GUIAS DE PRACTICAS ICI Código de registro: RE-10-LAB-026-001
Versión 1.0
UNIVERSIDAD PRIVADA DEL VALLE DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL LABORATORIO DE SUELOS II Ensayo S-1
MUESTREO Y PROCEDIMIENTO PARA LA IDENTIFICACIÓN DE SUELOS EN CAMPO AASHTO: Ensayo T 86-70 ASTM: Ensayo D 420-69
1. CONOCIMIENTO TEORICO REQUERIDO Para determinar las propiedades de un suelo es necesario contar con muestras representativas del material para realizar los ensayos de laboratorio. Una muestra adecuada y representativa nos proporcionará resultados adecuados con márgenes de error mínimos, de aquí la importancia de que el muestreo sea efectuado por personal conocedor de su trabajo.
2. COMPETENCIA El Estudiante esta capacitado para planificar, identificar y ensayar el método para la obtención de muestras de: Suelo, Piedra, Grava y Arena en el terreno
2.1. Tipos de muestra Las muestras pueden ser de dos tipos, inalteradas y alteradas
Muestras inalteradas: Estas muestras son extraídas del suelo con el debido cuidado de no alterar su estado natural, estas muestras nos sirven para la identificación del suelo, la determinación de la densidad, y para el ensayo de CBR que determina la resistencia de los suelos. El tamaño de estas muestras son generalmente de 30cm * 30cm *30cm y un procedimiento para obtener es el siguiente: a) Se limpia y alisa alisa la superficie del terreno terreno y se marca el contorno del trozo.
b) Se excava una zanja alrededor. c) Se ahonda la excavación y se cortan los los lados del trozo trozo con la ayuda de un cuchillo de hoja delgada. d) Se corta el trozo con el cuchillo y se retira del hoyo. e) Se marca la cara superior del trozo, y se le aplica 3 capas de parafina caliente con una brocha.
Muestras alteradas: El propósito de estas muestras, es el de determinar una representación del perfil de todo el suelo, o del material contenido de un acopio o camellon. La toma de muestras se la puede realizar:
Superficialmente: A mano con herramientas menores. Poco Profundas: Dentro de pozos o galerías con herramientas menores. Profundas: Por medio de sondeos con saca testigos.
2.2. Cantidades de muestras para cada ensayo Cada tipo de ensayo necesita de cierta cantidad de material para evitar errores o dispersión de datos. La cantidad depende de la la granulometría de la muestra, los cuales indicamos a continuación: DI METRO DE LA MUESTRA MUESTRA 2” 1 1/2” 1” 3/4” 1/2”
No. 4
CANTIDAD CANTIDAD DEL MATERIAL MATERIAL (Kg) 20.0 15.0 10.0 7.5 5.0 0.5
3. EQUIPO Y HERRAMIENTAS 1. Barreno manual de 5 cm. ó 7.6 cm. de diámetro (o barreno continuo accionado por pequeño motor de gasolina). 2. Varillas de extensión para el barreno que permitan bajar por lo menos a 6 m de profundidad, 2 bolsas para muestras por pozo. 3. 12 latas o recipientes para contenido de humedad por pozo (obtener su peso vacío antes de salir al terreno). 4. Llaves de tuerca grande para manipular las varillas de extensión para el barreno. 5. Cinta métrica de 30 m. para localizar las perforaciones.
b) Se excava una zanja alrededor. c) Se ahonda la excavación y se cortan los los lados del trozo trozo con la ayuda de un cuchillo de hoja delgada. d) Se corta el trozo con el cuchillo y se retira del hoyo. e) Se marca la cara superior del trozo, y se le aplica 3 capas de parafina caliente con una brocha.
Muestras alteradas: El propósito de estas muestras, es el de determinar una representación del perfil de todo el suelo, o del material contenido de un acopio o camellon. La toma de muestras se la puede realizar:
Superficialmente: A mano con herramientas menores. Poco Profundas: Dentro de pozos o galerías con herramientas menores. Profundas: Por medio de sondeos con saca testigos.
2.2. Cantidades de muestras para cada ensayo Cada tipo de ensayo necesita de cierta cantidad de material para evitar errores o dispersión de datos. La cantidad depende de la la granulometría de la muestra, los cuales indicamos a continuación: DI METRO DE LA MUESTRA MUESTRA 2” 1 1/2” 1” 3/4” 1/2”
No. 4
CANTIDAD CANTIDAD DEL MATERIAL MATERIAL (Kg) 20.0 15.0 10.0 7.5 5.0 0.5
3. EQUIPO Y HERRAMIENTAS 1. Barreno manual de 5 cm. ó 7.6 cm. de diámetro (o barreno continuo accionado por pequeño motor de gasolina). 2. Varillas de extensión para el barreno que permitan bajar por lo menos a 6 m de profundidad, 2 bolsas para muestras por pozo. 3. 12 latas o recipientes para contenido de humedad por pozo (obtener su peso vacío antes de salir al terreno). 4. Llaves de tuerca grande para manipular las varillas de extensión para el barreno. 5. Cinta métrica de 30 m. para localizar las perforaciones.
4. PROCEDIMIENTO
4.1 Muestras poco profundas y profundas 1. Cada grupo debe perforar con un barreno un agujero de por lo menos 6 m. de profundidad. 2. Tomar dos muestras para contenido de humedad por cada metro de perforación y donde se produzcan cambios visuales en el estrato de suelo. Colocar las tapas de los recipientes de humedad inmediatamente después de obtener la muestra de forma que se minimice la pérdida de humedad. Al regresar al laboratorio, pese los recipientes que contienen suelo húmedo, retire las tapas, y coloque las muestras en el horno para secar. Regrese al laboratorio el día siguiente, pese el suelo seco y calcule el contenido de humedad. El promedio de los dos valores obtenidos para el contenido de humedad se toma como el valor correspondiente a la profundidad de la muestra.
3. Es necesario recolectar dos bolsas de suelo arcilloso arcilloso por grupo o suficiente material para contar con unos 10 Kg. de suelo para secarlo en el ambiente. Estas bolsas deberán llevarse al laboratorio, identificarse mediante un rótulo y almacenarse para una posterior práctica de suelos, excepto 5 Kg. que serán puestos inmediatamente en una bandeja grande para que sequen en el medio ambiente y se utilicen durante la sesión de laboratorio de la siguiente semana. 4. Para este informe de laboratorio cada grupo deberá al día siguiente al trabajo en terreno, colocar sobre el tablero en el laboratorio de suelos el perfil y localización de su agujero, y cada estudiante usará estos datos para dibujar un perfil de suelos utilizando una escala de 2 cm. = 1 m. vertical y 2 cm. = 15 m. horizontal sobre una hoja de 21.5 x 28 cm. Deberá hacerse una
descripción visual del suelo en cada estrato (por ejemplo: arcilla arenosa, gris; capa vegetal negra, arena gravosa). Cada grupo deberá así mismo presentar un dibujo de la variación del contenido de humedad con la profundidad. Se debe utilizar una leyenda para tal objetivo.
4.2. CUARTEO Es el proceso de reducir una muestra representativa, en una cantidad necesaria para realizar un determinado ensayo, esto quiere decir que se divide la muestra en dos o más partes hasta llegar al tamaño o cantidad requerido. 1. Se amontona el material sobre una lona o bandeja, de tal forma que se forme un cono, de modo que el suelo al mezclarse ruede a la base en todas direcciones. 2. Se distribuye uniformemente el material material sobre el equipo cuarteador para una partición uniforme hacia las dos bandejas de distribución, luego se descarta una de las dos muestras obtenidas. 3. Repetir el paso anterior hasta llegar llegar a la cantidad de muestra muestra requerida para un determinado ensayo, con el debido cuidado de efectuar una redistribución del material de la manera mas uniforme posible.
Descripción e identificación de la muestra Cada muestra se identifica facilitando la siguiente información:
Identificación del proyecto. Número de pozo o calicata Número de muestra
Además de indicar la fecha y el tipo de muestreo. A fin de obtener el máximo de d e información indicaremos a continuación formularios formulario s para seguir correctamente un sondeo. a) Diario
de sondeo: Deberá ser efectuado por el laboratorista, permitiendo conocer información sobre las maniobras, las fallas, las pérdidas de fluido de
perforación; además de controlar las profundidades de los tubos y de las pérdidas de muestra.
del sondeo: Será descrito por el supervisor, el cual deberá realizar la siguiente anotación:
b) Perfil
Se anotará la ubicación de las muestras. Se anotará, en pocas palabras, la naturaleza del terreno, terreno, tomando en cuenta la granulometría, el color y olor de la muestra. Se anotará los ensayos de campo.
c) Ensayos
de campo: Estos ensayos son sencillos y de rápida ejecución, que nos permitirá describir la muestra llevada al laboratorio. Así en caso de una pérdida de humedad, se podrá conocer su estado natural.
Estos procedimientos se seguirán con partículas finas de tamaño menor al del tamiz Nº 40 aproximadamente 1/64 de pulgada. Para propósitos de clasificación en campo no se debe intentar el zarandeo, si no que simplemente se remueva con la mano las partículas gruesas que interfieren en las pruebas.
1. Dilatancia (reacción al Sacudimiento) Después de remover las partículas gruesas, preparar una pasta de suelo húmedo de un volumen aproximado a una pulgada cúbica. Añadir más agua si es necesario, para hacer el suelo más blando pero no pegajoso. Colocar la pasta en la palma de la mano y sacudir horizontalmente contra la otra mano varias veces. Una reacción positiva consiste en la aparición del agua en la superficie de la pasta, la cual adquiere una consistencia libre y por ultimo brillante. Cuando se exprime la muestra entre los dedos, el agua y el brillo desaparecen de la superficie, la pasta se entiesa y finalmente se raja o se quiebra. La rapidez de la aparición del agua durante el sacudimiento y la de su desaparición durante la exprimida, ayuda a la identificación del carácter de los finos en un suelo. Los limos inorgánicos, tal como un polvo típico de roca, muestran una reacción moderadamente rápida.
