LABORATORIO DE SUELOS

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Laboratorio de Mecánica de Suelos

TALLER BÁSICO DE MECÁNICA DE SUELOS NORMA TECNICA DE EDIFICACIONES E.050

Suelos y Cimentaciones Capítulos 1 y 2 Expositor: Wilfredo Gutiérrez Lazares [email protected]

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PROYECTO DE LA NORMA TÉCNICA DE EDIFICACIÓN E.050 SUELOS Y CIMENTACIONES 01 de diciembre del 2004

Elaborado por: COMITÉ ESPECIALIZADO DE LA NTE E.050 Secretario Técnico: Ing. Pablo Medina Quispe Participantes: • • • • • • •

Marzo 2006

Ministerio Transportes, Comunicaciones, Vivienda y Construcción Pontificia Universidad Católica del Perú Sociedad Peruana de Geotecnia Colegio de Ingenieros del Perú Geotecnia y Pavimentos Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas – UPC SENCICO

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CAPÍTULO 1 GENERALIDADES

• • • • • • •

OBJETIVO ÁMBITO DE APLICACIÓN OBLIGATORIEDAD DE LOS ESTUDIOS ESTUDIOS DE MECÁNICA DE SUELOS (EMS) ALCANCE DEL EMS RESPONSABILIDAD PROFESIONAL POR EL EMS RESPONSABILIDAD POR APLICACIÓN DE LA NORMA • RESPONSABILIDAD DEL SOLICITANTE

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OBJETIVO • Establecer requisitos para la ejecución de EMS • Para Cimentación de Edificaciones y otras obras • Asegurar estabilidad y permanencia de las obras Marzo 2006

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ÁMBITO DE APLICACIÓN

• Todo el territorio nacional. • Exigencias de esta Norma se consideran mínimas. • No se aplica en casos de fenómenos de geodinámica externa • No se aplica en casos de presunción de existencia de ruinas arqueológicas; galerías u oquedades subterráneas de origen natural o artificial. • En estos casos deberán efectuarse estudios específicos que confirmen y solucionen dichos problemas Marzo 2006

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OBLIGATORIEDAD DE LOS ESTUDIOS • • • • • • • Marzo 2006

Edificaciones para servicios Edificación de 1 a 3 pisos, con más de 500 m2 de área techada en planta. Edificación de 4 o más pisos de altura. Edificaciones industriales, fábricas, talleres, etc. Edificaciones especiales con peligro de falla. Edificación que requiera pilotes, pilares o plateas de fundación. Edificación adyacente a taludes o suelos inestables. Curso Taller de Mecánica de Suelos

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ESTUDIOS DE MECÁNICA DE SUELOS (EMS)

•Aquellos que cumplen con la presente Norma •Basados en el metrado de cargas •Cumplen los requisitos para el Programa de Investigación

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ALCANCE DEL EMS • El EMS es válido sólo para el área y tipo de obra indicado • No podrán emplearse en otros terrenos o para otras edificaciones.

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RESPONSABILIDAD PROFESIONAL EN EMS

• El EMS es firmado por el PR • El PR es responsable del contenido y conclusiones del EMS • El PR no podrá delegar a terceros dicha responsabilidad. Marzo 2006

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RESPONSABILIDAD POR APLICACIÓN DE LA NORMA • Las Entidades (ejecutan obras y otorgan Licencia de Construcción) son responsables de hacer cumplir la Norma. • No autorizarán ejecución de obras, sin EMS

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RESPONSABILIDAD DEL SOLICITANTE

• Facilitar la información necesaria. • Garantizar el libre acceso al terreno.

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CAPITULO 2 ESTUDIOS

• • • •

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INFORMACIÓN PREVIA TÉCNICAS DE INVESTIGACIÓN PROGRAMA DE INVESTIGACIÓN INFORME DEL EMS

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INFORMACIÓN PREVIA

• Requerida para ejecutar el EMS. • Es proporcionada por el solicitante del EMS • Otros datos serán obtenidos por el PR.

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…información previa

• •

• Marzo 2006

Del terreno a investigar Plano de ubicación y accesos. Plano topográfico con curvas de nivel (linderos, usos del terreno, obras anteriores, obras existentes, situación y disposición de acequias y drenajes y ubicación prevista para las obras). La situación legal del terreno. Curso Taller de Mecánica de Suelos

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…información previa

• • • •

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De la obra a cimentar Número de pisos, cotas, áreas, estructura, sótanos, luces y cargas estimadas. Casos especiales; cargas concentradas, maquinaria pesada o vibraciones, etc. Movimientos de tierras ejecutados y previstos. Programa de Investigación Mínimo (PIM) del EMS, según la Tabla. Curso Taller de Mecánica de Suelos

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…información previa

TIPO DE ESTRUCTURA

APORTICADA DE ACERO PÓRTICOS Y/O MUROS DE CONCRETO MUROS PORTANTES DE ALBAÑILERÍA BASES DE MÁQUINAS Y SIMILARES ESTRUCTURAS ESPECIALES OTRAS ESTRUCTURAS

TABLA N° 2.1.2 TIPO DE EDIFICACIÓN DISTANCIA N° DE PISOS MAYOR (Incluidos los sótanos) ENTRE APOYOS • 4a8 9 a 12 ≤3 (m)

> 12

< 12

C

C

C

B

< 10

C

C

B

A

< 12

B

A

---

---

Cualquiera

A

---

---

---

Cualquiera

A

A

A

A

Cualquiera

B

A

A

A

Cuando la distancia sobrepasa la indicada, se clasificará en el tipo de edificación inmediato superior. TANQUES ELEVADOS Y SIMILARES

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≤ 9 m de altura

> 9 m de altura

B

A

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…información previa

• •

• • • Marzo 2006

Otras informaciones Usos anteriores; cultivo, cantera, minera, botadero, relleno sanitario, etc. Construcciones antiguas, restos arqueológicos u obras semejantes que puedan afectar al EMS. Datos disponibles sobre EMS efectuados. De ser posibles tipo y nivel de cimentación. Capacidad portante, deformabilidad y/o la estabilidad del terreno. Curso Taller de Mecánica de Suelos

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TÉCNICAS DE INVESTIGACIÓN

• Ensayo de penetración estándar SPT • Clasificación de suelos (SUCS) • Densidad in-situ; cono de arena, nuclear, balón de jebe, etc. • Penetración cuasiestática; cono y cono de fricción • Clasificación de suelos (visual, manual) Marzo 2006

• Capacidad portante; carga estática. • Corte por veleta; suelos cohesivos • Penetrómetro dinámico (DPL) • Muestreo por perforaciones con barrena • Perforación de núcleos de roca

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…técnicas de investigación Cono Dinámico Tipo Peck • Las barras (AW) y punta usadas en el ensayo SPT, se reemplazará por un cono de 6,35 cm (2.5”) de diámetro y 60º de ángulo en la punta. Marzo 2006

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TABLA N°2.2.2 APLICACIÓN Y LIMITACIONES DE LOS ENSAYOS Ensayos In Norma Situ Aplicable

SPT

DPSH

CPT

DPL

Veleta de (3) Campo

Prueba de carga

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NTP339. 133 (ASTM D1586) UNE 103 – 801:1994 NTP 339.148 (ASTM D3441) NTP 339.159 (DIN 4094) NTP 339.155 (ASTM D2573) NTP 339.153 (ASTM D1194)

Aplicación Recomendada Técnica de Investigación

Aplicación Restringida

Aplicación No Permitida Técnica de Tipo de (1) Investigación Suelo

Tipo de Parámetro a Técnica de (1) (2) Suelo obtener Investigación

Tipo de (1) Suelo

Perforación

SW, SP, SM, SC-SM

N

Perforación

CL, ML, SC, MH, CH

Calicata

Lo restant e

Auscultación

SW, SP, SM, SC-SM

Cn

---

CL, ML, SC, MH, CH

Calicata

Lo restant e

Auscultación.

Todos excepto gravas

qc, fc

---

---

Calicata

Gravas

Auscultación.

SP

n

Calicata

Lo restant e

Perforación/ Calicata

CL, ML, CH, MH

Cu, St

---

Suelos granula- Asentamient res y o. vs. rocas Presión blandas

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Auscultación. SW, SM

---

---

---

Lo restant e

---

---

---

---

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TABLA N° 2.2.4

TIPO DE MUESTRA

FORMAS DE OBTENER Y TRANSPORTAR

Mib NTP 339.151 (ASTM D4220)

Bloques

Mit NTP 339.169 (ASTM D1587)

Mab NTP 339.151 (ASTM D4220)

Mah NTP 339.151 (ASTM D4220)

Marzo 2006

ESTADO DE LA MUESTRA

CARACTERÍSTICAS

Inalterada

Debe mantener inalteradas las propiedades físicas y mecánicas del suelo en su estado natural al momento del muestreo (Aplicable solamente a suelos cohesivos, rocas blandas o suelos granulares suficientemente cementados para permitir su obtención).

Con bolsas de plástico

Alterada

Debe mantener inalterada la granulometría del suelo (partículas menores de 75 mm) en su estado natural al momento del muestreo.

En lata sellada

Alterada

Debe mantener inalterado el contenido de agua.

Tubos de pared delgada

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ENSAYOS DE LABORATORIO • Contenido de Humedad • Análisis Granulométrico • Límite Líquido y Límite Plástico • Peso Específico Relativo de Sólidos • Clasificación Unificada (SUCS) • Densidad Relativa • Peso volumétrico de suelo cohesivo • Límite de Contracción • Ensayo de Proctor Modificado Marzo 2006

• Descripción Visual-Manual • Sales Solubles Totales • Consolidación Unidimensional • Colapsibilidad Potencial • Compresión Triaxial UU • Compresión Triaxial CD • Compresión no Confinada • Expansión o Asentamiento • Corte Directo • Contenido de Cloruros • Contenido de Sulfatos

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PROGRAMA DE INVESTIGACION a) Condiciones de Frontera b) Número “n” de puntos de Investigación c) Profundidad “p” mínima a alcanzar c-1) Cimentación Superficial c-2) Cimentación Profunda. d) Distribución de los puntos de Investigación e) Número y tipo de muestras a extraer f) Ensayos a realizar “in situ” y en el laboratorio Marzo 2006

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…programa de investigación

TABLA N° 2.3.2 NÚMERO DE PUNTOS DE INVESTIGACION Tipo de edificación A B C Urbanizaciones

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Número de puntos de investigación (n) 1 cada 225 m2 1 cada 450 m2 1 cada 800 m2 3 por cada Ha. de terreno habilitado

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Profundidad “p” mínima de Investigación – zapatas superficiales

Edificación sin sótano

p = Df + z PRIMER PISO

Df

Z = 1.5B

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Profundidad “p” mínima de Investigación – bajo sótano

Edificación con sótano

p = h + Df + z PRIMER PISO

h

SOTANO

Df

Z = 1.5B

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Profundidad “p” mínima de Investigación – en plateas o solados

Df

P > 3.0 m

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Profundidad “p” de Investigación Cimentaciones Profundas

p = h + Df + z

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INFORME DEL EMS Memoria Descriptiva a) Resumen de las Condiciones de Cimentación b) Información Previa c) Exploración de Campo d) Ensayos de Laboratorio e) Perfil de Suelos f) Nivel de la Napa Freática g) Análisis de la Cimentación h) Efecto del Sismo Marzo 2006

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Planos y Perfiles de Suelos TABLA N° 2.4.2 TÉCNICAS DE INVESTIGACIÓN TÉCNICA DE INVESTIGACIÓN

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SÍMBOLO

Pozo o Calicata

C–n

Perforación

P–n

Trinchera

T–n

Auscultación

A–n

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SIMBOLOGÍA DE SUELOS

DIVISIONES MAYORES

SÍMBOLO

SUELOS GRANULARES

SUCS

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GRAVA Y SUELOS GRAVOSOS

DESCRIPCIÓN

GRÁFICO

GW

GRAVA BIEN GRADUADA

GP

GRAVA MAL GRADUADA

GM

GRAVA LIMOSA

GC

GRAVA ARCILLOSA

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…simbología de suelos SÍMBOLO

DIVISIONES MAYORES

SUCS

SUELOS FINOS

LIMOS Y ARCILLAS (LL < 50)

LIMOS Y ARCILLAS (LL > 50)

SUELOS ALTAMENTE ORGÁNICOS

Marzo 2006

DESCRIPCIÓN

GRÁFICO

ML

LIMO INORGÁNICO DE BAJA PLASTICIDAD

CL

ARCILLA INORGÁNICA DE BAJA PLASTICIDAD

OL

LIMO ORGÁNICO O ARCILLA ORGÁNICA DE BAJA PLASTICIDAD

MH

LIMO INORGÁNICO DE ALTA PLASTICIDAD

CH

ARCILLA INORGÁNICA DE ALTA PLASTICIDAD

OH

LIMO ORGÁNICO O ARCILLA ORGÁNICA DE ALTA PLASTICIDAD

Pt

TURBA Y OTROS SUELOS ALTAMENTE ORGÁNICOS.

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TALLER BÁSICO DE MECÁNICA DE SUELOS Límite Líquido Límite Plástico Expositor: Luisa Shuan Lucas

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DEFINICIÓN

Límites de Atterberg
Límite líquido. Es el contenido de humedad por debajo del cual el suelo se comporta como un material plástico. A este nivel de contenido de humedad el suelo está en el vértice de cambiar su comportamiento al de un fluido viscoso.
Límite plástico. Es el contenido de humedad por debajo del cual se puede considerar el suelo como material no plástico.
Límite de contracción. Es el contenido de humedad por debajo del cual no se produce reducción adicional de volumen o contracción en el suelo . Febrero 2006

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DEFINICIÓN


La propiedad del suelo de ser moldeado se llama plasticidad. Según el contenido de humedad, adopta una consistencia determinada
Los límites líquido y plástico se utilizan para clasificar e identificar los suelos.
El límite de contracción se aplica en varias áreas geográficas donde el suelo sufre grandes cambios de volumen entre el estado seco y el estado húmedo.
El límite líquido se puede utilizarse para estimar asentamientos en problemas de consolidación

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CONSISTENCIA

La consistencia de un suelo es la relativa facilidad con la que puede ser deformado y depende de un contenido de humedad determinado. Para los suelos cohesivos se definen cuatro estados de consistencia:
Sólido
Semisólido
Plástico
Líquido La frontera entre tales estados son los llamados límites de Atterberg.

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LÍMITE LÍQUIDO

Determinación del Límite Líquido
El procedimiento general consiste en colocar una muestra húmeda en la copa de casagrande, dividirlo en dos con el acanalador y contar el número de golpes requerido para cerrar la ranura.
Si el número de golpes es exactamente 25, el contenido de humedad de la muestra es el límite líquido
El procedimiento estándar es efectuar por lo menos tres determinaciones para tres contenidos de humedad diferentes, se anota el número de golpes y su contenido de humedad. Luego se grafican los datos en escala semilogarítmica y se determina el contenido de humedad para N= 25 golpes. Febrero 2006

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LÍMITE LÍQUIDO

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EQUIPO

Copa de Casagrande

Taras, espátula, acanalador

Recipientes para mezclado Febrero 2006

Balanza aprox. 0.01g

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LÍMITE LÍQUIDO

Esquema de la Copa de Casagrande y Acanalador para suelo cohesivo Febrero 2006

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COPA CASAGRANDE

Dispositivo mecánico que puede ser operado manualmente o con un motor eléctrico. Base: es una plataforma de caucho duro que permite el rebote de la copa de bronce. La parte inferior está conformada de un caucho que aisla la plataforma de base y la superficie de trabajo. Copa de bronce: su peso incluido el manubrio debe estar entre 185 y 215 g

Leva: diseñada para levantar la copa suave y continuamente hasta su máxima altura, sobre una distancia de por lo menos 180°de rotación de leva, sin desarrollar velocidad en la copa en el momento de la caída. Febrero 2006

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Febrero 2006

LÍMITE LÍQUIDO

PROCEDIMIENTO Preparar la muestra seca, disgregándola con el mortero y pasarlo por la malla No. 40 para obtener una muestra representativa de unos 250 gr. aproximadamente.

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LÍMITE LÍQUIDO

PROCEDIMIENTO
Colocar el suelo pasante malla No. 40 en una vasija de evaporación y añadir una pequeña cantidad de agua, dejar que la muestra se humedezca.
Mezclar con ayuda de la espátula hasta que el color sea uniforme y conseguir una mezcla homogénea. La consistencia de la pasta debe ser pegajosa.

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LÍMITE LÍQUIDO

PROCEDIMIENTO


Se coloca una pequeña cantidad de masa húmeda en la parte central de la copa y se nivela la superficie.




Luego se pasa el acanalador por el centro de la copa para cortar en dos la pasta de suelo.

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PROCEDIMIENTO
La ranura debe apreciarse claramente y que separe completamente la masa del suelo en dos partes.
La mayor profundidad del suelo en la copa debe ser igual a la altura de la cabeza del acanaladador ASTM
Si se utiliza la herramienta Casagrande se debe mantener firmemente perpendicular a la superficie de la copa, de forma que la profundidad de la ranura sea homogénea. Febrero 2006

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PROCEDIMIENTO
Poner en movimiento la cazuela con ayuda de la manivela y suministrar los golpes que sean necesarios para cerrar la ranura en 12.7 mm ( ½ “).
Cuando se cierre la ranura en ½”, registrar la cantidad de golpes y tomar una muestra de la parte central para la determinación del contenido de humedad

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LÍMITE LÍQUIDO PROCEDIMIENTO

• Este proceso se repite nuevamente con tres muestras mas para lograr cuatro puntos a diferentes contenidos de humedad. Los siguientes rangos de golpes son los recomendados: 40 a 30 golpes 25 a 30 golpes 20 a 25 golpes 20 a 15 golpes Febrero 2006

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VARIABLES


Cantidad de suelo utilizado.
Velocidad a la cual se dan los golpes, son 02 golpes por segundo.
Tiempo de reposo del suelo en la copa antes de comenzar la cuenta de golpes.
Limpieza de la copa antes de colocar la masa de suelo para el ensayo.
Humedad del laboratorio y rapidez con la que se hace el ensayo.
Tipo de material utilizado como base del aparato o sea superficie contra la cual se debe golpear la cazuela, debe ser caucho duro o similar.
Calibración de la altura de caída de la copa, debe ser 1 cm.
Tipo de acanalador utilizado para hacer la ranura.
Condición general del aparato del limite liquido: pasadores desgastados, conexiones que no estén firmemente apretadas, etc.

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LÍMITE PLÁSTICO

Determinación del Límite Plástico El límite plástico es la humedad correspondiente en el cual el suelo se cuartea y quiebra al formar pequeños rollitos ó cilindros pequeños. Conjuntamente con el límite líquido, el límite plástico es usado en la identificación y clasificación de suelos

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LÍMITE PLÁSTICO

EQUIPO
Balanza, con sensibilidad a 0.01 gr.
Placa de vidrio esmerilado de por lo menos 30cm. de lado, de forma cuadrada por 1cm. de espesor
Horno capaz de mantener la temperatura a 110 + 5°C.
Espátula de acero inoxidable,
Cápsula de evaporación para el mezclado, puede ser de porcelana, vidrio ó plástico
Taras numeradas.

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LÍMITE PLÁSTICO

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EQUIPO

VIDRIO ESMERILADO

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VASIJA DE EVAPORACIÓN, TARAS, ESPÀTULA PARA MEZCLADO.

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LÍMITE PLÁSTICO

PROCEDIMIENTO
Se trabaja con el material preparado para el límite líquido se toma aproximadamente 20gr.
Luego se amasa el suelo y se deja que pierda humedad hasta una consistencia a la cuál pueda enrollarse sin que se pegue a las manos esparciéndolo y mezclándolo continuamente sobre la placa de vidrio.

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LÍMITE PLÁSTICO

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PROCEDIMIENTO . El rollito debe ser adelgazado en cada movimiento hasta que su diámetro sea de 3.2 mm (1/8 pulg.)


La prueba continúa hasta que el rollito empieza a rajarse y tiende a desmoronarse

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LÍMITE PLÁSTICO

PROCEDIMIENTO
Una vez que se ha producido el límite plástico se debe colocar el rollito en un recipiente de peso conocido y se pesa para determinar el contenido de humedad.
Seguidamente se vuelve a repetir la operación tomando otra porción de suelo.
El límite plástico es el promedio de ambas determinaciones

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APLICACIONES

RELACIÓN ENTRE EL GRADO DE EXPASIÓN Y EL LÍMITE LÍQUIDO SEGÚN DAKSHANAMURTHY Y RAMAN (1973)

Límite líquido (%) 0-20 20-35 35-50 50-70 70-90 mayor que 90

Febrero 2006

Grado de Expansión No hay hinchamiento Bajo hinchamiento Hinchamiento medio Alto hinchamiento Hinchamiento muy alto Hinchamiento extra alto

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APLICACIONES

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RELACIÓN ENTRE EL POTENCIAL DE HINCHAMIENTO Y EL ÍNDICE DE PLASTICIDAD SEGÚN SEED, WOODWARD Y LUDDGREN, 1962

Índice plástico 0-15 10-35 20-55 35 Ó más

Potencial de hinchamiento Bajo Medio Alto Muy alto

INDICE PLÁSTICO = LÍMITE LÍQUIDO – LÍMITE PLÁSTICO

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL Laboratorio Nº 2 - Mecánica de Suelos

Operador :

Fecha :

F. D. 07/ 03/ 2006

LIMITES DE CONSISTENCIA FIC - UNI

Solicitado : Proyecto : Pozo N°

Practica de Laboratorio Muestra N° M- 1 P- 1

Informe N°

S06- 015

Profundidad

1.50 m.

LIMITE PLASTICO

LIMITE LIQUIDO

Prueba N° Frasco N°

35

ST

50

28

N- 18

12

22

30

42

39.4

52.9

51.5

62.7

57.6

38.4

48.7

47.2

57.8

53.1

1.0

4.2

4.3

4.9

4.5

32.7

36.3

33.8

42.1

38.3

5.7

12.4

13.4

15.7

14.8

33.9

32.1

31.2

30.4

50

100

N° de golpes Peso de Frasco + suelos 1 húmedo (gr) Peso de Frasco + suelos 2 seco (gr) Peso del agua 3 (1 - 2) (gr)

4 Peso del Frasco (gr) Peso suelo seco 5 (2 - 4) (gr) Contenido de humedad 6 (3/5x100)(%) 20

17.5

DIAGRAMA DE FLUIDEZ

Contenido de agua %

34.2 33.6 33.0 32.4 31.8 31.2 30.6 30.0 1

10

Numero de golpes

20

25

30

40

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TALLER BÁSICO DE MECÁNICA DE SUELOS Límite de Contracción

Expositor: Luisa Shuan Lucas

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Laboratorio de Mecánica de Suelos

DEFINICIÓN

Límites de Contracción
Es el contenido de humedad por debajo del cual no se produce reducción adicional de volumen o contracción en el suelo .
Los cambios en el volumen de un suelo fino se producirán por encima de la humedad correspondiente al límite de contracción.

Febrero 2006

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DEFINICIÓN

 (V − VO )γ ω  LC = ω −   *100  WO  Donde: LC : Límite de contracción ( % ) . ω : Contenido de humedad del suelo al momento del ensayo V : Volumen del suelo húmedo . Vo : Volumen del suelo seco . Wo : Peso de suelo seco (pastilla) . γw : Densidad del agua (1.0 gr/cm3) .

Febrero 2006

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LÍMITE DE CONTRACCIÓN

EQUIPO Y MATERIALES Cápsula de contracción
Plato de evaporación
Recipiente volumétrico de vidrio para medir la cantidad de volumen que ocupa el suelo
Espátula
Placa plástica con tres apoyos.
Probeta graduada de 25 ml. y graduada cada 0.2 ml.
Balanza con sensibilidad de 0.1 gr.
Tamiz N°40
Mercurio.
Grasa lubricante

Febrero 2006

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LÍMITE DE CONTRACCIÓN

EQUIPO

Equipo básico

Febrero 2006

Probeta y mercurio

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LÍMITE DE CONTRACCIÓN

PROCEDIMIENTO


Febrero 2006

Se utiliza suelo pasado por la malla No.40, se amasa y se lleva a un contenido de humedad similar o algo superior al límite líquido.

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LÍMITE DE CONTRACCIÓN

PROCEDIMIENTO
Recubrir el interior de la cápsula de evaporación con una capa fina de grasa.
Llenar la cápsula de evaporación en tres capas. Compactar cada capa dando golpes suaves sobre una superficie firme para eliminar las burbujas de aire.

Febrero 2006

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LÍMITE DE CONTRACCIÓN

PROCEDIMIENTO


Luego de completar la tercera capa, se enrasa utilizando la espátula.




Se toma el peso de la cápsula con el suelo húmedo para determinar el contenido de humedad y se lleva al horno.

Febrero 2006

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LÍMITE DE CONTRACCIÓN

PROCEDIMIENTO
Se deja secar en el horno a temperatura estándar.
Luego del secado se retira y se halla el peso seco. Se puede observar la variación del volumen por secado

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LÍMITE DE CONTRACCIÓN PROCEDIMIENTO


Luego se debe determinar el volumen de la muestra de suelo seca. Se utiliza el desplazamiento en mercurio. Febrero 2006

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LÍMITE DE CONTRACCIÓN PROCEDIMIENTO


Se coloca la pastilla de suelo sobre un recipiente enrasado con mercurio y se introduce con la ayuda de una placa plástica de tres puntas. Se recoge en un recipiente el volumen de mercurio desplazado. Febrero 2006

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LÍMITE DE CONTRACCIÓN PROCEDIMIENTO


El volumen desplazado por el suelo se recoge con ayuda de un recipiente y se coloca en la probeta graduada para determinar su volumen .

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LÍMITE DE CONTRACCIÓN

PROCEDIMIENTO


Luego determinar el volumen inicial que será igual al volumen de la cápsula. De igual forma se vierte el mercurio dentro de la cápsula, se coloca luego en la probeta para hacer la lectura correspondiente. Febrero 2006

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LÍMITE DE CONTRACCIÓN

ASPECTOS DE SEGURIDAD EN EL USO DEL MERCURIO
El mercurio es una sustancia tòxica, por lo tanto se evitará el contacto con la piel.
Almacenar el mercurio en contenedores sellados a prueba de roturas.
Se realizarán los ensayos en ambientes bien ventilados para evitar la inhalación de vapor de mercurio.
Tratar de minimizar los derrames en el ensayo.
Se limpiarán los derrames rápidamente para evitar su evaporación en el ambiente.
Se desecharán los materiales contaminados incluyendo la torta de suelo seco de manera segura. Febrero 2006

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LÍMITE DE CONTRACCIÓN

GRIETAS DE CONTRACCIÓN POR SECADO

Febrero 2006

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LÍMITE DE CONTRACCIÓN EJEMPLO

1

Vasija de contracción N°

2

Peso vasija de contracción + peso suelo húmedo

(gr)

50.5

3

Peso vasija de contracción + peso suelo seco

(gr)

42.3

4

Peso agua contenida (2-3)

(gr)

8.2

5

Peso vasija de contracción

(gr)

20

6

Peso suelo seco, Wo = (3-5)

(gr)

22.3

7

Contenido de humedad, ω = (4/6*100)

(%)

36.77

8

Volumen de la vasija de contracción, V

(cm3)

16.7

9

Volumen de la torta de suelo seco, Vo

(cm3)

13.1

10

(V – Vo) = ( 8 – 9 )

(cm3)

3.6

11

(V – Vo) *100 / Wo = 10/6*100

(cm3)

16.14

12

Límite de contracción ( 7-11),

(%)

20.65

13

Relación de contracción, (6/9),

Febrero 2006

17

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1.70

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TALLER BÁSICO DE MECÁNICA DE SUELOS Análisis Granulométrico por Tamizado

Expositor: Antioco Quiñones Villanueva [email protected] [email protected] [email protected]

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GRANULOMETRIA POR TAMIZADO

Análisis Granulométrico Por Tamizado ASTM D422

Nos permite la determinación cuantitativa de la distribución de tamaños de partículas de suelo. Esta norma describe el método para determinar los porcentajes de suelo que pasan por los distintos tamices de la serie empleada en el ensayo, hasta el de 0.074 mm (N°200) . Febrero 2006

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• • • • •

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EQUIPO

Tamices de malla cuadrada. Balanza con sensibilidad de 0.1 gramo. Horno de secado. Bandejas, cepillos y brochas. Muestra representativa del suelo.

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EQUIPO

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Horno de secado

Juego de Tamices Construidos de acuerdo a la Norma ASTM

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EQUIPO

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Balanza digital

Taras y recipientes Resistentes a altas temperaturas y corrosión

- 0,01 g. para muestras de menos de 200g. – 0.1 gr. Para muestras de mas de 200g-

Muestra representativa

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Tamiz de 3”

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EQUIPO

Tamiz Nº 4

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Tamiz Nº 200

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SERIE DE TAMICES Serie de Tamices ASTM

3” (75.0 mm) 2 ½” (63.0 mm) 2” (50.0 mm) 1 ¾” (45.0 mm) 1 ½” (37.5 mm) 1 ¼” (31.5 mm) 1” (25.0 mm) 7/8” (22.4 mm) ¾” (19.0 mm) 5/8” (16.0 mm)

Febrero 2006

1/2” (12.5 mm) 3/8” ( 9.5 mm) 5/16”( 8.0 mm) 1/4” ( 6.3 mm) N° 4 (4.75 mm) N° 5 (4.00 mm) N° 6 (3.35 mm) N° 7 (2.80 mm) N° 8 (2.36 mm) N° 10(2.00 mm)

N° 12 (1.70 mm) N° 14 (1.40 mm) N° 16 (1.18 mm) N° 18 (1.00 mm) N° 20 (0.850mm) N° 25(0.710 mm) N° 30 (0.600mm) N° 35 (0.500mm) N° 40 (0.425mm) N° 45 (0.355mm)

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N° 50 (0.300mm) N° 60 (0.250mm) N° 70 (0.212mm) N° 80 (0.180mm) N° 100(0.150mm) N° 120(0.125mm) N° 140(0.106mm) N° 170(0.090mm) N°200(0.075mm)

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SERIE DE TAMICES

Serie de Tamices usados para el ensayo por tamizado según la Norma ASTM-422 3” (75.0 mm) 2” (50.0 mm) 1 ½” (37.5 mm) 1” (25.0 mm) ¾” (19.0 mm) 1/2” (12.5 mm) 3/8” ( 9.5 mm) 1/4” ( 6.3 mm)

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N° 4 (4.75 mm) N° 10(2.00 mm) N° 20 (0.850mm) N° 30 (0.600mm) N° 40 (0.425mm) N° 60 (0.250mm) N° 100(0.150mm) N°200(0.075mm)

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PROCEDIMIENTO

FASES DEL ENSAYO: • Cuarteo de la muestra. • Secado en el horno. • Lavado por la malla Nº 200. • Secado en el horno de la muestra lavada. • Tamizado de la muestra. • Pesado del material retenido en cada tamiz. • Correcciones y cálculos.

