UNIVERSIDAD DE HUÁNUCO - 2015 INTRODUCCIÓN En el presente informe detallaremos un avance del estudio de mecánica de suelos. Fue realizado usando métodos básicos de acuerdo al Reglamento Nacional de Edificaciones, con el propósito de reconocer los tipos de estratos. Los ensayos de mecánica de suelos tienen como finalidad identificar (o clasificar) el material, determinándole ciertas propiedades físicas y estableciendo criterios de control sobre el material. Como es imposible ensayar la masa de suelos completa y como el suelo es un material variable, es necesario hacer varios ensayos sobre cantidades pequeñas de suelo que permitan extrapolar los resultados a la masa completa. Para que los ensayos sean válidos para la masa de suelos, deben ser ejecutados sobre muestras que se consideran representativas de la misma y que cumplen las normas de muestreo establecidas. MECÁNICA DE SUELOS I – ESTUDIO DE SUELO Página 1
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INTRODUCCIÓN
En el presente informe detallaremos un avance del estudio de mecánica de suelos. Fue realizado
usando métodos básicos de acuerdo al Reglamento Nacional de Edificaciones, con el propósito de
reconocer los tipos de estratos. Los ensayos de mecánica de suelos tienen como finalidad
identificar (o clasificar) el material, determinándole ciertas propiedades físicas y estableciendo
criterios de control sobre el material.
Como es imposible ensayar la masa de suelos completa y como el suelo es un material variable,
es necesario hacer varios ensayos sobre cantidades pequeñas de suelo que permitan extrapolar
los resultados a la masa completa. Para que los ensayos sean válidos para la masa de suelos,
deben ser ejecutados sobre muestras que se consideran representativas de la misma y que
cumplen las normas de muestreo establecidas.
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GENERALIDADES
I.1 OBJETIVOS DEL ESTUDIO:
2.1.1 OBJETIVOS GENERALES
Aprender a reconocer los tipos de estratos que se pueda encontrar en una calicata
aplicando el Reglamento Nacional de Edificaciones según el Instituto de la Construcción y
Gerencia (ICG)
Mediante el estudio de mecánica de suelos podemos reconocer la capacidad portante del
suelo, para el tipo de edificación a realizarse.
2.1.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS
Que el estudiante adquiera los conocimientos teórico-prácticos en la exploración de los
suelos.
Que los estudiantes, efectúen un método de exploración de campo (sondeo manual).
Que los estudiantes desarrollen habilidades para poder realizar un muestreo
adecuado de los suelos, así como la identificación en el campo de los suelos,
considerándose su textura, plasticidad, color, etc.
Que los estudiantes observen la variación de la humedad, en las muestras obtenidas en el
Determinar el porcentaje de humedad del cada estrato, extraído de la calicata 05.
MATERIALES:
muestra
Tara
Balanza
Espátulas
Tamiz: N 40
Copa de casa grande
tinas
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CONOCIMIENTOS TEORICOS:
Algunos suelos cambian de consistencia en función al contenido de humedad.
Se definen cuatro estados: solido, semisólido, plástico y líquido.
El límite entre esos estados se denominan Límites de Consistencia y son: Limite de
Contracción (LC), Limite Plástico (LP) y Limite Liquido (LL).
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LIMITE LÍQUIDO.
DETERMINACIÓN DE LIMITE PLASTICO (L.P.)
El límite plástico se define como el contenido de humedad, expresado en porciento, cuando
comienza agrietarse un rollo formado con el suelo de 3 mm. De diámetro, al rodarlo con la mano
sobre una superficie lisa y absorbente.
EQUIPO
1. Vidrio esmerilado o papel absorbente.
2. Taras
3. Balanza con sensibilidad de 0.01 gr.
4. Horno con temperatura constante de 100 a 110º C.
PROCEDIMIENTO.
