MECANICA DE SUELOS 1MANUAL DE
LABORATORIOContenidoContenidoReglamento del Laboratorio Cmo obtener
un 100% en el Laboratorio?Practica 1- Exploracin y Muestreo de
SuelosPractica 2- Anlisis Granulomtrico MecnicoPractica 3- Anlisis
Granulomtrico por Sedimentacin (Mtodo del Hidrmetro)Practica 4-
Limites de Consistencia o Limites de AtterbergPractica 5- Peso
Volumtrico o EspecificoPractica 6- Gravedad Especifica Practica 7-
Consolidacin Practica 8- Prueba de Compresin Triaxial en Suelos
CohesivosPractica 9- Compresin AxialPractica 10- Cortante
DirectoPractica 11- Permeabilidad de los Suelos Anexos
Reglamento de laboratorio
1. Asistencia obligatoria al os ensayos 2. Cada grupo es
responsable de su practicaa. Uso correcto del equipob. Comprar el
equipo que sea necesarioc. Lavar el equipo utilizado y ordenarlod.
Limpiar el laboratorio y la pizarra despus de cada practicae. En
caso de dao, el equipo habr que reponerlo3. Entrega de reporte es 8
das despus de realizada la practica4. No se aceptaran reportes de
prcticas a las que no haya asistido5. Despus de ciertas
inasistencias pierde el derecho a clase.6. Solo se disculpara una
insistencia con causa justificada (constancia escrita)7. Los
reportes deben ser individuales.
Cmo obtener un 100% en el laboratorio?
1. Portada 2.52. Introduccin 53. Objetivos 2.54. Equipo
utilizado 2.55. Marco terico 56. Procedimiento 57. Datos y clculos
108. Grficos 59. Ilustraciones 1010. Conclusiones 1011.
Interpretacin 2012. Investigacin 1013. Aplicacin ( a la Ing. Civil)
1014. Bibliografa 2.5
Exploracin y Muestreo de Suelos
MATERIALESCinta mtricaPlomadaPalaHacasonPala de
postearBarraCuchilloEsptula de avanmicoCilindro de pared
delgadaLata con bordes cortantesLatitas para
humedadBrochaCucharasEstufa de gasLonaCostalesCuerdaCaja con
tapaPapelParafinaEtiquetasFrasco de vidrioLpizCuaderno de
notasOBJETIVOS Obtener muestras representativas para determinar las
caractersticas y propiedades fsicas del suelo en el laboratorio
Identificar preliminarmete el suelo en el campoMarco TeoricoEn
mecnica de suelos se tiene que contar con datos firmes muy seguros
respecto al suelo que est tratando, por lo que se requiere de
muestras de suelo apropiadas para obtener a partir de ellas la
informacin en el laboratorio.Identificacin en el campo: la falta de
tiempo o de medios hace frecuentemente sea imposible realizar
detenido ensayos para poder clasificar el suelo por lo que la
habilidad para identificarlos en el campo es importante. Aun cuando
el tiempo y los medios permitan ensayos de laboratorio se hace un
examen al; tomar la muestra, con el fin de describir el suelo
adecuadamente. Algunos de los principales mtodos en el campo son:
Forma del grano: consiste en evaluar el grado de angulosidad y
redondez del grano. Tamao y graduacin del grano: para tener una
idea de la distribucin por tamaos en el suelo se recomienda en el
suelo grueso una inspeccin visual y en los finos el ensayo de
sedimentacin.Sacudimiento: es para suelos de granos finos. Se toma
una muestra pequea de suelo y se le agrega agua, para luego
agitarla horizontalmente sobre la palma de la mano. Entre menos se
obtenga una apariencia brillante en la muestra mayor ser el
contenido de la arcilla. Rotura: Se toma una muestra de suelo y se
deja secar bajo la accin del sol, una vez seca se presiona con los
dedos, entre mayor sea el contenido de arena ms rpido se
pulverizara la muestra. Tenacidad: Se toma una muestra de suelo, se
Ie agrega agua hasta que adquiera una consistencia de masilla.
Ruede la muestra en la palma de la mano tratando, de formar
cilindros, ,si esto es fcil de ejecutar sin resquebrajamientos
estaremos en presencia de un suelo plstico.
Prueba de tacto: Se toma una muestra de suelo hmeda y se roda en
la mano. El material adherido en las manos se puede sacudir,
entonces estaremos en presencia de un suelo arenoso; si despus de
sacudir queda una huella del material, se trata de un suelo
arcilloso.
Olor: Se toma una muestra de suelo y se somete a calentamiento,
dependiendo de los vapores que se desprendan se podrn determinar
olores caractersticos.
Brillo: Se frota una muestra seca o ligeramente hmeda con la ua
o con una navaja. Una superficie brillante indica un material muy
plstico. Una vez efectuada la inspeccin visual se procede al
muestreo apropiadamente dicho.
Tipo de muestra
Las muestras se clasifican en dos grandes grupos:
Muestras Alteradas: son aquellas en las que no se hace ningn
esfuerzo para conservarles la estructura y humedad del suelo. Estas
muestras deben extraerse para su inspeccin y examen general, para
la clasificaci6n de los suelos, determinacin de la humedad o para
determinar sus caractersticas de compactacin.
Muestras Inalteradas: son lo contrario de las anteriores son
utilizadas para determinar la resistencia al desplazamiento,
consolidacin y permeabilidad.
REQUISITO SOBRE LA CANTIDAD DE MUESTRA: La cantidad de material
que se necesitara para ensayos de laboratorio depende de dos
factores:1. Cantidad, ndole y objeto de los ensayos a llevar a
cabo. 2. Caractersticas del tamao de partculas del material que se
tenga que Ensayar.
Sin embargo, se han establecido tres grupos generales de tamao
para las muestras alteradas:
Pequeas: se componen generalmente de 2 a 4.5 Kg y son utilizadas
en pruebas de clasificacin. Grandes: constan usualmente de 11 a 22
Kg y. son utilizadas para clasificacin, permeabilidad, compactacin,
gravedad especfica, cortante y consolidacin.Extra grande: constan
de 18 a 68 Kg, de material para realizar pruebas de
estabilidad.
Para obtener las cantidades necesarias en este tipo de muestras
se requiere realizar Cuarteo que es el proceso de reducir una
muestra de material al tamao conveniente y se aplica frecuentemente
en el campo cuando el volumen de material que se obtiene al
muestrear sobrepasa a la cantidad que se necesita remitir al
laboratorio. Para muestras inalteradas se necesitan muestras de 13
cm, de dimetro mnimo para los ensayos de corte, permeabilidad y
consolidacin. Cuando el porcentaje de grava es mayor del 40%, los
tamaos y cantidades deben duplicarse.UBICACIN DE LOS SONDEOS: La
ubicacin de los sondeos est bien definida por el tipo de obra a
ejecutar y lo que se espera en lo referente a la erraticidad del
lugar. Por ejemplo en estudios para cimentaciones de puente el
trazo del cruce y los puntos posibles de ubicacin de pilas y
estribos son apropiados para sondeos. En el caso de carreteras se
requiere sondeos a uno y otro lado de la lnea central a lo largo de
toda la carretera. LOCALIZACION DEL SONDEO: Cada calcita,
perforacin u otra excavacin exploratoria se localiza midiendo o
contando por pasos la distancia en Angulo recto desde el punto de
referencia como ser la lnea central de una carretera, o una esquina
de una estructura a la calicata o exploracin.PROFUNDIDAD DEL
SONDEO: Los sondeos deben de penetrar todos los estratos que puedan
consolidarse notablemente por efectos de las cargas. Para
estructuras pesadas muy importantes, como grandes puentes y
edificios muy altos, esto significa que los sondeos deben llegar
hasta la roca, sin embargo, para estructuras pequeas, la
profundidad se puede estimar por caractersticas geolgicas, por los
resultados de investigaciones previa en la misma rea y teniendo en
cuenta la extensin y peso de la estructura. La regla simple para
estructuras como hospitales y edificios para oficinas relaciona la
profundidad de los sondeos con el ancho y nmero de pisos. Para
fines de cimentacin, en donde asentamientos y resistencia son
factores determinantes: el rea de apoyo de las estructuras,
concretamente el ancho, es de importancia vital; en estos casos, se
recomienda explorar un profundidad comprendida entre 1,5 B y 3B,
siendo B el ancho de la estructura por cimentar.ESPACIAMIENTO DE
LOS SONDEOS: El espaciamiento no slo depende del tipo de estructura
sino tambin de la uniformidad y regularidad del depsito del suelo.
El espaciamiento debe ser menor en las reas que sern sometidas a
cargas pesadas y mayor en las reas menos criticas.EMPAQUE DE LAS
MUESTRAS ALTERADAS: Colocar las muestras alteradas en sacos de lona
resistentes, Si es preciso conservar el contenido de humedad del
terreno inclyanse forros de polietileno dentro de los sacos de lona
o tambin estas muestras puede ser guardadas en frascos de metal,
latas o envases parecido. Los sacos debern rotularse; previendo que
los rtulos se arrancan con frecuencia durante el transporte coloque
duplicados de ellos dentro del saco. INALTERADAS: La muestras
reunidas en un cilindro son introducidas en forros metlicos al ser
sacadas del cilindro. Si no se sacan del cilindro se deben taponar
ambos extremos de estos envases por medio de tapas de metal o
tapones de madera. tambin se puede usar cinta adhesiva, cera o
parafina. Hay que tener cuidado de que no quede ningn espacio con
aire entre la muestra y el sello. Las etiquetas y toda la
identificacin se ponen en el cilindro y no en los extremos.
Todas las muestras inalteradas debern ser selladas con alto
punto de fusin, cera de abejas, o tambin se recomienda una mezcla
de cera de abejas y parafina. El sello de cera deber llena todos
los espacios entre la muestra y el recipiente, as como tapar ambos
extremos de la muestra. Todas las muestras inalteradas deben ser
empacadas en madera, en paja, aserrn u otro material absorbente de
los golpes y adems protegerse en cajas de madera. Las cajas se
rotulan con avisos precautorios, tales como:1. Manjese con cuidado
2. Este lado hacia arriba 3. No se deje caer TIPOS DE MUESTREO: El
muestreo en general lo podemos dividir en :1. Muestreo superficial
2. Muestreo profundo 3. Exploraciones geofsicas MUESTREO
SUPERFICIAL: Nos permite obtener muestras alteradas e inalteradas.
Para obtener muestras superficiales inalteradas tenemos 2 mtodos a.
Para suelos cohesivos duros (mtodo del queso)1. Se limpia y se
nivela el terreno y se traza un cuadro de dimensiones que estn de
acuerdo a la cantidad de muestras requeridas.2. Se excava
cuidadosamente alrededor del terreno marcado, hasta una profundidad
un poco mayor que la altura que se quiere dar a la muestra,
labrando, al mismo tiempo las cinco caras descubiertas.3. Con
cuidado se recorta la base de la muestra para poder desprenderla.