2. Resistencia (características de ruptura) Después de remover las partículas gruesas moldear una pasta de suelo con consistencia de masilla, añadiendo agua si es necesario. Secar la pasta en el horno, al sol o al aire libre y probar su resistencia quebrándola y desmenuzándola entre los dedos. Esta resistencia es una medida de carácter y de la cantidad de la fracción coloidal contenida en el suelo. La resistencia de la mezcla aumenta cuando seca, con un aumento de plasticidad. Una resistencia alta es característica de las arcillas del grupo CH. Un limo inorgánico típico posee baja resistencia. Las arenas finas y limosas, y los limos tienen igualmente una resistencia baja, pero se pueden distinguir por el tacto
cuando se desmenuza el espécimen seco; la arena fina se siente áspera, mientras que un limo típico se siente suave como el polvo.
3. Tenacidad (Consistencia cerca al límite plástico) Después de remover las partículas gruesas moldear un espécimen de suelo, de ½ de pulgada cúbica (cubo de 1.2 cm de lado) aproximadamente, a la consistencia de masilla, si esta muy seco agregar agua, y si esta pegajoso hacer varias capas de espécimen para que pierda humedad por medio de la evaporación. Luego moldear sobre una superficie lisa o en la palma de la mano hasta que quede como un cilindro de 1/8” (3 mm) de diámetro. Luego este cilindro es doblado y moldeado varias veces. Durante esta manipulación el contenido de humedad es reducido gradualmente, y el espécimen se entiesa, finalmente pierde su plasticidad y se desmorona cuando alcanza el límite plástico. Después de que el cilindro se desmorona debe reducirse a un solo terrón y se amasa ligeramente hasta que se desmorone. Cuanto más tenaz sea el cilindro cerca al límite plástico y más tieso sea el terrón cuando finalmente se desmorona, más efectiva es la fracción de arcilla en el suelo. La debilidad del cilindro en el limite plástico y la perdida rápida de adherencia del terrón debajo del límite plástico indican la presencia de arcilla inorgánica de baja plasticidad, o la presencia de materiales tales como arcillas de tipo caolínico y arcillas orgánicas que se presentan por debajo de la línea "A". Las arcillas altamente orgánicas son débiles y esponjosas al tacto en el límite plástico.
5. TIEMPO DE DURACIÓN DE LA PRÁCTICA El tiempo necesario para efectuar la práctica es de 2 periodos académicos 6. MEDICION Y CALCULOS Se registrara y determinara el volumen total y volumen útil del banco de préstamo Para su explotación. 7. CUESTIONARIO 1.- Describa y dibuje un perfil de suelo, en una calicata a cielo abierto 2.- Definición de muestreo alterada e inalterada 3.- Para qué tipos de ensayos se obtiene muestras inalteradas? 4.- Qué objeto tiene el conocer a un suelo por su origen A? 5.- Con las muestras inalteradas qué ensayos se realizan?
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UNIVERSIDAD PRIVADA DEL VALLE DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL LABORATORIO DE SUELOS II Ensayo S-2 DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO DE HUMEDAD AASHTO: Ensayo T 265 ASTM: Ensayo D2216 1. CONOCIMIENTO TEORICO REQUERIDO La base requerida para esta prueba es aplicar la fórmula de % de humedad de los materiales 2. COMPETENCIA El Estudiante determinara el contenido de humedad más propiamente es la cantidad de agua en la muestra de un suelo, la relación entre el peso de agua contenido en la muestra y el peso de la muestra después de ser secada en el horno. Este es sin duda el ensayo que se efectúa más a menudo en los laboratorios de suelos.
3. EQUIPO 1. Espátula 2. Horno de temperatura constante (110 ± 5°C) 3. Balanza con aproximación de 0,01 gr.
3.1 PREPARACIÓN DE LA MUESTRA Seleccionar una cantidad de muestra representativa de acuerdo al ensayo. Si esta cantidad de muestra no es indicada, el peso mínimo de la muestra será:
Tamaño máximo de partícula Tamiz No. 4 Tamiz ½” Tamiz 1” Tamiz 2”
Peso mínimo de la muestra (gr.) 500 1.000 10.000 20.000
4. PROCEDIMIENTO 1. Se pesa la muestra y el recipiente con la aproximación de 0,01 gr.
2. Se coloca el recipiente con la muestra en el horno a una temperatura constante de 110 ± 5º C, con el fin de que esta se seque. El recipiente deberá ser destapado con el fin de favorecer la evaporación. 3. Se saca la muestra del horno y se deja enfriar en un cuarto fresco hasta que baje a la temperatura ambiente. Se debe evitar que la muestra absorba humedad. Se puede hacer el uso opcional del desecador, dejándolo ahí hasta que enfríe la muestra. 4. Se pesa el recipiente con la muestra seca con una aproximación de 0,01 gr. 5. Si el peso del recipiente no ha sido obtenido anteriormente, se debe limpiar este y obtener su peso con una aproximación de 0,01 gr. es recomendable obtener su peso con anterioridad al ensayo para evitar posibles errores.
5.- TIEMPO DE DURACION DE LA PRÁCTICA El tiempo necesario para efectuar la práctica es de 2 periodos académicos 6. CÁLCULO Se calcula el contenido de la humedad de la muestra usando la siguiente ecuación: w
Donde:
W 1 W 2 W 2 W c
x100
W1 = Peso del recipiente y la muestra de suelo húmeda, gr. W2 = Peso del recipiente y la muestra de suelo seca, gr. WC = Peso del recipiente, gr. w = contenido de humedad, %
7. CUESTIONARIO 1.- Cómo afecta la presencia del agua en un suelo arcilloso con alto % de humedad? 2.- Por qué se denomina suelo saturado? 3.- Definir grado de saturación parcial (Gw) 4.- Definir que es un suelo sumergido 5.- Qué es la humedad higroscópica? 6.- Qué objeto tiene la determinación de la humedad de los suelos 7.- Qué diferencia existe entre humedad natural y humedad higroscópica?
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UNIVERSIDAD PRIVADA DEL VALLE DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL LABORATORIO DE SUELOS II Ensayo S-3
ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO DE LOS AGREGADOS GRUESO Y FINO AASHTO: Ensayo T 27 ASTM: Ensayo C 136
1. CONOCIMIENTO TEORICO REQUERIDO La importancia de conocer la selección de granos que tiene una mustra es importante, para clasificar la muestra a que familia pertenece.
2. COMPETENCIA El Estudiante en este ensayo abarcara el procedimiento para la determinación de la distribución de los tamaños de las partículas de agregado grueso y de agregado fino empleando tamices de aberturas cuadradas siendo también aplicables el empleo de Cribas de laboratorio de aberturas circulares.
3. EQUIPO 1. Balanza con sensibilidad de 0,1 gramos 2. Juego de tamices 3. Horno de temperatura constante (110 ± 5°C)
4. PROCEDIEMIENTO 4.2 PREPARACIÓN DE MUESTRAS 1. La muestra debe ser representativa, la cual se obtiene por cuarteo.
2. El peso de la muestra de agregado fino necesario para el ensayo deberá ser de unos 500 gramos. 3. El peso de la muestra de agregado grueso necesario para el ensayo deberá estar de acuerdo con el siguiente cuadro:
Tamaño máximo de las Partículas, mm (Pulg.) 9,5 (3/8”) 12,5 (½”) 19,0 (¾”) 25,0 (1”) 37,5 (1 ½”) 50 (2”) 63 (2 ½”) 75 (3”)
Peso mínimo de la muestra (Kg.) 1,0 2,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 60,0
4. Si se trata de una mezcla de grava y arena se deberá separar usando el tamiz No. 4 y se analizaran las partes separadamente. 5. Para determinar la cantidad de material fino que pasa al tamiz No. 200 se sigue el procedimiento indicado en el ensayo de "Determinación del material fino que pasa por el tamiz No. 200.
a) Análisis sin lavado 1. Se pone a secar la muestra en un horno a 110 ± 5°C y se deja enfriar a la temperatura ambiente para luego pesar la cantidad requerida para hacer la prueba. 2. Se desmoronan los grumos de material con un rodillo de madera. 3. Se colocan los tamices sucesivamente, para el grano grueso los tamices desde 2½” , 2”, 1½”, 1”, ¾”, ½”, 3/8”, para el grano fino desde la malla No.
4, No. 10, No. 40 y el No. 200 y al final la base. Se agrega el suelo previamente pesado y desmoronado, y se tapa. 4. Se agita todo el juego de mallas, horizontalmente con movimientos de rotación y verticalmente con golpeteos eventuales. El tiempo de agitado depende de la cantidad de finos en la muestra, pero por lo general no debe ser menor a 15 minutos si el agitado es manual. Para el agitado de las mallas, es muy conveniente el uso del aparato especial "Agitador Ro-Tap". 5. Se quita la tapa y se separa la malla No. 4 vaciando la fracción de suelo que ha sido retenido en la malla sobre un papel bien limpio. A las partículas que han quedado trancadas entre los hilos de la malla no hay que forzarlas a través de ella; invierta el tamiz y con ayuda de una brocha o un cepillo de alambre, desprenda y agregue a las depositadas en el papel.
6. Se pesa cuidadosamente la fracción de la muestra del paso anterior. Se pone en una charola o cápsula. Se guarda esta fracción de muestra hasta el final de la prueba para poder repetir las pesadas en caso de error. 7. Se hacen las pesadas de las fracciones retenidas en cada malla y en la charola del fondo, procediendo en la forma indicada. Todos los pesos retenidos se anotan en el registro de cálculo.
b) Análisis con lavado 1. Se repiten los pasos 1 y 2 del procedimiento anterior, secando, desmoronando los grumos con un rodillo y pesando la cantidad de muestra necesaria. Después se pone la muestra en una charola con agua y se deja remojar hasta que todo el material se haya desintegrado. Esto requiere de 2 a 12 horas. 2. Se vacía el contenido de la cápsula sobre la malla No. 200, cuidadosamente y con ayuda de agua, lave lo mejor posible la muestra para que todos los finos pasen por la malla. El material que pasa a través de la malla No. 200 puede analizarse por medio de otros métodos. Conserve este material en caso de que haya necesidad de realizar este análisis (hidrometría). 3. El material retenido en la malla 200 se pasa a una cápsula, lavando la malla con agua destilada. 4. Se seca el material de la cápsula en el horno y se pesa. 5. Con el material seco del paso anterior, se repiten los pasos 3, 4, 5, y 6 del análisis sin lavado. Se obtienen así los pesos de las fracciones retenidas en cada una de las mallas.