1. Se toma aproximadamente la mitad de la muestra que se usó en límite líquido,
procurando que tenga una humedad uniforme cercana a la humedad optima, amáselo con la
mano y ruédelo sobre una superficie limpia y lisa, como una hoja de papel o un vidrio hasta
formar un cilindro de 3 mm, de diámetro y de 15 a 20 cm de largo.
2. Se amasa la tira y se vuelve a rodar, repitiendo la operación tantas veces como se necesite
para reducir, gradualmente, la humedad por evaporación, hasta que el cilindro se empiece a
endurecer.
3. El límite plástico se alcanza cuando el cilindro se agrieta al ser reducido a 3mm de diámetro.
4. Inmediatamente se divide en proporciones y se ponen los pedazos en dos taras.
5. Se pesan en la balanza de 0.01 gr., y se registra su peso.
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6. Se introduce la muestra en el horno por un período aproximado de 24 horas y se
determina su peso seco.
7. Con los datos anteriores se calcula el contenido de agua en porcentaje. Si la diferencia de los
dos % no es mayor que 2% se promedian y en caso contrario se repite el ensaye.
8. El promedio es el valor en porcentaje del Límite Plástico.
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1 Golpe = 1 g/cm2
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LIMITE PLASTICO.
Es un procedimiento normalizado pero sencillo consistente en medir el contenido de humedad para
el cual no es posible moldear un cilindro de suelo, con un diámetro de 3 mm. Para esto, se realiza
una mezcla de agua y suelo, la cual se mezcla con la mano y una superficie inerte (vidrio), hasta
conseguir un cilindro de 3 mm de diámetro. Se recomienda realizar este procedimiento al menos 3
veces para calcular según la media aritmética
ENSAYO.
LIMITE LÍQUIDO
PREPARACION DE LA MUESTRA.
Al tratarse de un Suelo fino se tomó 100 g de la fracción de la muestra que pasó la
malla Nº 40.
ESTRATOS
Se tomó 6 muestras por estrato:
Cuando la pasta adquiere una consistencia tal que, al ser dividida en dos porciones,
estas comiencen a fluir cuando se golpea la capsula contra la palma de la mano; se
transfiere una porción de la misma a la capsula de bronce del aparato, se la amasa bien
y se la distribuye de manera que el espesor en el centro sea aproximadamente 1 cm.
Se acciona la manivela a razón de 2 vueltas por segundo, y se cuenta el número de
golpes necesarios para que, por fluencia, se cierren los bordes inferiores de la muesca,
en una longitud de aproximadamente 12 mm.
Se anotara el número de golpes requeridos para lograr la unión de la pasta.
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Luego de obtener estos datos sobre un sistema de coordenadas rectangulares se toma,
en abscisas escala logarítmica el número de golpes, y en ordenadas el porcentaje de
humedad. Se ubican los puntos
ESTRATO 1
ENVASE N
GOLPES
AGUA
(gr)
WN +T WS+T WT W%
A 18 21 30.5 25.4 8,6 30.60
B 30 23 30.7 27.8 8,6 15.11
C 14 26 30.2 23.5 8,6 45.0
D 36 22 32.8 30.1 8,6 12.60
E 27 23 36.4 31,7 8,6 20.35
F 16 26 34.5 33.1 8,6 5.72
Humedad:
Es la cantidad de agua superficial retenida por la partícula.
Estrato 1.
Después de haber obtenido los porcentajes de humedad de los diferentes golpes se tiene el
siguiente cuadro:
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3.09 3.1 3.11 3.12 3.13 3.140
5
10
15
20
25
30
35
f(x) = − 209.74512406009 x + 680.208619929283R² = 1
LINEA DE UNION DE PUNTOS MEDIOS
LINEA DE UNION DE PUNTOS MEDIOSLinear (LINEA DE UNION DE PUNTOS MEDIOS)
Teniéndose como Límite líquido para el primer estrato:
Hallando W% a 25 golpes:
a: -36.116 W%: 20,87 LL:20,87
b: 137,21 y= a(LnX) + b
LIMITE PLASTICO.
