Guia de Lab Oratorios de Mecanica de Suelos

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GUIAS DE LABORATORIO

MECANICA DE SUELOS I

UNIVER SID AD NACIO NAL DE I NGENI ERIA FACUL TAD DE T ECNOL OGIA DE LA

CONSTR UCCION

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE TECNOLOGÍA DE LA CONSTRUCCIÓN

DEPARTAMENTO DE CONSTRUCCIÓN LABORATORIO DE MATERIALES Y SUELOS

“ING. JULIO PADILLA M.”

I.- GUIA GENERAL PARA LAS PRACTICAS DE LABORATORIO

1. Para lograr una mayor eficiencia en la ejecución de las prácticas es necesario que

se preste debida atención a las orientaciones emitidas por el instructor de la práctica.

2. En la elaboración del Informe, el estudiante debe formar pequeños grupos de tres

personas como máximo.

3. Antes de empezar un ensaye determinado, es aconsejable que el estudiante se

familiarice personalmente con el alcance y propósito de la prueba a efectuar, así como con el procedimiento de trabajo que ello involucra. Recuerde que la falta de preparación personal puede significar un menor aprovechamiento de parte del estudiante en el momento de la ejecución de su práctica.

II.- INSTRUCCIONES PARA EL TRABAJO DE LABORATORIO

1. Atender las indicaciones del instructor.

2. Consultar con el instructor el material y equipo a usar.

3. Al operar un equipo por primera vez, consultar previamente al instructor. 4. Todo el material empleado debe ser usado de una manera económica.

5. Cuidar las piezas pequeñas del equipo tales como pesas, balanzas, tamices, etc.

Cualquier daño del equipo deberá ser reportado de inmediato. Daño o pérdida debida a descuido será cargado a la persona responsable del daño.

6. Para identificación posterior todos los especimenes, taras, etc., deberán ser

debidamente marcados.

7. Al terminar la práctica se limpiara el equipo y se eliminarán los desperdicios

resultantes, tanto de los bancos de trabajo como del piso.

8. Procurar tomar los datos del ensayo directamente en los formatos existentes.

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1. Se entregarán una semana después de efectuado el ensayo. 2. Se entregarán en grupos de tres personas como máximo. 3. Deberá ser breve y claro.

4. Es conveniente que en la portada del reporte se incluya la siguiente información. a. Universidad Nacional de Ingeniería

Facultad de Tecnología de la Construcción Departamento de Construcción

Laboratorio de Materiales y Suelos.

b. Título del ensaye. c. Número del ensaye.

d. Nombre y Carnet de los estudiantes. e. Grupo de práctica.

f. Profesor de teoría y práctica. g. Fecha de Entrega

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

5. Para una mejor exposición escrita del trabajo, es necesario organizarlo de una manera

lógica, y con toda la información correspondiente. Conviene recordar que un reporte se escribe pretendiendo que sea comprensible incluso por personas que no han visto el ensaye, y que dependiendo de la forma de exposición del trabajo escrito se puede lograr este objetivo.

A manera de sugerencia y ejemplo se presenta el siguiente ordenamiento en la presentación del reporte:

a. INTRODUCCIÓN ; La Introducción debe elaborarse como la presentación del

trabajo desarrollado, de tal manera que se de un enfoque general. Además se debe expresar algunas definiciones. Se debe escribir con sus propias palabras. No se debe transcribir textualmente del libro de consulta o de la gúia, sino hacerlo con su estructuración personal.

b. Presentar un INDICE del contenido del reporte, a fin de facilitar la búsqueda de

información en el texto.

c. Definir bien los OBJETIVOS, del ensaye, estableciendo adecuadamente el

propósito y significado del mismo. Conviene recordar que los objetivos se entienden como la aplicación práctica de los resultados y conocimientos adquiridos.

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d. Describir los MATERIALES empleados en el ensayo, brindando la información

pertinente como tipo de material, procedencia, etc.

e. Indicar el EQUIPO que se utilizó en el ensayo, el uso y manejo del mismo, así

como sus limitaciones. Para lograr una mejor visualización del tipo de equipo y su operación, puede acudirse al auxilio de diagramas o gráficas.

f. PRESENTACIÓN DE DATOS, CALCULOS .-

Se debe tomar la costumbre de que los datos obtenidos en el laboratorio sean presentados de una manera tabular. Es lógico que cualquier resultado que se indique es consecuencia de ciertos cálculos numéricos que deben indicarse en el reporte, mostrando un ejemplo típico. Todas las ecuaciones y fórmulas empleadas serán claramente establecidas junto con las definiciones de símbolos empleados.

Los pasos hechos en los cálculos, deberán ser claramente indicados. Deberá tenerse sumo cuidado al elaborar una tabla o diagrama. Estos deberán

ser tan claros como sea posible, completos por sí mismo, y en el caso ideal, deberán contener la información deseada sin necesidad de buscar referencia en el texto.

g. ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS, CONCLUSIONES :

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

h. Hay que recordar que el reporte debe escribirse en lenguaje técnico y

construcción gramatical correcta, incluyendo REFERENCIA usada. No se debe escribir en primera persona (yo, nosotros), si no en la tercera (se hizo, se calcularon).

El estudiante debe apreciar claramente la importancia que significa un reporte, ya que deberá efectuarlo como elemento esencial de la mayor parte de su trabajo como ingeniero, y que de la práctica a que se somete en el Laboratorio en la redacción de informes y en la representación de los datos de una manera técnica, obtiene un gran beneficio.

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD TECNOLOGÍA DE LA CONSTRUCCIÓN

DEPARTAMENTO DE CONSTRUCCION GUIA DE MECANICA DE SUELOS I

PRACTICA N° 1 : EXPLORACIÓN, MUESTREO Y CONTENIDO DE HUMEDAD INTRODUCCIÓN:

En los proyectos de Ingeniería, tanto en obras horizontales como en obras verticales, se necesita tener información veraz acerca de las propiedades físico-mecánico de los suelos donde se pretende cimentar la obra. Por lo que deberá hacerse un plan de exploración y muestreo en el área donde se desea realizar el proyecto. La exploración deberá consistir en la investigación del subsuelo, con el objetivo de poder obtener muestras de suelo a la que se le realizaran en el laboratorio ensayes básicos de clasificación, densidad, humedad, etc. En dependencia de la información que se necesite y de los ensayes de laboratorio se define el tipo de exploración y la forma de muestreo de los suelos.