Debe marcase con S la cara superior, afn de darle, cuando se
ensaye, una posicin similar a la que tena en el terreno. Adems,
debe indicarse en caso necesario la direccin en que fluye el
agua.4. Una vez extrada la muestra, debe ser inmediata y
cuidadosamente protegida con vendas de manta impregnadas de
parafiana y brea. 5. Se coloca la muestra en un cajn de mayores
dimensiones que ella, afin de poderla empacar con aserrn, paja o
papel.b. Para suelos cohesivos suaves (mtodo de cilindros de bordes
cortantes)1. Despus de limpiar y nivelar el terreno introducir en
el terreno el cilindro muestrador hasta donde la resistencia del
terreno lo permita.2. Si con la simple presin no se logra
introducir el cilindro se excava a su alrededor para eliminar la
friccin en la cara exterior del mismo. 3. Despus de haberlo
introducido se corta la muestra por su base y se envasa. 4. Se
protege las bases de las muestras con vendas de manta impregnada
con parafina y brea o se recubren con los extremos de una capa
gruesa de parafina.5. Se empaca en un cajn con aserrn, papel o
paja.
Para obtener muestras superficiales alteradas tenemos 2 mtodos
a. Pozo a cielo abierto: se abren pozos de un metro por 1.5 metros
o 2 metros hasta un profundidad de 5 metros, o bien hasta encontrar
un material no excavable con pico y pala, como roca o agua fretica.
En una de las paredes del pozo se va abriendo una ranura vertical
de seccin uniforme de 20cm de ancho pro 15cm de profundidad. Este
muestreo puede realizarse por capas o en forma integral. Muestreo
por capas: la muestra de capas se vaca en un cajn protegido
interiormente con un forro de papel o un costal de mallas cerradas
para evitar prdidas de material fino. Muestreo integral: el
producto de varias capas debe colocarse en un solo envase. c.
sondeo con pala de postear: si el terreno lo permite se puede
utilizar pala de postear para obtener ya sea muestras por capas o
en forma integral. Se introduce la pala de postear con movimientos
de rotacin, un vez llena, se saca y se deposita el material sobre
un superficie limpia. Esta operacin se repite hasta llegar a la
profundidad deseada.MUESTREO PROFUNDO: Para el estudio de
cimentacin de estructuras, es generalmente necesario obtener
muestras a profundidades importantes. La realizacin prctica d un
muestreo profund presenta dos problemas principales: el muestreo
mismo y la tcnica de avance de a perforacin. Las perforaciones
profundas se realizan, generalmente, por percusin o rotacin con
circulacin de agua o lodo, en seco, por medio de barrenos
helicoidales. La circulacin de agua o lodo altera el contenido de
agua de los suelos. Siempre ser preferible operar en seco o con un
lodo muy viscoso si el muestreo debe realizarse arriba del nivel
fretico. Independientemente del mtodo empleado es importante anotar
toda informacin obtenida durante la perforacin en un registro de
campo.TIPOS DE MUESTREADORES PROFUNDOSMUESTREADORTIPOS DE
MUESTRASMODO DE OPERACINTIPOS DE SUELOS
Tubo partidoAlteradasPercusinTodo suelo que no contenga mucha
grava
Tubo lisoAlteradasPercusinSuelos finos, arcillas y limos con
poco material granular
Tubo shelbyInalteradasPresinSuelos finos, arcillas y limos con
poco material granular
Tubo de pistonInalteradasPresinSuelos finos, arcillas y limos
con poco material granular
Tubo deninsonInalteradasRotacin y PresinArcilla y limos sin
grava bajo N.F.
EXPLORACIONES GEOFISICAS: Con estas exploraciones nos podemos
dar cuenta de los diferentes estratos de que esta compuesto el
suelo que se esta estudiando y sus profundidades y de acuerdo con
esto, se escoge la maquinaria a usar en el muestreo. Estos mtodos
son: magnticos, gravimtrico, radioactivo, geomtrico, ssmico,
elctrico. Resultan as estrechamente ligada las dos importantes
actividades, el muestro de los suelos y la realizacin de las
pruebas necesarias del laboratorio. El muestreo debe estar regido a
anticipadamente por los requerimientos impuestos a las muestras
obtenidas por el programa de pruebas de laboratorio y a su vez, el
programa de pruebas debe estar definido en trminos de la naturaleza
de los problemas que se suponga puedan resultar del suelo presente
en cada obra, el cual no puede conocerse sin efectuar previamente
el correspondiente muestreo.
INVESTIGACION 1. Mtodo de penetracin Standard 2. Mtodo de
resistividad elctrica 3. Qu incluye y fase en que se divide un
programa detallado de exploracin del terreno?
ANALISIS GRANULOMETRICO
EQUIPOJuego de Tamices ASTMcucharones
planosbalanzasbrochashornoagitadores mecnicosObjetivos Determinar
la distribucin en tamao de las partculas de suelo mayores que 0.074
mm. Teora El suelo est constituido por infinidad de partculas y la
variedad en el tamao de estas es ilimitada. Cuando se comenzaron
las investigaciones sobre las propiedades de los suelos se crey que
sus propiedades mecnicas dependan directamente de esta distribucin
en tamaos. Si embargo, hoy sabemos que es muy difcil deducir con
certeza las propiedades mecnicas de los suelos a partir de su
distribucin granulomtrica. Anlisis Granulomtrico: es la
determinacin de los tamaos de las partculas de una cantidad de
muestra de suelo, y aunque no es de utilidad por si solo, se emplea
junto con otras propiedades del suelo para clasificarlo, a la vez
que nos auxilia para la realizacin de otros ensayos. En suelos
granularse nos da una idea de su permeabilidad y en general de su
comportamiento ingenieril, no as en suelos cohesivos donde este
comportamiento depende mas de la historia geolgica del suelo. El
anlisis Granulomtrico puede expresarse de dos formas: Analtica:
mediante tablas que muestran el tamao de la partcula contra el
porcentaje de suelo menor a ese tamao (Porcentaje respecto al peso
total) Grafica: mediante una curva dibujada en papel semilogaritmo
a partir de puntos cuya abscisa en escala logartmica es el tamao
del grano y cuya ordenada en escala natural es el porcentaje de
suelo menor que ese tamao (porcentaje respecto al peso total). A
esta grafica se le denomina CURVA GRANULOMETRICA. Al realizarse el
anlisis Granulomtrico distinguimos en las partculas cuatro rangos
de tamaos: Grava: constituida por partculas cuyo tamao es mayor que
4.76 mm. Arena: constituida por partculas menores que 4.76 mm y
mayores que 0.074 mm. Limo: Constituido por partculas menores que
0.074 mm y mayores que 0.002 mm. Arcilla: Constituida por partculas
menores que 0.002 mm.En anlisis granulomtrico se emplea
generalmente dos mtodos para determinar el tamao de los granos de
los suelos: Mtodo Mecnico y Mtodo del Hidrmetro. ANALISIS
GRANULOMETRICO MECANICO POR TAMIZADO: es el anlisis granulomtrico
que emplea tamices para la separacin en tamao de las partculas del
suelo. Debido a las limitaciones del mtodo su uso se ha restringido
a partculas mayores que 0.074 mm. Al material menor que ese tamao
se le aplica el mtodo de hidrmetro.TAMIZ: es el instrumento
empleado en la separacin del suelo por tamaos, esta formado por un
marco metlico y alambres que se cruzan ortogonalmente formando
aberturas cuadradas. Los tamices ASTM son designados por medio de
pulgadas y nmeros. Por ejemplo un tamiz 2 es aquel cuya abertura
mide 2por largo; un tamiz N4 es aquel que tiene 4 alambres y 4
aberturas por pulgada lineal. LIMITACIONES DEL ANALISIS MECANICO No
provee informacin de la forma del grano ni la estructura de las
partculas Se miden partculas irregulares con mallas de forma
regular Las partculas de menor tamao tienden adherirse a las de
mayor tamao El numero de tamices es limitado mientras las partculas
tienen nmeros de tamaos limitados Tienen algn significado cuando se
realizan a muestra representativas del suelo
Procedimientos A partir del material triado del campo se obtiene
una muestra representativa de la masa de suelo y seca en el suelo.
Se reduce los terrones de muestra a tamaos de las partculas
elementales. El material as reducido se emplea para realizar la
granulometra gruesa vertiendo el suelo a travs de los tamices: 3,
2.5,2, 1.5, 1, , 3/8, N4 dispuestos sucesivamente de mayor a menor,
colocando al final un receptculo denominado fondo. Luego se pasa a
tamizar el material colocndolo en los agitadores mecnicos, 5
minutos en el movimiento vertical, 5 minutos en el movimiento
horizontal. Si no se cuenta con agitadores mecnicos se taniza
manualmente durante 10 minutos. Se recupera el material retenido en
cada tamiz asegurndonos manualmente de que las partculas haya sido
retenidas en el tamiz correspondiente. Se procede a pesar el
material retenido en cada tamiz, pudiendo hacer en forma individual
o en forma acumulada. El suelo que se encuentra en el fondo se pesa
siempre individualmente. Una vez pesado, el material que se
encuentra en el fondo se cuartea para obtener una muestra que pese
entre 150 y 300 gramos con la cual se hace la granulometra fina. La
muestra obtenida en el cuarteo se pesa y se lava sobre el tamiz
N200 para eliminar el material menor que ese tamao. Se coloca la
muestra en el horno y se seca durante 24 hrs. A 110 , despus de lo
cual se vierte sobre los tamices: N10, N30, N40, N100, N200 y fondo
dispuestos sucesivamente de mayor a menor abertura y se procede
igual que para la granulometra gruesa.
INVESTIGACION 1. Interpretacin de las curvas granulomtricas 2.
Importancia y utilidad del anlisis granulomtrico 3. Definicin e
importancia de la textura de suelos.CALCULOSTAMIZPESO ACUMULADO%
RETENIDO ACUMULADO% PASA
TAMIZPESO ACUMULADO% RETENIDO ACUMULADO% PASA% CORREGIDO
ANALISIS GRANULOMETRICO POR SEDIMENTACION (METODO DEL
HIDROMETRO)
Objetivos1. EQUIPO2 Probetas de 1000
mlBalanzaTermmetroBeakerEsptulaCronmetro Mezcladorfrasco lavador
agua destilada antifloculantehidrmetro. Conocer y aplicar el
procedimiento del hidrmetro para poder determinar la distribucin
por tamaos de las partculas menores a la malla N200.2. Extender la
curva granulomtrica para tamaos menores que la malla N200.Marco
TericoPara conocer la distribucin por tamaos de las partculas
menores a la malla N 200 se exige una investigacin fundada en otros
principios. El mtodo del hidrmetro es hoy, el de ms uso. Este mtodo
fue propuesto independientemente por Goldscmidt en Noruega (1926) y
por Bougoucos en los Estados Unidos (1927). Luego fue perfeccionado
por Casagrande. El mtodo del hidrmetro se basa en la ley de Stokes
y proporciona una relacin entre la velocidad de sedimentacin de las
partculas del suelo en un fluido y el tamao de esas partculas.
Aplicando esa ley se obtiene el dimetro equivalente de la partcula,
que es el dimetro de una esfera, de la misma gravedad especfica que
el suelo, y que se sedimenta con la misma velocidad quo la partcula
real.En general el ensayo del hidrmetro consiste en disipar una
pequea cantidad de suelo en agua para formar una suspensin
normalmente con un agente para neutralizar las cargas de las
partculas de suelo para impedir la formacin de grumos y medir la
gravedad especfica de la suspensin a intervalos de tiempo
establecidos.El ensayo se basa en las siguientes hiptesis:1. La ley
de Stokes es aplicable a un solo tipo de suspensin de suelo cuyo
tamao est comprendido entre 0.1 y 0.0005 mm.2. La suspensin es
uniforme al principio de la prueba.3. La concentraci6n debe ser tal
que las partculas no interfieran al sedimentarse. Por ello se
emplean solo 50 grms de material.4. El rea de la seccin recta del
bulbo del hidrmetro es despreciable en comparacin a la de la
probeta de tal manera que no interviene en la sedimentacin.
