Manual de Laboratorio de Suelos

 

CONTENIDO pág. INTRODUCCIÓN

8

1. PROBLEMA

9

1.1 TITULO

9

1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

9

1.3 OBJETIVOS

9

1.3.1 Objetivo general

9

1.3.2 Objetivos específicos

9

1.4 JUSTIFICACIÓN

10

1.5 ALCANCES Y LIMITACIONES 1.5.1 Alcances

10 10

1.5.2 Limitaciones

10

1.6 DELIMITACIONES

11

1.6.1 Delimitación espacial

11

1.6.2 Delimitación temporal

11

1.6.3 Delimitación conceptual

11

2 MARCO REFERENCIAL

12

2.1ANTECEDENTES

12

2.1.1Antecedentes empíricos

12

2.1.2Antecedentes bibliográficos

12

2.2 MARCO CONCEPTUAL

13

2.3 MARCO TEORICO

17

2.4 MARCO CONTEXTUAL

18

2.5 MARCO LEGAL

18

 

  3. DISEÑO METODOLÓGICO

20

3.1 TIPO DE INVESTIGACIÓN

20 

3.2 POBLACIÓN Y MUESTRA

21

3.3 INSTRUMENTOS PARA LA RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN

21

3.3.1 Fuente primarias primarias

21

3.3.2 Fuente secundarias secundarias

21

3.4 PRESENTACION Y ANALISIS DE RESULTADOS

21

4. LABORATORIOS DE MECANICA DE SUELOS 4.1 Mecánica de suelo

22

4.1.1 Determinación del contenido de la humedad 4.1.2 Limite líquido y plástico de un suelo

30 32

4.1.3 Limite degranulométrico contracción  – método mecánico 4.1.4 Análisis 4.1.5 Análisis granulométrico – método del hidrómetro 4.1.6 Relación humedad – densidad (ensayo de compactación compactación)) 4.1.7 Clasificación de suelos 4.1.8 Determinación de densidad relativa 4.1.9 Ensayo de la relación CBR 4.1.10 peso unitario 4.1.11 Compresión inconfinada 4.1.12 Consolidación

39 42 47 56 61 71 74 80 85 89

5. CONCLUSIONES

93

6. RECOMENDACIONES

94

BIBLIOGRAFIA

95

 ANEXOS

96

 

LISTA DE FIGURAS pág. Figura 1. Flujograma tipo desarrollo de la unidad

20

Figura 2. Granulometría

43

Figura 3. Curva granulométrica

46

Figura 4. Hidrómetro

49

Figura 5. Curva de compactación

57

Figura 6. Índice de plasticidad

62

 

LISTA DE CUADROS pág. Cuadro 1. Clasificación de Suelo

22

Cuadro 2. Identificación Manual de Suelos Finos

23

Cuadro 3. Unidades si/Métricas más usadas

23

Cuadro 4. Sistema de AASHTO

61

Cuadro 5. Clasificación de Suelo

65

Cuadro 6. Sistema unificado de clasificación

67

cuadro 7. Sistema unificado de clasificacion

68

Cuadro 8. Penetración y Carga unitaria

75

Cuadro 9. Energías de Compactación

76

Cuadro 10. Clasificaciones Típicas de los Suelos

77

 

LISTA DE TABLAS

Pág.

Tabla 1. Peso unitario y viscosidad del agua en función a la temperatura Tala 2. Valores para el factor de corrección “a” 

54 54

Tabla 3. Valores para el factor de corrección A

55

Tabla 4. Valores de la profundidad efectiva L

55

Tabla 5. Métodos de compactación

58

Tabla 6. Valores típicos del peso unitario seco para algunos suelos

81

INTRODUCCIÓN

 

  En el desarrollo de las obras civiles, es una realidad la dependencia de todas estas del suelo, pues es el soporte de aquello que nace en la mente y se desarrolla en el papel, hasta llegar a ser una obra de ingeniería. Es por esta razón, que el conocimiento de todo aquello permita escudriñar más y más en este elemento y debe ser lo l o más profundo posible, asegurando el acercamiento al mejor desempeño de las estructuras apoyadas sobre el material térreo. Este manual presenta los diferentes ensay ensayos os o métodos que se utilizan para medir la resistencia de los suelos, que es uno de los más importantes aspectos o quizás el principal, en el estudio del suelo. Proporciona información de naturaleza general. Contiene un breve artículo de referencia sobre definiciones básicas de la mecánica de suelos, así como sobre las relaciones volumétricas y geométricas. En esta sección se incluye también, información sobre los procedimientos generales de laboratorio que el estudiante debe estar en capacidad de emplear y, una guía para la preparación de informes de laboratorio.

 

1. PROBLEMA 1.1 TITULO MANUAL TEÓRICO-PRACTICO PARA LOS LABORATORIOS DE MECANICA DE SUELOS COMO APOYO A LOS ESTUDIANTES DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA DE LA UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER 

1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA La Universidad Francisco Francisco de Paula Santand Santander, er, en el 2012 inv invirtió irtió millones de pesos para adquirir equipos básicos básicos para la realización de ensayos de suelos.  Así pues, el importante papel que juega la mecánica de suelos en las ciencias de la Ingeniería. A la fecha, los diversos materiales bibliográficos que tratan este tema, se encuentran en un estado de dispersión que dificulta al estudiante la y acceso a información mecánica suelos; elloconsulta se hace n necesario ecesario compilar, compilar, relacionada sistematiz sistematizar ar con y la conc concretar, retar, a de través d de e por un documento único, los conocimientos relativos a la aplicación teórica y práctica de la Mecánica de Suelos.

1.3 OBJETIVOS 1.3.1 Objetivo general. Elaborar un Manual teórico-práctico para los laboratorios de Mecánica de de Suelos, como como apoy apoyo o a los estudiantes de la facultad de Ingeniería de la Universidad Francisco de Paula Santander explique la ejecución de 1.3.2 Objetivos específicos. Diseñar un manual que explique ensayos para uso didáctico en las prácticas de Mecánica de Suelos de los programas académicos de Ingeniería Civil y Obras Civiles. Esto implica:   Establecer el montaje de las máquinas



  Dar a conocer los elemen elementos tos con constitutivos stitutivos d de e las máquinas y, su forma de operación.



  Definir los tipos tipos de pr pruebas uebas que se pueden pueden realizar con los ccomponentes omponentes básicos adquiridos por la Universidad.



 

  Proporcionar los elementos teóricos para la comprensión del ensayo.



  Mostrar gráficamente gráficamente cómo se obtien obtienen en y preparan las muestras para el ensayo.



  Desarrollar laboratorios laboratorios de suelos, según los tipos de pru pruebas ebas q que ue pue puedan dan



realizarse con el equipo adquirido.   Diseñar los respectivos formatos de toma de datos, así como la hoja de cálculo, para obtener los resultados del ensayo.



1.4 JUSTIFICACIÓN El manual cubrirá los fundamentos del montaje y funcionamiento de los diferentes componentes componentes de los equipos, para ssu u adecuado manejo, lo cual d de e manera directa aumentará su vida útil, al eliminar la mala operación de los elementos. Así, se preserva la inversión que la Universidad realizó al adquirir estos equipos, abriendo a toda la comunidad universitaria, la posibilidad de tener acceso a un mayor y mejor conocimiento en el campo de la Mecánica de Suelos. Como un beneficio adicional adicional del manual se tiene: operar y realizar los ensayos; con un mejoramiento de la infraestructura física del laboratorio; implementación de prácticas de laboratorio actualizadas dentro del campo de la Mecánica de Suelos; ampliar la bibliografía sobre el tema; extensión a la comunidad y al gremio de profesionales de la ingeniería civil, de nuevos servicios actualizados del Laboratorio de Suelos. Con esto también se pretende mejorar las condiciones del laboratorio, en busca del registro calificado de los diferentes planes de estudio de la Facultad de Ingeniería.

1.5 ALCANCES Y LIMITACIONES 1.5.1 Alcances. Este manual tiene como propósito satisfacer la necesidad de integración de los conocimientos dispersos que existen en la Universidad Francisco de Paula Santander, relacionados con la Mecánica de Suelos y, poner los al servicio de la comunidad universitaria, mejorando de esta manera la calidad académica de los estudiantes. 1.5.2 Limitaciones. La elaboración de este manual estuvo sujeta directamente a la programación y el cronograma de trabajo especifico elaborado por el Laboratorio de Suelos, de la Universidad Francisco de Paula Santander.

 

1.6 DELIMITACIONES 1.6.1 Delimitación espacial.  La monografía de este trabajo académico se realizó en el Laboratorio de suelos de la Universidad Francisco de Paula Santander.

1.6.2 temporal. primerDelimitación semestre del año 2013   Este trabajo académico se realizó durante el 1.6.3 Delimitación conceptual.  Se trabajó con términos consecuentes con la Mecánica de Suelos en general.   Clasificación granulométrica.

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  Método granulométrico.

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  Ensayo de tamizado.

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  Clasificación de los ensayos.

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  Curva granulométrica.

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2 MARCO REFERENCIAL

 

  2.1 ANTECE ANTECEDENTES DENTES 2.1.1 Antecedentes Empíricos DELGADILLO FLORES, Lourdes y ALCALA MARTINEZ, Jorge René. Manual del laboratorio de física de suelos. Universidad Nacional Autónoma de México. Instituto de Geología. México. POLANCO RODRIGUEZ, Abrahán. Prácticas de laboratorio mecánica de suelo. BOWLES, Joseph. Propiedades Geofísicas de los suelos. Bogotá: McGraw Hill, 1982.

2.1.2 Antecedentes bibliográficos GOMEZ, Jesús Antonio y GOMEZ, Nohora. Diseño de un modelo instruccional para la utilización del laboratorio de pavimentos de la Universidad Francisco de Pula Santander. Trabajo de grado. Ingeniería civil. Cúcuta: Universidad Francisco de Paula Santander. Facultad de Ingeniería. Plan de Estudios de Ingeniería Civil.1998. 325p Este modelo instruccional es una técnica para conducir la enseñanza en el cual se planifica su actividad, se especifican los objetivos y se elaboran los instrumentos de medición; guía al estudiante en el análisis mediante autoevaluación, formando en él habilidades y destrezas que aseguran su futuro desempeño como profesional. CACIQUE ARIAS, Andrea Jovanna y SANJUÁN DURÁN, Luz Marina. Diseño manuales para la ejecución del ensayo triaxial de corte de la Universidad Francisco Paula Santander. Trabajo de Facultad grado. Ingeniería civil. Plan Cúcuta: UniversidaddeFrancisco de Paula Santander. de Ingeniería. de Estudios de Ingeniería Civil.2003. 257p El proyecto contempla un manual con el procedimiento que se realizó en el laboratorio de suelos de la UFPS, para efectuar el ensayo triaxial de corte no drenado no consolidado (UU), incluyendo el montaje del equipo triaxial adquirido por la universidad. FLOREZ GUTIERREZ, Jessica Paola. Pasantía como auxiliar técnico administrativo en el Laboratorio de Suelos de la Universidad Francisco de Paula Santander. Trabajo de grado. Tecnóloga en obras civiles. Cúcuta: Universidad Francisco de Paula Santander. Facultad de Ingeniería. Plan de Estudios de Tecnología en Obras Civiles, 2012. 60p.

 

  Se realizaron actividades encaminadas a la elaboración y ejecución de los proyectos que adelanta el Laboratorio de Suelos civiles. Se participo en las actividades correspondientes al desarrollo de convenios que adelante la institución con otros entes gubernamentales gubernamentales,, y trabajos de extensión. Se brindo apoyo técnico pedagógico a los profesores que adelantan prácticas en el Laboratorio de Suelos Civiles, se asistió y colaboro en la entrega de material y equipos a los alumnos que adelantan prácticas en el Laboratorio de Suelos Civiles.

2.2 MARCO CONCEPTUAL La Mecánica de Suelos:  Mecánica de Suelos, es el nombre dado a la interpretación científica del comportamiento del suelo. Puede definirse como, la ciencia que trata con todos los fenómenos que afectan el comportamiento del suelo, en un empleo de alguna manera ligado a la Ingeniería. Este estudio es el que permite llevar a cabo grandes obras, cimentadas o apoyadas de manera indirecta sobrerelación el suelo. Laelinmensa mayoría de las estructuras, llevandirecta consigoo una estrecha con suelo, por ser este el soporte de sus elementos más importantes, convirtiéndose en parte fundamental, para lograr su más eficiente comportamiento, siendo básico su profundo y amplio análisis. La investigación científica en el campo de la Geotecnia, busca estar cada vez más cerca de la comprensión de un elemento tan complicado como es el suelo, elemento en el que se tienen variaciones de sus propiedades en todas sus extensiones, además de la incidencia de aspectos como el clima y su historia de esfuerzos, observando con todo esto lo difícil que puede ser, llegar a controlarlo.

El término suelo, es usado de diferentes maneras, de acuerdo al profesional. Nos referimos al concepto que puede darle, ya sea un geólogo, un agrónomo o un ingeniero, ya que para cada una de estas áreas, el aspecto más importante varía. Por ejemplo, para un agrónomo, el suelo se reduce a la capa donde predominan las actividades orgánicas, permitiendo permitiendo el desarrollo de la vida; para el geólogo, el suelo es el material de la zona superficial relativamente delgada, dentro de la cual se encuentran las raíces. En el caso de la Ingeniería, este término abarca mucho más, físicamente hablando, siendo todos los materiales terrosos, orgánicos e inorgánicos que se encuentran en la zona o capa directamente encima de la corteza rocosa de d e nuestro planeta. El esfuerzo por dominar y utilizar el material terreo, se remonta a prácticamente el inicio de nuestra especie, cuando no existían complicados procesos, sólo de la experiencia y conocimientos obtenidos de la observación, que pasaron generación en generación.

 

 Aunque ha sido objeto de preocupación desde siempre, sólo hasta el siglo XVIII, los científicos e ingenieros vieron la inminente necesidad de realizar procesos más rigurosos de análisis y observación, todo esto por el requerimiento de nuevas y mejores construcciones llevando, al surgimiento de históricos personajes en esta rama de la ingeniería civil, Coulomb y Rankine. Ellos propusieron y aplicaron teorías que aún hoy nos rigen. Más adelante, en los inicios del siglo XX, los ingenieros quisieron ir más alto y esto a su vez, exigía profundizar en lo que se llamaría Mecánica de Suelos, con expositores de importancia, como son, Fellenius en Suecia, Kogler en  Alemania, Hogentogler en los Estados Unidos yy,, especialmente, Karl Terzaghi en Europa y Estados Unidos, creándose un espacio de investigación de los diferentes aspectos que rodean y constituyen este elemento, dando inicio a análisis cuantitativos y cualitativos de mayor rigurosidad. Hoy en día, por la complejidad de diseños y construcciones de infraestructuras, la Mecánica de Suelos ha adquirido un importante espacio en toda obra de Ingeniería, convirtiéndose en una exigencia legal, el estudio de suelos y la intervención de un ingeniero geotecnista geotecnista en obras de importancia, aseg asegurando urando la preservación de los bienes y de la vida.

Clasificación granulométrica. Se denomina clasificación granulométrica o granulometría, a la medición y gradación que se lleva a cabo de los granos los  granos de una  formación sedimentaria,  una sedimentaria,  de los materiales sedimentarios, así como de los suelos, los  suelos, con  con fines de análisis, tanto de su origen como de sus propiedades mecánicas y, el cálculo de la abundancia de los correspondientes a cada uno de los tamaños previstos por una escala granulométrica. El método de determinación granulométrico. El método de determinación granulométrico más sencillo, es hacer pasar las partículas por una serie de  mallas de distintos anchos de entramado (a modo de coladores), que de actúen como de los granos,más queexacta, se llama comúnunmente, columna de tamicescomo  . Pero filtros para  una medición se utiliza granulómetro láser, cuyo rayo difracta en las partículas para poder determinar su tamaño. O también, se pueden utilizar los rayos gamma obs. Ensayo de tamizado. Para su realización, se utiliza una serie de tamices con diferentes diámetros, que son ensamblados en una columna. En la parte superior, donde se encuentra el  el tamiz de mayor diámetro, se agrega el material original (suelo o sedimento mezclado) y, la columna de tamices se somete a vibración y movimientos rotatorios intensos i ntensos en una máquina especial. Luego de algunos minutos, se retiran los tamices y se desensamblan, tomando por separado los pesos de material retenido en cada uno de ellos y que, en su suma, deben corresponder al peso total del material que inicialmente se colocó en la columna de tamices (Conservación de la Masa ).

 

 Clasificación de los ensayos. Para la determinación de las propiedades del suelo, los ensayos se clasifican en:   Ensayos de identificación: identificación: son los únicos (junto con los de compactación) que pueden realizarse sobre muestras alteradas. Pueden ser:

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Físicos: granulometría, Físicos:  granulometría, plasticidad  plasticidad o peso específico de partículas. Químicos: contenido en sulfatos, carbonatos o materia orgánica.   Ensayos de estado: humedad natural, peso es específico pecífico sec seco o o a aparente. parente. Proporcionan la situación del terreno en su estado natural. Como excepción, pueden utilizarse muestras alteradas para la obtención de la humedad natural, siempre que se protejan de pérdidas posteriores de humedad, nada más proceder a su obtención.



  Ensayos de permeabilidad: en permeámetros en permeámetros de carga constante, de carga



variable o en célula triaxial.   Ensayos de ccambio ambio de vvolumen: olumen: ccompresibilidad ompresibilidad e edométrica, dométrica, expansividad (presión de hinchamiento, hinchamiento libre, índice libre,  índice de Lambe) y Lambe) y colapso.

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  Ensayos de resist resistencia: encia: compresión compresión sim simple, ple, corte directo (CD (CD,, CU, UU), compresión triaxial (CD, CU, UU).



Curva granulométrica.  La curva granulométrica de un suelo es una representación gráfica de los resultados obtenidos en un laboratorio un laboratorio cuando se analiza la estructura del suelo desde el punto de vista del tamaño de las partículas que lo forman. Para este análisis se utilizan dos procedimientos en forma combinada; las partículas mayores se separan por medio de tamices con aberturas de malla estandarizadas y luego, se pesan las cantidades que han sido retenidas en cada tamiz. Las partículas menores se separan por el método hidrométrico. Se representa gráficamente en un papel denominado "log-normal", por tener en la horizontal una escala logarítmica.

Limites de Atterberg. Los límites de Atterberg o límites de consistencia, se utilizan para caracterizar el comportamiento de los  los  suelos finos. El nombre de estos es debido al científico sueco Albert Mauritz  Mauritz Atterberg, (1846-1916).

 

Los límites se basan en el concepto de que en un suelo de grano fino, solo pueden existir 4 estados de consistencia según, su humedad. Así, un suelo se encuentra en estado sólido, cuando está seco. Al agregársele agua poco a poco, va pasando sucesivamente sucesivamente a los estados de semisólido, plástico y finalmente, líquido. Los contenidos de humedad en los puntos de transición de un estado al otro, son los denominados límites de Atterberg. Los ensayos se realizan en el  el laboratorio y miden la la  cohesión del terreno y su contenido de  de humedad,  para ello se forman pequeños cilindros de 3mm de espesor con el suelo. Siguiendo estos procedimientos se definen tres límites: 1. Límite líquido: cuando el suelo pasa pasa de un estado semilíquido semilíquido a un estado plástico y puede moldearse. Para la determinación de este límite, se utiliza la la cuchara  cuchara de Casagrande.  Casagrande.  2. Límite plástico: cuando el suelo pasa pasa de un estado plástico a un estad estado o semisólido y se rompe. 3. Límite de retracción o contracción: cuando el suelo pasa de un estado semisólido a un estado sólido y, deja de contraerse al perder humedad. Relacionados con estos límites, se definen los siguientes índices:   Índice de plasticidad: Ip ó IP = wl - wp 

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  Índice de fluidez: If  =  = Pendiente de la curva de fluidez

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  Índice de tenacidad: It = Ip/If  

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L 

  Índice de (B): liquidez (IL ó I ), también conocida como Relación humedadplasticidad

IL = (W n - Wp) / (W l-Wp) donde :(Wn = humedad natural)

2.3 MARCO TEORICO Importancia de las pruebas de laboratorio. Las pruebas de laboratorio constituyen nuestra herramienta, para dilucidar las condiciones en las que trabajaría la constructora, dándonos, mediante la realización de diferentes ensayos, las propiedades de los suelos y la resistencia de los materiales a utilizar y, y, el estado en que sse e encuentra encuentra y de esta forma, poder aplicar la teoría que mejor se ajuste a este entorno. En la Mecánica de Suelos este el

 

procedimiento más común a seguir. En la actualidad la Mecánica de Suelos, tiene tres tareas: primero, en base a ensayos de laboratorio, suministrar los datos numéricos necesarios para el diseño técnicamente correcto y económico de las obras; segundo, realizar ensayos de campo y observaciones durante el proceso de la construcción y, tercero, realizar observaciones en la obra concluida.   Al encontrarse las pruebas de laboratorio muy al inicio del estudio de un problema geotécnico, es realmente importante que se realicen con profesionalismo y responsabilidad, pues estas aportarán datos representativos del material térreo. Igualmente importante son la toma de estas muestras y, la conveniente ubicación de los apiques de donde se extraerán, de forma que sean realmente muestras que identifiquen la totalidad del material que se verá comprometido. Todo esto permitirá resultados eficientes y, considerables ahorros de tiempo y dinero.

Características que debe reunir un pavimento . Un pavimento, para cumplir adecuadamente sus funciones, debe reunir los siguientes requisitos:   Ser resistente resistente a la ac acción ción de las cargas cargas imp impuestas uestas por el tránsito.

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  Ser resistente ante los agentes de intemperie.

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  Presentar una una textura superficial ad adaptada aptada a las ve velocidades locidades previstas previstas de circulación de los vehículos, por cuanto ella tiene una decisiva influencia en la seguridad vial. Además, debe ser resistente al desgaste producido por el efecto de abrasivo de las llantas de los vehículos.



  Debe presentar una regularidad superficial, tanto transversal como

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longitudinal, permitadeuna comodidad ya de losla usuarios, en función de lasque longitudes ondaadecuada de las deformaciones velocidad de circulación.   Presentar condiciones adecuadas respecto al drenaje.

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  El ruido de rodadura rodadura,, en el interior de los vehículos que afectan al usuario usuario,, así como en el exterior, que influyen en el entorno, debe ser adecuadamente moderado. Debe ser económico.

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  Debe poseer el color adecuado, para ev evitar itar reflejos y d deslumbramientos eslumbramientos y,

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ofrecer una adecuada seguridad al tránsito.

 

2.4 MARCO CONTEXTUAL El trabajo académico se realizo en las instalaciones de la Universidad Francisco de Paula Santander, en el Laboratorio de Suelos, en el primer piso del edificio de Terreos.

2.5 MARCO LEGAL El Consejo Superior Universitario de la Universidad Francisco de Paula Santander, estableció el Estatuto estudiantil el día 26 de agosto de 1996, mediante el acuerdo Nº 065, en capítulo IV DEL NIVEL ACADÉMICO; artículo 38 establece que ningún estudiante podrá graduarse con el promedio ponderado acumulado inferior a tres, uno (3,1). Dando como opción en el parágrafo que el estudiante que haya cursado y aprobado el 80% de los créditos de su plan de estudios, podrá matricular adicionalmente proyectos académicos en áreas de investigación y extensión, con la previa aprobación del comité curricular del plan de estudios respectivo, con el fin de mejorar su promedio ponderado acumulado, o de iniciar su proyecto de grado. El Consejo Superior Universitario de la Universidad Francisco de Paula Santander, también estableció el Estatuto estudiantil el día 26 de agosto de 1996, mediante el acuerdo Nº 065, donde el artículo 140, define las diferentes opciones que que tiene el estudiante estudiante para realizar su trabajo de grado, que contempla posibles proyectos, como los trabajos de investigación y sistematizaron del conocimiento o proyectos de extensión como las pasantías, trabajo dirigidos y reglamentado por el acuerdo 069 del 5 de septiembre de 1997, Inciso A de este acuerdo. Inciso A: Monografía: es un trato sistemático, especial y completo de determinada parte de una ciencia o asunto en particular; puede ser descriptiva cuando se determinan las características de un objeto, o explicativa, cuando se requiere de la aplicación de conocimientos.  Se deberá cumplir con todos los objetivos, requisitos, estatutos y procedimientos propios del Laboratorio de Topografía de la Universidad Francisco de Paula Santander. El estudiante deberá acatar las instrucciones que el coordinador de los Laboratorios le asigne; dependiendo del rendimiento del estudiante, se informara a la Universidad sobre los logros e inconvenientes que ocurran en el transcurso de la monografía para la realización del trabajo académico.

 

3. DISEÑO METODOLÓGICO 3.1 TIPO DE INVESTIGACIÓN En el proyecto a desarrollar, se aplico una investigación descriptiva y explicativa, ya que estas investigaciones apuntan a describir un fenómeno. El trabajo se realiza, recolectando información, recopilándola y analizándola, para su posterior tratamiento y aplicación.

Figura 1. Flujograma tipo desarrollo de la unidad ENTRADA EVALU EVA LUAC ACII N DIAG DIAGNOS NOSTI TICA CA 

SI  APROBO INTRO NTRODU DUCC CCII N

1

EX EXPO POSI SICI CI N GENER GENERAL AL OBJETIVOS EQUIPO

PROCEDIMIENTO

EJERCICIO MODELO

NO 

APROBO 

1

EV EVAL ALUA UACI CI N FIN FINAL AL APROBO SI CONTIN E CON LA SIGU CONTIN SIGUIENT IENTE E UNIDAD UNIDAD

NO 1

 

3.2 POBLACIÓN  Y MUESTRA  El laboratorio de Suelos es utilizado por aproximadamente trece (13) profesores, quinientos (500) estudiantes de Ingeniería Civil, Tecnología de Obras Civiles, Ingeniería Ingeniería de Minas, quienes son los beneficiados, beneficiados, que buscan recursos e información para complementar sus conocimientos y llevar a cabo los respectivos Laboratorios de Mecánica de Suelos, lo cual beneficia tanto a los estudiantes como a los respectivos docentes en las prácticas de suelos y, en el aprendizaje que adquieren los estudiantes para su vida profesional.

3.3 INSTRUMENTOS PARA LA RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN Para la recolección de la información, se utilizo formatos de captura de los diferentes datos obtenidos, en el terreno objeto de estudio, en el Laboratorio de Suelos y en la biblioteca. 

3.3.1 Fuentes primarias. Es la investigación obtenida directamente del Laboratorio, además de la información referente a la base de datos que posee esta dependencia, la cual sirve de base para recolectar información. 

3.3.2 Fuentes secundarias.  Es aquella información suministrada por el encargado del desarrollo del proyecto, bibliografía especializada, normas y, el director de proyecto.  3.4 PRESENTACION Y ANALISIS DE RESULTADOS La presentación del análisis y resultado se darán en el documento final, el cual llevará por título “MANUAL TEÓRICO-PRACTICO PARA LOS LABORATORIOS DEMECANICA DE SUELOSCOMO APOYO A LOS ESTUDIANTES DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA DE LA UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER ”. En la cual se emplea cuadros, figuras e imágenes.

MECÁNICA DE SUELOS

 

Mecánica de suelos, es el nombre dado a la interpretación científica del comportamiento del suelo. Puede definirse como la ciencia que trata todos los fenómenos que afectan el comportamiento del suelo, en un empleo de alguna manera ligado a la ingeniería

Cuadro 2. Clasificación de Suelo CARACTERÍSTICAS ORGANOLÉPTICAS Gravas

Partículas visibles y gruesas >2mm

 Arenas

Partículas visibles y finas < 2mm

Limos

Partículas no visibles y tacto áspero

 Arcillas

Partículas no visibles y tacto suave

Fuente: Manual de Mecánica de Suelos, Joseph Bowles.

Propiedades de Limos y Arcillas a). Resistencia en estado seco de un bloque o terrón de suelo: se toma un espécimen seco del suelo y se golpea con un martillo. En la arcilla la resistencia seca es alta y en el limo la resistencia seca es baja. b). dilatación llamada prueba de sacudimiento, por que se coloca una porción muy húmeda en la palma de la mano que al golpearla con la otra mano por de bajo, hace que el aguadle suelo aflore y luego pueda desaparecer, ocurriendo rápido en limos o lentamente en arcillas. c). tenacidad mide la plasticidad del suelo y se evalúa formando rollitos de 1/8” o (3mm). Si con suelos suelos húmedos los rollitos así no se agrietan ni desintegran, tenemos arcillas; si lo hacen, limos. d). sedimentación o dispersión se disgrega el suelo triturándolo para separar los granos; se hace una suspensión en agua y en recipiente de vidrio se mezcla y homogeniza la mezcla, luego se deja reposar: Así, la arena se deposita en segundos, el limo en minutos y pocas horas, y la arcilla en varias horas e incluso días, quedando turbia el agua. e). brillo se frota f rota el suelo húmedo en su superficie con una navaja. La superficie brillante indica arcilla y la superficie color mate, limo

Cuadro 3. Identificación Manual de Suelos Finos

 

  Dilatación

Tenacidad

Tiempo de asentamiento

Limo arenoso

Resistencia en estado seco Muy baja

Rápida

30seg – 60min

Limo

Muy baja

Rápida

Debilidad a fiable Débil a fiable Media

15min a varias horas 30seg-varias horas 15min-varias horas Varias horas a días 15min-varias horas Varias horas a días

Suelo fino

Limo arcilloso Baja a media  Arcilla arenosa  Arcilla limosa

Baja a alta

Rápida a lenta Lenta a nada

Media alta

Lenta a nada

Media

 Arcilla

Alta a muy alta Baja a muy alta Media a muy alta

Ninguna

Alta

Lenta

Débil a fiable

Ninguna

Alta

Limo orgánico  Arcilla orgánica

15 min-60min

Media

Cuadro 4. Unidades si/Métricas más usadas CANTIDAD

UNIDAD INTERMEDIA NO-PATRON

UNIDAD SI

Longitud

centímetro (cm)

Volumen

centímetro cubico (cm³) milímetro gramo (g)

milímetro (mm) metro (m) metro³ (m³) kilogramo (kg)

Peso

gramo (g) kilogramo (kg)

newton (N) kilonewton (kN)

Peso unitario

g/cm³, algunas veces tonelada/m³ una tonelada = 1000kg kg/cm²

kilonewton/m³ kN = 1000N (kN/m³)

Masa

Presión Energía

N/m² (pascal (pa), en trabajos de suelos se usa el kilopascal (kpa) newton-metro = julio(J) momento = N * m (pero no es un joule).

Fuente: Manual de Mecánica de Suelos, Joseph Bowles. Los siguientes factores de conversión son muy útiles: 1 pulgada = 2.54 cm (dígitos exactos) 1 gramo = 980.7 dinas = 980.7 gm-cm/s² 1 newton = 1000000 1000000 din dinas as 1 lb/pie³ psi == 0.07031 1 0.157093kg/cm² kN/m³

 

1 pie³ H2O= 62.4 lb/pie³ (pcf) 1 m³ H2O = 9.807 kN/m³ Los siguientes símbolos se usaran en las definiciones que siguen: e =relación de vacios G=gravedad especifica de cualquier sustancia Gs=gravedad especifica de los sólidos del suelo Gw=gravedad especifica del agua n=porosidad w =contenido de humedad S =grado de saturación Ws =peso seco de los sólidos Wt=peso total de la masa incluyendo el agua presente Ww=peso del agua presente en la masa de suelos Va=volumen del aire presente en la masa m asa de suelos Vs=volumen de los sólidos del suelo Vt =volumen total de la masa de suelos = Vs+ Vw+ Va Vw=volumen de agua en la masa m asa de suelos Vv =volumen de los vacios en la masa de suelos = Vw+ Va   =peso unitario de un material (g/cm³ o kN/m³)  =peso unitario seco de una masa m asa de suelos  =peso unitario saturado de una masa de suelos =peso unitario del agua



Determinación de la consistencia del suelo mojado La prueba se realiza el suelo está saturado de agua, como por ejemplo, inmediatamente después de una abundante lluvia. En primer lugar, determine la adhesividad, que es la cualidad que tienen los materiales del suelo de adherirse a otros objetos. Después, determine la plasticidad, que es la cualidad por la cual el material edáfico cambia continuamente de forma, pero no de volumen, bajo la acción de una presión constante, y mantiene dicha forma al desaparecer la presión.

Ensayo de campo para determinar la adhesividad del suelo mojado Presione una pequeña cantidad de suelo mojado entre el pulgar y el índice para comprobar si se adhiere a los dedos. Después, separe los dedos lentamente. Califique la adhesividad de la manera siguiente:

 

  0. No adherente, si el suelo no se material adherido

adhiere o prácticamente no queda a los dedos;

1. Ligeramente adherente, adherente, si el suelo comienza a adherirse adherirse a ambo amboss dedos, pero al separarlos uno de ellos queda limpio y no se aprecia estiramiento cuando los dedos comienzan a separarse;

2. adherente, si el suelo se adhiere a ambos dedos y tiende a es estirase tirase un poco y a partirse y no separarse de los dedos.;  

3. Muy adherente, si el suelo se adhiere fuertemente a ambos dedos, y cuando ambos se separan se observa un estiramiento del material;

 

Ensayo de Campo para Determinar la Plasticidad del Suelo S uelo Mojado

 Amase una pequeña cantidad de suelo mojado entre las palmas de las manos hasta formar una tira larga y redonda parecida a un cordón de unos 3 mm de espesor. Califique la plasticidad de la manera siguiente: 0. No plástico, si no se puede formar un cordón;

1. puede Ligeramente plástico, se formar un cordón,sipero se rompe fácilmente y vuelve su estado anterior; 2. Plástico, sise sise pued puede e formar un cordón, pero al romperse y volver a su estado anterior, no se puede formar nuevamente;

3. Muy plástico, si se puede formar un cordón que no se rompe fácilmente y cuando se rompe, se puede amasar entre las manos y volver a su formarlo varias veces;

 

a

 

Ensayo de Campo para Determinar la Consistencia del Suelo Húmedo El ensayo se realiza cuando el suelo esta húmedo pero no mojado, como, por ejemplo, 24 horas después de una abundante lluvia. Trate de desmenuzar una pequeña cantidad de suelo húmedo, presionándolo entre el pulgar y el índice o apretándolo en la palma de la mano. Califique la consistencia del suelo húmedo de la manera siguiente:

0. Suelto, si el suelo no tiene coherencia (estructura de grano),

2. Friable, si el suelo se desmenuza fácilmente bajo una presión de ligera a

 

1. Muy friable, si el suelo de desmenuza fácilmente bajo muy ligera presión, pero se une cuando se le comprime nuevamente,

3. Firme, si el suelo se desmenuza bajo una presión moderada, pero se nota

 

4. Muy firme, si el suelo se desmenuza bajo fuerte presión, pero apenas es desmenuzable entre el pulgar y el índice;

5. extremadamente firme, si el suelo se desmenuza solamente bajo una presión muy fuerte, no se puede desmenuzar entre el pulgar y el índice, y se debe romper pedazo a pedazo

Determinación de la Consistencia del Suelo Seco Ensayo de Campo para Determinar la Consistencia del Suelo Seco El ensayo se realiza cuando el suelo se ha secado al aire. Trate de romper una pequeña cantidad de suelo seco, presionándola entre el pulgar y el índice o apretándola en la palma de la mano. Califique la consistencia del suelo seco de la manera siguiente: 0. suelto, si el suelo no tiene coherencia (estructura de grano suelto);

 

1. Blando, si el suelo tiene débil coherencia y friabilidad, se deshace en polvo o granos sueltos bajo muy ligera presión

 

1. Ligeramente duro, si el suelo resiste una presión ligera, pero se puede romper fácilmente entre el pulgar y el índice;

4. Muy duro, si el suelo resiste una gran presión, no se puede romper entre el pulgar y el índice, pero se puede romper en las manos con dificultad;

 

2. Duro, si el suelo resiste una presión moderada, apenas se puede romper entre el pulgar y el índice, pero se puede romper en las manos sin dificultad;

5. Extremadamente duro, si el suelo resiste una presión extrema y no se puede romper en las manos.

 

4.1.1 Determinación del contenido de humedad Laboratorio Nº 1

Referencias  ASTM D2216-71 (Normas ASTM) ASTM)

Objetivo Determinar la cantidad de agua que posee una muestra de suelo, con respecto al peso seco de la muestra.

Definición Contenido de humedad, es la relación del peso del agua entre el peso de los sólidos de un suelo.

 

Equipo   Horno eléctrico, eléctrico, q que ue mantenga la temperatura. temperatura. constante a 1 105 05 g grados rados Centígrados.



  Balanza con aproximación al 0.1 gr.



  Recipiente o platón 



Fórmula

     ∗ 100   ′   ++             ++    

 

 

Donde

V   = Volumen de agua presente en la masa del suelo  



 

Vv = Volumen de los vacios del suelo Vs

 

= Volumen de los sólidos del suelo

= contenido de humedad

d= densidad seca del suelo

Exposición general La determinación de contenido de humedad, es un ensayo rutinario de laboratorio, para determinar la cantidad de agua presente en una cantidad dada de suelo, en términos de su peso en seco.

La humedad del suelo influye en muchas propiedades físicas, tales como la densidad aparente, espacio poroso, compactación, penetrabilidad, resistencia al corte, consistencia, succión total de agua y color del suelo. La humedad del suelo es muy dinámica y depende del clima, vegetación, profundidad del suelo y de las características y condiciones físicas del perfil. Se entiende por humedad del suelo, a la masa de agua contenida por unidad de masa de sólidos del suelo.

Procedimiento 1. Pesar un recipiente. 2. Colocar una muestra de suelo húmedo e en n el recipie recipiente nte y determinar el peso del recipiente más el del suelo húmedo. 3. Después de pesar, coloque la muestra en el horno a una temperatura 100110º.C, durante 24 hrs.

4. Determine el peso del recipiente más el del suelo seco. Asegúrese de usar la misma balanza para todas las mediciones de peso



5. Calcule el contenido de humedad . La diferencia entre el peso de suelo húmedo mas el del recipiente y, el peso de suelo seco mas el de recipiente, es el peso del agua W  que estaba presente en la muestra. La diferencia entre el peso de suelo seco mas el del recipiente y, el peso del recipiente, es el peso



del suelo.   

 

4.1.2 LIMITES LÍQUIDO Y PLASTICO DE UN SUELO Laboratorio Nº 2

Referencias  ASTM D4318  AASHTO T89-68 y T90-70 Casagrande, Arturo (1932), Investigación sobre los límites de Atterberg de los suelos

Objetivos En este trabajo práctico se detalla el procedimiento a seguir para determinar los Límites Líquidos Líquidos y plás plástico tico de un suelo

Definición Cuando el suelo pasa de un estado líquido a un estado plástico. Para la determinación de este límite se utiliza la copa de Casagrande.  Casagrande. 

Equipo                   

Plato Espátula Copa de Casagrande Ranurador Recipientes Calibrador Balanza, precisión de 0.01 Horno eléctrico Tamiz Nº40

MUESTRA DE ENSAYO

Tomar una muestra con con una masa de 300g de porción de material pasante de dell tamiz Nº 40  

 

Suelos finos: si se trata de suelo fino, se toma por cuarteo una porción de 400 a 500 grs. El suelo secado al aire y se lo hace pasar por la malla Nº 40. La porción retenida por este tamiz se coloca en el mortero y se desmenuza con el pisón revestido de goma. Se la tamiza y se repite la operación hasta que pase su totalidad o, se evidencie que la parte retenida es constituida por partículas individuales, de tamaño mayor que la abertura del tamiz. Debe tenerse en cuenta que la operación de desmenuzar con el pisón, tiene por finalidad deshacer los grumos de  suelos formados naturalmente y no la rotura de partículas de arena. Se reúnen las porciones obtenidas y se mezclar cuidadosamente, para obtener un material homogéneo.

Suelos con material granular: si la muestra contiene material grueso, se separa ésta por tamizado a través de la malla de 2 mm. (Nº 10). Con la parte fina se procede como se indicó en el punto anterior. Si a pesar del desmenuzado se observa que queda material fino adherido a las partículas gruesas, éstas se ponen en maceración con la menor cantidad de agua posible y se hace pasar por el tamiz Nº 40. Se recoge el líquido que pasa, el que será evaporado, a temperatura no mayor de 50 Cº. El residuo se desmenuza y se incorpora a las fracciones ya obtenidas, mezclándose cuidadosamente para obtener un material homogéneo.

CALIBRACIÓN DEL APARATO

Verificar que el aparato de Casagrande para la determinación del límite líquido esté en buenas condiciones de funcionamiento, que el eje sobre el cual gira la cápsula no laesté desgastado hasta el de permitir desplazamientos laterales de misma; que los tornillos quepunto conectan la cápsula al brazo estén apretados y, que la superficie de la l a cápsula no presente excesivo desgaste.

LIMITE LÍQUIDO

1. El material pasante por el tamiz Nº 40 colocarlo en el plato. 

 

 

2. Agregar 20 a 30 ml de agua, revolviendo alterna y repetitivamente, amasando y cortando con la espátula, a fin de homogenizar la muestra. 

3. Colocar una cantidad de la muestra en la copa de Casagrande, comprimida hacia abajo. 

4. Extenderla con una espátula el centro hacia los extremos, hasta que la altura de la muestra en el punto más bajo, de 10mm. 

5. Con una firme pasada del ranurador, hacer una abertura en la parte central de la muestra contenida en la copa, para lo cual, se mantendrá el ranurador normal a la superficie interior de la copa.

 

 

6. Accionar el equipo para alzar y dejar caer la copa dos golpes por segundo, hasta lograr que las dos mitades se aproximadamente 13 mm. Se registra número de golpes en el que se cierran las dos mitades.

7. Se toma una rodaja de la muestra, cuyo ancho es igual al de la espátula, extendiéndose de borde a borde. Colocar esta rodaja en un recipiente (previamente pesado y en numerada) y, se registre su peso.

8. Se llevan al horno hasta lograr el peso co constante, nstante, a una temperatura entre los 105 y 110 Cº, durante 24 horas

9. Retirar la muestra de la copa y colocar en el plato de mezclado, limpiar la copa y secarla. 10. Repetir los pasos anteriores por lo menos dos porciones más suelo.

 

 

11. El objetivo de este procedimiento es determinar la consistencia para cerrar la ranura del suelo, en cada uno de los siguientes rangos:   25 a 35



  20 a 30



  15 a 25



Graficar los puntos en una grafica semilogarítmica, colocando en abscisas el numero de golpes y, en ordenadas el contenido de humedad

CÁLCULOS

Se toma como un límite liquido de la muestra, muestra, al contenido de humedad que que corresponde a la intercesión de la curva de flujo con la ordenada, a los 25 golpes.

Los contenidos de humedad se calcularán con la ecuación:

 1  2   2  3 ∗ 100

 

Donde:

W = contenido de humedad (%)

p1 = peso del recipiente + muestra humedad p2 = peso del recipiente + muestra seca p3 = peso del recipiente

 

 

B. LIMITE PLASTICO

El siguiente paso consiste en determinar el límite plástico del suelo. Para aumentar la precisión eliminando los errores de pesada, el ensayo se debe hacer de la siguiente forma:

1. Dividir en varios pedazos o porciones pequeñas la muestra de 20 a 30 g de suelo, que se había separado con anterioridad, durante la preparación de la muestra para límite líquido.

2.Enrollar el suelo con la mano, extendiendo sobre una placa de vidrio o sobre un pedazo de papel, colocado a su vez sobre una superficie lisa,con presion suficiente para moldearlo en forma de cilindro o hilo de diametro uniforme, por la accion de unos 80 a 90 golpes o movimientos de mano por minuto. Cuando el diametro del ellos, hilo o moldear cilindro de suelo llegue suelo 3mm, se debe en que pequeños pedazos y con nuevamente unas bolas o masas a su vez, vuelven a enrollarse. El proceso de hacer las bolas o masa de suelo y enrollarlas, debe continuarse alternativamente, hasta cuando el hilo o cilindro de suelo se rompa bajo la presion de enrollamiento y no permita que se le enrolle adicionalmente.

Si el cilindro se desmorona a un diámetro superior a 3mm, esta condición es satisfactoria para definir el límite plástico, si el cilindro se había enrollado con anterioridad hasta más o menos 3mm. La falla del cilindro se puede definir de la siguiente forma:

Para producir la falla no es necesario reducir la velocidad de enrollado y/o la presión de la mano cuando se llega a 3 mm de diámetro. Los suelos de muy baja plasticidad son una excepción en este sentido; en estos casos, la bola inicial debe ser del orden de 3 mm antes de empezar a enrollar con la mano 3. Esta secuencia debe repetirse el número de veces que se requiera para producir suficientes pedazos de cilindro que permitan llenar un recipiente de humedad.

 

 

4.Pesar el recipiente cubierto, remover su tapa y colocarlo dentro del horno. Nótese que en efecto se han hecho varias determinaciones del límite plástico, pero se ha reducido el proceso de pesada y calculo a, un solo ensayo.

Cálculos

   1   2   1  3 ∗ 100

1. Calcule el límite plástic plástico o mediante la siguiente siguiente expresión:  

Donde:

Lp = límite plástico p1 = peso del recipiente + muestra húmeda p2 = peso del recipiente + muestra seca p3 = peso del recipiente Índice de plasticidad (Ip)= límite líquido – límite plástico

 

 

4.1.3 LÍMITE DE CONTRACCIÓN Laboratorio Nº 3

Referencias  AASSHTO 92-97  ASTM D 427-61

Objetivo Obtener el contenido de humedad por debajo del cual no se presenta cambio adicional en el volumen de una masa de suelo y, obtener una indicación cuantitativa del cambio total que puede ocurrir.

Definición Contenido de agua de un terreno, expresado en %, a partir del cual una reducción de su contenido de agua ya no produce una disminución del mismo. mi smo. También llamado, límite de encogimiento. encogimiento.

Equipo           

Capsula de contracción Placa de vidrio de tres apoyos Recipiente volumétrico y placa plana Mercurio metálico Balanza, precisión de 0.01

Procedimiento 1.Tome alrededor de 40 g de suelo de material representativo, del utilizado para las practicas de limite liquido y plástico, que pase a través del tamiz Nº40 y, mezclarlo cuidadosamente con agua, hasta lograr una pasta cremosa que pueda colocarse dentro del recipiente de contracción, sin dejar ningún vacio. La consistencia del suelo debería obtenerse utilizando un contenido de humedad cercano o algo superior, al límite líquido del suelo. 2. Recubrir ligeramente el interior de la capsula o recipiente de contracción con grasa, para prevenir que el suelo se adhiera al recipiente y/o se formen grietas durante el secado. Pese el recipiente y registre su peso.  

 

3. Llenar el recipiente en tres capas, colocando aproximadamente 1/3 de la cantidad de suelo seco necesaria para llenar el recipiente y, se note la ausencia total de burbujas de aire. Repetir la misma operación con la segunda y tercera capa. Al terminar, se debe enrasar cuidadosamente el suelo dentro del recipiente utilizando una espátula de tamaño mediano y a continuación, pesar el recipiente con el suelo húmedo.

4. Secar al aire el laboratorio de galleta, hasta que su superficie cambie a un color muy claro, del orden de 6 a 8 horas. Introduzca la muestra en un horno y mantenga la temperatura constante 105 y 110ºc por 12 a 18 horas, hasta obtener un peso contante. Saque el recipiente con el suelo seco del horno y, obtenga el peso de recipiente más suelo seco. El secado al aire de la muestra reduce la posibilidad de la formación de grandes grietas de contracción en el suelo, debidas a la rápida pérdida de humedad y evita por la pérdida de suelo dentro del horno, debido a la posibilidad de ebullición del suelo.

5. Encontrar el volumen del recipiente de contracción; para esto es necesario, en primer lugar, llenar el recipiente de contracción con mercurio metálico, hasta que se derrame ligeramente. A continuación, se debe colocar el recipiente lleno sobre un vidrio pequeño tipo vidrio y, presionarlo por encima, utilizando una lamina de vidrio gruesa, con el fin de que la superficie del mercurio empareje y, se remueva el exceso. Inmediatamente, se debe retornar el mercurio retenido en el recipiente de contracción en un cilindro volumétrico graduado y, leer directamente el volumen del recipiente de contracción. Como alternativa, es posible pesar el recipiente de contracción más el mercurio y luego, registrar el peso del recipiente vacio y calcular el volumen, basado en un peso promedio unitario para el mercurio de 13.53 g/cm³.

6. Determine el volumen de la galleta de suelo seco, de la siguiente forma. Llenar con mercurio el recipiente de vidrio que forma parte del equipo de límite de contracción, el cual deberá colocarse de antemano sobre una superficie grande y plana, que permite recoger el mercurio sobrante. Se debe tomar la placa de vidrio y hacerla ejercer presión, de forma que el mercurio en exceso exceso se derrame del recipiente. El exceso de mercurio debe ser recogido y retornado a su recipiente de almacenamiento. Se debe registrar el peso del recipiente de vidrio lleno de mercurio. 7. recipiente vidrio lleno a su sobre el Retornar recipienteelde cartón y,de cartón colocar sobredelamercurio superficie deposición mercuriooriginal la galleta de  

 

suelo seco. Tratar de retirar el mercurio, por sifonamiento y mediante simple observación visual, un volumen aproximadamente igual al de la galleta de suelo seco. Se debe tomar la placa de vidrio provista con tres apoyos, colocar los apoyos o puntas sobre la superficie lateral de la galleta de suelo, y sumergirla permitiendo que el mercurio en exceso se derrame siendo desplazado fuera del recipiente de vidrio. vidrio. Cuando el recipiente de vidrio se encuentre exactamente lleno con el mercurio, la galleta galleta de suelo, y las tres protuberancia protuberanciass o apoyos de la placa de vidrio, se debe retirar la placa de vidrio y la galleta de suelo, y proceder a registrar el peso del recipiente de vidrio y el mercurio. La diferencia entre este peso registrado anteriormente del recipiente de vidrio lleno con el mercurio, es el peso peso del mercurio desplazado desplazado por la galleta de suelo seco. El volumen de la galleta de suelo es, entonces:

8. Es posible recoger en un plato adecuado el mercurio desplazado cuando se sumerge la galleta de suelo seco. Este mercurio desplazado puede medirse mediante el uso de un cilindro graduado de vidrio con el fin de obtener directamente el volumen de la galleta de suelo seco. Si durante el secado el suelo se parte en dos o más pedazos, pedazos, la práctica pue puede de repetirse. Sin embargo es posible determinar el peso y volumen de la fracción más grande de la galleta y por propor proporción ción encontrar el volumen volumen de la g galleta alleta completa

 (−)    ∗ 100

Límite de contracción, Ws=W W s=W ₀

Relación de contracción, SR =

  

L.L. = (w-(Vi-Vf) / (Ws) Peso unitario del agua

LC = w0 – Dw

 

 

 

4.1.4 Análisis Granulométrico-Método Mecánico Laboratorio Nº 4 Referencias T87-70  AASHTO T88-70  ASTM D421-58 D422-63

Objetivo Determinar el porcentaje de paso de los diferentes tamaños del agregado (fino y grueso) y con estos datos, construir su curva granulométrica. Calcular si los agregados (fino, grueso) se encuentran dentro de los límites. Determinar mediante el análisis de tamizado, la gradación que existe en una muestra de agregados (fino, grueso).

Definición Se denomina clasificación granulométrica o granulometría, a la medición y graduación que se lleva a cabo de los  los  granos de una una  formación sedimentaria,  de los materiales sedimentarios, así como de los  los  suelos,  con fines de análisis, tanto de su origen como de sus propiedades mecánicas, y el cálculo de la abundancia de los correspondientes a cada uno de los tamaños previstos por una escala granulométrica.

Equipo            



Juego de tamices  Balanza, precisión de 0.1 Vibrador mecánico de tamices Tarros o recipientes para el secado secado y el lavado Horno Cuarteador

Muestra El tamaño de la muestra de 200 a 500 gr. La muestra debe estar libre de materia orgánica que sea perjudicial, como bolsas, hojas, raíces, aguas negras.  

 

Exposición general Granulometría, es la determinación del rango del tamaño de partículas en el suelo, expresado en porcentaje de peso (o masa); se lo presenta mediante un gráfico que relaciona el porcentaje q que ue pasa cada tamiz, con el diámetro respectivo en milímetros milímetros;; este gráfico se denomina curva granulométrica. Una curva granulométrica, solo puede aproximar la situación real; esto se debe a varias razones consideradas, incluyendo las limitaciones físicas de obtener muestras estadísticamente representativas, la presencia de gramos en el suelo, la limitación práctica impuesta por la utilización de mallas rectangulares. La exactitud del análisis se hace aun más cuestionable para suelos de grano fino (algunos autores indican que el tamiz que divide a suelos finos y gruesos es el # 4 (4.76 mm). Es por eso que se ofrece el método del lavado, para realización de esta práctica. Otro factor que afecta a la la exactitud es la humedad; algunos autores afirman que el secado al horno afecta a la distribución granulométrica, pero se encontró que haciendo ensayos en el laboratorio de Mecánica de Suelos, esto no afecta en gran magnitud. Existen tres tipos curvas granulométricas: graduación discontinua, buena graduación y, graduación uniforme. Figura 2. Granulometría

http://www.wikivia.org/wikivia/images/b/bd/Cu rg/wikivia/images/b/bd/CurvaGranulome rvaGranulometrica.JPG trica.JPG  Fuente: http://www.wikivia.o

 

 

Procedimiento 1. Secar la muestra durante 24 horas (al aire libre o al horno). Tenga en cuenta que muestra mayores, son más representativas.

2. Cuartear la muestra; se debe asegurar de tener la muestra más representativa. Si no se tiene un cuarteador mecánico, dividir la muestra en 4 partes iguales y, tomar los lados opuestos, hasta obtener una muestra representativa.

3. Es necesario pulverizar la muestra con el mazo y luego, con un cepillo metálico, limpiar las gravas grandes de los granos finos. También este paso puede hacerse, lavando la muestra por el tamiz 10, 40 y 200.

4. Si tiene mayor cantidad de gravas y pocos finos, se deberá dividir la muestra   en dos partes (hacer pasar toda la muestra por el el tamiz #10). Serie gruesa – mayores al tamiz #10 Serie fina – menores al tamiz #10 5. En caso caso de que que la mues muestra tra tenga ma mayor yor tamizado directamente desde el tamiz #4.

cantidad de finos, hacer u un n

6. Si se desea realizar la separación por lavado, seguir este procedimiento:   Colocar sobre el tamiz Nº200 el ta tamiz miz Nº40, para que este proteja la



malla del tamiz Nº200.   Sobre el suelo c contenido ontenido e en n la bandeja de plástico, plástico, verter la cantid cantidad ad de agua necesaria para sumergirlo. Refregar y agitar el suelo de yema de los dedos, evitando evitando que ninguna ninguna cantidad de este salga de la bandeja.   Si durante este proceso proceso flotan partículas partículas de suelo individuales, tomar las mismas y colocarlos en el plato metálico o de porcelana.



  Llenar con agua lilimpia mpia la bandeja hasta 1cm por deb debajo ajo de sus bord bordes; es; mezclar con la muest muestra ra disgregada disgregada y verter parte de la susp suspensión ensión resultante sobre el tamiz Nº40, cuidando siempre que debajo de este, se encuentre el tamiz Nº 200.



 

 

  Repetir los pasos anteriores anteriores hasta que en tamiz Nº200 se hay haya a depositado una cantidad excesiva de suelo de partículas finas, que deberá ser devuelto a la bandeja de plástico, utilizando el chorro de agua, por el reverso del tamiz.



  Someterlo al secado en el horno horno por 24 horas.



7. Una vez pesada el material grueso, se procede a tamizar por los tamices 1 ½, 1, ¾, , #4, #10, # 40 y # 200 y, se pesa el material retenido en cada tamiz.

3⁄8

8. Para el material fino se toman dos muestras de 200 a 500 gr. Una para determinar la humedad higroscópica y, la otra para el tamizare (si se seca al horno la muestra, no es necesario determinar la humedad higroscópica).

9. La muestra para el tamizado debe elevarse el tamiz siguiendo el procedimiento del lavado del subtitulo anterior; por luego hacer Nº200, secar por el tiempo de 24 horas.

10. Pasado este tiempo, se debe tamizar el agregado fino en los tamices # 10, #20, #40, #60, # 100, # 200. Se deben coloc colocar ar su tapa y base, base, para someterlo al vibrador mecánico.

11. Finalmente, sacar los tamices y pesar la cantidad de muestra retenida en cada uno de ellos.

Cálculos Hallar el peso seco utilizando la siguiente expresión:

  1  ℎ+ +

 

Determinar y registrar los porcentajes retenidos parciales, dividiendo los pesos retenidos parciales parciales en cada tamiz para el peso del suelo seco (ws), y, multiplicando por 100, para expresarlo en porcentaje.

 

 

%  ( ()      () ∗ 100  

 

Determinar y registrar los porcentajes retenidos acumulados, suma sumando ndo todos y cada uno de los porcentajes retenidos parciales.

= %  ()  =∑ 

El porcentaje que pasa pasa cada tamiz perteneciente a la serie, serie, se determina por diferencia de 100, del porcentaje retenido acumulado.

= %   100 ∑   =

Figura 3. Curva granulométrica

http://upeuingenieros.files. ngenieros.files.wordpress. wordpress.com/2012/04/pr com/2012/04/practica-nc2b0-05actica-nc2b0-05Fuente::http://upeui Fuente lmsi-upeu.pdf    

 

4.1.5 Análisis Granulométrico – Método del Hidrómetro Laboratorio Nº5

Referencia  AASHTO T87-70 y T-88-70  ASTM D427-58 y D422-63

Objetivos Determinar la distribución granulométrica para suelos con una considerable cantidad de finos, es decir, que pasan el tamiz Nº200, aplicando el método del hidrómetro.

Definición Es un método utilizado ampliamente para obtener la distribución granulométrica de suelos, suelos, cuyas partículas partículas varían entre 0.075-0.001mm.

El principal objetivo del análisis hidrométrico es obtener el porcentaje de arcilla, ya que la curva granulométrica, cuando más del 12% del material pasa a través del tamiz Nº200, no es utilizada como criterio dentro de ningún sistema de clasificación de suelos y, no existe ningún tipo de conducta particular del material que dependa íntimamente de la forma de dicha curva.

Equipo                       

 

Hidrómetro calibrado 152 H Dos probetas de 1000 ml de volumen Termómetro Balanza Cronometro Mezclador mecánico Tarros o recipientes Horno Agente floculante hexametafosfato de sodio o silicato de sodio Agua Espátula

 

Muestra Para suelos finos se recomienda una muestra de 50g o 60g como máximo. Para suelos gruesos se recomienda de 60g a 100g como máximo. El hidrómetro está diseñado originalmente para una muestra.

Exposición general Este es un ensayo que depende de la sedimentación de las partículas de suelo, estas por ser tan finas al entrar en contacto con el agua forman grumos, esto se origina debido a las diferentes cargas eléctricas entre partículas del mismo. Esta formación de grumos no es conveniente al momento de realizar el ensayo, ya que pueden causar grandes errores en el tamaño de las partículas. Para evitar lo expuesto anteriormente se utilizan los defloculantes, que son compuestos químicos que neutralizan las cargas eléctricas y dispensan los que tienden a formar entre si las partículas en suspensión.

El análisis de hidrómetro es un método ampliamente utilizado para obtener un estimado de la distribución granulométrica de suelos cuyas partículas se encuentran desde el tamiz No. 200 (0.075 mm) hasta alrededor de 0.001 mm. Los datos se presentan en un gráfico semilogarítmico de porcentaje de material más fino contra diámetro de los granos y puede combinarse con los datos obtenidos en el análisis mecánico del material retenido, o sea mayor que el tamiz No. 200 (u otro tamaño cualquiera). El principal objetivo del análisis de hidrómetro es obtener el porcentaje de arcilla (porcentaje más fino que 0.002 mm) ya que la curva de distribución granulométrica cuando más del 12% del material pasa a través del tamiz No. 200 no es utilizada como criterio dentro de ningún sistema de clasificación de suelos y no existe ningún tipo de conducta particular del material que dependa intrínsecamente de la forma de dicha curva. La conducta de la fracción de suelo cohesivo del suelo dado depende principalmente del tipo y porcentaje de arcilla de suelo presente, de su historia geológica y del contenido de humedad más que de la distribución misma de los tamaños de partícula. El análisis de hidrómetro utiliza la relación entre la velocidad de caída de esferas en un fluido, el diámetro de la esfera, el peso específico tanto de la esfera como del fluido, y la viscosidad del fluido, en la forma expresada por el físico Inglés G. G. Stokes (ca. 1850) en la ecuación conocida como la ley de Stokes: ...

 

 

Figura 4. Hidrómetro

Fuente: dc360.4shared.com 

Corrección por menisco (Cm) Los hidrómetros están calibrados para hacer las lecturas al nivel libre del líquido. Al formarse el menisco alrededor del vástago, la lectura correcta no puede hacerse, ya que la suspensión de agua suelo es transparente, por lo que es necesario leer donde termina el mecanismo y, corregir la lectura, sumando su altura.

 

 

Corrección por defloculante (Cd)  Al agregar un agente defloculante a la suspensión, se aumenta la densidad de esta, por lo que debe hacerse una nueva corrección (Cd), que depende de la cantidad de defloculante. Para determinar el valor de Cd, el procedimiento es tal como se expone: Tomar una probeta graduada de 1000cm³ y preparar el agente defloculante, colocando 40 gramos de hexametafosfato de sodio 1000cm³ de agua o de silicato de sodio y, anotar esta lectura.

Corrección por temperatura (Ct) El valor de la corrección por temperatura (C°t), que toma en cuenta los cambios volumétricos del bulbo del hidrómetro a la temperatura de ejecución del ensayo, con relación a la temperatura de calibración del hidrómetro (20ºC), se obtiene con la ecuación:

Ct= -4.85+0.25 T Donde: Ct= corrección por temperatura de la lectura efectuada (este valor puede ser positivo o negativo). T = temperatura a la cual se realizo el ensayo (T*C); para valores de T*C variable entre 15ºC a 28ºC. 

Procedimiento 1. Tomar la prueba graduada de 1000cm³(probeta de control) y poner 875 cm³ de agua; luego, sumergir el hidrómetro en la probeta. 2. tomar una cantidad de suelo húmedo que contenga, aproximadamente, 50g de partículas sólidas. 3. Tomar de 3 a 5 ml de silicato de sodio (la cantidad depende de la dispersividad de la arcilla), disolverlos en agua y, mezclarlos con la muestra; dejar reposar por 16 horas.

 

 

4. Con la espátula, mezclar completamente el suelo preparado en el paso anterior y, vaciar todo el mezclado al interior del vaso de vidrio. 5. Añadir agua al vaso hasta llenar las 2/3 partes de su volumen y, mezclar la suspensión con el mezclador mecánico durante 2 minutos. 6. Transferir elperder contenido del en vaso a la ssegunda egunda probeta, , teniendo mucho cuidado de noel material el proceso. Añadirprobeta agua hasta completar la marca de 1000 cm³ en la probeta. 7. Con la mano, obturar la boca de la probeta y agitar vigorosamente durante 1 minuto (20 veces), haciendo girar 180º en un plano vertical. 8. Colocar cuidadosa pero rápidamente la probeta en la mesa de trabajo, poner en marcha el cronómetro y, poco a poco, sumergir el hidrómetro hasta que comience a flotar. Dejar durante 2 minutos, tomando lecturas a los 15, 30,60 y 120 segundos. 9. Retirar el hidrómetro de la probeta de ensayo y sumergir en la probeta de control, la cual estará junto a la primera, de modo que el hidrómetro se encuentre a la misma temperatura que la suspensión en la probeta continua. 10. Determinar y registrar la temperatura de la suspensión. 11. Repetir los pasos anteriores, hasta obtener un juego consistente de lecturas, para los dos primeros minutos del proceso de decantación. 12. Registrar las lecturas para tres t res repeticiones. 13. Reiniciar el ensayo como se indica en los pasos anteriores, pero sumergido el hidrómetro para realizar las lecturas de 2, 4, 8, 15 y 30 minutos y, a la 1, 2, 4, 8, 24, 48, 72, y 96 horas. El hidrómetro se introduce en la suspensión, aproximadamente 20 segundos antes de cada una de las lecturas. Se registra la temperatura de esta después dehacer cada operación. El hidrómetro debe permanecer en la probeta de control, mientras no se realicen lecturas. 14. Después de la última lectura, agitar vigorosamente la probeta para poner nuevamente los sedimentos en suspensión. Transferir la suspensión al plato de 1800 cm³ de volumen y, y, secar la muestra e en n el horno.

Cálculos Este análisis utiliza a la ley de Stokes

 

      18   ∗ 

 

³ 

 

Donde: V= Velocidad, (cm/s).

   

 Peso unitario de las partículas sólidas, (g/cm³) Peso unitario del agua, (g/cm³)

N=Viscosidad del agua, (grs/cm²) D= Diámetro de las partículas solidas (cm) Si (L) representa la distancia de caída de las partículas (profundidad efectiva) en un periodo de tiempo (t) dado, La velocidad (v) se puede definir como la distancia L dividida para el tiempo t y, el diámetro de las partículas sólidas se puede determinar por:

 ]()  ]() ()   18(   (∗ ∗( )) ∗ [1010(  ( ))] ( ))   √6010  ∗    18  ∗     ∗   ² 

 

 

()   ∗        √ 106060 ∗    18   

Donde

 

Los valores de L y A podemos obtenerlos de las tablas que se muestra al final de esta sección; para hallar el valor de L (profundidad efectiva), ingresar a la tabla que se muestra al final, con el valor de corrección por menisco.  

 

Porcentaje que pasa

      ∗  ∗ 100

 

Donde Rc= lectura corregida del hidrómetro

  (  ∗1)1.∗2.65 65

 

Note que si Gs=1. Entonces a=1 Ya se explico en la sección anterior los diferentes tipos de correcciones, en esta sección se explicara como utilizaras, tener en cuenta que R es la lectura real del hidrómetro (la registrada en el ensaya): Para la corrección por menisco tenemos:

   ++      +   

Para la lectura corregida del hidrómetro aplicar la siguiente ecuación:  

 

 

Tabla 1. Peso unitario y viscosidad del agua en función a la temperatura.

Fuente: BOWLES, Joseph. Laboratorio de Mecánica de Suelos. Tala 2. Valores para el factor de corrección “a” 

Fuente: BOWLES, Joseph. Laboratorio de Mecánica de Suelos.

 

 

Tabla 3. Valores para el factor f actor de corrección A

Fuente: BOWLES, Joseph. Laboratorio de Mecánica de Suelos. Tabla 4. Valores de la profundidad efectiva L

Fuente: BOWLES, Joseph. Laboratorio de Mecánica de Suelos.

 

 

4.1.6 Relación Humedad –Densidad (Ensayos DE Compactación) Laboratorio N°6

Referencias   AASHTO T99-70 y T180-70  ASTM D698-70 y D1557-70 D1557-70

Objetivo Determinar la Densidad Seca Máxima y, el Contenido de Humedad Óptimo de un suelo, utilizando el método de compactación adecuado al tipo de suelo ensayado.

Definición La compactación es la operación o procedimiento de Estabilización Mecánica, cuyo objetivo fundamental es aumentar la densidad del suelo, por medio de una mayor aproximación de sus partículas, lo que se consigue con una disminución del Índice de Vacíos. Mediante el proceso de compactación del suelo se persiguen los siguientes objetivos prácticos:   Aumentar la Resistencia a la compresibilidad y al corte.   Obtener mayor uniformidad y homogeneidad.   Conseguir que el suelo suelo sea menos su susceptible sceptible a las variaciones variaciones de humedad. 



Equipo             

Balanza, precisión de 1 gramo Molde de compactación con base y collar Martillo de compactación Regla de acero Probeta graduada Recipientes para determinar la humedad

Muestra Debe tomarse una muestra para contenido de humedad, 24 horas antes del ensayo, de forma que sea posible conocer razonablemente el contenido de  

 

humedad inicial; de otra forma, serian necesarios 6 u 8 experimentos para obtener la curva de compactación, especialmente para aquellos suelos cuyo CHO se encuentra entre 17 y 22%. Deben tomar 3kg (peso nominal) de suelo secado al aire y, pulverizarlo suficientemente, para que pase a través del tamiz N°4.

Exposición general En 1933, J.R. Proctor definió el ensayo conocido como Proctor Estándar, el cual consiste en tomar una muestra de 3 kg de suelo, pasarla por el tamiz # 4, agregarle agua cuando sea necesario y, compactar este suelo bien mezclado, en un molde de 944 cm3 en, tres capas con25 golpes por capa de un martillo de compactación compactación de 12 pulgadas de altura de caída y, 5 libras de peso. Esto proporciona una energía nominal de compactación de 593.7 kJ/m3.

5 )(0. 3 05) CE  39.(25)(24. 4444 ∗10 ∗ 10− (1000)  593.7KJ/m³

 

Cuando el ensayo incluye el reusó del material, la muestra es removida del molde y se toman muestras para determinar el contenido de humedad, para luego desmenuzarla hasta obtener grumos de tamaño máximo aproximado al tamiz # 4. Se procede entonces a agregar más agua, se mezcla y se procede a compactar nuevamente el suelo en el molde. Esta secuencia se repite un número de veces suficiente, para obtener los datos que permitan dibujar una curva de densidad seca versus contenido de humedad, con un valor máximo en términos de densidad seca y, suficientes puntos a ambos lados de éste. La ordenada de este diagrama se conoce como la densidad máxima y, el contenido de humedad al cual se presenta esta densidad, se denomina humedad óptima. 

Figura 5. Curva de compactación 

Fuente: es.wikipedia.org  

 

Tabla 5. Métodos de compactación

Fuente: BOWLES, Joseph. Laboratorio de Mecánica de Suelos.

Procedimiento 1. Tomar 3kg de suelo seco pulverizado y pasarlo a través del tamiz N°4; mezclarlo con la cantidad de agua necesaria para hacer el incremento de humedad, basado en porcentaje de peso seco. El porcentaje inicial de incremento de agua debería tener en cuenta el contenido de humedad, 4 a 5% por debajo CHO. 2. Si el suelo se h a “curado”, añadir 1% de humedad por peso [0.01*3=0.03kg (30ml)], para tener encuentra las pérdidas por evaporación. Mezclar esta agua al suelo, cuidadosamente. 3. Pasar el molde de compactación, sin incluir la base ni el collar. 4. Medir el molde de compactación para determinar su volumen ((o, a discreción del instructor, suponer que el volumen es 944cm³ (o 1000cm³, como encuentre más apropiado)).

 

 

5. Usar bien el método patrón de compactación o bien, el modificado, como se especifique por parte del instructor y, compactar un cilindro de suelo. Si se utiliza un cilindro de 1000 cm³, utilizar 26 golpes/capa, en lugar de 25, para producir la misma energía de compactación en cada ensayo. 6. Enrasar cuidadosamente la base y la parte superior del cilindro compactado al suelo, con una regla metálica. Llenar cuidadosamente con suelo o gravas pequeñas, cualquier agujero que pudiera haber quedado en la superficie o haberse hecho por remoción de alguna grava, en el proceso de emparejamiento de la superficie. 7. Pesar el molde lleno de suelo húmedo. 8. Extraer el cilindro de suelo del molde, partirlo en dos y, tomar dos muestras para contenido de humedad, una cercana a la parte superior del molde y, otra, a la parte inferior, dejando en el recipiente de humedad, tanto material como sea posible . 9. Despedazar la muestra hasta tamaño aproximado del tamiz Nº 4 (a menos que el reductor de muestra se haya utilizado) y añadir 2% (basado en el peso original de la muestra de 3kg) de agua. Mezclar nuevamente con cuidado y repetir los pasos 5 a 9, hasta que, sobre la base del peso húmedo, se obtengan 2 valores de peso de material compactado, ligeramente menores que un determinado valor pico. 10. Volver al laboratorio al día siguiente y pesar las muestras de contenido de humedad secadas al horno, para encontrar el promedio real de contenido de humedad de cada ensayo.

Cálculos



1. Calcular el peso unitario seco y hacer un gráfico de d versus contenido de humedad. Dibujar en este gráfico la curva de saturación; si no se conoce GS, suponer que la densidad saturada correspondiente a la humedad óptima es 5 % mayor que la densidad máxima seca; con este valor calcular el valor de GS. La curva de saturación, en ningún caso debe interceptar la curva de compactación; en caso que esto suceda, incrementar en un 1 % adicional el valor de la densidad saturada, hasta asegurar que la curva de saturación pase por sobre la de compactación.

   

  1 + ∗ ∗ 

 

Donde: GS: densidad de los sólidos w g : peso unitario del agua w: contenido de humedad La densidad contenido de seca la podemos expresar en función de la densidad húmeda y el Humedad:

Donde:

ℎ

+    1  +

: densidad húmeda w: contenido de humedad en porcentaje

 

 

 

4.1.7 CLASIFICACION DE SUELOS Laboratorio Nº 7 Referencia  AASHTO M145-66 vol.1. clasificación e identificación de suelos, transactions, Casagrande, A, (1948),  ASCE, vol. 113, pp. 901-991.

Objetivo Es realizar una clasificación primaria del suelo y, las propiedades más importantes y características de cada tipo de suelo.  

Exposición general Existen varios métodos de clasificación de suelos, el conocido como sistema unificado de clasificación de suelo, el de la Asociación Americana de Agencias Oficiales de Carreteras y Transportes (AASHTO), el sistema del departamento de agricultura de los estados unidos (USDA), el sistema de la ASTM y, el Sistema de la Agencia Federal de Aviación (FAA), para nombrar unos cuantos.  Actualmente, los departamentos estatales de transporte (antiguos departamentos de carretera) utilizan el sistema de clasificación de la AASHTO.

Cuadro 4. Sistema de AASHTO

Fuente:  www.wikivia.org  Fuente:  

 

Figura 6. Índice de plasticidad

Rangos de límite líquido e índice de plasticidad para grupos de suelos A-4, A-5, A-6los y A-7.

A. EL SISTEMA DE DE CLASIFICACION DE SUE SUELOS LOS DE LA AA AASHTO SHTO La American Associattion of State Highway Officials, adoptó este sistema de clasificación de suelos (AASHTO M 145), tras varias revisiones del sistema adoptado por el Bureau of Public Roads de Estados Unidos, en el que los suelos se agrupan en función de su comportamiento, como capa de soporte o asiento del firme. Es el sistema más utilizado en la clasificación de suelos en carreteras.

En esta clasificación, los suelos se clasifican en siete grupos (A-1, A- 2,…, A-7), según su granulometría y plasticidad. Más concretamente, en función del porcentaje que pasa por los tamices nº 200, 40 y 10, y, de los  los Límites de Atterberg de la fracción que pasa por el tamiz nº 40. Estos siete grupos se corresponden a dos grandes categorías de suelos, suelos granulares (con no más del 35% que pasa por el tamiz nº 200) y, suelos limo-arcillosos (más del 35% que pasa por el tamiz nº 200).

La categoría de los suelos granulares, gravas, arenas, está compuesta por los grupos A-1, A-2 y A-3 y, su comportamiento en explanadas es, en general, de bueno a excelente, salvo los subgrupos A-2-6 y A-2-7, que se comportan como los suelos arcillosos, debido a la alta plasticidad de los finos que contiene,  

 

siempre que el porcentaje de estos supere el 15%. Los grupos incluidos por los suelos granulares son los siguientes:  A-1: corresponde a una mezcla bien gradada de gravas, arenas (gruesa y fina) y finos no plásticos o muy plásticos. También se incluyen en este grupo, las mezclas bien gradadas de gravas y arenas sin finos.  A-1-a: incluye los suelos con predominio de gravas, con o sin material fino bien gradado  A-1-b: Incluye suelos constituidos principalmente, por arenas gruesas, con o sin material fino bien gradado.  A-3: corresponde, típicamente, a suelos constituidos por arena fina de playa o de duna, de origen eólico, sin finos limosos o arcillosos o, con una pequeña cantidad de limo no plástico. También incluyen este grupo, los depósitos fluviales de arena fina mal gradada, con pequeñas cantidades de arena gruesa o grava.  A-2: este grupo comprende a todos los suelos que contienen un 35% o menos de material que pasa por el tamiz nº 200 y que no pueden ser clasificados en los grupos A-1 y A-3, debido a que el porcentaje de finos o la plasticidad de estos (o ambas cosas) están por encima de los límites fijados para dichos grupos. Por todo esto, este grupo contiene una gran variedad de suelos granulares que estarán entre los correspondientes a los grupos A-1 y A-3 y, a los grupos A-4, A-5, A-6 y A-7.  A-2-4 y A-2-5: en estos subgrupos se incluyen los suelos que contienen un 35% o menos de material que pasa por el tamiz nº 200 y, cuya fracción que pasa por el tamiz nº 40 tiene las características de los grupos A-4 y A-5, de suelos limosos. En estos subgrupos están incluidos los suelos compuestos por grava y arena gruesa, con contenidos de limo o índices de plasticidad por encima de las limitaciones del grupo A-1 y, los suelos compuestos por arena fina con una proporción de limo no plástico, que excede la limitación del grupo  A-3.  A-2-6 y A-2-7: e en n estos subgrupos se incluyen suelos como los descritos para en los subgrupos A-2-4 y A-2-5, excepto que los finos contienen arcilla plástica con tienen las características de los grupos A-6 y A-7. La categoría de los suelos limo-arcillosos, está compuesta por los grupos A-4,  A-5, A-6 y A-7, cuyo comportamiento en explanadas de regular a malo. En esta categoría los suelos se clasifican en los distintos grupos, atendiendo únicamente a su límite líquido y a su índice de plasticidad.  

 

La clasificación realizada de esta manera, se complementa con el índice de grupo, que permita caracterizar mejor cada suelo dentro de los grupos, ya que estos admiten suelos con porcentajes de finos y plasticidad muy diferentes. El índice de grupo de obtiene mediante la siguiente expresión:   IG = (F - 35) [0,2 + 0,005 (LL – 40)] + 0,01 (F  – 15) (IP – 10) Siendo: F: Porcentaje en peso que pasa por el tamiz nº 200 del material inferior a 75 mm, expresado en número entero. LL: Límite líquido IP: Índice de plasticidad. El índice de grupo se expresa en números enteros positivos (un número negativo se expresará como IG = 0) y se escribe entre paréntesis, a continuación símbolos decuanto grupo menor o subgrupo por ejemplo A-2-4de (0).los Generalmente, es el IGcorrespondientes, de un suelo, mejores son las cualidades del suelo como explanada o capa de asiento del firme. Los suelos de los grupos A-1, A-3, A-2-4 y A-2-5, que pueden calificarse de buenos a excelentes, tienen un IG = 0. Un IG = 20 o mayor, corresponde a un suelo de muy mala calidad, en condiciones medias de drenaje y compactación. El valor crítico de finos es F = 35 con independencia de la plasticidad y, si el índice de plasticidad es superior a 10, este valor será F = 15. Los valores críticos del límite líquido y del índice de plasticidad serán, respectivamente, 40 y 10. Por último, hay que señalar que para calcular el IG de los subgrupos A-2-6 y A-2-7, sólo se considera el segundo sumando de la expresión. La Clasificación ASTM, establece el límite del 50% de material que pasa por La  el tamiz nº 200, para separar los suelos granulares de los suelos de grano fino; el 35% establecido por la clasificación AASHTO es más realista. Al basarse ambos sistemas en los ensayos, resulta interesante utilizarlos de forma simultánea, para tener así una clasificación más completa del suelo.

 

 

Cuadro 5. Clasificación de Suelo % DE SUELO MAS FINO Tamiz Nº

A

B

C

4 10 20 40 60 100 200 Propiedades plásticas Wl= Wp=

68.5 36.1 21.9

7905 69.0 54.3

69.3 59.1 48.3 38.5 28.4 19.8 5.1

34.1 16.5

53.5 31.6

No plástico (NP)

Descripción visual

 Arcilla arenosa y limosa, parda clara

 Arcilla limosa, trazos de grava, parda oscura 

 Arena muy gravosa gruesa, parda media

Fuente: BOWLES, Joseph. Laboratorio de Mecánica de Suelos.  Para clasificar el suelo A:

1. Calcular el índice de plasticidad Ip = W L –  – Wp  Lp= 34.1 - 16.5 = 17.5 > 10 Por consiguiente, el vvalor alor Lp> el mínimo de 11 controla 2. Como el 21.9% del material pasa a través del tamiz Nº 200, el suelo pertenece al grupo A-2, cuyo subgrupo debe ser determinado a partir del valor Lpy WL  3. Si se procede sobre el sistema de clasificación clasificación AASHTO, de izquierda a derecha: WL= 34.111 El primer suelo que satisface dichos criterios es el A-2-6

4.  A continuación se debe calcular el índice de grupo IG el cual en general no debe ser superior a 4 para ningún suelo A-2. Para este suelo se calcula el índice de grupo y se obtiene el valor correspondiente.  a= 0, pues menos del 35% del material pasa a través del tamiz Nº.200 b= 21.9 -15.0 = 6.9  

 

C= 0 ya que W Les menor que 40. IG= 0.2 a+ 0.005ac+0.01bd IG= 0.2 (0) + 0.005(0)(6.9)+0.01(6.9)(7.6)=0.52 Y redondeando al entero más cercano se obtiene IG=1    Arcilla limosa y arenosa color pardo pardo claro A-2-6

B. Sistema de clasificación unificado USCS (Unified Soil Classification System), designación ASTM D-2487, originalmente fue desarrollado por A. Casagrande (1948), para la construcción de aeródromos durante la segunda guerra mundial. Este sistema de clasificación fue posteriormente modificado en 1952 por el mismo autor y, el cuerpo de ingenieros de la Armada de los Estados Unidos, quienes hicieron que este sistema fuera más aplicable a los propósitos ingenieriles, es decir, que ya no era aplicable al campo de la aviación. Este sistema de clasificación, actualmente goza de amplia aceptación y es el preferido por la mayor parte de los ingenieros en todo el mundo. El sistema de clasificación USCS, está basado en la determinación en laboratorio de la distribución del tamaño de partículas, el límite líquido y el índice de plasticidad. Este sistema de clasificación, también se basa en la gráfica de plasticidad, que fue obtenida por medio de investigaciones realizadas en laboratorio por A. Casagrande (1932). El material se considera grueso, si se retiene más del 50%

Grava

Es retenido

Nº. 200

Arena

Si mas del 50% de

Si mas del 50% de la

la fracción gruesa

fracción gruesa pasa

queda retenida en

por el tamiz Nº.4

tamiz Nº 4

 

El material se considera fino, si pasa mas del 50%

0.075mm

Limo o arcilla El suelo fino es: Limo (M) Arcilla (C) Orgánico (O)

 

Cuadro 6. Sistema unificado de clasificación

Fuente:  notasingenierocivil.blogspot.com  Fuente:  

 

 

 

Figura 7. Plasticidad USCS

Fuente: es.wikipedia.org 

Procedimiento 1. Determinar los ensayos en laboratorio de tamizado, límite líquido e índice de plasticidad. 2. Del análisis granulométrico, se debe determinar el porcentaje que pasa por los tamices de 3” (75 mm), Nº 4 (4.75 mm) y Nº 200 (0.075 mm).  3. A partir de los porcentajes que pasan por los tamices, se puede hallar el porcentaje retenido en cada tamiz, de la siguiente manera: R200 = 100 - F200 R4 = 100 - F4 R3” = 100 - F3” 

4. Si el 100% del total de la muestra pasa por el tamiz de 3” (75 mm), cal cular el porcentaje de material retenido o con diámetro mayor a este tamiz y al final del ensayo, de clasificación, anotar junto al resultado, el porcentaje de este material retenido (cantos rodados y/o guijarros), incluyendo el tamaño máximo de partícula.  

 

5. Determinar si el peso retenido en el tamiz Nº 200 (R200) es mayor, menor o igual al 50% del peso total de la muestra seca: Si: R200 > 50

Entonces, se tiene un suelo de grano grueso, ir al paso 7.

R200 ≤ 50 

Entonces, se tiene un suelo de grano fino, ir al paso 9.

6. Si el suelo es de grano grueso, se debe determinar si la relación entre el porcentaje de suelo retenido en el tamiz Nº4 y el tamiz Nº 200 es mayor, menor o igual a 0.5:

Si:

El suelo es gravoso.

El suelo es arenoso.

7. A partir de los resultados de laboratorio, se determinan todos los valores de los parámetros requeridos requeridos en el cuadro cuadro 6.3, para poder cla clasificar sificar el suelo, como por ejemplo, el coeficiente de gradación, coeficiente de uniformidad, límite líquido e índice de plasticidad y, o el suelo que se ajuste a todos los criterios, es el símbolo de grupo correcto. 8. Si el suelo es de grano fino, a partir de los resultados en laboratorio del límite liquido e índice de plasticidad, se procede a clasificar el suelo según el cuadro 6-3 y en el suelo que se ajuste a todos los criterios, es el símbolo de grupo correcto.

 

 

4.1.8 Determinación de la Densidad Relativa Laboratorio Nº8 Referencia  ASTM  ASTM D2049-69 (1973)

Objetivo Determinar el estado de densidad de un suelo no cohesivo, con respecto a sus densidades máximas máximas y mínimas, Para obtener la densida densidad d de compactación en un suelo cohesivo.

Definición Expresada en porcentaje, es el grado de capacidad de un suelo, referido a sus estados más sueltos y, más compactos que se obtienen, siguiendo está los procedimientos de laboratorio que se indican; matemáticamente expresado por la siguiente fórmula:   DR

Donde

e

V V    

V S 



emax emax





e

emin



100

 

 

e: índice de huecos VV: Volumen de vacíos. VS: Volumen de sólidos. Debido a que en terreno, lo que se determina directamente es la densidad seca, S, esta fórmula conviene expresarla en función de densidades secas:

1

1 

 DR



  d  min

1

  d 

1 

  d  min

 

  d  max



100  

 

(Debe observarse que a d max corresponde emin y que a d min corresponde emax) De la definición se desprende que, la densidad relativa varía entre 0 (e max,d min) y 100 (emin,d max) Métodos usados en esta experiencia El cálculo de la densidad relativa de un suelo natural o relleno artificial requiere, de acuerdo a la fórmula, las siguientes determinaciones: a) Densidad seca del ssuelo uelo in situ; siendo la dens densidad idad seca la razón entre el el peso del suelo seco y el volumen total ocupado por el suelo, se hace necesario determinar estos valores; la dificultad reside en la determinación del volumen ocupado por el suelo para, lo cual existen diversos métodos. Entre ellos, el método del cono de arena, es el de uso más frecuente; es una determinación que se realiza en terreno. b) Densidad máxima seca; es una determinación que se realiza en laboratorio. El procedimiento más utilizado es el método de mesa vibradora; tiene dos variantes; método seco y húmedo. Por razones de tiempo, usaremos el método seco. c) Densidad mínima seca; es una determinación determinación que sse e realiza en laboratorio.

Equipo

 

  

Molde patrón de compactación o molde de volumen calibrado. Equipo de vibración manual o mecánica.

1. Cada grupo debe tomar una muestra de suelo no cohesivo secada al horno desde el recipiente de suministro respectivo; asegúrense de romper los grumos todavía existentes antes de utilizar el material,   2. utilizar un molde patrón de compactación; usar el mismo molde para la determinación del estado de densidad máximo y mínimo, de forma que no sea necesario determinar otra vez ni las dimensiones del molde ni calcular su volumen, 

 

 

3. Hacer tres ensayos de densidad máxima colocando el material en el molde patrón en 5 capas, cada una de ellas compactada con un bloque redondo de acero de por lo menos 12 kg o mediante ayuda de otros estudiantes para confinar el suelo utilizando una placa de confinamiento mientras que otra persona da de 15 a 25 golpes secos a los lados del molde (de acuerdo con las especificaciones del instructor) condeun martillo decapas; caucho; asegurarse de registrar en el informe el número golpes y de después de cada ensayo, volver a mezclar cuidadosamente el suelo de ensayo con el que haya quedado en el recipiente para el siguiente ensayo; utilizar la máxima densidad obtenida, no el promedio de las determinaciones, como el valor característico de la densidad máxima del suelo   4. A continuación, utilizando el mismo suelo y molde echar el material en el molde, y distribuirlo ligeramente con un movimiento circular sobre el molde; colocar suficiente material como para que sobresalga ligeramente del molde y luego con una regla quitar el exceso con el mínimo posible de vibración; obtener el peso; repetir esta determinación a lo menos dos veces más; utilizar la menor densidad obtenida como el valor de la densidad mínima del suelo,  

 

 

4.1.9 ENSAYO DE LA REALIDAD DE SOPORTE SOPORTE DE CALIFORNIA (CB (CBR) R) Laboratorio Nº 9 Referencias  AASHTO T193-63  ASTM D1883-73

Objetivo Es determinar la capacidad de soporte (CBR) de suelos y agregados compactados en el laboratorio, con una humedad óptima de ccompactación ompactación variable.

Definición No basta con especificarnoel solo gradodensidades de compactación suelo. Dosóptimas suelos diferentes alcanzarán secas de y un humedades diferentes en el ensayo de compactación, sino que el material, al estar constituido por partículas diferentes, tendrá un comportamiento en términos de ingeniería, diferente. Por ello, se hace necesario un parámetro adicional, que considere la capacidad de soporte del suelo en sí mismo, para esas condiciones de compactación. El ensayo de soporte de California, se desarrolló por parte de la División de Carreteras de California, en 1929, como una forma de clasificar la capacidad de un suelo para ser utilizado como subrasante o, material de base en construcción de carreteras. El ensayo CBR (la ASTM denomina el ensayo, simplemente un ensayo de relación de soporte) mide la resistencia al corte de un suelo bajo condiciones de humedad y densidad controladas. El ensayo permite obtener un número asociado a la capacidad de soporte.

Equipo   Equipo de CBR.    Molde de compactación de 15.2 cm de diámetro x 17.8 c cm m de altura (con collar).    Disco espaciador de 15.1cm de diámetro x 6.14 cm de altura.   Martillo de compactación, de 18 pulgadas de caí caída da y peso d de e 10 libras.    Máquina de compresión equipada con pistón de p penetración enetración CBR.



 

 

Exposición general El CBR, se define como la relación de la carga unitaria (por pulgada cuadrada) necesaria para lograr una cierta profundidad de penetración dentro de la muestra de suelo, compactada a un contenido de humedad y densidad dadas, con respecto a la carga unitaria patrón requerida para obtener la misma profundidad de penetración en una muestra estándar de material triturado. En forma de ecuación, esto se puede expresar como:

            ∗ 100(%)

 

Los valores de carga unitaria que deben utilizarse en la ecuación son:

Cuadro 8. Penetración y Carga unitaria Penetración  mm  Pulgada  2,54  0,1  5,08  0,2  7,62  0,3  10,16  0,4  12,7  0,5 

Carga unitaria patrón  Mpa  Kg/cm2  psi  6,90  70,00  1000  10,30  105,00  1500  13,10  133,00  1900  15,80  162,00  2300  17,90  183,00  2600 

Fuente: BOWLES, Joseph. Laboratorio de Mecánica de Suelos.

El número CBR, usualmente se basa en la relación de carga para una penetración de 2.54 mm (0,1”), sin embargo, si el valor del CBR para una penetración de 5.08 mm (0,2”) es mayor, dicho valor debe aceptarse como

valor final de CBR.

Los ensayos de CBR, se hacen usualmente sobre muestras compactadas al contenido de humedad óptimo para el suelo específico, determinado utilizando el ensayo de compactación estándar. A continuación, utilizando los métodos 2 o 4 de las normas ASTM D698-70 ó D1557-70 D1557-70 (para el molde de 15.5 cm d de e diámetro), se deben compactar muestras, utilizando las siguientes energías de compactación:  

 

Cuadro 9. Energías de Compactación

D698 

Método  2 (suelos de grano fino)  4 ( suelos gruesos)  

D1557  2 (suelos de grano fino)  4 (suelos gruesos) 

Golpes 56  56 

Capas 3  3 

Peso del martillo N 24,5  24,5 

56  56 

5  5 

44,5  44,5 

Fuente: BOWLES, Joseph. Laboratorio de Mecánica de Suelos.  A menudo se compactan dos moldes de suelo: uno para penetración inmediata y otro para penetración después de dejarlo saturar por un periodo de 96 horas; este último se sobrecarga con un peso similar al del pavimento, pero en ningún caso menor que 4.5 kg. Es necesario durante este periodo, tomar registros de expansión, para instantes escogido sarbitrariamente.

En ambos ensayos, se coloca una sobrecarga sobre la muestra de la misma magnitud de la que se utiliza durante el ensayo de expansión. El ensayo sobre la muestra saturada, cumple dos propósitos:

1. Dar información sobre la expansión esperada en el suelo bajo la estructura de pavimento cuando el suelo se satura. 2. Dar indicación de la pérdida de resistencia, debida a la saturación en el campo.

El ensayo de penetración, se lleva a cabo en una máquina de compresión, utilizando una velocidad de deformación unitaria de 1.27 mm/min. Se toman lecturas de carga versus penetración cada 0.64 mm de penetración, hasta llegar a un valor de 5.0 mm, a partir del cual se toman lecturas con velocidades de penetración de 2.5 mm/min, hasta obtener una penetración total de 12.7 mm.  El ensayo de CBR se utiliza para establecer una relación entre el comportamiento de los suelos, principalmente utilizados como bases y subrasantes bajo bajo el pavimento de carreteras y aeropistas. El siguiente cuadro da clasificación típica.  

 

Cuadro 10. Clasificaciones Típicas de los Suelos cuadroB

Clasificación general 

usos 

R  0 - 3  3 - 7 

muy pobre  pobre a regular  

subrasante  subrasante 

7 - 20 

regular  

sub-base 

20 - 50 

bueno 

base,subbase 

> 50 

excelente 

base 

Sistema de Clasificación  Unificado  AASHTO  OH,CH,MH,OL   A5,A6,A7  OH,CH,MH,OL   A4,A5,A6,A7  OL,CL,ML,SC  SM,SP  GM,GC,W,SM  SP,GP  GW,GM 

 A2,A4,A6,A7   A1b,A2-5,A3   A2-6   A1-a,A2-4,A3 

Fuente: BOWLES, Joseph. Laboratorio de Mecánica de Suelos. Procedimiento 1. Preparar una muestra de suelo de grano fino (en cantidad suficiente para hacer 6 probetas) menor que el tamiz # 4, al contenido de humedad óptima del suelo determinado con el ensayo de Proctor Modificado.

2. Antes de compactar el suelo en los moldes, tomar una muestra representativa, para determinar su contenido de humedad (por lo menos 100 g, si el suelo es de grano fino).

3. Pesar los moldes sin su base ni el collar.

4. Para cada molde, ajustar el molde a la base, insertar el disco espaciador en el molde y cubrirlo con un disco de papel filtro. 5. Fabricar 6 probetas de 5 capas cada una: 2 de 12 golpes por capa, 2 de 26 golpes por capa y 2 de 56 golpes por capa; dejar saturando una muestra de 12, de 26 y de 56 golpes por capa.

6. Para cada molde retirar la base, el collar y el disco espaciador, pesar el molde con el suelo compactado y, determinar el peso unitario total del suelo.

 

 

7. Colocar un disco de papel filtro sobre la base, invertir la muestra y asegurar el molde a la base, de forma que el suelo quede en contacto con el papel filtro. 8. Para muestras no saturadas, llevar a cabo los pasos 8 a 10:

9. Colocar suficientes pesas ranuradas (no menos de 4.5 kg) sobre la muestra de suelo, para simular la presión de sobrecarga requerida.

10. Colocar la muestra en la máquina de compresión y sentar el pistón sobre la superficie de suelo, utilizando una carga inicial no mayor de 4.5 kg. Fijar el cero en los deformímetros de medida de carga y de penetración (o deformación).

11. Hacer lecturas de deformación o penetración y tomar las respectivas lecturas del deformímetro de carga. Extruir la muestra del molde y tomar dos muestras representativas adicionales para contenido de humedad. Para muestras no saturadas:

12. Colocar la placa perforada con el vástago ajustable, sobre el suelo compactado y, aplicar suficientes pesas para obtener la sobrecarga deseada, cuidando que no sea inferior a 4.5kg. Asegurarse de usar un disco de papel filtro entre la base perforada del vástago y el suelo, para evitar que el suelo se pegue a la base del vástago.

13. Sumergir el molde y las pesas en un recipiente en agua, de forma que el agua tenga acceso tanto a la parte superior como a la parte inferior de la muestra y, ajustar el deformímetro de carátula (con lecturas al 0.01 mm) en su respectivo soporte; marcar sobre el molde los puntos donde se apoya el soporte, de forma que pueda removerse y volver a colocarlo sobre el molde en el mismo sitio, cuando se desee hacer una lectura.

14. Ajustar el cero del deformímetro de expansión y registrar el tiempo de comienzo del ensayo. Tomar las lecturas a 0, 1, 2, 4, 8, 12, 24, 36, 48, 72 y 96 horas de tiempo transcurrido; el ensayo de expansión puede terminarse  

 

después de 48 horas, si las lecturas en el deformímetro de expansión se mantienen constantes, por lo menos durante 24 horas.

15. Al final de las 96 horas de inmersión, sacar la muestra y dejarla drenar por espacio de15 minutos; secar completamente la superficie superior de la muestra, con toallas de papel.

16. Pesar la muestra sumergida, incluyendo el molde.

17. Realizar los pasos 8 al 10 para cada muestra.

18. Tomar muestras para contenido de humedad, de las muestras saturadas, de la siguiente forma: 2 dentro de los 3 cm superiores del suelo 2 dentro de los 3 cm inferiores del suelo 2 en el centro de la muestra de suelo.

 

Cálculos 1. Dibujar una curva de resistencia a la penetración en libras por pulgada cuadrada (psi), versus la penetración en pulgadas o mm, en un mismo gráfico, las muestras secas y en otro, las muestras saturadas. Dibujar posteriormente estas curvas en un mismo gráfico, comparando las resistencias secas y saturadas.

2. Calcular el CBR para una penetración de 0.01 pulgadas (carga patrón 3000 psi) para los 6 ensayos; dibujar en un mismo gráfico la curva CBR (%) versus densidad seca (kg/cm3), una curva para las muestras secas y otra para las muestras saturadas. Realizar otro gráfico con las mismas características, para una penetración de 0 0.02 .02 pulgadas (carga patrón 4500 psi). psi).  

 

4.1.10 Peso Unitario Laboratorio Nº 10

Referencia Objetivo Determinar el peso unitario saturado y seco, implícitamente mediante relaciones se pesovolumen que involucren el peso unitario húmedo y otros valores conocidos conocidos..

Definición El peso unitario es definido como la masa de una masa por unidad de volumen. El peso unitario del suelo varía de acuerdo al contenido de agua que tenga el suelo, que son: húmedo (no saturado), saturado y seco.

Equipo                   

Horno de secado, temperatura constante 110 °C. Balanza de precisión, aproximación 0. 01 g. Parafina Recipiente de acero inoxidable. Recipientes metálicos. Balde de plástico. Calibrador, aproximación 0.05 mm. Canastilla de malla de acero. Cuchillas metálicas.

 

Espátula y brocha.    Franela.

Exposición general



El peso unitario húmedo ( ), es definido como el peso de la masa de suelo en estado no saturado por unidad de volumen, donde los vacíos del suelo contienen tanto agua como aire, que será:

 

=  

El peso ( d), seque define como el peso de suelo sin contenido de agua porunitario unidad seco de volumen, se escribe:  



 



El peso unitario saturado ( sat), se define como el peso de suelo en estado saturado por unidad de volumen, donde los espacios vacíos están llenos de agua, que será:



El Peso unitario del agua (y w), es peso del agua por unidad de volumen, que será:

Debido a que la gravedad es: g=9.81 m/s2 y la densidad del agua es: w=1000 kg/m3, el peso unitario del agua será: gw = 9.81 KN/m3.



El peso unitario unitario su sumergi mergido do ( ), se conoce como como a la diferenc diferencia ia del peso unitario húmedo del suelo y el peso unitario del agua, que será:

Tabla 6. Valores típicos del peso unitario seco para algunos suelos. Tipo de suelo Arena uniforme suelta Arena uniforme densa Arena limosa suelta Arena limosa densa Arcilla dura Arcilla blanda Arcilla orgánica suave

e 0.8 0.45 0.65 0.4 0.6 0.9-1.4 2.5-3.2

W% típico 30 16 25 15 21 30-50 90-120

  /³

 

14.5 18 16 19 17 11.5-14.5 6-8

Fuente: apuntesingenierocivil.blogspot.com  El valor del peso unitario del suelo, dependerá del contenido de humedad cómo del tipo de partículas que componen el suelo. Una manera de determinarlo es midiendo la masa del suelo y el volumen que ocupa esta misma masa de suelo.  

 

La masa total de la masa de suelo al aire será: M1.

Si se cubre la masa cera, el objetivo de impermeabilizarla, la masa de la masa totaldedesuelo suelocon más ceracon al aire será: M2. La masa de la cera que cubre la masa de suelo será:

Mcera = M2 – M1 El volumen de la cera que cubre la masa de suelo será:

La masa de la masa de suelo más cera, ambas sumergidas en agua será: M3. Según al principio de Arquímedes, la masa del agua que es desplazada por el volumen que ocupa el suelo más cera, será:

El volumen de agua desplazada por la masa de suelo más cera, será:

 

 

Por lo general, el peso unitario del suelo es expresado en KN/m3. El peso unitario saturado y seco, puede ser determinado implícitamente mediante relaciones de peso-volumen que involucren, el peso unitario húmedo y otros valores conocidos.

Procedimiento Determinar las apreciaciones de los equipos de medición, pesar los recipientes y anotar el peso con su respectiva identificación.

Peso unitario del suelo de forma regular

1. Determinar y registrar el peso de las muestras de suelo de forma regular (W). 2. Realizar varias mediciones con el calibrador del diámetro y la altura de las muestras y, registrar los valores promedios correspondientes, que permitan determinar sus volúmenes (V).

Peso unitario del suelo de forma irregular

1. Si la muestra se encuentra recubierta con parafina, desechar la capa de este material.

2. Colocar parafina en un plato metálico y poner a derretir en la estufa; una vez derretida, dejar enfriar ligeramente.

3. Determinar el peso de las muestras de suelo (W).

 

 

4. Inmediatamente, sumergir la muestra de suelo en la parafina derretida o, con una brocha recubrir de parafina en varias capas, de tal manera que no haya aberturas o huecos que permitan el ingreso de agua a la muestra. 5. Dejar que la parafina se enfríe totalmente.

6. Determinar y registrar el peso de las muestras de suelo más parafina en el aire y, por diferencia, determinar y registrar el peso de la parafina.

7. Colocar la muestra de suelo más parafina en la canastilla; el conjunto, sumergir en el agua de tal forma que está cubra totalmente a la muestra más parafina.

8. Determinar y registrar el peso del conjunto en el agua, por diferencia, determinar y registrar el peso de la muestra de suelo más parafina en el agua.

9. Este paso debe hacerse lo más rápidamente posible con la parafina bien fría y seca, a fin de evitar que el agua fría rompa la capa de parafina y la muestra absorba agua; de suceder esto, deberá repetirse todo el procedimiento.

 

 

4.1.11 Compresión Inconfinada Laboratorio Nº11 Referencia  AASHTO T208-70  ASTM 2166-66

Objetivo Determinar la resistencia a compresión, mediante la aplicación de cargas axiales en una probeta cilíndrica compuesta de una muestra de suelo cohesivo, bajo condiciones inalteradas o de remoldeo. En suelos granulares o sin cohesión no es aplicable este ensayo, por la dificultad de moldear la muestra .

Definición Cuando serecuperadas introdujo por con primera vez del el método muestras de suelo cohesivo, tubos campodeenensayar compresión simple, fue aceptado ampliamente como un medio para encontrar rápidamente la resistencia al corte de un suelo.

Equipo              



Aparato de compresión. Extractor de muestras. Deformímetro. Micrómetro. Cronómetro. Balanza. Misceláneo.

Exposición general Utilizando la construcción del circulo de Mohr, es evidente que la resistencia al corte  o cohesión (símbolo  c   ) de una muestra de suelo, puede ser calculada aproximadamente como: c   =  qu/2  

Donde qu se utiliza siempre para representar la resistencia a la compresión inconfinada del suelo. Este cálculo se basa en el hecho  que el esfuerzo principal menor  s3 es cero (atmosférico) y que el ángulo de fricción f ricción interna f  del  

 

suelo, se supone cero. Esta condición f  = 0 es la misma obtenida en el ensayo no consolidado no drenado, del experimento Triaxial sobre un suelo saturado. El experimento de compresión inconfinada puede hacerse con control de deformación unitaria o control de esfuerzo. El experimento de deformación unitaria universalmente utilizado, controlar la velocidadesdecasi avance de la plataforma  de para carga.simplemente Para garantizar buenos resultados, es conveniente una velocidad de deformación unitaria entre 0.5 y 2%/min(es decir, un espécimen de  50 mm, a una tasa de deformación unitaria de 1%, debería comprimirse a una velocidad de 0.50 mm / min). Esto se debe hacer, debido a que el ensayo es bastante sensible a la tasa de deformación unitaria. El ensayo debe hacerse antes de 10 minutos, para que la humedad de La muestra no se altere. Las muestras de suelos se prueban hasta que la carga en la muestra comience a decrecer o, hasta que por lo menos haya desarrollado una deformación unitaria del 20%. Se efectúan cálculos de esfuerzo y deformación unitaria axial, de forma que se pueda dibujar una curva esfuerzo  –  deformación unitaria, para obtener el máximo esfuerzo, que se toma como la resistencia a la compresión inconfinada qu del suelo. La relación longitud diámetro de las muestras para el experimento, debería ser suficientemente grande para evitar interferencias de planos potenciales de falla a 45° y, suficientemente corta para no obtener falla de columna. La relación L/d  que satisface estos criterios, es: 2