELO 2.1 OBJETIVOS
alcular el #ímite #í2uido, el #ímite 3l)stico y el Kndice de 3lasticidad de una muestra de suelo& om'render la im'ortancia de dic.os 'ar)metros 'ara la clasi*icación de un suelo 'ara así anali(ar sus 'ro'iedades mec)nicas e .idr)ulicas&
2.2 EQUIPO# $ERRAMIENTAS Y MATERIALES
"uestra de $uelo& a'sula de contracción Es')tula 3i'eta 1alan(a de 'recisión de 9&/gr& Agua A'arato 'ara determinar los límites lí2uido y 'l)stico de un suelo& Luego de tamices&
2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS L1MITES DE ATTERBER, #os m*+s - A++r.rg o m*+s - /os*s+/*a se utili(an 'ara caracteri(ar el com'ortamiento de los suelos *inos& El nombre de estos es debido al cientí*ico sueco Albert "aurit( Atterberg& 5/
Lm*+ *-o uando el suelo 'asa de un estado semilí2uido a un estado 'l)stico y 'uede moldearse& 3ara la determinación de este límite se utili(a la cuc.ara de asagrande& & Lm*+ 23s+*/o uando el suelo 'asa de un estado 'l)stico a un estado semisólido y se rom'e& =& Lm*+ - r+ra//*1 o /o+ra//*1 uando el suelo 'asa de un estado semisólido a un estado sólido y de+a de contraerse al 'erder .umedad& Relacionados con estos límites, se de*inen los siguientes índices Docente: Ing. Vásquez Niño Víctor Antonio
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-*/ - 2as+*/*-a I' ó IP 8 LL LP -*/ - :*-; I: 8 P-*+ - a /r
%&
=
$ n
−
$ p
$ l
−
$ p
5$ n M .umedad natural6
A) L2mite L2!uido Esta 'ro'iedad se mide en laboratorio mediante un 'rocedimiento normali(ado en 2ue una me(cla de suelo y agua, ca'a( de ser moldeada, se de'osita en la uc.ara de asagrande, y se gol'ea consecutivamente contra la base de la m)2uina, .aciendo girar la manivela, .asta 2ue la (an+a 2ue 'reviamente se .a recortado, se cierra en una longitud de /, mm 5/@G6& $i el nFmero de gol'es 'ara 2ue se cierre la (an+a es :, la .umedad del suelo 5ra(ón 'eso de [email protected]'eso de suelo seco6 corres'onde al límite lí2uido& Dado 2ue no siem're es 'osible 2ue la (an+a se cierre en la longitud de /, mm e4actamente con : gol'es, e4isten dos métodos 'ara determinar el límite lí2uido H gra*icar el nFmero de gol'es en coordenadas logarítmicas, contra el contenido de .umedad corres'ondiente, en coordenadas normales, e intra'olar 'ara la .umedad corres'ondiente a : gol'es& #a .umedad obtenida es el #ímite #í2uido& H segFn el método 'untual, multi'licar 'or un *actor 52ue de'ende del nFmero de gol'es6 la .umedad obtenida y obtener el límite lí2uido como el resultado de tal multi'licación&
Algunas variables a*ectan el resultado de la 'rueba del límite lí2uido o el nFmero de gol'es re2ueridos 'ara cerrar la ranuraH'atrón en una longitud de /& mm entre los cuales se cuentan
Tama0o de la masa de suelo contenido en la c)'sula de cobre 5es'esor y cantidad6& elocidad a la cual se le dan los gol'es 5debería ser /9 revoluciones 'or minuto6& Tiem'o de re'oso del suelo en la ca(uela antes de comen(ar la cuenta de gol'es y estado H de lim'ie(a de la ca(uela antes de colocar la 'asta de suelo 'ara el ensayo& umedad del laboratorio y ra'ide( con la cual se .ace el ensayo& Ti'o de material utili(ado como base del a'arato o sea su'er*icie contra la cual se debe gol'ear la ca(uela 5comFnmente se utili(a cauc.o duro o micarta6& A+uste o calibración de la altura de caída de la ca(uela 5debe ser e4actamente / cm6& Ti'o de .erramienta utili(ada 'ara .acer la ranura 5bien la recomendada 'or la A$T" o la llamada ti'o asagrande6& ondición general del a'arato del límite lí2uido 5'asadores desgastados, cone4iones 2ue no estén *irmemente a'retadas6&
omo el gr)*ico semilogarítmico de contenido de .umedad contra logaritmo del nFmero de gol'es es una línea recta, la ecuación de esta línea se 'uede re'resentar en la *orma general Docente: Ing. Vásquez Niño Víctor Antonio