Con los datos obtenidos en el ensayo de hidrometra podemos
extender la curva granulomtrica y de sta obtener la informacin
necesaria para determinar:1. coeficiente de uniformidad (Cu) y el
coeficiente de curvatura (Cu) estos coeficientes no tienen
significacin cuando ms de un 10% del suelo pasa la malla N200.2.
Las proporciones de limo y arcilla, esta ltima es la parte de la
informacin necesaria en el clculo de la actividad de la arcilla.El
antiflaculante es un agente dispersor de los grumos que tienden a
formarse. El tipo y cantidad de floculante es variable. Tipos de
antidefloculante: hexametafosfato de sodio, silicato de sodio,
tetra fosfato y pirofosfato de sodio.
Procedimiento1. Preparaci6n de la muestra(pase 200)Cuando el
suelo es en su mayor parte arcilla se d.ebe, pesar aproximadamente
50 gramos de suelo secado al aire, si se trata de un suelo que su
mayor contenido es de arena entonces se debe pesar 100 gramos. De
estos 25 grm se toma una muestra para porcentaje de humedad, de all
sale peso seco al horno Ws.Un dia antes de la prueba: Colocar la
muestra de suelo pesada en un beaker de 250 ml y cubrirla con 125
ml de solucin de antifloculante* (40 gr de sodio por litro de agua
destilada). Mezclar bien hasta obtener una consistencia de una
pasta fluida, Se deja reposar por lo menos 16 horas.Un dia antes de
la prueba: recoger en una latita, una muestra de suelo, pesarla,
secarla al horno por lo menos 24 horas, pesara y calcular ell %h
con el cuan se har la correccin por humedad.2. mezclando la
suspensin suelo-solucin: a. al finalizar las 16 horas; dispersar an
ms la suspensin del beaker a el vaso de la mezcladora. Lavar
cualquier residuo del beaker dentro del vaso quede ms o menos a la
mitad.40 gramos de solucin 1000 ml X 125 mlb. Revolver la suspensin
en la mezcladora durante 1 minuto.c. Durante ese minuto llenar
hasta la altura de calibracin una probeta de 1000ml con agua
destilada, esta se utilizara para lavar y dejar reposar el
hidrmetro entre una y otra lectura.d. Colocar al par de la probeta
anterior otra vaca.e. Despus del mezclado, se vierte la suspensi6n
en la probeta vaca de 1000 ml y se termina de llenar hasta la
altura de calibracin con el agua destilada.f. Con la palma de la
mano se tapa la boca de la probeta y se agita vigorosamente
aproximadamente 1 minuto.g. Inmediatamente despus colocar la
probeta sobre la mesa, introducir el hidrmetro y poner en marcha el
cronometro, tomar lecturas del hidrmetro a los siguientes
intervalos de tiempo: 2, 5, 15, 30, 60,250, 1440 minutos. Cada vez
que se desee tomar una lectura, cuidadosamente introducir el
hidrmetro en la probeta de la suspensin unos 20 25 seg antes de
tomar la lectura, tan pronto se ha tomado la lectura,
cuidadosamente, sacar el hidrmetro y colocarlo con movimiento
rotatorio en la probeta con agua destilada.h. Inmediatamente despus
de cada lectura tomar la temperatura de la suspensin introduciendo
un termmetro en esta.
CALCULOS 1. Lectura del hidrmetro corregido
2. Porcentaje de Suelo en suspensin
El porcentaje del suelo en suspensin corresponde al % Pasado en
granulometra mecnica.3. Graficar en papel semi-logaritmico Dmm
contra %Corregido.
4. Para obtener Zr: se obtiene directamente de la curva de
calibracin usando la curva A para las 4 primeras lecturas y la
curva B para el resto de las lecturas. 5. Se Calcula 6. Calcula del
dimetro=
Para encontrar y Gs se debe interpolar para las temperaturas que
requerimos en la tabla de Viscosidad del agua. Ver Anexos.
INVESTIGACION 1. Calibracin del hidrmetro 2. Calcular los
coeficientes e uniformidad, concavidad y concluir y el D10,
coeficiente de distribucin. 3. Determinar % de grava, arena, limo,
arcilla.TiempoLectura HidrmetroTemperaturaLectura Corregida% Suelo
SuspensinZr% Corregido
LIMITE DE CONSISTENCIA O LIMITE DE ATTERBERG
OBJETIVOS Conocer la plasticidad de un suelo fino. Identificar y
clasificar la fraccin fina del un suelo. Determinar los factores de
contraccin de los suelosEQUIPOLimite Liquido: dispositivo para
determinar el lmite liquido (Copa de Casagrande), ranurador plano
triangular o ranurador del ASTM (dimisiones normalizadas), tamiz
N40, esptula, cpsula de porcelana, frasco lavador, agua destilada,
balanza, latitas para pesar las muestras, horno.Limite Plstico: Se
realiza a la par del lmite lquido, por lo tanto el equipo adicional
es el siguiente: placa de vidrio despulido, alambre de 3.2mm (1/8
plg.) de dimetro (opcional).Lmite de Contraccin: Cpsula de
porcelana, dispositivo y ranurador para determinar el lmite lquido,
esptula, cpsulas petri, mercurio, aceite vegetal, molde metlico,
vidrio con tres salientes o pas para sumergir en el mercurio el
suelo remoldeado, vaso de vidrio, probeta de cristal graduada,
horno.MARCO TEORICOPlasticidad puede definirse como la propiedad de
un material por la que es capaz de soportar deformaciones rpidas,
sin rebote plstico, sin variacin volumtrica apreciable y sin
desmoronarse ni agrietarse.Los trabajos realizados por Atterberg y
Casagrande referentes a la plasticidad hacen ver que, en primer
lugar la plasticidad no es una propiedad general de todos los
suelos; los suelos gruesos no la exhiben en ninguna circunstancia.
En segundo lugar, que en los suelos finos no es una propiedad
permanente, sino circunstancia y dependiente de su contenido de
agua. Una arcilla o un limo susceptibles de ser plsticos pueden
tener la consistencia de un ladrillo, cundo estn muy secos; con un
gran contenido de agua, puede presentar las propiedades de un lodo
semilquido o, inclusive, las de una suspensin liquida. Entre ambos
extremos existe un intervalo de contenido de agua en el que esos
suelos se comportan plsticamente. Por consistencia se entiende el
grado de cohesin de las partculas de un suelo y su resistencia a
aquellas fuerzas exteriores que tiene dan a deformarlas.
La consistencia de un suelo formado por partculas muy finas,
como una arcilla, depende de su contenido de agua, ya que sta
modifica las fuerzas de interaccin entre las partculas y por lo
tanto influye solo el comportamiento del material. As un elevado
contenido de agua indica una baja resistencia al esfuerzo cortante.
Al disminuir el contenido de agua, la resistencia aumenta hasta
alcanzar un estado plstico en que el material es fcilmente
moldeable, al seguir perdiendo humedad el suelo llega a adquirir
las caractersticas de un slido, pudiendo requerir esfuerzos de
compresin y tensin.Segn su contenido de agua decreciente, un suelo
susceptible de ser plstico puede estar en cualquiera de los
siguientes estados de consistencia, definidos por Atterberg: 1.
Estado Lquido, con las propiedades y apariencia de una suspensin.2.
Estado Semilquido, con las propiedades de un fluido viscoso, 3.
Estado Plstico, en que el suelo se comporta plsticamente. 4. Estado
Semi slido, en que el suelo tiene apariencia de un slido, pero an
disminuye de volumen si se sigue secando.5. Estado Solido, en que
el volumen del suelo ya no vara con el secado. Los anteriores
estados son fases generales por las que pasa el suelo al irse
secando, y no existen criterios estrictos para definir sus
fronteras. El establecimiento de stas ha de hacerse en forma
puramente convencional. Atterberg lo hizo originalmente
estableciendo las primeras convenciones (por lo cual llevan su
nombre); Casagrande las refin posteriormente y les dio su forma
actual: La frontera entre el estado plstico y el semislido se
denomina limite liquido. La frontera entre el estado semislido y
solido se denomina limite de Contraccin. Adems de stos tres lmites
que se consideran los principales, se conocen el Lmite de
Pegajosidad o Adhesin, que es el contenido de agua al cual el suelo
pierde s propiedad adhesiva y cesa de pegarse a otros objetos tales
como las manos o superficie metlica pulida de la hoja de una
esptula; y el Lmite de Cohesin, que es el contenido de agua al cual
los granos de suelo cesan de pegarse unos con otros, es decir, al
cual el cultivo de suelo no resulta en formacin de terrones o
bloques. Estos lmites no tienen gran importancia en o que Mecnica
de Suelo se refiere, ms bien son de gran inters en
Agricultura.DEFINICIONES LIMITE LIQUIDO: contenido de agua
(porcentaje del peso seco) que debe tener un suelo remoldeado para
que una muestra en que se haya practicado una ranura de dimensiones
normalizadas (12.7.mm) se cierre, sin resbalar en su apoyo al
someterla a un impacto de 25 golpes bien definidos. El lmite Lquido
de un suelo da una idea de su resistencia al corte cuando tiene un
determinado contenido de humedad. Un suelo cuyo contenido de
humedad sea aproximadamente mayor o igual que LL, tendr una
resistencia al corte prcticamente nula. Los materiales granulares
(arena, limo) tienen LL bajos (25% a 35%), y las arcillas, LL altos
(mayores de 40%).LIMITE PLASTICO: contenido de agua (en % del peso
seco) con el que se rompe en fragmentos de tamao definido un rollo
de 3.2 mm (1/8 plg) de dimetro formado con el suelo al rodarlo, con
la palma de la mano sobre una superficie plana.Las arenas no tienen
plasticidad, los limos la tienen, pero muy poca; en cambio las
arcillas, y sobre todo aquellas ricas en material coloidal, son muy
plsticas. Si se construyen terraplenes o subbases, de evitarse
compactar el material cuando su contenido de humedad sea igual o
mayor a su LP.LIMITE DE CONTRACCION: representado por aquel
contenido de humedad con el que cesa la contraccin de una masa an
cuando contine el proceso de evaporacin de agua.INDICE DE
PLASTICIDAD: Parmetro de plasticidad que mide de un modo muy claro
el intervalo plstico, incluyendo por supuesto los parmetros LL y
LP:
Un IP elevado indica mayor plasticidad. Cuando un material no
tiene plasticidad (arena, por ejemplo) se considera el IP como cero
y se indica; IP = NP. ACTIVIDAD: es la relacin entre el IP y el
porcentaje de la fraccin arcilla (menor que 0.002 mm):
La actividad puede valer 0.38 en arcillas caolinticas, 0.9 en
arcillas ilticas y alcanzar valores superiores a 7 en arcillas
montmorilloniticas, por cual da una idea de las caractersticas de
plasticidad de las arcillas, segn su composicin mineralgica. A
mayor plasticidad en una arcilla, mayor ser su actividad.INDICE DE
CONTRACCION: diferencia entre el LP y el LC;
RELACION DE CONTRACCION: relacin entre el peso seco de la
pastilla de suelo, secada al horno y su volumen.