5.- TIEMPO DE DURACION DE LA PRÁCTICA El tiempo necesario para efectuar la práctica es de 2 periodos académicos 6. CÁLCULOS 1. Se obtiene la suma de los pesos retenidos en cada malla y se verifica ese total con el peso de la muestra que se colocó en el juego de tamices; si el error excede el 1%, se vuelve a pesar cada fracción. Si el error es menor se lo usa para corregir el peso de la fracción mas grande. 2. Se obtienen los porcentajes de material retenido en cada malla respecto al peso de la muestra seca original. Se anotan en el registro.
3. Se determina los porcentajes acumulativos de material que ha pasado por cada malla, se resta al 100% el porcentaje retenido en cada malla. 4. Del análisis por mallas grandes efectuadas para preparar la muestra se obtiene que el material que paso la malla No 4 es un porcentaje de la muestra total. Con el objeto de tener los porcentajes acumulativos en todas las mallas, es necesario multiplicarlos por el porcentaje obtenido al preparar la muestra. 5. Se dibuja la curva granulométrica en papel semilogarítmico. En la escala aritmética se anotan los porcentajes de material que paso por las distintas mallas. En la escala logarítmica, las aberturas de las mallas que corresponde al diámetro de las partículas.
7. CUESTIONARIO 1. Defina que es la granulometría combinada 2.- De 2 suelos, uno bien gradado y el otro Uniforme, cual de los dos tiene mayor valor de Porosidad y por qué? 3.- Describa el Ensayo Granulométrico 4.- Teniendo la granulometría siguiente, Dibujar la curva y Hallar Cu y Cc Tamiz 2’’ 1’’ ¾ 3/8 No 4 No 10 No 40 No 200
% que pasa 95.0 74.8 60.0 40.0 26.5 21.2 12.8 8.5
5.- En un ensayo granulométrico se tiene los siguientes resultados: Tamiz Det. Individual 10 33.1 30 25.3 40 23.9 50 20.1 100 18.8 200 15.6 - 200 58.5 Dibuje la curva granulométrica 6.- Qué es una curva granulométrica?
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UNIVERSIDAD PRIVADA DEL VALLE DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL LABORATORIO DE SUELOS II Ensayo S-13
ANÁLISIS GRANULOMETRICO HIDRÓMETRO
METODO
DEL
AASHTO: Ensayo T 88 ASTM: Ensayo D 422
1. CONOCIMIENTO TEORICO REQUERIDO El tamaño de los granos obtenidos con el hidrómetro es equivalente a una esfera cuya velocidad de caída sea igual a la del grano del suelo. El diámetro equivalente de los granos para una lectura dada se obtiene por medio de la ley de Stokes, considerando como altura de caída la distancia entre la superficie del líquido y el centro de flotación del bulbo. El centro de flotación es variable y no se comete error grave si en un lugar de la distancia al centro de flotación se usa la distancia al centro de volumen del bulbo. El hidrómetro mide el promedio de la densidad de la suspensión desalojada por el bulbo. De la lectura del hidrómetro puede determinarse directamente el porcentaje de granos de suelo por peso con relación a la concentración original, calibrando la escala del hidrómetro en gramos por litro.
2. COMPETENCIA El estudiante utilizara el método más usado para hacer la determinación indirecta de los porcentajes de las partículas que pasan la malla No 200, es el hidrómetro, basado en la sedimentación de un material en suspensión en un líquido. El hidrómetro sirve para determinar la variación de la densidad de la suspensión en el transcurso del tiempo y medir la altura de caída del grano de tamaño más grande correspondiente a la densidad media. Puesto que el hidrómetro se conserva sumergido sólo durante el tiempo que se requiere para hacer una lectura, la profundidad del centro de volumen del bulbo requiere una corrección debido a que cuando el hidrómetro se sumerge se produce un movimiento en el nivel del agua, resultado de desalojar un volumen igual al volumen del bulbo del hidrómetro. Este movimiento es proporcional al volumen del bulbo e inversamente proporcional al área del cilindro de sedimentación usado. La suspensión que esta a nivel del centro del volumen y que
es la que determina la lectura del hidrómetro estará mas próxima a la superficie durante el proceso de sedimentación. El cálculo del tamaño del grano debe basarse en la profundidad durante el proceso de sedimentación, que es igual a la distancia que hay entre la superficie de la suspensión y el centro del volumen del bulbo, indicada por la lectura del mismo hidrómetro menos la corrección debida al movimiento relativo causado por la inmersión del hidrómetro. La calibración de un hidrómetro consiste en la determinación de la distancia efectiva de caída en función de la lectura del hidrómetro.
3.-EQUIPOS 1. Hidrómetro 2. Agitador mecánico 3. Cilindros graduados de 1000 ml. de capacidad 4. Balanza con sensibilidad de 0.1 gr. 5. Horno eléctrico a 105 "C 6. Desecador 7. Termómetro graduado en 0.1 °C 8. Recipientes de evaporación 9. Cronómetro 10. Dispersante (Hexametafosfato de Sodio) 4. PROCEDIMIENTO 4.1Procedimientos de calibración 1. Se determina el volumen del tubo del hidrómetro Vh. La determinación se puede hacer por dos procedimientos: - Midiendo el volumen del agua desalojada: se llena la probeta de 500 ml.,
-
2.
3. 4.
hasta la marca de 400 ml. y se sumerge el hidrómetro observando el nuevo nivel de agua. El volumen desalojado es el volumen del bulbo. Peso del hidrómetro: se pesa el hidrómetro con una aproximación de 0.01 gr. puesto que la densidad del hidrómetro es aproximadamente igual a la unidad, el peso en gramos puede considerarse como el volumen en mililitros. Este volumen incluye el volumen del cuello del hidrómetro, pero el error es pequeño y puede despreciarse. Se determina el área de la probeta de 1000 ml. midiendo la distancia entre dos graduaciones (por ejemplo entre 500 y 1000) por medio del compás de puntas. El área A es el cociente que resulta de dividir el volumen, incluido en las graduaciones, por la distancia media. Se afora la probeta de 500 ml., hasta 420 ml. con mucho cuidado. Se sumerge el hidrómetro lentamente hasta que el agua desalojada sea igual a la mitad del volumen (desalojado) del hidrómetro determinado en (1). En estas condiciones la superficie del agua señala la altura en se encuentra el centro del volumen, entonces se hace la lectura (RH) en la
escala del hidrómetro, donde coincida con la regla de aproximación de un milímetro, se mide la distancia L, de la regla al nuevo nivel de agua. 5. "L" es la< longitud de la distancia del centro del bulbo hasta la lectura Rh efectuada en la escala. Para conocer la distancia del centro de volumen a cualquier otra lectura, se miden las distancias en el hidrómetro para cualquier lectura a partir de la Rh conocida y se suma y se resta, según la lectura mayor o menor.
4.2 Corrección de la distancia efectiva de caída A las lecturas anteriores hay que hacerles la corrección debida al desalojamiento del agua producido por la inmersión del hidrómetro. La suspensión hasta el nivel del centro de volumen es la que determina la lectura del hidrómetro que está mas próxima a la superficie durante el proceso de sedimentación que cuando el hidrómetro esta sumergido. La lectura correcta H para la lectura Rh en la escala del hidrómetro será: H H 1
Donde:
Vh 2 A
H1 = La distancia medida para cada lectura al centro del bulbo Vh = Volumen del hidrómetro A = Área de la probeta medida en (2) Con el valor de H y la lectura del hidrómetro Rh se dibuja una gráfica.
4.3 PROCEDIMIENTO DE ENSAYO a) Se toma 40 grs. De muestra limpia y seca, se mezcla con 250 ml. de agua destilada y 30 ml. Hexametafosfato de Sodio (Solución al 5%) b) Agite la mezcla hasta obtener una suspensión uniforme (por un período de 10 minutos aproximadamente). c) Entre las lecturas se deben colocar el hidrómetro dentro de una probeta graduada con agua destilada, la cual debe haber sido preparada previamente. d) Una vez que la muestra este uniforme, vierta dentro de una segunda probeta graduada y añada agua destilada hasta el nivel de la graduación de 1000 ml. e) Mezcle la muestra con el agua cuidadosamente colocando la palma de la mano en la parte superior de la probeta agitando verticalmente con el agitador manual por 30 segundos aproximadamente. f) Coloque la probeta sobre una mesa, introduzca el hidrómetro y el termómetro, en la suspensión y empiece a tomar lecturas al cabo de 1/2, 1, y 2 minutos sin sacar el hidrómetro y el termómetro de la suspensión.
Reagite la suspensión y tome nuevamente las mismas lecturas hasta obtener un par de valores consistentes. g) Después de la última lectura, saque el hidrómetro, reagite la suspensión y empiece de nuevo el ensayo introduciendo el hidrómetro solo después de 2 minutos. El hidrómetro será introducido más o menos 15 segundos antes de cada lectura con el fin de estar con tiempo suficiente para hacer las adecuadas lecturas, y será limpiado con cuidado antes de su inmersión. h) Tome lecturas a los 5, 10, 20, 40, 80 minutos, 2 , 6 y 24 horas. Entre lecturas, el hidrómetro deberá ser conservado dentro del cilindro graduado conteniendo solamente agua destilada. Lecturas de la temperatura de la suspensión deberán ser tomadas con frecuencia. i) Tome lecturas de la temperatura del hidrómetro en el agua destilada cada 30 minutos. j) Determine la altura del menisco del agua destilada. Dicha altura llamada corrección de menisco, es usada en los cálculos. La corrección por meniscos es aproximadamente (+0.5) y la corrección por el desfloculante indicado en (b) es aproximadamente (-0.5) así que estas dos correcciones se anulan entre si. Si se usa una cantidad diferente de desfloculante, hay que determinar la corrección respectiva y substraerse de la corrección por menisco. Para determinar la corrección por desfloculante, sumerja el hidrómetro en agua limpia y tome la lectura de la escala. Añada después la cantidad de desfloculante, sumerja el hidrómetro de nuevo y tome una nueva lectura. La diferencia entre las lecturas, da la corrección por desfloculante. k) Continúe tomando lecturas hasta que el hidrómetro indique aproximadamente 1.001 o hasta que el tiempo transcurrido sea el mínimo necesario requerido calculado para el tamaño de partículas. l) Después de la lectura final, vierta la suspensión en un recipiente de evaporación sin perder ninguna porción de la muestra. m) Deje evaporar la suspensión en el horno a 105 °C hasta que se seque completamente; luego deje enfriar en el desecador y pese con una aproximación de 0.1 gr.