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Don%e:
P Qi
=
M contenido de .umedad a N gol'es M índice de *lu+o, o sea el cambio en contenido de .umedad &' sobre un ciclo del gr)*ico semilogarítmico 5PN M /9 PN M /9967 también,
N
( i . log( ' ) #
−
( i =
∆ω
log
' 1 ' i
M nFmero de gol'es al contenido de .umedad ' & M constante 'ara ser determinada en cada suelo&
#a resistencia al corte de un suelo en su límite 'l)stico es una medida de la tenacidad de la arcilla7 la resistencia al corte de todos los suelos en el límite lí2uido es una constante 5o muy cercanamente6& 3or tanto, se 'uede usar la ecuación anterior como un criterio 'ara a'ro4imar las magnitudes relativas de la resistencia al corte del suelo o de di*erentes ti'os de suelos en el límite 'l)stico&
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B) Lm*+ P3s+*/o Esta 'ro'iedad se mide en laboratorio mediante un 'rocedimiento normali(ado 'ero sencillo consistente en medir el contenido de .umedad 'ara el cual no es 'osible moldear un cilindro de suelo, con un di)metro de = mm& 3ara esto, se reali(a una me(cla de agua y suelo, la cual se amasa entre los dedos o entre el dedo índice y una su'er*icie inerte 5vidrio6, .asta conseguir un cilindro de = mm de di)metro& Al llegar a este di)metro, se desarma el cilindro, y vuelve a amasarse .asta lograr nuevamente un cilindro de = mm& Esto se reali(a consecutivamente .asta 2ue no es 'osible obtener el cilindro de la dimensión deseada& on ese contenido de .umedad, el suelo se vuelve 2uebradi(o 5'or 'érdida de .umedad6 o se vuelve 'ulverulento& $e mide el contenido de .umedad, el cual corres'onde al #ímite 3l)stico& $e recomienda reali(ar este 'rocedimiento al menos = veces 'ara disminuir los errores de inter'retación o medición&
2.! PROCEDIMIENTO $e escogió un lugar adecuado 'ara sacar una muestra de suelo& El suelo escogido *ue el de la iudad !niversitariaH $.ancay)n, en estado natural& 3ara luego secarlo .asta obtener un suelo seco&
a( PARA EL L1MITE L13&IDO: •
•
$e 'rocedió a tami(ar el suelo en estado seco 'or la malla N; <9, y se saco de ello una muestra de a'ro4imadamente /999 gr& Este material ser) usado 'ara determinar el #ímite #í2uido&
A la muestra se le lleno en un reci'iente y se le agrego agua 'otable 'ara me(clarlo, .asta obtener un estado de consistencia&
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$e 'rocedió a calibrar y lim'iar la O3A DE A$A8RANDE, e2ui'o 2ue ser) utili(ado en el ensayo, con la *inalidad de reali(ar un ensayo adecuado evitando la alteración de datos&
#a colocación de la muestra en la o'a de asagrande, enrasando cubiertas en su totalidad, el e4cedo de material se retiró con la es')tula el cual estuvo libre de agentes a+enas al ensayo&
on el Ranurador 'reviamente lim'iada, se 'rocedió a rayar el suelo 'or la mitad tal como se muestra en la *otogra*ía& onsiguiendo una ranura el cual se cerrar) con un nFmero de gol'es&
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on la mani+a giratoria 2ue se 'rocedió a dar vueltas con un ritmo constante, teniendo cuidado de no variar la velocidad de vueltas&
uando la 'arte in*erior de la ranura se cierra el ensayo termina, y se anotó el nFmero de gol'es 2ue se contó durante este ensayo& 3arte de esta muestra se llevó al .orno 'ara conseguir la condición de $uelo $eco y 'oder determinar el ontenido de umedad&
El 'roceso antes mencionado se volvió a reali(ar en nFmero de cuatro 5Es decir cuatro veces6 con di*erentes cantidades de agua 53roceso de menos agua a mas agua6 a la muestra de suelo y determinar di*erentes contenidos de .umedad así como di*erentes nFmeros de gol'es, datos indis'ensables 'ara determinar el limite li2uido en laboratorio&
(eso %e )uestr*s *+ %í* siguiente.