Con LC y R se puede encontrar el peso especifico G de un suelo,
as:
CAMBIO VOLUMETRICO: es el cambio de volumen de un suelo cuando
su contenido de humedad se reduce a su LC, o sea:
CONTRACCION LINEAL: es el decrecimiento de la masa de un suelo
en un sola dimensin, cuando su contenido de humedad se reduce a su
LC:
PROCEDIMIENTO LIMITE LIQUIDO 1. Deber tomarse una muestra de
unos 100 gramos de la porcin de material que pasa el tamiz N40
(0.425mm). 2. Se inspeccionar el aparato para la determinacin del
LL, afn de determinar si se halla en buen estado. El pasador que
une el plato de bronce no debe estar gastado, pues permitira un
movimiento lateral. Los tornillos que fijan el plato de bronce al
brazo del aparato es necesario que se hallen firmemente colocados.
El acanalador (ranurador) no debe estar gastado por el uso. Por
medio del manubrio y el brazo de agarre del plato de bronce deber
ajustarse dicho plato de tal modo que la cada sea exactamente de un
centmetro (auxilian doce de las dimensiones del ranurador ).3. La
muestra de suelo se colocar en la cpsula de porcelana y se aadirn
de 15 a 20 mI de agua destilada, removiendo, amasando y agitando la
mezcla continuamente con la esptula. Luego se aadir ms agua, en
cantidades de 1 a 3 ml, mezclndola bien con el suelo cada vez como
se indic anteriormente. No debe usarse el plato de bronce del
aparat para efectuar estas mezclas de suelo y agua.4. Cuando se
haya mezclado suficiente cantidad de agua con el suelo, y una ves
obtenida una masa de consistencia uniforme, se tomar una porcin de
sta masa y se le colocar en el plato de bronce, distribuyndola con
el menor numero posible de golpes de esptula y teniendo cuidado de
que no se formen burbujas de aire dentro de la masa de suelo. Luego
se nivelara con la esptula, de tal modo que tenga un centmetro de
espesor mximo. El sobrante del suelo deber quitarse y colocarse en
la capsula de porcelana. El suelo en el de bronce deber de ser
dividido con un corte firme del ranurador diametralmente al plato
de bronce, de arriba hacia abajo, de tal modo que se forme un canal
limpio y uniforme, de dimensiones normalizadas.5. El plato de
bronce que contiene la muestra, preparada y cortada como se indica
en el numeral 4, tendr que ser levantado y soltado por medio de el
manubrio, a una velocidad de dos revoluciones por segundo, hasta
que las dos mitades de la muestra se unan en su base, en una
distancia de media plg (12.7mm), aproximadamente; luego se
registrar el nmero de golpes que ha si necesario dar para cerrar el
canal. Cuando se est levantando y haciendo caer el plato de bronce,
es decir, durante el conteo de los golpes, no debe sostenerse con
la mano la base del aparato. 6. Una porcin de suelo,
aproximadamente del ancho de la esptula, y cortada en toda su
seccin, en ngulo recto al canal, se remover, se colocar en un
platillo, y se pesar. Luego se secar el suelo, a peso constante, a
110c, y se volver a pesar la muestra. La diferencia de peso entre
la muestra hmeda y la secada al horno ser registrara como peso del
agua en la muestra.7. El suelo que queda en el plato de bronce ser
trasladado a la cpsula de porcelana. Luego se lavar y secar
debidamente el plato de bronce y el ranurador y se repetir la
prueba.8. Las operaciones anteriores habr de repetirse, por lo
menos para dos porciones adicionales de la muestra, aadiendo agua
hasta que el suelo tenga una consistencia que el nmero de golpes
requerido para cerrar a ranura estar arriba de 25 y abajo de 25. E1
nmero de golpes debe ser menor que 35 y exceder a 15. La prueba
siempre se realizar de la condicin seca a la ms hmeda del suelo.9.
El contenido de agua del suelo se expresar como su contenido de
humedad, en porcentaje al peso del suelo secado al horno.10.
Dibjese una grfica (Curva de Flujo) en papel semi-logartmico
colocando en las abscisas (escala-log.) el nmero de golpes y en las
ordenadas (escala natural) el porcentaje de humedad. La curva que
se obtiene debe considerarse como una recta.11. El contenido de
humedad correspondiente, a la interseccin de la curva de flujo con
la ordenada de 25 golpes, se anotar como Lmite lquido del suelo, y
se indicar redondendolo al nmero entero ms prximo.
LIMITE PLASTICO1. Se toman 20 grm aproximadamente, de material
que pasa el tamiz N40 (se puede trabajar con el material que se
empleo para LL), se le agrega agua destilada mezclndola
debidamente, hasta que la masa del suelo se vuelva suficientemente
plstica, como para darle forma de bola sin que se pegue a los dedo
al apretar la masa.2. Se toman aproximadamente 8 gr de muestra y se
amasa hasta darle una forma elipsoidal. Se arrolla esta masa
colocndola entre los dedos de la mano y una placa de vidrio
despulido y con suficiente presin se hace una barrita o rollito que
tenga un dimetro uniforme en toda su longitud.3. Cuando el dimetro
de la barrita se reduzca a 1/8plg. (3.2 mm), se rompe en unos 6 u 8
pedazos, unindolos nuevamente, hasta darle a la masa una forma ms o
menos elipsoidal y vuelve amasar. Continuar haciendo rollitos de
1/8 y amasando hasta que ya no sea posible obtener rollitos de 1/8.
El resquebrajamiento puede ocurrir cuando la barrita de suelo tenga
un dimetro mayor de 1/8, esto se considerar satisfactorio siempre
que el suelo haya sido previamente amasado en rollitos de 1/8 de
dimetro. 4. Luego de tener el suelo resquebrajado, reunir las
porciones y colocarlas en un platillo, pesarlo. Secar el suelo a
peso constante, 110C 5C. Luego pesar la muestra secada al horno. La
diferencia entre ambos nos dar el peso del agua en la muestra.5.
Calclese el LP, expresndolo como un contenido de humedad referido
en porcentaje, al peso del suelo secado al horno.6. Se realiza la
operacin 3 veces para sacar un promedio, y se expresa redondendolo
al nmero entero ms prximo.
LIMITE DE CONTRACCION1. Se toman aproximadamente 66 gr (30 por
cada petri) de material que pasa por el tamiz N 40 y se preparan
con una humedad igual o ligeramente mayor que el LL.2. Llenar con
este suelo una (o dos) cpsula petri, previamente lubricada con
vaselina u otra grasa pesada para evitar la adherencia del suelo a
1as paredes o que se formen grietas durante el secado. La capsula
petri se llena en 3 capas aproximadamente iguales, golpeando
ligeramente el petri, en cada capa, sobre una superficie firme, a
fin de que la masa de suelo se halle debidamente y uniformeme.nte
distribuido, y todas las burbujas de aire sean llevadas a la
superficie.3. Al terminar la ltima capa deber retirarse el exceso
de suelo y engrasarlo cuidadosamente con una esptula. Pesar el
petri con el suelo hmedo.4. La masa de suelo deber ser secada al
aire, a temperatura ambiente, hasta que su color cambie de oscuro a
claro. luego se secar la muestra, a peso constante, en un horno a
110 C 5C. Se pesara y tambin se registrar el peso del petri vaco.5.
Determinar la capacidad (volumen) del petri, que es adems el
volumen del suelo hmedo moldeado, mediante uso. de mercurio:a.
Llenar el petri con Hg hasta derramar, remover el exceso de
mercurio con una, placa de vidrio, presionando firmemente sobre los
bordes del molde.b. Se pesa el petri mas Hg; restndole el peso del
petri, obtenemos el peso del Hg; y el volumen del petri (volumen
in1icial) conociendo la gravedad especfica del Hg:13.55 .
El volumen tambin puede ser medido con una probeta de cristal
graduada.
6. Determinacin de volumen de la pastilla de suelo seca. a.
Llenar con mercurio un vaso de vidrio, el cual deber colocarse
sobre un plato que recorra el mercurio sobrante, envasarlo con el
virio de tres puntas. Limpiar el mercurio que rebose.b. Sobre la
superficie de mercurio se colocar el suelo seco en molde do. Se
introduce cuidadosamente utilizando el plato de vidrio que tiene
las tres puntas, presionndolo firmemente sobre los bordes del vaso
y evitando la formacin de burbujas de aire. El volumen de mercurio
que se desplace se medir en el graduado de cristal o se obtendr su
peso y con la ayuda de la gravedad especifica del Hg, se encontrar
el volumen del suelo seco moldeado (volumen final).
7. El lmite de contraccin se obtiene as:
Donde: = porcentaje de humedad.Vi = volumen del suelo moldeado
hmedo.Vf = volumen del suelo moldeado seco.Ws = peso del suelo
moldeado al horno.8. Generalmente se toman dos muestras para
obtener un promedio. Aproximar al entero ms cercano. CALCULOS1.
Limite liquido:
2. Limite Plstico:
3. Limite de Contraccin:a. Peso volumtrico
P= Peso de la muestra en el aireV= Volumen de la muestrab.
Volumen parafina
Pp= Peso de la parafina= Peso muestra parafinada peso muestra
aire Gs Parafinada= 0.96 c. Peso muestra paradinadaPm = peso o sea
peso del agua desalojada es = Wap Wpw Wap = peso de la muestra
parafinada al aire. Wpw = peso de la muestra parafinada en agua.d.
Vm = Vw VpVw = Volumen muestra parafinadaVp = Volumen de la
parafinae. Aplicacin de los resultados Conociendo Gs y Pv hmedo
encontrar:I. Relacin de vacios II. Porosidad III. Peso saturado IV.
Peso sumergido = V. % de w requerido para saturar la muestra = S -
% humedad muestra
INVESTIGACION 1. Demostrar grficamente la obtencin de estos
resultados o sea mediante el dibujo que relaciona pesos y volmenes
de agua, aire, solido. Definir cada uno de estos resultados y
explicar en pruebas de anlisis terico se utiliza cada uno de
ellos.
= peso volumtrico hmedoW=en decimales Tiene que se mayor la
humedad especifica Gs que el peso volumtrico. Vtotal > Vsolidos
y el peso volumtrico =
PESO VOLUMETRICO O ESPECIFICO
EQUIPOParafinaBalanza BeakerEsptulaBrochaHiloLatita para
humedadHornoEstufaObjetivosDeterminar el peso volumtrico de una
muestra de suelo haciendo uso del principio de Arqumedes.
MARCO TEORICOEl peso volumtrico o especfico se define como el
cociente de peso de un cuerpo por su volumen.
En el ensayo determinaremos el peso volumtrico de una muestra
cubica de suelo mediante un mtodo que se basa en el principio de
Arqumedes.
Procedimiento1. Se toma una pequea muestra cbica inalterada de
suelo2. Se pesa suspendida por medio de un hilo que atamos a su
alrededor, este peso lo llamamos, peso al aire (Wa).3. Se parafina
la muestra y se pesa, siendo este peso, el peso de la muestra en el
aire parafinada (Wap).4. Se sumerge la muestra parafinada, siempre
suspendida por el hilo, en un beaker con agua y obtenemos el peso
de la muestra parafinada en agua (Wpa). se debe tener cuidado de
sumergir la muestra totalmente en el agua, pero sin tocar el
fondo.5. Tomamos una muestra para determinar el porcentaje de
humedad.