5.- TIEMPO DE DURACION DE LA PRÁCTICA El tiempo necesario para efectuar la práctica es de 2 periodos académicos
6. CÁLCULOS 1. Diámetro efectivo D, mm. 18
D
S W
x
Z r t
Donde: η = Viscosidad del agua a la temperatura del ensayo γs = Densidad del suelo γw = Densidad del agua a la temperatura del ensayo (t = tiempo) Z r = Distancia
entre la superficie de la suspensión y el centro de inmersión del hidrómetro (de la curva de calibración del hidrómetro)
2. Porcentaje de material de diámetro menor que el considerado N, % N
Donde:
G
*
V
G 1 WS
* (R R W ) *100
G = Gravedad especifica del suelo V = Volumen de la suspensión (1000 mi) Ws = Peso del suelo seco al horno γ = Densidad del agua a la t emperatura de calibración del hidrómetro (generalmente20°C) R = Lectura del hidrómetro en la suspensión del suelo. Rw = Lectura del hidrómetro en el agua destilada (a la misma temperatura que la suspensión del suelo)
7. CUESTIONARIO 1. Indique cuántos defloculantes conoce, y para qué sirve? 2. Cómo se determina el volumen del densímetro? 3. Cuándo se determina el ensayo del hidrómetro?
FORMATO GUIAS DE PRÁCTICA Código de registro: RE-10-LAB-026-001
Versión 1.0
UNIVERSIDAD PRIVADA DEL VALLE DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL LABORATORIO DE SUELOS II Ensayo S-14
ENSAYO DE COMPACTACIÓN (SEGÚN EL MÉTODO AASHTO MODIFICADO)
AASHTO: Ensayo T 180 ASTM: Ensayo C 1557
1. CONOCIMIENTO TEORICO REQUERIDO La compactación del suelo método estándar se desarrolló en las prácticas de la asignatura Mecánica de Suelos I, por lo tanto será repasa 2. COMPETENCIA Esta Norma el estudiante aplicara y determinara el ensayo entre el contenido de humedad (%) y la densidad de los suelos compactados (Ds) en un molde de diámetro 6” y un pisón de 10 lb. con una caída de 18 “ .
3. EQUIPOS 1. Balanza (capacidad 20 Kg., sensibilidad 1 gr.) 2. Molde cilíndrico con 5" de altura y 4" o 6" de diámetro, junto con su extensión y placa de soporte 3. Recipientes para tomar muestras de humedad 4. Pisón cilíndrico de compactación (junto con su guía) de 18" de caída y 10 lb. de peso 5. Horno (105°-110 °C) 6. Tamiz ¾” y No. 4 7. Regla metálica para enrasar la muestra 8. Gato o extractor de muestras
4. PROCEDIMIENTO 4.1 PREPARACIÓN DE LA MUESTRA 1. Si la muestra de suelo extraída en campo está muy húmeda, secarla al aire libre o usando un horno a una temperatura no mayor a 60 °C. 2. Se desmoronan los grumos de material fino con el rodillo cilíndrico sobre una superficie plana. 3. Se pasa por el tamiz ¾” y se selecciona una muestra representativa de suelo de 5,4 Kg. o más para el método C y de 11 Kg. para el método D. Se pasa el material por el tamiz No.4 y se selecciona una muestra representativa de suelo de 3 Kg. o más (15 Kg. para el ensayo por muestras separadas) para él método A, y de 7 Kg. o más (35 Kg. para el ensayo por muestras separadas) para el método modificado.
La muestra representativa seleccionada anteriormente, se mezcla completamente con suficiente agua hasta formar una pasta homogénea que esté aproximadamente a 4 "puntos-porcentaje" por debajo el contenido de humedad óptimo. Por tanto no se debe mojar mucho el material para obtener el primer punto de la curva. La forma más simple de mezclar es utilizando las manos, desmoronando los grumos formados a causa de la adición de agua. Se pesa el molde de compactación en la balanza (20 Kg. de capacidad) con una aproximación de 1 gr. mas la placa de soporte, luego se coloca la extensión del molde. Se pone una parte de la muestra preparada en el molde y se nivela con la mano. La compactación se realiza en cinco capas aproximadamente iguales en la cual el espesor de cada capa que se compacta debe ser tal que después de compactada tenga aproximadamente una pulgada de espesor. Se coloca el pisón de compactación sobre la muestra y luego se levanta con el mango hasta que el pisón llegue al extremo de la guía, luego se deja caer sobre la muestra. Se cambia la posición de la guía del pisón y de nuevo se deja caer hasta completar: 25 golpes uniformemente distribuidos en el método A y C; y 56 golpes en el método B y D. Se levanta el pisón del molde, se coloca otra capa de material y se compacta esta capa de la misma manera que se indicó anteriormente, repitiendo esto hasta completar las cinco capas. Se requiere que cuando haya terminado la compactación la muestra sobrepase la altura del molde ½” por lo menos, con el fin de permitir el enrasamiento de la muestra compactada después de retirar la extensión del molde. Se quita la extensión del molde y con una segueta se enrasa la muestra teniendo como guía el borde del molde.
Se pesa el molde más la placa de soporte con la muestra compactada con una aproximación de 1 gr. Se toma una muestra de la superficie inferior y otra de la superior, para determinar el contenido de la humedad. Luego se saca el suelo compactado del molde. Esta operación se puede hacer por medio del aparato para extraer muestras de los moldes usando el orificio y la placa correspondiente a 4" o 6". Se agrega agua a la muestra que se esta compactando y luego se revuelve hasta obtener de nuevo una pasta homogénea. Este paso puede resultar complicado porque se debe deshacer la muestra para aumentar agua. por lo que es recomendable preparar varias muestras al momento de iniciar el ensayo. Se hacen varias determinaciones repitiendo los pasos 2 al 11 agregando a la muestra cada vez mas agua hasta que el peso de la muestra compactada empiece a disminuir.
5.- TIEMPO DE DURACION DE LA PRÁCTICA El tiempo necesario para efectuar la práctica es de 2 periodos académicos
6. CÁLCULO Y GRFICOS Peso.unitario.humedo
Peso.unitario. sec o
Peso.de.la.muestra.humeda Volumen.del .molde
100 * Peso.unitario.humedo 100 contenido .de.humedad
6.1. GRAFICO CURVA DE COMPACTACIÓN Se dibuja una curva en papel milimetrado aritmético con el contenido de humedad como abscisa y el peso unitario seco como ordenada. La humedad óptima y el máximo peso unitario corresponden al pico de esta curva.
7. CUESTIONARIO 1. Objetivo 2. Equipo 3. Qué diferencia existe entre el peso unitario húmedo con el peso unitario seco? 4. Se conoce que la energía específica de compactación para el ensayo compactación modificado es de 27.2 [Kg/cm 3] (hecho en molde de 4’’ de diámetro) En cuantas capas y con cuántos golpes por capa se podrá compactar un suelo para alcanzar a 27.2 [Kg/cm 3] de energía específica de compactación? 5. Al agua intersticial de un suelo compactado para qué sirve (W. Optima)? 6. Entre una arena y otra lima arcillosa, cuál de las dos tiene mayor la densidad máxima de compactación? 7. Por qué se conoce con el nombre Proctor al ensayo de Compactación?
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ENSAYO PARA DETERMINAR LA RELACIÓN SOPORTE CALIFORNIA (CBR) EN LABORATORIO
AASHTO: Ensayo T 193 (CBR compactado en laboratorio) ASTM: Ensayo D 1883 (CBR compactado en laboratorio)
1. CONOCIMIENTO TEORICO REQUERIDO La relación CBR generalmente se determina para 0.1 y 0.2 pulgadas de penetración o sea para un esfuerzo de 1000 y 1500 libras por pulgada cuadrada en el patrón, respectivamente. De estos dos valores se usa el que sea mayor. Con el fin de duplicar en el laboratorio la condición más crítica que se presenta en el terreno, las muestras para el ensayo del CBR se sumergen en agua hasta obtener su saturación. Los ensayos de CBR se pueden efectuar sobre muestras compactadas en el laboratorio (suelos perturbados y remoldados), sobre muestras inalteradas obtenidas en el terreno y sobre suelos en sitio.
2. COMPETENCIAS.-. La Relación Soporte California (The California Bearing Ratio, CBR) se expresa como un porcentaje del esfuerzo requerido para hacer penetrar un pistón en el suelo que se ensaya, dividido entre el esfuerzo requerido para hacer penetrar el mismo pistón hasta la misma profundidad en una muestra patrón de piedra triturada. El Estudiante ensayara este conocimiento definiendo la clasificación del suelo con relación al Índice Portante Por lo tanto:
C . B. R.
Esfuerzo.en.el . suelo.ensayado esfuerzo.en.elsuelo . patron
*100
VALORES PARA EL PATRON (Roca triturada) Penetración
Esfuerzo
Pulg.
mm.
lb./pulg.2
Kg./cm2
0.10
2.54
1000
70
0.20
5.08
1500
105
3. EQUIPO. Para la compactación: 1. Martillo de 10 lb. con una altura de caída de 18", indicado en el método de compactación Proctor Modificado. 2. Molde cilíndrico de acero. 3. Disco espaciador. Para la expansión: 4. Plato y vástago; el vástago con altura graduable se halla fijado a un disco metálico. 5. Aparatos para medir la expansión que consisten de un trípode y extensómetro (con una aproximación de 0.001"). 6. Pesas como sobrecarga, se emplea una pesa anular y varias pesas cortadas de plomo con un peso de 10 lb. Para la penetración: 7. Pistón cilíndrico de acero, para penetrar el suelo hasta ½”. 8. Prensa para aplicar la carga, que puede ser un gato hidráulico que permita aplicar una carga de hasta 44.5 KN a una razón de 1.3 mm. /min. Generalmente los aparatos que se utilizan para este tipo de ensayos llevan anillos calibrados. 9. Equipo mixto como balanzas, hornos, tamices, papel filtro, reservorios para la inmersión de la muestra, cronómetros, y otros. 4 PROCEDIMIENTO 4.1. PREPARACIÓN DE LA MUESTRA a. Si el material está húmedo, tiene que ser secado previamente, ya sea al aire libre o calentándolo a una temperatura no mayor de 60 °C. b. Una vez secado el material, se desmenuzarán los terrones existentes, teniendo cuidado especial de no romper las partículas individuales de la muestra. c. Las muestras que se vayan a compactar, habrán de tamizarse en los tamices de ¾” y No.4. La fracción retenida en el tamiz de ¾”, se descartará
y reemplazará, en igual proporción, por el material comprendido entre los tamices ¾” y No.4 luego, se mezclarán bien las dos fracciones del material
tamizado. d. Determinar el contenido de humedad de las muestras preparadas de esta manera.