Es el contenido de humedad, expresado en porciento del peso del suelo seco, en un suelo
en el límite entre el estado plástico y el estado semi-solido del mismo.
Este límite se define como el más bajo contenido de humedad con el cual el suelo, al ser
moldeado en barritas cilíndricas de menor diámetro de 3 mm.
Herramientas
a) Mortero de porcelana
b) Tamiz (No 40).
c) Capsula de hierro enlozado.
d) Espátula con mango de madera.
e) Vidrio plano de 30 cm. x 30 cm.
i) Balanza de precisión.
j) Horno
PROCEDIMIENTO.
El material obtenido de acuerdo al punto “preparación de la muestra” se colocan en la tara.
Después se humedece con agua, dejándose reposar.
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Luego se continúa agregando agua en pequeñas cantidades, mezclando cuidadosamente
con la espátula obteniendo una distribución homogénea de la humedad y teniendo
especial cuidado de deshacer todos los grumos que se vayan formando.
Se continúa el mezclado hasta obtener que la pasta presente una consistencia plástica que
permita moldear pequeñas esferas sin adherirse a las manos del operador.
Una porción de la parte así preparada se hace rodar con la palma de la mano sobre la
lámina de vidrio, dándole la forma de pequeños cilindros.
La presión aplicada para hacer rodar la pasta debe ser suficiente para obtener que las
barritas cilíndricas mantengan un diámetro uniforme en toda su longitud.
El ensayo se da por finalizado cuando las barritas cilíndricas comienzan a fisurarse y
agrietarse a los 3,17 mm.
Las barritas cilíndricas se colocan en las tarras de hierro y se llevan al horno hasta lograr
el peso seco constante a una temperatura entre los 105 y 110 Co.
ESTRATOS.
Estrato 1:
MUESTR
A
Promedi
o de
Agua
agregad
a (gr)
WN +T WS+T WT W%
1 25 17.01 14.1 8,6 52.91
2 24 22.0 18,4 8,6 36.74
3 23 18.71 15,8 8,6 40.42
4 23,5 15.2 13.5 8,6 34.70
RESULTADOS.
Estrato 1:
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BALANZA: Se usa para pesar las diferentes muestras de suelo de cada ensayo y así calcular el contenido húmedo real.
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22.5 23 23.5 24 24.5 25 25.50.00
10.0020.0030.0040.0050.0060.0070.00
Series2
Para el estrato 1, el límite plástico es:
52.91%+36.74 %+40.42%+34.70 %4
LP = 41.20
EQUIPOS UTILIZADOS
1. BALANZA.
2. TAMIZ N°.34
,38
, N°4
3. MOLDE.
4. PISON METALICO.
5. PLACA BASE.
6. COLLAR.
7. PROBETAS GRADUADAS.
8. REGLA DE ACERO.
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ENSAYO DE PROCTOR
BALANZA: Se usa para pesar las diferentes muestras de suelo de cada ensayo y así calcular el contenido húmedo real.
TAMIZ (34
,38
, N°4):
Corresponde a una abertura nominal de 5 mm y se usa para seleccionar el material a ocupar en el
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PROBETAS GRADUADAS: Son recipientes de vidrio de plástico graduados en cm3 y se usa para medir el agua que se agrega en la muestra.
REGLA DE ACERO: Se usa para enrasar el suelo al nivel
del molde, luego del compactado y extraído el
collar.
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REGLA DE ACERO: Se usa para enrasar el suelo al nivel
del molde, luego del compactado y extraído el
collar.
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PROCEDIMIENTO:
1. OBTENCIÓN Y PREPARACIÓN DE MUESTRAS
Obtener una muestra del suelo a ensayar (en este caso utilizamos 5kg).
Secar la muestra hasta que se vuelva desmenuzable.
Tamizar el suelo extraído por el tamiz Nº 4.