Principios en que se basa el ensayoPrincipio de Arqumedes: Todo
cuerpo sumergido experimenta un empuje vertical ascendente igual al
peso del volumen del lquido desplazado.
INVESTIGACION 1. Calcular las relaciones volumtricas. 2. Gs a
20C para obtener esta gravedad especifica se hace uso del factor K
que es un numero encontrado de dividir la densidad del agua a
temperatura Tx por la densidad del agua a 20C
Gravedad Especfica Formula para la calibracin del picnmetro
Tx = cualquier temperatura de la del ensayo (Final)Wf= Peso
picnmetro limpio y seco. Temp (C)Factor de Correccin K
220.9996
230.9993
240.9991
250.9989
260.9986
270.9983
280.9980
290.9977
Formulas para peso volumtrico
GRAVEDAD ESPECIFICAEQUIPOPicnometro de 500 ml
BalanzasTermmetroAgua destiladaEstufaHornoEmbudoCpsula de porcelana
Esptula.
ObjetivosFamiliarizarse con el mtodo para la obtencin de la
Gravedad especfica de un suelo compuesto por partculas pequeas, las
cuales tienen una gravedad especfica mayor que 1.00.
Marco tericoDefinimos como Gravedad Especfica o Densidad de la
fase solida de un suelo, la relacin entre el peso especifico de la
materia que constituyen las partculas del suelo y el peso especfico
del agua destilada a 4C. sabemos que =W/V
Considerando iguales los volmenes de material y el agua tenemos:
Gs= Ws/Ww
Por lo tanto la gravedad especfica podemos definir como la
relacin del peso al aire, de un determinado volumen de material, a
una cierta temperatura, y el peso al aire, de un volumen igual de
agua destilada, a la misma temperatura.El valor de la gravedad
especfica de un suelo es necesario para el clculo de la relacin de
vacos, para el anlisis hidromtrico y para la clasificacin de los
minerales que contiene. Los valores de la gravedad especfica de
muchos suelos varan entre 2.65 y 2.85. Los suelos orgnicos o con
partculas porosas tienen valores Gs menores que 2.0; en cambio los
suelos que contienen partculas pesadas como hierro los valores de
Gs son mayores que 3.0. Para fines de laboratorio la Gravedad
Especfica se obtiene como la relacin entre el peso de los slidos (o
sea el peso del suelo sin aire y sin agua) y el peso del volumen de
agua que desalojan a una temperatura ambiente. Los valores de la Gs
debern ser referidos a 20C.
Existen diferentes mtodos para determinar la Gs en el
1aboratorio, todo depende del tamao de las partculas por las que
est compuesto el suelo:1. Para el material que pasa el tamiz N4 se
utiliza el mtodo AASHO T100-70.2. cuando el suelo est compuesto por
partculas mayores del tamizN4, deber emplearse el mtodo standard
AASHO T85.3. Cuando el suelo est compuesto por partculas mayores y
menores del N4, la muestra deber separarse utilizando el mtodo
correspondiente. en este caso, la gravedad especfica del suelo, ser
el promedio de los valores obtenidos.PROCEDIMEINTOEl picnmetro,
limpio y seco lo pesamos, registrando su peso como Wf. Llenamos con
agua destilada a temperatura ambiente, e1 picnometro hasta la
altura de calibracin, registramos su peso como Wa, tomamos la
temperatura del agua en el picnmetro y la llamamos TI. Un dia antes
de la prueba: se pesan 25 grm. de suelo seco pase N4 (secado al
horno durante 12 horas mnimas o a peso contante a 110 5C ; una vez
seca se deja enfriar para pesar). Una vez pesada, la muestra se
deber empacar en agua destilada durante 12 horas por lo menos.
Luego introducimos cuidadosamente, la muestra en el picnmetro con
agua evitando botar parte del suelo. Ponemos a hervir el picnmetro
con suelo, suavemente, por lo menos durante 10 minutos, con l fin
de que aire atrapado pueda ser removido. Se deja enfriar el
picnmetro con suelo a temperatura ambiente. Una vez frio, llenamos
el picnmetro con agua destilada a la altura de calibracin. Pesamos
el picnmetro con agua y suelo llamando al peso W, tomamos la
temperatura Tx.
Wo= peso de la muestra secada al horno en gramos
INVESTIGACION Valores tpicos de Gs de las arcillas dependiendo
de los minerales que las componen.
CONSOLIDACION
Objetivos
EQUIPOConsolidometroCronometroPesasHornoAnillo de broncePiedras
porosasFamiliarizarse con el mtodo de prueba, sus limitaciones y la
forma de presentar los resultadosDeterminar el esfuerzo de Pre
consolidacin del a curva de compresibilidadDeterminar el
coeficiente de consolidacin y el ndice de compresibilidad de la
muestra de suelo.MARCO TEORICOTodos los materiales experimentan
deformaciones cuando se les sujeta a un cambio en sus condiciones
de esfuerzos. Usualmente en la mayora de los suelos, las
deformaciones no se producen en forma simultnea a la aplicacin de
las cargas di no que se desarrollan en el transcurso del tiempo y
esta ve depender de las caractersticas el suelo y sobre todo de su
permeabilidad.Cuando un suelo con humedad natural est sometido a un
incremento de esfuerzos de compresin debidos a alguna carga, la
estructura del suelo experimente deformacin. Esta deformacin da
como resultado una reduccin en al relacin de vacios o en el volumen
de vacios, que solo puede ocurrir a medida que el fluido de los
poros se desplaza. Si el terreno es granular, permeable, el agua de
los poros o vacios del suelo, ser desalojada rpidamente bajo la
accin de las cargas actuantes y por lo tanto el cambio de volumen o
asentamiento ser rpido.Si el terreno es fino, poco permeable como
el caso de los suelos arcillosos, los asentamientos tomaran tiempo
en registrarse ya que el agua contenida en los poros del suelo de
desalojara lentamente. El proceso de deformacin de las arcillas
tiene lugar en un lapso posterior a la aplicacin de la carga; por
lo tanto puede ser que el agrietamiento de una estructura pueda
ocurrir aos despus de su ereccin sin que el proyectista pueda
preverlo, a no ser que tenga presente la forma adecuada del
comportamiento de los suelos. En los suelos las deformaciones son
debidas a dos fenmenos: A la variacin de volumen A los cambios de
forma
En la mayora de los problemas ingenieriles y particularmente en
el asentamiento de edificios construidos sobre arcillas la
deformacin debida a cambios volumtricos es mucho mas importante que
la deformacin debida a cambio de forma. Es debido a esto que la
mayora de los ensayos estn orientados a estudiar las deformaciones
por cambio volumtrico.Para fines prcticos se puede considerar que
los suelos no tienen resistencia a Tensin, por lo que se considera
que las caractersticas de deformacin bajo Compresin son de mayor
inters. Por ello los principales mtodos de prueba estn diseados
para someter las muestras de suelo a esfuerzos de compresin. En un
tipo de prueba de compresin, que es muy importante en la
determinacin de las caractersticas de los suelos finos
compresibles, la muestra se confina lateralmente con un anillo
metlico colocndose entre dos piedras porosas, esta prueba se llama
consolidacin. En esta prueba la muestra no puede deformarse
lateralmente debido al anillo, pudindose medir nicamente la relacin
entre esfuerzo, volumen y tiempo. Esta prueba fue desarrollada por
Terzaghi y solo se utiliza para suelos finos. Consolidacin de un
suelo: Cuando la compresin de una mesa de suelo depende del tiempo,
esta se denomina consolidacin. Al igual que todos los asentamientos
en el suelo, la consolidacin es una deformacin que resulta de una
permanente reduccin de la relacin de vacios debido a un incremente
en los esfuerzos. La diferencia esencial entre compresin ordinaria
y asentamiento por consolidacin es que la consolidacin depende del
tiempo.Consolidacin: Es el proceso de disminucin de volumen. Que
tenga lugar en un lapso de tiempo, provocado por un aumento de las
cargas sobre el suelo.Consolidacin unidireccional: Es cuando el
movimiento de la partcula solo puede ocurrir en la direccin
vertical. En la consolidacin unidireccional, el volumen de la masa
de suelo disminuye, pero los desplazamientos horizontales de las
partculas solidas son nulos.Este tipo de ensayo es el que ms se
utiliza ya que se ha podido comprobar que si un estrato de arcilla
es relativamente delgado y est confinado entre estratos de arena o
grava o de materiales ms rgidos o si el estrato de arcilla, aun
siendo grueso contiene gran cantidad de capas delgadas de arena, la
deformacin lateral de la arcilla se restringe tanto que puede
despreciarse. En comparacin de los desplazamientos verticales.En la
teora de consolidacin. Se hacen las siguientes suposiciones: El
suelo esta y permanece saturado (S= 100) El agua y los granos del
suelo son incompresibles Hay una relacin lineal entre la presin
aplicada y el cambio de volumen El coeficiente de permeabilidad K
es una constante La ley de Darcy es valida (v=ki) Hay una
temperatura constante La consolidacin es unidireccional Las
muestras son sin perturbacin
Una prueba de consolidacin tiene como objetivo determinar los
parmetros o caractersticas de consolidacin de un suelo que son: Cc:
ndice de compresibilidad Cv: Coeficiente de consolidacin Cc: se
relaciona con cuanta consolidacin o asentamiento tendr lugar Cv: se
relaciona con el tiempo en que tendr lugar una determinada cantidad
de consolidacin.
Resumiendo, O sea lo que se quiere determinar es la disminucin
de volumen y la velocidad con que se producen estos decrementos, en
un espcimen de suelo confinado lateralmente y sujeto a una carga
axial.
ProcedimientoLa muestra que se utiliza en la prueba de
consolidacin tiene la forma de un cilindro aplastado, es decir, que
la altura es pequea en comparacin con su dimetro.1. La muestra se
coloca en el interior de un anillo generalmente de bronce, que le
proporciona completo confinamiento lateral.2. El anillo se coloca
entre dos piedras porosas de seccin circula y de dimetro
ligeramente menor que el dimetro interior del anillo.3. El conjunto
se coloca en la cazuela del consolido metro. El consolido metro
puede ser de anillo fijo o de anillo flotante.4. Por medio del
marco de carga se aplican cargas a la muestra, las cuales se
reparten uniformemente en toda su rea con el dispositivo formado
por al esfera metlica y la placa colocada sobre la pierda
superior.5. Un deformimetro se apoya en el marco de carga, el cual
permite llevar un registro de las deformaciones del suelo.6. Las
cargas se aplican en incrementos, permitiendo que cada carga actu
hasta que virtualmente cese la compresin, o sea hasta que la
deformacin se mantenga constante; cuando esto sucede se duplica la
carga, finalizndose el ciclo de carga se inicia el ciclo de
descarga de la misa forma como se cargo.7. En cada incremento o
decremento de carga se hacen lecturas del deformimetro para as
conocer la deformacin correspondiente a diferentes tiempos,. Estos
tiempos son: 0.25, 1.00, 2.25, 4.00, 6.25, 9.00, 12.25, 16.00,
20.25, 25.00, 30.00, 60.00 minutos. Luego cada hora hasta las 24
horas o cese la deformacin.8. Una vez finalizado el ciclo de
descarga, se toma la muestra y el anillo y se determina su peso,
despus la muestra se seca en el horno y se registra su peso seco.9.
Los datos de las lecturas del deformimetro de dibujan en una
grafica semi logartmica que tenga por abscisa los valores de los
tiempos (en escala logartmica) y como ordenadas as lecturas del
deformimetro (en escala natural).