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CUARTEO DE LA MUESTRA

Mezclar la muestra:

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CUARTEO DE LA MUESTRA

Obtener una muestra uniforme:

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CUARTEO DE LA MUESTRA

Dividir la muestra uniforme en cuatro partes iguales:

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CUARTEO DE LA MUESTRA

Tomar dos de las cuatro partes y mezclar. De estar forma reducir la muestra hasta completar el peso requerido.

Pesar la muestra seleccionada y llevarla al horno por 24 horas. Febrero 2006

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LAVADO DE LA MUESTRA

Una vez seca y fría la muestra en el horno, ésta se debe pesar. Se anota el peso de la muestra secada al horno

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LAVADO DE LA MUESTRA

Para el lavado de la muestra se usa el siguiente equipo: la malla Nº 200, pipeta, y vasijas.

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LAVADO DE LA MUESTRA

Para el lavado de la muestra se usa la malla Nº 200. Se echa la muestra en porciones, de forma que no se pierda partículas mayores a 0.074 mm (diámetro de la malla Nº 200.

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SECADO EN EL HORNO

Una vez lavada la muestra por la malla Nº 200, el material retenido debe secarse en el horno por 24 horas. Luego de esa etapa, se enfría la muestra y se pesa. Así se obtiene el peso lavado y secado al horno.

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TAMIZADO DE LA MUESTRA

La muestra se echa por la parte superior de la serie de tamices y luego se sacude por espacio de diez a quince minutos. Se debe tener cuidado de no perder material durante el zarandeo.

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PESADO DEL MATERIAL RETENIDO

Luego de tamizado se procede a pesar el material retenido en cada malla.

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DATOS QUE SE OBTIENEN

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DATOS QUE SE OBTIENEN TAMIZ

Peso de la muestra secada al horno (W1):

1366.6

Peso de la muestra lavada

ABERTURA

Peso Retenido

(mm)

(grs)

3"

76.200

2"

50.300

1 1/2"

38.100

80.0

y secada al horno (W2):

918.4

1"

25.400

172.5

W1 - W2 =

448.2

3/4"

19.050

43.2

1/2"

12.700

112.0

3/8"

9.525

58.9

1/4"

6.350

82.0

Nº 4

4.760

32.1

Nº 10

2.000

93.6

Nº 20

0.840

57.5

Nº 30

0.590

22.1

Nº 40

0.426

20.2

Nº 60

0.250

55.0

Nº 100

0.149

55.1

Nº 200

0.074

34.2

Platillo

448.2 Suma:

Febrero 2006

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1366.6 LMS-FIC-UNI

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CALCULOS

Laboratorio de Mecánica de Suelos

% Re tenido =

W malla *100 W1

Donde: W malla : Peso retenido por la malla. W1 : Peso de la muestra secada al horno. Ejemplo para la malla Nº 30:

22.1*100 % Re tenido = = 1.6 1366.6 Febrero 2006

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CALCULOS

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TAMIZ

ABERTURA

Peso Retenido

% Parcial

(mm)

(grs)

Retenido

3"

76.200

2"

50.300

1 1/2"

38.100

80.0

5.9

1"

25.400

172.5

12.6

3/4"

19.050

43.2

3.2

1/2"

12.700

112.0

8.2

3/8"

9.525

58.9

4.3

1/4"

6.350

82.0

6.0

Nº 4

4.760

32.1

2.3

Nº 10

2.000

93.6

6.8

Nº 20

0.840

57.5

4.2

Nº 30

0.590

22.1

1.6

Nº 40

0.426

20.2

1.5

Nº 60

0.250

55.0

4.0

Nº 100

0.149

55.1

4.0

Nº 200

0.074

34.2

2.5

448.2

32.8

1366.6

100.0

Platillo Suma: Febrero 2006

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CALCULOS

Laboratorio de Mecánica de Suelos

TAMIZ

Peso Retenido

% Parcial

(mm)

(grs)

Retenido

% Acumulado Retenido

Pasa

3"

76.200

0.0

100.0

2"

50.300

0.0

100.0

1 1/2"

38.100

80.0

5.9

5.9

94.1

1"

25.400

172.5

12.6

18.5

81.5

3/4"

19.050

43.2

3.2

21.6

78.4

1/2"

12.700

112.0

8.2

29.8

70.2

3/8"

9.525

58.9

4.3

34.1

65.9

1/4"

6.350

82.0

6.0

40.1

59.9

Nº 4

4.760

32.1

2.3

42.5

57.5

Nº 10

2.000

93.6

6.8

49.3

50.7

Nº 20

0.840

57.5

4.2

53.5

46.5

Nº 30

0.590

22.1

1.6

55.2

44.8

Nº 40

0.426

20.2

1.5

56.6

43.4

Nº 60

0.250

55.0

4.0

60.7

39.3

Nº 100

0.149

55.1

4.0

64.7

35.3

Nº 200

0.074

34.2

2.5

67.2

32.8

448.2

32.8

100.0

0.0

Platillo

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ABERTURA

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CURVA GRANULOMETRICA CURVA GRANULOMÉTRICA 100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0 100

10

1

0.1

0.01

ABERTURA (mm)

Febrero 2006

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CURVAS TIPICAS

Laboratorio de Mecánica de Suelos

Grava mal graduada (GP): CURVA GRANULOMÉTRICA 100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0 100

10

1

0.1

0.01

ABERTURA (mm)

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CURVAS TIPICAS

Grava bien graduada (GW): CURVA GRANULOMÉTRICA 100.0

90.0

80.0

70.0

60.0

50.0

40.0

30.0

20.0

10.0

0.0 100.000

10.000

1.000

0.100

0.010

ABERTURA (mm)

Febrero 2006

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CURVAS TIPICAS

Laboratorio de Mecánica de Suelos

Grava arcillosa (GC): CURVA GRANULOMÉTRICA 100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0 100

10

1

0.1

0.01

ABERTURA (mm)

Febrero 2006

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CURVAS TIPICAS

Laboratorio de Mecánica de Suelos

Arena mal graduada (SP): CURVA GRANULOMÉTRICA 100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0 100

10

1

0.1

0.01

ABERTURA (mm)

Febrero 2006

Curso Taller de Mecánica de Suelos

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Laboratorio de Mecánica de Suelos

CURVAS TIPICAS

Arena limosa (SM): CURVA GRANULOMÉTRICA 100.0

90.0

70.0

60.0

50.0

40.0

30.0

PORCENTAJE ACUMULADO QUE PASA (%)

80.0

20.0

10.0

0.0 100.000

10.000

1.000

0.100

0.010

ABERTURA (mm)

Febrero 2006

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CURVAS TIPICAS

Laboratorio de Mecánica de Suelos

Arena arcillosa (SC): CURVA GRANULOMÉTRICA 100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0 100

10

1

0.1

0.01

ABERTURA (mm)

Febrero 2006

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CURVAS TIPICAS

Laboratorio de Mecánica de Suelos

Limo de baja plasticidad (ML): CURVA GRANULOMÉTRICA 100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0 100

10

1

0.1

0.01

ABERTURA (mm)

Febrero 2006

Curso Taller de Mecánica de Suelos

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Laboratorio de Mecánica de Suelos

CURVAS TIPICAS

Arcilla de baja plasticidad (CL): CURVA GRANULOMÉTRICA 100.0

90.0

80.0

70.0

60.0

50.0

40.0

30.0

20.0

10.0

0.0 100.000

10.000

1.000

0.100

0.010

ABERTURA (mm)

Febrero 2006

Curso Taller de Mecánica de Suelos

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CURVAS TIPICAS

Laboratorio de Mecánica de Suelos

Arcilla de alta plasticidad (CH): CURVA GRANULOMÉTRICA

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0 100

10

1

0.1

0.01

ABERTURA (mm)

Febrero 2006

Curso Taller de Mecánica de Suelos

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Laboratorio de Mecánica de Suelos

CALCULOS:

FORMULAS DE INTERPOLACION

(% PS − X )( DS − DI ) DX = DS − % PS − % PI Donde: DX DS DI PS PI

Febrero 2006

: Diámetro incógnita (10, 30, 60) : Diámetro de la malla superior : Diámetro de la malla inferior : Porcentaje que pasa por la malla superior : Porcentaje que pasa por la malla inferior

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CALCULOS: EJEMPLO 1

Laboratorio de Mecánica de Suelos

Tamiz

Abertura (mm)

(%) acumulado que pasa

3"

76.200

2"

50.300

1 1/2"

38.100

1"

25.400

3/4"

19.050

1/2"

12.700

3/8"

9.525

100.0

1/4"

6.350

99.2

Nº4

4.760

98.7

Nº10

2.000

97.5

Nº20

0.840

96.1

Nº30

0.590

89.5

Nº40

0.426

68.5

Nº60

0.250

19.8

Nº100

0.149

8.4

Nº200

0.074

4.3

Febrero 2006

Para el D10:

(% PS − 10)( DS − DI ) D10 = DS − % PS − % PI D10 DS DI PS PI

= Incógnita = 0.250 mm = 0.149 mm = 19.80% = 8.4%

(19.80 − 10)(0.250 − 0.149) D10 = 0.250 − 19.80 − 8.40

D10 = 0.163 Curso Taller de Mecánica de Suelos

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CALCULOS: EJEMPLO 1

Laboratorio de Mecánica de Suelos

Tamiz

Abertura (mm)

(%) acumulado que pasa

3"

76.200

2"

50.300

1 1/2"

38.100

1"

25.400

3/4"

19.050

1/2"

12.700

3/8"

9.525

100.0

1/4"

6.350

99.2

Nº4

4.760

98.7

Nº10

2.000

97.5

Nº20

0.840

96.1

Nº30

0.590

89.5

Nº40

0.426

68.5

Nº60

0.250

19.8

Nº100

0.149

8.4

Nº200

0.074

4.3

Febrero 2006

Para el D30:

(% PS − 30)( DS − DI ) D30 = DS − % PS − % PI D30 DS DI PS PI

= Incógnita = 0.426 mm = 0.250 mm = 68.50% = 19.80%

(68.50 − 30)(0.426 − 0.250) D30 = 0.426 − 68.50 − 19.80

D30 = 0.287 Curso Taller de Mecánica de Suelos

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CALCULOS: EJEMPLO 1

Laboratorio de Mecánica de Suelos

Tamiz

Abertura (mm)

(%) acumulado que pasa

3"

76.200

2"

50.300

1 1/2"

38.100

1"

25.400

3/4"

19.050

1/2"

12.700

3/8"

9.525

100.0

1/4"

6.350

99.2

Nº4

4.760

98.7

Nº10

2.000

97.5

Nº20

0.840

96.1

Nº30

0.590

89.5

Nº40

0.426

68.5

Nº60

0.250

19.8

Nº100

0.149

8.4

Nº200

0.074

4.3

Febrero 2006

Para el D60:

(% PS − 60)( DS − DI ) D60 = DS − % PS − % PI D30 DS DI PS PI

= Incógnita = 0.426 mm = 0.250 mm = 68.50% = 19.80%

(68.50 − 60)(0.426 − 0.250) D60 = 0.426 − 68.50 − 19.80

D60 = 0.395 Curso Taller de Mecánica de Suelos

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Laboratorio de Mecánica de Suelos

CALCULOS: EJEMPLO 1

Coeficiente de Uniformidad:

D60 0.395 CU = = = 2.42 D10 0.163 Coeficiente de Curvatura: ( D30 ) 2 (0.287) 2 Cc = = = 1.28 D10 xD60 0.163 x0.395

Febrero 2006

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CALCULOS: EJEMPLO 2

Laboratorio de Mecánica de Suelos

Tamiz

Abertura (mm)

(%) acumulado que pasa

3"

76.200

2"

50.300

1 1/2"

38.100

100.0

1"

25.400

81.6

3/4"

19.050

62.8

1/2"

12.700

48.7

3/8"

9.525

40.6

1/4"

6.350

33.0

Nº4

4.760

29.0

Nº10

2.000

19.6

Nº20

0.840

15.4

Nº30

0.590

11.5

Nº40

0.426

9.3

Nº60

0.250

6.8

Nº100

0.149

5.2

Nº200

0.074

4.1

Febrero 2006

Para el D10:

(% PS − 10)( DS − DI ) D10 = DS − % PS − % PI D10 DS DI PS PI

= Incógnita = 0.590 mm = 0.426 mm = 11.50% = 9.30%

(11.50 − 10)(0.59 − 0.426) D10 = 0.590 − 11.50 − 9.30

D10 = 0.478 Curso Taller de Mecánica de Suelos

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CALCULOS: EJEMPLO 2

Laboratorio de Mecánica de Suelos

Tamiz

Abertura (mm)

(%) acumulado que pasa

3"

76.200

2"

50.300

1 1/2"

38.100

100.0

1"

25.400

81.6

3/4"

19.050

62.8

1/2"

12.700

48.7

3/8"

9.525

40.6

1/4"

6.350

33.0

Nº4

4.760

29.0

Nº10

2.000

19.6

Nº20

0.840

15.4

Nº30

0.590

11.5

Nº40

0.426

9.3

Nº60

0.250

6.8

Nº100

0.149

5.2

Nº200

0.074

4.1

Febrero 2006

Para el D30:

(% PS − 30)( DS − DI ) D30 = DS − % PS − % PI D30 DS DI PS PI

= Incógnita = 6.350 mm = 4.760 mm = 33.0% = 29.0%

(33.0 − 30)(6.350 − 4.760) D30 = 06.350 − 33.0 − 29.0

D30 = 5.158 Curso Taller de Mecánica de Suelos

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CALCULOS: EJEMPLO 2

Laboratorio de Mecánica de Suelos

Tamiz

Abertura (mm)

(%) acumulado que pasa

3"

76.200

2"

50.300

1 1/2"

38.100

100.0

1"

25.400

81.6

3/4"

19.050

62.8

1/2"

12.700

48.7

3/8"

9.525

40.6

1/4"

6.350

33.0

Nº4

4.760

29.0

Nº10

2.000

19.6

Nº20

0.840

15.4

Nº30

0.590

11.5

Nº40

0.426

9.3

Nº60

0.250

6.8

Nº100

0.149

5.2

Nº200

0.074

4.1

Febrero 2006

Para el D60:

(% PS − 60)( DS − DI ) D60 = DS − % PS − % PI D30 DS DI PS PI

= Incógnita = 19.050 mm = 12.700 mm = 62.80% = 48.70%

(62.80 − 60)(19.050 − 12.700) D60 = 19.050 − 62.80 − 48.70

D60 = 17.789 Curso Taller de Mecánica de Suelos

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Laboratorio de Mecánica de Suelos

CALCULOS: EJEMPLO 1

Coeficiente de Uniformidad:

D60 17.789 CU = = = 37.20 D10 0.478 Coeficiente de Curvatura: ( D30 ) 2 (5.158) 2 Cc = = = 3.13 D10 xD60 0.478 x17.789

Febrero 2006

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Laboratorio de Mecánica de Suelos

TALLER BÁSICO DE MECÁNICA DE SUELOS Análisis Granulométrico por Sedimentación

Expositor: Antioco Quiñones Villanueva [email protected] [email protected] [email protected]

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GRANULOMETRIA POR SEDIMENTACION

Análisis Granulométrico Por Sedimentación ASTM D422

El análisis hidrométrico se usa para obtener un estimado de la distribución e basa en la ley de Stokes. Se asume que la ley de Stokes puede ser aplicada a una masa de suelo dispersado, con partículas de varias formas y tamaños. El hidrómetro se usa para determinar el porcentaje de partículas de suelos dispersados, que permanecen en suspensión en un determinado tiempo. Marzo 2006

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Laboratorio de Mecánica de Suelos

GRANULOMETRIA POR SEDIMENTACION

METODOS DE ENSAYOS: METODO A: Se usa si más del 80% del material pasa por la malla Nº 200. Este método se explicará en detalle y más adelante se hará alguna explicación del otro método. METODO B: Si menos del 80% de material es retenido por la malla Nº 200 y/o se encuentre material superior en tamaño a la malla Nº 10. Marzo 2006

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Laboratorio de Mecánica de Suelos

• • • • • • • •

Marzo 2006

EQUIPO

Tamices Nº 10 y Nº 200. Balanza con sensibilidad de 0.1 gramo. Aparato agitador. Hidrómetro 152H. Cilindro de Sedimentación de 1000 cm3. Agente dispersivo (hexametafosfato sodio, NaPO3). Termómetro. Muestra representativa del suelo.

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EQUIPO

Balanza digital

Cilindro de Sedimentación de 1000 cm3. Marzo 2006

Tamiz Nº 10 Curso Taller de Mecánica de Suelos

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Aparato agitador.

Febrero 2006

EQUIPO

Agente dispersivo

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Frasco volumétrico para preparar la mezcla. Marzo 2006

EQUIPO

Hidrómetro 152H y termómetro Curso Taller de Mecánica de Suelos

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PROCEDIMIENTO

FASES DEL ENSAYO: 1. Preparar la muestra. 2. Preparar solución agua mas defloculante. 3. Mezclar solución con la muestra. Dejar reposar. 4. Batir la mezcla. Colocar en el cilindro de sedimentación. 5. Colocar el hidrómetro e iniciar la toma de datos. 6. Calcular Gs de la muestra. 7. Realizar la lectura hidrómetro en agua + defloculante. 8. Realizar la lectura hidrómetro en agua. 9. Correcciones y cálculos.

Marzo 2006

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1. Preparación de la Muestra

• Secar la muestra en el horno. • Tamizar por la malla Nº 10. • Se toma 50 gr de muestra.

Cernido por la malla Nº 10 Marzo 2006

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2. Preparación de la Solución

• Pesar 5.0 gr de defloculante. • Medir 125 ml de agua destilada. • Mezclar ambos componentes. Componentes de la solución.

Agitado de la solución.

Marzo 2006

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3. Mezcla de solución con la muestra

• Mezclar la solución con la muestra. • Se deja reposar para el defloculante penetre en la muestra. • En arenas reposa de 2 a 4 horas. En arcillas reposa 24 horas.

Dejar reposar la mezcla.

Marzo 2006

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4. Batir la mezcla.

• Luego de reposar, se coloca la mezcla en el cilindro de la batidora. • Añadir 125 ml de agua destilada. • Batir la mezcla. Para arenas durante 3 a 4 minutos. Para arcillas, durante 15 minutos.

Se coloca la mezcla en el cilindro de la batidora.

Batir la mezcla.

Marzo 2006

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5. Colocar el hidrómetro.

Laboratorio de Mecánica de Suelos

• Se vierte la mezcla en el cilindro de sedimentación. • Se añade agua destilada hasta completar los 1000 ml. • Se agita el cilindro con la mano por un minuto. Se debe hacer 90 ciclos en ese tiempo. • Se coloca el hidrómetro y inicia la toma de datos. • En cada lectura se lee la temperatura. Marzo 2006

Se añade agua hasta completar los 1000 ml.

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5. Colocar el hidrómetro.

Se agita el cilindro de sedimentación.

Se coloca el hidrómetro. Marzo 2006

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Detalle: hidrómetro y termómetro

Marzo 2006

5. Colocar el hidrómetro.

Detalle: Separación de partículas durante el ensayo. Curso Taller de Mecánica de Suelos

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Laboratorio de Mecánica de Suelos

6. Calcular Gs.

• Hacer el ensayo del peso especifico relativo de sólidos (Gs) con el material que pasa por la malla Nº 10.

Hallar Gs. Marzo 2006

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Laboratorio de Mecánica de Suelos

7 y 8. Realizar lecturas •

a) b)

Marzo 2006

También se requieren como datos la lectura del hidrómetro con: Sólo con agua. Con agua y con defloculante.

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Febrero 2006

DATOS QUE SE OBTIENEN

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DATOS QUE SE OBTIENEN

Laboratorio de Mecánica de Suelos

Tiempo

ºC

Ct

Rd

Rc

P(%)

R

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

1.00

25.00

52.00

2.00

25.00

49.30

5.00

25.00

43.60

10.00

25.00

39.30

15.00

25.00

36.40

30.00

25.30

32.80

60.00

25.30

29.00

240.00

26.50

22.20

1440.00

25.00

14.50

(min)

Hora de Inicio Peso Suelo Seco (gr) % que pasa la malla N° 10 Coeficiente "a"

Febrero 2006

: : : :

L

L/tiempo

Constante

Diámetro

(cm)

(cm/min)

K

(mm)

(8)

(9)

(10)

(11)

13:03:00 p.m. Peso especifico relativo de sólidos (Ss) % que pasa la malla N° 200 50.0 Lectura Hidrómetro en agu a (Cm) Lectura Hidrómetro en agua + defloculante (Cd)

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: : : :

2.746 0.5 5.0

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CALCULO COLUMNA 3

CORRECCION POR TEMPERATURA (Ct): Se debe corregir por temperatura con la siguiente Tabla. Note que en 20 ºC, la corrección es cero. (Temp °C) 15 16 17 18 19 20 21 22

Febrero 2006

Ct -1.1 -0.9 -0.7 -0.5 -0.3 0.00 0.20 0.40

(Temp °C) 23 24 25 26 27 28 29 30

Curso Taller de Mecánica de Suelos

Ct 0.70 1.00 1.30 1.65 2.00 2.50 3.05 3.80

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CALCULO COLUMNA 3

Laboratorio de Mecánica de Suelos

Ahora se presenta la columna Nº 3, ya llenada. Tiempo

ºC

Ct

Rd

(1)

(2)

(3)

(4)

1.00

25.00

1.300

52.00

2.00

25.00

1.300

49.30

5.00

25.00

1.300

43.60

10.00

25.00

1.300

39.30

15.00

25.00

1.300

36.40

30.00

25.30

1.405

32.80

60.00

25.30

1.405

29.00

240.00

26.50

1.825

22.20

1440.00

25.00

1.300

14.50

(min)

Febrero 2006

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CALCULO COLUMNA 5

Lectura del hidrómetro corregido (Rc): Rc = Rd – Cd + Ct Donde: Rc = Lectura del hidrómetro corregido. Rd = Lectura del hidrómetro Cd = Lectura del hidrómetro en agua mas defloculante. Ct = Corrección por temperatura

Febrero 2006

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CALCULO COLUMNA 5

Laboratorio de Mecánica de Suelos

Ahora se presenta la columna Nº 5, ya llenada. Tiempo

ºC

Ct

Rd

Rc

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

1.00

25.00

1.300

52.00

48.3000

2.00

25.00

1.300

49.30

45.6000

5.00

25.00

1.300

43.60

39.9000

10.00

25.00

1.300

39.30

35.6000

15.00

25.00

1.300

36.40

32.7000

30.00

25.30

1.405

32.80

29.2050

60.00

25.30

1.405

29.00

25.4050

240.00

26.50

1.825

22.20

19.0250

1440.00

25.00

1.300

14.50

10.8000

(min)

Febrero 2006

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CALCULO COLUMNA 6

Cálculo del Porcentaje más fino, P(%):

Rc * a *100 P(%) = Ws Donde: Rc = Lectura del hidrómetro corregido. a = Corrección por gravedad especifica. Ws = Peso seco de la muestra. Gs = Peso especifico de sólidos.

Gs (1.65) a= (Gs − 1)2.65 Febrero 2006

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CALCULO COLUMNA 6

Laboratorio de Mecánica de Suelos

Ahora se presenta la columna Nº 6, ya llenada. a = 0.9793 Tiempo

ºC

Ct

Rd

Rc

P(%)

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

1.00

25.00

1.300

52.00

48.3000

94.596

2.00

25.00

1.300

49.30

45.6000

89.308

5.00

25.00

1.300

43.60

39.9000

78.144

10.00

25.00

1.300

39.30

35.6000

69.723

15.00

25.00

1.300

36.40

32.7000

64.043

30.00

25.30

1.405

32.80

29.2050

57.198

60.00

25.30

1.405

29.00

25.4050

49.756

240.00

26.50

1.825

22.20

19.0250

37.261

1440.00

25.00

1.300

14.50

10.8000

21.152

(min)

Febrero 2006

Curso Taller de Mecánica de Suelos

LMS-FIC-UNI

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil

Laboratorio de Mecánica de Suelos

CALCULO COLUMNA 7

Lectura del hidrómetro corregido sólo por menisco (R) : R = Rd + Cm Donde: R = Lectura del hidrómetro corregido por menisco. Rd = Lectura del hidrómetro. Cm= Lectura del hidrómetro en agua.

Febrero 2006

Curso Taller de Mecánica de Suelos

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CALCULO COLUMNA 7

Laboratorio de Mecánica de Suelos

Ahora se presenta la columna Nº 7, ya llenada. Tiempo

ºC

Ct

Rd

Rc

P(%)

R

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

1.00

25.00

1.300

52.00

48.3000

94.596

52.50

2.00

25.00

1.300

49.30

45.6000

89.308

49.80

5.00

25.00

1.300

43.60

39.9000

78.144

44.10

10.00

25.00

1.300

39.30

35.6000

69.723

39.80

15.00

25.00

1.300

36.40

32.7000

64.043

36.90

30.00

25.30

1.405

32.80

29.2050

57.198

33.30

60.00

25.30

1.405

29.00

25.4050

49.756

29.50

240.00

26.50

1.825

22.20

19.0250

37.261

22.70

1440.00

25.00

1.300

14.50

10.8000

21.152

15.00

(min)

Febrero 2006

Curso Taller de Mecánica de Suelos

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CALCULO COLUMNA 8

Laboratorio de Mecánica de Suelos

Cálculo de longitud de hidrómetro (L) : En función del valor de R, se puede calcular el valor de L (cm) con la siguiente Tabla: R 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Febrero 2006

L (cm) 16.3 16.1 16.0 15.8 15.6 15.5 15.3 15.2 15.0 14.8 14.7 14.5 14.3 14.2 14.0 13.8 13.7 13.5 13.3 13.2 13.0

R 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41

L (cm) 12.9 12.7 12.5 12.4 12.2 12.0 11.9 11.7 11.5 11.4 11.2 11.1 10.9 10.7 10.5 10.4 10.2 10.1 9.9 9.7 9.6

R 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

L (cm) 9.4 9.2 9.1 8.9 8.8 8.6 8.4 8.3 8.1 7.9 7.8 7.6 7.4 7.3 7.1 7.0 6.8 6.6 6.5

Curso Taller de Mecánica de Suelos

LMS-FIC-UNI

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil

CALCULO COLUMNA 8

Laboratorio de Mecánica de Suelos

Ahora se presenta la columna 8 ya llenada: Tiempo

L

ºC

Ct

Rd

Rc

P(%)

R

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

1.00

25.00

1.300

52.00

48.3000

94.596

52.50

7.700

2.00

25.00

1.300

49.30

45.6000

89.308

49.80

8.140

5.00

25.00

1.300

43.60

39.9000

78.144

44.10

9.080

10.00

25.00

1.300

39.30

35.6000

69.723

39.80

9.740

15.00

25.00

1.300

36.40

32.7000

64.043

36.90

10.220

30.00

25.30

1.405

32.80

29.2050

57.198

33.30

10.840

60.00

25.30

1.405

29.00

25.4050

49.756

29.50

11.450

240.00

26.50

1.825

22.20

19.0250

37.261

22.70

12.560

1440.00

25.00

1.300

14.50

10.8000

21.152

15.00

13.800

(min)

Febrero 2006

Curso Taller de Mecánica de Suelos

(cm)

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CALCULO COLUMNA 9

Laboratorio de Mecánica de Suelos

Cálculo del valor L/t: La columna 9 es la división de la Columna 8 / Columna 1: Tiempo

L

L/tiempo

(cm)

(cm/min)

(7)

(8)

(9)

94.596

52.50

7.700

7.7000

45.6000

89.308

49.80

8.140

4.0700

43.60

39.9000

78.144

44.10

9.080

1.8160

1.300

39.30

35.6000

69.723

39.80

9.740

0.9740

25.00

1.300

36.40

32.7000

64.043

36.90

10.220

0.6813

30.00

25.30

1.405

32.80

29.2050

57.198

33.30

10.840

0.3613

60.00

25.30

1.405

29.00

25.4050

49.756

29.50

11.450

0.1908

240.00

26.50

1.825

22.20

19.0250

37.261

22.70

12.560

0.0523

1440.00

25.00

1.300

14.50

10.8000

21.152

15.00

13.800

0.0096

ºC

Ct

Rd

Rc

P(%)

R

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

1.00

25.00

1.300

52.00

48.3000

2.00

25.00

1.300

49.30

5.00

25.00

1.300

10.00

25.00

15.00

(min)

Febrero 2006

Curso Taller de Mecánica de Suelos

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CALCULO COLUMNA 10

Laboratorio de Mecánica de Suelos

El valor de K puede hallarse de la siguiente Tabla, en función de la temperatura y el peso especifico de sólidos. Temperatura T (ºC) 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

Febrero 2006

2.50 0.0151 0.0149 0.0148 0.0145 0.0143 0.0141 0.0140 0.0138 0.0137 0.0135 0.0133 0.0132 0.0130 0.0129 0.0128

2.55 0.0148 0.0146 0.0144 0.0143 0.0141 0.0139 0.0137 0.0136 0.0134 0.0133 0.0131 0.0130 0.0128 0.0127 0.0126

Gravedad Especifica de Sólidos 2.60 2.65 2.70 2.75 0.0146 0.0144 0.0141 0.0139 0.0144 0.0142 0.0140 0.0138 0.0142 0.0140 0.0138 0.0136 0.0140 0.0138 0.0136 0.0134 0.0139 0.0137 0.0134 0.0133 0.0137 0.0135 0.0133 0.0131 0.0135 0.0133 0.0131 0.0129 0.0134 0.0132 0.0130 0.0128 0.0132 0.0130 0.0128 0.0126 0.0131 0.0129 0.0127 0.0125 0.0129 0.0127 0.0125 0.0124 0.0128 0.0126 0.0124 0.0122 0.0126 0.0126 0.0123 0.0121 0.0125 0.0123 0.0121 0.0120 0.0124 0.0122 0.0120 0.0118

Curso Taller de Mecánica de Suelos

2.80 0.0137 0.0136 0.0134 0.0132 0.0131 0.0129 0.0128 0.0126 0.0125 0.0123 0.0122 0.0120 0.0119 0.0118 0.0117

2.85 0.0136 0.0134 0.0132 0.0131 0.0129 0.0127 0.0126 0.0124 0.0123 0.0122 0.0120 0.0119 0.0117 0.0116 0.0115

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CALCULO COLUMNA 10

Laboratorio de Mecánica de Suelos

Ahora se presenta la columna 10 ya llenada: Tiempo

L

L/tiempo

Constante

(cm)

(cm/min)

K

(7)

(8)

(9)

(10)

94.596

52.50

7.700

7.7000

0.012516

45.6000

89.308

49.80

8.140

4.0700

0.012516

43.60

39.9000

78.144

44.10

9.080

1.8160

0.012516

1.300

39.30

35.6000

69.723

39.80

9.740

0.9740

0.012516

25.00

1.300

36.40

32.7000

64.043

36.90

10.220

0.6813

0.012516

30.00

25.30

1.405

32.80

29.2050

57.198

33.30

10.840

0.3613

0.012484

60.00

25.30

1.405

29.00

25.4050

49.756

29.50

11.450

0.1908

0.012484

240.00

26.50

1.825

22.20

19.0250

37.261

22.70

12.560

0.0523

0.012312

1440.00

25.00

1.300

14.50

10.8000

21.152

15.00

13.800

0.0096

0.012516

ºC

Ct

Rd

Rc

P(%)

R

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

1.00

25.00

1.300

52.00

48.3000

2.00

25.00

1.300

49.30

5.00

25.00

1.300

10.00

25.00

15.00

(min)

Febrero 2006

Curso Taller de Mecánica de Suelos

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Laboratorio de Mecánica de Suelos

CALCULO COLUMNA 11

Ahora ya podemos encontrar el diámetro equivalente:

L D=K t En nuestra Tabla, es el producto de la columna 10 por la raíz cuadrada de la columna 9.