OBJETIVOS

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

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

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

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

Métodos de Exploración • Pozo a Cielo Abierto:

En este tipo de muestreo exploratorio se practica una excavación con dimensiones suficientes para que un técnico pueda descender en ella y examinar los diferentes estratos que se presentan en su estado natural. Este tipo de excavación no se puede llevar a grandes profundidades.

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En estos pozos se pueden tomar muestras alteradas y/o inalteradas.

• Sondeos Manuales:

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

• Ensayes de Penetración Estándar (SPT):

Este es uno de los métodos que rinde mejores resultados en la práctica y proporciona una información más útil en torno al subsuelo, no solo en lo referente a la descripción, sino también en cuanto a la resistencia del suelo, ya que puede considerarse como el primer ensaye realizado.

El método lleva implícito un muestreo que proporciona muestras alteradas del suelo en estudio y consiste en hacer penetrar a golpes, con un martinete, el penetrómetro o cuchara partida de Terzaghi, registrando el número de golpes necesarios para lograr una penetración de 30.5 cm. (1 pié).

• Métodos Rotativos en Roca:

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

Tipos de Muestras

Muestra Representativa:

Se denomina muestra representativa aquella fracción de suelo o roca que es capaz de representar todo un conjunto o estrato determinado, no solo en su apariencia visual sino en sus propiedades físico-mecánicas.

Muestra Alterada:

Son aquellas en las que no se hace ningún esfuerzo para conservar la estructura natural y condiciones del suelo. Los aditamentos con características para la recuperación de estos suelos son los siguientes:

• Muestreadores de tubo sencillo.

• Cucharas tipo Terzaghi (cuchara partida).

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Las muestras alteradas pueden utilizarse para determinar; Peso específico, límites de consistencia, Granulometría y cualquier otro ensaye que no requiera la estructura o condiciones naturales del suelo in situ.

Muestras Inalteradas:

Las muestras inalteradas son las que se obtienen tratando de conservar su estructura natural y cuyas condiciones, fundamentalmente la densidad natural y la humedad natural, han sufrido cambios mínimos despreciables en comparación a su estado in situ. Para obtener estas muestras se puede realizar;

• Monolitos labrados a mano.

• Muestreadores Shelby, etc.

Humedad

El contenido de humedad del suelo, se define como la cantidad de agua presente en el suelo al momento de efectuar el ensaye, relacionado al peso de su fase sólida, se representa por la siguiente expresión;

Peso del agua contenida Wh – Ws W = =

Peso seco Ws

Donde; W : Humedad

Wh : Peso de muestra húmeda Ws : Peso de muestra seca

La expresión anterior también se puede representar en porcentaje.

DESARROLLO DE LA PRACTICA

La práctica consistirá en la realización de un sondeo manual de 1.50 metros de profundidad, además se obtendrán muestras alteradas que serán clasificadas en el campo con la vista y el tacto: Material y Equipo • Pala. • Barra. • Posteadora. • Palín doble. • Balanza de 0.1 gr. de sensibilidad

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• Horno

• Cucharón

• Charola

• Bolsas plásticas, tarjetas para Identificar las muestras.

Procedimiento sondeo manual

• Localizar el sitio donde se realizará la excavación.

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

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

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

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

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

Procedimiento para contenido de humedad

• Tomar una muestra representativa del estrato a evaluar.

• Obtener el peso húmedo de la muestra.

• Colocar la muestra en una tara y depositarlo en el horno hasta obtener peso constante. - Temperatura del horno: 105 °c a 115 °c.

- Tiempo de la muestra en el horno : 24 horas.

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Presentación de Resultados

• En el reporte deberá adjuntarse la siguiente información - Plano de localización del sitio en estudio.

- Plano de ubicación de sondeos.

- Perfil estratigráfico, conteniendo la descripción de los suelos encontrados. - Tarjeta que identifica cada muestra obtenida conteniendo;

Nombre del Proyecto, Localización de los Sondeos, Número de Sondeo, Número de Muestra, Profundidad de la Muestra, Descripción del Suelo, Color de la Muestra.

- Simbología de los suelos mas importantes;

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PRACTICA No. 2 DETERMINACION DE LA GRAVEDAD ESPECIFICA DE LOS SUELOS

(ASTM D-558; AASHTO T 93-86) GENERALIDADES:

Se define como Gravedad Específica de los Suelos, a la relación del peso en el aire, de un volumen dado de partículas sólidas, al peso en el aire de un volumen igual de agua destilada a una temperatura de 4º C.

El valor de la Gravedad Específica de un Suelo queda expresado por un valor abstracto; además de servir para fines de clasificación, interviene en la mayor parte de los cálculos de la Mecánica de Suelos.

La densidad de los suelos varía comúnmente entre los siguientes valores:

Cenizas Volcánicas 2.20 a 2.50

Suelos Orgánicos 2.50 a 2.65

Arenas y Gravas 2.65 a 2.67

Limos Inorgánicos 2.67 a 2.72

Arcillas poco Plásticas 2.72 a 2.78

Arcillas medianamente plásticas y muy plásticas 2.78 a 2.84

Arcillas Expansivas 2.84 a 2.88

Suelos con Abundante Hierro 3.00

OBJETIVOS:

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

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

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EQUIPO A UTILIZAR:

1. Matraz aforado de cuello largo (frasco volumétrico), de 500 cc. de capacidad a temperatura de calibración de 20ºC

2. Agua Destilada

3. Dispositivo de succión neumática, capaz de producir el grado de vacío (opcional). 4. Dispositivo para calentar agua, con temperatura controlable.

5. Balanza de un centésimo de grado de aproximación y capacidad de 1Kg. 6. Horno a temperatura constante de 100 a 110º C.

7. Un desecador. 8. Batidor Mecánico

9. Termómetro con aproximación de 0.1º C, graduado hasta 50º C. 10.Cápsulas para evaporación.

11. Pipeta ó cuenta-gotas (gotero) 12.Embudo de vidrio de conducto largo.

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Este valor se toma por lo general de una curva en que están ploteados los pesos del frasco más agua vs. la temperatura. Esta gráfica llamada curva de calibración, puede ser determinada experimentalmente ó por medios teóricos.

Antes de realizar el ensaye es necesario hacer la limpieza y calibración al frasco volumétrico.