Se obtiene una grafica para cada incremento y decremento de
carga y reciben el nombre de curva de consolidacin. Cuando la
muestra alcanza su mxima deformacin bajo Un incremento de carga
aplicada, su relacin de vacios llega a un valor menor que el
inicial, este valor se puede determinar con los datos inciales de
la muestra y las lecturas del deformimetro. Por lo tanto para cada
incremento de carga, se tendr un valor de relacin de vacios y de
toda la prueba, una vez aplicados todos los incrementos de carga,
se tienen los valores suficientes para construir una grafica en
cuyas abscisas se plotean lo valores de carga en escala logartmica
y en las ordenadas los valores de la relacin de vacios (e); en
escala natural. Esta curva es la curva de comprensibilidad y se
obtiene una de casa prueba de consolidacin.CALCULOS Datos inciales
del ensayoDimensiones del anilloDimetro (d), Altura (h), rea
(A)Gravedad Especfica del suelo (Gs)
Expansin de la muestra:Lectura inicial de expansin (Le i)Lectura
final de expansin (Le f)Expansin = Le f Le i
Determinacin de Altura inicial (Hi)Hi= altura inicial del suelo
despus de la expansinHi= altura del anillo + expansin
Determinacin de la Humedad InicialPeso del anillo + suelo hmedo
inicialPeso del anillo + suelo saturado inicialPeso del anilloPeso
del suelo hmedo inicial (Whi)Peso del suelo saturado inicial
(WHi)Peso del suelo seco al horno + anilloPeso del suelo seco
(Ws)
Determinacin de la Altura de los slidos
Despejando:Sabemos que Vs=HsA
Determinacin de la altura inicial de vacios ( Hiv)Hiv= Hi HsComo
la muestra inicial est saturada, entonces Viv = Viw
Entonces:
Determinacin de la saturacin inicial (Si):
Determinacin de la relacin de vacios inicial:
Datos finales del ensayo
Lectura inicial del deformimetro LiLectura final del dial despus
del a cara LfCambio de altura en la muestra H = Li Lf
Determinacin de la altura final de vacios (muestra SATURADA)
Hvf
Tambin: Hvf = Hi - H - Hs
Determinacin del contenido de humedad finalPeso del anillo +
suelo finalPeso del anillo / suelo secoPeso del suelo saturado
final (WHf)Peso del suelo seco (Ws)
Determinacin dela saturacin final:
Tanto la saturacin inicial como la final tienen que dar 100% o
un valor cercano, ya que la muestra est siempre saturada. Vv=
Vw
Determinacin dela Relacin de Vacios Final
Carga kg/cm2Ultima deformacin de las cargas mmCambio altura
muestraCambio relacin vaciosRelacin vaciose= eo-eAltura promedioHp=
Hi-HH= Hp/2T= 50 minCv
0.00Li0.00.0eiHiHi/2
0.20L1H1e1e1H1H1/2
0.40L2H2e2e2H2H2/2
0.80L3H3e3e3H3H3/2
1.60L4-----
3.20L5-----
1.60L6-----
0.80L7-----
0.40L8-----
0.20L9-----
0.00L10-----
H1 = Li L1 e1= ei e1 H1= Hi H1 H2= L1 L2 e2= e1 e2 H2 = H1 H2H3=
L2 L3 e3 = e2 e3 H3= H2 H3 T= 0.197
Obtenida la curva de compresibilidad en una prueba de
consolidacin, determnese, en primer lugar.
1. El punto de la mxima curvatura t en la zona de transicin
entre el yramo de recompresin (II) y el virgen (I) 2. Por T trace
una horizontal (h) y una tangente ala curva (t) 3. Determnese la
bisectriz (c) del ngulo formado por las rectaras h y t.4.
Prolongase el tramo virgen hacia arriba, hasta interceptar a la
bisectriz5. Ese punto de intercepcin (c) tiene como abscisa,
aproximadamente, la carga de preconsolidacion (Pc) del suelo.
INVESTIGACION 1. Qu es ? Dependiendo de a que est sometido el
suelo como es su historial geolgico. (Normalmente Consolidado)2.
Carga de Pre-Consolidacin
RESISTENCIA AL CORTE DE LOS SUELOS
8. PRUEBA DE COMPRESION TRIAXIAL (CONFINADA)9. PRUEBA DE
COMPRESION AXIAL (SIN CONFINAR)10. PRUEBA CORTANTE DIRECTOOBJETIVO
GENERALDeterminar la resistencia al corte de los suelos. MARCO
TEORICOLa deformacin total que se registra en un pavimento
originada por la accin de la cargas de los vehculos motorizados, es
la suma de las siguiente deformaciones parciales: Deformacin
Elstica Deformacin causada por la consolidacin del material en las
diferentes capas, Deformacin PlsticaSi la deformacin es slo
elstica, esta desaparece tan pronto cesan de actuar las cargas
exteriores que la producen. En tal caso, el pavimento recupera su
posicin primitiva sin dar seales de falla. Las deformaciones
producidas por consolidacin, son provocadas por el desalojo del
aire y, principalmente, el agua que se halle en la masa del suelo
sometida a la accin de as cargas exteriores. Una vez consolidado el
material, la deformacin es permanente pero no progresiva. Cuando
los materiales tanto el terreno de fundacin, como de la sub-base,
han sido compactados debidamente, estas deformaciones son reducidas
a su mnimo, asegurndose as la estabilidad del pavimento.Podernos
admitir que, prcticamente, ninguna de estas dos clases de
deformaciones, ni las dos combinadas, constituyen causas
determinantes de las fallas de un pavimento.La causa principal de
estas fallas, es la deformacin plstica del terreno de fundacin. Tal
deformacin es originada por la accin combinada de las cargas de los
vehculos y de la presin interna producida por los fluidos (aire y
agua) que se hallan en la masa del suelo. Esta accin combinada crea
esfuerzos horizontales de consideracin en la masa del suelo,
produciendo desplazamientos laterales del material del terreno de
fundacin.Esta deformacin plstica tiene un carcter permanente y
progresivo por lo tanto, las deformaciones plsticas que pudieran
presentarse en el terreno de fundacin, deben ser anuladas o
reducidas a su mnimo. Para ello, es necesario que las diferentes
capas de un pavimento sean resistentes y tengan, adems, un espesor
conveniente que le permita absorber la mayor parte de los esfuerzos
transmitidos por las cargas de los vehculos.La resistencia a la
deformacin plstica del terreno de fundacin, causada por
desplazamientos laterales del material, es una funcin de su
resistencia al corte T. Esta resistencia depende de su cohesin c y
de su ngulo de friccin interna Y est dada por la siguiente relacin,
conocida la ecuacin de Coulomb:
Donde: Esfuerzo normal que acta sobre el plano de ruptura ngulo
de friccin interna del material del terreno de fundacin Cohesin del
material del terreno de fundacin
Terzaghi (1925) hizo notar la necesidad de considerar el efecto
de la presin de poros en la resistencia del suelo. La presin , que
acta en un suelo es la suma de la presin transmitida a travs del
agua, que e halla en los poros del suelo , que se denomina presin
de poros, o sea:
Cuando un suelo est sometido a presiones, solamente el esqueleto
de suelo opone resistencia a su deformacin. El agua como es
incompresible y no tiene resistencia al corte, no se opone a la
deformacin, es neutra; de ah que a la presin de poros se la llama
tambin presin neutra y a la presin intergranular presin efectiva,
pues esta ltima es la presin real que se opone a la deformacin y
posterior falla de un suelo.Como vemos por la relacin anterior, el
esfuerzo o presin efectiva es igual al esfuerzo total, menos la
presin de poros. Si se considera el esfuerzo efectivo, la ecuacin
de Coulomb se escribir de la siguiente manera:
Donde: c= cohesin referida al esfuerzo efectivoCohesin: es la
atraccin entre Las partculas, originada por las fuerzas moleculares
y las pelculas de agua, Por lo tanto, la cohesin de un suelo variar
si cambia su contenido de humedad. La cohesin se mide en kg/cm2 o
Lb/plg2. Los suelos arcillosos tienen cohesin alta de 0.25 kg/cm2 a
1,5 k/cm2, o ms. Los suelos limosos tienen muy poca y en las arenas
la cohesin es prcticamente nula.Friccin Interna: es la resistencia
al deslizamiento causada por la friccin que hay entre las
superficies de contacto de las partculas. Depende, por lo tanto, de
la granulometra del material, de la forma de las partculas y de su
densidad. Como los suelos granulares tienen superficies de contacto
mayores y sus partculas, especialmente si son angulares, presentan
buena trabazn, tendrn fricciones internas altas, En cambio, los
suelos finos las tendrn bajas,La friccin interna de un suelo, est
definida por el ngulo cuya tangente es la relacin entre la fuerza
que resiste al deslizamiento, a lo largo de un plano, y la fuerza
normal p aplicada a dicho plano. Los valores de este ngulo llamado
ngulo de friccin interna , varan de prcticamente 0 para las
arcillas plsticas, cuya consistencia esta prxima a su limite
lquido, hasta 45 o ms, para gravas y arenas secas, compactas y de
partculas angulares. Generalmente, el ngulo para arenas es
alrededor de 30. Los ensayos de suelo comnmente empleados para
obtener los parmetros de resistencia incluyen(en orden creciente de
costo):1. Presin inconfinada o ensayo qu. La resistencia a la
compresin obtenida por este ensayo es siempre identificada como
qu.2. Ensayos de esfuerzo de corte directo.3. Compresin confinada o
ensayos triaxialesLa evaluacin de la resistencia al esfuerzo
cortante es necesaria en la mayora de los problemas de estabilidad
de suelos, Estos problemas incluyen: Seleccin adecuada de los
taludes para terraplenes y excavaciones. Determinacin de la carga
de un suelo puede resistir con cierta seguridad. Determinacin de la
capacidad de soporte para zapatas y losas de cimentacin.
Determinacin de la resistencia al esfuerzo cortante desarrolladas
entre el suelo y pilote cajones de cimentacin.
PRUEBA DE COMPRESION TRIAXIAL EN SUELOS COHESIVOS
OBJETIVOS Determinar los parmetros necesarios para conocer el
esfuerzo sin consolidacin y sin drenaje, de especmenes cilndricos
de suelos cohesivos en condiciones inalteradas. EQUIPOMquina
triaxial de compresinCmara triaxial Compresor de agua o
aireCalibrador de vernierHerramientas para el remoldeo de la
muestraCronmetroBalanzaHornoLatitas para humedadMembranas
plsticas.Proveer informacin para la determinacin de la envolvente
de Mohr.MARCO TEORICOLas pruebas de compresin triaxial son las ms
usadas para determinar las caractersticas de esfuerzo deformacin y
de resistencia de los suelos. Una muestra cilndrica de suelo es
sometida a esfuerzos normales y horizontales (de compresi6n o
extensin) alrededor del cilindro. Las dimensiones generales de la
muestra varan desde 3.3 cm hasta 7.6 cm de dimetro con una relacin
H/D entre la altura del cilindro de suelo y su dimetro, comprendida
entre 2 y 3.Se considera que los ensayos triaxiales dan mejores
parmetros del suelo y la mejor informacin de esfuerzo-deformacin.