Cantidad de material En general es necesario alrededor de 50 Kg. de muestra, si se va ha realizar la determinación de la densidad máxima. Un ensayo de compactación previamente
desarrollado puede ser sustituido por el ensayo de compactación incluido en este ensayo. En este caso es necesario solo 35 Kg. para la prueba. Como la muestra debe ser preparada de acuerdo al Proctor Modificado AASHTO T-180 D o su equivalente en ASTM, se necesitan alrededor de 11 Kg. para cada punto en la determinación de la densidad máxima seca y el contenido de humedad óptimo. La curva de densidad máxima se genera con tres, cuatro, cinco o seis puntos, dependiendo de la habilidad del laboratorista. Debe tenerse en cuenta que cada muestra debe ser utilizada una sola vez, es decir, que no podrá usarse material que haya sido previamente compactado. L a determinación de la densidad máxima seca y humedad optima se consigue Usando los especímenes, determinar el contenido de humedad óptimo y la máxima densidad seca de acuerdo al método Proctor T 180 (método D). Un ensayo de compactación previamente desarrollado puede ser sustituido por el ensayo de compactación incluido en este método.
4.2. DETERMINACIÓN DE LA RELACIÓN DENSIDAD - HUMEDAD Suelos de baja plasticidad. Abarca a los suelos cohesivos, poco plásticos y poco o nada expansivos. GM - Gravas limosas y mezclas limo-areno-gravosas GC - Gravas arcillosas y mezclas arcillo-areno-gravosas SM -Arenas limosas y mezclas limo-arenosas SC - Arenas arcillosas y arcillas arenosas CL- Arcillas orgánicas de baja a mediana plasticidad; arcillas limosas, arenosas y gravosas ML - Limos inorgánicos y arenas muy finas OL - Limos y arcillas limosas inorgánicas, de baja plasticidad 1. Sujetar el molde a la base del plato y pesar con una aproximación de 5 gr. Colocar su extensión e introducir el disco espaciador en el molde y colocar un papel filtro grueso de 6" de diámetro encima de este disco. 2. Se preparan 3 muestras, cada una de ellas con "humedad de mezclado" igual en ± 0.5% de la humedad óptima de la curva de compactación. Se deben tomar muestras de humedad para cada molde con anticipación a su compactación. 3. La primera muestra se compacta según el método AASHTO T -180 D (con 56 golpes del pisón). La segunda con 25 golpes de pisón y la tercera con 12 golpes del pisón. Pisón de 10 lb. y 18" de caída. 4. Cada capa debe ser de 1" de espesor después de compactada y la última capa debe estar ½” por encima de la unión del molde con su extensión. La
briqueta compactada debe tener un espesor aproximado de 5 pulgadas. 5. Una vez compactada la muestra, se retira la extensión; se enrasa la parte superior de aquella con los bordes del molde cilíndrico, usando la regla y
corrigiendo cualquier irregularidad superficial. Pesar el molde junto con la muestra compactada sin el disco espaciador. 6. Luego determinar la densidad y la humedad de está muestra compactada.
Suelos granulares Abarca a los suelos gravosos y arenosos. GW- Gravas bien gradadas y mezclas de grava y arena con poco o nada de material fino. GP - Gravas mal gradadas y mezclas de grava y arena con poco o nada de material fino. SW- Arenas bien gradadas y arenas gravosas con poco o nada de material fino. SP -Arenas mal gradadas y arenas gravosas con poco o nada de material fino. Para la determinación de la relación Densidad - Humedad se procede de la misma manera que para los de baja plasticidad. Generalmente estos suelos producen cambios volumétricos poco apreciables por lo que se puede hallar su CBR después de compactarlos sin remojarlos en agua.
Suelos de alta plasticidad MH - Limos orgánicos, suelos limosos y arenosos de granulometría fina. CH - Arcillas inorgánicas muy plásticas. OH - Arcillas orgánicas de plasticidad media a elevada. Para estos suelos de alta plasticidad y que sufren grandes cambios de volumen cuando se sumergen; se determina la humedad y el peso unitario más satisfactorios que se deben usar en la compactación; estos valores son aquellos que dan el menor cambio volumétrico. El procedimiento que se usa para preparar las muestras para este tipo de suelos es el mismo que se emplea para los suelos de baja plasticidad con la excepción de cada espécimen que se usa para el desarrollo de la curva de compactación debe prepararse para ser sumergido. Jamás una curva completa de compactación debe estar desarrollada usando 25 golpes y otra dando 12 golpes por capa. Cada espécimen así compactado debe ser preparado para ser sumergido.
Procedimiento para sumergir la muestra y medir los cambios volumétricos (Expansión). 1. Una vez determinada la densidad y humedad de la muestra, colocar un papel filtro grueso de 6" de diámetro sobre la placa soporte y luego voltear el molde con la muestra compactada (el espacio dejado por el disco queda lógicamente en la parte superior) y se coloca sobre la placa soporte. La muestra esta lista para ser sumergida
2. Se coloca un papel filtro grueso de 6" de diámetro sobre la superficie de la muestra compactada, luego la placa perforada con un vástago graduable y sobre esta, las pesas de plomo requeridas. 3. La sobrecarga que se aplique mediante pesas de plomo, debe ser prácticamente igual a la correspondiente al pavimento (sub-base, base y capa de rodamiento) a construirse. Estas pesas de plomo son de 5 lb. (2.27 Kg.) y la sobrecarga mínima a emplearse es de 10 lb. (4.54 Kg.), equivalente a la de un pavimento de concreto de 5" de espesor (12.5 cm.). 4. Una vez colocado el vástago y las pesas en la forma indicada anteriormente, se coloca un extensómetro junto con un trípode que sirva para sostenerlo; se marca sobre el molde la posición inicial de los soportes del trípode con el fin de colocarlos en la misma posición cada vez que se haga una lectura. Y se hace la lectura inicial del extensómetro. Luego se quita el trípode y el extensómetro. 5. Luego se coloca cuidadosamente el molde dentro de un tanque o depósito lleno de agua. Para permitir el libre acceso de agua por debajo de la muestra, se recomienda colocar el molde sobre bloques metálicos, y no directamente sobre la superficie del tanque o depósito. Asimismo, para que la muestra se sature fácilmente por la parte superior, se recomienda verter agua dentro del molde hasta nivelar con el nivel exterior de agua. Durante el remojado mantener este nivel alrededor de 25.4 mm. sobre el tope del espécimen. 6. Cada 24 hrs. y por un período de 96 hr (4 días) se toman y registran las lecturas del extensómetro. 7. Al cabo de 4 días tomar una lectura final del extensómetro y sacar el molde del agua, secar y dejar escurrir por espacio de 15 minutos. Como para drenar bien el agua hay que voltear el cilindro, sujetar bien las pesas metálicas al hacer esta operación. 8. Luego se remueven el disco perforado, las pesas y el papel filtro, para luego pesar la muestra. Calcular la expansión como un porcentaje de la longitud de la muestra inicial: Expansion(%)
Variacion .de.la.long .durante.el .remojado(mm) longitud .de.la.briqueta.(alrededor .de.116,5mm.
*100
4.3 PENETRACIÓN DEL PISTÓN 1. Aplicar de nuevo la sobrecarga sobre la muestra saturada de la misma forma que se hizo durante la inmersión. 2. Se coloca la muestra sobre la plataforma de la prensa del CBR, la muestra debe estar centrada con el pistón, luego se levanta la plataforma por medio del gato hasta que el pistón este en contacto con la muestra y se aplique una carga de 10 lb. (4.5 Kg.) como "carga de asentamiento", luego se coloca a cero el indicador de carga. 3. Colocar el extensómetro también en cero.
4. Aplicar la carga por medio del gato hidráulico de la prensa del CBR a una velocidad de 0.05" (1.3mm) por minuto. Registrar las cargas aplicadas cuando la penetración este en 0.025, 0.050, 0.075, 0.100, 0.150, 0.200 y 0.300 pulgadas. Se pueden registrar las cargas a 0.40 y 0.50 pulgadas de penetración si se desea. 5. Se saca la muestra de la prensa del CBR y se toma una muestra de humedad alrededor del orificio dejado por el pistón. 6. Para sacar la muestra del molde se puede usar el extractor de muestras con la placa de 6" de diámetro y el orificio indicado, si se tiene este a disposición.
5.- TIEMPO DE DURACION DE LA PRÁCTICA El tiempo necesario para efectuar la práctica es de 2 periodos académicos 6.-. CÁLCULOS Graficar la curva "Resistencia a la penetración vs. Profundidad de penetración", en la que se usa como abscisa la penetración del pistón en pulgadas y como ordenada la carga en libras. El cero de la curva debe ser desplazado para así compensar los errores debidos a irregularidades en la superficie de la muestra y para corregir la curva si esta empieza con concavidad hacia arriba. Este desplazamiento se hace generalmente conectando por medio de una recta los puntos de la curva situados encima de la concavidad, antes mencionada, que formen aproximadamente una línea recta o pasando una tangente a la curva por su punto de inflexión y, en cada caso, prolongando dicha recta hasta que intercepte el eje de las deflexiones. Este punto de intersección será el cero corregido para las deflexiones (ver figura). El valor de la carga corregida es determinado para cada espécimen en 0.10 y 0.20 pulgadas de penetración. Los valores de Relación Soporte California (CBR) son obtenidos en porcentaje, por división de los valores corregidos en 0.10 y 0.20 pulg. Previamente convertidas a esfuerzos unitarios, con un área efectiva del pistón de penetración de 03 entre las cargas estándar de 1000 y 1500 psi. respectivamente, y multiplicando estas relaciones por 100.