I. PROCEDIMIENTO PARA LA LIMPIEZA DEL FRASCO:

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

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

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

II. PROCEDIMIENTO PARA LA CALIBRACIÓN DEL FRASCO VOLUMETRICO:

La calibración del Frasco Volumétrico debe efectuarse cada 18 meses y su procedimiento práctico es el siguiente:

A. Procedimiento Práctico :

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

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

3. Mídase la temperatura del agua contenida en el frasco, con aproximación de 0.1º C, colocando el bulbo del termómetro en el centro del frasco volumétrico. 4. Con una pipeta ó cuenta-gotas, complétese el volumen del frasco con agua

destilada de modo que la parte interior del menisco coincida con la marca de aforo.

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

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

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

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

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

B. Procedimiento Teórico

Los puntos de la curva de calibración se pueden obtener por la sustitución de diferentes temperaturas en la siguiente ecuación:

Wfw = Wf + Vf (1 - ∆T.E) (γw - γa) Donde;

Wfw = Peso del frasco + agua

Wf = Peso del frasco seco y limpio Vf = Volumen calibrado del frasco a Tc.

T = T – Tc

T = Temperatura en grados centígrados a la cual se desea Wfw. Tc = Temperatura de calibración del frasco = 20º C.

E = Coeficiente término de expansión cúbica del Pyrex, igual a 0.1 x 10-4_/O_C.

γw = Peso unitario del agua a temperatura de ensaye.

γa = Peso unitario del aire a temperatura T y presión atmosférica 0.001 gr/cm³.

III PROCEDIMIENTO PARA LA DETERMINACIÓN DE LA GRAVEDAD ESPECÍFICA

A. Procedimiento de Ensaye en Suelos no Cohesivos (Granulares).

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2. Pásese la muestra cuidadosamente a un frasco volumétrico seco y limpio,

previamente calibrado, según se indico en los incisos anteriores, llénese éste con agua destilada hasta la mitad del frasco.

3. Elimínese el aire atrapado en la muestra por calentamiento del frasco durante

15 min., ó utilizando el método indicado por el profesor de la materia.

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

b.- La presencia de materia orgánica puede producir el efecto de aire no removido a causa de los gases que se forman en contacto con el agua. La materia orgánica podrá descubrirse por olor y por la formación de una película oleaginosa en la superficie del agua.

Si ésta materia existe el método del vacío debe sustituirse por más efectivo para remover gases; éste método puede ser ebullición de la suspensión de un baño de Glicerina durante 30 min., añadiendo de cuando en cuando más agua destilada para impedir la calcinación de la muestra, en todo momento el frasco volumétrico debe estar lleno hasta su mitad; tras este período déjese enfriar el frasco a la temperatura ambiente y aplíquese lo escrito anteriormente en el acápite a.

5. Desairada la suspensión añádase agua destilada hasta que el borde interior del

menisco coincida con la marca de aforo.

6. Verifique si el menisco está bien enrasado, y que el frasco en su parte exterior

esté seco y limpio; pésese el frasco mas el agua más el suelo contenido en él (Wfws), con una aproximación de 0.1 gr.

7. De inmediato determínese la temperatura de la suspensión con aproximación

de 0.01º C., introduciendo el bulbo de un termómetro hasta el centro del frasco volumétrico.

8. Saque el agua y el suelo del frasco sin perder nada y déjese limpio el frasco. 9. Introduzca la muestra al horno por un tiempo de 24hrs., a una temperatura de

110º C.

10.Saque la muestra del horno, déjela enfriar y determine su peso seco (Ws) con

aproximación 0.1gr.

11. Calcule la gravedad específica con la formula siguiente:

Wfsw Ws Wfw Ws Gs − + =

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Donde;

Ws = Peso seco del suelo

Wfsw = Peso del frasco + peso del suelo + peso del agua.

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

B. Procedimiento de Ensaye en Suelos Cohesivos

1. La muestra de suelo a ser ensayada, se criba por el tamiz No. 10; del material

que pasa por el tamiz No. 10, se pesan aproximadamente 60 gr. de material seco.

2. Agréguele agua hasta obtener una consistencia pastosa. 3. Coloque la pasta dentro del frasco volumétrico, calibrado.

4. Se extrae el aire atrapado como se hizo en los pasos del No. 3 al No. 6, del

procedimiento para suelos no cohesivos.

5. Pese el frasco mas agua, mas suelo, (Wsw).

6. Saque el agua y el suelo del frasco sin perder nada y déjese limpio el frasco. 7. Introduzca la muestra al horno por un tiempo de 24hrs., a una temperatura de

110º C.

8. Saque la muestra del horno, déjela enfriar y determine su peso seco (Ws) con

aproximación 0.1gr.

9. Calcúlese la gravedad específica con la formula siguiente:

Wfsw Ws Wfw Ws Gs − + = Donde;

Ws = Peso seco del suelo

Wfsw = Peso del frasco + peso del suelo + peso del agua.

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

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

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Peso especifico del agua en gramos/centímetros cúbicos °C 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 0.999₉ 0.999₉ 1.000₀ 1.000₀ 1.000₀ 1.000₀ 1.000₀ 0.999₉ 0.999₉ 0.9998 10 0.999₇ 0.999₆ 0.999₅ 0.999₄ 0.999₃ 0.999₁ 0.999₀ 0.998₈ 0.998₆ 0.9984 20 0.998₂ 0.998₀ 0.997₈ 0.997₆ 0.997₃ 0.997₁ 0.996₈ 0.996₅ 0.996₃ 0.9960 30 0.995₇ 0.995₄ 0.995₁ 0.994₇ 0.994₄ 0.994₁ 0.993₇ 0.993₄ 0.993₀ 0.9926 40 0.992 2 0.991 9 0.991 5 0.9911 0.990 7 0.990 2 0.989 8 0.989 4 0.989 0 0.9885 50 0.988 1 0.987 6 0.987 2 0.986 7 0.986 2 0.985 7 0.985 2 0.984 8 0.984 2 0.9838 60 0.983₂ 0.982₇ 0.982₂ 0.981₇ 0.9811 0.980₆ 0.980₀ 0.979₅ 0.978₉ 0.9784 70 0.977₈ 0.977₂ 0.976₇ 0.976₁ 0.975₅ 0.974₉ 0.974₃ 0.973₇ 0.973₁ 0.9724 80 0.971₈ 0.971₂ 0.970₆ 0.969₉ 0.969₃ 0.968₆ 0.968₀ 0.967₃ 0.966₇ 0.9660 90 0.965₃ 0.964₇ 0.964₀ 0.963₃ 0.962₆ 0.961₉ 0.961₂ 0.960₅ 0.959₈ 0.9591