Esto es cierto solo cuando las muestras de suelo son sin perturbar
y se tiene mucho cuidado en la tallada de las muestras y al
colocarlas dentro de la membrana plstica.En lneas generales, la
prueba consiste en lo siguiente: Una muestra cilndrica, de
material, se cubre con una membrana de goma y se la coloca en la
cmara de compresin as como lo indica la figura adjunta.La presin
lateral es aplicada uniformemente e la cmara cilndrica, mediante
aire comprimido, agua o glicerina. La carga normal es aplicada, a
travs de un pistn, por medio de un gato de tornillo, o mediante una
presin hidrulica. Al comenzar el ensayo, se igualan los esfuerzos .
Como la presin dentro de la cmara, es igual en todo sentido y
direccin, tendremos:
Una vez alcanzado este estado de equilibrio, se aumenta la
presin normal sin modificar la presin lateral existente, hasta que
se produzca la falla de la muestra cilndrica. La relacin entre los
esfuerzos normales principales, en funcin de los parmetros y c, es
la siguiente:
Cuando c=0 (suelos sin cohesin)
Y si =0 (suelos cohesivos)
Hay tres tipos de de pruebas triaxiales:1. Consolidada-sin
drenaje, tambin llamada consolidad-rapida o Qc.2. Sin
consolidacin-sin drenaje, tambin llamada sin consolidacin rpida o
Q.3. Drenada, llamada tambin lenta o S. El fsico alemn Otto Mohr,
ideo una representacin grafica para resolver las ecuaciones de los
esfuerzos normales y de corte en un plano, que forme un angulo con
el esfuerzo principal menor (en este caso ).Mohr estableci la
siguiente relacin entre los esfuerzos normales y tangenciales. Esta
es la ecuacin de un crculo cuyo centro tiene las ordenadas y cuyo
radio es: La representacin grafica de la ecuacin de la ecuacin
anterior, mediante un circulo, es lo que se conoce con el nombre de
circulo de Mohr. Mediante estos crculos de Mohr se puede determinar
el esfuerzo normal y de corte en cualquier plano, cuando se conocen
los esfuerzos principales.
En la prueba triaxial, la envolvente de los crculos de Mohr, nos
dar el ngulo de friccin interna y la cohesin c del suelo ensayado.
Se recomiendo un mnimo de tres ensayos, variando cada vez los
esfuerzos laterales En general, los ensayos triaxiales dan valores
de , menores que los obtenidos mediante los ensayos de corte
directo, habiendo obtenido hasta 2 menos, en arenas densas.
Procedimiento 1. Los especmenes debern tener un dimetro mnimo de
1.3 plg (3.3cm) y el tamao mximo de las partculas contenidas dentro
del espcimen de prueba ser menor que 1/10 del dimetro de 2.8 plg
(7.11cm) o mayor, el tamao mximo de la partcula ser menor que 1/16
del dimetro del espcimen. Si despus de realizada la prueba en un
espcimen inalterado se encuentra partculas mayores que las
mencionadas anteriormente, debern registrarse esa informacin en las
observaciones. La relacin altura dimetro estar entre 2 y 3. Las
alturas y los dimetros se miden con un calibrador de vernier. 2. De
una muestra inalterada grande lbrese los especmenes en un cuarto
hmedo, teniendo cuidado en evitar cualquier cambio de humedad en la
muestra. Los especmenes a usar pueden ser de seccin circular
uniforme o de seccin cuadrada, con los extremos perpendiculares al
eje del espcimen.3. Determinar las dimensiones (altura y dimetro) y
peso del espcimen 4. Coloque el espcimen en una membrana plstica y
sllelo respecto a la base y parte inferior de dentro de la cmara de
presin (antes puedes ser colocadas piedras porosos en los extremos
de la probeta segn sea el tipo de ensayo a realizar). Coloque la
cmara triaxial encima y cuide de alinear el eje axial con la
muestra (que estn en un solo eje). Aplique la compresin lateral a
la presin requerida. Coloque en cero los diales de carga y
deformacin. Simultneamente con la aplicacin de la presin de cmara,
comience aplicando la carga axial y registre valores de carga y
deformacin cada 15 seg. Tomar suficiente lecturas para definir bien
la curva de esfuerzo-deformacin; lecturas ms frecuentes pueden ser
necesarias al acercarse a la falla. Continuar unas 2 o 3 lecturas
despus de la falla. 5. Determine le contenido de humedad del
espcimen de prueba usando el espcimen entero a menos que se haya
obtenido muestras representativas paras este propsito, como en el
caso de los especmenes inalterados.CALCULOS 1. Tomar dimetros y
Alturas inicial de la probeta:
2. TiempoLect. CargaCargaLect. Def.Def. Total1-
Carga = lectura de carga x 0.2538 = kgsDef. total = lect def x
0.001 = plg
3. Graficar
Probeta
1
2
3
4
5
4.
5. Tomar dimetros y alturas finales; pesar hmeda y seca la
muestra
INVESTIGACION1. Tipos de envolventes de Mohr dependiendo del
tipo de suelo2. Valores de (ngulo de friccin) y C (cohesin), segn
el tipo de suelo.
PRUEBA DE COMPRESION AXIAL
EQUIPOAparato de compresinIndicador de deformacinCalibrador de
vernierCronmetroHornoBalanzaHerramientas para remoldear la
muestraLatitas para humedad Objetivos 1. Determinacin rpida de los
valores de esfuerzos compresivos de suelos inalterados que poseen
suficiente cohesin para permitir la prueba en estado inconfinado.
MARCO TEORICOEsfuerzo compresivo sin confinar: la carga mxima por
unidad de rea a la cual un espcimen cilndrico de suelo fallara en
una prueba de compresin simple.Este es un ensayo simple donde la
presin atmosfrica rodean el suelo, consiste en aplicar una carga
vertical a un espcimen cilndrico y llevarlo la galla sin
proporcionarle ningn soporte lateral. Esta prueba se asemeja a una
triaxial en la cual el esfuerzo principal mayor fuera igual al
vertical y los esfuerzos principales intermedio menor fueran nulos
(= O). El ensayo es similar a los que e efectan con cilindros de
concreto. El esfuerzo normal, que se aplica a la muestra cilndrica
de suelo hasta que falle, se designa qu y se denomina resistencia a
la compresin sin confiar suelo.Si y la formula siguiente: Se
reducir a Esta prueba queda circunscrita a suelos cohesivos, pues
en los no cohesivos es imposible labrar la muestra.El ensayo se
realiza con muestras obtenidas con tubos de pared delgada y sin
perturbar hasta donde sea posible. Algunas veces qu se obtiene de
muestras procedentes del ensayo de penetracin standard.
PROCEDIMIENTO1. Los especmenes debern tener un dimetro mnimo de
1.3(3.3 cm) y el tamao mximo de las partculas contenidas dentro del
espcimen de prueba ser menor de 1/1O del dimetro del espcimen, Para
especmenes que tengan un dimetro de 28 (7.11 cm) o mayor, el tamao
mximo de la partcula ser menor que 1/6 del dimetro del espcimen. Si
despus de realizada la prueba en un espcimen inalterado, se
encuentran partculas mayores que las mencionadas anteriormente,
dicha informacin deber registrarse como observaciones, La relacin
altura-dimetro estar entre 2 y 3, Las alturas y los dimetros se
miden con un calibrador vernier.2. De una muestra inalterada grande
lbrese el espcimen en un cuarto hmedo, teniendo cuidado en evitar
cualquier cambio de humedad en el suelo, Los especmenes a usar
pueden ser de seccin circular uniforme o de seccin cuadrada, con
sus bases perpendiculares al eje longitudinal del espcimen.3.
Determinar dimensiones (altura y dimetro) y peso del espcimen.4.
Coloque el espcimen en el aparato de carga de tal manera que se
encuentre centrado en la plataforma base. Ajustar el aparato
cuidadosamente para que la plataforma superior haga contacto con el
espcimen, Colocar en cero el indicador de deformacin. Aplique la
carga registrando valores de carga y deformacin cada 30 seg.
Contine cargando hasta que los valores de carga decrezcan con in
cremento de 1a deformacin.5. Determine la falla del espcimen y
anote el ngulo de falla con respecto a la horizontal.6. Determine
el contenido de humedad del espcimen entero, a menos que se halla
obtenido muestras representativas para ese propsito como en el caso
de especmenes inalterados.
Calculos
TiempoLectura cargaLectura def.Def. total1- Ac
Carga = lectura x 0.2972(factor de aro)Def total = lectuira x
factor (0.001)
W=%H en decimal
INVESTIGACION 1. Mtodo empricas para determinar la resistencia
al corte de los suelos.2. Factores que afectan la resistencia al
esfuerzo cortante de los suelos granulares y como le afectan. 3. A
qu tipo de suelo se les puede hacer la prueba axial y porque?
PRUEBA DE CORTANTE DIRECTO
EQUIPOAparato de cargaCaja de cortePiedras
porosasApisonadorCalibradorOBJETIVOSFamiliarizarse con los
procedimientos para la determinacin de los parmetros y c, de la
resistencia al corte del suelo.MARCO TEORICOLa prueba de Corte
directo es el procedimiento ms antiguo y sencillo para determinar
la resistencia al corte de un suelo..La muestra se coloca en una
caja de seccin rectangular o circular, especialmente diseada, de
rea y altura determinadas. La caja est dividida por la mitad. La
mitad inferior de la caja esta generalmente, fija y La otra mitad
se puede mover libremente en direccion horizontal y en ella se
aplica la carga normal Pv, una vez que ha sido colocada la muestra
de suelo en la caja. Luego, una fuerza horizontal Ph se aplica a la
mitad superior de la caja, la cual corta la muestra segn el plano
xx (ver fig1); hasta que el material falle. En la prctica la tapa y
el fondo pueden ser placas porosas que permitan el cambio de
humedad de la muestra y/o placas con estras que ayuden distribuir
uniformemente los esfuerzos en el plano de falla.El ensayo se
utiliza una muestra relativamente delgada que se consolida
rpidamente bajo la carga (cuando se requiere consolidacin). La
preparacion en la muestra y la ejecucion del ensayo son simples en
la mayoria de los suelos lo que hace que el metodo sea atractivo
para los trabajos de rutina. Las simplificaciones inherentes a este
metodo de ensayo limitan la confianza de sus resultados:1. La
distribucin de los esfuerzos no es uniforme en toda la superficie
donde se produce el esfuerzo cortante, son mayores en los bordes y
menores en el centro; lo que produce una falla progresiva.2. El
suelo est obligado a cortarse en un plano predeterminado, que e
puede ser no necesariamente el ms debi1, en, este caso, la
resistencia dada por el ensayo puede ser muy alta.3. Es difcil
controlar el drenaje o cambio de humedad durante el ensayo; lo cual
limita si utilidad en los suelos hmedos.