4( PARA EL L1MITE PL+STICO: •
•
$e siguen los 'rimeros 'asos 2ue 'ara el límite lí2uido, la muestra de suelo se 'asó 'or la malla N; <9, se le ec.ó agua .asta obtener una me(cla consistente& $e escogió una muestra de suelo consistente y se 'rocedió a reali(ar mediante un 'roceso manual d)ndole una *orma cilíndrica de a'ro4& = mm de di)metro&
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Este 'roceso se reali(o .asta 2ue al *inal estos suelos en *orma cilíndricas 'e2ue0as em'iecen a res2uebra+arse cuando ocurrió esto el 'roceso de determinación del límite li2uido termina& Es decir cuando ocurre la se'aración del suelo de *orma cilíndrica es el #I"ITE 3#$TIO de la misma&
,r*ccion*)iento %e +* )uestr*. • •
Dic.as muestras se 'esan 'ara obtener el 'eso .Fmedo de la muestra& #uego dic.o suelo se llevó al .orno 'ara obtener suelo seco y de esta *orma calcular el contenido de .umedad de cada una de estas muestras&
2." CÁLCULOS Y RESULTADOS LIMITE LIQUIDO ENSA5 O
N6 ,OLPE S
/ =
< /:
PESOS
7seco
7a8ua
7reci
7reci ; S<
7reci ; Ss
'8r(
'8r(
9
<,: 9,/ /,/
:9,B =,9= ,
<<, =<,/ =B,
/, /<,9 /:,B
B,: <, :,
9,=< 9,=:/ 9,====
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<
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=:
<,<
,:
=,=
L%&%'( L)*+%,- LL/
/,
<,
9,=/
#
LIMITE PLÁSTICO ENSA5O
7reciiente
/ =
, ,< ,<
7reci ; suelo <=medo ,: /9,: ,B<
7reci ; suelo seco , /9,< ,<
L%&%'( 3456'%7- LP/
7seco '8r( / / /
7a8ua '8r( 9,/: 9,/ 9,<
9 9,/: 9,/ 9,<
1#8
ÍNDICE DE PLASTICIDAD
IP 9 LL LP ÍNDICE DE PLASTICIDAD
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3.
CLASIFICACIÓN DEL SUELO
CLASI0ICACI>N AASHTO
E# !ADRO DE #A$IQIAISN Del an)lisis del % 2ue 'asa la malla 99 'uede ser A ? @ A ? A ? Del an)lisis del ## M ==, % y del I3 M /:,9 %, el suelo se encuentra en la clasi*icación A* DETERMINACI>N DEL I#,#
s*n%o +* /r)u+*:
I, '0 ? F( G ? F 'LL $( ; @ '0 @F( 'IP @( $egFn la norma indica 2ue 'ara los subgru'os AHHB y AHH sólo se utili(a la 'arte de la *órmula con I3& I, @ '0 @F( 'IP @( I, $FJ I, Por lo tanto el suelo es: A ; 2 ; 8 0/
CLASI0ICACI>N S&CS: 8RAA %
=B,B//
ARENA %
:,/<
QINO$ % -
B,/: % Uue 'asa 99 MB,/:% V :9%, entonces es un suelo granular % Uue 'asa < y se retiene en 99 M :,/< 5arena6 mitad de la *racción gruesa M 5/99HB,/:[email protected] M
ara o4tener el s2m4olo !ue le acomaKa a S 'orcenta+e 2ue 'asa la malla 99 M B,/:% entre :% y /%, SIMBOLO,1A DOBLE
SP
o u M =B W B c M 9,:< no se encuentra entre / y = $e gra*ican LLJ / e IP@F / en la carta de asagrande& y se obtiene L
SP - SC: Arenas mal graduadas arcillosas, con gravas
CONCLUSIONES -
El límite lí2uido de la muestra de suelo ensayada *ue de J / obtenido del diagrama de *luide(& El límite 'l)stico .allado *ue de @J* / El índice de 'lasticidad obtenido de la di*erencia entre el ## y #3 *ue de @F /# on los resultados obtenidos 'odemos clasi*icar nuestra muestra de suelo de acuerdo a alguna sistema de clasi*icación de suelos, estos 'ueden ser el sistema $!$ 5$istema !ni*icado de lasi*icación de $uelos6 o AA$TO& #a clasi*icación del suelo obtenida, usando tablas y datos teóricos C e4'erimentales *ue, 'ara la clasi*icación AA$TO A ? ? * '(, y 'ara la clasi*icación $!$ SP ? SC#
RECOMENDACIONES -
Reali(ar la e4'eriencia con los debidos controles *ísicos con res'ecto a la .umedad relativa de ambiente, la tem'eratura, la cantidad y calidad de agua usada 'ara lavar el suelo y 'ara darle la 'lasticidad& Tener es'ecial cuidado en el mane+o de los instrumentos y en la dosi*icación de los insumos& alibrar los e2ui'os antes de usarlos, tales como las balan(as, la cuc.ara de asagrande, etc, con el *in de reducir al mínimo el 'orcenta+e de error en los resultados& Tener el mínimo cuido al momento del lavado de la muestra, 'ara no 'erder muc.as 'artículas de nuestra muestra, 'ara 'oder obtener resultados re'resentativos de la muestra ensayada& 3esar con una balan(a adecuada y de *orma muy cuidadosa todas muestra retenidas en las mallas est)ndares& 3ara cada ensayo tratar de reali(ar varias 'ruebas 'ara así obtener 'rueba *e.aciente de la correcta distribución y clasi*icación de nuestra muestra de suelo&
BIBLIOGRAFÍA Docente: Ing. Vásquez Niño Víctor Antonio
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"ec)nica de $uelos
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Lu)re( 1adillo C Rico Rodrígue( Tomo I
8uías y co'ias de #aboratorio
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