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PRACTICA No. 3 DETERMINACION DE LAS RELACIONES VOLUMÉTRICAS DE LOS SUELOS

I. GENERALIDADES :

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

Se entiende por Relaciones Volumétricas, las relaciones de volúmenes como:

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

e = Vv (1)

Vs

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

b) Porosidad “n”. Es la relación entre su volumen de vacíos y el volumen de su masa. Se expresa como porcentaje o al tanto por uno.

n = Vv x 100 (2)

Vm

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

c) Grado de Saturación. Es la relación entre su volumen de agua y el volumen de sus vacíos. Se expresa en porcentaje o al tanto por uno.

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

Vv : Volumen de vacío Vw : Volumen de agua Vs : Volumen de los sólidos Vm : Volumen de la muestra

II. OBJETIVO DE LA PRUEBA

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

III. FORMULACION TEORICA DEL CALCULO

3.1 Relación de Vacío

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

1 Vm w w 1 − = = − = − = = Ws Gs e Gs Ws Vs Vs Vm Vs Vs Vs Vm Vs Vv e γ γ

También puede demostrarse fácilmente que la relación de vacío se puede expresar como:

e = w . Gs (para suelos saturados) (5) (4)

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Donde w es la humedad al tanto por uno.

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

3.2 Porosidad n.

Este valor generalmente se determina en el Laboratorio si se conocen las relaciones de volúmenes en caso contrario se utiliza la correlación existente entre Relación de Vacío y Porosidad. e e Vm Vv n + = = 1 (6)

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

3.3 Grado de Saturación Sw

El grado de saturación de un suelo se puede calcular a partir de la ecuación (5) que transformándola sería: ; 1 w Gs Ws Vs Vs Vm Vs Vs Vm Vs Vv e γ = − = − = =

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e Gs x Ws w x w Ww Sw por tanto , w Ww Vw Pero e Ws w x Gs x e ; / / / w Sw e xGs Ws Ww Sw e Gs x Vw w x Gs Ws V Sw w Gs Ws Vs e Vs Vw Vs Vv Vs Vw Vv Vw Sw = = = = ⇒ = = = = = = γ γ γ γ γ ω γ Donde;

W : Humedad del suelo al tanto por uno Gs : Gravedad específica de los sólidos e : Relación de vacíos

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

Equipo:

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

Procedimiento:

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

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Método A.

Por moldeo de un volumen conocido de una muestra inalterada

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

rectangulares.

2. Mida las dimensiones del espécimen y calcule el volumen del mismo (Vm). 3. Pese en una balanza la muestra y anote su peso (Wm).

4. De la parte central del espécimen se toma una muestra para determinación del

contenido de humedad.

5. Calcule el contenido de humedad (W).

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

100 x w Gs S 100 x 1 1 Vm Gs 1 x e e e n Ws e W Wm Ws = + = − = + = ω γω Método B.

Por medio de la Balanza Hidrostática

1. Tome una muestra inalterada representativa del suelo a muestrear. 2. Pese la muestra y anote su peso (Wm) = A

3. Recubra la muestra con parafina hasta que quede completamente impermeable. 4. Pese la muestra con parafina y anótese su peso (B).

Donde;

Ws = Peso de las partículas sólidas. e = Relación de vacíos.

Wm = Peso de la muestra.

w = Peso específico del agua a temperatura de ensaye. w = Contenido de humedad.

Vm = Volumen de la muestra. %n = Porcentaje de porosidad. Sw = Grado de saturación

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5. Introduzca la muestra en la cesta y tome el peso sumergido de la muestra más

parafina ( C ).

6. De la parte central del espécimen tome una muestra para determinación del

contenido de humedad.

7. Calcule las relaciones con las siguientes formulas.

100 x . 100 1 % 1 Vm w Gs e w 1 Wm Ws V" V´-Vm Wm -B " ´ e W Gs Sw x e e n Ws Parafina V w C B V = + = = + = = = − = γ γ γ Método C.

Por medio de un peso de Mercurio desplazado

1. Tome una muestra inalterada de tamaño pequeño y determine su peso Wm.

2. Llene de mercurio una cápsula de vidrio de forma y dimensiones conocidas, con las

plaquitas de vidrio enrase el mercurio, anotando el peso del mercurio más la cápsula (L).

3. Introduzca la muestra en la cápsula de vidrio que contiene el mercurio, y con las

plaquitas de vidrio presionándola, remueva el exceso de mercurio que es desplazado. Donde;

V´ = Volumen de la muestra más parafina. V” = Volumen de la parafina.

Vm = Volumen de la muestra.

B = Peso de la muestra más parafina.

C = Peso de la muestra más parafina sumergido.

γ Parafina = Peso específico de la parafina.

(23)

4. Retire la muestra de la cápsula, anotando el nuevo peso de la cápsula más el

mercurio (S).

5. Introduzca la muestra en el horno y determine su peso seco (Ws)

100 e x Gs S 100 x 1 % 1 Vm x x 1 x e e n Ws w Gs e w Wm Ws mercurio S L Vm ω ω γ γ = + = = + = − = Donde:

L = Peso del mercurio más la cápsula de vidrio. S = Peso del mercurio más la cápsula después de

retirar la muestra.

(24)

PRACTICA No. 4 DETERMINACION DEL ANÁLISIS GRANULOMETRICO DE LOS

SUELOS (METODO MECANICO). (ASTM D-422; AASHT0 T 27-88)

GENERALIDADES:

La variedad en el tamaño de las partículas de suelos, casi es ilimitada; por definición, los granos mayores son los que se pueden mover con la mano, mientras que los más finos son tan pequeños que no se pueden apreciar con un microscopio corriente.

Debido a ello es que se realiza el Análisis Granulométrico que tiene por objeto determinar el tamaño de las partículas o granos que constituyen un suelo y fijar, en porcentaje de su peso total, la cantidad de granos de distinto tamaño que el mismo contiene.

La manera de hacer esta determinación es por medio de tamices de abertura cuadrada.