Febrero 2006

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CALCULO COLUMNA 11

Laboratorio de Mecánica de Suelos

Ahora se presenta la columna 11 ya llenada: L

L/tiempo

Constante

Diámetro

(cm)

(cm/min)

K

(mm)

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

94.596

52.50

7.700

7.7000

0.012516

0.0347

45.6000

89.308

49.80

8.140

4.0700

0.012516

0.0253

43.60

39.9000

78.144

44.10

9.080

1.8160

0.012516

0.0169

1.300

39.30

35.6000

69.723

39.80

9.740

0.9740

0.012516

0.0124

25.00

1.300

36.40

32.7000

64.043

36.90

10.220

0.6813

0.012516

0.0103

30.00

25.30

1.405

32.80

29.2050

57.198

33.30

10.840

0.3613

0.012484

0.0075

60.00

25.30

1.405

29.00

25.4050

49.756

29.50

11.450

0.1908

0.012484

0.0055

240.00

26.50

1.825

22.20

19.0250

37.261

22.70

12.560

0.0523

0.012312

0.0028

1440.00

25.00

1.300

14.50

10.8000

21.152

15.00

13.800

0.0096

0.012516

0.0012

Tiempo

ºC

Ct

Rd

Rc

P(%)

R

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

1.00

25.00

1.300

52.00

48.3000

2.00

25.00

1.300

49.30

5.00

25.00

1.300

10.00

25.00

15.00

(min)

Febrero 2006

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Laboratorio de Mecánica de Suelos

GRAFICO P(%) vs D (mm)

Con la columna 6 y la columna 11 se puede preparar una gráfica de P(%) vs. Diámetro (mm), el cual vendría a ser la curva granulométrica del material que pasa por la malla Nº 200. 100.0 80.0 60.0 40.0 20.0

1.0000

0.1000

0.0100

0.0 0.0010

Porcentaje que pasa (%)

Curva Granulometrica

Diámetro (mm)

Febrero 2006

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Laboratorio de Mecánica de Suelos

TALLER BÁSICO DE MECÁNICA DE SUELOS Contenido de Humedad

Expositor: Luisa Shuan Lucas

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DEFINICIÓN

Laboratorio de Mecánica de Suelos

Contenido de Humedad Es la proporción porcentual entre la fase líquida (agua) y sólida del suelo (partículas minerales del suelo). Ww *100 ω (%) = Ws W W = Peso del agua en la muestra W s = Peso del suelo seco

Febrero 2006

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FASES DEL SUELO

Laboratorio de Mecánica de Suelos

Esquema de las Fases del Suelo Volumenes Vv Vm

Pesos

Va

Fase gaseosa

Wa=0

Vw

Fase liquida

Ww

Vs

Fase solida

Ws

Wm

Ww *100 ω (%) = Ws Febrero 2006

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EQUIPO

Laboratorio de Mecánica de Suelos

Balanza digital

Horno de secado

- 0.01 g. para muestras de menos de 200g.

- 0.1 gr. Para muestras de mas de 200g-

Taras y recipientes Resistentes a altas temperaturas y corrosión Febrero 2006

Tenazas y espátulas

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PROCEDIMIENTO

Laboratorio de Mecánica de Suelos

• Obtener el peso de un recipiente (tara) limpio y seco y anotar:

W tara • Colocar la muestra de suelo húmedo en el recipiente y anotar:

W tara + W suelo húmedo

Febrero 2006

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PROCEDIMIENTO

Laboratorio de Mecánica de Suelos

• Colocar la tara con el suelo húmedo al horno a temperatura de 110°C +5°C, hasta que el peso sea constante (12h. a 16 h). • Retirar el suelo seco con su tara y pesarlo, obteniendo

Wtara + Wsuelo seco

Febrero 2006

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CÀLCULO

Laboratorio de Mecánica de Suelos

Datos del ensayo: Wtara Wtara + W suelo húmedo W tara + W suelo seco Obtenemos: W suelo seco = (Wtara + W suelo seco ) - ( Wtara ) Wsuelo húmedo = ( Wtara + W suelo húmedo )- (Wtara ) W agua = W suelo húmedo – W suelo seco

Febrero 2006

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CÁLCULO

Contenido de humedad del suelo Wagua

ω %=

Febrero 2006

x 100

Wsuelo seco

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CONSIDERACIONES

Laboratorio de Mecánica de Suelos

• Las muestras deben ser remitidas al laboratorio parafinadas o protegidas convenientemente para evitar pérdidas de humedad durante el transporte. • La cantidad mínima de muestra a utilizar está en concordancia con el tamaño máximo Tamaño máximo de partícula

2 mm. ó menos 4.75 mm. 9.5 mm 19 mm 37.5 mm 75.0mm

Febrero 2006

Peso mínimo de muestra para contenidos de humedad reportados a ± 0.1%

Peso mínimo de muestra para contenido de humedad reportado a ± 1%

20 g. 100g. 500g. 2.5 Kg 10 Kg 50 Kg

20 g. 20 g. 50 g. 250 g. 1 kg. 5 kg.

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Laboratorio de Mecánica de Suelos

CONSIDERACIONES

• En las arenas y gravas limpias, el tiempo de secado puede ser menor. Al no presentar finos, se puede utilizar el secado con mechero para una determinación rápida de la humedad. • En los suelos con materia orgánica, con contenido de yeso etc,. la temperatura de secado debe ser lenta, porque hay riesgos de que la muestra se queme. La temperatura dependerá del tipo de muestra ( no mayor de 40°C) y en consecuencia el tiempo de secado será mayor.

Febrero 2006

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EJEMPLO

Laboratorio de Mecánica de Suelos

EJEMPLO Proyecto: Ubicación: Calicata:

Fecha: 13 Enero 2001 Técnico: F. R.N. Profundidad (m): 2.00

Centro Comercial Ate C-1 Muestra: M-3

CONTENIDO DE HUMEDAD ω (%)

Febrero 2006

1

Tara No.

L-43

2

Peso de la tara + Peso del suelo húmedo (gr)

156.3

3

Peso de la tara + Peso del suelo seco (gr)

144.8

4

Peso del Agua Contenida (gr)

5

Peso de la tara (gr)

6

Peso del suelo seco (gr)

7

Contenido de Humedad (%)

( 2 ) - ( 3)

11.5 37.2

( 3) – (5) (4) /( 6)

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107.6

10.7

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TALLER BÁSICO DE MECÁNICA DE SUELOS Resistencia al Esfuerzo Cortante

Expositor: Wilfredo Gutiérrez Lazares [email protected]

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Laboratorio de Mecánica de Suelos

ESFUERZO CORTANTE

El corte se producirá en tanto el elemento involucrado lo permita. A veces la acción de cortar se presenta con mucha facilidad y depende de los materiales, tanto el que genera el corte como el que se resiste a ser cortado.

Marzo 2006

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ESFUERZO CORTANTE

En algunos casos el elemento que genera el corte no logra su objetivo con facilidad. En este caso el elemento es varias veces mas resistente que la fuerza que se aplica para ser cortado, sin lograr su objetivo.

Marzo 2006

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ESFUERZO CORTANTE

Laboratorio de Mecánica de Suelos

En la mecánica de suelos, el elemento que genera el corte es la ESTRUCTURA que transmite una carga determinada; y el elemento resistente a ser cortado, corresponde al SUELO de CIMENTACIÓN. La comparación entre ambos, evalúa características de resistencia al corte o resistencia cortante. ANALOGÍA: Carga transmitida al terreno, por la Estructura.

caja

Material solicitado por las cargas. Suelo de cimentación.

esponja

Marzo 2006

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ESFUERZO CORTANTE

Una estructura de mayor carga genera deformación en el terreno de cimentación. Este último tolerará las cargas y sus incrementos hasta que sus características de resistencia lo permita.

Marzo 2006

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Peso de la estructura

ESFUERZO CORTANTE Área de contacto

N (carga de estructura)

b

Suelo de cimentación

Tensión repartida en el terreno

La carga transmitida al terreno dividida entre el área de contacto, es igual al esfuerzo transmitido. Si este esfuerzo genera el corte en el terreno, entonces se está evaluando la resistencia al esfuerzo cortante.

Marzo 2006

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ESFUERZO CORTANTE

El incremento de carga de la estructura presiona al terreno hasta el punto de generar el corte en el material, restando un trabajo homogéneo del suelo. Marzo 2006

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A

D

B

C

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ESFUERZO CORTANTE

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Carga Q

A

D

Asentamiento o deformación B

Marzo 2006

C

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ESFUERZO CORTANTE Acomodo de partículas en la masa de suelo compactado, al cual se someterá a carga.

Marzo 2006

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ESFUERZO NORMAL Carga o Esfuerzo

P Pmax

Φ

Marzo 2006

Asentamiento o Deformación

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ESFUERZO TANGENCIAL

N Carga o Esfuerzo Cortante

Pmax

N ζ

Asentamiento o Deformación

Marzo 2006

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EQUIPOS DE ESFUERZO CORTANTE

CORTE DIRECTO

TRIAXIAL

Marzo 2006

PRENSA DE CBR

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CORTE DIRECTO

Parámetros de Resistencia:

Marzo 2006

¢= 26.9 º C= 0.13 kg/cm2

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TRIAXIAL CU

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140 160

Esfuerzo Desviador (Kpa)

120

140

100

120

80

100

80

60

60

40 40

20 20

0 0

3

6

9

12

15

18

0 0

Deform ación Norm al (%)

Marzo 2006

2

4

6

8

10

12

14

16

18

D ef o r mació n ( %)

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TRIAXIAL CU

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CIRCULO DE MOHR

Esfuerzos Cortantes (Kpa)

100

80

60

40

20

0 0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

260

280

300

Esfuerzos Axial (Kpa)

Parámetros de Resistencia: Marzo 2006

C (Kpa) : 7.0 (°) : 11.1

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COMPACTACIÓN DE SUELOS CURVA DENSIDAD SECA vs HUMEDAD

2.350 Densidad Seca (gr/cm 3 )

2.330 2.310 2.290 2.270 2.250 2.230 2.210 2.190 0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

Humedad (%)

Para cada variación de contenido de humedad se determina la densidad correspondiente. La gráfica permite hallar el valor máximo de dicha densidad a la cual le corresponde un óptimo contenido de humedad. Marzo 2006

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PROCTOR Y CBR

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CURVA DENSIDAD SECA vs. HUMEDAD 4000.0 2.280

3500.0

2.240

3000.0

2.220

2.200

2.180

2.160

2.140 2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

10.0

11.0

Presió n (lb s/p u lg 2 )

Densidad Seca (gr/cm3)

2.260

2500.0

2000.0

1500.0

Humedad (%)

913

1000.0

523

500.0 192

0.0 0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

Penetracion (pulg.)

Marzo 2006

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CBR

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CURVA: DENSIDAD SECA vs. C.B.R.

2.280 2.260

Densidad Seca (gr/cm3)

2.240 2.220 2.200 2.180 CB R al 95% M DS

2.160 2.140 2.120 2.100 2.080 10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

C.B.R.(%)

CBR = 80 Mr = ( (CBR/0.0624) 1/1.176)/0.007 (psi) =62,888 psi Marzo 2006

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TALLER BÁSICO DE MECÁNICA DE SUELOS Próctor Modificado Próctor Estándar

Expositor: Luisa Shuan Lucas

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DEFINICIÓN COMPACTACIÓN

La compactación es un proceso de estabilización mecánica del suelo que mejora sus propiedades como son: - Aumento de densidad - Disminución de la relación de vacíos - Disminución de la deformabilidad - Disminución de permeabilidad - Aumento de resistencia al corte

Febrero 2006

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VARIABLES

La compactación depende de varios factores como por ejemplo: - Tipo de suelo - Distribución granulomètrica - Forma de partículas - Energía de compactación - contenido de humedad

Febrero 2006

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OBJETIVO

Desarrollar un método de ensayo para determinar la relación entre el contenido de humedad y el peso unitario seco compactado con una energía de compactación determinada. El objetivo de la prueba es determinar el contenido de humedad para el cual el suelo alcanza su máxima densidad seca

Febrero 2006

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ENERGÍA DE COMPACTACIÓN

Laboratorio de Mecánica de Suelos

La energía de compactación en el ensayo de laboratorio, se define como:

N * n *W * h Ec = V Donde: E c = Energía de compactación, depende del tipo de ensayo N = N°de golpes por capa n = N°de capas W = Peso del pisón H = Altura de caída del pisón V = Volumen del suelo compactado

Febrero 2006

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PROCTOR MODIFICADO

ASTM D 1557 Proctor Modificado Ec = W = h = N = n = V =

Energía de Compactación Peso del martillo Altura de caída del martillo Número de golpes por capas Número de capas volumen del molde cm3

= 56,250 Lb.ft/ft3. = 10 lb = 18 pulgadas = depende del molde =5 = depende del método de prueba

Suelo y Molde a Utilizar Método A Método B Pasa la malla No. 4. Pasa la malla 3/8” Molde 4 Pulg.diam. Molde 4 pulg. Diam. V = 1/30 pie 3 V = 1/30 pie3 N = 25 golpes/capa N = 25 golpes/capa

Febrero 2006

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Método C Pasa la malla ¾”. Molde 6 “ pulg. diam V = 1/13.3 pie3 N = 56 golpes/capa

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PROCTOR ESTANDAR

ASTM D 696 Proctor Estándar Ec = W = h = N = n = V =

Energía de Compactación Peso del martillo Altura de caída del martillo Número de golpes por capas Número de capas volumen del molde cm3

= 12,300 Lb.ft/ft3. = 5.5 lb = 12 pulgadas = depende del molde =3 = depende del método de prueba

Suelo y Molde a Utilizar Método A Método B Pasa la malla No. 4. Pasa la malla 3/8” Molde 4 Pulg.diam. Molde 4 pulg. Diam. V = 1/30 pie 3 V = 1/30 pie3 N = 25 golpes/capa Febrero 2006

N = 25 golpes/capa Curso Taller de Mecánica de Suelos

Método C Pasa la malla ¾”. Molde 6 pulg. diam V =1/13.3 pie3 N = 56 golpes/capa LMS-FIC-UNI

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EQUIPO BÁSICO

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EQUIPO PROCTOR MODIFICADO

•Molde cilíndrico de material rígido con base de apoyo y collarín. •Probeta graduada de 500 cm3. •Pisón de 10 lb. de peso con 18 pulgadas de caída libre. •Balanza de 0.1 gr. De precisión •Horno de secado •Regla recta de metal rígido de 10 pulgadas. •Tamices de 2”, ¾", 3/8", y Nº4. •Herramientas diversas como, bandeja, taras, cucharas, paleta, espátula, etc.

Febrero 2006

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DETERMINACIÓN DEL MÉTODO

Laboratorio de Mecánica de Suelos

ASTM D 1557 Proctor Modificado METODO

% ACUM. RETENIDO N°4

% ACUM. RETENIDO 3/8”

% ACUM. RETENIDO 3/4”

MATERIAL A USAR

A

≤ 20%

-

-

Pasa N°4

B

> 20%

≤ 20%

-

Pasa 3/8”

C

-

> 20%

≤ 30%

Pasa ¾”

-Aplicable a material con 30% máximo retenido en tamiz ¾” -Si el material tiene mas del 5% en peso de tamaño mayor al utilizado en la prueba, se debe corregir los resultados. Febrero 2006

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Febrero 2006

PROCEDIMIENTO

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PROCEDIMIENTO


Secar el material si este estuviera húmedo, puede ser al aire libre o al horno.
Tamizar a través de las mallas 2”, ¾”, 3/8” y N°4 para determinar el mètodo de prueba.

Febrero 2006

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PROCEDIMIENTO


Preparar 4 ó 5 muestras de 6kg. para el método C y de 3 Kg. si se emplea el método A ó B.
Agregar agua y mezclar uniformemente. Cada punto de prueba debe tener un incremento de humedad constante.

Febrero 2006

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PROCEDIMIENTO


Colocar la primera capa en el molde y aplicarle 25 ó 56 golpes según el método de ensayo.
Los golpes deben ser aplicados en toda el área, girando el pisón adecuadamente.
Cada golpe debe ser aplicado en caída libre, soltar el pisòn en el tope.
De igual forma completar las cinco capas

Febrero 2006

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PROCEDIMIENTO


La última capa debe quedar en el collarín de tal forma que luego pueda enrasarse.
Enrasar el molde con una regla metálica quitando previamente el collarín.
Retirar la base y registrar el peso del suelo + molde

Febrero 2006

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PROCEDIMIENTO


Luego de pesado, extraer el suelo y tomar una muestra para el contenido de humedad, como mínimo 500 gr. para material granular tomada de la parte central del molde.
Llevar las muestras al horno para determinar la humedad .
Repetir el procedimiento para un mínimo de 4 puntos compactados a diferentes contenidos de humedad, dos de los cuales quedan en el lado seco de la curva y los otros dos en el lado húmedo.

Febrero 2006

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CÁLCULO

Laboratorio de Mecánica de Suelos


Una vez determinados los contenido de humedad de cada muestra hallar la densidad seca de cada punto :

γm γd = 1+ ω

Donde: γm = densidad húmeda = peso suelo húmedo /volumen ω = contenido de humedad

Febrero 2006

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GRÁFICO

Laboratorio de Mecánica de Suelos

CURVA DENSIDAD SECA vs HUMEDAD γdmáx

3

Densidad Seca (gr/cm )

2.300

2.260

2.220

2.180

2.140

O.C.H 2.100 0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

12.0

14.0

Humedad (% ) Determinar:

Febrero 2006

γdmáx = Densidad Seca Máxima O.C.H = Optimo contenido de humedad Curso Taller de Mecánica de Suelos

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VALORES TÍPICOS

Curvas típicas de compactación para suelos diferentes Febrero 2006

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VARIACIÓN CON ENERGÍA DE COMPACTACIÓN

Curvas de Compactación Proctor Estándar y Modificada para un limo arcilloso (método A).

Febrero 2006

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VALORES TÍPICOS

Rango aproximado de OCH vs. Tipo de suelo Tipo de suelo

Febrero 2006

Valor probable ( % ) OCH Ensayo Proctor Modificado

Grava tipo afirmado

4-8

Arena

6 - 10

Arena limosa

8 - 12

Limo

11 - 15

Arcilla

13 - 21

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APLICACIÓN

La compactación de suelos se aplica en toda obra de terraplenado, para mejorar su estabilidad. 1. Conformación de rellenos controlados. 2. Para apoyo a una estructura. 3. Como sub - base para carreteras y ferrocarriles o aeropuertos. 4. Diques o presas de tierra.

Febrero 2006

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TALLER BÁSICO DE MECÁNICA DE SUELOS Ensayo de Corte Directo

Expositor: Antioco Quiñones Villanueva [email protected] [email protected] [email protected]

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CORTE DIRECTO

Ensayo de Corte Directo ASTM D 3080

El ensayo de corte directo permite encontrar los parámetros de resistencia de un suelo (cohesión y ángulo de fricción).

Marzo 2006

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EQUIPO Equipo de Corte Directo Para Suelos Granulares: Equipo mecánico. Se usa en suelos granulares.

Marzo 2006

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EQUIPO

Equipo de Corte Directo Residual: Totalmente electrónico. Permite mayores deformaciones. Se usa en suelos finos. Marzo 2006

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MOLDE DE CORTE Pistón Parte superior

Parte inferior

Tornillos de sujeción metal poroso

Base ranurada

Marzo 2006

Papel filtro

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EQUIPO

Laboratorio de Mecánica de Suelos

Balanza electrónica Tallador: lado 6 cm. área de corte 36 cm2. altura 2 cm. volumen 72 cm3. Compactador. Espátulas, arco de sierra nivel de burbuja.

Marzo 2006

Tallador para muestra de Corte con su compactador para muestras remoldeadas.

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Preparación de muestras

Muestra inalterada: Se corta una muestra un poco mayor al tamaño del tallador.

Marzo 2006

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Preparación de muestras

Muestra inalterada: Se coloca el tallador en la parte superior. Se corta poco a poco en los bordes.

Marzo 2006

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Preparación de muestras

Muestra inalterada: Luego se talla por los bordes del tallador.

Marzo 2006

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Preparación de muestras

Muestra inalterada: Poco a poco se introduce el tallador.

Marzo 2006

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Preparación de muestras

Muestra inalterada: Luego que el tallador pasa en su totalidad, se debe cortar por los extremos.

Marzo 2006

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Preparación de muestras

Muestra remoldeada: Pesar la cantidad de muestra de acuerdo al peso especifico y contenido de humedad proporcionado por el solicitante. Dividir el peso total en tres partes.

Marzo 2006

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Preparación de muestras

Muestra remoldeada: Compactar en tres capas. Se debe cuidar que el material pesado no disminuya del nivel correspondiente. Marzo 2006

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Conservación de la muestra

Todo tipo de muestra debe conservarse en un recipiente que conserve la humedad hasta el momento que sea ensayada.

Marzo 2006

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Montaje de la muestra

Se debe colocar sobre la parte inferior de la celda de corte, en orden: a) La base ranurada, b) Dos piedras porosas, c) Un papel filtro. Marzo 2006

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Montaje de la muestra

Vista de perfil

Vista de planta

Colocar la parte superior de la celda, cuidando que los agujeros de mismo diámetro estén alineados y atornillar. Marzo 2006

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Montaje de la muestra

Cubrir con el pistón alineándose al tallador, papel filtro y metal poroso. Luego aplicar unos golpes hasta que la muestra llegue al fondo, sin compactar. Retirar el tallador. Marzo 2006

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Montaje de la muestra

Muestra colocada en el molde de corte directo. En la parte superior se ha colocado el papel filtro, el metal poroso y la tapa del molde. Marzo 2006

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Preparación del equipo

Este equipo aplica la presión normal por carga muerta a través de un brazo de palanca que amplifica la carga de las pesas por diez. Para continuar con el ensayo se debe seguir el siguiente procedimiento: a.

b.

Marzo 2006

Colocar el brazo en posición horizontal con ayuda del nivel de burbuja. Para que no se incline al colocar las pesas, ajustar la manivela al tope, cuidando siempre mantener la horizontalidad del brazo. Una vez seguro poner las pesas que generarán la presión normal del ensayo, que generalmente es 0,5 Kg/cm2, 1,0 Kg/cm2 o 1,5 Kg/cm2. Para este modelo de equipo la carga que se coloca en el extremo equivale la décima parte de la fuerza aplicada sobre el área (36 cm2) de la celda de corte. Curso Taller de Mecánica de Suelos

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Preparación del equipo

σ3 Kg./cm2

Peso necesario 36xσ3 Kg.

Pesas aplicadas en el extremo g.

0,5 1,0 1,5

18 36 54

1800 3600 5400

Marzo 2006

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Preparación del equipo

Vista en planta del lugar del equipo donde se ha de colocar la celda de corte. Marzo 2006

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Preparación del equipo

Colocación de la celda de corte en el equipo. Marzo 2006

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Preparación del equipo

Celda de corte ya colocada en el equipo. Marzo 2006

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Febrero 2006

DATOS QUE SE OBTIENEN

Dial de

Deform.

Dial de

Deform.

Dial de

Deform.

Carga

Tang.

Carga

Tang.

Carga

Tang.

(div)

div.

(div)

div.

(div)

div.

7.0 15.0 21.0 22.0 25.0 27.0 28.0 29.0 30.0 31.0 32.0 34.0 35.0 35.0 36.0 36.0 36.0 35.0

25 50 75 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800

13.0 25.0 36.0 41.0 48.0 51.0 53.0 55.0 57.0 58.0 59.0 61.0 63.0 64.0 64.0 64.0 64.0 64.0

25 50 75 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800

34.0 49.0 61.0 68.0 74.0 80.0 84.0 86.0 87.0 89.0 91.0 93.0 94.0 94.0 94.0 94.0 94.0 94.0

25 50 75 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800

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CALCULO ESFUERZO DE CORTE

El esfuerzo de corte para cada punto se calcula con la siguiente relación:

k * ld E= A Donde: E = esfuerzo de corte. K = constante del anillo de carga. 0.315 para el equipo de corte residual. ld = lectura de la columna dial de carga. A = área del molde. Febrero 2006

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CALCULO ESFUERZO DE CORTE

Ejemplo para la fila Nº 1 (carga 0.50 kg/cm2):

0.315 * 7.0 E= = 0.0619 35.62 Ejemplo para la fila Nº 3 (carga 1.00 kg/cm2):

0.315 * 36.0 E= = 0.3184 35.62 Febrero 2006

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Laboratorio de Mecánica de Suelos

CALCULO ESFUERZO DE CORTE

Ejemplo para la fila Nº 5 (carga 1.50 kg/cm2):

0.315 * 74.0 E= = 0.6545 35.62 Ejemplo para la fila Nº 7 (carga 0.50 kg/cm2):

0.315 * 28.0 E= = 0.2476 35.62 Febrero 2006

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Cálculo de deformación tangencial

La deformación tangencial para cada punto se calcula con la siguiente relación:

Def = LecDef * 0.001 Donde: Def = Deformación tangencial (cm). LecDef = Lectura del dial de deformación tangencial.

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Cálculo de deformación tangencial

Ejemplo para la fila Nº 1 (carga 0.50 kg/cm2):

Def = 25 * 0.001 = 0.025 Ejemplo para la fila Nº 3 (carga 1.00 kg/cm2):

Def = 75 * 0.001 = 0.075

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Cálculo de deformación tangencial

Ejemplo para la fila Nº 5 (carga 1.50 kg/cm2):

Def = 150 * 0.001 = 0.150 Ejemplo para la fila Nº 7 (carga 0.50 kg/cm2):

Def = 250 * 0.001 = 0.250

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RESULTADOS

Laboratorio de Mecánica de Suelos

Dial de Deform. Esfuerzo

Deform.

Dial de

Deform.

Esfuerzo Deform.

Dial de

Deform.

Esfuerzo

Deform.

Carga

Tang.

Corte

Tang.

Carga

Tang.

Corte

Tang.

Carga

Tang.

Corte

Tang.

(div)

div.

(kg/cm2)

(cm)

(div)

div.

(kg/cm2)

(cm)

(div)

div.

(kg/cm2)

(cm)

7.0 15.0 21.0 22.0 25.0 27.0 28.0 29.0 30.0 31.0 32.0 34.0 35.0 35.0 36.0 36.0 36.0 35.0

25 50 75 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800

0.0619 0.1327 0.1857 0.1946 0.2211 0.2388 0.2476 0.2565 0.2653 0.2742 0.2830 0.3007 0.3095 0.3095 0.3184 0.3184 0.3184 0.3095

0.03 0.05 0.08 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80

13.0 25.0 36.0 41.0 48.0 51.0 53.0 55.0 57.0 58.0 59.0 61.0 63.0 64.0 64.0 64.0 64.0 64.0

25 50 75 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800

0.1150 0.2211 0.3184 0.3626 0.4245 0.4510 0.4687 0.4864 0.5041 0.5130 0.5218 0.5395 0.5572 0.5660 0.5660 0.5660 0.5660 0.5660

0.03 0.05 0.08 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80

34.0 49.0 61.0 68.0 74.0 80.0 84.0 86.0 87.0 89.0 91.0 93.0 94.0 94.0 94.0 94.0 94.0 94.0

25 50 75 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800

0.3007 0.4334 0.5395 0.6014 0.6545 0.7075 0.7429 0.7606 0.7694 0.7871 0.8048 0.8225 0.8313 0.8313 0.8313 0.8313 0.8313 0.8313

0.03 0.05 0.08 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80

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Gráficos

Laboratorio de Mecánica de Suelos

1.00 0.90

Esfuerzo Corte (kg/cm 2)

0.80 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00 0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

Deform ación Tangencial (cm )

Deformación Tangencial vs. Esfuerzo de Corte Febrero 2006

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Gráficos

Laboratorio de Mecánica de Suelos

1.00

Resultados:

0.90

Esfuerzo de Corte (kg/cm

2

)

0.80 0.70

Cohesión: c = 0.06 kg/cm2

0.60 0.50 0.40

Angulo de fricción: Φ = 27.2º

0.30 0.20 0.10 0.00 0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

Esfuerzo Norm al (kg/cm 2)

Esfuerzo Normal vs. Esfuerzo de Corte Máximo Febrero 2006

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TALLER BÁSICO DE MECÁNICA DE SUELOS

C.B.R. Expositor: Luisa Shuan Lucas

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Laboratorio de Mecánica de Suelos

DEFINICIÓN

CBR CALIFORNIA BEARING RATIO ASTM D1883

Desarrollado por la División de Carreteras de California en 1929. Se emplea en el diseño de pavimentos y para evaluar la resistencia al corte de materiales que conforman las capas de un pavimento

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•

DEFINICIÓN

El CBR, está definido como el esfuerzo requerido para que un pistón normalizado penetre en el suelo a una profundidad determinada, comparado con el esfuerzo requerido para que el pistón penetre hasta esa misma profundidad en una muestra patrón consistente en piedra chancada.

C arg a unitaria del ensayo CBR = ( ) x100 (%) C arg a unitaria patrón

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C.B.R.

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VALORES EN PIEDRA CHANCADA DE ALTA CALIDAD Penetración mm 2.5 5.0 7.5 10.0 12.7

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Carga Unitaria Patrón

pulg

Mpa 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50

6.9 10.3 13.0 16.0 18.0

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Psi 1,000 1,500 1,900 2,300 2,600

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C.B.R.

Se calcula el CBR para 0.1” y 0.2” son semejantes. Generalmente se adopta el valor para 0.1” Pero el CBR correspondiente a 0.2” es muy superior al CBR correspondiente al 0.1”, deberá repetirse el ensayo.

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EQUIPO

Para la Compactación - Molde de diám.= 6”, altura de 7” a 8” y un collarín de 2”. - Disco espaciador de acero diám. 5 15/16” y alt. 2.5” - Pisón Peso 10 lb. y altura de caída 18”. - Trípode y extensómetro con aprox. 0.001”. - Pesas de plomo anular de 5 lbs c/u (2 pesas). Para la prueba de penetración - Pistón sección circular área= 3 pulg2. - Aparato para aplicar la carga: Prensa hidráulica con anillo de carga. V = 0.05 pulg/min. - Equipo misceláneo: Balanza, horno, tamices, papel filtro, tanques para inmersión de muestra a saturar, cronómetro, extensómetros, etc.

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EQUIPO DE COMPACTACIÓN

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EQUIPO PARA COMPACTACIÓN

Pisón Peso 10 lb. y altura de caída 18”.

Disco espaciador de acero diám. 5 15/16” y alt. 2.5”

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EQUIPO

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Trípode y extensómetro con aprox. 0.001”.

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EQUIPO PARA COMPACTACIÓN

• Sobrecargas Metálicas Una anular y las restantes ranuradas, con peso de 2.27 Kg. (5 lb.) cada una,

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EQUIPO

Aparato para aplicar la carga: Prensa hidráulica con anillo de carga. V = 0.05 pulg/min.