C . B. R.(%)
Valorcorre gido.de.c arg a C arg a.es tan dard
*100
El CBR de un suelo es la carga unitaria correspondiente a 0.1” o 0.2” de penetración, expresada en porcentaje de su respectivo "valor estándar". Si el CBR correspondiente a 0.2” es muy superior al correspondiente al 0.1”, deberá repetirse el ensayo. Si los CBR para 0.1” y 0.2” son semej antes, se recomienda usar en los cálculos el CBR correspondiente a 0.2”
7. CUESTIONARIO 1. Qué representa el índice portante del suelo? 2. Describa los números de golpes por capa para realizar el ensayo C.B.R. 3. El valor de la carga normal a cuántos [mm.] de penetración corresponde? 4. Qué es la Expansión del suelo? 5. De dos suelos, uno de ellos grava arenosa y otra de un limoarcilloso, cuál de los dos tiene mayor expansión. 6. Cuántos días de inmersión en el agua deben estar el molde con el suelo compacto?
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ENSAYO PARA DETERMINAR LA DENSIDAD EN SITIO MEDIANTE EL MÉTODO DEL CONO DE ARENA
AASHTO: Ensayo T191 ASTM: Ensayo D1556
1. CONOCIMIENTO TEORICO REQUERIDO La densidad de los cuerpos se determinó en la asignatura de Física I, por lo tanto aplicara los conocimientos respectivos
2. COMPETENCIAS El estudiante con este ensayo determinara el control de la compactación de terraplenes. En este ensayo denominamos Peso Unitario Húmedo al peso del material húmedo (γ humedo) en sitio por unidad de volumen; Peso Unitario Seco (γseco) al peso del material seco (secado en un horno de 105 °C) por unidad de volumen. Este método puede ser usado para determinar pesos unitarios en sitio de depósitos naturales, agregados, suelos mixtos, u otros materiales similares.
3. EQUIPO 1. Dispositivo desmontable que consiste en un cono de metal con su válvula de retención
2. Una placa metálica rectangular con un hueco en el centro para recibir al cono 3. Arena calibrada (ver calibración de arena) 4. Balanza de 10 Kg. de capacidad, con sensibilidad de 1gr 5. Balanza de 2 Kg. de capacidad y sensibilidad de 0.1g 6. Equipo de secado, compuesto por un homo o una cocinilla a gas
7. Equipo misceláneo: frascos grandes, platos, cucharón, cincel, martillo, clavos para la sujeción de la placa metálica al terreno, escobillones, pedazo de vidrio (para secado por cocinilla), etc.
4. PROCEDIMIENTO 4.1. SITIO DE ENSAYO 1. Se elimina un área circular, de unos 50 cm. de diámetro, todo material suelto y luego se aplana. 2. Se coloca la placa metálica y se empieza a excavar, con ayuda del cincel y del martillo, un hueco del mismo diámetro del orificio de la placa y de unos 15 a 20 cm. de profundidad. El material que se va excavando se deposita en una bolsa o un frasco, este se tapa completamente con el fin de no perder humedad. 3. Se obtiene el peso del frasco junto con el suelo excavado. 4. Se obtiene el peso del tarro de 1 galón de capacidad y del cono de metal junto con la arena que se va ha usar. 5. Luego se coloca el cono sobre el orificio de la placa (sus diámetros deben coincidir) se abre la válvula del cono y se deja correr la arena hasta llenar el hueco, es decir hasta que no pase mas arena. 6. Se cierra la válvula del cono, se pesa de nuevo el tarro de 1 galón más arena y el cono. 7. Se recoge la arena depositada en el hueco, tratando de recobrar la mayor cantidad posible sin recoger demasiadas impurezas. 8. Se halla el contenido de humedad de la muestra extraída tamizando esta sobre el tamiz ¾” (con el fin de evitar obtener resultados erróneos del
contenido de humedad), y pesando una cantidad próxima a 200 gr. de la muestra tamizada. Luego cocinar esta muestra en la cocinilla verificando la pérdida total de agua con el vidrio que es colocado sobre el plato eventualmente hasta que este no quede empañado después de su colocación. Se debe tener cuidado de no perder el material durante las casuales explosiones de las piedras durante este procedimiento. Luego se hace enfriar a temperatura ambiente y se pesa. Obteniendo así el contenido de humedad de la muestra extraída.
4.2.
CALIBRACIÓN DE LA ARENA
a. La arena que se usa para la determinación de la densidad en sitio debe consistir de partículas redondas y regulares, no cementadas, secas, que permitan el flujo libre y estar limpias de impurezas. El tamaño de las partículas debe ser tal que pasen el tamiz No.10, y tengan un coeficiente de uniformidad (Cu = D60 / D10) menor que 2.0, y que menos del 3% en peso pase el tamiz No.60.
b. Se lava la arena y se pone a secar en el horno (110 ± 5 °C). c. Luego se vacía la arena sobre un recipiente tratando de usar la misma velocidad y la misma altura de caída de la arena que en el ensayo de densidad. Generalmente se usa el molde del ensayo Proctor (4" de diámetro) cuyo volumen es de 1/30 pie 3 (943.9 cm3). d. Luego se enrasa la superficie con una regla o segueta teniendo como guía el borde del molde. Se debe evitar cualquier golpe o vibración durante esta operación ya que de otra manera se obtendrán resultados erróneos. e. Obtener el peso de la arena en el molde. En los cálculos se debe usar el promedio de varias determinaciones del peso unitario de la arena, pudiendo tener estas determinaciones un error menor del 1 % para ser aceptadas. f. La arena después de calibrada se coloca en recipientes que se puedan sellar con el fin de evitar la absorción de humedad ya que la arena debe estar seca cuando se use en el terreno con el fin de que los resultados sean satisfactorios. g. Cálculo del peso-unitario de la arena: Peso.unitario.de.la.arena
Peso.de.la.arena.en.el .molde Volumen.del .molde
5.- TIEMPO DE DURACION DE LA PRÁCTICA El tiempo necesario para efectuar la práctica es de 2 periodos académicos 6. CÁLCULOS Volumen.de.la.muestra
Peso.unitario.humedo
Peso.de.la.arena.en.el .hueco Peso.unitario.de.la.arena Peso.de.la.muestra
Volumen.de.la.muestra
Peso.unitario. sec o
Peso.unitario.humedo 100. .contenido .de.humedad (%)
Con el fin de conocer el peso unitario de la arena se efectúa la llamada calibración de la arena descrita en el siguiente párrafo.
7. CUESTIONARIO 1. Qué objetivo tiene esta prueba? 2. Qué diferencia existe entre el peso unitario natural al peso unitario comparativo? 3. Desarrollar el ensayo 4. Cómo se determina el peso o densidad específica suelta de la arena? 5. Qué diferencia existe entre densidad húmeda y densidad natural? 6. Qué diferencia existe entre el peso unitario y densidad aparente?
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EVALUACIÓN Y CONTROL ESTRUCTURAL MEDIANTE LA PENETRACION DINAMICA DE CONO “DCP”
ASTM: D-6951 03
1. CONOCIMIENTO TEORICO REQUERIDO El penetrómetro dinámico de cono (DCP), se constituye actualmente en una herramienta simple y económica para efectuar in-situ, tanto para un pavimento en servicio como para uno nuevo en construcción, una auscultación rápida y continua de las capas granulares, levemente ligadas y de los suelos de fundación. Permite en combinación con otros métodos de auscultación mas difundidos, como la medición de deflexiones y la realización de perforaciones, estudiar las características estructurales de los pavimentos existentes, no solo en su conjunto, sino además en cada uno de los estratos que lo componen. El principio de funcionamiento es muy simple: una sonda con su extremo en forma de cono penetra a través de las capas en forma continua bajo la acción dinámica de una masa M igual a 8 Kg., que cae libremente de una altura H de 575 mm de longitud, ambas fijas y preestablecidas. Esta penetración es función de la resistencia al corte in-situ de los materiales del paquete estructural. El perfil en profundidad brinda una indicación de las propiedades en el lugar de los materiales de los diferentes estratos en las condiciones reales en estos se encuentran en el momento del ensayo.
2.-COMPETENCIAS Entre los usos del ensayo podemos destacar: Campaña de reconocimiento rápido del terreno. Verificación de la eficiencia de los equipos de compactación utilizados en obra. Control durante las distintas capas que componen el paquete. Detección e identificación de anomalías en alguna o algunas de las capas una ves construidas. Evaluación de pavimentos existentes. Identificación de tramos de un mismo camino con características estructurales similares.
3. EQUIPO 1. Equipo DCP 2. Regla para lectura 3. Pala
4. PROCEDIMIENTO 1. Identificación del suelo a evaluar e indicación de la posición del punto donde se realizara el ensayo. 2. Realizar una limpieza y nivelación de cierta área del suelo, para efectuar el emplazamiento del equipo, y de esta manera facilitar la posición horizontal de la regleta para tomar las lecturas de penetración. 3. Emplazar el equipo DCP, teniendo cuidado de mantener su verticalidad durante el ensayo. 4. Tomar la primera lectura de penetración debido al peso propio del penetrómetro. 5. Elevar el mazo hasta la altura total de caída libre, y dejarlo caer hasta que este impacte libremente. 6. Tomar la lectura del número de golpe y la penetración efectuada en mm. 7. Se repite los procedimientos 4 y 5, hasta efectuar la penetración total de equipo (1000 mm), o hasta la profundidad requerida de estudio. 8. Se extraer el equipo con golpeteos del mismo mazo de abajo hacia arriba.
5.- TIEMPO DE DURACION DE LA PRÁCTICA El tiempo necesario para efectuar la práctica es de 2 periodos académicos
6 CÁLCULOS 1. Calcular el numero DCP (DN) que es el que define la penetración del penetrómetro
DN
Penetracio n Numero.de. golpes
2. Calcular el promedio DN entre los valores más similares y continuos, de los resultados del cálculo anteriormente efectuado. 3. Determinar el valor de la Relación del Soporte de California para un cono de 60º, mediante la ecuación siguiente: CBR
405.3 DN 1.259
4. Se dibuja el grafico de penetración DCP en papel semilogarítmico, la escala aritmética lleva los datos de penetración y la semilogarítmica los DN 5. Se realiza otro grafico en el papel semilogarítmico, donde la escala semilogarítmica lleva los datos del CBR calculado versus distintas penetraciones
7. CUESTIONARIO 1. 2. 3. 4.
Objetivo del ensayo En qué tipo de suelos se utiliza esta prueba? Cuántos kilos pesa el martinete de percusión? Qué altura de caída libre tiene?