2. ACONDICIONAMIENTO DE OBRAS
Homogenizar la muestra y separar en fracciones de 6kg.
Mezclar completamente cada fracción por separado con agua suficiente para que las
humedades varíen aproximadamente 2 puntos porcentuales entre si y que se distribuyan
alrededor de la humedad óptica.
3. ENSAYO
Se utilizó el ensayo TIPO “A”.
Pesar y registrar la masa del molde vacío sin collar.
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MÉTODO A: Porción que pasa No. 4.
Se usa si 20% o menos por peso de material es retenido
en la malla No.4.
Pesamos la muestra para ver qué tipo de método vamos a
utilizar.
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Determinar la capacidad volumétrica del molde.
Colocar el molde con su collar sobre la placa base.
Llenar el molde como se indica:
Colocar una capa de material de aproximadamente 1/5 de la altura del molde más el
collar.
Compactar la capa con 56 golpes
Repetir la compactación en 5 capas dejando un exceso de material sobre el borde en
la última capa.
Retirar el collar y enrasar con la regla al nivel del molde.
Pesar el molde con el suelo compactado. Restar el peso del molde para obtener el peso
del suelo compactado solo.
Determinar la densidad húmeda del suelo compactado dividiendo el peso del suelo por
el volumen del molde
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Empezamos a pesar las muestras para echar al molde
de proctor.
Luego de realizarse las tres capas con 27 golpes cada una compactamos por última vez.
Ponemos las muestras en el molde de proctor.
Por cada capa se realizó 27 golpes.
Se colocó en el proctor cada una de las mezclas dividas y húmedas; divididas en 5 capas según el método A.
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Por último pesamos el proctor de la parte media con la muestra ya compactada; para después retirar de la parte superior e inferior de la mezcla una porción para sacar la humedad, introduciéndola posteriormente al horno especial para humedad.
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GENERALIDADES
El ensayo de CBR mide la resistencia al corte (esfuerzo cortante) de un suelo bajo condiciones de
humedad y densidad controladas, la ASTM denomina a este ensayo, simplemente como "Relación
de soporte" y esta normado con el número ASTMD 1883-73
Se aplica para la evaluación de la calidad relativa de suelos de sub rasante, algunos materiales de
sub bases y bases granulares, que contengan solamente una pequeña cantidad de material que
pasa por el tamiz de 50 mm, y que es retenido en el tamiz de 20 mm. Se recomienda que la
fracción no exceda de al 20%.
Este ensayo puede realizarse tanto en laboratorio como en terreno, aunque este último no es muy
practicado.
ENSAYO DE C.B.R. (NCH 18s2)
El número CBR se obtiene corno la relación de la carga unitaria en Kg. /cm2 (libras por pulgadas
cuadrada, (psi)) necesaria para lograr una cierta profundidad de penetración del pistón (con un
área de 19.4 centímetros cuadrados) dentro de la muestra compactada de suelo a un contenido de
humedad y densidad dadas con respecto a la carga unitaria patrón requerida para obtener la
misma profundidad de penetración en una muestra estándar de material triturado, en ecuación,
esto se expresa:
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CBR =cargaunitaria de ensayocarga unitaria patron *100
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El número CBR usualmente se basa en la relación de carga para una penetración de 2.54 mm
(0,1"), sin embargo, si el valor del CBR para una penetración de 5.08 mm (0,2") es mayor, dicho
valor debe aceptarse corno valor final de CBR.
Los ensayos de CBR se hacen usualmente sobre muestras compactadas al contenido de
humedad óptimo para el suelo específico determinado utilizando el ensayo de compactación
estándar. A continuación" utilizando los métodos 2 o 4 de las normas ASTM D698-70 ó D1557-70
(para el molde de 15.5 cm. de diámetro).