El procedimiento de ejecución del ensaye es simple y consiste en tomar una muestra de suelo de peso conocido, colocarlo en el juego de tamices ordenados de mayor a menor abertura, pesando los retenidos parciales de suelo en cada tamiz. Esta separación física de la muestra en dos o más fracciones que contiene cada una de las partículas de un solo tamaño, es lo que se conoce como “Fraccionamiento”.

La determinación del peso de cada fracción que contiene partículas de un solo tamaño es llamado “Análisis Mecánico”. Este es uno de los análisis de suelo más antiguo y común, brindando la información básica por revelar la uniformidad o graduación de un material dentro de rangos establecidos, y para la clasificación por textura de un suelo.

Sin embargo, debido a que el menor tamaño de tamiz que se utiliza corrientemente es el 0.074 mm (Malla No. 200), el análisis mecánico está restringido a partículas mayores que ese tamaño que corresponde a arenas limpias finas. Por lo tanto si el suelo contiene partículas menores que ese tamaño la muestra de suelo analizada debe ser separada en dos partes, para análisis mecánico y por vía húmeda (hidrometría).

Por medio de lavado por el tamiz No. 200 y lo que pase por este tamiz será sometido a un análisis granulométrico por vía húmeda, basado en la sedimentación.

El análisis por vía húmeda se efectúa por medio del hidrómetro que mide la densidad de una suspensión del suelo a cierto nivel y se basa en el principio de la ley de Stokes.

(25)

OBJETIVO:

- Determinar experimentalmente la distribución cuantitativa del tamaño de las partículas de un suelo.

- Analizar su graduación en base a los coeficientes de uniformidad (Cu) y Curvatura (Cc).

EQUIPO:

Método Mecánico

- Juego de tamices 3”, 2 ½”, 2”, 1 ½“, 1”, ¾“, ½“, 3/8”, No. 4, No. 10, No. 40, No. 200, tapa y fondo.

- Balanza de 0.1gr. de sensibilidad. - Mortero con su pisón.

- Horno con temperatura constante de 100 – 110º C. - Taras.

- Cuarteador.

PROCEDIMIENTO:

Método Análisis Mecánico

(26)

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

b) Material menor que el tamiz No. 4

1. Ponga a secar la muestra en el horno a una temperatura de 105 a 110º C por un

período de tiempo de 12 a 24 horas.

2. Deje enfriar la muestra a temperatura ambiente y pese la cantidad requerida para

realizar el ensaye.

Si el suelo es arenoso se utiliza aproximadamente 200grs. Si el suelo es arcilloso se utiliza aproximadamente 150grs.

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

rompimiento de los gramos.

4. Coloque la muestra en una tara, agréguele agua y déjela remojar hasta que se puedan

deshacer completamente los grumos.

5. Se vacía el contenido de la tara sobre el tamiz No. 200, con cuidado y con la ayuda de

agua, lave lo mejor posible el suelo para que todos los finos pasen por el tamiz. El material que pasa a través del tamiz No. 200, se analizará por otros métodos en caso sea necesario.

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

lavando el tamiz con agua.

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

horas.

8. Con el material seco en el paso anterior, se coloca el juego de tamices en orden

progresivo, No. 4, No. 10, No. 40, No. 200 y al final el fondo, vaciando el material previamente pesado.

9. Se agita el juego de tamices horizontalmente con movimientos de rotación y

verticalmente con golpes secos de vez en cuando. El tiempo de agitación depende de la cantidad de finos de la muestra, pero por lo general no debe ser menor de 15 minutos.

10.Inmediatamente realizado el paso anterior pese las fracciones retenidas en cada

tamiz, y anótela en el registro correspondiente.

ANÁLISIS Y PRESENTACIÓN DE DATOS

En el análisis por tamices se obtienen los resultados de pesos parciales retenido en cada uno de ellos.

(27)

Después se calcula los porcentajes retenidos parciales, los porcentajes acumulativos, los porcentajes que pasan por cada tamiz.

Además es conveniente presentar resultados en forma gráfica que tabular.

La presentación gráfica se efectúa por medio de la curva granulométrica, que es la curva de los porcentajes que pasa por cada tamiz, esta curva se gráfica en papel semilogaritmico. En la ordenadas (escala natural del papel) se anotan los porcentajes que pasa y en las abscisas (escala logarítmica del papel) se anotan los diámetros de los tamices en milímetros.

TAMAÑO DE LAS ABERTURAS DE LOS TAMICES NORMALIZADOS.

TAMIZ ABERTURA (mm) 3” 76.2 2 ½” 63.5 2” 50.8 1 ½” 38.1 1” 25.4 ¾ “ 19.1 ½ “ 12.7 3/8 “ 9.52 ¼ “ 6.35 No. 4 4.76 No. 10 2.00 No. 40 0.420 No. 200 0.075

A partir de la curva granulométrica se puede deducir en primera instancia el tipo de suelo principal y los componentes eventuales.

Se puede encontrar el diámetro efectivo de los granos (D10); que es el tamaño correspondiente al 10% en la curva granulométrica y se designa como D10.

Otros tamaños definidos estadísticamente que son útiles incluyen D60; D30.

La uniformidad del suelo se puede definir estadísticamente de varias maneras, un índice antiguo pero útil, es el coeficiente de Uniformidad Cu que se define.

10 60 D D Cu =

- Las Gravas bien graduadas tienen Cu > 4

- Las Arenas bien graduadas tienen Cu > 6

(28)

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

D10 x 60 ) 30 ( 2 D D Cc =

- Los suelos bien graduados; CC entre 1 y 3.

DEPARTAMENTO DE MATERIALES Y SUELOS ANÁLISIS GRANULOMETRICO

NOMBRE DEL PROYECTO: _________________________________________________ LOCALIZACIÓN: __________________________________________________________ SONDEO No.:___________________ MUESTRA No.___________________________ PROFUNDIDAD (m):________________ FECHA: ______________________________

TAMIZ NO. PESO RETENIDO PARCIAL EN

GRAMOS

% RETENIDO PARCIAL

% RETENIDO ACUMULATIVO

% QUE PASA POR EL TAMIZ 1 ½ 1” ¾ “ ½ “ 3/8 “ No. 4 PASA No. 4 SUMA

ANÁLISIS GRANULOMETRICO DEL MATERIAL QUE PASA

EL TAMIZ NO. 4 (LAVADO)

TAMIZ NO. _{PARCIAL EN GRS.}PESO RETENIDO % RETENIDO_PARCIAL _ACUMULATIVO% RETENIDO % QUE PASA POR_{EL TAMIZ}

10 40 200 PASA 200

SUMA

LAVADO POR No. 200

ENSAYE No.:_____________ ENSAYE No.: ________________________ PESO SECO: _____________ PESO SECO: ________________________ PESO SECO LAVADO: ______________ PESO SECO LAVADO: __________________ DIFERENCIA: ____________________ DIFERENCIA: _____________________

(29)

(30)

PRACTICA No. 5 DETERMINACION DE LOS LIMITES DE CONSISTENCIA O DE ATTERBERG DE LOS SUELOS.