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EQUIPO

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Molde, Cuarteador, Mezclador, Cápsulas, Probetas, Espátulas, Discos de Papel Filtro Febrero 2006

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EQUIPO

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PROCEDIMIENTO

Laboratorio de Mecánica de Suelos

•

Se prepara la muestra necesaria. Previamente se debe haber efectuado el ensayo proctor modificado.

•

Se calcula una cantidad suficiente para moldear tres muestras.

•

Los moldes se compactan con el óptimo contenido de humedad obtenido con el ensayo proctor modificado

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Laboratorio de Mecánica de Suelos

•

•

•

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PROCEDIMIENTO

Se preparan los tres moldes CBR y se colocan a las placas de base. Hay que colocar un disco espaciador sobre la placa de la base de cada molde. Se compacta cada molde a diferente energía de compactación. La energía de compactación se controla con el N°de golpes y serán de 56, 25 y 10 golpes por capa respectivamente.

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PROCEDIMIENTO

Laboratorio de Mecánica de Suelos

•

Luego de compactado, se enrasa y se retira de la placa de base.

•

Se gira el molde de modo que la parte superior quede abajo, se retira el disco espaciador y queda un espacio para luego colocar la sobrecarga.

•

Se fija de nuevo a la placa de base. Luego la muestra está preparada para la etapa de saturación.

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PROCEDIMIENTO

Laboratorio de Mecánica de Suelos

•

Se coloca un papel filtro sobre la parte superior de la muestra. Luego se sitúa la placa perforada con vástago ajustable y sobre ella se coloca las pesas de sobrecarga.

•

El trípode con el cuadrante medidor de deformaciones se coloca sobre el canto del molde y se ajusta al vástago de la placa perforada. Se registra la lectura y se quita el trípode.

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PROCEDIMIENTO

•

Se sumerge el molde en un recipiente con agua y se deja saturar durante cuatro días. Colocar el soporte de trípode sobre la muestra todos los días y tomar nota la lectura de la expansión.

•

Después de cuatro días, se saca el molde, se deja drenar durante 15 minutos aproximadamente.

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• •

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PROCEDIMIENTO

Se quitan las pesas, la placa perforada y el papel filtro. Se colocan nuevamente las pesas de sobrecarga y se prepara para la etapa de penetración.. Curso Taller de Mecánica de Suelos

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PROCEDIMIENTO

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•

Se coloca el molde sobre el soporte de carga de la prensa y se ajusta de manera que el pistón quede centrado con la muestra.

•

Se coloca en cero el indicador de presión del anillo de carga y el dial de deformación.

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PROCEDIMIENTO

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•

La velocidad de penetración del pistón en el suelo es de 0.05 de pulgada por minuto. La velocidad se controla por tiempo con un cronómetro.

•

Se registran las lecturas de la presión a 0.025, 0.050, 0.075, 0.100, 0.200, 0.300, 0.400, y 0.500 pulgadas de penetración.

•

Luego de terminada la prueba, se retira las sobrecargas, se recupera el suelo ensayado y se toma muestra para determinar la humedad final

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•

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GRÁFICO

Se traza una curva presión - penetración en escala aritmética. El CBR se calcula para 0.1 y 0.2 pulgadas de penetración con las presiones correspondientes.

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•

GRÁFICO

Si la curva tiene la curvatura con mas de dos puntos de inflexión, se debe efectuar la corrección trazando una tangente en el punto de mayor pendiente y se prolonga hasta la base para obtener un cero corregido. Luego se leen los valores de carga corregidos para 0.1 pulgadas de penetración y 0.2 pulgadas de penetración

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GRÁFICO

Curva de CBR Vs. Densidad Seca

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EJEMPLO

Laboratorio de Mecánica de Suelos

PENETRACION 10.304 K PENETRACIONPRESION MOLDE 1 EN PULG PATRON DIAL PRESION 0.025 28.0 96.2 0.050 70.0 240.4 0.075 124.0 425.9 0.100 1000 185.0 635.4 0.150 310.0 1,064.7 0.200 1500 443.0 1,521.6 0.250 525.0 1,803.2 0.300 1900 614.0 2,108.9 0.400 2300 820.0 2,816.4 0.500 2600 1,011.0 3,472.4

Febrero 2006

MOLDE 2 DIAL PRESION 15.0 51.5 39.0 134.0 69.0 237.0 122.0 419.0 217.0 745.3 301.0 1,033.8 374.0 1,284.6 452.0 1,552.5 589.0 2,023.0 712.0 2,445.5

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MOLDE 3 DIAL PRESION 7.0 24.0 18.0 61.8 32.0 109.9 60.0 206.1 105.0 360.6 146.0 501.5 186.0 638.8 217.0 745.3 277.0 951.4 339.0 1,164.4

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EJEMPLO

Laboratorio de Mecánica de Suelos

3 5 0 0 .0

3 0 0 0 .0

2

Presión (lbs/pulg )

2 5 0 0 .0

2 0 0 0 .0

1 5 0 0 .0

1 0 0 0 .0

876 637

5 0 0 .0 310

0 .0 0 .0

0 .1

0 .2

0 .3

0 .4

0.5

P e n e t r a c io n ( p u lg .)

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EJEMPLO

Laboratorio de Mecánica de Suelos

COMPACTACION Prueba Nº Nº de capas Nº de golpes por capa Peso del molde + Suelo compacto (gr) Peso del Molde (gr) Peso suelo compacto (gr) Volumen del Molde (cm3) Densidad Humeda (gr/cm3) Densidad seca (gr/cm3) Contenido de humedad(%)

Febrero 2006

1 5 56 8901.0 3937.0 4964.0 2111.0 2.351 2.204 6.7

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2 5 25 8825.0 4052.0 4773.0 2101.0 2.272 2.130 6.6

3 5 10 8519.0 3975.0 4544.0 2095.0 2.169 2.034 6.7

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EJEMPLO

Laboratorio de Mecánica de Suelos

CURVA DENSIDAD SECA vs. HUMEDAD

CURVA: DENSIDAD SECA vs. C.B.R.

2.260

2.210

3

Densidad Seca (gr/cm )

2.200

3

Densidad Seca (gr/cm )

2.220

2.190

2.180

2.180

2.140 CBR al 95% MDS

2.100

2.060

2.020

2.170 0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

20

30

50

60

70

80

90

100

C.B.R.(% )

Humedad (%)

Febrero 2006

40

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APLICACIÓN

Clasificación de suelos para uso en Pavimentos Sistema de Clasificación Clasificación general

usos

0-3

muy pobre

3-7 7 - 20

Unificado

AASHTO

subrasante

OH,CH,MH,OL

A5,A6,A7

pobre a regular

subrasante

OH,CH,MH,OL

A4,A5,A6,A7

regular

sub-base

OL,CL,ML,SC

A2,A4,A6,A7

CBR

SM,SP 20 50

> 50

Febrero 2006

bueno

excelente

base,subbase

GM,GC,W,SM

A1b,A2-5,A3

SP,GP

A2-6

GW,GM

A1-a,A2-4,A3

base

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TALLER BÁSICO DE MECÁNICA DE SUELOS

Problemas planteados por el terreno en la ingeniería civil Expositor: Wilfredo Gutiérrez Lazares [email protected]

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INTRODUCCIÓN

Los problemas geotécnicos pueden inducir:
Pérdida de vidas
Damnificados
Cierre y daños a vías de comunicación
Daños a edificaciones y vehículos
Daños graves a servicios públicos

En la mayoría de los casos estos problemas son previsibles y evitables
Si se siguen instrucciones simples
Se recurre a expertos en la materia

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INTRODUCCIÓN

El problema geotécnico Definición Cualquier evento que cause deformaciones y daños a un terreno y a las obras civiles circunvecinas. Tipos de problemas geotécnicos:
Asentamientos del terreno
Expansión del terreno
Agrietamientos del terreno y las estructuras
Deslizamientos
Erosión del terreno

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Indicios de problemas geotécnicos Puertas y ventanas que se traban o están descuadradas, o con dificultades para abrir o cerrar

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Grietas nuevas o grietas visiblemente reparadas en la estructura y en obras exteriores

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Desniveles entre pisos y terreno. El terreno ha bajado dejando el piso al aire en algunos sectores

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Depresiones en el terreno. Un jardín en áreas planas o en pendiente, normalmente no debe tener formas onduladas.

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Levantamientos del terreno y de aceras. A veces estos levantamientos son debidos a raíces de árboles. Si esto no es evidente, pueden ser por expansión del suelo o empujes laterales del terreno

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SUELO COMO MATERIAL DE CONSTRUCCIÓN

Presa de tierra.

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SUELO COMO MATERIAL DE CONSTRUCCIÓN

Estructura de recuperación de tierras.

Estación marítima construida por relleno hidráulico

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Estación marítima La Salina

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SUELO COMO MATERIAL DE CONSTRUCCIÓN

Pavimento de carretera

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TALUDES Y EXCAVACIONES

Estabilidad de taludes.

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TALUDES Y EXCAVACIONES

Entibaciones y otros.

(b) Excavación para un edificio

(c) Zanja para una conducción

(d) Canal Febrero 2006

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Grietas en el suelo en forma de media luna. Las grietas en el terreno siempre son indicio de algún problema geotécnico

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Terreno con topografía original escalonada. Indicio de movimientos antiguos que pueden reactivarse, o de un movimiento actual lento pero contínuo.

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Escarpas que muestran suelo “fresco” o escarpas viejos cubiertos por vegetación Estas son evidencias claras de deslizamientos

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Muros, cercas, postes, o cualquier otra cosa que no esté aplomada o alineada en su forma natural Estos son indicios de que el terreno se está moviendo, arrastrando o empujando obras enterradas

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Árboles inclinados: son indicadores menos confiables de movimientos, pues tienden a doblarse en búsqueda de la luz solar. Cuando se presentan muy inclinados o inclinados en diferentes direcciones, pueden ser indicio de deslizamientos o reptación superficial.

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Taludes verticales o con pendientes abruptas. Los taludes pueden lucir estables, pero la descomposición con el tiempo de los materiales que los constituyen, puede originar su deslizamiento.

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Desprendimiento de material del talud. Se considera uno de los indicios más evidentes, pero su relevancia debe ser determinada por un especialista

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Formación de cárcavas o surcos de erosión por aguas de escorrentía. Aunque aparenta ser un problema superficial, puede causar otros más graves

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Huecos en el terreno similares a cuevas de roedores. Son el producto de erosión interna, causada por agua infiltrada

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Socavación del pie de laderas por ríos y quebradas. Este proceso puede originar el deslizamiento progresivo de la ladera

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Sobrecargas en la parte superior de taludes. Como construcción de muros y rellenos

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Colocación de rellenos sobre laderas

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Cortes al pie de taludes para ganar área de construcción o de jardines y recreación

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Alteración de las condiciones naturales de las aguas, como obstrucción de cauces, eliminación de la cobertura vegetal, terraceos que impiden el flujo y favorecen la infiltración

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Humedad o filtraciones en sótanos u otras áreas, manantiales al pie de taludes. Pueden deberse a aguas propias del terreno o a rupturas de tuberías y tanques de almacenamiento

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Riego excesivo de jardines

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Colocación de tuberías sobre materiales de relleno sin compactación adecuada.

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Siembra de árboles que desarrollan raíces gruesas y extensas

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TERREMOTO DE MEXICO 1985

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ASENTAMIENTO: PALACIO DE BELLAS ARTES - MEXICO

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DAÑOS EN AUTOVIAS POR DESLIZAMIENTOS

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ASENTAMIENTOS POR EXTRACCION DE AGUA DE POZOS Y A FAVOR DE FALLAS ACTIVAS - (CELAYA – MEXICO)

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PRESA DE AZNALCOLLAR TRAS LA ROTURA

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CALLEJON DE HUAYLAS – SISMO 31 MAYO 1970

NVDO.HUASCARÁN NVDO. HUANDOY

ORIGEN DEL ALUD

NVDO.HUICHAJANCA

NVDO.CANCARAJA

LGNAS.LLANGANUCO

MANCOS RÍO SANTA

YUNGAY RANRAIRCA

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PROYECTO MESIAS

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Filtraciones a través de las juntas, provenientes de los esfuerzos de subpresión

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Asentamientos parciales de losas debido a la tubificación

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Los problemas de tubificación generan oquedades y que posteriormente concluye en colapso de las losas

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Debido al tiempo expuesto de la obra terminada, sin el uso para el cual fue diseñado, el sello de juntas sufrió contracción

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La losa colapsa debido a la falta de apoyo en el terreno compactado y que por problemas de agua ha quedado sin sustento

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Vista del talud interno de la laguna de oxidación y que dio lugar a un forado por las presiones de agua

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Vista lateral de la zona socavada. Se aprecia la extensión de la laguna de oxidación

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Se aprecia la profundidad de suelo socavado, demostrando la fuerza con que el agua puede afectar a las estructuras

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En la parte exterior de la laguna, se aprecia el talud y zonas inundadas por el problema de socavación

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Otra vista, quebrada abajo por donde discurrieron las aguas, inundando las granjas y originando la muerte de 3000 aves

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El material socavado en el talud exterior y que se conecta con la socavación interna.

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La laguna desembalso las aguas por este túnel, generado por la tubificación

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En la parte central se aprecia la claridad en el otro extremo del túnel generado por el paso del agua

Claridad en el otro extremo del túnel

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Perfil del talud externo en el cual se muestra todos los problemas de socavación por erosión

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MÉTODO DE ENSAYO PARA DETERMINAR EL CONTENIDO DE HUMEDAD DE UN SUELO Referencia ASTM D-2216, J. E. Bowles ( Experimento Nº 1) , MTC E 108-2000

OBJETIVO El presente modo operativo establece el método de ensayo para determinar el contenido de humedad de un suelo APARATOS • Horno de secado.- Horno de secado termostáticamente controlado, capaz de mantener una temperatura de 110 ± 5 °C. • Balanzas.- De capacidad conveniente y con las siguientes aproximaciones: de 0.1 g para muestras de menos de 200 g de 0. 1 g para muestras de más de 200 g • Recipientes.- Recipientes apropiados fabricados de material resistente a la corrosión, y al cambio de peso cuando es sometido a enfriamiento o calentamiento continuo, exposición a materiales de pH variable, y a limpieza. •

•

Utensilios para manipulación de recipientes.- Se requiere el uso de guantes, tenazas o un sujetador apropiado para mover y manipular los recipientes calientes después de que se hayan secado. Otros utensilios.- Se requiere el empleo de cuchillos, espátulas. cucharas, lona para cuarteo, divisores de muestras, etc.

DEFINICIONES La humedad o contenido de humedad de un suelo es la relación, expresada como porcentaje, del peso de agua en una masa dada de suelo, al peso de las partículas sólidas. PRINCIPIO DEL MÉTODO Se determina el peso de agua eliminada, secando el suelo húmedo hasta un peso constante en un horno controlado a 110 ± 5 °C*. El peso del suelo que permanece del secado en horno es usado como el peso de las partículas sólidas. La pérdida de peso debido al secado es considerado como el peso del agua. Nota.- (*) El secado en horno siguiendo este método (a 110 °C) no da resultados confiables cuando el suelo contiene yeso u otros minerales que contienen gran cantidad de agua de hidratación o cuando el suelo contiene cantidades significativas de material orgánico. Se pueden obtener valores confiables del contenido de humedad para estos suelos, secándolos en un horno a una temperatura de 60 °C o en un desecador a temperatura ambiente.

MUESTRAS Las muestras serán preservadas y transportadas de acuerdo a la Norma ASTM D-4220, Grupos de suelos B, C ó D. Las muestras que se almacenen antes de ser ensayadas se mantendrán en contenedores herméticos no corroíbles a una temperatura entre aproximadamente 3 °C y 30 °C y en un área que prevenga el contacto directo con la luz solar. Las muestras alteradas se almacenarán en

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recipientes de tal manera que se prevenga ó minimice la condensación de humedad en el interior del contenedor. La determinación del contenido de humedad se realizará tan pronto como sea posible después del muestreo, especialmente si se utilizan contenedores corroíbles (tales como tubos de acero de pared delgada, latas de pintura, etc.) ó bolsas plásticas. ESPECIMEN DE ENSAYO Para los contenidos de humedad que se determinen en conjunción con algún otro método ASTM, se empleará la cantidad mínima de espécimen especificada en dicho método si alguna fuera proporcionada. La cantidad mínima de espécimen de material húmedo seleccionado como representativo de la muestra total, si no se toma la muestra total, será de acuerdo a lo siguiente: Tabla Nº 1

Máximo tamaño de partícula (pasa el 100%)

Tamaño de malla Estándar

Masa mínima recomendada de espécimen de ensayo húmedo para contenidos de humedad reportados a ± 0.1%

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

2.00 mm (N° 10) 4.760 mm (N° 4) 9.525 mm (3/8”) 19.050 mm (¾”) 38.1 mm (1½”) 76.200 mm (3”)

20 g 100 g 500 g 2.5 kg 10 kg 50 kg

Masa mínima recomendada de espécimen de ensayo húmedo para contenidos de humedad reportados a ±1% 20 g* 20 g* 50 g 250 g 1 kg 5 kg

Nota.- * Se usará no menos de 20 g para que sea representativa.

•

Si se usa toda la muestra, ésta no tiene que cumplir los requisitos mínimos dados en la tabla anterior. En el reporte se indicará que se usó la muestra completa.

•

El uso de un espécimen de ensayo menor que el mínimo indicado en 6.2 requiere discreción, aunque pudiera ser adecuado para los propósitos del ensayo. En el reporte de resultados deberá anotarse algún espécimen usado que no haya cumplido con estos requisitos.

•

Cuando se trabaje con una muestra pequeña (menos de 200 g) que contenga partículas de grava relativamente grandes, no es apropiado incluirlas en la muestra de ensayo. Sin embargo en el reporte de resultados se mencionará y anotará el material descartado.

•

Para aquellas muestras que consistan íntegramente de roca intacta, el espécimen mínimo tendrá un peso de 500 g. Porciones de muestra representativas pueden partirse en partículas más pequeñas, dependiendo del tamaño de la muestra, del contenedor y la balanza utilizada y para facilitar el secado a peso constante.

SELECCIÓN DEL ESPECIMEN DE ENSAYO

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•

Cuando el espécimen de ensayo es una porción de una mayor cantidad de material, el espécimen seleccionado será representativo de la condición de humedad de la cantidad total de material. La forma en que se seleccione el espécimen de ensayo depende del propósito y aplicación del ensayo, el tipo de material que se ensaya, la condición de humedad, y el tipo de muestra (de otro ensayo, en bolsa, en bloque, y las demás).

•

Para muestras alteradas tales como las desbastadas, en bolsa, y otras, el espécimen de ensayo se obtiene por uno de los siguientes métodos (listados en orden de preferencia):

•

Si el material puede ser manipulado sin pérdida significativa de humedad, el material debe mezclarse y luego reducirse al tamaño requerido por cuarteo o por división.

•

Si el material no puede ser mezclado y/o dividido, deberá formarse una pila de material, mezclándolo tanto como sea posible. Tomar por lo menos cinco porciones de material en ubicaciones aleatorias usando un tubo de muestreo, lampa, cuchara, frotacho, ó alguna herramienta similar apropiada para el tamaño de partícula máxima presente en el material. Todas las porciones se combinarán para formar el espécimen de ensayo.

•

Si no es posible apilar el material, se tomarán tantas porciones como sea posible en ubicaciones aleatorias que representarán mejor la condición de humedad. Todas las porciones se combinarán para formar el espécimen de ensayo.

•

En muestras intactas tales como bloques, tubos, muestreadores divididos y otros, el espécimen de ensayo se obtendrá por uno de los siguientes métodos dependiendo del propósito y potencial uso de la muestra.

•

Se desbastará cuidadosamente por lo menos 3 mm de material de la superficie exterior de la muestra para ver si el material está estratificado y para remover el material que esté más seco o más húmedo que la porción principal de la muestra. Luego se desbastará por lo menos 5 mm, o un espesor igual al tamaño máximo de partícula presente, de toda la superficie expuesta o del intervalo que esté siendo ensayado.

•

Se cortará la muestra por la mitad. Si el material está estratificado se procederá de acuerdo a lo indicado en (*). Luego se desbastará cuidadosamente por lo menos 5 mm, o un espesor igual del tamaño máximo de partícula presente, de la superficie expuesta de una mitad o el intervalo ensayado. Deberá evitarse el material de los bordes que pueda encontrarse más húmedo o más seco que la porción principal de la muestra.

(*) Si el material está estratificado (o se encuentra más de un tipo de material), se seleccionará un espécimen promedio, o especimenes individuales, o ambos. Los especimenes deben ser identificados apropiadamente en formatos, en cuanto a su ubicación, o lo que ellos representen.

PROCEDIMIENTO •

Determinar y registrar la masa de un contenedor limpio y seco (y su tapa si es usada).

•

Seleccionar especimenes de ensayo representativos de acuerdo lo indicado en anteriormente.

•

Colocar el espécimen de ensayo húmedo en el contenedor y, si se usa, colocar la tapa asegurada en su posición. Determinar el peso del contenedor y material húmedo usando una balanza (véase APARATOS) seleccionada de acuerdo al peso del espécimen. Registrar este valor.

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•

Remover la tapa (si se usó) y colocar el contenedor con material húmedo en el horno. Secar el material hasta alcanzar una masa constante. Mantener el secado en el horno a 110 ± 5 °C a menos que se especifique otra temperatura. El tiempo requerido para obtener peso constante variará dependiendo del tipo de material, tamaño de espécimen, tipo de horno y capacidad, y otros factores. La influencia de estos factores generalmente puede ser establecida por un buen juicio, y experiencia con los materiales que sean ensayados y los aparatos que sean empleados.

•

Luego que el material se haya secado a peso constante, se removerá el contenedor del horno (y se le colocará la tapa si se usó). Se permitirá el enfriamiento del material y del contenedor a temperatura ambiente o hasta que el contenedor pueda ser manipulado cómodamente con las manos y la operación del balance no se afecte por corrientes de convección y/o esté siendo calentado. Determinar el peso del contenedor y el material secado al homo usando la misma balanza usada en 8.3. Registrar este valor. Las tapas de los contenedores se usarán si se presume que el espécimen está absorbiendo humedad del aire antes de la determinación de su peso seco.

CALCULOS Se calcula el contenido de humedad de la muestra, mediante la siguiente fórmula:

W =

W W1 − W2 x100 = W x100 W2 − Wt WS

W = es el contenido de humedad, (%) WW = Peso del agua WS = Peso seco del material W1 = es el peso de tara más el suelo húmedo, en gramos W2 = es el peso de tara más el suelo secado en homo, en gramos: Wt = es el peso de tara, en gramos REPORTE El reporte deberá incluir lo siguiente: • La identificación de la muestra (material) ensayada, tal como el número de la perforación, número de muestra, número de ensayo, número de contenedor, etc. • El contenido de agua del espécimen con aproximación al 1% ó al 0.1%, como sea apropiado dependiendo de la mínima muestra usada. Si se usa este método conjuntamente con algún otro método, el contenido de agua del espécimen deberá reportarse al valor requerido por el método de ensayo para el cual se determinó el contenido de humedad. • Indicar si el espécimen de ensayo tenía un peso menor que el indicado en Tabla Nº 1 • Indicar si el espécimen de ensayo contenía más de un tipo de material (estratificado, etc.). • Indicar el método de secado si es diferente del secado en horno a 110 °C más o menos 5 °C. • Indicar sí se excluyó algún material del espécimen de ensayo. PRECISION Y EXACTITUD

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Exactitud.- No existe valor de referencia aceptado para este método de ensayo; por consiguiente, no puede determinarse la exactitud. Precisión: Precisión de un Operador- Simple.- El coeficiente de variación de un operador simple se encontró en 2.7%. Por consiguiente, los resultados de dos ensayos conducidos apropiadamente por el mismo operador con el mismo equipo, no deberían ser considerados con sospecha si difieren en menos del 7.8 % de su media. Precisión Multilaboratorio.- El coeficiente de variación multilaboratorio se encontró en 5.0%. Por consiguiente, los resultados de dos ensayos conducidos por diferentes operadores usando equipos diferentes no deberían ser considerados con sospecha a menos que difieran en más del 14.0 por ciento de su media. SUGERENCIAS • •

•

• •

•

•

Los recipientes y sus tapas deben ser herméticos a fin de evitar pérdida de humedad de las muestras antes de la pesada inicial y para prevenir la absorción de humedad de la atmósfera después del secado y antes de la pesada final. Se usa un recipiente para cada determinación. El cambio de humedad en suelos sin cohesión puede requerir que se muestree la sección completa. el material está estratificado (o se encuentra más de un tipo de material), se seleccionará un espécimen promedio, o especimenes individuales, o ambos. Los especimenes deben ser identificados apropiadamente en formatos, en cuanto a su ubicación, o lo que ellos representen. Para prevenir la mezcla de especímenes y la obtención de resultados incorrectos, todos los contenedores, y tapas si se usan, deberían ser enumerados y deberían registrarse los números de los contenedores en los formatos de laboratorio. Los números de las tapas deberían ser consistentes con los de los contenedores para evitar confusiones. Para acelerar el secado en horno de grandes especímenes de ensayo, ellos deberían ser colocados en contenedores que tengan una gran área superficial (tales como ollas) y el material debería ser fragmentado en agregados más pequeños. En la mayoría de los casos, el secado de un espécimen de ensayo durante toda la noche (de 12 a 16 horas) es suficiente. En los casos en los que hay duda sobre lo adecuado de un método de secado, deberá continuarse con el secado hasta que el cambio de peso después de dos períodos sucesivos (mayores de 1 hora) de secado sea insignificante (menos del 0.1 %). Los especímenes de arena pueden ser secados a peso constante en un período de 4 horas, cuando se use un horno de tiro forzado. Desde que algunos materiales secos pueden absorber humedad de especímenes húmedos, deberán retirarse los especímenes secos antes de colocar especímenes húmedos en el mismo horno. Sin embargo, esto no sería aplicable si los especímenes secados previamente permanecieran en el horno por un período de tiempo adicional de 16 horas. Colocar las muestras en un desecador es más aceptable en lugar de usar las tapas herméticas ya que reduce considerablemente la absorción de la humedad de la atmósfera durante el enfriamiento especialmente en los contenedores sin tapa.

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL Laboratorio Nº 2 - Mecánica de Suelos

Informe N° : Técnico : Fecha :

SOLICITANTE : PROYECTO :

CANTERA

UBICACION :

MUESTRA

CALICATA PROF. (m)

CONTENIDO DE HUMEDAD DE UN SUELO (W) 1

Peso del Frasco + Peso del Suelo Húmedo (gr)

$"$

2

Peso del Frasco + Peso del Suelo Seco (gr)

$ !

3

Peso del Agua Contenida (gr)

!"

4

Peso del Frasco (gr)

#

5

Peso del Suelo Seco (gr)

"$

6

Contenido de Humedad (%)

##

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GRAVEDAD ESPECÍFICA DE LOS SUELOS (PICNÓMETRO)

Referencia ASTM D-854, AASHTO T-100, J. E. Bowles (Experimento Nº 7), MTC E 113-2000

OBJETIVO Este modo operativo se utiliza para determinar el peso específico de los suelos y del relleno mineral (filler) por medio de un picnómetro. Cuando el suelo está compuesto de partículas mayores que el tamiz de 2.38 mm (N° 8), deberá seguirse el método de ensayo para determinar el peso especifico y la absorción del agregado grueso, MTC E 206. Cuando el suelo está compuesto por partículas mayores y menores que el tamiz de 2.38 mm (N° 8), se utilizará el método de ensayo correspondiente a cada porción. El valor del peso especifico para el suelo será el promedio ponderado de los dos valores así obtenidos. Cuando el valor del peso específico sea utilizado en cálculos relacionados con la porción hidrométrica del análisis granulométrico de suelos (modo operativo MTC E 109), debe determinarse el peso especifico de la porción de suelo que pasa el tamiz de 2.00 mm (N° 10) de acuerdo con el método que se describe en la presente norma. APARATOS • Frasco volumétrico (picnómetro), de 100 a 500 cm3 de capacidad. • Bomba de vacío, con tuberías y uniones, o en su defecto un mechero o un dispositivo para hervir el contenido del picnómetro. • Homo o Estufa, capaz de mantener temperaturas uniformes y constantes hasta 110 ± 5°C (230 ± 9 °F). • Balanzas, una con capacidad de 1200 g y sensibilidad de 0.01 g, otra con capacidad de 200 g y sensibilidad de 0.001 g. • Pipeta. • Termómetro graduado, con una escala de 0 a 50 °C (32 a 122 °F) y con precisión de 0.1 °C (0.18 °F). • Cápsula de evaporación. • Baño de agua (baño María). • Guantes de asbesto. • Tamices de 2.36 mm (N° 8) y 4.75 mm (N° 4). DEFINICIÓN Peso especifico. Es la relación entre el peso en el aire de un cierto volumen de sólidos a una temperatura dada y el peso en el aire del mismo volumen de agua destilada, a la misma temperatura. CALIBRACIÓN DEL PICNÓMETRO

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El peso del picnómetro lleno de agua debe ser calibrado para varias temperaturas. El picnómetro con agua se calibra directamente dentro del intervalo de temperaturas que se espera encontrar en el laboratorio. El proceso de calibración es el siguiente: • Llénese el picnómetro con agua destilada o desmineralizada, sin burbujas de aire, hasta una altura algo menor que la marca de calibración y colóquese al baño María hasta que se equilibre su temperatura con la del baño. Sáquese el picnómetro del baño María, ajústese con una pipeta el nivel del agua en el picnómetro de manera que la parte de abajo del menisco coincida con la marca de calibración en el cuello del picnómetro y remuévase el agua que se encuentre adherida en la parte interior del cuello por encima de la marca de calibración; luego, pésese el picnómetro con agua con una precisión de 0.01 g. Inmediatamente después de la pesada, agítese el picnómetro suavemente y determínese la temperatura del agua con una precisión de 0.1 °C, introduciendo el termómetro hasta la mitad de la profundidad del picnómetro. •

•

Repítase el procedimiento anterior aproximadamente a la misma temperatura. Luego, háganse dos determinaciones adicionales, una a la temperatura del laboratorio y otra a una temperatura aproximadamente 5 °C (9 °F) menor que la temperatura del laboratorio. Dibújese una curva de calibración que muestre la relación entre las temperaturas y los pesos correspondientes del picnómetro más agua. Prepárese la curva de calibración para cada picnómetro que se utilice en la determinación de los pesos específicos y consérvense esas curvas en el archivo.