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UNIVERSIDAD PRIVADA DEL VALLE DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL LABORATORIO DE SUELOS II Ensayo S-19 METODO STANDARD PARA EL ENSAYO DE PENETRACION Y OBTENCION DE MUESTRAS DE SUELO (STP) AASHTO: Ensayo T 206 ASTM: Ensayo D 1586
1. CONOCIMIENTO TEORICO REQUERIDO La resistencia del suelo es de suma importancia para cualquier diseño de cimentaciones, por lo tanto el estudiante aplicara el conocimiento de la asignatura Fundaciones 2. COMPETENCIAS.Este método es cotejado por el estudiante que describirá el procedimiento para efectuar sondeos en un terreno (ensayos SPT) utilizando un sacamuestras “partido”, a fin de obtener muestras representativas de suelo para su identificación
y ensayos de laboratorio y obtener, además una medida de la resistencia del suelo ala penetración del saca muestras.
3. EQUIPO 1. Equipo de perforación: Para evitar que el martinete produzca “latigazos”, se recomienda que la barra que se usa en la perforación tenga una rigidez mayor o igual que la barra hueca de acero que sirve para la perforación del pozo. 2. Saca muestras partido: El saca muestras debe ser construido con las dimensiones indicadas en la AASTHTO T206, la punta de la cuchara es de acero, reemplazable y reparable cuando se haya torcido o dentado. La cabeza de acoplamiento debe tener cuatro orificios de 12,7 mm. de diámetro como mínimo. 3. Equipo de hincado, que consiste de: un martinete de 63,5 Kg. de peso, una cabeza de hincado y un tubo guía que permita una caída libre de 76 mm. Debe tenerse cuidado de asegurar que la energía del martinete al caer, no se reduzca por fricción entre el martinete y las guías. 4. Equipo misceláneo: Etiquetas, planillas de campo, bolsas para colocar las muestras, equipo mecánico para la instalación y otros.
Cuchara partida Standard
Cuchara de una sola pared
4. PROCEDIMIENTO 1. Se debe limpiar el hoyo hasta el nivel de muestreo, usando un equipo que garantice que el material cuya muestra se desea obtener, no vaya ser perturbado durante la operación. En arenas y limos saturados, sacar lentamente el muestreador usado, a fin de evitar que se “suelte” el suelo del
hoyo. 2. Con el saca muestras descansando en el fondo del hueco, hincar el saca muestras, haciendo caer el martinete de 63.5 Kg. (140 lb.) desde una altura libre de 76 cm. (30”), hasta el saca muestras haya penetrado 45 cm. (18”) o se haya aplicado 100 golpes de martinete. 3. Repetir esta operación a intervalos no mayor de 1.5 m (5 pies), cuando el subsuelo es homogéneo y cada vez que haya cambios de estrato. 4. Registrar el número de golpes cada vez que se introduzca 15 cm. Del saca muestras. Los primeros 15 cm. (6”) se considera que son para asentar el
saca muestras. 5. Una vez asentado el saca muestras, se hincan nuevamente 15 cm. (6”) del mismo anotando el numero de golpes del martinete. Luego se introducen otros 15 cm. Del saca muestras y se vuelve anotar el numero de golpes. La suma de los golpes dados para introducir el saca muestras los últimos 30
cm. O sea los golpes correspondientes a la segunda y a la tercera hinca, se indica como la “resistencia N”, a la penetración del saca muestras.
5.- TIEMPO DE DURACION DE LA PRÁCTICA El tiempo necesario para efectuar la práctica es de 2 periodos académicos 6. CALCULO Podemos mejorar los datos del ensayo SPT aplicando factores de corrección en la siguiente ecuación: N 60 C N * N F
Donde: N60 = valor corregido de N para los procedimientos en campo CN = Factor de corrección 2/(1+0.01σ’o) (Según Skempton) σ’o = 95.8 kN/m 2 NF = valor N del ensayo SPT en campo Los datos del ensayo SPT también pueden ser ajustados usando correcciones por sobrecarga que compensen los efectos de profundidad. Los ensayos realizados cerca del fondo de un suelo uniforme tienen valores de N más altos que los realizados cerca de la superficie. Entonces se hace necesario corregir estos valores por sobrecarga de la siguiente manera.
( N 1)60 N 60 *
100kPa '
z
Donde: (N1)60 = valor N corregido por procedimientos en campo y esfuerzo de sobrecarga σ’z = esfuerzo vertical efectivo en la localización del ensayo, kPa N60 = valor N del ensayo SPT corregido por procedimientos campo
7.- CUESTIONARIO 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Descripción del objetivo Indique la altura libre de caída del martinete Para qué sirve la cuchara partida? Cuando se considera el “Rechazo” y fin del sondeo? Indicar el Nº de golpes
Señale el peso del martinete en [Kg.] Para qué sirve el Ábaco de Hoogs?
GUIAS DE PRACTICAS ICI Código de registro: RE-10-LAB-026-001
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UNIVERSIDAD PRIVADA DEL VALLE DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL LABORATORIO DE SUELOS Ensayo S-20
DISPERSIVIDAD DE ARCILLAS
AASHTO: Ensayo NN ASTM: Ensayo 4648-87
1. CONOCIMIENTO TEORICO REQUERIDO En la naturaleza existen ciertos suelos muy finos que son altamente erosionable Y son conocidos como suelos dispersivos. 2. COMPETENCIAS.En esta practica el estudiante realizara el ensayo de gran importancia, y tiene como objetivo principal medir directamente la dispersión de los suelos (erosión coloidal) de grano fino y compactado, que identifica y suministra conocimientos acerca de los suelos altamente dispersivos.
3. EQUIPO 1. 2. 3. 4. 5.
Aparato de Ensayo (Pinhole) Balanza con 0.1[grs.] de sensibilidad Probeta de 500 [c.c.] Cronómetro Pisón para compactar
4. PROCEDIMIENTO PREPARACIÓN DE LA MUESTRA: 1. La muestra se prepara sobre la fracción inferior a 2 [mm.] 2. La muestra se prepara en el molde, compactando el espécimen de arcilla de 38 [mm.] de longitud, con un contenido de agua cercano al límite plástico (L.P.) obteniendo el 90 al 95% del Proctor estándar, compactando 5 capas con 16 golpes/capa con un pisón de 340 [grs.] su densidad máxima, se deben hacer pruebas variando el contenido de agua en la compactación. 3. La virola de plástico o metálica se hinca manualmente en la extremidad superior de la muestra. Mediante una aguja rígida de acero de diámetro 1 [mm.] se practica un agujero en la muestra. 4. Después de la preparación de la muestra y su colocación al aparato de ensayo se somete a un escurrimiento axial sucesivamente bajo una carga de agua de 5, 18, 38 y 92 [cm.]; cada intervalo deberá mantenerse durante un periodo que varía de 5 a 10 min. Sin interrupción se mide el caudal mediante un cronometro a unas probetas de vidrio de 50 a 100 [ml.] donde se anotará la hora observando el color del agua mirando por la parte de frente. 5. La carga inicial de 5 [cm.] en la ausencia de escurrimiento debido especialmente a la obturación del agujero, se destapa el agujero, este problema se presenta raras veces. 6. Los resultados obtenidos se verifican según la tabla de Identificación de Suelos Dispersivos.
5.- TIEMPO DE DURACION DE LA PRÁCTICA El tiempo necesario para efectuar la práctica es de 2 periodos académicos 6. CALCULO Los resultados son evaluados en base a: 1. Apariencia del agua 2. Grado de flujo 3. Apariencia final del agujero punzado en el espécimen o cuerpo de prueba compactada Según a estas características se han clasificado los suelos según las siguientes categorías:
D1 = Suelo muy dispersivo D2 = Suelo Dispersivo ND4 = Suelo Intermedio ND3 = Suelo Intermedio ND2 = Suelo resistente a la erosión ND1 = Suelo muy resistente a la erosión
7. CUESTIONARIO 1. A qué tipo de suelo se denomina dispersivo? 2. Qué valores clasifica a un suelo D2 por la coloración, caudal y diámetro del agujero?
GUIAS DE PRACTICAS ICI Código de registro: RE-10-LAB-026-001
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UNIVERSIDAD PRIVADA DEL VALLE DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL LABORATORIO DE SUELOS Ensayo S-21
DETERMINACION DE LA PERMEABILIDAD
AASHTO: Ensayo T 215 ASTM: Ensayo D 2434
1. CONOCIMIENTO TEORICO REQUERIDO El coeficiente de permeabilidad K depende del tamaño y forma de los granos que componen el suelo, de su relación de vacíos, del contenido de materia orgánica y de la temperatura. Siendo este coeficiente distinto para cada tipo de suelo, es necesario determinarlo, experimentalmente, mediante pruebas de permeabilidad, para cada suelo en particular. Con el objeto de establecer una base de comparación, es conveniente expresar el coeficiente de permeabilidad refiriéndolo a la temperatura de 20 °C si se conoce el valor de K, a cualquier temperatura T, su valor a 20 °C será:
2. COMPETENCIAS.El estudiante aplicara los conocimientos teóricos de Darcy estableció la ley que rige el flujo del agua a través de los suelos, expresando como sigue: Q = K* i * A Donde: Q = Gasto que pasa a través de la muestra del suelo K = Coeficiente de permeabilidad i = Gradiente hidráulico A = Área de la sección transversal de la muestra. K 20º
V t V 20º
K t
Donde: K = Coeficiente de permeabilidad V = Viscosidad del agua La permeabilidad de un suelo se puede determinar directamente en el terreno o bien en el laboratorio utilizando muestras representativas de este. A continuación se describen los métodos seguidos en el laboratorio
3.- EQUIPOS 1. Permeámetro de lucita: Diámetro interior de 5 cm., longitud de 20 cm. Dispositivo para desaguar el exceso de agua en el aparato 2. Tanque de abastecimiento de agua 3. Recipiente de descarga 4. Probeta graduada. 5. Termómetro. 6. Cronómetro. 7. Tapón de hule perforado 8. Pisón metálico de 4 cm. de diámetro y 30 gr. de peso 9. Malla de No.100 10. Balanza de 2 Kg. de capacidad y 0.10 de gr. de sensibilidad
4.- PROCEDIMIENTO Las pruebas de laboratorio se ejecutan utilizando aparatos especiales llamados permeámetros que pueden ser de carga constante o de carga variable. Las pruebas deben efectuarse a una temperatura lo mas constante posible. 4.1. PRUEBAS DE PERMEÁMETRO DE CARGA CONSTANTE Este permeámetro se utiliza para suelos relativamente permeables tales como grava, arena, y mezclas de arena y grava. Los coeficientes de permeabilidad para esta clase de suelos varían entre 100 y 0.001 (cm. / seg). El procedimiento consiste en someter la muestra del suelo a un escurrimiento de agua bajo una carga constante. Es necesario conocer el área de la sección transversal de la muestra, su longitud, la carga a que esta sometida y la temperatura del agua.