Los ensayos de Corte Directo se pueden clasificar en:a. Ensayo
no consolidados-no drenados o ensayos U:EL corte de inicia antes de
consolidar la muestra bajo la carga normal Pv. Si el suelo es
cohesivo y saturado, se desarrollar exceso de presin de poros; en
otras palabras luego de la aplicacin de la carga normal Pv se
comienza inmediatamente el corte o sea registramos los
desplazamientos horizontales producidos por la correspondiente
carga horizontal Ph.b. Ensayos consolidadosno drenados o ensayos
CU:Se aplica la fuerza normal, y se observa el movimiento vertical
del deformmetro hasta que pare el asentamiento antes de aplicar la
fuerza cortante, o sea que el ensayo se comienza despus de haber
consolidado el suelo bajo la carga Pv completamente, si el ensayo
se prosigue rpidamente, se desarrollaran presiones de poros en el
suelos cohesivos hmedos o saturados, debido al bajo coeficiente de
permeabilidad.c. Ensayo consolidadosdrenados o ensayos CD:La fuerza
normal se aplica, y se demora la aplicacin del corte hasta que se
haya desarrollado todo asentamiento; se aplica a continuacin la
fuerza cortante tan lento como sea posible para evitar el
desarrollo de presiones de poro en la muestra.Para suelos no
cohesivos, estos tres ensayos dan el mismo resultado, esta la
muestra saturada o no; y por supuesto, si la tasa de aplicacin del
cortante no es demasiado rpida.Para materiales cohesivos, los
parmetros de suelo estn marcadamente influidos por el mtodo de
ensayo y por el grado de saturacin, y por el hecho de que el
material este normalmente consolidado o
sobreconsolidado.PROCEDIMIENTO 1. Moldear cuidadosamente las
muestras, a que tengan el mismo tamao y que se ajusten
perfectamente en la caja, mantener las muestras en un lugar donde
se controle su humedad.2. Determinar las dimensiones de la caja de
corte y armar la caja como sigue:a. Colocar la base de la cajab.
Introducir la placa de drenaje, teniendo cuidado que los canales
queden perpendiculares a los de la base.c. Colocar la placa
porosad. Introducir la muestra de prueba ayudados con un
apisonadore. Colocar la otra placa porosaf. Colocar la otra placa
de drenaje en el mismo sentido de la de abajog. Colocar la tapa de
la caja3. Colocar La caja en La mquina de corte y colocarle la
carga normal sobre la tapa de la caja o sea Pv (ya sea 10, 20, 30,
40 Kg).4. Colocar los diales de carga y deformacin en cero5. Quitar
los tornillos fijos y dar un cuarto de vuelta a los de prueba6.
Iniciar a aplicar la carga de corte o carga horizontal Ph
lentamente y tomar lecturas de los diales cada 10 o 15 segundos
hasta que e suelo falle.7. Probar unas 2 o 3 muestras ms variando
la carga normal.CALCULOS 1. Determinar el rea de aplicacin de las
cargas Pv y Ph. 2. Calcular el esfuerzo normal 3. Determinar la
fuerza cortante mxima y determinar el esfuerzo cortante mximo para
cada muestra.4. Con los valores de los esfuerzos normales y
cortantes, graficarlos en un sistema de coordenadas y obtener una
recta donde; el ngulo de friccin interna del suelo, estar dado por
la tangente que forme la recta con la horizontal, y la resistencia
al corte, correspondiente al esfuerzo normal cero, indicar la
cohesin c del suelo.
Pv=#libras (pesas) + peso de yunque TiempoLectura cargaCarga
libras (ph)
0
15
30
45
60
Ph= carga en libras = lectura dial de carga x 0.278(factor de
aro)
Probeta maxima
1
2
3
INVESTIGACION1. Mtodo de la Veleta2. Mtodo de Penetracin
Estndar
PERMEABILIDAD DE LOS SUELOS
EQUIPOPermemetroCronometroTermmetroProbeta graduadaApisonador
calibradorSistema de abastecimiento de aguaOBJETIVOSDeterminar el
coeficiente de permeabilidad de un suelo por medio del mtodo de
carga constante.MARCO TEORICOSe denomina permeabilidad a la
facilidad con que se mueve un fluido a travs de un medio poroso.
Cualquier material con vacios es poroso y si los vacos estn
interconectados posee permeabilidad. En los problemas de ingeniera
geotcnica, el fluido es el agua y el medio poroso es la masa de
suelos. Los suelos de acuerdo a la mayor o menor facilidad de
permitir el paso del agua a travs de sus vacios pueden ser
permeables o impermeables.La permeabilidad de una masa de suelo es
importante en:a. La evaluacin de la cantidad de filtracin a travs o
por de bajo de presas y diques, hacia pozos de agua.b. La evaluacin
de la supresin o fuerzas de filtracin bajo estructuras hidrulicas
para un anlisis de estabilidad.c. La provisin de un control de los
velocidades de filtracin de tal manera que las partculas de grano
fino no sean erosionadas de la masa de suelo.En 1856, Henri Darcy
propuso que el flujo de agua a travs de un suelo se expresara como:
v ki, donde la velocidad de escurrimiento de un suelo es
proporcional a una constante k (coeficiente de permeabilidad),
propia y caracterstica de cada suelo, y de la gradiente hidrulica
i, que es la relacin entre la diferencia de niveles (H)y la
distancia L, que el agua tiene que recorrer ( ). Y el gasto que
pasa a travs de la muestra de suelo de seccin transversal A, estar
dado por: Q kiA En las ecuaciones anteriores aparece una constante
fsica de proporcionalidad k, llamada coeficiente de permeabilidad
del suelo, que tiene las unidades correspondientes a una velocidad,
lo que ha servido para definir en trminos simples el coeficiente de
permeabilidad de un suelo como la velocidad del agua a travs del
mismo, cuando est sujeta a un gradiente hidrulico unitario. Es
obvio que en el valor numrico de K se reflejan propiedades fsicas
del suelo y en cierta medida ese valor indica la mayor o menor
facilidad con que el agua fluye a travs del suelo, estando sujeta a
un gradiente hidrulico dado. Esta facilidad a su vez depende de
toda una serie de propiedades fsicas del suelo, y tambin de algunos
factores, como: a. Relacin de vacios del suelo b. Estructura y
estratificacin del suelo c. La existencia de agujeros, fisuras,
etc., en el suelod. El tamao y forma del grano del suelo: la
presencia de partculas angulares y laminares tiene a reducir k, las
que cuando el suelo esta compuesto predominante por partculas
redondeadas o esfricas. e. El grado de saturacin del suelo: a
medida que aumenta la saturacin, k aparentemente se incrementa, en
parte este aumento se debe a la disminucin en la tensin
superficial.f. La temperatura y viscosidad del fluido: a medida que
la temperatura aumenta, la viscosidad disminuye y el coeficiente de
permeabilidad aumenta, es decir la velocidad del fluido aumenta.
Hay varios procedimientos para la determinacin de la permeabilidad
de los suelos: unos directos, as llamados por que se basan en
pruebas cuyo objetivo fundamental es la medida de tal coeficiente,
otros indirectos, proporcionados en forma secundaria por pruebas y
tcnicas que primariamente persiguen otros fines.Estos mtodos son
los siguientes: A. Mtodo Indirectos 1. Calculo a partir de la curva
granulomtrica2. Calculo a partir de la prueba de consolidacin 3.
Calculo con la prueba horizontal de capilaridadB. Mtodo Directo1.
Permemetro de carga constante2. Permemetro de carga variable 3.
Pruebas directas de los suelos en el lugar Mtodo Indirecto Dentro
de los indirectos haremos mencin solamente del mtodo a partir de la
curva granulomtrica: una relacin emprica, que relaciona el
coeficiente de permeabilidad con el tamao efectivo , de un anlisis
de tamizado; fue presentado por A. Hazen en 1892. El encontr que
para las arenas uniformes con dimetro efectivo comprendido entre
0.1 y 3.0 mm., el coeficiente de permeabilidad podra ser expresado
aproximadamente como: , donde:K = coeficiente de permeabilidad, en
cm/seg. Dimetro efectivo, en cm.C = Coeficiente que varia desde
cerca de 40 hasta 150. El valor de C=116 suele mencionarse como un
promedio aceptable. Sin embargo la variacin de C resuelto excesiva
para que la formula sea confiable. Mtodo DirectoPara la
determinacin del coeficiente de permeabilidad, puede obtenerse un
valor aproximado en el laboratorio, usando un ensayo de
permeabilidad de carga constante o uno de carga variable, ambos
basados en la ley de Darcy. Estos ensayos se realizan en cilindros
especiales (permemetros), cmaras de presin , o consolidacin o en
tubos muestreadores. EI tipo de ensayo y el equipo deben ajustarse
a los objetivos y de la prueba caractersticas del material. El
ensayo de carga variable es el ms econmico para ensayo de larga
duracin mientras que el de carga constante es preferido para suelos
que tienen grandes relaciones de vacos tales coma grava, arenas y
para los cuales es deseable usar una gran cantidad de flujo.Ni el
ensayo de carga constante, ni el de carga variable nos permiten
obtener el valor del coeficiente de permeabilidad del todo
confiable. Algunos factores o limitaciones que reducen su
confiabilidad son: 1. El suelo que se utilizo en el permemetro
nunca es igual al suelo que se tiene en el terreno, siempre esta
algo alterado.2. La orientacin de los estratos con respecto al
flujo de agua es probablemente diferente en el laboratorio.3. Las
condiciones de frontera son diferentes en el laboratorio. Las
paredes lisas del permemetro mejoran los caminos de flujo con
respecto a los caminos naturales del terreno.4. La cabeza hidrulica
h puede ser diferente (a veces mucho mayor) en el laboratorio, lo
cual causa el lavado del material fino hacia las fronteras,
reduciendo el valor de k.5. El efecto del aire atrapado en la
muestra de laboratorio es grande aun para pequea burbujas de aire,
debido al tamao tan pequeo de la muestra. Ensayo de carga
constante:Este tipo de prueba se utiliza para suelos relativamente
permeables, tales cama gravas, arenes y mezclas de arena y grava.
Los coeficientes de permeabilidad de esto suelos varan entre
cm/seg.La prueba consiste en someter a la muestra de suelo a un
escurrimiento de agua, bajo una carga constante. El coeficiente de
permeabilidad se determino directamente con base a la Ley de Dercy,
a partir del gasto observado, al rea de la seccin transversal de la
muestra, la longitud de la muestra, carga aplicada y la temperatura
del agua.PROCEDIMIENTO1. Medir el dimetro interno del permemetro y
determinar su seccin transversal.2. Colocar el material en capa,
apisonndolas de manera que la muestra quede uniformemente
compactada en todo su espesor.3. Medir la longitud total de la
muestra del suelo (L) 4. Colocar el permemetro en el sistema de
abastecimiento de agua5. Saturar completamente la muestra y
estabilizar la condicin de flujo, permitiendo que el agua fluya por
un tiempo6. Llenar el permemetro con agua hasta la altura escogida
para dar a la muestra el gradiente hidrulico. Mantener esa carga
constante durante toda la prueba.7. Registrar el tiempo necesario
para almacenar entre 750 y 900 ml. De agua en una probeta de
1000ml.8. Registrar la temperatura del agua9. Repetir 2 o
3mediciones similaresCALCULOS1. Determinar el coeficiente de
permeabilidad a cualquier temperatura: Sabemos que:
Entonces:
Donde: V= volumen de agua recibida en la probeta, cm3 L=
Longitud de la muestra de suelo que tiene que atravesar el agua,
cmA= area de la seccin transversal del parameametro, cm2 H= carga
de agua, cm t= tiempo de prueba, seg2. Determinar el coeficiente de
permeabilidad a 20CPara poder comprobar fcilmente los resultados de
las pruebas de permeabilidad es conveniente referir los resultados
a un temperatura constante, normalmente a 20C
Donde: Ktx = coeficiente de permeabilidad a la temperatura del
ensayo tx= viscosidad del agua a la temperatura del ensayo 20=
viscosidad de agua a 20C.
ANEXOS
34