PREPARACIÓN DE LA MUESTRA • Debe tenerse especial cuidado en obtener muestras representativas para la determinación del peso específico de los sólidos. La muestra de suelo puede ensayarse a su humedad natural, o puede secarse con la estufa; sin embargo, algunos suelos, principalmente aquellos que tienen un alto contenido de materia orgánica, son muy difíciles de rehumedecer después de que se han secado al horno. Estos suelos pueden ser ensayados sin haberse secado previamente en el horno, en cuyo caso, el peso de la muestra seca se determina al final del ensayo. • Cuando la muestra contenga partículas de diámetros mayores y menores que la abertura del tamiz de 2.38 mm (N° 8), la muestra debe ser separada por dicho tamiz y debe determinarse el peso específico de la fracción fina [pasante del tamiz de 2.38 mm (N° 8)] y el peso especifico aparente de la fracción gruesa. El valor del peso específico para la muestra total viene dado por la siguiente expresión:

G=

100 %..Pasante..del..N º8 Re tenido..en..el..N º8 + GS Ga

Donde: G = Peso especifico total GS = Peso especifico de los sólidos (pasa tamiz N° 8) Ga = Peso especifico aparente (retenido en el tamiz N° 8)

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•

•

Cuando el valor del peso específico va a ser empleado en cálculos relacionados con el análisis granulométrico por hidrómetro (MTC E 109), el peso específico deberá determinarse para la fracción de suelo que va a ser usada en el análisis por hidrómetro o para otros fines (generalmente la porción pasante del tamiz N° 200). En algunos casos, puede ser necesario el empleo de otros líquidos, como el kerosene, para el análisis de suelos que contienen sales solubles en agua. Sí el ensayo se realiza con algún líquido distinto al agua destilada, el picnómetro deberá calibrarse utilizando el mismo líquido. El kerosene es mejor agente humedecedor que el agua para la mayoría de los suelos y puede emplearse en lugar de agua destilada para las muestras secadas al horno.

PROCEDIMIENTO Suelos con su humedad natural. El procedimiento para determinar el peso específico de los suelos a su humedad natural es como sigue: • Anótese en una planilla de datos toda la información concerniente a la muestra como: obra, N° de sondeo, N° de la muestra y cualquier otro dato pertinente. • Colóquese en la cápsula de evaporación una muestra representativa del suelo. La cantidad necesaria se escogerá de acuerdo con la capacidad del picnómetro. Capacidad del picnómetro Cantidad requerida aproximadamente (cm3) (g) 100 25 – 35 250 55 – 65 500 120 – 130 • •

Empleando una espátula, mézclese el suelo con suficiente agua destilada o desmineralizada, hasta formar una masa pastosa; colóquese luego la mezcla en el picnómetro y llénese con agua destilada hasta aproximadamente la mitad del frasco. Para remover el aire atrapado, conéctese el picnómetro a la línea de vacío hasta obtener una presión absoluta dentro del frasco no mayor de 100 mm de mercurio. El tiempo de aplicación del vacío dependerá del tipo de suelo ensayado.

Como proceso alternativo, el aire atrapado puede ser removido calentando la suspensión levemente durante un período mínimo de 10 minutos, rotando ocasionalmente el picnómetro para facilitar la expulsión de aire. El proceso de calentamiento debe adelantarse con mucho cuidado, porque pueden ocurrir pérdidas de material. Las muestras que sean calentadas deberán dejarse enfriar a la temperatura ambiente. •

• •

Llénese el picnómetro con agua destilada hasta que el fondo del menisco coincida con la marca de calibración en el cuello del picnómetro y, usando un papel absorbente, remuévase con cuidado la humedad de la parte interior del picnómetro y su contenido con una aproximación de 0.01 g. Inmediatamente después de la pesada, agítese la suspensión hasta asegurar una temperatura uniforme y determínese la temperatura de la suspensión con una aproximación de 0.1 °C introduciendo un termómetro hasta la mitad de la profundidad del picnómetro. Transfiérase con mucho cuidado el contenido del picnómetro a una cápsula de evaporación. Enjuáguese el picnómetro con agua destilada, hasta asegurarse que toda la muestra ha sido removida de él. Introdúzcase la cápsula de evaporación con la muestra en una estufa a 105 ± 5 °C (221 ± 9 °F), hasta peso constante. Sáquese la muestra seca del horno, déjese enfriar a la

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• • • •

• • • • •

temperatura del laboratorio y determínese el peso del suelo seco con una aproximación de 0.01g. Anótense todos los resultados en la planilla. Suelos secados a la estufa. El procedimiento para determinar el peso específico de los sólidos en suelos secados al horno, debe consistir de los siguientes pasos: Anótese en la planilla toda la información requerida para identificar la muestra. Séquese el suelo al horno hasta obtener la condición de peso constante. El horno debe estar a una temperatura de 105 ± 5 °C (221 ± 9 °F). Sáquese la muestra de la estufa y déjese enfriar a la temperatura del laboratorio; debe protegerse contra una ganancia de humedad hasta que sea pesada. Selecciónese una muestra representativa; la cantidad requerida dependerá de la capacidad del picnómetro que se va a utilizar (véase la tabla del numeral 6.1). Pésese la muestra con aproximación de 0.01 g. Después de pesado, transfiérase el suelo al picnómetro teniendo mucho cuidado de no perder material durante la operación. Para evitar posibles pérdidas del material previamente pesado, la muestra puede ser pesada después de que se transfiera al picnómetro. Esta eventual pérdida bajará el valor del peso específico calculado. Llénese el picnómetro hasta la mitad de su contenido con agua destilada sin burbujas de aire y déjese reposar la suspensión durante la noche. Extráigase el aire atrapado dentro de la suspensión del suelo en agua por uno de los dos métodos descritos en el numeral 6.1. Si la extracción de aire se realizó calentando la suspensión, déjese enfriar el picnómetro y su contenido durante la noche. Realícense los pasos subsiguientes del ensayo en la misma forma que los indicados para suelos a su humedad natural. Anótense todos los datos en la planilla.

CÁLCULOS Las siguientes cantidades se obtienen por pesada directa. • Peso del picnómetro + agua + sólidos a la temperatura del ensayo = W1 (g). • Peso de la tara + suelo seco (g). El peso de la tara debe ser restado de este valor para obtener el peso del suelo seco, W0. • El peso específico de los sólidos se calcula con dos decimales, mediante la siguiente fórmula:

GS =

WO xK WO + W2 − W1

Donde: K = Factor de corrección basado en el peso especifico del agua a 20 °C (véase Tabla 1). W2 = Peso del picnómetro mas agua a la temperatura del ensayo, en gramos (obtenido de la curva de calibración como se indica en la Figura 1). Wo = Peso del suelo seco (g). W1 = Peso del picnómetro + agua + suelo (g). SUGERENCIAS •

No se debe utilizar la misma curva de calibración para todos los picnómetros de igual capacidad. Cada uno de los picnómetros, aún los de igual capacidad, tienen pesos diferentes; por lo tanto, deberán ser individualmente calibrados. Si el picnómetro no está limpio, la curva de calibración no será válida, porque cambia su peso. También, si la parte interior del cuello del picnómetro no está limpia, se formará un menisco irregular. Cuando se calibra el picnómetro para una temperatura menor que la del laboratorio, hay una tendencia a que se

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condense agua en la parte interior del picnómetro, aun cuando se haya tenido mucho cuidado en el secado y la pesada se haya realizado rápidamente. Siempre que sea posible, la pesada debe hacerse a la misma temperatura a la cual está el picnómetro. •

Se debe evitar el uso de agua que contenga sólidos disueltos. Es esencial que se use exclusivamente agua destilada o desmineralizada, para asegurar la continua validez de la curva de calibración.

•

Algunos suelos hierven violentamente al someterlos a una presión de aire reducida. En esos casos, es necesario aplicar una reducción gradual de la presión o utilizar un frasco de mayor tamaño. • Llénese el picnómetro con agua destilada y sin burbujas de aire, hasta un nivel ligeramente menor por debajo de la marca y aplíquese vacío nuevamente hasta que a la suspensión se le haya extraído la mayor parte del aire; remuévase con cuidado el tapón del picnómetro y obsérvese cuánto baja el nivel del agua en el cuello. Si la superficie de agua baja menos de 3 mm no es necesario seguir aplicando vacío. En el caso en que la superficie del agua baje más de 3 mm, se deberá seguir aplicando vacío hasta lograr esta condición.

•

•

La remoción incompleta del aire atrapado en la suspensión del suelo es la causa más importante de error en la determinación de pesos específicos y tenderá a bajar el peso específico calculado. Se deberá extraer completamente el aire de la suspensión aplicando vacío o calentando. La ausencia de aire atrapado debe ser verificada como se describió durante el ensayo. Es conveniente destacar que el aire disuelto en el agua no afectará los resultados; por lo tanto, no es necesario aplicar vacío al picnómetro cuando se calibra o se llena hasta la marca de calibración con agua destilada o desmineralizada sin burbujas de aire.

•

Una gota de agua puede hacer que se cometa un error de aproximadamente 0.05 g. Este error puede ser minimizado tomando el promedio de varias lecturas a la misma temperatura. Cuando la suspensión sea opaca, producir una luz fuerte detrás del cuello del picnómetro y su contenido, durante la realización de las pesadas.

•

El secado de ciertos suelos a 105 °C (221 °F), puede causar la pérdida del agua absorbida y de cristalización; en tales casos, el secado se hará a una temperatura de 60 °C (140 °F) y se recomienda aplicar una presión de vacío más baja. Tabla 1 Peso específico (G) del agua y factor de corrección (K) para temperaturas entre 18 °C y 32.9 °C.

Temp. G K Temp. G K Temp. G K 18 0.9986 1.0004 19 0.9984 1.0002 20 0.9982 1 0.1 60 4 0.1 41 2 0.1 21 0 0.2 58 4 0.2 39 2 0.2 19 0 0.3 56 3 0.3 37 1 0.3 17 0.9999 0.4 54 3 0.4 35 1 0.4 15 9 0.5 52 3 0.5 33 1 0.5 13 9 0.6 50 3 0.6 31 1 0.6 10 9 0.7 49 3 0.7 29 1 0.7 8 8

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0.8 0.9 21 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 24 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 27 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 30 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

47 45 0.998 0 798 96 93 91 89 87 85 83 0.9973 29 27 24 22 20 17 14 12 9 0.9965 51 48 46 43 40 37 34 32 29 0.9957 64 61 58 55 52 49 46 43 40

2 2 0.9998 8 8 7 7 7 7 6 6 6 0.9991 1 0 0 0 0 89 9 9 9 0.9983 3 2 2 2 2 1 1 1 1 0.9974 4 4 3 3 3 3 2 2 2

0.8 0.9 22 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 25 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 28 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 31 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

27 25 0.9978 78 75 73 70 68 65 63 60 58 0.9971 4 2 699 97 94 91 89 87 84 0.9963 23 20 17 14 11 8 6 3 0 0.9954 33 30 27 24 21 18 15 12 8

6

0 0 0.9996 6 5 5 5 5 4 4 4 4 0.9988 8 8 8 7 7 7 7 6 6 0.9988 0 0 0 79 9 9 8 8 8 0.9971 1 1 0 0 0 69 9 9 9

0.8 0.9 23 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 26 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 29 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 32 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

6 4 0.9976 54 51 49 46 44 42 39 37 34 0.9968 78 76 73 70 68 65 63 60 57 0.996 94 91 88 85 82 79 76 73 70 0.9951 2 499 96 93 90 86 83 80 77

8 8 0.9993 3 3 3 2 2 2 2 1 1 0.9986

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0.9977 7 7 6 6 6 6 5 5 5 0.9968 8 8 7 7 7 6 6 6 5

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Nota: En esta tabla el peso específico del agua está basado en que la densidad del agua a 4 ºC es igual a 1 g/cm3. El factor de corrección K, se obtiene dividiendo el peso específico del agua a la temperatura considerada, por el peso específico del agua a 20 °C.

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Informe N° : Técnico :

Laboratorio Nº 2 - Mecánica de Suelos

Fecha :

SOLICITANTE : PROYECTO :

CANTERA

UBICACION :

MUESTRA

CALICATA

!

Peso especifico de la parafina

PROF. (m) gr/cm3

PESO VOLUMETRICO DE MASA (?m) 1

Peso del Suelo + Parafina (gr)

%

2

Peso del Suelo (gr)

$

3

Peso de la Parafina (gr)

4

Volumen del Suelo + Parafina (cm3)

5

Volumen de la Parafina (cm3)

6

Volumen del Suelo (cm3)

7

Peso Especifico de Masa (gr/cm3)

$

$ "% " # #

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DETERMINACIÓN DEL LÍMITE LÍQUIDO DE LOS SUELOS Referencia ASTM D-4318, AASHTO T-89, J. E. Bowles ( Experimento Nº 3) , MTC E 110-2000

OBJETIVO El límite líquido de un suelo es el contenido de humedad expresado en porcentaje del suelo secado en el horno, cuando éste se halla en el límite entre el estado plástico y el estado líquido. El valor calculado deberá aproximarse al centésimo. APARATOS •

•

Recipiente para Almacenaje. Una vasija de porcelana de 115 mm (4 ½”) de diámetro aproximadamente. Espátula. De hoja flexible de unos 75 a 100 mm (3" – 4”) de longitud y 20 mm (¾") de ancho aproximadamente. Aparato del límite líquido (o de Casagrande).

•

Acanalador.

•

Calibrador. Ya sea incorporado al ranurador o separado, de acuerdo con la dimensión crítica "d" mostrada en la Figura 1, y puede ser, si fuere separada, una barra de metal de 10.00 ± 0.2 mm (0.394” ± 0.008") de espesor y de 50 mm (2") de largo, aproximadamente. Recipientes o Pesa Filtros. De material resistente a la corrosión, y cuya masa no cambie con repetidos calentamientos y enfriamientos. Deben tener tapas que

•

•

• •

cierren bien, sin costuras, para evitar las pérdidas de humedad de las muestras antes de la pesada inicial y para evitar la absorción de humedad de la atmósfera tras el secado y antes de la pesada final. Balanza. Una balanza con sensibilidad de 0.1 gr. Estufa. Termostáticamente controlado y que pueda conservar temperaturas de 110 ± 5 °C (230 ± 9 °F) para secar la muestra.

DETERMINACIÓN DEL LÍMITE LÍQUIDO POR EL MÉTODO MULTIPUNTO MUESTRA Tómese una muestra que pese 150 - 200 g de una porción de material completamente mezclado que pase el tamiz de 0.425 mm (N° 40).

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AJUSTE DEL APARATO • Deberá inspeccionarse el aparato de límite líquido para verificar que se halle en buenas condiciones del trabajo. El pin que conecta la taza no debe estar tan gastado que tenga juego lateral, ni el tornillo que la conecta, hallarse tan gastado por el largo uso. Inspecciónese, además, el acanalador para verificar que las dimensiones límites son las indicadas en las figuras • Se considera desgaste excesivo, cuando el diámetro del punto de contacto sobre la base de la taza excede de 13 mm (0.5") o cuando cualquier punto sobre el borde de la misma se ha desgastado aproximadamente en la mitad del espesor original. Aun cuando se aprecie una ligera ranura en el centro de la taza, ésta no es objetable. Pero si la ranura se pronuncia antes de que aparezcan otros signos de desgaste, debe considerarse que está excesivamente gastada y deberá reemplazarse. • Por medio del calibrador del mango del ranurador y la platina de ajuste H (Figura 1), ajústese la altura a la cual se levanta la taza, de tal manera que el punto que hace contacto con la base al caer esté exactamente a 1 cm (0.394") sobre ésta. Asegúrese la platina de ajuste H, apretando los tornillos con el calibrador, aún colocado, compruébese el ajuste girando la manija rápidamente varias veces. Si el ajuste es correcto, un sonido de roce se oirá cuando la excéntrica golpea contra la taza, si se levanta del calibrador o no se oye ruido, hágase un nuevo ajuste.

Figura 1

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PROCEDIMIENTO • Colóquese la muestra de suelo en la vasija de porcelana y mézclese completamente con 15 a 20 ml de agua destilada, agitándola, amasándola y tajándola con una espátula en forma alternada y repetida. Realizar más adiciones de agua en incrementos de 1 a 3 ml. Mézclese completamente cada incremento de agua con el suelo como se ha descrito previamente, antes de cualquier nueva adición. • Algunos suelos son lentos para absorber agua, por lo cual es posible que se adicionen los incrementos de agua tan rápidamente que se obtenga un límite líquido falso. Esto puede evitarse mezclando más y durante un mayor tiempo, (1 hora aproximadamente). • Cuando haya sido mezclada suficiente agua completamente con el suelo y la consistencia producida requiera de 30 a 35 golpes de la cazuela de bronce para que se ocasione el cierre, colóquese una porción de la mezcla en la cazuela sobre el sitio en que ésta reposa en la base, y comprímasela hacia abajo, extiéndase el suelo hasta obtener la posición mostrada en la Figura 3 (con tan pocas pasadas de la espátula como sea posible), teniendo cuidado de evitar la inclusión de burbujas de aire dentro de la masa. Nivélese el suelo con la espátula y al mismo tiempo emparéjeselo hasta conseguir una profundidad de 1 cm en el punto de espesor máximo. Regrésese el exceso de suelo a la Vasija de porcelana. • Divídase el suelo en la taza de bronce por pasadas firmes del acanalador a lo largo del diámetro y a través de la línea central de la masa del suelo de modo que se forme una ranura limpia y de dimensiones apropiadas. Para evitar rasgaduras en los lados de la ranura o escurrimientos de la pasta del suelo a la cazuela de bronce, se permite hacer hasta 6 pasadas de adelante hacia atrás o de atrás hacia adelante, contando cada recorrido como una pasada; con cada pasada el acanalador debe penetrar un poco más profundo hasta que la última pasada de atrás hacia adelante limpie el fondo de la cazuela. Hágase una ranura con el menor número de pasadas posible.

Figura 2 •

•

•

Elévese y golpéese la taza de bronce girando la manija F, a una velocidad de 1,9 a 2,1 golpes por segundo, hasta que las dos mitades de la pasta de suelo se pongan en contacto en el fondo de la ranura, a lo largo de una distancia de cerca de 13 mm (0.5"). Anótese el número de golpes requeridos para cerrar la ranura. En lugar de fluir sobre la superficie de la taza algunos suelos tienden a deslizarse. Cuando esto ocurra, deberá a agregarse mas agua a la muestra y mezclarse de nuevo, se hará la ranura con el acanalador y se repetirá el Punto anterior; si el suelo sigue deslizándose sobre la taza de bronce a un número de golpes inferior a 25, no es aplicable este ensayo y deberá indicarse que el límite líquido no se puede determinar. Sáquese una tajada de suelo aproximadamente del ancho de la espátula, tomándola de uno y otro lado y en ángulo recto con la ranura e incluyendo la porción de ésta en la cual se hizo contacto, y colóquese en un recipiente adecuado.

Pésese y anótese. Colóquese el suelo dentro del pesafiltro en el horno a 110 ± 5 °C (230 ± 9 °F) hasta obtener peso constante y vuélvase a pesar tan pronto como se haya enfriado pero antes de que pueda haber absorbido humedad higroscópica. Anótese este peso, así como la pérdida de peso debida al secamiento y el peso del agua.

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• •

Transfiérase el suelo sobrante en la taza de bronce a la cápsula de porcelana. Lávese y séquese la taza de bronce y el ranurador y ármese de nuevo el aparato del límite líquido para repetir el ensayo. Repítase la operación anterior por lo menos en dos ensayos adicionales, con el suelo restante en la vasija de porcelana, al que se le ha agregado agua suficiente para ponerlo en un estado de mayor fluidez. El objeto de este procedimiento es obtener muestras de tal consistencia que al menos una de las determinaciones del número de golpes requeridos para cerrar la ranura del suelo se halle en cada uno de los siguientes intervalos: 25-35; 20-30; 15-25. De esta manera, el alcance de las 3 determinaciones debe ser de 10 golpes.

CALCULOS Calcúlese el contenido de humedad del suelo, expresándolo como porcentaje del peso del suelo secado en el horno como sigue:

Calcúlese el porcentaje de humedad, con aproximación a un entero. Preparación de la curva de fluidez. Trácese una, "curva de fluidez" que represente la relación entre el contenido de humedad y el correspondiente número de golpes de la taza de bronce, en un gráfico de papel semilogarítmico. Con el contenido de humedad como ordenada sobre la escala aritmética, y el número de golpes como Abscisa sobre la escala logarítmica. la curva de flujo es una línea recta promedia, que pasa tan cerca como sea posible a través de los tres o más puntos dibujados. Límite líquido. Tómese el contenido de humedad correspondiente a la intersección de la curva de flujo con la ordenada de 25 golpes como límite líquido del suelo y aproxímese este valor a un número entero. DETERMINACIÓN DEL LÍMITE LÍQUIDO POR EL MÉTODO DE UN PUNTO. APARATOS Los mismos que se han descrito en el presente modo operativo. PREPARACIÓN DEL ESPÉCIMEN DE ENSAYO Preparar el espécimen en la misma forma como se describió en las secciones antes descritas, excepto que en el mezclado el contenido de humedad se ajuste a una consistencia que requiere de 20 a 30 golpes de la copa de límite líquido para cerrar la ranura. El ensayo se efectúa en la misma forma que para el método antes descrito (multipunto) con la diferencia que el contenido de humedad de la muestra se debe tomar cuando el número de golpes requerido para cerrar la ranura esté comprendido entre 20 y 30. Si se requiere menos de 20 o más de 30 golpes, se ajustará el contenido de humedad del suelo y se repetirá el procedimiento. Inmediatamente después de remover un espécimen para contenido de humedad como se describió anteriormente, formar nuevamente el suelo en la copa, añadiendo una pequeña cantidad de suelo para reponer la pérdida debida a la ranuración y las orientaciones de muestreo para contenido de humedad. Repetir, y si el segundo cierre de la ranura requiere el mismo numero de golpes o no más de dos golpes de

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diferencia, tomar otro espécimen para contenido de humedad. De otro modo, mezclar de nuevo todo el espécimen y repetir. Nota: El excesivo secado o inadecuado puede causar variación en el número de golpes

CÁLCULOS Determinar el límite líquido para cada espécimen de acuerdo al número de golpes y contenido de humedad, usando una de las siguientes ecuaciones:

LL = W

n

N 25

0.121

Ó

LL = kW n

Donde: N = Número de golpes que causan el cierre de la ranura para el contenido de humedad Wn = Contenido de humedad del suelo, para N golpes. K = factor dado en la Tabla A 1. El límite es el promedio de los valores de dos pruebas de límite líquido. Si la diferencia entre las dos pruebas es mayor de uno el ensayo debe repetido. Tabla A - 1 N (Numero de golpes) K (Factor para límite líquido) 20 0,974 0,979 21 22 0,985 0,990 23 24 0,995 25 1,000 26 1,005 27 1,009 28 1,014 29 1,018 30 1,022

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL Laboratorio Nº 2 - Mecánica de Suelos

Operador :

Fecha :

LIMITES DE CONSISTENCIA Informe N°

!

Solicitado : Proyecto :

Muestra N°

Pozo N°

Profundidad

"

LIMITE PLASTICO

#

LIMITE LIQUIDO

Prueba N° Frasco N° N° de golpes Peso de Frasco + suelos

1 húmedo (gr)

Peso de Frasco + suelos

2 seco (gr)

Peso del agua (1 - 2) (gr)

3

4 Peso del Frasco (gr) Peso suelo seco

5 (2 - 4) (gr)

Contenido de humedad

6 (3/5x100)(%) 20

DIAGRAMA DE FLUIDEZ

Contenido de agua %

34.2 33.6 33.0 32.4 31.8 31.2 30.6 30.0 1

10

Numero de golpes

6

20

25

30

40

50

100

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DETERMINACIÓN DEL LÍMITE PLASTICO E INDICE DE PLASTICIDAD Referencia ASTM D-4318, AASHTO T-90, J. E. Bowles ( Experimento Nº 3) , MTC E 111-2000

OBJETIVO Es la determinación en el laboratorio del límite plástico de un suelo y el cálculo del índice de plasticidad (I.P.) si se conoce el límite líquido (L.L.) del mismo suelo. Se denomina límite plástico (L.P.) a la humedad más baja con la que pueden formarse barritas de suelo de unos 3,2 mm (1/8") de diámetro, rodando dicho suelo entre la palma de la mano y una superficie lisa (vidrio esmerilado), sin que dichas barritas se desmoronen. APARATOS • • • • • • • •

Espátula, de hoja flexible, de unos 75 a 100 mm (3" – 4”) de longitud por 20 mm (3/4") de ancho. Recipiente para Almacenaje, de 115 mm (4 ½”) de diámetro. Balanza, con aproximación a 0.1 g. Horno o Estufa, termostáticamente controlado regulable a 110 ± 5 °C (230 ± 9 °F). Tamiz, de 426 µm (N° 40). Agua destilada. Vidrios de reloj, o recipientes adecuados para determinación de humedades. Superficie de rodadura. Comúnmente se utiliza un vidrio grueso esmerilado.

PREPARACIÓN DE LA MUESTRA • Si se quiere determinar sólo el L.P., se toman aproximadamente 20 g de la muestra que pase por el tamiz de 426 mm (N° 40), preparado para el ensayo de límite líquido. Se amasa con agua destilada hasta que pueda formarse con facilidad una esfera con la masa de suelo. Se toma una porción de 1,5 gr a 2,0 gr de dicha esfera como muestra para el ensayo. • El secado previo del material en horno o estufa, o al aire, puede cambiar (en general, disminuir), el límite plástico de un suelo con material orgánico, pero este cambio puede ser poco importante. •

Si se requieren el límite liquido y el límite plástico, se toma una muestra de unos 15 g de la porción de suelo humedecida y amasada, preparada de acuerdo a la guía (determinación del límite líquido de los suelos). La muestra debe tomarse en una etapa del proceso de amasado en que se pueda formar fácilmente con ella una esfera, sin que se pegue demasiado a los dedos al aplastarla.

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Si el ensayo se ejecuta después de realizar el del límite líquido y en dicho intervalo la muestra se ha secado, se añade más agua. PROCEDIMIENTO • Se moldea la mitad de la muestra en forma de elipsoide y, a continuación, se rueda con los dedos de la mano sobre una superficie lisa, con la presión estrictamente necesaria para formar cilindros. • Si antes de llegar el cilindro a un diámetro de unos 3.2 mm (1/8") no se ha desmoronado, se vuelve a hacer una elipsoide y a repetir el proceso, cuantas veces sea necesario, hasta que se desmorone aproximadamente con dicho diámetro. • El desmoronamiento puede manifestarse de modo distinto, en los diversos tipos de suelo: • • •

En suelos muy plásticos, el cilindro queda dividido en trozos de unos 6 mm de longitud, mientras que en suelos plásticos los trozos son más pequeños. La porción así obtenida se coloca en vidrios de reloj o pesa-filtros tarados, se continúa el proceso hasta reunir unos 6 g de suelo y se determina la humedad de acuerdo a la guía de Determinación del contenido de humedad. Se repite, con la otra mitad de la masa, el proceso indicado.

CÁLCULOS Calcular el promedio de dos contenidos de humedad. Repetir el ensayo si la diferencia entre los dos contenidos de humedad es mayor que el rango aceptable para los dos resultados listados en la tabla 1 para la precisión de un operador. Tabla 1.- Tabla de estimados de precisión. Índice de precisión y tipo de ensayo Desviación Estándar Rango Aceptable de dos resultados Precisión de un operador simple Límite Plástico 0,9 2,6 Precisión Multilaboratorio Límite Plástico 3.7 10.6 El límite plástico es el promedio de las humedades de ambas determinaciones. Se expresa como porcentaje de humedad, con aproximación a un entero y se calcula así:

CÁLCULO DEL ÍNDICE DE PLASTICIDAD Se puede definir el índice de plasticidad de un suelo como la diferencia entre su límite líquido y su límite plástico. Donde: L.L. = Límite Líquido P.L. = Límite Plástico

L.P.= L.L. – L.P.

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L.L. y L.P., son números enteros •

Cuando el límite líquido o el límite plástico no puedan determinarse, el índice de plasticidad se informará con la abreviatura NP (no plástico). Así mismo, cuando el límite plástico resulte igual o mayor que el límite líquido, el índice de plasticidad se informará como NP(no plástico).

•

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Operador :

Fecha :

LIMITES DE CONSISTENCIA Informe N°

Solicitado : Proyecto : Pozo N°

Muestra N°

Profundidad

!

LIMITE PLASTICO Prueba N° Frasco N° N° de golpes Peso de Frasco + suelos

1 húmedo (gr)

Peso de Frasco + suelos

2 seco (gr) 3

Peso del agua (1 - 2) (gr)

4 Peso del Frasco (gr) Peso suelo seco

5 (2 - 4) (gr)

Contenido de humedad

6 (3/5x100)(%)

3

"

LIMITE LIQUIDO

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DETERMINACIÓN DE LOS FACTORES DE CONTRACCIÓN DE LOS SUELOS Referencia ASTM D-427, AASHTO T-92, J. E. Bowles ( Experimento Nº 4) , MTC E 112-2000

OBJETIVO Obtener datos, por medio de los cuales pueden calcularse las siguientes constantes de los suelos: a) límite de contracción, b) relación de contracción, c) cambio de volumen, d) contracción lineal, e) peso específico (aproximado). APARATOS • • •

• • • • • • • •

Cápsula de evaporación, de porcelana, de 115 mm (4 1/2") y de 150 mm (6") de diámetro, aproximadamente. Espátula, de 76 mm (3") de longitud y con 20 mm (3/4 ") de ancho. Recipiente para contracción o cápsula, de porcelana o de metal monel (aleación de niquel y cobre) con una base plana y de 45 mm (1 3/4 ") de diámetro y 12.7 mm (1/2") de altura. Regla, de metal de 100 mm (4") o más de longitud. Recipiente de vidrio, con 50 mm (2 ") de diámetro y 2 5 mm (1") de altura, con bordes lisos y nivelados. Placa de vidrio, con tres patas metálicas salientes para sumergir la muestra de suelo en mercurio. Probeta, con capacidad de 25 ml y graduada cada 0.2 ml. Balanza, con sensibilidad de 0.1 g. Mercurio, suficiente para llenar el recipiente de vidrio, hasta que rebose. Horno o Estufa, termostáticamente controlado y que pueda conservar temperaturas constantes y uniformes hasta 110 ± 5 °C (230 ± 9 °F), para secar la muestra. Guantes de asbesto y caucho.

MUESTRA Tomar una muestra que pese 30 g aprox., de una porción de material completamente mezclado, que pase el tamiz de 0.425 mm (No. 40).