(ASTM D 4318 , AASHTO T 89-90 y T 90-87) GENERALIDADES.

Las propiedades de un suelo formado por partículas finamente divididas, como una arcilla no estructurada dependen en gran parte de la humedad. El agua forma una película alrededor de los granos y su espesor puede ser determinante del comportamiento diferente del material. Cuando el contenido de agua es muy elevado, en realidad se tiene una suspensión muy concentrada, sin resistencia estática al esfuerzo cortante; al perder agua va aumentando esa resistencia hasta alcanzar un estado plástico en que el material es fácilmente moldeable; si el secado continua, el suelo llega a adquirir las características de un sólido pudiendo resistir esfuerzos de compresión y tensión considerable.

Arbitrariamente Atterberg marcó las fronteras de los cuatro estados en que pueden presentarse los materiales granulares muy finos mediante la fijación de los límites siguientes: Líquido (L.L), Plástico (L.P.), y de contracción (L.C.) y mediante ellos se puede dar una idea del tipo de suelo en estudio.

El límite líquido es la frontera entre el estado líquido y el plástico; el límite plástico es la frontera entre el estado plástico y el semi-sólido y el límite de contracción separa el estado semi-sólido del sólido. A estos límites se les llama límites de consistencia.

OBJETIVOS.

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

- Determinar experimentalmente los diferentes límites de consistencia de un suelo. - Determinar mediante formulas los diferentes indices de consistencia de un suelo.

(31)

DETERMINACIÓN DEL LIMITE LIQUIDO (L.L)

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

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

(32)

EQUIPO.

1. Aparato de Arturo Casagrande, incluyendo la solera plana y el ranurador trapezoidal. 2. Espátulas flexibles.

3. Cápsula de porcelana. 4. Tamiz No. 40.

5. Atomizador.

6. Balanza con sensibilidad de 0.01gr.

7. Horno con temperatura constante de 100 a 110º C. 8. Taras con su tapa

PROCEDIMIENTO.

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

1. Después de secada la muestra de suelo, se criba a través del tamiz No. 40 desechándose

el que quede retenido.

2. Antes de utilizar la “Copa de Casagrande”, debe ser ajustada (calibrada), para que la

copa tenga una altura de caída de 1 cm., exactamente.

3. Del material que pasó por el tamiz No. 40 se toman aproximadamente unos 100 gramos

se colocan en una cápsula de porcelana y con una espátula se hace una mezcla pastosa, homogénea y de consistencia suave agregándole una pequeña cantidad de agua durante el mezclado.

4. Parte de esta mezcla se coloca con la espátula en la copa de Casagrande formando una

torta alisada de un espesor de un (1) cm., en la parte de máxima profundidad. Una altura menor aumenta el valor del límite líquido.

5. El suelo colocado en la “Copa de Casagrande” se divide en la parte media en dos

porciones utilizando para ello un ranurador, de manera que permanezca perpendicular a la superficie inferior a la copa.

Para suelos arcillosos con poco o ningún contenido de arena hágase la ranura con un solo movimiento suave y continúo.

6. Después de asegurarse de que la copa y la base están limpias y secas, se da vuelta a la

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

(33)

Antes del Ensayo Después del Ensayo

7. Después que el suelo se ha unido en la parte inferior de la ranura, se toman

aproximadamente unos 10 gramos del suelo; se anota su peso húmedo, el No. de golpes obtenidos y se determina el peso seco.

8. Repita los pasos 2, 4, 5, 6 y 7; con el propósito de obtener puntos menores de 25 golpes

y mayores de 25 golpes.

9. Determine el porcentaje de humedad correspondiente a cada número de golpes y se

construye la curva de fluidez en papel simi-logarítmico.

10. El límite líquido define cuando el contenido de agua en la curva de fluidez corresponda a

25 golpes.

Datos de la determinación del límite líquido

Proyecto: Dueño: Sondeo No. Muestra No. Ubicación:

Ensaye No. 1 2 3 4 5

Tara No. No. de Golpes Peso de Tara

Peso Muestra Humedad + Tara (grs)

Peso Muestra Seca + Tara (grs) Peso de Agua

Peso de Muestra Seca Porcentaje de Humedad

(34)

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

EQUIPO.

1. Vidrio esmerilado o papel absorbente. 2. Taras

3. Balanza con sensibilidad de 0.01 gr.

4. Horno con temperatura constante de 100 a 110º C. PROCEDIMIENTO.

1. Se toma aproximadamente la mitad de la muestra que se usó en límite líquido,

procurando que tenga una humedad uniforme cercana a la humedad optima, amáselo con la mano y ruédelo sobre una superficie limpia y lisa, como una hoja de papel o un vidrio hasta formar un cilindro de 3 mm, de diámetro y de 15 a 20 cm de largo.

2. Se amasa la tira y se vuelve a rodar, repitiendo la operación tantas veces como se

necesite para reducir, gradualmente, la humedad por evaporación, hasta que el cilindro se empiece a endurecer.

3. El límite plástico se alcanza cuando el cilindro se agrieta al ser reducido a 3mm de

diámetro.

4. Inmediatamente se divide en proporciones y se ponen los pedazos en dos taras. 5. Se pesan en la balanza de 0.01 gr., y se registra su peso.

6. Se introduce la muestra en el horno por un período aproximado de 24 horas y se

determina su peso seco.

7. Con los datos anteriores se calcula el contenido de agua en porcentaje. Si la diferencia

de los dos % no es mayor que 2% se promedian y en caso contrario se repite el ensaye.

