Ensayo de Expansión

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ

ENSAYO DE EXPANSION

CÁTEDRA CATEDRÁTICO INTEGRANTES: SEMESTRE

HUANCAYO-PERÚ 2014

MECANICA DE SUELOS II

: MECANICA DE SUELOS II : MECANICA : Ing. : Ing.

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INTRODUCCIÓN En este tema hablaremos acerca de los suelos expansivos, los cuales son suelos arcillosos inestables en presencia de humedad, ya que su característica principal es experimentar cambios de volumen cuando varía su contenido en líquido, esto significa que cuando un suelo está compuesto de materiales muy susceptibles a desmoronarse con la presencia de algún liquido (generalmente agua) y en caso de que hubiera una edificación sobre esta zona con este tipo de suelos produciría que esta tendiera a fracturarse produciendo grietas en las paredes o bien que la cimentación cediera y que toda la edificación colapsara. Se conocen como suelos expansivos aquellos que presentan expansiones o contracciones, ósea cambios de volumen cuando varía su humedad o contenido de agua. Los materiales de arcilla, tienen la capacidad de absorber una gran cantidad de agua y retenerla debido a su estructura, el agua produce el incremento del volumen en el material mencionado anteriormente y también una drástica reducción del volumen cuando el agua que retenía se seca.

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OBJETIVOS



Encontrar el tipo de suelo con el que se trabaja.



Determinar la variación volumétrica de la muestra en función del tiempo.



Determinar las características del suelo según la gráfica que se obtendrá del ensayo.



Determinar el grado de expansión que presenta el suelo.



Determinar el potencial de hinchamiento que presenta la muestra.

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MARCO TEORICO Evaluación de expansión, a través de la medida de ciertas propiedades básicas y sencillas de los suelos se puede determinar el grado del potencial expansivo del suelo. Estos métodos tienen la ventaja de su fácil realización y de equipamiento disponible en todos los laboratorios. La desventaja es que no se cuantifica la expansión, sino que cualitativamente se establecen categorías de grados del potencial expansivo. Límite Líquido y Límite Plástico Investigadores como Seed, Wood Ward y Lundgren demostraron que las características plásticas de los suelos pueden ser usados como un indicador primario de la características expansivas de las arcillas. Es natural pensar en una relación como la antes mencionada ya que ambas dependen en la cantidad de agua que una arcilla absorbe. La relación entre las características plásticas y el hinchamiento de los suelos puede establecerse como:

GRADO DE POTENCIAL EXPANSIVO BAJO MEDIO ALTO MUY ALTO

INDICE PLASTICO 0 – 15 15 – 35 35 - 55 > 55

Dado que la expansividad se produce exclusivamente en suelos arcillosos, y que es precisamente en este tipo de suelos en los que es factible la toma de muestras inalteradas de buena calidad, los procedimientos de estudio del fenómeno se basan en la realización de ensayos de laboratorio que reproducen el comportamiento del material ante las variaciones de la humedad. El ensayo denominado de “hinchamiento libre” consiste en la humectación del suelo permitiendo la expansión vertical de la probeta en la célula edometrica (recordemos que el confinamiento lateral de la misma impide deformaciones horizontales). El ensayo denominado de “determinación de la presión máxima de hinchamiento” impide precisamente esta expansión vertical, al aplicar la tensión vertical necesaria para compensar dicho hinchamiento. El ensayo se realizan sobre muestras inalteradas del terreno, partiendo de la humedad que se estime más adecuada, bien sea la humedad original del suelo (que frecuentemente se encontrará en la zona saturada, es decir, con una humedad superior al límite de retracción), o bien a una humedad inferior a la original, caso en el cual se evaluarán unas condiciones más desfavorables a las presentes en el terreno, si las mismas se consideran probables.

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La siguiente tabla propone una gradación del riesgo potencial de hinchamiento en función de los resultados de los ensayos de hinchamiento libre y de la determinación de la tensión máxima de hinchamiento:

Riesgo potencial de hinchamiento Bajo Medio Alto Muy alto

Hinchamiento libre %

Tensión máxima de hinchamiento kPa

< 10 10 – 20 20 – 30 > 30

< 30 30 – 120 120 – 250 > 250

Si bien es cierto que todos los suelos altamente expansivos tienen plasticidades altas, no es cierto que los suelos con elevada plasticidad sean necesariamente expansivos. Un test específico similar a la determinación de la presión máxima de hinchamiento es el popular ensayo de Lambe, consistente en la preparación de una probeta de suelo re compactada en unas condiciones estandarizadas de humedad inicial. En este caso a la probeta también se la impide una expansión lateral, confinándola en un anillo. Una vez que se procede a la inundación de la célula se determina la tensión máxima de expansión mediante un anillo dinamométrico solidario con el bastidor que ejerce de reacción ante la fuerza de expansión que manifiesta la muestra al hinchar. El valor de esta tensión máxima de hinchamiento permite una clasificación cualitativa del material en función de unos ciertos grados de expansividad potencial. Tanto dicho ensayo como la clasificación que el método lleva aparejada fueron ideados por T.W. Lambe como resultado (parece ser) de un encargo que recibió por parte de cierta compañía de seguros americana, con el fin de concebir un método sencillo y rápido de determinar la peligrosidad de una arcilla respecto a su potencial expansivo. El test de Lambe es un ensayo de identificación, y bajo ningún concepto el valor de la tensión máxima de hinchamiento que se obtiene del mismo puede ser utilizado para predecir cuantitativamente la tensión máxima real que puede solicitar una cimentación por efecto de la expansión del suelo la sustenta, para lo cual deberán realizarse ensayos específicos sobre muestras inalteradas, tales como la determinación de la presión máxima de hinchamiento (recordemos que el ensayo Lambe parte de una muestra que se disgrega y se re compacta en condiciones preestablecidas.)

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INSTRUMENTOS 

Aparato de lambe

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PROCEDIMIENTO Paso 1.- Extraer una muestra de suelo del tipo arcilloso (bentonita). Paso 2.- Tomar las medidas del equipo con el cual se realizara el ensayo de expansión, para poder elaborar un molde con el diámetro del equipo y con 1¨ de espesor.

Paso 3.- Elaborado el molde pasamos a colocar en el equipo de manera que en primer lugar se encuentre la piedra porosa seguida de la hoja, encima de ello se coloca el molde y continuando sobre ella una vez más la hoja y por último la piedra porosa.

Paso 4.- Procedemos ajustar el equipo, acto seguido saturamos la muestra por un tiempo de 10 minutos.

Paso 5.- Pasado el tiempo de saturación se procede a extraer los restos de agua y comenzar con la medición de los tiempos.

Paso 6.- A medida que transcurre el tiempo se observa que el dial marca las deformaciones o cambios de volumen en la muestra, los cuales anotamos cada una de ellas con su respectivo tiempo, realizando ello durante 24 horas.

Paso 7.- Para poder trabajar de manera correcta realizamos los ensayos de límit e líquido y limite plástico de nuestra muestra.

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Paso 8.- Con los datos obtenidos realizamos los cálculos y la realización de la gráfica de expansión para determinar el grado de expansión y el potencial de hinchamiento.

CALCULO número de tara

64

87

27

61

0.0541

0.068

0.044

0.019

W de la tara + muestra humeda

0.09

0.102

0.082

0.047

W de la tara + muestra seca

0.08

0.092

0.07

0.037

0.386

0.417

0.462

0.556

37

32

27

17

W de la tara

w (%)

número de golpes limite liquido

45.525

LIMITE LIQUIDO 0.600 0.500 0.400    e     l    t    i    T 0.300    s    i    x    A

0.200 0.100 0.000 1

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10 Axis Title

100

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número de tara

51

17

W de la tara

0.044

0.068

W de la tara + muestra humeda

0.074

0.097

W de la tara + muestra seca

0.069

0.092

w (%)

20.00

20.83

limte plastico

20.42

INDICE DE PLASTICIDAD

25.11

tiempo dif. tiempo

deformacio n (mm)

LECTURA

tiempo (min) dH/Ho*100

09:30

00:00

0

0

0

0.0

0

0

09:31

00:01

0

0

0

0.0

1

0

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ 09:32 00:02

2.4

0

0

0.0

3

00:04

4

0

0

0.0

5

00:08

7

0

0

0.0

10

00:15

13

0

0

0.0

20

00:33

1

1

0

0.0

60

00:57

19

2

0

0.1

120

01:24

2.8

3

0

0.1

149

02:18

14

3

0

0.1

180

03:35

5

4

0

0.2

240

05:12

18

4

0

0.2

300

06:10

10

5

0

0.2

360

23:20

14.5

1

1

0.9

1523

23:55

17.6

2

1

0.9

1645

09:34 09:38 09:45 10:03 10:27 10:54 11:48 13:05 14:42 15:40 08:50 09:25

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0.0188976 4 0.0314960 6 0.0551181 1 0.1023622 0.1653543 3 0.4645669 3 0.4944881 9 0.5826771 7 0.6692913 4 0.7716535 4 0.8661417 3 3.4212598 4 3.6031496 1

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EXPANCION DEL SUELO 4 3.5     ) 3    0    0    1     *    o 2.5    H     /    H     d 2     (    N    O    I 1.5    C    A    M    R 1    O    F    E    D 0.5

CURVA DE EXPANCION

0 0 -0.5

500

1000 TIEMPO (min)

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1500

2000

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BIBLIOGRAFIA



Principio de ingeniería de cimentaciones – Braja M. Das



Mecánica de suelos – Juárez Badillo tomo II



Mecánica de suelos - lambe

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ANEXOS

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