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PROCEDIMIENTO • La muestra se colocará y mezclará completamente con agua destilada en la vasija de evaporación de 115 mm de diámetro (4 1/2"), en forma suficiente para llenar completamente los vacíos del suelo y para hacerla lo suficientemente pastosa, de manera que sea fácilmente trabajable en la cápsula, evitando la formación de burbujas de aire. Para suelos friables, la cantidad de agua requerida para llegar a la consistencia deseada es igual o ligeramente mayor que el límite líquido; y para suelos plásticos, la cantidad de agua puede exceder en un 10% el límite líquido. • El interior de la cápsula para contracción se revestirá con una capa delgada de vaselina, o cualquier grasa pesada, para evitar la adhesión del suelo al recipiente. • Una cantidad de suelo húmedo igual o cercano a la tercera parte del volumen del recipiente de contracción será colocado en el centro de éste y se forzará a que fluya hacia los bordes siendo golpeado suavemente sobre una superficie firme, acolchonada por varias hojas de papel secante o un material similar. Una cantidad de suelo aproximadamente igual a la primera porción, será agregada y el recipiente será golpeado hasta que el suelo esté completamente compactado y todo el aire incluido haya sido expulsado. Se agregará más suelo y se continuarán los golpes del recipiente hasta que éste se llene completamente y rebose por los lados. El exceso de suelo se quitará con la regla metálica y el suelo adherido a la superficie externa del recipiente se limpiará. • Cuando se haya llenado el recipiente, se enrasa, se limpia y se pesa inmediatamente, se anota como peso del recipiente y del suelo húmedo (W1). Se dejará secar la masa de suelo en el aire, a temperatura ambiente, hasta que el color de la misma cambie de oscuro a claro. Luego ésta será secada en el horno a temperatura de 110 ± 5 °C (230 ± 9 °F), hasta alcanzar peso constante; se pesará anotándose como peso del recipiente y del suelo seco (W2). • Muestras que contengan materia orgánica o cuya constitución pueda alterarse a la temperatura especificada, se secarán a 60 °C (140 °F). • La capacidad del recipiente de contracción, en cm3 , la cual es también el volumen de la masa de suelo húmedo, se determinará llenando el recipiente con mercurio hasta rebosar eliminando el exceso, haciendo presión con la placa de vidrio sobre la parte superior del recipiente o cápsula, y midiendo el volumen de mercurio retenido en este, con la probeta graduada. Se anotará como volumen de la masa de suelo húmedo (V). El volumen de la masa de suelo seco será determinado de la siguiente manera: •

El recipiente de vidrio se llenará de mercurio hasta rebosar y el exceso de mercurio deberá removerse presionando firmemente la placa de vidrio con tres salientes sobre la parte superior del recipiente.

•

Cualquier porción de mercurio que se derrame, la cual puede quedar adherida a la parte externa del recipiente se limpiará cuidadosamente. El recipiente lleno de mercurio se colocará en la vasija de evaporación de 150 mm (6") y la probeta de suelo se colocará sobre la superficie del mercurio. Esta será forzada cuidadosamente para sumergirla en el mercurio por medio de la placa de

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• •

vidrio con las tres salientes, presionándola firmemente sobre el recipiente. Es esencial que no quede aire atrapado bajo la probeta de suelo. El volumen de mercurio que ha sido desplazado se medirá en la probeta graduada y se anotará como el volumen de suelo seco (Vo). Después de ser limpiado, se pesará el recipiente de contracción y se anotará su peso (W3)

CALCULOS CÁLCULO DEL CONTENIDO DE AGUA El contenido de agua del suelo en el momento en que éste fue colocado en el recipiente, expresado como un porcentaje del peso seco del suelo, se calculará de la siguiente forma: w = 100 (W1 – W2) / (W2 – W3) Siendo: w = Contenido de agua del suelo W1 = Peso de la masa de suelo húmedo y el recipiente (g). W2 = Peso de la masa de suelo seco y el recipiente (g). W3 = Peso del recipiente (g). También puede ser calculado el contenido de agua así: w = 100 (W – Wo) / Wo Siendo: W = Peso húmedo de la muestra de suelo (W = W1 – W3) W0 = Peso de la muestra seca (W0 = W2- W3) Se calculará el contenido de agua con una aproximación de 0.1 (en el porcentaje). CÁLCULO DEL LÍMITE DE CONTRACCIÓN • El límite de contracción de un suelo se define como el contenido mínimo de agua, por debajo del cual una reducción de la cantidad de agua, no causará una disminución de volumen de la muestra de suelo, pero al cual un aumento en el contenido de agua causará un aumento en el volumen de la masa de suelo. • El límite de contracción (LC) será calculado de los datos obtenidos en la determinación de la contracción volumétrica, así:

LC = W − 100(V − VO ) *

γw

WO

Donde: LC = Límite de contracción (%) w = Contenido de agua (%) V = Volumen de la muestra de suelo húmedo (cm3) Vo = Volumen de la muestra de suelo secada al horno (cm3) Wo = Peso de la muestra seca (W0 = W2 - W3) (g) 3 w = Peso unitario del agua (g/cm ) El límite de contracción se calculará con una aproximación de 0.01 en el porcentaje. OBSERVACIONES

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• • • • • • • • •

•

Errores posibles. Los siguientes podrían causar una determinación imprecisa del límite de contracción: Muestra no representativa El límite de contracción debe determinarse utilizando una porción de la misma muestra que se utilizó para determinar el contenido de humedad equivalente del terreno. Muestras preparadas incorrectamente Las muestras deberán ser muy bien mezcladas con el agua y se debe permitir un período suficiente de curado antes de realizar el ensayo. Determinación errónea del contenido de humedad. Que la cápsula de contracción no esté lubricada en su parte interior. Si el suelo se adhiere a la cápsula, la muestra puede agrietarse durante el secado. Burbujas de aire contenidas en la muestra de suelo. Muestra de suelo secada demasiado rápido. Para prevenir que la muestra de suelo se agriete, debe ser secada muy lentamente, primero en un cuarto húmedo y luego a la temperatura de laboratorio, hasta que ocurra un cambio definido en el color; solamente en este momento se debe colocar en el horno. Burbujas de aire atrapadas bajo la muestra de suelo en el recipiente de vidrio cuando se sumerja en mercurio.

ERRORES DE CÁLCULO • Precaución. El mercurio es una sustancia peligrosa que puede causar efectos nocivos en la salud si se inhala por mucho tiempo su vapor, o si se pone en contacto con la piel. Siempre que se use mercurio deberán adoptarse las siguientes precauciones: • Mantenerlo en un recipiente de cristal sellado e irrompible. • Trabajar siempre en un área bien ventilada. • Evitar el contacto directo con el mercurio y usar guantes. • Evitar el esparcimiento incontrolado de partículas, efectuando la parte del ensayo que requiera uso de mercurio en un recipiente grande que pueda recoger lo que se derrame durante el ensayo. • Las partículas no controladas deben limpiarse tan completamente como sea posible.

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Operador :

Fecha :

LIMITES DE CONSISTENCIA Informe N°

Solicitado : Proyecto :

Muestra N°

Pozo N°

Profundidad

LIMITE PLASTICO

LIMITE LIQUIDO

Prueba N° Frasco N°

#

"

"

N° de golpes Peso de Frasco + suelos

1 húmedo (gr)

Peso de Frasco + suelos 2 seco (gr) Peso del agua 3 (1 - 2) (gr)

! ! "!

!"

!

!

"

!

4 Peso del Frasco (gr)

! "

Peso suelo seco 5 (2 - 4) (gr) Contenido de humedad 6 (3/5x100)(%)

!

!

!

"

!

!" !

LIMITES DE CONTRACCION 1 Vasija de contraccion N° 2 Peso Vasija de contraccion + peso suelo húmedo (gr) 3 Peso vasija de contraccion + peso suelo seco 4 Peso agua contenida (2 - 3)

(gr)

5 Peso vasij de contracción

(gr)

6 Peso suelo seco (Wo) (3 - 5)

(gr)

7 Contenido de humedad (W) (4/6x100)

"

(cm³)

9 Volumen de la torta de suelo seco (Vo)

(cm³) (cm³)

11 ((V-Vo)/Wo)x100 = 10/6x100

(%)

12 Limite de contracción (7 - 11)

(%)

20

! ! ! " !

(%)

8 Volumen de la vasija de contracción (V) 10 (V - Vo) = (8 - 9)

!

(gr)

DIAGRAMA DE FLUIDEZ

Contenido de agua %

34.2 33.6 33.0 32.4 31.8 31.2 30.6 30.0 1

10

Numero de golpes

5

20

25

30

40

50

100

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CORTE DIRECTO (CONSOLIDADO DRENADO) Referencia ASTM D-3080, AASHTO T236, J. E. Bowles ( Experimento Nº 17) , MTC E 123-2000

OBJETIVO Tiene por objeto establecer el procedimiento de ensayo para determinar la resistencia al corte de una muestra de suelo consolidada y drenada, por el método del corte directo. Este ensayo puede realizarse sobre todos los tipos de suelos, con muestras inalteradas y remoldeadas. El ensayo consiste en: • • • • • •

Colocación de la muestra en el dispositivo de corte. Aplicación de una carga normal. Disposición de los medios de drenaje y humedecimiento de la muestra. Consolidación de la muestra. Liberación de los marcos que sostienen la muestra. Aplicación de la fuerza de corte para hacer fallar la muestra.

APARATOS Dispositivo de carga. El dispositivo de carga debe ceñirse a lo siguiente. Sostener la probeta con seguridad entre dos piedras porosas colocadas una en cada cara, de tal manera que no se presenten movimientos de torsión sobre ella. Estar provisto de los dispositivos necesarios para: • Aplicar una fuerza normal en las caras de la muestra. • Determinar los cambios en el espesor de la muestra. • Drenar el agua a través de las piedras porosas. • Sumergir la muestra en agua. • Ser capaz de aplicar una fuerza de corte para hacer fallar la muestra a lo largo de un determinado plano (corte único) o de planos (corte doble) paralelos a las caras de la muestra. • Los marcos que sostienen la probeta deben ser lo suficientemente rígidos para evitar su deformación durante el corte. • Las diferentes partes del dispositivo deben ser de un material resistente a la corrosión por sustancias contenidas en el suelo o por la humedad del mismo. Piedras porosas. Las piedras porosas deben ceñirse a lo siguiente: • Deben ser de carburo de silicio, óxido de aluminio o de un metal que no sea susceptible a la corrosión por sustancias contenidas en el suelo o la humedad del mismo. • Dependiendo del tipo de suelo que se va a ensayar, las piedras porosas deben tener la calidad adecuada para desarrollar el contacto necesario con la muestra y, además, deben evitar la intrusión excesiva de partículas de suelo dentro de sus poros. • Para ensayos con suelos normales, la calidad de las piedras debe permitir una permeabilidad de 0.5 mm/s a 1 mm/s. Dispositivo para la aplicación de la fuerza normal. Debe estar capacitado para aplicar rápidamente la fuerza especificada sin excederla y para mantenerla con una variación máxima de ± 1 % durante el proceso de ensayo.

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Dispositivo para la aplicación de la fuerza de corte. • La capacidad depende más que todo del tipo de control: con control de deformaciones o con control de esfuerzos. Se prefiere generalmente el primero por la facilidad para determinar, tanto el esfuerzo último, como la carga máxima. • El equipo con control de deformaciones debe tener la capacidad para cortar la muestra a una velocidad de desplazamiento uniforme, con una desviación de ± 10 % y debe permitir el ajuste de la velocidad de desplazamiento dentro de un rango más o menos amplio. • La velocidad de aplicación de la carga, depende de las características de consolidación del suelo. Se logra usualmente por medio de un motor con caja de transmisión y la fuerza de corte se determina por medio de un indicador de carga. • Si se usa el equipo con control de esfuerzos, debe ser capaz de aplicar la fuerza de corte sobre la muestra con incrementos de carga y grado de precisión. • Equipo para el corte de la muestra. Debe ser adecuado para tallar la muestra de acuerdo con las dimensiones interiores de la caja de corte con un mínimo de alteración. Puede necesitarse un soporte exterior para mantener en alineamiento axial una serie de 2 o 3 anillos.

Otros • Balanza. Debe tener una sensibilidad de 0.1 g o 0.1 % del peso de la probeta. • Deformímetros o diales. Deben ser adecuados para medir los cambios en el espesor de la muestra con una sensibilidad de 0.002 mm (0.0001") y la deformación con sensibilidad de 0.02 mm (0.001"). • Estufa u Horno de secado. Capaz de mantenerse a 110 ± 5 °C (230 ± 9 °F) • Recipientes para muestras de humedad. • Equipo para el remoldeo o compactación de probetas. • Misceláneos. Incluyen: cronómetro, sierra de alambre, espátula, cuchillos, enrasadores, agua destilada y demás elementos necesarios.

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MUESTRA PREPARACIÓN DE LOS ESPECIMENES • Si se usa una muestra inalterada, debe ser suficientemente grande para proveer un mínimo de tres muestras idénticas. • La preparación de la muestra debe efectuarse de tal manera que la pérdida de humedad sea insignificante. • La muestra se talla sobre medida para las dimensiones del dispositivo de corte directo. • Para muestras inalteradas de suelos sensibles, debe tenerse extremo cuidado al labrar las muestras, para evitar la alteración de su estructura natural. • Se determina el peso inicial de la muestra para el cálculo posterior del contenido inicial de humedad de acuerdo con la norma. • Si se utilizan muestras de suelos compactados, la compactación debe hacerse con las condiciones de humedad y peso unitario deseados. Se puede efectuar directamente en el dispositivo de corte, en un molde de dimensiones iguales a las del dispositivo de corte o en un molde mayor para recortarlas. • El diámetro mínimo de las muestras circulares o el ancho mínimo para muestras rectangulares debe ser alrededor de 50 mm (2"). • Para minimizar las alteraciones causadas por el muestreo, el diámetro de las muestras obtenidas de tubos sacamuestras debe ser, por lo menos, 5 mm (1/5") menor que el diámetro del tubo. • El espesor mínimo de la muestra de ensayo, debe ser alrededor de 12 mm (½ "), pero no menor de un sexto el tamaño máximo de las partículas del suelo. • La relación mínima diámetro/espesor o ancho/espesor, según la muestra, debe ser 2:1. PROCEDIMIENTO DE ENSAYO

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• •

• •

•

• • • • •

Se ensambla la caja de corte con los marcos alineados y se bloquea. Se aplica una capa de grasa entre los marcos para lograr impermeabilidad durante la consolidación y reducir la fricción durante el corte. Se introduce la muestra de ensayo con sumo cuidado. Se conecta el dispositivo de carga y se ajusta el dial para medir tanto la deformación durante el corte, como el cambio del espesor de la muestra y luego se determina el espesor inicial. La costumbre de humedecer las piedras porosas antes de la colocación y aplicación de la fuerza normal sobre las muestras, dependerá del tipo de problema en estudio. Para muestras inalteradas obtenidas bajo el nivel freático, deben humedecerse las piedras. Para suelos expansivos se debe efectuar el humedecimiento después de la aplicación de la fuerza normal, para evitar expansiones que no son representativas de las condiciones de campo. Se debe permitir una consolidación inicial de la muestra bajo una fuerza normal adecuada. Después de aplicar la fuerza normal predeterminada, se llena el depósito de agua hasta un nivel por encima de la muestra, permitiendo el drenaje y una nueva consolidación de la misma. El nivel del agua se debe mantener durante la consolidación y en las fases siguientes de corte de tal manera que la muestra esté saturada en todo momento. La fuerza normal que se aplique a cada una de las muestras depende de la información requerida. Un solo incremento de ella puede ser apropiado para suelos relativamente firmes. Para los demás suelos pueden ser necesarios varios incrementos con el objeto de prevenir el daño de la muestra. El primer incremento dependerá de la resistencia y de la sensibilidad del suelo. En general, esta fuerza no debe ser tan grande que haga fluir el material constitutivo de la muestra por fuera del dispositivo de corte. Durante el proceso de la consolidación deben registrarse las lecturas de deformación normal, en tiempos apropiados, antes de aplicar un nuevo incremento de la fuerza. Cada incremento de la fuerza normal debe durar hasta que se complete la consolidación primaria. El incremento final debe completar la fuerza normal especificada. Se representan gráficamente las lecturas de la deformación normal contra el tiempo. Corte de la muestra. Luego de terminada la consolidación se deben soltar los marcos separándolos aproximadamente 0.25 mm (0.01"), para permitir el corte de la muestra. Se debe aplicar la fuerza de corte lentamente para permitir la disipación completa del exceso de presión de poros.

Se continúa el ensayo hasta que el esfuerzo de corte sea constante, o hasta que se logre una deformación del 10 % del diámetro o de la longitud original. En el ensayo con control de esfuerzos, se comienza con incrementos de la fuerza de corte de aproximadamente un 10 % de la máxima estimada. Antes de aplicar un nuevo incremento, se permitirá por lo menos un 95 % de consolidación bajo el incremento anterior. Cuando se ha aplicado del 50 % al 70 % de la fuerza de falla estimada, los nuevos incrementos serán de la mitad del valor de los aplicados hasta ese momento, o sea el 5 % de la máxima fuerza de corte.

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En la proximidad de la falla, los incrementos de la fuerza pueden ser iguales a un cuarto del incremento inicial (2.5 % de la fuerza normal de corte estimada). Se debe llevar registro de la fuerza de corte aplicada y la deformación normal y de corte para intervalos convenientes de tiempo. Con preferencia, el incremento de la fuerza de corte debe ser continuo. Terminado el ensayo, se remueve la muestra completa de la caja de corte, se seca en la estufa y se determina el peso de los sólidos. CÁLCULOS • • • • • •

Calcúlense los siguientes valores: Contenido inicial de humedad. Peso unitario seco inicial y peso unitario húmedo inicial. Esfuerzos de corte. Relación de vacíos antes y después de la consolidación y después del ensayo de corte, si se desea. Los grados de saturación inicial y final, si se desea.

OBSERVACIONES • Se deben registrar todos los datos básicos del ensayo, incluyendo el esfuerzo normal, desplazamiento de corte y los valores correspondientes de la resistencia al corte máximo y residual cuando se indique, así como los cambios de espesor del espécimen. • Para cada probeta de ensayo se debe elaborar la curva esfuerzo de corte y deformación unitaria en un gráfico con escalas aritméticas. • Debe prepararse, igualmente, un gráfico que incluya los valores para las tres probetas de las fuerzas normales contra la resistencia al corte y determinar, a partir del mismo, los valores efectivos del ángulo de fricción Ø y de la cohesión, c. • En el mismo gráfico anterior podrán incluirse los valores de las resistencias al corte residuales e indicar el ángulo de fricción interna residual; y de la cohesión si la hubiere. • Se debe incluir el plan general de procedimiento, así como secuencias especiales de carga o requisitos especiales de humedad.

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ENSAYO DE CORTE DIRECTO FECHA:

IMFORME N°: SOLICITADO POR: PROYECTO: PROCEDENCIA:

CONTENIDO DE HUMEDAD Muestra:

Lado

# ! ! ! !! "

Tara N° Peso Tara + Suelo Húmedo Peso Tara + Suelo Seco Peso Agua Peso Tara

Area: Altura Volumen D. Húmeda

!! " !" ! "

D. Seca

Peso Suelo Seco

Peso de muestra húmeda + Tara al finañ del ensayo

0.5 TIEMPO TRANSCURRIDO

DIAL DE CARGA

DEFORMACION TANGENCIAL

"

DEFORMACION NORMAL

FUERZA CORTANTE

" !

ESFUERZO DE CORTE

"

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"

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"

Observaciones: ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. …………………..……………………………………………………………………………………………………………………………………….

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ENSAYO DE CORTE DIRECTO FECHA:

IMFORME N°: SOLICITADO POR: PROYECTO: PROCEDENCIA:

CONTENIDO DE HUMEDAD Muestra:

Lado

# ! ! ! !! "

Tara N° Peso Tara + Suelo Húmedo Peso Tara + Suelo Seco Peso Agua Peso Tara

Area: Altura Volumen D. Húmeda

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D. Seca

Peso Suelo Seco

Peso de muestra húmeda + Tara al finañ del ensayo

1.0 TIEMPO TRANSCURRIDO

DIAL DE CARGA

DEFORMACION TANGENCIAL

DEFORMACION NORMAL

FUERZA CORTANTE

ESFUERZO DE CORTE

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Observaciones: ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. …………………..……………………………………………………………………………………………………………………………………….

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ENSAYO DE CORTE DIRECTO FECHA:

IMFORME N°: SOLICITADO POR: PROYECTO: PROCEDENCIA:

CONTENIDO DE HUMEDAD Muestra:

Lado

# ! ! ! !! "

Tara N° Peso Tara + Suelo Húmedo Peso Tara + Suelo Seco Peso Agua Peso Tara

Area: Altura Volumen D. Húmeda

!! " !" ! "

D. Seca

Peso Suelo Seco

Peso de muestra húmeda + Tara al finañ del ensayo

1.5 TIEMPO TRANSCURRIDO

DIAL DE CARGA

DEFORMACION TANGENCIAL

DEFORMACION NORMAL

FUERZA CORTANTE

ESFUERZO DE CORTE

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"

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Observaciones: ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. …………………..……………………………………………………………………………………………………………………………………….

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ESFUERZO NORMAL vs. ESFUERZO DE CORTE

1.20

1.20

1.10

1.10

1.00

1.00

0.90

0.90

2

Esfuerzo de Corte (kg/cm )

2

Esfuerzo Corte (kg/cm )

DEFORMACION TANGENCIAL vs. ESFUERZO DE CORTE

0.80 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30

0.80 0.70 0.60

32.2 º

¢=

0.50 0.40 0.30 0.20

0.20

0.10

0.10

0.00

0.00 0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8

1.0

¢= 32.2 º C= 0.01 kg/cm2

Deformación Tangencial (cm)

II.

2

Esfuerzo Normal (kg/cm )

ENSAYO DE CORTE DIRECTO ASTM 3080

Estado Muestra Calicata Prof. (m)

: : : :

Remoldeado (material < Tamiz N° 4) M-2 *** ***

I

Especimen Nº

II

III

Lado de la caja (cm) Altura Inicial de muestra (cm) Densidad húmeda inicial (gr/cm3) Densidad seca inicial (gr/cm3) Cont. de humedad inicial (%)

6.00 2.00 1.750 1.631 7.3

6.00 2.00 1.750 1.631 7.3

6.00 2.00 1.750 1.631 7.3

Altura de la muestra antes de aplicar el esfuerzo de corte (cm)

1.958

1.912

1.893

Altura final de muestra (cm) Densidad húmeda final (gr/cm3) Densidad seca final (gr/cm3) Cont. de humedad final (%)

1.954 2.026 1.669 21.4

1.898 2.075 1.718 20.8

1.880 2.077 1.735 19.8

Esfuerzo normal (kg/cm²) Esfuerzo de corte maximo (kg/cm²)

0.50 0.403

1.00 0.744

1.50 1.094

Angulo de friccion interna : Cohesion (kg/cm²) :

33.2 º 0.06

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COMPACTACION DE SUELOS EN LABORATORIO UTILIZANDO UNA ENERGIA MODIFICADA (56 000 pie-lb/pie3 [2 700 kN-m/m3]) (PROCTOR MODIFICADO) Referencia ASTM D-1557, J. E. Bowles ( Experimento Nº 9) , MTC E 115-2000

OBJETIVO •

Este ensayo abarca los procedimientos de compactación usados en Laboratorio, para determinar la relación entre el Contenido de Agua y Peso Unitario Seco de los suelos (curva de compactación) compactados en un molde de 4 ó 6 pulgadas (101,6 ó 152,4 mm) de diámetro con un pisón de 10 lbf (44,5 N) que cae de una altura de 18 pulgadas (457 mm), produciendo una Energía de Compactación de 56 000 lb-pie/pie3 (2 700 kN-m/m3).

Nota 1: Los suelos y mezclas de suelos-agregados son considerados como suelos finos o de grano grueso o compuestos o mezclas de suelos naturales procesados o agregados tales como grava, limo o piedra partida. Nota 2: El equipo y procedimiento son los mismos que los propuestos por el Cuerpo de Ingenieros de Estados Unidos en 1945. La prueba de Esfuerzo Modificado es a veces referida como Prueba de Compactación de Proctor Modificado.

•

Este ensayo se aplica sólo para suelos que tienen 30% ó menos en peso de sus partículas retenidas en el tamiz de 3/4” pulg (19,0 mm).

Nota 3: Para relaciones entre Peso Unitario y Contenido de Humedad de suelos con 30% ó menos en peso de material retenido en la malla 3/4" (19,0 mm) a Pesos Unitarios y contenido de humedad de la fracción pasante la malla de 3/4"(19,0 mm), ver ensayo ASTM D 4718 (“Método de ensayo para corrección del Peso Unitario y Contenido de Agua en suelos que contienen partículas sobredimensionadas”).

•

Se proporciona 3 métodos alternativos. El método usado debe ser indicado en las especificaciones del material a ser ensayado. Si el método no está especificado, la elección se basará en la gradación del material.

APARATOS • Ensamblaje del Molde.- Los moldes deben de ser cilíndricos hechos de materiales rígidos y con capacidad que se indican en Figuras 1 y 2. Las paredes del molde deberán ser sólidas, partidas o ahusadas. El tipo “partido” deberá tener dos medias secciones circulares, o una sección de tubo dividido a lo largo de un elemento que se pueda cerrar en forma segura formando un cilindro que reúna los requisitos de esta sección. • El collar de extensión debe de alinearse con el interior del molde, la parte inferior del plato base y del área central ahuecada que acepta el molde cilíndrico debe ser plana. •

Molde de 4 pulgadas.- Un molde que tenga en promedio 4,000 ± 0,016 pulg (101,6 ± 0,4 mm) de diámetro interior, una altura de 4,584 ± 0,018 pulg (116,4 ± 0,5 mm) y un volumen de 0,0333 ± 0,0005 pie3 (944 ± 14 cm3). Un molde con las características mínimas requeridas es mostrado en la Fig. 1.

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Molde de 6 pulgadas.- Un molde que tenga en promedio 6,000 ± 0,026 pulg (152,4 ± 0,7 mm) de diámetro interior, una altura de: 4,584 ± 0,018 pulg (116,4 ± 0,5mm) y un volumen de 0,075 ± 0,0009 pie3 (2 124 ± 25 cm3). Un molde con las características mínimas requeridas es mostrando en Fig.2. Pisón ó Martillo.- Un pisón operado manualmente ó mecánicamente. El pisón debe caer libremente a una distancia de 18 ± 0,05 pulg (457,2 ± 1,6 mm) de la superficie de espécimen. Nota 5: Es práctica común y aceptable en el Sistema de libras-pulgadas asumir que la masa del pisón es igual a su masa determinada utilizado sea una balanza en kilogramos ó libras, y una libra-fuerza es igual a 1 libra-masa ó 0,4536 kg ó 1N es igual a 0,2248 libras-masa ó 0,1020 kg. Extractor de Muestras (opcional).- Puede ser una gata, estructura ú otro mecanismo adaptado con el propósito de extraer los especimenes compactados del molde. Balanza.- Una balanza de aproximación de 1 gramo. Horno de Secado.- Con control termostático preferiblemente del tipo de ventilación forzada, capaz de mantener una temperatura uniforme de 230 ± 9 ºF (110 ± 5 ºC) a través de la cámara de secado. Regla.- Una regla metálica, rígida de una longitud conveniente pero no menor que 10 pulgadas (254 mm). La longitud total de la regla recta debe ajustarse directamente a una tolerancia de ±0,005 pulg (±0,1 mm). El borde de arrastre debe ser biselado si es más grueso que 1/8 pulg (3 mm). Tamices ó Mallas.- De ¾ pulg (19,0 mm), 3/8 pulg (9,5 mm) y Nº 4 (4,75mm), conforme a los requisitos de la especificaciones ASTM E11 (“Especificación para mallas metálicas con fines de ensayo”). Herramientas de Mezcla.- Diversas herramientas tales como cucharas, mezclador, paleta, espátula, botella de spray, etc. ó un aparato mecánico apropiado para la mezcla completo de muestra de suelo con incrementos de agua.

METODO "A" • Molde.- 4 pulg. de diámetro (101,6mm) • Material.- Se emplea el que pasa por el tamiz Nº 4 (4,75 mm). • Capas.- 5 • Golpes por capa.- 25 • Uso.- Cuando el 20% ó menos del peso del material es retenido en el tamiz Nº 4 (4,75 mm). • Otros Usos.- Si el método no es especificado; los materiales que cumplen éstos requerimientos de gradación pueden ser ensayados usando Método B ó C. METODO "B" • Molde.- 4 pulg. (101,6 mm) de diámetro. • Materiales.- Se emplea el que pasa por el tamiz de 3/8 pulg (9,5 mm). • Capas.- 5 • Golpes por capa.- 25 • Usos.- Cuando más del 20% del peso del material es retenido en el tamiz Nº 4 (4,75mm) y 20% ó menos de peso del material es retenido en el tamiz 3/8 pulg (9,5 mm). • Otros Usos: Si el método no es especificado, y los materiales entran en los requerimientos de gradación pueden ser ensayados usando Método C. METODO "C"

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• • • • • •

Molde.- 6 pulg. (152,4mm) de diámetro. Materiales.- Se emplea el que pasa por el tamiz ¾ pulg (19,0 mm). Capas.- 5 Golpes por Capa.- 56 Usos.- Cuando más del 20% en peso del material se retiene en el tamiz 3/8 pulg (9,53 mm) y menos de 30% en peso es retenido en el tamiz ¾ pulg (19,0 mm). El molde de 6 pulgadas (152,4 mm) de diámetro no será usado con los métodos A ó B.

Nota 4:Los resultados tienden a variar ligeramente cuando el material es ensayado con el mismo esfuerzo de compactación en moldes de diferentes tamaños.

•

Si el espécimen de prueba contiene más de 5% en peso de fracción extradimensionada (fracción gruesa) y el material no será incluido en la prueba se deben hacer correcciones al Peso Unitario y Contenido de Agua del espécimen de ensayo ó la densidad de campo usando el método de ensayo ASTM D-4718.

•

Este método de prueba generalmente producirá un Peso Unitario Seco Máximo bien definido para suelos que no drenan libremente. Si el método es usado para suelos que drenan libremente el máximo Peso Unitario Seco no estará bien definida y puede ser menor que la obtenida usando el Método se Prueba ASTM D-4253 (Maximum Index Density and Unit Weight of Soil Using a Vibratory Table).

DEFINICIONES Un suelo con un contenido de Humedad determinado es colocado en 5 capas dentro de un molde de ciertas dimensiones, cada una de las capas es compactada en 25 ó 56 golpes con un pisón de 10 lbf (44.5 N) desde una altura de caída de 18 pulgadas (457 mm), sometiendo al suelo a un esfuerzo de compactación total de aproximadamente de 56 000 pie-lbf/pie3 (2 700 kN-m/m3). Se determina el Peso Unitario Seco resultante. El procedimiento se repite con un numero suficiente de contenidos de agua para establecer una relación entre el Peso Unitario Seco y el Contenido de Agua del Suelo. Estos datos, cuando son ploteados, representan una relación curvilineal conocida como curva de Compactación. Los valores de Optimo Contenido de Agua y Máximo Peso Unitario Seco Modificado son determinados de la Curva de Compactación. IMPORTANCIA Y USO 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. Durante el diseño de los rellenos de Ingeniería, se utilizan los ensayos de corte consolidación permeabilidad u otros ensayos que requieren la preparación de especimenes de ensayo compactado a algún contenido de agua para algún Peso Unitario. Es practica común, primero determinar el optimo contenido de humedad (wo) y el Peso Unitario Seco ( máx) mediante un ensayo de compactación. Los especimenes de compactación a un contenido de agua seleccionado (w), sea del lado húmedo o seco del optimo (wo) ó al optimo (wo) y a un Peso Unitario seco seleccionado relativo a un porcentaje del Peso Unitario Seco máximo ( máx). La selección del contenido de agua (w), sea del lado húmedo o seco del óptimo (wo) ó al óptimo (wo), y el Peso Unitario Seco ( máx) se debe basar en experiencias

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pasadas, o se deberá investigar una serie de valores para determinar el porcentaje necesario de compactación. MUESTRAS La muestra requerida para el Método A y B es aproximadamente 35 lbm (16 kg) y para el Método C es aproximadamente 65 lbm (29 kg) de suelo seco. Debido a esto, la muestra de campo debe tener un peso húmedo de al menos 50 lbm (23 kg) y 100 lbm (45 kg) respectivamente. Determinar el porcentaje de material retenido en la malla Nº 4 (4,75mm), 3/8pulg (9,5mm) ó 3/4pulg (19.0mm) para escoger el Método A, B ó C. Realizar esta determinación separando una porción representativa de la muestra total y establecer los porcentajes que pasan las mallas de interés mediante el Método de Análisis por tamizado de Agregado Grueso y Fino (MTC E – 204). Sólo es necesario para calcular los porcentajes para un tamiz ó tamices de las cuales la información es deseada.