8. El promedio es el valor en porcentaje del Límite Plástico. DETERMINACIÓN DEL LIMITE DE CONTRACCIÓN.

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

(35)

1. Cápsula metálica cilíndrica para límites de contracción 2. Cápsula de vidrio de dimensiones conocidas.

3. 2 Plaquitas enrrasadoras 4. Mercurio (azogue vivo).

5. Balanza con sensibilidad de 0.1 gr.

6. Horno con temperatura constante de 100 a 110º C. PROCEDIMIENTO.

1. Tómese unos 30 grs., del material que pase la malla No. 40 y añádasele agua hasta

formar una mezcla pastosa cuya consistencia sea aproximadamente la misma que la que tiene el suelo cuando su contenido de humedad es igual al límite líquido.

2. Se llena la cápsula metálica con la muestra pastosa en tres capas aplicándole 20 golpes

por capa.

3. Una vez llena la cápsula metálica se alisa la superficie quitando el material sobrante con

ayuda de una espátula.

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

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

a 110º C.

6. Sáquese del horno la cápsula con la muestra seca y estando a temperatura ambiente,

pésese y regístrese dicho peso (Ws).

7. Determine el volumen de la cápsula metálica, llenándolo de mercurio líquido y nivelando

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

8. Determine el volumen de la muestra seca (V2), de la manera siguiente:

Llénese la cápsula de vidrio con mercurio líquido y enrase con ayuda de las plaquitas enrazadoras.

Introduzca la muestra seca cuidadosamente evitando las burbujas de aire en el vaso lleno de mercurio, presionándole con las plaquitas enrazadoras. Al introducirse la muestra seca, se desalojará una cantidad de mercurio igual al volumen de la muestra (V2).

(36)

100 Ws

)

(

₁ ₂

x

w

V

Ws

Wm

Lc

=

−

γ

Donde: Lc = Límite de Contracción

Wm = Peso de la muestra húmeda. Ws = Peso de la muestra seca.

V1 = Volumen de la muestra húmeda V2 = Volumen de la muestra seca

γw = Peso específico del agua a temperatura de ensaye.

El límite de contracción es muy útil para evaluar el comportamiento de cortes y terraplenes principalmente en el posible surgimiento de grietas.

Suelos con L.C menor a 5%; suelos buenos. Suelos con L.C. entre 5% y 10%; suelos regulares. Suelos con L.C. entre 10% y 15%; suelos pobres. Suelos con L.C. mayor 15%; suelos muy pobres.

(37)

(38)

DEPARTAMENTO DE CONSTRUCCION GUIA DE MECANICA DE SUELOS I PRACTICA No. 6 ENSAYE DE COMPACTACION DE SUELOS

“METODO PROCTOR ESTANDAR”

ASTM D 698-91 AASHTO T 99-90 GENERALIDADES.

Se denomina compactación de suelos al proceso mecánico por el cual se busca mejorar las características de resistencia, compresibilidad y esfuerzo deformación de los mismos. Este proceso implica una reducción más o menos rápida de los vacíos, como consecuencia de la cual en el suelo ocurren cambios de volúmenes de importancia, fundamentalmente ligados a pérdida de volumen de aire.

La compactación está relacionada con la densidad máxima o peso volumétrico seco máximo del suelo que para producirse es necesario que la masa del suelo tenga una humedad determinada que se conoce como humedad óptima.

La importancia de la compactación es obtener un suelo de tal manera estructurado que posea y mantenga un comportamiento mecánico adecuado a través de toda la vida útil de la obra.

Por lo general las técnicas de compactación se aplican a rellenos artificiales, tales como cortina de presa de tierra, diques, terraplenes para caminos y ferrocarriles, muelles, pavimentos, etc. Algunas veces se hace necesario compactar el terreno natural, como en el caso de cimentaciones sobre arena suelta.

Las ventajas que representa una compactación adecuada son:

a) El volumen de vacío se habrá reducido a un mínimo y consecuentemente, su capacidad

de absorber humedad también se habrá reducido a un mínimo.

b) La reducción de vacíos se debe a que las partículas de menor tamaño han sido forzadas

a ocupar el vacío formado por las partículas más grandes. De allí que si una masa de suelos está bien graduada, los vacíos o poros se reducirán prácticamente a cero y se establecerá un contacto firme y sólido entre sus partículas, aumentando la capacidad del suelo para soportar mayores pesos.

(39)

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

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

A) ENSAYE PROCTOR ESTANDAR ASTM D 698

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

(40)

OBJETIVO.

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

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

EXISTEN 4 ALTERNATIVAS PARA LA REALIZACIÓN

Especificaciones para el ensaye Proctor Estándar (basadas en la norma 698-91 de la ASTM)

CONCEPTO _A _BMETODO _C _D Diámetro del molde (cm) 10.16 15.24 10.16 15.24 Volumen del molde (cm³) 943.3 2124.0 943.3 2124.0 Peso del martillo o pisón (Kg) 2.5 2.5 2.5 2.5 Altura de caída del martillo (cm) 30.48 30.48 30.48 30.48 Numero de golpes del pisón por cada capa 25 56 25 56

Numero de capas de compactación 3 3 3 3 Energía de compactación (Kg-cm/cm³) 6.06 6.03 6.06 6.03

Suelo por usarse Pasa por 100% tamiz _No.4 100% tamiz _3/8”

El 20% retiene No.4 Pasa 100 tamiz ¾” METODO Peso de Muestra A 3 Kgs. B 7 Kgs. C 5 Kgs. D 12 Kgs. EQUIPO.

1. Un molde de compactación. Constituido por un cilindro metálico de 4” de diámetro interior

por 4 ½ de altura y una extensión de 2 ½ “ de altura y de 4” de diámetro interior.

2. Un pisón metálico (martillo proctor ) de 5.5 lbs. de peso (2.5 Kgs.) de 5 cm (2”) de diámetro. 3. Una guía metálica de forma tubular de 35 cm de largo aproximadamente.

(41)

4. Una regla metálica con arista cortante de 25 cm de largo. 5. Una balanza de 29 Kg de capacidad y 1.0 gr. de sensibilidad.

6. Una balanza de 500 gr., de capacidad y de 0.01 gr., de sensibilidad. 7. Un horno que mantenga una temperatura constante entre 100 – 110º C. 8. Charolas metálicas.

9. Probetas graduadas de 500 cm3_.

10.Extractor de muestras.