1. Se mide el diámetro promedio del permeámetro y se determina su área. Es conveniente hacer esta operación una sola vez y conservar el dato para cada vez que se utilice el permeámetro. 2. Se coloca la malla en el extremo inferior del permeámetro y se pesa este. 3. El material de la muestra seca se coloca en capas de 1 cm. de espesor, apisonando cada capa con un número variable de golpes a fin de que la muestra quede uniformemente compactada en todo su espesor. La primera capa se apisona con 10 golpes dejando caer el pisón de una altura de 4 cm. la segunda capa se apisona con 14 golpes, la tercera con 18 y así sucesivamente, conservando en todas la misma altura de caída (4 cm.). 4. Se pesa el permeámetro con la muestra compactada; este peso menos el peso del permeámetro vacío es el peso de la muestra. Se mide la longitud total de la muestra (L). 5. Se satura la muestra por capilaridad sumergiéndola lentamente en un recipiente con agua destilada, procurando que el nivel de la línea de saturación quede arriba del nivel de agua del recipiente, con objeto de que la saturación se efectué exclusivamente por la capilaridad y la expulsión del aire de la muestra sea más efectiva. Al terminar de saturar la muestra se permite que el agua del recipiente quede arriba del nivel superior de la muestra e inmediatamente se coloca el permeámetro en posición de prueba agregándole agua por la parte superior. La parte inferior del permeámetro debe quedar sumergida dentro de un recipiente que fijara el nivel de descarga. Se deja escurrir el agua por espacio de 15 minutos a fin de establecer el régimen y una vez logrado esto, se procede a hacer las mediciones. 6. Se recoge el agua vertida por el recipiente de descarga durante un tiempo medio “t” en una probeta graduada.
7. Durante la prueba, se mide y registra la distancia entre el nivel superior del agua y el dispositivo que proporciona la carga constante y el nivel del agua en el recipiente de descarga. Esta distancia "b" es la carga bajo el cual se produce la filtración. Se toma igualmente la temperatura del agua.
Procedimiento para gravas 1. Para materiales gruesos, puede usarse un permeámetro de mayor diámetro, el procedimiento de la prueba es semejante al descrito anteriormente para los suelos finos. 2. La medición de la carga en un permeámetro de este tipo y el cálculo de la permeabilidad se efectúan en la forma indicada anteriormente.
4.2. PRUEBAS DE PERMEÁMETRO DE CARGA VARIABLE Esta prueba se utiliza para determinar el coeficiente de permeabilidad de suelos relativamente impermeables, tales como arenas muy finas, mezclas de arena y limo, mezclas de arena, limo y arcilla. El coeficiente de permeabilidad para estos suelos varia entre 10-3 (0.001) cm. /seg. y 10 -9 cm. /seg.
Para determinar el coeficiente de permeabilidad menores de 10 -3cm. /seg. se requiere que el operador tenga amplia experiencia en esta clase de pruebas. Es necesario que la prueba se haga con agua destilada y sin aire. El agua desaireada se obtiene calentando el agua destilada (sin aire) ligeramente y haciendo pasar por un tubo al vacío. El aparato es un permeámetro como el aparato de carga constante, al cual se le agrega un tubo de vidrio (piezométrico) que sirve para medir las cargas que actúan sobre la muestra y los volúmenes de agua que se filtran a través de esta. Con el fin de conocer con precisión el área interior del piezómetro, se vierte dentro de el una cantidad de agua conocida, se mide la longitud del tubo que se llenó con ella; dividiendo el volumen vertido por dicha longitud se obtiene el área interior media del tubo. El diámetro de piezómetro se elegirá de acuerdo con el orden de magnitud de la permeabilidad del suelo que se va ha ensayar. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
Permeámetro de lucita: Diámetro interior 5 cm., y longitud 10 cm. Tapón de hule y piezómetro calibrado. Dispositivo de compactación. Tapón de madera para apoyar la muestra mientras es compactada Pisón metálico de 4 cm. de diámetro y 500 gr. de peso. Cronómetro. Termómetro Mallas de No.100
Táctica 1. Se mide el diámetro interior del permeámetro y se anota en el registro. 2. Se compacta el material ligeramente húmedo con el pisón dando golpes en la forma indicada en el procedimiento de carga constante. Para evitar que el permeámetro se mueva, es conveniente colocarlo en el dispositivo de compactación. 3. Se coloca el permeámetro en el recipiente donde se va a hacer la prueba, teniendo el cuidado de que no queden burbujas de aire bajo el mismo. Es conveniente tener un volumen grande de agua para que la variación de temperatura en el permeámetro sea mínima. 4. Una vez que la base del permeámetro este dentro del agua, se tapa dejando el piezómetro como escape de aire. Se deja en el recipiente hasta que el agua empiece a aparecer en la superficie superior de la muestra. 5. Una vez que haya aparecido el agua en la parte superior de la muestra se llena la parte superior del permeámetro con agua y arena gruesa (retenida en la malla 20), teniendo el cuidado de eliminar las burbujas de aire de la mezcla. 6. Se permite el flujo del agua a lo largo del tubo dos o tres veces, sin dejar que el nivel de ella baje tanto que permita la entrada de aire al permeámetro. 7. Se hacen tres marcas en el piezómetro y se miden cuidadosamente las distancias entre ellas y el nivel libre del agua en el recipiente. Este nivel se
debe mantener constante con un vertedor. La distancia entre las marcas varia entre 5 y 25 cm. dependiendo de la permeabilidad del material. 8. Se mide y se anota el tiempo que el nivel del agua tarda en pasar de una marca a la otra. Para esto una vez lleno el tubo y cerrada la llave de admisión del agua, se espera que el nivel libre del agua dentro del tubo coincida con la marca superior, y se pone en marcha el cronómetro. 9. Inmediatamente después de poner en marcha el cronómetro, se lee la temperatura y se anota en el registro. 10. Se lee el cronómetro cuando el agua pasa por la segunda marca y se anota en el registro el tiempo transcurrido. Inmediatamente después, se vuelve a leer la temperatura anotando en el registro. Las observaciones deben repetirse hasta obtener resultados concordantes. El tiempo que tarda el agua en pasar de una marca a otra puede variar de fracciones de minutos a horas.
5.- TIEMPO DE DURACION DE LA PRÁCTICA El tiempo necesario para efectuar la práctica es de 2 periodos académicos 6.-CALCULOS Para encontrar el coeficiente de permeabilidad para Carga Constante, se aplica la siguiente fórmula: K
QL Aht
Donde: Q = Volumen medido L = La longitud de la muestra A = El área de la sección transversal de la muestra h = La carga bajo la cual se produce la filtración t = El tiempo en el cual se efectuó la prueba. Se calcula el valor del coeficiente de permeabilidad a la temperatura de 20 °C por medio de la fórmula: K 20º
V t V 20º
K t
Se repite el proceso anteriormente descrito hasta encontrar una concordancia satisfactoria en los resultados. Se determina la relación de vacíos "e" de la muestra con la fórmula: e
Vv Vs
G * V t º C Ws Ws
Donde: Vv = El volumen de vacíos de la muestra de suelo Vs = El volumen de sólidos Vt = El volumen total G = Gravedad específica Ws = El peso de los sólidos
El coeficiente de permeabilidad para Carga Variable se calcula mediante la fórmula: Kt
L a A t
* ln
H 1 H 2
Dónde: Kt = Coeficiente de permeabilidad a una temperatura t, en cm. /seg. L = Longitud de la muestra en cm. A = Área de la sección transversal de la muestra en centímetros cuadrados. a = Área del tubo de vidrio (piezómetro) en centímetros cuadrados. t = Tiempo transcurrido en seg. H1 = Altura inicial del agua en el piezómetro, en cm. H2 = Altura final del agua en el piezómetro, en cm. ln N = 2.3*log10N N = H1/ H2 ln = logaritmo natural
7. CUESTIONARIO 1. Cuántos métodos conoce y para que sirve el ensayo? 2. Describir objetivamente el método que mas conozca 3. Que diferencia existe entre el coeficiente de permeabilidad y la capilaridad del suelo? 4. Describa a los suelos permeables e impermeables 5. Cuántos metros de altura representa una columna de agua = 1 [Kg./cm2]? 6. En un ensayo de permeabilidad se tiene los siguientes datos : Muestra de arena de 25 cm. De longitud y 30 cm2 de área
GUIAS DE PRACTICAS ICI Código de registro: RE-10-LAB-026-001
Versión 1.0
UNIVERSIDAD PRIVADA DEL VALLE DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL LABORATORIO DE SUELOS II Ensayo S-23
RESISTENCIA A LA RUPTURA DEL SUELO MÉTODO DEL PENETRÓMETRO DE BOLSILLO ASTM: D-1558 ASTM D-1558
1.-CONOCIMIENTO TEORICO REQUERIDO La utilización de ensayos in situ nos permite determinar de forma directa parámetros de resistencia del suelo, mediante la utilización de un penetro metro de bolsillo.
2. COMPETENCIAS.El estudiante determinara el valor de la resistencia a ruptura en los suelos con muestras finas inalteradas.
3. EQUIPO Penetrómetro de Bolsillo Horno con control termostático regulada a 110ºC Balanzas