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PREPARACIÓN DE APARATOS Seleccionar el molde de compactación apropiado de acuerdo con el Método (A, B ó C) a ser usado. Determinar y anotar su masa con aproximación al gramo. Ensamblar el molde, base y collar de extensión. Chequear el alineamiento de la pared interior del molde y collar de extensión del molde. Ajustar si es necesario. Chequear que el ensamblado del pisón este en buenas condiciones de trabajo y que sus partes no estén flojas ó gastado. Realizar cualquier ajuste ó reparación necesario. Si los ajustes ó reparaciones son hechos, el martillo deberá volver a ser calibrado. PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO SUELOS: • No vuelva a usar el suelo que ha sido compactado previamente en Laboratorio. • Utilice el método de preparación húmedo Método de Preparación Húmeda (Preferido).- Sin secado previo de la muestra, pásela a través del tamiz Nº 4 (4,75 mm), 3/8 pulg (9,5 mm) ó ¾ pulg (19,0 mm), dependiendo del Método a ser usado (A, B ó C). Determine el contenido de agua del suelo procesado. • Prepare mínimo cuatro (preferiblemente cinco) especimenes con contenidos de agua de modo que éstos tengan un contenido de agua lo más cercano al óptimo estimado. Un espécimen que tiene un contenido de humedad cercano al óptimo deberá ser preparado primero, por adiciones de agua y mezcla (ver Nota 6). Seleccionar los contenidos de agua para el resto de los especimenes de tal forma que resulten por lo menos dos especimenes húmedos y dos secos de acuerdo al contenido óptimo de agua, que varíen alrededor del 2%. Como mínimo es necesario dos contenidos de agua en el lado seco y húmedo del óptimo para definir exactamente la curva de compactación. Algunos suelos con muy alto óptimo contenido de agua ó una curva de compactación relativamente plana requieren grandes incrementos de contenido de agua para obtener un Peso Unitario Seco Máximo bien definido. Los incrementos de contenido de agua no deberán excederán de 4%.

Nota 6: Con la práctica es posible juzgar visualmente un punto cercano al óptimo contenido de agua. Generalmente, el suelo en un óptimo contenido de agua puede ser comprimido y quedar así cuando la presión manual cesa, pero se quebrará en dos secciones cuando es doblada. En contenidos de agua del lado seco del óptimo, los suelos tienden a desintegrarse; del lado húmedo del óptimo, se mantienen unidos en una masa cohesiva pegajosa. El óptimo contenido de humedad frecuentemente es ligeramente menor que el límite plástico.

•

•

•

Usar aproximadamente 5 lbm (2,3 kg) del suelo tamizado en cada espécimen que se compacta empleando el Métodos A ó B; ó 13 lbm (5,9 kg) cuando se emplee el Método C. Para obtener los contenidos de agua del espécimen, añada o remueva las cantidades requeridas de agua de la siguiente manera: Añada poco a poco el agua al suelo durante la mezcla; para sacar el agua, deje que el suelo se seque en el aire a una temperatura de ambiente o en un aparato de secado de modo que la temperatura de la muestra no exceda de 140 ºF (60 ºC). Mezclar el suelo continuamente durante el proceso de secado para mantener la distribución del agua en todas partes y luego colóquelo aparte en un contenedor con tapa y ubíquelo de acuerdo con la Tabla Nº1 antes de la compactación. Método de Preparación Seca.- Si la muestra está demasiado húmeda, reducir el contenido de agua por secado al aire hasta que el material sea friable. El secado puede ser al aire o por el uso de un aparato de secado tal que la temperatura de la muestra no exceda de 140 ºF (60 ºC). Disgregar por completo los grumos de tal forma de evitar moler las partículas individuales. Pasar el material por el tamiz apropiado: Nº4 (4,75 mm), 3/8 pulg (9,5 mm) ó ¾ pulg (19,0 mm). Durante la preparación del material granular que pasa la malla ¾ pulg para la compactación en el molde de 6 pulgadas, disgregar o separar los agregados lo suficientemente para que pasen el tamiz 3/8 pulg de manera de facilitar la distribución de agua a través del suelo en el mezclado posterior. Preparar mínimo cuatro (preferiblemente cinco) especimenes.

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•

Usar aproximadamente 5 lbm (2,3 kg) del suelo tamizado para cada espécimen a ser compactado cuando se emplee el Método A, B ó 13 libras (5,9 kg) cuando se emplee el Método C. Añadir las cantidades requeridas de agua para que los contenidos de agua de los especimenes tengan los valores descritos anteriormente. Seguir la preparación del espécimen, para los suelos secos ó adición del agua en el suelo y el curado de cada espécimen de prueba.

Compactación.- Después del curado si se requiere, cada espécimen se compactará de la siguiente manera: • Determinar y anotar la masa del molde ó molde y el plato de base. • Ensamble y asegure el molde y el collar al plato base. El método de enlace ó unión al cimiento rígido debe permitir un desmolde fácil del molde ensamblado, el collar y el plato base después que se concluya la compactación. • Compactar el espécimen en cinco capas. Después de la compactación, cada capa deberá tener aproximadamente el mismo espesor. Antes de la compactación, colocar el suelo suelto dentro del molde y extenderlo en una capa de espesor uniforme. Suavemente apisonar el suelo antes de la compactación hasta que este no esté en estado suelto o esponjoso, usando el pisón manual de compactación o un cilindro de 2 pulg (5 mm) de diámetro. Posteriormente a la compactación de cada uno de las cuatro primeras capas, cualquier suelo adyacente a las paredes del molde que no han sido compactados o extendido cerca de la superficie compactada será recortada. El suelo recortado puede ser incluido con el suelo adicional para la próxima capa. Un cuchillo ú otro aparato disponible puede ser usado. La cantidad total de suelo usado será tal que la quinta capa compactada se extenderá ligeramente dentro del collar, pero no excederá 1/4pulg (6 mm) de la parte superior del molde. Si la quinta capa se extiende en más de 1/4pulg (6 mm) de la parte superior del molde, el espécimen será descartado. El espécimen será descartado cuando el último golpe del pisón para la quinta capa resulta por debajo de la parte superior del molde de compactación. Compactar cada capa con 25 golpes para el molde de 4 pulgadas (101,6 mm) ó 56 golpes para el molde de 6 pulgadas (152,4 mm).

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Nota 7: Cuando los especimenes de compactación se humedecen más que el contenido de agua óptimo, pueden producirse superficies compactadas irregulares y se requerirá del juicio del operador para la altura promedio del espécimen.

•

• •

• •

•

Al operar el pisón manual del pisón, se debe tener cuidado de evitar la elevación de la guía mientras el pisón sube. Mantener la guía firmemente y dentro de 5º de la vertical. Aplicar los golpes en una relación uniforme de aproximadamente 25 golpes/minuto y de tal manera que proporcione una cobertura completa y uniforme de la superficie del espécimen. Después de la compactación de la última capa, remover el collar y plato base del molde. El cuchillo debe usarse para ajustar o arreglar el suelo adyacente al collar, soltando el suelo del collar y removiendo sin permitir el desgarro del suelo bajo la parte superior del molde. Cuidadosamente enrasar el espécimen compactado, por medio de una regla recta a través de la parte superior e inferior del molde para formar una superficie plana en la parte superior e inferior del molde. Rellenar cualquier hoyo de la superficie, con suelo no usado o despejado del espécimen, presionar con los dedos y vuelva a raspar con la regla recta a través de la parte superior e inferior del molde. Determine y registre la masa del espécimen y molde con aproximación al gramo. Cuando se deja unido el plato base al molde, determine y anote la masa del espécimen, molde y plato de base con aproximación al gramo. Remueva el material del molde. Obtener un espécimen para determinar el contenido de agua utilizando todo el espécimen (se refiere este método) o una porción representativa. Cuando se utiliza todo el espécimen, quiébrelo para facilitar el secado. De otra manera se puede obtener una porción cortando axialmente por el centro del espécimen compactado y removiendo 500 gr del material de los lados cortados. Obtener el contenido de humedad. Después de la compactación del último espécimen, comparar los Pesos Unitarios Húmedos para asegurar que el patrón deseado de obtención de datos en cada lado del óptimo contenido de humedad sea alcanzado en la curva de compactación para cada Peso Unitario Seco y Plotear el Peso Unitario Húmedo y Contenido de Agua de cada espécimen compactado puede ser una ayuda para realizar esta evaluación. Si el patrón deseado no es obtenido, serán necesarios compactar especimenes adicionales. Generalmente, un valor de contenido de agua mayor que el contenido de agua definido por el máximo Peso Unitario Húmedo es suficiente para asegurar los datos del lado más húmedo que el óptimo contenido de agua para el máximo Peso Unitario seco.

CALCULOS • Calcule el Peso Unitario Seco y Contenido de Agua para cada espécimen compactado, Plotee los valores y dibuje la curva de compactación como una curva suave a través de los puntos (ver ejemplo, Fig.3). Plotee el Peso Unitario Seco con aproximación 0,1 lbf /pie3 (0,2 kN/m3) y contenido de agua aproximado a 0,1%. En base a la curva de compactación, determine el Óptimo Contenido de Agua y el Peso Unitario Seco Máximo. Si más de 5% en peso del material sobredimensionado (tamaño mayor) fue removido de la muestra, calcular el máximo Peso Especifico y óptimo contenido de Humedad corregido del material total usando la Norma ASTM D4718 (“Método de ensayo para la corrección del Peso Unitario y Contenido de Agua en suelos que contienen partículas sobredimensionadas”). Esta corrección debe realizarse en el espécimen de ensayo de densidad de campo, más que al espécimen de ensayo de laboratorio. •

Plotear la curva de saturación al 100%. Los valores de contenido de agua para la condición de 100% de saturación puede ser calculadas con el uso de la formula (4) (ver ejemplo, Fig.3).

Nota 8: La curva de saturación al 100% es una ayuda en el bosquejo de la curva de compactación. Para suelos que contienen más de 10% de finos a contenidos de agua que superan el óptimo, las dos curvas generalmente llegan a ser aproximadamente paralelas con el lado húmedo de la curva de compactación entre 92% á 95% de saturación. Teóricamente, la curva de compactación no puede trazarse a la derecha de la curva de 100% de

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saturación. Si esto ocurre, hay un error en la gravedad específica, en las mediciones, en los cálculos, en procedimientos de ensayo o en el ploteo. Nota 9: La curva de 100% de saturación se denomina algunas veces como curva de relación de vacíos cero o la curva de saturación completa.

• •

Contenido de Agua, w. Peso Unitario Seco.- Calcular la densidad húmeda (Ec 1), la densidad seca (Ec 2) y luego el Peso Unitario Seco (Ec 3) como sigue:

ρm = Donde:

Densidad Húmeda del espécimen compactado (Mg/m3) Mt = Masa del espécimen húmedo y molde (kg) Mmd = Masa del molde de compactación (kg) V = Volumen del molde de compactación (m3) m=

ρd = Donde:

( M t − M md ) …………………(1) 1000 * V

ρm

W 1+ 100

……………………….(2)

= Densidad seca del espécimen compactado (Mg/m3) w = contenido de agua (%) 3 d = 62,43 pd en lbf/ft ………… (3) 3 d = 9,807 pd en kN/m d

Donde:

d = peso unitario seco del espécimen compactado.

En el cálculo de los puntos para el ploteo de la curva de 100% de saturación o curva de relación de vacíos cero del peso unitario seco, seleccione los valores correspondientes de contenido de agua a la condición de 100% de saturación como sigue:

WSat = Donde:

(γ W )(G S ) − γ d x100 ……(4) (γ d )(G S )

Wsat = Contenido de agua para una saturación completa (%). 3 3 w = Peso unitario del agua 62,43 lbf/ pie ó (9,807kN/m ). d = Peso unitario seco del suelo. Gs = Gravedad específica del suelo.

Nota 10.- La gravedad específica puede ser calculada para los especimenes de prueba en base de datos de ensayos de otras muestras de la misma clasificación de suelo y origen. De otro modo sería necesario el ensayo de Gravedad Específica.

Tabla Nº01 Tiempos establecidos y requeridos para humedecimiento de Especimenes Clasificación Tiempo de permanencia mínimo en horas GW, GP, SW, SP No se requiere GM, SM 3 Todos los demás suelos 16

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TERMINOLOGIA • Definiciones.-Ver Terminología ASTM D-653 para definiciones generales. • Descripción de Términos Específicos a esta Norma: • Esfuerzo Modificado.- Es el término aplicado para el esfuerzo de compactación de 56 000 lbpie/pie3 (2 700 kN-m/m3) aplicado por el equipo y procedimientos de este ensayo. • Máximo Peso Unitario Seco Modificado, máx (lbf/pie3 ó kN/m3), el máximo valor definido por la curva de compactación del ensayo usando el esfuerzo modificado. • Optimo Contenido de Humedad Modificado, wo(%).- Es el contenido de agua al cual el suelo puede ser compactado al máximo Peso Unitario Seco usando el esfuerzo de Compactación Modificada. • Fracción de tamaño mayor (Fracción Gruesa), Pc(%).- Es la porción de la muestra total que no se utiliza en la ejecución del ensayo de compactación; esta puede ser la parte de la muestra total retenida en la malla Nº 4 (3,74 mm), 3/8 pulg (9,5 mm) ó ¾ pulg (19,0 mm). • Fracción Ensayada ó de Prueba (Fracción Fina), PF (%).- La parte de la muestra total usada en la ejecución de la prueba de compactación; esta puede ser la fracción pasante la malla Nº4 (4,75 mm) en el Método A, menor a la malla 3/8 pulg (9,5 mm) en el Método B, ó menor que la malla ¾ pulg (19,0 mm) en el Método C.

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ENSAYO PROCTOR ESTANDAR Metodo

B

COMPACTACION

CONTENIDO DE HUMEDAD

Prueba Nº

1

2

3

4

Nº de capas

5

5

5

5

Nº de golpes por capa

56

5

Prueba Nº Tara Nº

1

2

3

4

M-H

N-37

T-31

QKQ

56

56

56

Tara + suelo humedo (gr)

120.8

119.0

139.0

157.1

Peso del molde + Suelo compacto 4047.0 (gr)

4212.0

4248.0

4237.0

Tara + suelo seco (gr)

118.6

114.4

131.0

146.9

Peso del Molde (gr)

1974.0

1974.0

1974.0

1974.0

Peso del agua (gr)

2.2

4.6

8.0

10.2

Peso suelo compacto (gr)

2073.0

2238.0

2274.0

2263.0

Peso de tara (gr)

49.7

44.5

34.7

45.1

Volumen del Molde (cm3)

935.1

935.1

935.1

935.1

Peso suelo seco (gr)

68.9

69.9

96.3

101.8

Densidad Humeda (gr/cm3)

2.217

2.393

2.432

2.420

Contenido de humedad(%)

Densidad seca (gr/cm3)

2.148

2.246

2.245

2.200

Densidad seca (gr/cm3)

Maxima Densidad Seca (gr/cm3)

2.251

(gr/cm3)

Optimo Contenido Humedad(%)

7.5

(%)

12

3.2

6.6

8.3

10.0

2.148

2.246

2.245

2.200

5

MDS

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ENSAYO PROCTOR MODIFICADO ASTM D 1557 MÉTODO DE ENSAYO

1.

B

:

RESULTADOS OBTENIDOS EN LA COMPACTACIÓN DE LA FRACCIÓN FINA < 3/4" 3

Máxima Densidad Seca Optimo Contenido de Humedad

( gr/cm ) (%)

: 2.251 : 7.5

CURVA DENSIDAD SECA vs HUMEDAD 2.260 2.250 2.240 Densidad Seca (gr/cm3)

2.230 2.220 2.210 2.200 2.190 2.180 2.170 2.160 2.150 2.140 2.130 0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

10.0

11.0

Humedad (%)

I.2 RESULTADOS CORREGIDOS POR FRACCION GRUESA > 3/8" - ASTM D-4718

Fraccion gruesa > 3/8" (%) : 18.11 Peso especifico fraccion gruesa > 3/8" ( gr/cm3) : 2.74 Resultados corregidos por fraccion gruesa para el material total Maxima Densidad seca Optimo Contenido de humedad Nota.

(gr/cm3)

:

(%)

:

- Muestra remitida e identificada por el Solicitante

13

2.326 6.9

12.0

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COMPACTACION DE SUELOS EN LABORATORIO UTILIZANDO UNA ENERGIA STANDARD (PROCTOR STANDARD) Referencia ASTM D-698, J. E. Bowles ( Experimento Nº 9) , MTC E 116-2000

OBJETIVO Este ensayo abarca los procedimientos de compactación usados en Laboratorio, para determinar la relación entre el Contenido de Agua y Peso Unitario Seco de los suelos (curva de compactación) compactados en un molde de 4 ó 6 pulgadas (101,6 ó 152,4 mm) de diámetro con un pisón de 5,5 lbf (24,4 N) que cae de una altura de 12 pulgadas (305 mm), produciendo un Energía de compactación de 12 400 lb-pie/pie3 (600 kN-m/m3). Este ensayo se aplica sólo para suelos que tienen 30% ó menos en peso de sus partículas retenidas en el tamiz de 3/4” pulg (19.0 mm).

Nota 1: Para relaciones entre Pesos Unitarios y contenido de humedad de suelos con 30% ó menos en peso de material retenido en la malla 3/4" (19.0 mm) a Pesos Unitarios y contenido de humedad de la fracción pasante la malla de 3/4"(19.0 mm), ver ensayo ASTM D 4718 (“Método de ensayo para corrección del Peso Unitario y Contenido de Agua en suelos que contienen partículas sobredimensionadas”).

Se proporciona 3 métodos alternativos. El método usado debe ser indicado en las especificaciones del material a ser ensayado. Si el método no está especificado, la elección se basará en la gradación del material. APARATOS • Molde de 4 pulgadas. • Molde de 6 pulgadas • Pisón ó Martillo.- caída libre de 12 ± 0,05 pulg (304.8 ± 1,3 mm) de la superficie de espécimen. La masa del pisón será 5,5 ± 0,02 lb-m (2,5 ± 0,01 kg • Nota 3:Es práctica común y aceptable en el Sistema de libras-pulgadas asumir que la masa del pisón es igual a su masa determinada utilizado sea una balanza en kilogramos ó libras, y una libra-fuerza es igual a 1 libra-masa ó 0,4536 kg ó 1N es igual a 0,2248 libras-masa ó 0,1020 kg . •

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Extractor de Muestras (opcional).- Puede ser una gata, estructura ú otro mecanismo adaptado con el propósito de extraer los especimenes compactados del molde. Balanza con precisión de 0.1g. Horno de Secado.- Con control termostático preferiblemente del tipo de ventilación forzada, capaz de mantener una temperatura uniforme de 230 ± 9 ºF (110 ± 5 ºC) a través de la cámara de secado. Regla.- Una regla metálica, rígida de una longitud conveniente pero no menor que 10 pulgadas (254 mm). La longitud total de la regla recta debe ajustarse directamente a una tolerancia de ±0,005 pulg (±0,1 mm). El borde de arrastre debe ser biselado si es más grueso que 1/8 pulg (3 mm). Tamices ó Mallas.- De ¾ pulg (19,0 mm), 3/8 pulg (9,5 mm) y Nº 4 (4,75mm).

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Herramientas de Mezcla.- Diversas herramientas tales como cucharas, mezclador, paleta, espátula, botella de spray, etc. ó un aparato mecánico apropiado para la mezcla completo de muestra de suelo con incrementos de agua. Ensamblaje del Molde.- Los moldes deben de ser cilíndricos hechos de materiales rígidos y con capacidad que se indican en 5.1.1 ó 5.1.2 y Figuras 1 y 2 . Las paredes del molde deberán ser sólidas, partidas o ahusadas. El tipo “partido” deberá tener dos medias secciones circulares, o una sección de tubo dividido a lo largo de un elemento que se pueda cerrar en forma segura formando un cilindro que reúna los requisitos de esta sección. El tipo “ahusado” debe tener un diámetro interno tipo tapa que sea uniforme y no mida más de 0.200 pulg/pie (16,7 mm/m) de la altura del molde. Cada molde tiene un plato base y un collar de extensión ensamblado, ambos de metal rígido y construidos de modo que puedan adherir de forma segura y fácil de desmoldar. El ensamblaje collar de extensión debe tener una altura que sobrepase la parte más alta del molde por lo menos 2,0 pulg (50,8mm) con una sección superior que sobrepasa para formar un tubo con una sección cilíndrica recta de por lo menos 0,75 pulg. (19,0mm), por debajo de ésta. El collar de extensión debe de alinearse con el interior del molde, la parte inferior del plato base y del área central ahuecada que acepta el molde cilíndrico debe ser plana

METODO "A" • Molde.- 4 pulg. de diámetro (101,6mm) • Material.- Se emplea el que pasa por el tamiz Nº 4 (4,75 mm). • Capas.- Tres 1.3.1.4.Golpes por capa.- 25 1.3.1.5.Uso.- Cuando el 20% ó menos del peso del material es retenido en el tamiz Nº 4 (4,75 mm). • Otros Usos.- Si el método no es especificado; los materiales que cumplen éstos requerimientos de gradación pueden ser ensayados usando Método B ó C. METODO "B" • Molde.- 4 pulg. (101,6 mm) de diámetro. • Materiales.- Se emplea el que pasa por el tamiz de 3/8 pulg (9,5 mm). • Capas.- Tres • Golpes por capa.- 25 • Usos.- Cuando más del 20% del peso del material es retenido en el tamiz Nº 4 (4,75mm) y 20% ó menos de peso del material es retenido en el tamiz 3/8 pulg (9,5 mm). • Otros Usos: Si el método no es especificado, y los materiales entran en los requerimientos de gradación pueden ser ensayados usando Método C. METODO "C" • Molde.- 6 pulg. (152,4mm) de diámetro. • Materiales.- Se emplea el que pasa por el tamiz ¾ pulg (19,0 mm). • Capas.- Tres • Golpes por Capa.- 56 • Uso.- Cuando más del 20% en peso del material se retiene en el tamiz 3/8 pulg (9,53 mm) y menos de 30% en peso es retenido en el tamiz ¾ pulg (19,0 mm). • El molde de 6 pulgadas (152,4 mm) de diámetro no será usado con los métodos A ó B. • Nota 2:Los resultados tienden a variar ligeramente cuando el material es ensayado con el mismo esfuerzo de compactación en moldes de diferentes tamaños. • Si el espécimen de prueba contiene más de 5% en peso de fracción extradimensionada (fracción gruesa) y el material no será incluido en la prueba se deben hacer correcciones al Peso

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Unitario y contenido de agua del espécimen de ensayo ó la densidad de campo usando el método de ensayo ASTM D-4718. Este método de prueba generalmente producirá un Peso Unitario Seco máximo bien definido para suelos que no drenan libremente. Si el método es usado para suelos que drenan libremente el máximo Peso Unitario Seco no estará bien definida y puede ser menor que la obtenida usando el Método se Prueba ASTM D-4253 (Maximum Index Density and Unit Weight of Soil Using a Vibratory Table). Los valores de las unidades en pulgadas-libras son reconocidos como estándar. Los valores dados en unidades del S.I. son proporcionados sólo como información. En la profesión de Ingeniería es práctica común, usar indistintamente unidades que representan Masa y Fuerza, a menos que se realicen cálculos dinámicos (F= m x a). Esto implícitamente combina dos sistemas de diferentes Unidades, que son el Sistema Absoluto y el Sistema Gravimétrico. Científicamente, no se desea combinar el uso de dos sistemas diferentes en uno estándar. Este método de prueba se ha hecho usando unidades libra-pulgada (Sistema Gravimétrico) donde la libra (lbf) representa a la Unidad de Fuerza. El uso de libramasa (lbm) es por conveniencia de unidades y no intentar establecer que su uso es científicamente correcto. Las conversiones son dadas en el Sistema Internacional (SI) de acuerdo al ensayo ASTM E-380 (“Practica para el uso de Unidades del Sistema Internacional SI”). El uso de balanzas que registran libra-masa (lbm) ó registran la densidad en lbm/pie3 no se debe considerar como si no concordase con esta norma. Esta norma no hace referencia a todos los riesgos relacionadas con este uso, si los hubiera. Es responsabilidad del usuario establecer la seguridad apropiada y prácticas o pruebas confiables y así determinar la aplicabilidad de limitaciones regulatorias antes de su uso.

DEFINICIONES Un suelo con un contenido de Humedad determinado es colocado en 3 capas dentro de un molde de ciertas dimensiones, cada una de las capas es compactada en 25 ó 56 golpes con un pisón de 5,5 lbf (24,4 N) desde una altura de caída de 12 pulgadas (305 mm), sometiendo al suelo a un esfuerzo de compactación total de aproximadamente de 12 400 pie-lbf/pie3 (600 kN-m/m3). Se determina el Peso Unitario Seco resultante. El procedimiento se repite con un número suficiente de contenidos de agua para establecer una relación entre el Peso Unitario Seco y el contenido de agua del suelo. Estos datos, cuando son ploteados, representan una relación curvilineal conocida como curva de Compactación. Los valores de Optimo Contenido de Agua y Máximo Peso Unitario Seco Modificado son determinados de la Curva de Compactación. IMPORTANCIA Y USO 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. Durante el diseño de los relleno de Ingeniería, se utilizan los ensayos de corte consolidación permeabilidad u otros ensayos que requieren la preparación de especimenes de ensayo compactado a algún contenido de agua para algún Peso Unitario. Es practica común, primero determinar el optimo contenido de humedad (wo) y el Peso Unitario Seco ( máx) mediante un ensayo de compactación. Los especimenes de compactación a un contenido de agua seleccionado (w), sea del lado húmedo o seco del óptimo (wo) ó al óptimo (wo) y a un Peso Unitario seco seleccionado relativo a un porcentaje del

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Peso Unitario Seco máximo ( máx). La selección del contenido de agua (w), sea del lado húmedo o seco del óptimo (wo) ó al óptimo (wo), y el Peso Unitario Seco ( máx) se debe basar en experiencias pasadas, o se deberá investigar una serie de valores para determinar el porcentaje necesario de compactación. MUESTRAS La muestra requerida para el Método A y B es aproximadamente 35 lbm (16 kg) y para el Método C es aproximadamente 65 lbm (29 kg) de suelo seco. Debido a esto, la muestra de campo debe tener una muestra húmeda de al menos 50 lbm (23 kg) y 100 lbm (45 kg) respectivamente. Determinar el porcentaje de material retenido en la malla Nº 4 (4,75 mm), 3/8pulg (9,5 mm) ó 3/4pulg (190 mm) para escoger el Método A, B ó C. Realizar esta determinación separando una porción representativa de la muestra total y establecer los porcentajes que pasan las mallas de interés mediante el Método de Análisis por tamizado de Agregado Grueso y Fino. Sólo es necesario para calcular los porcentajes para un tamiz ó tamices de las cuales la información es deseada. PREPARACIÓN DE APARATOS Seleccionar el molde de compactación apropiado de acuerdo con el Método (A, B ó C) a ser usado. Determinar y anotar su masa con aproximación al gramo. Ensamblar el molde, base y collar de extensión. Chequear el alineamiento de la pared interior del molde y collar de extensión del molde. Ajustar si es necesario. Chequear que el ensamblado del pisón este en buenas condiciones de trabajo y que sus partes no estén flojas ó gastado. Realizar cualquier ajuste ó reparación necesario. Si los ajustes ó reparaciones son hechos, el martillo deberá volver a ser calibrado. PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO SUELOS: No vuelva a usar el suelo que ha sido compactado previamente en Laboratorio. Utilice el método de preparación húmedo • Método de Preparación Húmeda (Preferido).- Sin secado previo de la muestra, pásela a través del tamiz Nº 4 (4,75 mm), 3/8 pulg (9,5 mm) ó ¾ pulg (19,0 mm), dependiendo del Método a ser usado (A, B ó C). Determine el contenido de agua del suelo procesado. • Prepare mínimo cuatro (preferiblemente cinco) especimenes con contenidos de agua de modo que éstos tengan un contenido de agua lo más cercano al óptimo estimado. Un espécimen que tiene un contenido de humedad cercano al óptimo deberá ser preparado primero, por adiciones de agua y mezcla (ver Nota 6). Seleccionar los contenidos de agua para el resto de los especimenes de tal forma que resulten por lo menos dos especimenes húmedos y dos secos de acuerdo al contenido óptimo de agua, que varíen alrededor del 2%. Como mínimo es necesario dos contenidos de agua en el lado seco y húmedo del óptimo para definir exactamente la curva de compactación. Algunos suelos con muy alto óptimo contenido de agua ó una curva de compactación relativamente plana requieren grandes incrementos de contenido de agua para obtener una bien definida para obtener un peso Unitario Seco Máximo bien definido. Los incrementos de contenido de agua no deberán excederán de 4%.

Nota 4: Con la práctica es posible juzgar visualmente un punto cercano al óptimo contenido de agua. Generalmente, el suelo en un óptimo contenido de agua puede ser comprimido y quedar así cuando la presión manual cesa, pero se quebrará en dos secciones cuando es doblada. En contenidos de agua del lado seco del óptimo, los suelos tienden a desintegrarse; del lado húmedo del óptimo, se mantienen unidos en una masa cohesiva pegajosa. El óptimo contenido de humedad frecuentemente es ligeramente menor que el límite plástico.

Usar aproximadamente 5 lbm (2,3 kg) del suelo tamizado en cada espécimen que se compacta empleando el Métodos A ó B; ó 13 lbm (5,9 kg) cuando se emplee el Método C. Para obtener los contenidos de agua del espécimen, añada o remueva las cantidades requeridas de agua de la siguiente

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manera: Añada poco a poco el agua al suelo durante la mezcla; para sacar el agua, deje que el suelo se seque en el aire a una temperatura de ambiente o en un aparato de secado de modo que la temperatura de la muestra no exceda de 140 ºF (60 ºC). Mezclar el suelo continuamente durante el proceso de secado para mantener la distribución del agua en todas partes y luego colóquelo aparte en un contenedor con tapa y ubíquelo de acuerdo con la Tabla Nº1 antes de la compactación. Método de Preparación Seca.- Si la muestra está demasiado húmeda, reducir el contenido de agua por secado al aire hasta que el material sea friable. El secado puede ser al aire o por el uso de un aparato de secado tal que la temperatura de la muestra no exceda de 140 ºF (60 ºC). Disgregar por completo los grumos de tal forma de evitar moler las partículas individuales. Pasar el material por el tamiz apropiado: Nº 4 (4,75 mm), 3/8 pulg (9,5 mm) ó ¾ pulg (19,0 mm). Durante la preparación del material granular que pasa la malla 3/4pulg para la compactación en el molde de 6 pulgadas, disgregar o separar los agregados lo suficientemente para que pasen el tamiz 3/8 pulg de manera de facilitar la distribución de agua a través del suelo en el mezclado posterior. Preparar mínimo cuatro (preferiblemente cinco) especimenes. • Usar aproximadamente 5 lbm (2,3 kg) del suelo tamizado para cada espécimen a ser compactado cuando se emplee el Método A , B ó 13 libras (5,9 kg) cuando se emplee el Método C. Añadir las cantidades requeridas de agua para que los contenidos de agua de los especímenes tengan los valores descritos anteriormente. Seguir la preparación del espécimen por el procedimiento especificado. • Compactación.- Después del curado si se requiere, cada espécimen se compactará de la siguiente manera: • Determinar y anotar la masa del molde ó molde y el plato de base. • Ensamble y asegure el molde y el collar al plato base. El molde se apoyará sobre un cimiento uniforme y rígido, como la proporcionada por un cilindro o cubo de concreto con una masa no menor de 200 lbm (91 kg). Asegurar el plato base a un cimiento rígido. El método de enlace ó unión al cimiento rígido debe permitir un desmolde fácil del molde ensamblado, el collar y el plato base después que se concluya la compactación. • Compactar el espécimen en tres capas. Después de la compactación, cada capa deberá tener aproximadamente el mismo espesor. Antes de la compactación, colocar el suelo suelto dentro del molde y extenderlo en una capa de espesor uniforme. Suavemente apisonar el suelo antes de la compactación hasta que este no esté en estado suelto o esponjoso, usando el pisón manual de compactación o un cilindro de 2 pulg (5 mm) de diámetro. Posteriormente a la compactación de cada uno de las dos primeras capas, cualquier suelo adyacente a las paredes del molde que no han sido compactados o extendido cerca de la superficie compactada será recortada. El suelo recortado puede ser incluido con el suelo adicional para la próxima capa. Un cuchillo ú otro aparato disponible puede ser usado. La cantidad total de suelo usado será tal que la quinta capa compactada se extenderá ligeramente dentro del collar, pero no excederá ¼ pulg (6 mm) de la parte superior del molde. Si la tercera capa se extiende en más de ¼ pulg (6 mm) de la parte superior del molde, el espécimen será descartado. El espécimen será descartado cuando el último golpe del pisón para la tercera capa resulta por debajo de la parte superior del molde de compactación. • Compactar cada capa con 25 golpes para el molde de 4 pulgadas (101,6 mm) ó 56 golpes para el molde de 6 pulgadas (152,4 mm). Nota 5: Cuando los especimenes de compactación se humedecen más que el contenido de agua óptimo, pueden producirse superficies compactadas irregulares y se requerirá del juicio del operador para la altura promedio del espécimen.

Al operar el pisón manual del pisón, se debe tener cuidado de evitar la elevación de la guía mientras el pisón sube. Mantener la guía firmemente y dentro de 5_ de la vertical. Aplicar los golpes en una relación uniforme de aproximadamente 25 golpes/minuto y de tal manera que proporcione una cobertura completa y uniforme de la superficie del espécimen.

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Después de la compactación de la última capa, remover el collar y plato base del molde. El cuchillo debe usarse para ajustar o arreglar el suelo adyacente al collar, soltando el suelo del collar y removiendo sin permitir el desgarro del suelo bajo la parte superior del molde. Cuidadosamente enrasar el espécimen compactado, por medio de una regla recta a través de la parte superior e inferior del molde para formar una superficie plana en la parte superior e inferior del molde. Un corte inicial en el espécimen en la parte superior del molde con un cuchillo puede prevenir la caída del suelo por debajo de la parte superior del molde. Rellenar cualquier hoyo de la superficie, con suelo no usado o despejado del espécimen, presionar con los dedos y vuelva a raspar con la regla recta a través de la parte superior e inferior del molde. Repetir las operaciones mencionadas en la parte inferior del espécimen cuando se halla determinado el volumen del molde sin el plato base. Para suelos muy húmedos o muy secos, se perderá suelo o agua si el plato se remueve. Para estas situaciones, dejar el plato base fijo al molde. Cuando se deja unido el plato base. Determine y registre la masa del espécimen y molde con aproximación al gramo. Cuando se deja unido el plato base al molde, determine y anote la masa del espécimen, molde y plato de base con aproximación al gramo. Remueva el material del molde. Obtener un espécimen para determinar el contenido de agua utilizando todo el espécimen (se refiere este método) o una porción representativa. Cuando se utiliza todo el espécimen, quiébrelo para facilitar el secado. De otra manera se puede obtener una porción cortando axialmente por el centro del espécimen compactado y removiendo 500gr del material de los lados cortados. Obtener el contenido de humedad. Después de la compactación del último espécimen, comparar los pesos unitarios húmedos para asegurar que el patrón deseado de obtención de datos en cada lado del óptimo contenido de humedad sea alcanzado en la curva de compactación para cada Peso Unitario Seco y Plotear el Peso Unitario Húmedo y contenido de agua de cada espécimen compactado puede ser una ayuda para realizar esta evaluación. Si el patrón deseado no es obtenido, serán necesarios compactar especimenes adicionales. Generalmente, un valor de contenido de agua mayor que el contenido de agua definido por el máximo Peso Unitario Húmedo es suficiente para asegurar los datos del lado más húmedo que el óptimo contenido de agua para el máximo Peso Unitario seco.

CALCULOS Calcule el Peso Unitario Seco y Contenido de Agua para cada espécimen compactado Plotee los valores y dibuje la curva de compactación como una curva suave a través de los puntos (ver ejemplo, Fig.3). Plotee el Peso Unitario Seco con aproximación 0,1 lbf /pie3 (0,2 kN/m3) y contenido de agua aproximado a 0,1%. En base a la curva de compactación, determine el Óptimo Contenido de Agua y el Peso Unitario Seco Máximo. Si más de 5% en peso del material sobredimensionado (tamaño mayor) fue removido de la muestra, calcular el máximo Peso Especifico y óptimo contenido de Humedad corregido del material total usando la Norma ASTM D 4718 (“Método de ensayo para la corrección del Peso Unitario y Contenido de Agua en suelos que contienen partículas sobredimensionadas”). Esta corrección debe realizarse en el espécimen de ensayo de densidad de campo, más que al espécimen de ensayo de laboratorio. Plotear la curva de saturación al 100%. (Ver ejemplo, Fig.3).

Nota 6: La curva de saturación al 100% es una ayuda en el bosquejo de la curva de compactación. Para suelos que contienen más de 10% de finos a contenidos de agua que superan el óptimo, las dos curvas generalmente llegan a ser aproximadamente paralelas con el lado húmedo de la curva de compactación entre 92% á 95% de saturación. Teóricamente, la curva de compactación no puede trazarse a la derecha de la curva de 100% de saturación. Si esto ocurre, hay un error en la gravedad específica, en las mediciones, en los cálculos, en procedimientos de ensayo o en el ploteo. Nota 7: La curva de 100% de saturación se denomina algunas veces como curva de relación de vacíos cero o la curva de saturación completa.

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Contenido de Agua, w. Peso Unitario Seco.- Calcular la densidad húmeda (Ec 1), la densidad seca (Ec 2) y luego el Peso Unitario Seco (Ec.3) como sigue:

ρm =

( M t − M md ) …………….. (1) 1000 * V

Donde: m = Densidad Húmeda del espécimen compactado (Mg/m3) Mt = Masa del espécimen húmedo y molde (kg) Mmd = Masa del molde de compactación (kg) V = Volumen del molde de compactación (m3) (Ver Anexo A1)

ρd =

ρm 1+

W 100

………………… .(2)

Donde: d = Densidad seca del espécimen compactado (Mg/m3) w = contenido de agua (%) d = 62,43 d en lbf/ft3 …………..(3) . d = 9,807 d en kN/m3 Donde: d = peso unitario seco del espécimen compactado. En el cálculo de los puntos para el ploteo de la curva de 100% de saturación o curva de relación de vacíos cero del peso unitario seco, seleccione los valores correspondientes de contenido de agua a la condición de 100% de saturación como sigue:

WSat =

(γ w )(G S ) − γ d x100 …… (4) (γ d )(G S )

Donde: Wsat = Contenido de agua para una saturación completa (%). w = Peso unitario del agua 62,43 lbf/ pie3 ó (9,807kN/m3). d = Peso unitario seco del suelo. Gs = Gravedad específica del suelo.

Nota 8.-La gravedad específica puede ser calculada para los especimenes de prueba en base de datos de ensayos de otras muestras de la misma clasificación de suelo y origen. De otro modo sería necesario el ensayo de Gravedad específica

TERMINOLOGIA Definiciones.- Ver Terminología ASTM D-653 para definiciones generales. Descripción de Términos Específicos a esta Norma: Esfuerzo Estándar.- Es el término aplicado para el esfuerzo de compactación de 12 400 lb-pie/pie3 (600 kN-m/m3 aplicado por el equipo y procedimientos de este ensayo). Peso Unitario Seco Máximo Estándar, máx (lbf/pie3 ó kN/m3), el máximo valor definido por la curva de compactación del ensayo usando el esfuerzo estándar. Optimo Contenido de Humedad Estándar, wo(%).- Es el contenido de agua al cual el suelo puede ser compactado al máximo Peso Unitario Seco usando el esfuerzo de Compactación Estándar.

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Fracción de tamaño mayor (Fracción Gruesa), Pc(%).- Es la porción de la muestra total que no se utiliza en la ejecución del ensayo de compactación; esta puede ser la parte de la muestra total retenida en la malla Nº 4 (3,74 mm), 3/8pulg (9,5 mm) ó 3/4pulg (19,0 mm). Fracción Ensayada ó de Prueba (Fracción Fina), PF (%).- La parte de la muestra total usada en la ejecución de la prueba de compactación; esta puede ser la fracción pasante la malla Nº4 (4,75 mm) en el Método A, menor a la malla 3/8pulg (9,5 mm) en el Método B, ó menor que la malla 3/4pulg (19,0 mm) en el Método C.

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Referencia

CALIFORNIA BEARING RATIO (CBR)

ASTM D-1883, AASHTO T-193, J. E. Bowles ( Experimento Nº 19) , MTC E 132-2000

OBJETIVO •

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Describe el procedimiento de ensayo para la determinación de un índice de resistencia de los suelos denominado valor de la relación de soporte, que es muy conocido, como CBR (California Bearing Ratio). El ensayo se realiza normalmente sobre suelo preparado en el laboratorio en condiciones determinadas de humedad y densidad; pero también puede operarse en forma análoga sobre muestras inalteradas tomadas del terreno. Este índice se utiliza para evaluar la capacidad de soporte de los suelos de subrasante y de las capas de base, sub-base y de afirmado.

APARATOS • Prensa similar a las usadas en ensayos de compresión, utilizada para forzar la penetración de un pistón en el espécimen. El pistón se aloja en el cabezal y sus características deben ajustarse a las especificadas en el numeral 2.7. • El desplazamiento entre la base y el cabezal se debe poder regular a una velocidad uniforme de 1,27 mm (0.05") por minuto. La capacidad de la prensa y su sistema para la medida de carga debe ser de 44.5 kN (10000 Ibf) o más y la precisión mínima en la medida debe ser de 44 N (10 lbf) o menos. •

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2.2 Molde, de metal, cilíndrico, de 152,4mm ± 0.66 mm (6 ± 0.026") de diámetro interior y de 177,8 ± 0.46 mm (7 ± 0.018") de altura, provisto de un collar de metal suplementario de 50.8 mm (2.0") de altura y una placa de base perforada de 9.53 mm (3/8") de espesor. Las perforaciones de la base no excederán de 1,6 mm (28 1/16”) las mismas que deberán estar uniformemente espaciadas en la circunferencia interior del molde de diámetro (Figura 1a). La base se deberá poder ajustar a cualquier extremo del molde. Disco espaciador, de metal, de forma circular, de 150.8 mm (5 15/16”) de diámetro exterior y de 61,37 ± 0,127 mm (2,416 ± 0,005”) de espesor (Figura 1b), para insertarlo como falso fondo en el molde cilíndrico durante la compactación. Pisón de compactación como el descrito en el modo operativo de ensayo Proctor Modificado, (equipo modificado). Aparato medidor de expansión compuesto por:

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Una placa de metal perforada, por cada molde, de 149.2 mm (5 7/8") de diámetro, cuyas perforaciones no excedan de 1,6 mm (1/16") de diámetro. Estará provista de un vástago en el centro con un sistema de tornillo que permita regular su altura (Figura 1d). Un trípode cuyas patas puedan apoyarse en el borde del molde, que lleve montado y bien sujeto en el centro un dial (deformímetro), cuyo vástago coincida con el de la placa, de forma que permita controlar la posición de éste y medir la expansión, con aproximación de 0.025 mm (0.001") (véase Figura 1c). Pesas. Uno o dos pesas anulares de metal que tengan una masa total de 4,54 ± 0,02kg y pesas ranuradas de metal cada una con masas de 2,27 ± 0,02 kg. Las pesas anular y ranurada deberán tener 5 7/8” a 5 15/16” (149,23 mm a 150,81 mm) en diámetro; además de tener la pesa, anular un agujero central de 2 1/8” aproximado (53,98 mm) de diámetro.

Figura 1

Pistón de penetración, metálico de sección transversal circular, de 49.63 ± 0,13 mm (1,954 ± 0,005”) de diámetro, área de 19.35 cm2 (3 pulg2) y con longitud necesaria para realizar el ensayo de penetración con las sobrecargas precisas de acuerdo con el numeral 3.4, pero nunca menor de 101.6 mm (4").

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Dos diales con recorrido mínimo de 25 mm (1") y divisiones lecturas en 0.025 mm (0.001"), uno de ellos provisto de una pieza que permita su acoplamiento en la prensa para medir la penetración del pistón en la muestra. Una Poza, con capacidad suficiente para la inmersión de los moldes en agua. 2.10 Estufa, termostáticamente controlada, capas de mantener una temperatura de 110 ± 5ºC (230 ± 9 ºF). Balanzas, una de 20 kg de capacidad y otra de 1000 g con sensibilidades de 1g y 0.1g, respectivamente. Tamices, de 4.76 mm (No. 4), 19.05 mm(3/4") y 50,80 mm (2"). Misceláneos, de uso general como cuarteador, mezclador, cápsulas, probetas, espátulas, discos de papel de filtro del diámetro del molde, etc.

PROCEDIMIENTO El procedimiento es tal que los valores de la relación de soporte se obtienen a partir de especimenes de ensayo que posean el mismo peso unitario y contenido de agua que se espera encontrar en el terreno. En general, la condición de humedad crítica (más desfavorable) se tiene cuando el material está saturado. Por esta razón, el método original del Cuerpo de Ingenieros de E.U.A. contempla el ensayo de los especimenes después de estar sumergidos en agua por un período de cuatro (4) días confinados en el molde con una sobrecarga igual al peso del pavimento que actuará sobre el material. Preparación de la Muestra.- Se procede como se indica en las normas mencionadas (Relaciones de peso unitario-humedad en los suelos, con equipo estándar o modificado). Cuando más del 75 % en peso de la muestra pase por el tamiz de 19.1 mm (3/4"), se utiliza para el ensayo el material que pasa por dicho tamiz. Cuando la fracción de la muestra retenida en el tamiz de 19.1 mm (3/4") sea superior a un 25% en peso, se separa el material retenido en dicho tamiz y se sustituye por una proporción igual de material comprendido entre los tamices de 19.1 mm (3/4") y de 4.75 mm (No. 4), obtenida tamizando otra porción de la muestra. • De la muestra así preparada se toma la cantidad necesaria para el ensayo de apisonado, más unos 5 kg por cada molde CBR. • Se determina la humedad óptima y la densidad máxima por medio del ensayo de compactación elegido. Se compacta un número suficiente de especimenes con variación en su contenido de agua, con el fin de establecer definitivamente la humedad óptima y el peso unitario máximo. Dichos especimenes se preparan con diferentes energías de compactación. Normalmente, se usan la energía del Proctor Estándar, la del Proctor Modificado y una Energía Inferior al Proctor Estándar. De esta forma, se puede estudiar la variación de la relación de soporte con estos dos factores que son los que la afectan principalmente. Los resultados se grafican en un diagrama de contenido de agua contra peso unitario. • Se determina la humedad natural del suelo mediante secado en estufa, según la norma MTC E 108. • Conocida la humedad natural del suelo, se le añade la cantidad de agua que le falte para alcanzar la humedad fijada para el ensayo, generalmente la óptima determinada según el ensayo de compactación elegido y se mezcla íntimamente con la muestra. Elaboración de especimenes. Se pesa el molde con su base, se coloca el collar y el disco espaciador y, sobre éste, un disco de papel de filtro grueso del mismo diámetro. • Una vez preparado el molde, se compacta el espécimen en su interior, aplicando un sistema dinámico de compactación (ensayos mencionados, ídem Proctor Estándar o Modificado), pero utilizando en cada molde la proporción de agua y la energía (número de capas y de golpes en cada capa) necesarias para que el suelo quede con la humedad y densidad deseadas (véase Figura 2a). Es frecuente utilizar tres o nueve moldes por cada muestra, según la clase de suelo granular o cohesivo, con grados diferentes de compactación. Para suelos granulares, la prueba se efectúa dando 55, 26 y 12 golpes por capa y con contenido de agua correspondiente a la

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óptima. Para suelos cohesivos interesa mostrar su comportamiento sobre un intervalo amplio de humedades. Las curvas se desarrollan para 55, 26 y 12 golpes por capa, con diferentes humedades, con el fin de obtener una familia de curvas que muestran la relación entre el peso especifico, humedad y relación de capacidad de soporte. Nota 1. En este procedimiento queda descrito cómo se obtiene el índice CBR para el suelo colocado en un solo molde, con una determinada humedad y densidad. Sin embargo, en cada caso, al ejecutar el ensayo deberá especificarse el número de moldes a ensayar, así como la Humedad y Peso Unitario a que habrán de compactarse.

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Si el espécimen se va a sumergir, se toma una porción de material, entre 100 y 500g (según sea fino o tenga grava) antes de la compactación y otra al final, se mezclan y se determina la humedad del Suelo. Si la muestra no va a ser sumergida, la porción de material para determinar la humedad se toma del centro de la probeta resultante de compactar el suelo en el molde, después del ensayo de penetración. Para ello el espécimen se saca del molde y se rompe por la mitad. • Terminada la compactación, se quita el collar y se enrasa el espécimen por medio de un enrasador o cuchillo de hoja resistente y bien recta. Cualquier depresión producida al eliminar partículas gruesas durante el enrase, se rellenará con material sobrante sin gruesos, comprimiéndolo con la espátula. • Se desmonta el molde y se vuelve a montar invertido, sin disco espaciador, colocando un papel filtro entre el molde y la base. Se pesa. Inmersión. Se coloca sobre la superficie de la muestra invertida la placa perforada con vástago, y, sobre ésta, los anillos necesarios para completar una sobrecarga tal, que produzca una presión equivalente a la originada por todas las capas de materiales que hayan de ir encima del suelo que se ensaya, la aproximación quedará dentro de los 2,27 kg (5,5 lb) correspondientes a una pesa. En ningún caso, la sobrecarga total será menor de 4,54 kg (10 lb) (véase Figura 2b).

Nota 2: A falta de instrucciones concretas al respecto, se puede determinar el espesor de las capas que se han de construir por encima del suelo que se ensaya, bien por estimación o por algún método aproximado. Cada 15 cm (6") de espesor de estructura del pavimento corresponde aproximadamente a 4,54 kg (10 lb) de sobrecarga.

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Se toma la primera lectura para medir el hinchamiento colocando el trípode de medida con sus patas sobre los bordes del molde, haciendo coincidir el vástago del dial con el de la placa perforada. Se anota su lectura, el día y la hora. A continuación, se sumerge el molde en el tanque con la sobrecarga colocada dejando libre acceso al agua por la parte inferior y superior de la muestra. Se mantiene la probeta en estas condiciones durante 96 horas (4 días) "con el nivel de agua aproximadamente constante. Es admisible también un período de inmersión más corto si se trata de suelos granulares que se saturen de agua rápidamente y si los ensayos muestran que esto no afecta los resultados (véase Figura 2). Al final del período de inmersión, se vuelve a leer el deformímetro para medir el hinchamiento. Si es posible, se deja el trípode en su posición, sin moverlo durante todo el período de inmersión; no obstante, si fuera preciso, después de la primera lectura puede retirarse, marcando la posición de las patas en el borde del molde para poderla repetir en lecturas sucesivas. La expansión se calcula como un porcentaje de la altura del espécimen. Después del periodo de inmersión se saca el molde del tanque y se vierte el agua retenida en la parte superior del mismo, sosteniendo firmemente la placa y sobrecarga en su posición. Se deja escurrir el molde durante 15 minutos en su posición normal y a continuación se retira la sobrecarga y la placa perforada. Inmediatamente se pesa y se procede al ensayo de penetración según el proceso del numeral siguiente. Es importante que no transcurra más tiempo que el indispensable desde cuando se retira la sobrecarga hasta cuando vuelve a colocarse para el ensayo de penetración.

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Penetración. Se aplica una sobrecarga que sea suficiente, para producir una intensidad de carga igual al peso del pavimento (con ± 2.27 kg de aproximación) pero no menor de 4.54 kg (10 lb). Para evitar el empuje hacia arriba del suelo dentro del agujero de las pesas de sobrecarga, es conveniente asentar el pistón luego de poner la primera sobrecarga sobre la muestra, Llévese el conjunto a la prensa y colóquese en el orificio central de la sobrecarga anular, el pistón de penetración y añade el resto de la sobrecarga si hubo inmersión, hasta completar la que se utilizó en ella. Se monta el dial medidor de manera que se pueda medir la penetración del pistón y se aplica una carga de 50N (5 kg) para que el pistón asiente. Seguidamente se sitúan en cero las agujas de los diales medidores, el del anillo dinamométrico, u otro dispositivo para medir la carga, y el de control de la penetración (véase Figura 2d). Para evitar que la lectura de penetración se vea afectada por la lectura del anillo de carga, el control de penetración deberá apoyarse entre el pistón y la muestra o molde.

Figura 2 Determinación del valor de la reacción de soporte en el laboratorio Se aplica la carga sobre el pistón de penetración mediante el gato o mecanismo correspondiente de la prensa, con una velocidad de penetración uniforme de 1.27 mm (0.05") por minuto. Las prensas manuales no preparadas para trabajar a esta velocidad de forma automática se controlarán mediante el deformímetro de penetración y un cronómetro. Se anotan las lecturas de la carga para las siguientes penetraciones: Penetración Milímetros Pulgadas

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0.63 1.27 1.90 2.54 3.17 3.81 5.08 7.62 10.16 12.70

0.025 0.050 0.075 0.100 0.125 0.150 0.200 0.300 0.400 0.500

Estas lecturas se hacen si se desea definir la forma de la curva, pero no son indispensables. Finalmente, se desmonta el molde y se toma de su parte superior, en la zona próxima a donde se hizo la penetración, una muestra para determinar su humedad. CALCULOS Humedad de compactación. El tanto por ciento de agua que hay que añadir al suelo con su humedad natural para que alcance la humedad prefijada, se calcula como sigue: % de agua a añadir = Donde:

H −h x100 100 + h

H = Humedad prefijada h = Humedad natural Densidad o peso unitario. La densidad se calcula a partir del peso del suelo antes de sumergirlo y de su humedad, de la misma forma que en los métodos de ensayo citados. Proctor normal o modificado, para obtener la densidad máxima y la humedad óptima. Agua absorbida. El cálculo para el agua absorbida puede efectuarse de dos maneras. Una, a partir de los datos de las humedades antes de la inmersión y después de ésta (numerales 3.2 y 3.4); la diferencia entre ambas se toma normalmente como tanto por ciento de agua absorbida. Otra, utilizando la humedad de la muestra total contenida en el molde. Se calcula a partir del peso seco de la muestra (calculado) y el peso húmedo antes y después de la inmersión. Ambos resultados coincidirán o no, según que la naturaleza del suelo permita la absorción uniforme del agua (suelos granulares), o no (suelos plásticos). En este segundo caso debe calcularse el agua absorbida por los dos procedimientos. Presión de penetración. Se calcula la presión aplicada por el penetrómetro y se dibuja la curva para obtener las presiones reales de penetración a partir de los datos de prueba; el punto cero de la curva se ajusta para corregir las irregularidades de la superficie, que afectan la forma inicial de la curva (véase Figura 3) Expansión. La expansión se calcula por la diferencia entre las lecturas del deformímetro antes y después de la inmersión, numeral 3.2. Este valor se refiere en tanto por ciento con respecto a la altura de la muestra en el molde, que es de 127 mm (5").

Es decir: % Expansión = Siendo

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L 2 − L1 x100 127

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L1 = Lectura inicial en mm. L2 = Lectura final en mm. Valor de la relación de soporte (índice resistente CBR). Se llama valor de la relación de soporte (índice CBR), al tanto por ciento de la presión ejercida por el pistón sobre el suelo, para una penetración determinada, en relación con la presión correspondiente a la misma penetración en una muestra patrón. Las características de la muestra patrón son las siguientes:

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Penetración Presión Mm Pulgadas MN/m2 kgf/cm2 lb/plg2 2,54 0,1 6,90 70,31 1,000 5,08 0,2 10,35 105,46 1,500

Para calcular el índice CBR se procede como sigue: • Se dibuja una curva que relacione las presiones (ordenadas) y las penetraciones (abscisas), y se observa si esta curva presenta un punto de inflexión. Si no presenta punto de inflexión se toman los valores correspondientes a 2,54 y 5,08 mm (0,1" y 0,2") de penetración. Si la curva presenta un punto de inflexión, la tangente en ese punto cortará el eje de abscisas en otro punto (o corregido), que se toma como nuevo origen para la determinación de las presiones correspondientes a 2,54 y 5,08 mm. • De la curva corregida tómense los valores de esfuerzo-penetración para los valores de 2,54 mm y 5,08 mm y calcúlense los valores de relación de soporte correspondientes, dividiendo los esfuerzos corregidos por los esfuerzos de referencia 6,9 MPa (10001b/plg2) y 10,3 MPa (1500 lb/plg 2 ) respectivamente, y multiplíquese por 100. La relación de soporte reportada para el suelo es normalmente la de 2,54 mm (0,1") de penetración. Cuando la relación a 5,08

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mm (0,2") de penetración resulta ser mayor, se repite el ensayo. Si el ensayo de comprobación da un resultado similar, úsese la relación de soporte para 5,08 mm (0,2") de penetración.

COMPACTACION CBR COMPACTACION Prueba Nº

1

2

3

Nº de capas

5

5

5

Prueba Nº

CONTENIDO DE HUMEDAD 1

2

3

Nº de golpes por capa

56

25

10

Tara Nº

5

20

23

Peso del molde + Suelo compacto (gr)

8926.0

8532.0

8341.0

Tara + suelo humedo (gr)

157.7

152.9

159.3

Peso del Molde (gr)

4235.0

3993.0

4100.0

Tara + suelo seco (gr)

146.3

142.0

148.1

Peso suelo compacto (gr)

4691.0

4539.0

4241.0

Peso del agua (gr)

11.4

10.9

11.2

Volumen del Molde (cm3)

2110.0

2120.0

2115.0

Peso de tara (gr)

35.6

37.1

39.3

Densidad Humeda (gr/cm3)

2.223

2.141

2.005

Peso suelo seco (gr)

110.7

104.9

108.8

Densidad seca (gr/cm3)

2.016

1.940

1.818

Contenido de humedad(%)

10.3

10.4

10.3

Densidad seca (gr/cm3)

2.016

1.940

1.818

PENETRACION CORRECCION :

10.304

PENETRACION

PRESION

EN PULG

PATRON

MOLDE 1 DIAL

MOLDE 2 DIAL

Correccion

MOLDE 3

Correccion

DIAL

Correccion

0.025

32.0

109.9

25.0

85.9

7.0

24.0

0.050

77.0

264.5

51.0

175.2

15.0

51.5

0.075

125.0

429.3

80.0

274.8

24.0

82.4

0.100

1000

0.150 0.200

1500

0.250

189.0

649.2

124.0

425.9

39.0

134.0

286.0

982.3

183.0

628.5

55.0

188.9

374.0

1,284.6

239.0

820.9

73.0

250.7

481.0

1,652.1

293.0

1,006.4

85.0

291.9

0.300

1900

559.0

1,920.0

330.0

1,133.4

101.0

346.9

0.400

2300

685.0

2,352.7

400.0

1,373.9

131.0

449.9

0.500

2600

758.0

2,603.5

445.0

1,528.4

150.0

515.2

ENSAYO CALIFORNIA BEARING RATIO (C.B.R.) - ASTM D1883 3

Máxima Densidad Seca (gr/cm ) Optimo Contenido de Humedad (%) CBR al 100% de la MDS (%) CBR al 95% de la MDS (%)

: : : :

2.018 10.3 72.6 44.3

CURVA: DENSIDAD SECA vs. C.B.R.

CURVA DENSIDAD SECA vs. HUMEDAD 2.040 2.080 2.010 2.040

Densidad Seca (gr/cm3)

Densidad Seca (gr/cm3)

1.980

1.950

1.920

1.890

2.000

1.960 CBR al 95% MDS

1.920

1.880

1.860 1.840 1.830 1.800

1.800

15

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

10.0

11.0

12.0

13.0

14.0

25

35

45

55

15.0

C.B.R.(%)

Humedad (%)

9

65

75

85

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ENSAYO CALIFORNIA BEARING RATIO (C.B.R.) ASTM D 1883

3500.0

3000.0

2

Presión (lbs/pulg )

2500.0

2000.0

1500.0

1000.0 #### ####

726

5.1 500.0

501

213

0.0 0.0

0.1

0.2

0.3

Penetracion (pulg.)

10

0.4

0.5

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ENSAYO CALIFORNIA BEARING RATIO ( C.B.R. ) ASTM D1883 a).- Ensayo Preliminar de Compactación Ensayo Proctor Modificado ASTM D1557 :

A

Máxima Densidad Seca (gr/cm )

:

2.018

Optimo Contenido de Humedad (%)

:

10.3

Método 3

b).- Compactación de moldes MOLDE N°

I

II

III

N° de capas

5

5

5

56

25

10

Densidad Seca (gr/cm )

2.018

1.940

1.818

Contenido de Humedad

10.3

10.3

10.3

Numero de golpes/capa 3

c).- Cuadro C.B.R. Para 0.1 pulg de Penetración MOLDE N°

Penetración ( pulg )

Presión Aplicada (Lb/pulg2)

Presión Patrón (Lb/pulg2)

C.B.R. (%)

I

0.1

726

1000

72.6

II

0.1

501

1000

50.1

III

0.1

213

1000

21.3

C.B.R. Para el 100% de la M.D.S.

:

72.6 %

C.B.R. Para el 95% de la M.D.S.

:

44.3 %

d).- Expansión (%)

:

No presenta

Nota:

La muestra fue remitida e identificada por el solicitante.

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