11. Tara para determinar humedad. PROCEDIMIENTO.

Se obtiene por cuarteo una muestra representativa, previamente secada al sol y que según el método a usarse puede ser de 3, 7, 5 y 12 kilogramos.

1. De la muestra ya preparada se esparce agua en cantidad tal que la humedad resulte

un poco menor del 10% y si el material es arenoso es conveniente ponerle una humedad menor.

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

uniformemente.

3. Pese el molde cilíndrico y anote su peso.

4. La muestra preparada se coloca en el molde cilíndrico en tres (3) capas, llenándose

en cada capa aproximadamente 1/3 de su altura y se compacta cada capa de la forma siguiente:

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

5. Al terminar la compactación de las tres capas, se quita la extensión y con la regla

metálica se enraza la muestra al nivel superior del cilindro.

(42)

7. Con ayuda del extractor de muestra se saca el material del molde y de la parte

central del espécimen se toman aproximadamente 100 gr., y se pesa en la balanza de 0.1 gr., se sensibiliza anotando su peso. (Peso húmedo).

8. Deposite el material en el horno a una temperatura de 100 a 110º C por un período

de 24 horas, transcurrido este período determínese el peso seco del material.

9. El material sacado del cilindro se desmenuza y se le agrega agua hasta obtener un

contenido de humedad del 4 al 8% mayor al anterior.

10.Repita los pasos del 2 al 9 hasta obtener un número de resultados que permitan

trazar una curva cuya cúspide corresponderá a la máxima densidad para una humedad óptima.

11. El calculo se realiza de la siguiente manera:

W h d Vc We Wme Vc Wm h + = − = = 1 γ γ γ Donde:

γh = Peso volumétrico húmedo. γd = Peso volumétrico seco.

Wm = Peso de la muestra compactada. We = Peso del molde cilíndrico

Vc = Volumen del cilindro

W = Contenido de humedad al tanto por uno.

Wme = Peso de muestra compactada + Peso del Cilindro

También se puede calcular el peso volumétrico de la curva de Saturación (γ dz).

γω γ 1 WSs Ss dz + = Donde:

γdz = Peso volumétrico del suelo saturado. Ss = Peso específico de los sólidos.

(43)

TABLA DE DATOS

ENSAYE NO. 1 2 3 4 5

Volumen del cilindro Peso del molde cilíndrico Peso del material + molde cilíndrico

Peso del material Tara No.

Peso Tara

Peso Seco + Tara Peso Húmedo + Tara % de Humedad

Peso Volumétrico Húmedo (γ h) Peso Volumétrico Seco (γ d) Peso Volumétrico Saturado (γ

dz)

Con los datos de pesos volumétricos seco en las ordenadas y contenidos de humedad en las abcisas, se gráfica la curva de compactación y de ahí se obtiene el peso volumétrico máximo (γd máx) y la humedad óptima los cuales corresponden al punto más alto de la curva de compactación.

Estos valores máximos y óptimos son los que se reproducirán en el campo al compactar un terraplén.

(44)

UNI

LMS LABORATORIO DE MECANICA DE SUELOS

E N S A Y O D E C O M P A C T A C I O N

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

D A T O S P A R A C U R V A D E C O M P A C T A C I O N Humedad Real de Compactación

(%) Densidad Seca (Kg/m3₎ D A T O S P A R A C U R V A D E C O M P A C T A C I O N Humedad de Saturación (%) Relación de Vacíos Densidad de Saturación (Kg/m3₎ GS:__________ WL: __________ WP: __________ IP: __________ CLASIF. : ______________

(45)

DENSIDAD MAXIMA SECA ____________ Kg/m3_{. HUMEDAD OPTIMA ______________}

H U M E D A D ( O

(46)

DEPARTAMENTO DE CONSTRUCCION GUIA DE MECANICA DE SUELOS I PRACTICA No. 7 ENSAYE DE COMPACTACION DE SUELOS

“METODO PROCTOR MODIFICADO”

ASTM D 1557-91 AASHTO T180-90

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

Especificaciones para el ensaye Proctor Modificado (basadas en la norma 1557-91 de la ASTM)

CONCEPTO _A _B METODO _C _D Diámetro del molde (cm) 10.16 15.24 10.16 15.24 Volumen del molde (cm³) 943.3 2124.0 943.3 2124.0 Peso del martillo o pisón (Kg) 4.54 4.54 4.54 4.54 Altura de caída del martillo (cm) 45.7 45.7 45.7 45.7 Numero de golpes del pisón por cada capa 25 56 25 56

Numero de capas de compactación 5 5 5 5 Energía de compactación (Kg-cm/cm³) 16.49 16.42 16.49 16.42

Suelo por usarse Pasa por 100% tamiz No.4 100% tamiz 3/8” El 20% retiene No.4 Pasa 100 tamiz ¾” EQUIPO.

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

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

- Un pistón o martillo y su guía de 45 cms., de caída y 4.54 kg de peso. - Una regla metálica con arista cortante de 25 cm de largo.

(47)

- Una balanza de 500 gr., de capacidad y de 0.01 gr., de sensibilidad. - Un horno que mantenga una temperatura constante entre 100 – 110º C. - Charolas metálicas

- Probetas graduadas de 500 cm3_. - Extractor de muestras.

- Tara para determinar humedad.

PROCEDIMIENTO.

Se obtiene por cuarteo una muestra representativa, previamente secada al sol y que según el método a usarse puede ser de 3, 7, 5 y 12 kilogramos.

1. De la muestra ya preparada se esparce agua en cantidad tal que la humedad resulte un poco menor del 10% y si el material es arenoso es conveniente ponerle una humedad menor.

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

3. Pese el molde cilíndrico y anote su peso.

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

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

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

6. Se limpia exteriormente el cilindro y se pesa con la muestra compactada anotando su peso. (Peso del material + cilindro).

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7. Con ayuda del extractor de muestra se saca el material del molde y de la parte central del espécimen se toman aproximadamente 100 gr., y se pesa en la balanza de 0.1 gr., se sensibiliza anotando su peso. (Peso húmedo).

8. Deposite el material en el horno a una temperatura de 100 a 110º C por un período de 24 horas, transcurrido este período determínese el peso seco del material.

9. El material sacado del cilindro se desmenuza y se le agrega agua hasta obtener un contenido de humedad del 4 al 8% mayor al anterior.

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

11. El calculo se realiza de la siguiente manera: