Manual de Mecanica de Suelos I-final

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1

UNIVERSIDAD NACIONAL DE HUANCAVEL HU ANCAVELICA ICA ING. CIVIL-LIRCAY

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A nuestra primera casa superior de estudios "Universidad Nacional de Huancavelica" por habernos acogido en sus aulas, a los catedráticos de la facultad de ingeniería de Minas y Civil, en especial a los docentes de la escuela académica profesional de ingeniería Civil-Lircay, por haber compartido sus valiosos conocimientos para nuestra formación profesional.

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En primer lugar damos gracias a Dios, por su bondad, por darnos la vida y el camino hacia el éxito. éxito. A nuestra familia, en especial a nuestros padres y hermanos por su cariño, comprensión, su esfuerzo y apoyo incondicional que nos brindan, por su perseverancia en motivarnos motivarnos a luchar, para alcanzar las metas anheladas y transformar en realidad nuestros sueños y aspiraciones. Por todo eso y mucho más, nuestro esfuerzo se lo dedicamos a ellos.

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ÍNDICE

pág.

Agradecimientos…………………………………………………………….

03

Dedicatoria…………………………………………………………………….

04

Guía general para las prácticas de laboratorio………………… laboratorio…………………

06

Muestreo del suelo…………………………………………………………

11

Contenido de humedad…………………………………………………..

16

Peso volumétrico de suelo cohesivo………………………………..

24

Limite líquido y limite plástico………………………………………..

30

Límite de contracción…………………………………………………….

51

Análisis granulométrico……………………………………………….…

54

Proctor estándar y modificado……………… modificado…………………………… ………………………… ……………

68

Índice de soporte de california (c.b.r.)……………………….…… (c.b.r.)……………………….……....

82

Bibliografía…………………………………………………….……………….

101

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5

I.-

GUIA GENERAL PARA LAS PRACTICAS DE LABORATORIO

1. Para lograr una mayor eficiencia en la ejecución de las prácticas es necesario que se preste debida atención a las orientaciones emitidas por el instructor de la práctica.

2. En la elaboración del Informe, el estudiante debe formar pequeños grupos de tres-cinco personas como máximo.

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

II.-

INSTRUCCIONES PARA EL TRABAJO DE LABORATORIO

•

•

Atender las indicaciones indicaciones del instructor. Consultar con el instructor el material y equipo a usar.

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE HUANCAVELICA ING. CIVIL-LIRCAY

•

Al operar un equipo por primera vez, consultar previamente al instructor.

•

Todo el material empleado debe ser usado de una manera económica.

•

Cuidar las piezas pequeñas del equipo tales como pesas, balanzas, tamices, etc. Cualquier daño del equipo deberá ser reportado de inmediato. Daño o pérdida debida a descuido será cargado a la persona responsable del daño.

•

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

•

Al terminar la práctica se limpiara el equipo y se eliminarán los desperdicios resultantes, tanto de los bancos de trabajo como del piso.

•

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

III.-

REPORTES:

1. Se entregarán al inicio de los exámenes parciales. 2. Se entregarán en grupos de cinco personas como máximo. 3. Deberá ser breve y claro. 4. Es conveniente que en la portada del reporte se incluya la siguiente información.

a.

Universidad Nacional de Huancavelica Facultad de Ing. Minas Civil Escuela académica profesional de Ingeniería Civil-Lircay

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Laboratorio de Mecánica de Suelos, Tecnología de Concreto y Asfalto.

b.

Título del ensaye.

c.

Número del ensaye.

d.

Código del estudiante.

e.

Grupo de práctica.

f.

Profesor de teoría y práctica.

g.

Fecha de Entrega

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

5. Para una mejor exposición escrita del trabajo, es necesario organizarlo de una manera lógica, y con toda la información correspondiente. Conviene recordar que un reporte se escribe pretendiendo que sea comprensible incluso por personas que no han visto el ensaye, y que dependiendo de la forma de exposición del trabajo escrito se puede lograr este objetivo. A manera de sugerencia y ejemplo se presenta el siguiente ordenamiento en la presentación del reporte:

a.

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

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b.

Presentar un INDICE del contenido del reporte, a fin de facilitar la búsqueda de información en el texto.

c.

Definir bien los OBJETIVOS, del ensaye, estableciendo adecuadamente el propósito y significado del mismo. Conviene recordar que los objetivos se entienden como la aplicación práctica de los resultados y conocimientos adquiridos.

d.

Describir los MATERIALES empleados en el ensayo, brindando la información pertinente como tipo de material, procedencia, etc.

e.

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

Para lograr una mejor

visualización del tipo de equipo y su operación, puede acudirse al auxilio de diagramas o gráficas.

f.

PRESENTACIÓN DE DATOS, CALCULOS.-

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

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Deberá tenerse sumo cuidado al elaborar una tabla o diagrama. Estos deberán ser tan claros como sea posible, completos por sí mismo, y en el caso ideal, deberán contener la información deseada sin necesidad de buscar referencia en el texto.

g.

ANÁLISIS

E

INTERPRETACIÓN

DE

RESULTADOS,

CONCLUSIONES:

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

h.

Hay que recordar que el reporte debe escribirse en lenguaje técnico

y

construcción

gramatical

correcta,

incluyendo

REFERENCIA usada. No se debe escribir en primera persona (yo, nosotros), si no en la tercera (se hizo, se calcularon). El estudiante debe apreciar claramente la importancia que significa un reporte, ya que deberá efectuarlo como elemento esencial de la mayor parte de su trabajo como ingeniero, y que de la práctica a que se somete en el Laboratorio en la redacción de informes y en la representación de los datos de una manera técnica, obtiene un gran beneficio.

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MUESTREO DEL SUELO

OBJETIVOS Que el estudiante adquiera los conocimientos teórico-prácticos en la exploración de los suelos. Que los estudiantes, efectúen un método de exploración de campo (sondeo manual). Que los estudiantes desarrollen habilidades para poder realizar un muestreo adecuado de los suelos, así como la identificación en el campo de los suelos, considerándose su textura, plasticidad, color, etc. Que los estudiantes observen la variación de la humedad, en las muestras obtenidas en el campo a diferentes profundidades.

Muestreo: Consiste en la obtención de una porción del material con el que se pretende construir una estructura o bien del material que ya forma parte de la misma, de tal manera que las características de la porción obtenida sean representativas del conjunto. El muestreo, además, incluye las operaciones de envase, identificación y transporte de las muestras. El muestreo comprende dos tipos de muestras:

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TIPOS DE MUESTRA

1.1 Muestras alteradas, son aquellas que están constituidas por el material disgregado o fragmentado, en las que no se toman precauciones especiales para conservar las características de estructura y humedad; no obstante, en algunas ocasiones conviene conocer el contenido de agua original del suelo, para lo cual las muestra se envasan y transportan en forma adecuada. Las muestras alteradas, de suelos podrán obtenerse de una excavación, de un frente, ya sea de corte o de banco o bien, de perforaciones llevadas a profundidad con herramientas especiales. Las muestras deberán ser representativas de cada capa que se atraviese, hasta llegar a una profundidad que puede corresponder al nivel mas bajo de explotación, al nivel de aguas freáticas o aquél al cual sea necesario extender el estudio. El peso mínimo de la muestra será de 80 Kg. Que es la cantidad de suelo que comúnmente se requiere para realizar las pruebas en materiales de terracerías. Esta cantidad deberá obtenerse de una muestra representativa mediante el procedimiento de cuarteo.

El espaciamiento de los sondeos y el número de muestras que se tomen deberán estar de acuerdo con la homogeneidad del suelo y el tipo de estudio de suelo de que se trate. En suelos que se presenten pocas variaciones en sus características, el espaciamiento de los sondeos será

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mayor que en los suelos heterogéneos. Igualmente, en los estudios preliminares el espaciamiento será mayor que en los estudios definitivos. Equipos y materiales que se emplean en la obtención de muestras alteradas:



Picos



Palas



Barretas



Pulsetas



Posteadoras



Barrenas helicoidales



Tubos galvanizados para extensiones o Llaves Stillson



Sacos o costales

1.2 Muestras inalteradas, que son aquellas en las que se conserva la estructura y la humedad que tiene el suelo en el lugar donde se obtenga la muestra.

Las muestras inalteradas se obtendrán de suelos finos que puedan labrarse sin que se disgreguen. La obtención puede efectuarse en el piso o en las paredes de una excavación, en la superficie del terreno natural o en la de una terracería. La extracción para obtener la muestra deberá de ser de dimensiones tales que permitan las operaciones de labrado y extracción de la misma.

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Los equipos y materiales que se utilizan para la obtención de las muestras inalteradas:



Picos



Palas



Barretas



Cuchillos



Espátulas



Cucharas de albañil



Machetes



Arcos con alambre acerado



Estufa



Brochas



Cinta métrica de 20 mts de longitud



Flexómetro



Recipiente metálico



Manta de cielo



Brea



Parafina



Cajón de madera

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Procedimiento para la extracción de las muestras inalteradas:

Si la muestra va ser obtenida en el piso de una excavación o de una superficie prácticamente horizontal, se marca un cuadro de 40 cms. por lado aproximadamente, con el objeto de labrar un cubo de suelo de las dimensiones mencionadas, se excava alrededor de las marcas con la herramienta apropiada, sin dañar la estructura de la muestra ya sea por presión o por impacto; se profundizará lo necesario para poder efectuar un corte horizontal en la parte inferior de la muestra. Inmediatamente después de haber realizado dicho corte y sin levantar la muestra, se cubre ésta con una manta de cielo recién embebida en una mezcla previamente preparada, de 4 partes de parafina, por una parte de brea, licuadas por medio de calor; la manta así preparada deberá quedar bien adherida a la muestra. Una vez protegidas las 5 caras descubiertas, se procede a separar la muestra cuidadosamente para no dañarla e inmediatamente después, se procede a cubrirla igual que las otras caras. A continuación se aplica con una brocha, otra capa de parafina y brea fundidas y aprovechando la temperatura de la mezcla, se fija la tarjeta de identificación en la cara que originalmente estaba en la parte superior.

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CONTENIDO DE HUMEDAD NORMA: ASTM D 2216-98 Objetivo: 

Explicar en forma general el procedimiento que se debe desarrollar para la determinación del contenido de humedad de un suelo, conforme a la norma ASTM D 2216-98.



Determinar el valor del contenido de agua del suelo mediante los datos obtenidos durante el ensayo.



Definir el concepto de contenido de agua (humedad) de un suelo, según la norma ASTM D 2216-98.

Definición: Es la relación de la masa de agua contenida en los poros o agua libre en una masa dada de material, respecto a la masa de las partículas sólidas de ese material, expresada como porcentaje.

Fórmula:

    ℎ −   ω= ∗ 100 = ∗ 100 = ∗ 100      

Donde:

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W

:

Humedad

Wh

:

Peso de muestra húmeda

Ws

:

Peso de muestra seca

DESARROLLO DE LA PRÁCTICA La práctica consistirá en la realización de un sondeo manual de 1.50 a 3 metros de profundidad, además se obtendrán muestras alteradas que serán clasificadas en el campo con la vista y el tacto:

Material y Equipo Pala.

•

Barra.

•

Posteadora.

•

Balanza: De capacidad conveniente y con las siguientes.

•

Aproximaciones: de 0.1 g para muestras de menos de 200 g de 0. 1 g para muestras de más de 200 g. Su precisión variará dependiendo de la cantidad de la muestra a ensayar, según lo indicado en la tabla. Cantidad de muestra a ensayar (g) Precisión de balanza (g) <200

0.01

200 - 2000

0.1

>2000

1

Fuente: Norma ASTM D 4753-98, volumen 04.08 (American Society for Testing and Materials)

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Tara para humedad. Recipientes apropiados fabricados de material

•

resistente a la corrosión, y al cambio de peso cuando es sometido a enfriamiento o calentamiento continuo.

Horno: Horno de secado termostáticamente controlado, capaz de

•

mantener una temperatura de 110 ± 5°C.

Cucharón

•

Charola

•

•

Bolsas plásticas, tarjetas para Identificar las muestras.

Procedimiento sondeo manual •

Localizar el sitio donde se realizará la excavación.

•

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

•

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

•

Realizar la excavación, inicialmente se utilizará la barra y la pala. A medida que se profundiza se pueden ir utilizando el resto del equipo (palín doble, posteadora, etc), en dependencia del tipo de suelo que se encuentre que facilite el trabajo de excavación.

•

Al ir avanzando en la excavación se debe ir observando la variación de los estratos, considerando básicamente el tamaño de las partículas y el color, los distintos estratos que se obtengan se deben colocar a un lado de la excavación separados entre si y en el orden que se van obteniendo.

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•

Cuando se llegue a la profundidad proyectada (1.5-3 m) , se procede a la descripción de los suelos que corresponden a cada estrato. Luego se muestrea cada estrato por separado, esto consiste en colocar suficiente cantidad de material de cada estrato en bolsas de plástico con su correspondiente tarjeta que identifica a cada muestra y posteriormente trasladarla al laboratorio.

•

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

•

La masa mínima del material húmedo seleccionado para ser representativo de la muestra total (horno), estará de acuerdo a la siguiente tabla:

Tamaño máximo

Tamaño nominal

Masas mínimas recomendadas del

Masas mínimas recomendadas

de la partícula

de la malla

espécimen húmedo de ensayo, para

del

el contenido de humedad a ser

ensayo, para el contenido de

reportado al ±0.1 %

humedad a ser reportado al ±1 %

2 nun o menor No. 10

20 g

20 g

4.75 mm

No. 4

100 g

20 g

9.5 mm

3/8 pulgadas

500 g

50 g

19.0 mm

3/4 pulgadas

2.5 Kg

250 g

37.5 mm

1 1/2 pulgadas

10 Kg

1 Kg

75.0 mm

3 pulgadas

50 Kg

5 Kg

(100% pasa)

espécimen

húmedo

de

Fuente: Norma ASTM D 2216-98, volumen 04.08 (American Society for Testing and Materials)

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Procedimiento para contenido de humedad

a) Pesamos, la muestra con el respectivo envase, en este caso el peso de la muestra debe ser superior a los 20g. Previo a ello hemos pesado el envase, este peso no se deberá tomar en cuenta dentro de los cálculos, por lo que daremos los pesos descontando el peso del envase. Para nuestro caso el peso total está conformado por el envase con el peso de la muestra. b) Evaporamos, la muestra en el homo por un espacio de 24 horas (hasta que el peso de la muestra sea constante) en el horno a una temperatura superior a los 110oC. Esto con la finalidad de evaporar la presencia del líquido presente en la muestra.

FOTO TOMADO AL MOMENTO DEL PESADO DE LA MUESTRA

c) Dejamos asentar, la muestra por un periodo de 5 minutos para lo cual la hemos tapado con la finalidad de que no absorba humedad, presente en el aire.

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FOTO TOMADA AL MOMENTO DEL ASENTAMIENTO DE LA MUESTRA SECA

d) Pesamos, nuevamente la muestra esta vez casi sin la presencia de agua, esto con la finalidad de obtener el peso de la muestra seca. e) Comparamos, mediante una razón la cantidad del agua (Que es la diferencia entre la el peso de muestra - el peso de la muestra seca), con el peso del suelo seca. f) Calculamos, mediante la formula el % de humedad de la muestra. =

 ∗ 100 = 

PRUEBA NUMERO

1

PESO DE LA TARA + PESO DEL SUELO HUMEDO 156.3

2

3

UNIDADES

156.3

156.3

gr

PESO DE LA TARA + PESO DEL SUELO SECO

144.80 144.80 144.80 gr

PESO DEL AGUA CONTENIDA

11.50

11.50

11.50

gr

PESO DE LA TARA

50.26

37.20

37.20

gr

PESO DEL SUELO SECO

94.54

107.60 107.60 gr

CONTENIDO DE HUMEDAD

12.16

10.69

CONTENIDO DE HUMEDAD PROMEDIO

11.18

10.69

% %

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A manera de ejemplo se calculara el contenido de humedad de la muestra N°1 •

Primero se tiene el peso de la tara + peso del suelo húmedo (WT+Sw)

•

Después de sacar del horno se tiene peso de la tara +peso del suelo seco (W T+Ss).

•

Obtenemos el peso del agua de la siguiente manera.  = (    ) − (    )  =     −  −    =   −   Lqqd.  = ( 156.3 − 144.8) = 11.50

•

De igual forma se puede calcular el peso del suelo seco.  = (    ) −   = ( 144.8) − 50.26 = 94.54

•

Finalmente calculamos el contenido de humedad.

=

 11.5 ∗ 100 = ∗ 100 = 12.16%  94.54

Donde: Ww: peso del agua Wss: peso del suelo seco

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Las pruebas se tienen que realizar como mínimo 3 pruebas de las cuales para mejor aproximación se sacara el promedio aritmético y si una de ellas resulta con una variación mayor a 3% realizar un nuevo ensayo.

Presentación de Resultados •

En el reporte deberá adjuntarse la siguiente información -

Plano de localización del sitio en estudio.

-

Plano de ubicación de sondeos.

-

Perfil estratigráfico, conteniendo la descripción de los suelos encontrados.

-

Tarjeta que identifica cada muestra obtenida conteniendo;

-

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

-

Los cálculos se tendrán que presentar mediante el formato preestablecido en el CD adjunto al manual.

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PESO VOLUMÉTRICO DE SUELO COHESIVO

1.- GENERALIDADES:

El peso volumétrico es la relación del peso de la masa de suelo entre su volumen de masa. Es la densidad del suelo, se le conoce también como peso unitario o como peso específico de masa.

2.- OBJETIVO •

•

Determinar y Obtener el Peso Volumétrico de la masa de suelo. Aplicable especialmente a suelos cohesivos.

3. MATERIALES:

•

Probeta graduada de 1000 ml.

•

Balanza con aproximación de 0.1g

•

Pipeta, espátulas

•

Parafina de peso específico conocido

4.- PROCEDIMIENTO

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Tallado de la muestra •

Tallar una muestra sin agujeros ni grietas, el tamaño debe ser tal que pueda introducirse en la probeta.

•

Pesar la muestra tallada y anotar: Ws

Parafinado de la muestra •

Derretir previamente la parafina en el horno o estufa.

•

Dejar

enfriar

ligeramente,

luego

recubrir

la

muestra

para

impermeabilizarla. •

La parafina debe cubrir la muestra en una capa fina, no debe penetrar en los poros del suelo.

Pesado de la muestra parafinada Cuando la muestra esté completamente recubierta, registrar W suelo + parafina

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Determinación del volumen de la muestra parafinada •

Llenar la probeta con agua hasta un volumen inicial conocido, registrar: Vinicial

Determinación del volumen de la muestra parafinada •

Introducir la muestra parafina en la probeta, se producirá un desplazamiento de volumen hasta Vf.

•

El volumen desplazado en la probeta será el volumen del suelo parafinado: V

= V f – V i

V = V suelo + parafina

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CÁLCULOS Volumen de la muestra •

V = V suelo + parafina •

V suelo = Vsuelo + parafina - Vparafina Volumen de parafina utilizada: Vparafina = Wparafina /  parafina donde : W parafina = W suelo + parafina – W suelo Por lo tanto ..=

 ∆ − 

CONSIDERACIONES Ensayo aplicable solo a suelos cohesivos, sin grietas

o

considerables. o

Otro procedimiento de ensayo considera el tallado del especimen en una forma geométrica regular para calcular el volumen a partir de mediciones lineales.

o

También se puede determinar el volumen de la muestra parafina pesándola sumergida en agua. En este caso se determina el volumen del suelo de forma similar al método expuesto.

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EJEMPLO APLICATIVO PESO ESPECIFICO HUMEDO PRUEBA NUMERO

1

2

3

PESO DEL SUELO HUMEDO (Wh) PESO DEL SUELO HUMEDO + PARAFINA VOLUMEN DEL (SUELO HUMEDO + PARAFINA) PESO DE LA PARAFINA PESO ESPECIFICO DE LA PARAFINA VOLUMEN DE LA PARAFINA VOLUMEN DEL SUELO HUMEDO PESO ESPECIFICO DEL SUELO HUMEDO PROM. DE PESO ESPECIFICO DEL SUELO HUMEDO

65 75.00 420.0 0

40 45.00 400.0 0

65 75.00 420.0 0

2.70

2.70

2.70

UNIDADE S gr gr cm3

gr/cm3

Con los datos obtenidos del laboratorio (mostrada en la tabla anterior) calcular el peso el peso volumétrico del suelo cohesivo de la muestra 1. 

Calculo del peso de la parafina (Wp) Para el cálculo del peso de la parafina se resta el (peso húmedo del suelo + parafina)-(peso del suelo húmedo)  = 75 − 65 = 10



Cálculo del volumen de la parafina (Vp) Para el cálculo del volumen de la parafina se utiliza la fórmula del peso específico    →  =    10  = = 3.703  2.7/

 =



Cálculo del volumen del suelo húmedo (Vsh)

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

Consiste

simplemente

restar

el

VOLUMEN

DEL

SUELO

HUMEDO+PARAFINA (obtenido en laboratorio)-VOLUMEN DE LA PARAFINA (calculado) ℎ = + −  ℎ = 420 − 3.703 = 416.296 

Calculo del peso volumétrico Finalmente se calcula el peso el peso volumétrico del suelo cohesivo utilizando la fórmula del peso específico.  =

  ℎ 65 = = 0.156/    ℎ 416.296

A continuación se muestra todo el cálculo de tres muestras PESO ESPECIFICO HUMEDO PRUEBA NUMERO

1

2

3

PESO DEL SUELO HUMEDO (Wh) PESO DEL SUELO HUMEDO + PARAFINA VOLUMEN DEL (SUELO HUMEDO + PARAFINA) PESO DE LA PARAFINA PESO ESPECIFICO DE LA PARAFINA VOLUMEN DE LA PARAFINA VOLUMEN DEL SUELO HUMEDO

65

40 45.00 400.0 0 5.00 2.70 1.85 398.1 5 0.10

65 75.00 420.0 0 10.00 2.70 3.70 416.3 0 0.16

PESO ESPECIFICO DEL SUELO HUMEDO PROM. DE PESO ESPECIFICO DEL SUELO HUMEDO

75.00 420.0 0 10.00 2.70 3.70 416.3 0 0.16

0.14

UNIDADE S gr gr cm3

gr gr/cm3 cm3 cm3 gr/cm3 gr/cm3

Cabe mencionar que se tiene que realizar como mínimos tres pruebas para obtener resultados con mayor exactitud y finalmente sacar el promedio aritmético de los tres resultados.

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LIMITE LÍQUIDO Y LIMITE PLÁSTICO

REFERENCIA LIMITE LÍQUIDO Y LIMITE PLASTICO NTP 339.129 (ASTM D 4318) OBJETIVOS Brindar Información al estudiante del procedimiento de determinación de los límites líquido y plástico de un suelo.

GENERALIDADES Los límites líquido y plástico son sólo dos de los 5 “límites” propuestos por A. Atterberg, un científico sueco dedicado a la agricultura. Estos límites son:

1. Límite de cohesión. Es el contenido de humedad con el cual las boronas de suelo son capaces de pegarse una a otras. 2. Límite de pegajosidad. Es el contenido de humedad con el cual el suelo comienza a pegarse a las superficies metálicas tales como la cuchilla de la espátula. Esta condición tiene importancia práctica para el ingeniero agrícola pues se relaciona con la capacidad del suelo para adherirse a las cuchillas o discos del arado cuando se cultiva un suelo. 3. Límite de contracción. Es el contenido de humedad por debajo del cual no se produce reducción adicional de volumen o contracción en el suelo.

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El método para determinar este contenido de humedad se presenta en el experimento del laboratorio. 4. Limite plástico. Es el contenido de humedad por debajo del cual se puede considerar el suelo como material no plástico. 5. Límite líquido. Es el contenido de humedad por debajo del cual el suelo se comporta como un material plástico. A este nivel de contenido de humedad el suelo está en el vértice de cambiar su comportamiento al de un fluido viscoso. Los límites líquido y plástico han sido ampliamente utilizados en todas las regiones del mundo, principalmente con objetivos de identificación y clasificación de suelos. El límite de contracción ha sido útil en varias áreas geográficas donde el suelo sufre grandes cambios de volumen entre su estado seco y su estado húmedo. El problema de potencial de volumen puede muy a menudo ser detectado de los resultados de los ensayos de límite

líquido y límite plástico. El límite líquido en ocasiones puede utilizarse para estimar asentamientos en problemas de consolidación y ambos límites son algunas veces útiles para predecir la máxima densidad en estudios de compactación. En efecto solo muy recientemente se ha popularizado el conocimiento de que fueron 5 y no 3 los límites de plasticidad propuestos por Atterberg.

La consistencia de un suelo es la relativa facilidad con la que puede ser deformado y depende de un contenido de humedad determinado. Para los suelos cohesivos se definen cuatro estados de consistencia:

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•

Sólido

•

Semisólido

•

Plástico

•

Líquido

La frontera entre tales estados son los llamados límites de Atterberg. Para poder establecer valores definidos, reproducible, de estos límites, se propuso que el límite líquido se definiera arbitrariamente como el contenido de humedad al cual una masa de suelo húmedo colocada en un recipiente en forma de cápsula de bronce, separada en dos por la acción de una herramienta para hacer una ranura-patrón, y dejada caer desde una altura de 1 cm, sufra después de dejarla caer 25 veces una falla o cierre de la ranura en una longitud de 12.7 mm. Algunas variables afectan el resultado de la prueba del límite líquido o el número de golpes requeridos para cerrar la ranura-patrón en una longitud de 12.7 mm entre los cuales se cuentan: 1. Tamaño de la masa de suelo contenido en la cápsula de cobre (espesor y cantidad). 2. Velocidad a la cual se le dan los golpes (debería ser 120 revoluciones por minuto). 3. Tiempo de reposo del suelo en la Copa de Casagrande antes de comenzar la cuenta de golpes y estado de limpieza de la cazuela antes de colocar la pasta de suelo para el ensayo. 4. Humedad del laboratorio y rapidez con la cual se hace el ensayo.

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5. Tipo de material utilizado como base del aparato o sea superficie contra la cual se debe golpear la cazuela (comúnmente se utiliza caucho duro o micarta). 6. Ajuste o calibración de la altura de caída de la cazuela (debe ser exactamente 1 cm). 7. Tipo de herramienta utilizada para hacer la ranura (bien la recomendada por la ASTM o la llamada tipo Casagrande). 8. Condición general del aparato del límite líquido (pasadores desgastados, conexiones que no estén firmemente apretadas).

EQUIPO •

MALLA N°40

Fabricada con alambres de bronce o de acero inoxidable, tejidos en forma de cuadrícula, con abertura nominal de 0,425 mm, que cumpla con las tolerancias indicadas y recomendadas por la norma peruana. •

COPA DE CASAGRANDE

Calibrada para una altura de caída de 1 cm, provista de un ranurador plano, con las características que se indican en la siguiente figura de este Manual.

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MEDIDAS DE LA COPA DE CASAGRANDE (mm)

APOYO DE GOMA

VISTA FRONTAL

placa de ajuste

Copa de Laton

PLANTA PAGINA

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19

19

11 tornillo de reajuste 46.8

12.7

Rad=54

27 59.5

10mm

2 Altura de caida de la base

13

Base de hule endurecido

13

vista en perfil

8

50

20

13 47° 2

11

10 5 110

Ranurador plano

BALANZA

•

De 2 000 g de capacidad y aproximación de 0,01 g.

HORNO

•

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Eléctrico o de gas, con termostato capaz de mantener una temperatura constante de 105 ± 5°C.

DESECADOR

•

De cristal, de tamaño adecuado según las dimensiones de los recipientes que contendrán las muestras de prueba, con cloruro de calcio anhidro como elemento desecador. •

VASO O RECIPIENTE De 0,5 L de capacidad.

•

CÁPSULAS DE PORCELANA De 12 cm de diámetro.

•

ESPÁTULA FLEXIBLE De acero inoxidable, de 7,5 cm de longitud y 2 cm de ancho, con punta redonda.

CUENTAGOTAS

•

De vidrio, plástico o metal.

PAÑO

•

De material absorbente, de 60 x 60 cm. •

PLACA DE VIDRIO Con dimensiones mínimas de 40 × 40 cm por lado y 0,6 cm de espesor.

•

ALAMBRE DE ACERO De 3 mm de diámetro y 10 cm de longitud.

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CALIBRACIÓN DEL EQUIPO

Antes de cada prueba se verificará que la altura de caída de la copa de Casagrande sea de 1 cm, utilizando para ello el mango calibrado del ranurador, que tiene precisamente esa dimensión. Si la altura de caída es diferente, el aparato debe corregirse mediante los tornillos de ajuste.

PREPARACIÓN DE LA MUESTRA

La preparación de la muestra de materiales para realizar el ensayo correspondiente se sigue los siguientes pasos. De la muestra del material se aparta, se hace el Secado, Disgregado y Cuarteo de Muestras, una porción de tamaño tal que, una vez cribada en forma manual por la malla N°40 (0,425 mm), se obtengan aproximadamente 300.g del material que pase esa malla; éste se coloca en una charola. •

Se separan aproximadamente 250 g, previamente se hace el Secado, Disgregado y Cuarteo de Muestras; se obtiene y se registra la masa del material separado, con aproximación de la balanza de 0,01 g.

•

Se coloca el material separado en un recipiente apropiado, se le agrega el agua necesaria para saturar el material y se deja en reposo durante aproximadamente 24 h, en un lugar fresco, cubriendo el recipiente con un paño que se mantendrá húmedo a fin de reducir al mínimo la pérdida de agua por evaporación.

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•

También se permite la realización de L.L. de forma inmediata pero con la siguiente recomendación. o

Mezclar con ayuda de la espátula hasta que el color sea uniforme y conseguir una mezcla homogénea. La consistencia de la pasta debe ser pegajosa.

DETERMINACIÓN DEL LIMITE LÍQUIDO (L.L) POR EL PROCEDIMIENTO ESTÁNDAR

•

De la fracción del material preparada de acuerdo con lo indicado en la preparación de la muestra, se toma una porción de aproximadamente 150g que se coloca en la cápsula de porcelana donde se homogeneiza utilizando la espátula.

•

En la copa de Casagrande, previamente calibrada como se indica en las recomendaciones anteriores del manual, se coloca una cantidad suficiente de material para que, una vez extendido con la espátula, se alcance un espesor de 8 a 10 mm en la parte central de la copa, considerando lo siguiente: o

Para evitar que el material colocado sobre la copa sea insuficiente, es conveniente poner una cantidad ligeramente mayor y eliminar el sobrante al enrasarlo con la espátula.

o

Para extender el material se procede del centro hacia los lados sin aplicar una presión excesiva y con el mínimo de pasadas de la espátula, como se muestra en la siguiente figura.

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Colocación del material en la copa de Casagrande

•

Mediante una pasada firme del ranurador se hace una abertura en la parte central del material contenido en la copa, para lo cual, el ranurador se mantendrá siempre normal a la superficie interior de la copa, como se indica en la siguiente figura.

•

La ubicación, forma y dimensiones que tendrá la ranura en su parte central se ilustran en la siguiente fig.

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•

Inmediatamente después de colocado y ranurado el material, se acciona la manivela del aparato para hacer caer la copa a razón de dos golpes por segundo, y se registra el número de golpes necesarios para lograr que los bordes inferiores de la ranura se pongan en contacto en una longitud de 13.mm.

13m

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•

Logrado lo anterior se toman con la espátula aproximadamente 10 g de material de la porción cerrada de la ranura y, para determinar su contenido de agua ωn, de acuerdo con el procedimiento indicado en el capítulo

anterior del Manual, Contenido de humedad. •

Una vez que se ha tomado la porción requerida para la determinación del contenido de humedad, el material restante se reintegra a la cápsula de mezclado, para lavar y secar la copa y el ranurador.

•

Inmediatamente, mediante el cuentagotas, se agrega agua al material en la cápsula y se homogeneiza con la espátula; dicho material se prueba según se indicó en las recomendaciones anteriores.

•

Este procedimiento se repite hasta completar cuatro determinaciones, que se registran en el formato que se muestra adjunto al manual. La cantidad de agua que se adicione al material será tal que las cuatro determinaciones queden comprendidas entre 10 y 35 golpes en la copa de Casagrande, siendo necesario obtener dos valores por arriba y dos por abajo de los 25 golpes, ya que para consistencias menores de 10 golpes es difícil identificar el momento de cierre de la ranura en la longitud especificada y para más de 35 golpes se dificulta la ejecución de la prueba.

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CÁLCULOS Y RESULTADOS LIMITE LÍQUIDO

Método A (Método de múltiples puntos): 1. Construya la curva de fluidez en papel semilogarítmico, graficando los contenidos de agua (Wo%) en el eje de las ordenadas, en escala aritmética y el número correspondiente de golpes (N) de cada espécimen como abscisas, en escala logarítmica. Trace posteriormente la mejor línea recta que una los puntos graficados.

2. Seleccione la abscisa de 25 golpes e intercepte con la línea recta que une los puntos y ubique el contenido de agua correspondiente en la escala de las ordenadas. Registre dicho valor, como el límite líquido (LL) del suelo y redondee al número entero más cercano.

34.2

% A33.6 U G33.0 A E 32.4 D O31.8 D I N31.2 E T N30.6 O C 30.0

1

10 NUMERO DE GOLPES

25

100

Método B (Método de un punto):

1.

Determine el límite líquido para cada contenido de agua del espécimen utilizando cualquiera de las ecuaciones siguientes: PAGINA

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Donde: LLn= Límite líquido de un suelo, calculado por el método de un punto, %. N = Número de golpes requeridos para el cierre de la ranura en la copa de Casagrande correspondiente a wn, Wn = Contenido de agua correspondiente al número de golpes, % K = Factor obtenido de la tabla siguiente

Factores para determinar el límite líquido de un contenido de agua y de un número de golpes que causan el cierre de la ranura. Número de

Factor para

golpes (N)

límite líquido (k)

20

0.973

21

0.979

22

0.985

23

0.990

24

0.995

25

1.000

26

1.005

27

1.009

28

1.014

29

1.018

30

1.022

NOTA El límite líquido (LL)n es el promedio de los dos valores de límite líquido del ensayo realizado, expresado al número entero más cercano (sin la designación del por ciento). Si la diferencia entre los dos valores de ensayo del límite liquido es mayor que el 1%, repita el ensayo como se

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LÍMITE PLÁSTICO •

Preparación deI espécimen de ensayo: 1. Seleccione 20 g o más del espécimen de suelo preparado para el ensayo del límite líquido o del suelo restante de dicho ensayo. 2. Reduzca el contenido de humedad del suelo hasta que posea una consistencia en la cual pueda rolarse sin adherirse en las manos cuando sea extendido o se mezcle continuamente en la placa de vidrio.

Nota: El proceso de secado puede ser acelerado exponiendo el suelo a una corriente de aire de un ventilador eléctrico o secándolo con un papel que no agregue fibra al suelo, como por ejemplo: papel toalla de aspecto duro o papel filtro con alta resistencia en húmedo. •

Determinación del límite plástico: 3. Seleccione una porción de suelo entre 1.5 y 2.0 g. de la muestra de 20 g que se tomó anteriormente (paso 1) y forme una masa elipsoidal. 4. Role esta masa de suelo colocándola entre la palma de la mano o los dedos y la placa de vidrio con suficiente presión, hasta hacer un hilo de diámetro uniforme de aproximadamente 3.2 mm (1/8 pulg), a lo largo de su longitud en un lapso de tiempo máximo de 2 minutos.

Rolado de la barrita de suelo

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Notas: -

La velocidad normal del rolado para la mayoría de los suelos deberá estar entre 80 a 90 pasadas por minuto; contando como una pasada, un movimiento completo de la mano hacia adelante y hacia atrás de la posición inicial. Esta velocidad de rolado puede ser disminuida para suelos muy frágiles.

-

La cantidad de presión requerida de la mano o los dedos variará grandemente según el tipo de suelo a ensayar, ya que la presión necesaria es típicamente incrementada con el aumento de la plasticidad.

-

Los suelos frágiles de baja plasticidad se ruedan mejor bajo la orilla de la palma de la mano o en la base del dedo pulgar.

-

Un hilo de 3.2 mm (1/8 pulgada) es útil para la comparación frecuente con el hilo del suelo para determinar cuándo éste ha alcanzado el diámetro apropiado

5. Cuando se halla alcanzado el diámetro requerido (3.2 nun) del hilo de suelo, desmenuce ésta en varias porciones. Seguidamente junte las porciones y amase de nuevo hasta darle una forma aproximadamente elipsoidal. 6. Role el suelo nuevamente, hasta que el hilo sea de un diámetro de 3.2 mm. Repita el paso anterior hasta que aparezcan grietas en él o se quiebre bajo la presión del amasado y ya no sea posible formarlo de nuevo con el diámetro de 3.2 mm. Notas:

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-

En ningún momento el operador deberá forzar la rotura del hilo de suelo cuando posea un diámetro de 3.2 mm, ya sea reduciendo la frecuencia del amasado, la presión de la mano o ambas, continuando el rolado (amasado) sin deformar el hilo hasta que se corte. Sin embargo, es permisible reducir la deformación total para suelos poco plásticos haciendo el diámetro inicial de la masa elipsoidal cerca del diámetro final requerido de 3.2 mm.

-

Si ocurre desmenuzamiento cuando el hilo posee un diámetro mayor que 3.2 mm, se considerará satisfactorio, siempre y cuando éste haya alcanzado previamente dicho diámetro.

-

El resquebrajamiento se manifiesta diferente para cada tipo de suelo. Algunos suelos se resquebrajan en numerosas porciones pequeñas, otros pueden formar una capa tubular externa que empieza a romperse en ambos extremos, progresando la ruptura hacia el centro y finalmente despedazándose en muchas porciones pequeñas laminadas.

-

Los suelos arcillosos requieren mucha presión para deformar el hilo, particularmente cuando éstos se acercan a su límite plástico y sucede que este se rompe en una serie de fragmentos de aproximadamente 3.2 a 9.5 mm (34 a 3/8 pulgadas) de longitud.

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7. Reúna las porciones de suelo resquebrajadas y colóquelas en un recipiente de masa conocida. Determine la masa del recipiente con el suelo y regístrelo en la hoja de datos correspondientes.

Porciones de suelos resquebrajados obtenidas durante el ensayo del límite plástico . 8. Repita los pasos del numeral 3 al 7 hasta que en el recipiente haya por lo menos 6 g de suelo. 9. Registre la masa del recipiente con el suelo húmedo y determine posteriormente el contenido de humedad del suelo en el recipiente, de acuerdo con el método de ensayo D 2216 (ver ensayo anterior). 10. Repita los pasos del literal 3 al 8 para obtener otro espécimen de ensayo para la determinación del límite plástico.

CÁLCULOS Y RESULTADOS LIMITE PLASTICO

- Calcule el promedio de los contenidos de agua determinados en el ensayo del límite plástico y redondee al número entero más cercano. Este valor será el límite plástico (LP) expresado en porcentaje.

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Nota: -

Si la diferencia entre los dos valores de ensayo del límite plástico es mayor que el 1%, repita el ensayo como se describe en el método anterior.

ÍNDICE DE PLASTICIDAD Determine el índice plástico de un suelo utilizando la siguiente ecuación: IP = LL- LP Donde: IP = Indice de plasticidad. LL = Límite líquido, LP = Límite plástico Nota: Los valores de LL y LP son números enteros. Si ambos no pueden determinarse o el límite plástico es igual o mayor que el límite líquido, reporte que el suelo es no plástico (NP).

ÍNDICE DE LIQUIDEZ Determine el índice de liquidez de un suelo utilizando la siguiente ecuación:

 =

% −  

Ejemplo: LÍMITE LÍQUIDO Método A: Datos: No de golpes (N) 27 22 15

w% 49.5 51.6 54.2

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Los datos mostrados en la tabla anterior se grafican en papel semilogarítmico para construir la curva de fluidez como se muestra en la figura Curva de fluidez

De la Curva de fluidez se obtiene un Límite Líquido = 50.5 %

Método B: Utilizando los datos siguientes y la ecuación (método de un punto) se determina el límite líquido del suelo: Número de golpes (N) = 22 Contenido de humedad (ω) = 51.6 %

Factor K para límite líquido = 0.985 (obtenido de tabla “TEORIA” para N = 22) Contenido de humedad (ω) = 51.6 %

Factor K para límite líquido = 0.985 (obtenido de tabla 7.1 para N = 22) LLn = 0.985×51.6 = 50.8 %

LIMITE PLÁSTICO Contenido de humedad (ω1) = 33.7 % Contenido de humedad (ω2) = 33.8 % Contenido de humedad (ω3) = 33.9 %

LP = 33.8 % PAGINA

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ÍNDICE DE PLÁSTICIDAD Utilizando la ecuación 7.3 y los valores obtenidos de LL = 50.5 % y LP = 33.8 %, se tiene: IP = 50.5 – 33.8 = 16.7 %

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LIMITE DE CONTRACCIÓN

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

EQUIPO. 1. Cápsula metálica cilíndrica para límites de contracción 2. Cápsula de vidrio de dimensiones conocidas. 3. 2 Plaquitas enrrasadoras 4. Mercurio (azogue vivo). 5. Balanza con sensibilidad de 0.1 gr. 6. Horno con temperatura constante de 100 a 110º C.

PROCEDIMIENTO.

1. Tómese unos 30 grs., del material que pase la malla No. 40 y añádasele agua hasta formar una mezcla pastosa cuya consistencia sea aproximadamente la misma que la que tiene el suelo cuando su contenido de humedad es igual al límite líquido.

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

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

4. Se pesa la cápsula metálica con la masa pastosa y se anota su peso. 5. Deposite la cápsula metálica con la masa pastosa en el horno a una temperatura de 100 a 110º C.

6. Sáquese del horno la cápsula con la muestra seca y estando a temperatura ambiente, pésese y regístrese dicho peso (Ws).

7. Determine el volumen de la cápsula metálica, llenándolo de mercurio líquido y nivelando su superficie con las plaquitas enrazadoras; vacíe el mercurio contenido en la cápsula metálica en una probeta graduada y anote dicho volumen. (V1).

8. Determine el volumen de la muestra seca (V 2), de la manera siguiente: Llénese la cápsula de vidrio con mercurio líquido y enrase con ayuda de las plaquitas enrazadoras. Introduzca la muestra seca cuidadosamente evitando las burbujas de aire en el vaso lleno de mercurio, presionándole con las plaquitas enrazadoras. Al introducirse la muestra seca, se desalojará una cantidad de mercurio igual al volumen de la muestra (V 2).

9. Se calcula el límite de contracción por la fórmula. Lc

Wm 



Ws

(V 1 Ws



V 2 )

 w

x

100

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Donde: Lc

=

Límite de Contracción

Wm

=

Peso de la muestra húmeda.

Ws

=

Peso de la muestra seca.

V1

=

Volumen de la muestra húmeda

V2

=

Volumen de la muestra seca

w

=

Peso específico del agua a temperatura de ensaye.

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

Suelos con L.C menor a 5%;

suelos buenos.

Suelos con L.C. entre 5% y 10%;

suelos regulares.

Suelos con L.C. entre 10% y 15%;

suelos pobres.

Suelos con L.C. mayor 15%;

suelos muy pobres.

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ANALISIS GRANULOMETRICO NORMA ASTM D422 Objetivo: Implantar al estudiante el método de ANALISIS GRANULOMETRICO MECANICO de un suelo y a la forma de presentar los resultados obtenidos.

Equipo 

Juego de tamices



un pulverizador mecánico de suelo.



Balanza de sensibilidad 0.1 g.

INTRODUCCIÓN: En la clasificación de los suelos para usos de ingeniería es universalmente acostumbrado utilizar algún tipo de análisis granulométrico. Una parte importante de los criterios de aceptabilidad de suelos para carreteras, aeropistas, presas de tierra, diques, y otro tipo de terraplenes es el análisis granulométrico. La información obtenida del análisis granulométrico puede en ocasiones utilizarse para predecir movimientos del agua a través del suelo, aun cuando los ensayos de permeabilidad; se utilizan más comúnmente. La susceptibilidad de sufrir la acción de las heladas en suelo, una consideración de gran importancia en climas muy fríos, puede predecirse a partir del análisis granulo métrico del suelo.

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Los suelos muy finos son fácilmente arrastrados en suspensión por el agua que circula a través del suelo y los sistemas de subdrenaje usualmente se colman con sedimentos rápidamente a menos que sean protegidos adecuadamente por filtros de material granular debidamente gradado. La gradación adecuada de estos materiales, denominados filtros, puede ser establecida a partir de su análisis granulométrico. El análisis granulométrico es un intento de determinar las proporciones relativas de los diferentes tamaños de grano presentes en una masa de suelos dada. Obviamente para obtener un resultado significativo la muestra debe ser estadísticamente representativa de la masa de suelo. Como no es físicamente posible determinar el tamaño real de cada partícula independiente de suelo -la práctica solamente agrupa los materiales por rangos de t amaño. Para lograr esto se obtiene la cantidad de material que pasa a través de un tamiz con una malla dada pero que es retenido en un siguiente tamiz cuya malla tiene diámetros ligeramente menores a la anterior y se relaciona esta cantidad retenida con el total de la muestra pasada a través de los tamices. Es evidente que el material retenido de esta forma en cualquier tamiz consiste de partículas de muchos tamaños todos los cuales son menores al tamaño de la malla a través de la cual todo el material pasó pero mayores que el tamaño de la malla del tamiz en el cual el suelo fue retenido.

PROCEDIMIENTO

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1. Cada grupo debe obtener exactamente 500 g (200 g a discresión del instructor, pero las muestras mayores son estadísticamente más representativas) de suelo secado al horno tomado de una bolsa de muestra obtenida en el terreno en desarrollo del Experimento (obtención de muestras) o de algún recipiente de suelo suministrado por el instructor para este experimento en particular. Es necesario asegurarse de que la muestra sea representativa para lo cual es posible utilizar un cuarteador mecánico (si hay uno disponible) teniendo simplemente el cuidado de tomar la muestra de diferentes sitios dentro del recipiente mientras se remueve continuamente su contenido hasta lograr la cantidad necesaria. Si la muestra debe lavarse no es necesario pulverizar el suelo; sin embargo, el proceso se agiliza considerablemente si con anterioridad se pulveriza el suelo seco y se hace pasar a través de un tamiz No. 200, descartando la fracción menor. 2. Si la muestra contiene apreciable cantidad de gravas, y muy pocos finos, o a discresión del instructor, el lavado se puede omitir y en ese caso seguir al paso 4. Colocar la muestra sobre el tamiz No. 200 y lavar cuidadosamente el material a través del tamiz utilizando agua común hasta cuando el agua que pasa a través del tamiz mantenga su transparencia. Es necesario ser muy cuidadoso en este proceso para evitar daños en el tamiz y la pérdida de suelo que eventualmente pueda salpicar fuera del tamiz.

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3. Verter cuidadosamente el residuo, con ayuda de agua, en un gran recipiente desecador, y permitirle sedimentar por un período de tiempo suficiente hasta lograr que el agua en la parte superficial de la suspensión se vuelva transparente. Botar tanto como se pueda de esta agua transparente, y colocar el recipiente con la suspensión suelo y agua en el horno para secado. 4. Al día siguiente, regresar al laboratorio y pesar el residuo secado al horno (si no se ha hecho el lavado omitir esto) si se ha hecho lavado; hacer pasar la muestra a través de una serie de tamices que varíen desde los diámetros mayores a diámetros inferiores. Como el objetivo de la práctica es lograr una curva semilogarítmica del porcentaje de material más fino contra el tamaño de las partículas, será necesario obtener una distribución razonable de puntos a lo largo del rango potencial de diámetros presentes en la muestra. Para suelos arenosos con granos finos, se recomiendan dos series de tamices (en orden de arriba hacia abajo) como siguen: 3”, 2”, 1 ½ , ¾” , 3/8 ”, #4, #10, #20, #40, #60, #100 y #200.

Si hay gravas pequeñas en la muestra podría utilizarse un tamiz 12.5 y/o 6.30 mm antes del tamiz No. 4 en la serie. Para muestras con gravas de gran tamaño, debería utilizarse una muestra mayor en conjunción con una adecuada serie de tamices. Una serie típica recomendable sería la

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siguiente (dependiendo del máximo tamaño de partículas presente en la muestra): 50 mm

(dependiendo del máximo tamaño de agregado utilizando

25mm

inspección visual)

12.5mm 6.3mm 2.00 (No. 10) 0.85 (No. 20) 0.150 (No. 100) El tamaño de la muestra varía entré 1500 g, para gravas con partículas máximas de 19 mm hasta 5000 g para materiales cuya partícula máxima tenga 75 mm. 5. Colocar la serie de tamices en un agitador eléctrico automático y tamizar aproximadamente 5 a 10 minutos, dependiendo de una inspección visual sobre la dificultad probable dada la cantidad de material. En caso de que la serie de tamices no quepa físicamente dentro del agitador automático, es posible hacer el tamizado manual a través de los tamices superiores de diámetro más grueso y removerlos de la serie; colocar los tamices restantes en el agitador mecánico. 6. Quitar la serie de tamices del agitador mecánico y obtener el peso del material que quedó retenido en cada tamiz. Sumar estos pesos y comparar el total con el peso total obtenido en el paso 4 (el residuo de material procedente del secado 'al horno con el cual se comenzó).

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Esta operación permite detectar cualquier pérdida de suelo durante el proceso de tamizado mecánico. Si se tiene una pérdida de más del 2% con respecto al peso original del residuo (paso 4) se considera que el experimento no es satisfactorio y por consiguiente debe repetirse. 7. Calcular el porcentaje en cada tamiz dividiendo el peso retenido en cada uno de ellos por el peso de la muestra original utilizado en el paso 2. Esto es válido ya que el material que haya pasado a través del tamiz 200 pasaría cualquier otro tamiz por encima del tamiz 200 en la serie. 8. Calcular el porcentaje que pasa (o el porcentaje más fino que) comenzando por 100% y sustraer el porcentaje retenido en cada tamiz. Como un proceso acumulativo. Por ejemplo, de los datos obtenidos en el análisis de tamizado, la cantidad de 490.3 g (500 - 9.7 g) pasó el tamiz No. 4; el porcentaje retenido es de (9.7/500 X 100 ; 1.9 por ciento y el porcentaje que pasa debe ser aquél que no es retenido, o sea 100 - 1.9 = 98.1 por ciento del material. Como todo lo que no fue retenido pasó el porcentaje que pasa es: 98.1 -7.9 = 90.2 por ciento Nótese que se utiliza 98.1 aquí ya que éste fue el porcentaje que llegó al tamiz No. 10. En general el porcentaje que pasa se calcula como: porcentaje que pasa = porcentaje que llega - porcentaje retenido

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9. Cada miembro del grupo debe hacer una gráfica semilogarítmica del tamaño de la partícula contra el porcentaje más fino utilizando la gráfica que se presenta como formato para este experimento (ver el modelo y el CD adjunto en el presente manual). a. Si menos de 12% del material pasa a través del tamiz No. 200, es necesario calcular el Cu y el Cc Y mostrarlos en la gráfica tal como se insinúa en el emplo de calculo que presentamos en la parte final. b. Si más del 12% de la muestra pasa a través del tamiz No. 200 es necesario hacer un análisis de hidrómetro, sobre el suelo y en este caso es necesario guardar los datos hasta que el Exp. No. 6 esté completo de forma que la curva granulométrica pueda terminarse antes de entregar el informe. 10. En la "discusión" del informe debe darse por lo menos cinco usos para la curva de granulometría del suelo que se acaba de hacer.

SIGNIFICADO Y USO: La información obtenida del ensayo se presenta en forma de curva semilogarítmica (curva granulométrica) donde las aberturas de l as mallas son las abscisas en escala logarítmica y el porcentaje acumulado que pasa con las ordenadas en escala aritmética. A partir de la curva granulométrica se puede determinar si el suelo ensayado es un suelo bien graduado o si por el contrario se trata de un suelo uniforme o pobremente graduado. El coeficiente de uniformidad, Cu, de define como:

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Cu = D60 / D10 El coeficiente de curvatura, Cc, está dado por: Cv = (D30)2 / (D60) (D10)

Donde (D30), (D60), (D10) son las abscisas de los puntos de la curva granulométrica que tienen como ordenadas 60%, 30% y 10%, respectivamente. El análisis granulométrico por tamizado nos permite estimar el comportamiento ingenieril de los suelos gruesos.

LIMITACIONES: El análisis granulométrico por tamizado solamente proporciona información sobre la distribución granulométrica de las partículas mayores que el tamiz Nº 200 (74um). Si se desea conocer la distribución de las partículas menores que este tamaño, se tendría que efectuar con esta fracción un análisis por sedimentación. A manera de ejemplo se tiene una muestra de 1366.6g ello se ha tamizado como se muestra a continuación.

análisis granulométrico TAMIZ

ABERTURA (mm)

PESO RET. (gr)

% PARCIAL RETENIDO

3" 2" 1 1/2" 1" 3/4" 1/2"

76.200 50.300 38.100 25.400 19.050 12.700

0.0 0.0 80.0 172.5 43.2 112.0

3/8"

9.525 6.350 4.760

58.9 82.0 32.1

0.0 0.0 5.9 12.6 3.2 8.2 4.3 6.0 2.3

1/4" N°4

% ACUMULADO

RETENIDO PASANDO 0.0 0.0 5.9 18.5 21.6 29.8 34.1 40.1 42.5

100.0 100.0 94.1 81.5 78.4 70.2 65.9 59.9 57.5

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2.000 0.840 0.590 0.426 0.250 0.149 0.074

N°10 N°20 N°30 N°40 N°60 N°100 N°200

93.6 57.5 22.1 20.2 55.0 55.1 34.2 448.2 448.2

PLATILLO (W- Wo)

6.8 4.2 1.6 1.5 4.0 4.0 2.5

32.8

49.3 53.5 55.2 56.6 60.7 64.7 67.2 100.0

50.7 46.5 44.8 43.4 39.3 35.3 32.8 0.0

1366.6

Los valores que se obtiene en el laboratorio es el peso retenido; para l os cálculos se sigue el siguiente procedimiento.



PORCENTAJE PA RCIAL RETENIDO

 100  = →  = 100 ∗   

Donde: Pt: peso total Pr: peso retenido A manera de ejemplo tomamos el tamiz N°4 donde Pr=32.1gramos el peso retenido y tiene un Pt=1366.6gramos. ° = 100 ∗

32.1 = 2.35% 1366.6

De igual forma se saca el porcentaje parcial retenido en cada tamiz.



PORCENTAJE PARCIAL ACUMULADO

En este caso se tiene que acumular correlativamente el porcentaje parcial retenido, según el número de tamiz; ejemplo.

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62


El primer retenido es el tamiz 1 1/2" igual a 5.9% (fila3) ello permanecerá con el mismo valor por que en la fila 2 el porcentaje retenido es 0%; y en la siguiente (fila4) la suma seria 5.9%+12.6%=18.5% tal como indica en la fig.

% PARCIAL RETENIDO



% ACUMULADO

RETENIDO

CALCULO

1

0.0

0.0

0.0%+0.0%=0.0%

2

0.0

0.0

0.0%+0.0%=0.0%

3

5.9

5.9

0.0%+5.9%=5.9%

4

12.6

18.5

5.9%+12.6%=18.5%

5

3.2

21.6

18.5%+3.2%=21.6%

PORCENTAJE ACUMULADO QUE PASA

El porcentaje acumulado que pasa es la resta de 100%-%acumulado retenido. % PARCIAL RETENIDO

% ACUMULADO RETENIDO PASANDO

0.0 0.0 5.9 12.6 3.2

0.0 0.0 5.9 18.5 21.6

100.0 100.0 94.1 81.5 78.4

CALCULO

100-0=100 100-0=100 100-5.9=94.1 100-18.5=81.5 100-21.6=78.4

Finalmente se hace la gráfica correspondiente a una escala semilogaritmica.

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CURVA GRANULOMETRICA " 3

" 2 / " 1 2 1

" 4 " / 1 3

" 2 / 1

" 8 / 3

0 1 ° N

" 4 4 / ° 1 N

0 2 ° N

0 3 ° N

0 4 ° N

0 6 ° N

0 0 1 ° N

0 0 2 ° N

120

100

O D A L U M U C A %

80

60

40

20

100.000

10.000

1.000

0.100

0 0.010

ABERTURA (mm)

La grafica se ha graficado en el eje x la abertura de la malla y en el eje y el porcentaje acumulado.

Determinación del coeficiente de uniformidad y curvatura. Para hallar el coeficiente de uniformidad (Cu) y curvatura (Cc) utilizaremos una formula simplificada cuyo finalidad es interpolar los diámetros desconocidos (D10, D30, D60)  =  −

(% − )( − ) % − %

Donde: DX : Diámetro incógnita (10, 30, 60) DS : Diámetro de la malla superior DI : Diámetro de la malla inferior

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PS : Porcentaje que pasa por la malla superior PI : Porcentaje que pasa por la malla inferior

EJEMPLO Desarrollaremos el coeficiente de uniformidad (Cu) Cu = D60 / D10 Para determinar el coeficiente de uniformidad necesitamos determinar el D10 y D60 para ello utilizaremos la fórmula de interpolación. TAMIZ

ABERTURA (mm)

3" 2" 1 1/2" 1" 3/4" 1/2"

76.200 50.300 38.100 25.400 19.050 12.700

3/8"

9.525 6.350 4.760 2.000 0.840 0.590 0.426 0.250 0.149 0.074

1/4" N°4 N°10 N°20 N°30 N°40 N°60 N°100 N°200 PLATILLO

% ACUMULADO

RETENIDO PASANDO 0.0 0.0 5.9 18.5 21.6 29.8 34.1 40.1 42.5 49.3 53.5 55.2 56.6 60.7 64.7 67.2 100.0

100.0 100.0 94.1 81.5 78.4 70.2 65.9 59.9 57.5 50.7 46.5 44.8 43.4 39.3 35.3 32.8 0.0

(W- Wo)



Determinando D10 El porcentaje de acumulado que pasa el 10% está en el rango de la malla N°200 y platillo. Cuyos diámetros son 0.074mm y 0mm DS : 0.074mm DI : 0mm PS : 32.8% PAGINA

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PI : 0% Reemplazando en la formula tenemos

10 = 0.074 − 

(32.8 − 10)(0.074 − 0) = 0.023 32.8 − 0

Determinando D60 El porcentaje de acumulado que pasa el 60% está en el rango de la malla 3/8” y ¼”. Cuyos diámetros son 9.525mm y 6.350

DS : 9.525mm DI : 6.350mm PS : 65.90% PI : 59.9% Reemplazando en la formula tenemos

60 = 9.525 −

(65.9 − 60)(9.525 − 6.35) = 6.4 65.90 − 59.9

Cu = D60 / D10 Reemplazando en la formula anterior de coeficiente de uniformidad. Cu=6.4/0.023=278.26 La uniformidad del suelo se puede definir estadísticamente de varias maneras, un índice antiguo pero útil, es el coeficiente de Uniformidad Cu que se define. -

Las Gravas bien graduadas tienen Cu >4

-

Las Arenas bien graduadas tienen Cu >6

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Cu

D60 

D10

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

-



( D30) 2 D60 x

D10

Los suelos bien graduados; C C entre 1 y 3.

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PROCTOR ESTANDAR Y MODIFICADO

NORMA ASTM D 1557-91 Y AASHTO T180-90

GENERALIDADES. Se denomina compactación de suelos al proceso mecánico por el cual se busca mejorar las características de resistencia, compresibilidad y esfuerzo deformación de los mismos. Este proceso implica una reducción más o menos rápida de los vacíos, como consecuencia de la cual en el suelo ocurren cambios de volúmenes de importancia, fundamentalmente ligados a pérdida de volumen de aire. La compactación está relacionada con la densidad máxima o peso volumétrico seco máximo del suelo que para producirse es necesario que la masa del suelo tenga una humedad determinada que se conoce como humedad óptima. La importancia de la compactación es obtener un suelo de tal manera estructurado que posea y mantenga un comportamiento mecánico adecuado a través de toda la vida útil de la obra. Por lo general las técnicas de compactación se aplican a rellenos artificiales, tales como cortina de presa de tierra, diques, terraplenes para caminos y ferrocarriles, muelles, pavimentos, etc.

Algunas veces se hace necesario

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68


compactar el terreno natural, como en el caso de cimentaciones sobre arena suelta. Las ventajas que representa una compactación adecuada son: a. El volumen de vacío se habrá reducido a un mínimo y consecuentemente, su capacidad de absorber humedad también se habrá reducido a un mínimo. b. La reducción de vacíos se debe a que las partículas de menor tamaño han sido forzadas a ocupar el vacío formado por las partículas más grandes. De allí que si una masa de suelos está bien graduada, los vacíos o poros se reducirán prácticamente a cero y se establecerá un contacto firme y sólido entre sus partículas, aumentando la capacidad del suelo para soportar mayores pesos. Los métodos usados para la compactación de los suelos dependen del tipo de los materiales con los que se trabaje en cada caso. Los suelos puramente friccionantes como la arena se compactan eficientemente por métodos vibratorios y métodos estáticos; en cambio los suelos plásticos, el procedimiento de carga estática resulta el más ventajoso. Los métodos usados para determinar la densidad máxima y humedad óptima en trabajos de mantenimiento y construcción de carreteras son los siguientes:

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

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A)

ENSAYE PROCTOR ESTANDAR ASTM D 698

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

EQUIPO DE COMPACTACIÓN PROCTOR ESTANDAR OBJETIVO. 

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

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

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70


EXISTEN 4 ALTERNATIVAS PARA LA REALIZACIÓN Especificaciones para el ensaye Proctor Estándar (basadas en la norma 698 -91 de la ASTM) CONCEPTO Diámetro del molde (cm) Volumen del molde (cm³) Peso del martillo o pisón (Kg) Altura de caída del martillo (cm) Numero de golpes del pisón por cada capa Numero de capas de compactación Energía de compactación (Kgcm/cm³) Suelo por usarse Pasa por

METODO A 10.16 943.3 2.5 30.48

B 15.24 2124.0 2.5 30.48

C 10.16 943.3 2.5 30.48

D 15.24 2124.0 2.5 30.48

25

56

25

56

3

3

3

3

6.06

6.03

6.06

6.03

100% tamiz No.4

100% tamiz

El 20% retiene No.4

Pasa 100

3/8”

tamiz ¾”

RECOMENDACIONES PARA EL PROCTOR ESTANDAR METODO

A B C D

Masa # GOLPES DIAM. # de (N) MOLDE CAPA Muestra 3 Kgs. 25Golpes/capa 3 4” 7 Kgs. 25Golpes/capa 3 4” 5 Kgs. 56Golpes/capa 3 6” 12 Kgs.

MATERIAL Y EQUIPO. 

Muestra de suelo:

Representativa de campo y en condición “secada al aire” o a una temperatura no excedente de 60 ºC.

Nota: La masa de la muestra requerida para la ejecución de los será de acuerdo a la tabla de recomendaciones respectivamente. 

A p i s o n a d o r m a n u a l o m a r t il l o d e c o m p a c t ac i ón : PAGINA

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Un apisonador metálico con una masa de 2.495 ± 0.009 Kg (5.5 ± 0.02 lb), que posea una cara circular plana de 50.8 mm (2.0 pulg) de diámetro. El apisonador deberá estar equipado con una manga guía apropiada para el control de la caída libre de 305 ± 2 mm ( 12 ± 0.06 ”) sobre la elevación del suelo.

Nota: Existen apisonadores operados mecánicamente de forma alternativa, sin embargo; éstos deberán ser calibrados según la Norma ASTM D 2168. 

Moldes:

De pared sólida, metal rígido y forma cilíndrica, con diámetros de 101.6 ± 0.41mm (4”) y 152.4 ± 0.66mm (6 ”), una altura de 116.43 ± 0.13 mm (4.584 ± 0.005”), con capacidades de 0.000943 ± 0.000008 m3 y 0.002124 ± 0.000021 m3 respectivamente. Adicionalmente los moldes deben poseer un collarín de montaje removible de aproximadamente 60 mm de altura y una placa base (ver figura).

Moldes para ensayos de compactación Proctor de 4” y 6” de diámetro

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

Extractor de muestras:

Consistente en un gato hidráulico de palanca, marco u otro dispositivo apropiado para extraer el espécimen compactado del molde. 

Regla enrazado ra:

De metal rígida con borde biselado teniendo por lo menos una superficie longitudinal plana, dentro de 0.250 mm por 250 mm (0.01 pulg x 10 pulg). 

Balanza:

Con una sensibilidad de 0.1 y 1 g. 

Horno de secado:

Que contenga circulación de aire y regulador de temperatura, capaz de mantenerse a una temperatura de 110 ± 5 °C en toda la cámara de secado. 

Tamices:

Tamiz de ¾” (19.0 mm) y No.4 (4.75 mm). 

Mi s c elán eo s :

Recipientes de mezclado (charola o bandeja), mortero y pistilo, cucharón, pala, cuchara de albañil, cuchillo, espátula, piseta, u otras herramientas convenientes para mezclar completamente la muestra de suelo con los incrementos de agua, además guantes de hule, probeta de 500 ml, recipientes para contenidos de humedad, vernier, brocha, bolsas plásticas (ver figura).

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

1. De la muestra ya preparada se esparce agua en cantidad tal que la humedad resulte un poco menor del 10% y si el material es arenoso es conveniente ponerle una humedad menor. 2. Se revuelve completamente el material tratando que el agua agregada se distribuya uniformemente. 3. Pese el molde cilíndrico y anote su peso. 4. La muestra preparada se coloca en el molde cilíndrico en tres (3) capas, llenándose en cada capa aproximadamente 1/3 de su altura y se compacta cada capa de la forma siguiente: -

Se coloca el pistón de compactar con su guía, dentro del molde; se eleva el pistón hasta que alcance la parte superior y se suelta permitiendo que tenga una caída libre de 30 cms., se cambia de posición la guía, se levanta y se deja caer nuevamente el pistón. Se repite el procedimiento cambiando de lugar la guía de manera PAGINA

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que con 25 o 56 golpes (DEPENDE DEL METODO A,B,C) se cubra la superficie. Esta operación de compactación se repite en las tres capas del material. 5. Al terminar la compactación de las tres capas, se quita la extensión y con la regla metálica se enraza la muestra al nivel superior del cilindro. 6. Se limpia exteriormente el cilindro y se pesa con la muestra compactada anotando su peso. (Peso del material + cilindro). 7. Con ayuda del extractor de muestra se saca el material del molde y de la parte central del espécimen se toman aproximadamente 100 gr., y se pesa en la balanza de 0.1 gr., se sensibiliza anotando su peso. (Peso húmedo). 8. Deposite el material en el horno a una temperatura de 100 a 110º C por un período de 24 horas, transcurrido este período determínese el peso seco del material. 9. El material sacado del cilindro se desmenuza y se le agrega agua hasta obtener un contenido de humedad del 4 al 8% mayor al anterior. 10. Repita los pasos del 2 al 9 hasta obtener un número de resultados que permitan trazar una curva cuya cúspide corresponderá a la máxima densidad para una humedad óptima. 11. El cálculo se realiza de la siguiente manera:  h

Wm 

 d 

Vc



Wme  We Vc

 h 1  W

Donde:

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h d

=

Peso volumétrico húmedo.

=

Peso volumétrico seco.

Wm =

Peso de la muestra compactada.

We =

Peso del molde cilíndrico

Vc

=

Volumen del cilindro

W

=

Contenido de humedad al tanto por uno.

Wme =

Peso de muestra compactada + Peso del Cilindro

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

Ss

1  WSs



Donde: dz

=

Peso volumétrico del suelo saturado.

Ss

=

Peso específico de los sólidos.

w

=

Peso específico del agua.

B) ENSAYE PROCTOR MODIFICADO ASTM D 698

ASTM D 1557-91 AASHTO T180-90 El ensaye de Proctor modificado se crea al crearse también equipos compactadores más pesados que se usan en la pavimentación de carreteras y aeropuertos.

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Especificaciones para el ensaye Proctor Modificado (basadas en la norma 155791 de la ASTM) CONCEPTO

METODO

Diámetro del molde (cm) Volumen del molde (cm³) Peso del martillo o pisón (Kg) Altura de caída del martillo (cm) Numero de golpes del pisón por cada capa Numero de capas de compactación Energía de compactación (Kg-cm/cm³) Suelo por usarse Pasa por

A 10.16 943.3 4.54 45.7 25 5 16.49 100% tamiz No.4

B 15.24 2124.0 4.54 45.7 56 5 16.42 100% tamiz 3/8”

C 10.16 943.3 4.54 45.7 25 5 16.49 El 20% retiene No.4

D 15.24 2124.0 4.54 45.7 56 5 16.42 Pasa 100 tamiz ¾”

RECOMENDACIONES PARA EL PROCTOR ESTANDAR METODO

A B C D

Masa # GOLPES DIAM. # de (N) MOLDE CAPA Muestra 3 Kgs. 25Golpes/capa 5 4” 7 Kgs. 25Golpes/capa 5 4” 5 Kgs. 56Golpes/capa 5 6” 12 Kgs.

Se sigue el mismo procedimiento de proctor estándar con la única diferencia es el peso del martillo y el número de capas que es 5.

EJEMPLO DE APLICACIÓN. Del laboratorio se ha obtenido los siguientes resultados de las tablas; calcular el óptimo contenido de humedad.

COMPACTACION PRUEBA NUMERO N° DE CAPAS N° DE GOLPES POR CAPA PESO DEL MOLDE + SUELO COMPATADO PESO DEL MOLDE

1 2 3 4 UNIDADES 5 5 5 5 25 25 25 25 gr 4047.00 4212.00 4248.00 4237.00 gr 1974.00 1974.00 1974.00 1974.00

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PESO DEL SUELO COMPACTADO VOLUMEN DEL MOLDE DENSIDAD HUMEDA DENSIDAD SECA

935.10

935.10

935.10

935.10

gr cm3 gr/cm3 gr/cm3

contenido de humedad PRUEBA NUMERO TARA N° TARA + PESO DEL SUELO HUMEDO TARA + PESO DEL SUELO SECO PESO DEL AGUA PESO DE LA TARA PESO DEL SUELO SECO CONTENIDO DE HUMEDAD DENSIDAD SECA

1 2 3 4 M - H N - 37 T - 31 QKQ 120.8 119.0 139.0 157.1 118.6 114.4 131.0 146.9 49.7

44.5

34.7

45.1

UNIDADES

gr gr gr gr gr % gr/cm3

Como se observa el ensayo ha sido realizado por PROCTOR MODIFICADO debido a que se utilizó 5 capas para la compactación del suelo. Determinaos paso a paso los cálculos correspondientes para la prueba N° 1. 

DENSIDAD HUMEDA. Para la determinación de la densidad húmeda realizamos el siguiente cálculo. .. = +.. −  .. = 4047 − 1974 = 2073 ℎ =

 2073 = = 2.22/   935.1 

Donde: WS.C.=peso del suelo compactado  h=densidad húmeda 

PESO DEL AGUA

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De igual forma se calcula el peso del agua  =  ℎ −    = 120.8 − 118.6 = 2.2 

PESO DEL SUELO SECO  =  −   = 118.6 − 49.7 = 68.90



CONTENIDO DE HUMEDAD (%) =



() 2.2 = ∗ 100 = 3.19% ( ) 68.90

DENSIDAD SECA La densidad seca está considerado de la siguiente manera  2.22/  = = = 2.15/ 3.19 1 1 100

De igual forma se ha calculado la prueba N°2,3 y 4; a continuación se muestra los resultados en la tabla.

COMPACTACION PRUEBA NUMERO N° DE CAPAS N° DE GOLPES POR CAPA PESO DEL MOLDE + SUELO COMPATADO PESO DEL MOLDE PESO DEL SUELO COMPACTADO VOLUMEN DEL MOLDE DENSIDAD HUMEDA DENSIDAD SECA

1

2

3

4

5 25 4047.0 0 1974.0 0 2073.0 0 935.10 2.22 2.148

5 25 4212.0 0 1974.0 0 2238.0 0 935.10 2.39 2.246

5 25 4248.0 0 1974.0 0 2274.0 0 935.10 2.43 2.245

5 25 4237.0 0 1974.0 0 2263.0 0 935.10 2.42 2.200

UNIDADE S

gr gr gr cm3 gr/cm3 gr/cm3

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contenido de humedad PRUEBA NUMERO TARA N° TARA + PESO DEL SUELO HUMEDO TARA + PESO DEL SUELO SECO PESO DEL AGUA PESO DE LA TARA PESO DEL SUELO SECO CONTENIDO DE HUMEDAD DENSIDAD SECA

1 M-H 120.8 118.6 2.2 49.7 68.9 3.2 2.148

2 N - 37 119.0 114.4 4.6 44.5 69.9 6.6 2.246

3 T - 31 139.0 131.0 8.0 34.7 96.3 8.3 2.245

4 UNIDADES QKQ gr 157.1 gr 146.9 gr 10.2 gr 45.1 gr 101.8 % 10.0 gr/cm3 2.200

Graficando en el eje de la abscisa (contenido de humedad) y en la ordenada (densidad seca)

CURVA DENSIDAD SECA VS HUMEDAD 2.260 2.240 2.220 2.200 ) 3 ^ 2.180 m c / r g 2.160 ( A C E S D 2.140 A 0.0 2.0 4.0 D I S N CONTENIDO DE HUMEDAD (%) E D

6.0

8.0

10.0

12.0

y = -0.0003x3 - 0.0002x2 + 0.0529x + 1.9909

Cuya interpolación de los puntos tenemos la siguiente ecuación y = -0.0003x^3 - 0.0002x^2 + 0.0529x + 1.9909 …………………ec.(01) El valor máximo del contenido de humedad será cuando la pendiente de la ecuación (primera derivada) sea igual a cero

  () = −0.0009 − 0.0004  0.0529 = 0 … … … … … … . . . (02)

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Utilizando teorema de aproximación de newton para solucionar la ecuación 2  =  −

′( ) ………………. ()  ′( )

Aplicando la segunda derivada

  ′() = −0.0018 − 0.0004 … … … … … … . . . (04) Reemplazando en la ecuación 03 se tiene en una tabla

−0.0009 ∗ 5 − 0.0004 ∗ 5  0.0529  =  − = .  −0.0018 ∗ 5 − 0.0004 −0.0009 ∗ .  − 0.0004 ∗ .   0.0529  = .  − = 7.4676 −0.0018 ∗ .  − 0.0004 X1=

5.0000

X2=

8.0213

X3=

7.4676

X4=

7.4477

X5=

7.4477

X6=

7.4477

Y la compactación máxima se obtienes reemplazando a la ecuación (01) y = -0.0003*7.45^3 - 0.0002*7.45^2 + 0.0529*7.45 + 1.9909= 2.24985641

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ÍNDICE DE SOPORTE DE CALIFORNIA (C.B.R.)

NORMA AASHTO T 193-63 ASTM D 1883-73

GENERALIDADES.

El ensaye de valor relativo soporte, se emplea en la caracterización de la resistencia del material de cimiento de una vía o de los diferentes materiales que se emplearan en un pavimento, con vista a dimensionar los espesores de los suelos que formarán parte del mismo empleando el método de diseño de pavimentos basado en dicho ensayo.

El C.B.R. se determina como la relación en porcentaje entre la fuerza utilizada para la penetración de 0.25 cm (0.1 pulgada) con un vástago de 19.35 cm² (3 pulg↓²) de área con una velocidad de penetración de 1.27 mm/minutos (0.05

pulg/min) y la fuerza ejercida en un material patrón (piedra triturada) para esa misma penetración.

... (%) =

carga unitaria unitaria del ensayo ensayo × 100 carga unitaria patrón

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De esta ecuación se puede ver que el número CBR es un porcentaje de la carga unitaria patrón, el símbolo porcentaje se quita y la relación se presenta simplemente por el número entero. Los valores de la carga unitaria patrón que deben utilizarse en la ecuación (10.1) son los siguientes:

EQUIPO

Molde.- Metálico cilindrico, diámetro interior 6.0±0.026 pulg, altura 7.0±0.018 pulg, provistos de un collar de 2pulg de altura y un plato base perforado.

Disco espaciador.- Circular metálico diámetro 15/16±1/32 pulg, y una altura de 2.42±0.01 pulg.

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Pisón Metálico: Cara plana circular de 2pulg de diámetro, masa de 5.5 0.02 Ib y altura de caída libre de 18 pulg.

Dispositivo para medir la expansión.Placa de metal perforado de 149.2mm con perforaciones de 1.6mm, provista por un vástago en el centro con un sistema de tornillo que permita regular su altura

Trípode con deformímetro.- Trípode cuyas patas se puedan apoyar en el molde, en el centro un dial (deformímetro), para medir la magnitud del hinchamiento durante la saturación.

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Pesos de sobrecarga.- Peso de metal anular con un agujero en el centro de 21/8pulg. de diámetro y una pesa metálica ranurada, diámetro 57/8±1/16 pulg, y masa 5±0.10 Ib.

Pistón de penetración.- Cilindrico metálico diámetro 1.954±0.005 pulg, área 3 pulg2, y una longitud no inferior a 4 pulg.

Dispositivo de Carga.- Aparato de compresión capaz de aplicar carga creciente uniforme a una razón de 0.05 pulg/min.

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Tanque de remojo.- Capaz de mantener el nivel del agua a 25mm (1 pulg) sobre la parte superior de los moldes.

Horno.- Termostáticamente controlado capaz de mantener una temperatura de (110 5)°C ó (230 9)°F para el secado de las muestras.

Recipientes para contenido de humedad.- Especificados en la norma AASHTO T 265, determinación del contenido de humedad.

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PROCEDIMIENTO 

Se procede como se indica en la norma AASHTO T 99 ó la norma AASHTO T 180 para compactación en un molde de 152.4 mm (6 pulg), excepto el método C.



Cuando más del 75% pasa la muestra por el tamiz de 19.0 mm (3/4 pulg), se usa todo el material para preparar los especímenes en la compactación.



Si el material que pasa el tamiz de 2 pulg., y es retenido en el tamiz de 19.0mm, sea superior a un 25%, se separa y se reemplaza por una cantidad igual de material que pasa por el tamiz de 19.0 mm (3/4 pulg) y es retenido en el tamiz 4.75 mm (No. 4).

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La relación de soporte del óptimo contenido de agua.De una muestra que tenga un peso de 35 kg (75 Ib) o más, seleccione una porción representativa de una masa aproximada de 11 kg (25 Ib) para una prueba de humedad -densidad y divida el resto de la muestra para obtener tres porciones representativas que tengan una masa de 6.8kg (15 Ib) cada una.

La relación de soporte para un rango de contenido de agua.- De una muestra que tiene una masa de 113 kg (250lb) o más, seleccione al menos cinco porciones representativas que tengan una masa aproximada de 6.8 kg (15 Ib) cada una. 

Determine la humedad óptima y la densidad seca máxima por medio del ensayo de compactación elegido (AASHTO T-99 o AASHTO T -180).



Determine la humedad natural como lo establece la norma AASHTO T-265. Añada agua necesaria para llegar a la humedad óptima.

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

Compactar tres especímenes, para que sus densidades compactadas vayan desde 95 % o más baja a 100 % ó más alta de la densidad seca máxima determinada.



Empalme el molde a la base del plato y pese con una aproximación de 5g (0.01 Ib).



Inserte el disco espaciador dentro del molde y coloque un papel filtro en la parte superior del disco.

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

Mezcle cada una de las tres porciones de 6.8 kg (15 Ib) ya preparadas con suficiente agua para obtener el contenido de humedad óptimo.



Se obtiene el contenido de humedad optimo por la siguiente formula:

H: Humedad prefijada h: Humedad natural 

Compacte la primera porción en el molde, en tres capas iguales con el pisón apropiado. Si la densidad máxima fue determinada por la norma AASHTO T99 (PROCTOR ESTANDAR)



Compacte en cinco capas iguales si la densidad máxima fue determinada por la norma AASHTO T180. (PROCTOR MODIFICADO)



Compactando cada capa con 65, 30 y 10 (AASHTO) o con 56, 25 Y 10 (ASTM).



Determinar el contenido de humedad del material compactado, al inicio y fin de la compactación (dos muestras).

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

Cada muestra húmeda tendrá una masa de por lo menos 100g para suelos finos y 500g para suelos gruesos. La determinación del contenido de humedad será de acuerdo con la norma AASHTO T 265.



Quitar el collar y usando un enrazador recorte el suelo compactado en la parte superior del molde. Las irregularidades de la superficie deben ser rellenados con material más pequeño.



Quitar el disco espaciador, colocar un papel filtro en el plato base perforado e invierta el molde. Sujete el plato base perforado al molde y coloque el collar.

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

Determine la masa del molde y el espécimen con una aproximación de 5 gr ó 0.01 Ib.



Compacte las otras dos porciones de 6.8 kg ó 15 Ib.

Siguiendo el procedimiento descrito anteriormente, excepto por el número intermedio de golpes por capa que debe ser usado para compactar el segundo espécimen y el número más alto de golpes por capa que debe ser usado para compactar el tercer espécimen.

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Remojo o saturación 

Colocar sobre la superficie de la muestra en el molde la placa perforada con vastago y sobre ésta los pesos anulares suficientes para originar una sobrecarga equivalente a la originada por las capas de materiales que van sobre el material que se está probando.



Colocar el trípode con el dial encima del molde y haga una lectura inicial.



Sumerja al molde en agua.

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

Durante el remojo, mantener el nivel de agua 1 pulg sobre la parte superior del espécimen. Registre lecturas cada 24 horas por un periodo de 96 horas (4 días), se toman y se registran lecturas en el dial.



Al final de las 96 horas, haga una lectura del dial final en los especímenes empapados



Calcule la hinchazón como un porcentaje de la longitud de la muestra inicial con la siguiente expresión:

Drenaje 

Después de saturada la muestra durante los 4 días, quitar los moldes cuidadosamente del tanque de remojo, vierta el agua retenida en la parte superior del mismo y se deja escurrir el molde durante 15 minutos.

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

Retire los pesos de la sobrecarga y plato.



Registre el peso del molde mas suelo después de la saturación (96 horas o 4 días).

Prueba de Penetración 

Aplicación de sobrecarga.- Aplicar una sobrecarga de pesas anular y cortada, igual a las usadas durante el remojo.

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

Pistón de asentamiento.- Coloque el pistón de penetración, aplique una carga de 44N (10 Ib).



Diales encerados.- Poner ambos diales, el de penetración y el de carga en cero.



Aplicación de carga.- Aplique la carga sobre el pistón de penetración, con una velocidad de penetración uniforme de 0.05pulg/min. De acuerdo a la tabla N° 1 Tabla N° 1 PENETRACIÓN Milímetros Pulgadas 0.63 0.25 1.27 0.05 1.90 0.075 2.54 0.1 3.81 0.15 5.08 0.2 7.62 0.3 0.4 10.16 12.70 0.5

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

Registro de carga.- cuando la penetración esté en (0.025pulg, 0.050 pulg, 0.075pulg, 0.100pulg, 0.150pulg, 0.200pulg, 0.250pulg, 0.300pulg, 0.040pulg, y 0.5pulg).

CÁLCULOS

Curva de deformaciones.- Trazar la curva de deformaciones (resistencia a la penetración vs profundidad de penetración) para cada espécimen. Si las curvas son semejantes a la del ensayo N° 1 no necesitan correcciones. Si las curvas son semejantes a las correspondientes a los de la curva N°2 y N°3, deberán ser corregidas trazando tangentes en la forma como se indica las gráficas.

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Cargas normales.- Los valores de carga normal o carga unitaria patrón para 0.1” y 0.2” de penetración son los siguientes:

PENETRACIÓN

Lb/pulg2

Kg/cm2

0.1

1000

70

0.2 0.3

1500 1900

105 133

0.4

2300

161

0.5

2600

182

Relación de soporte de California (CBR).- Los valores de carga corregidos se determina para cada espécimen a 0.10pulg y 0.20 pulg de penetración. El CBR es obtenido en porcentaje, dividiendo los valores de carga corregidos a 0.10pulg y 0.20pulg para las cargas normales de (1000psi y 1500psi) respectivamente y multiplicando estas por 100.  0.1" =

    0.1" ∗ 100     0.1"  

 0.2" =

    0.2" ∗ 100     0.2"  

El CBR es generalmente seleccionado a 0.10pulg de penetración. Si la relación a 0.20pulg de penetración es mayor a la penetración de 0.1 pulg la prueba será realizada otra vez. Si la prueba de chequeo da un resultado similar a la relación 0.20pulg de penetración se usará esta.

Diseño CBR para un solo contenido de agua.- Usando los datos obtenidos de los tres especímenes, trace la gráfica CBR vs Densidad Seca. El diseño de CBR puede determinarse al porcentaje deseado de la densidad seca máxima.

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Diseño CBR para el rango de contenido de agua.- Trace los datos de la prueba a los tres esfuerzos compactados.

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BIBLIOGRAFÍA



Guías de laboratorio mecánica de suelos Universidad Nacional de Ingeniería Marvin Blanco Rodríguez e Iván Matus Lazo.



Apuntes del laboratorio de mecánica de suelos I, de la Universidad nacional de Huancavelica, Ing. Civil-Lircay.



Especificaciones AASHTO (T) American Association of State Highway and Transportation Officials



Especificaciones ASTM (D) American Society for Testing and Materials



Norma técnica Peruana NTP 339.129



http://www.slideshare.net



www.scrip.com



www.lms.uni.edu.pe/curso.html

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Manual de Mecanica de Suelos I-final

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