El ensayo de CBR se utiliza para establecer una relación entre el comportamiento de los suelos
principalmente utilizados como bases y sub rasantes bajo el pavimento de carreteras y aeropistas,
la siguiente tabla da una clasificación típica:
EQUIPOS EMPLEADO
1. OBTENCION DEL OCH Y LA MDS
Un molde, de diámetro 101.6 mm y volumen de936.6 cm3. Este molde va unido a una
placa de base y una extensión en la parte superior
Un pisón mecánico, según las normas tiene un peso de 44.5 N y una altura de caída de
457.2mm.
Una bandeja
Taras
Balanza
2. COMPACTACIÓN DE MOLDES
Disco espaciador
Moldes
Pisón mecánico
Una bandeja
Taras
Balanza
Papel filtro
Prensa de Ensayo
Cargas
Pistón de penetración
Aparato para medir expansión
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PROCEDIMIENTO
1. Muestras
Las muestras deben prepararse de acuerdo con la NCh 1 53411 o 153412.
Obtener dos o más muestras de ensayo representativas con un tamaño de
aproximadamente 4.5 Kg En el caso de suelo fino y de 5.5 kg en el caso de suelos
granulares, y mezclar homogéneamente con agua.
2. Preparación de las probetas
Si las muestras de ensayo van a ser sometidas a inmersión, sacar una muestra
representativa del material para determinar su humedad (igual o mayor a 100 g para suelos
finos y de 500 g para suelos granulares) al indicar la compactación y otra muestra de
material restante, después de efectuarse I a compactación.
Si las muestras no se vari a someter a inmersión, obtener la muestra para la determinación
de humedad de una de las caras cortadas después de efectuar la penetración, y para ello
sacar la humedad de la capa superior en un espesor de 25 mm.
Si se desea determinar la humedad promedio sacar una muestra que comprenda toda la
altura del molde.
Colocar el disco espaciador sobre la placa base. Fijar el molde, con su collar de extensión,
sobre dicha placa y colocar un disco de papel filtro grueso sobre el espaciador. Compactar
el suelo húmedo en el molde de acuerdo al Proctor con el fin de obtener la humedad optima
(Wop) y la densidad máxima ( dmax). Generalmente se utilizan como mínimo 3 muestras
con 56, 25 y I0 golpes.
Retirar el collar de extensión y enrasar cuidadosamente el suelo compactado con la regla
al nivel del borde del molde. Rellenar con material de tamaño menor cualquier hueco que
pueda haber quedado en la superficie por la eliminación de material grueso.
Sacar la placa base perforada y el disco espaciador y pesar el molde con el suelo
compactado. Restar el peso del molde determinando la masa del suelo compactado (M).
Determinar la densidad de la muestra antes de la inmersión, dividiendo la masa de suelo
compactado por la capacidad volumétrica del molde (v).
3. Penetración
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Colocar sobre la probet4 la cantidad suficiente de cargas para producir una sobrecarga
igual a la ejercida por el material de base y el pavimento, redondeando a múltiplos de 2.27
kg y que en ningún caso debe ser menor que 4.54 kg. Si la probeta ha sido previamente
sumergid4 la sobrecarga debe ser igual a la aplicada durante el periodo de inmersión.
Para evitar el levantamiento del suelo en la cavidad de la carga ranurada se coloca en
primer lugar la carga anular sobre la superficie del suelo, antes de apoyar el pistón de
penetración, y después se colocan las cargas restantes.
Apoyar el pistón de penetración con la carga más pequeña posible, la cual no debe exceder
en ningún caso 45 N (4.5 Kgf). Colocar los calibres de tensión y deformación en cero
Esta carga inicial se necesita para asegurar un apoyo satisfactorio del pistón y debe
considerarse como carga cero para la determinación de la relación carga-penetración.
Aplicar la carga del pistón de penetración de manera que la velocidad de penetración sea
1.25 (mm/min) en aquellos suelos donde se demuestre a través de ensayos comparativos
que el cambio de velocidad no altera los resultados del ensayo.
Anotar las cargas para las penetraciones mostradas en la tabla
muestra = Mv ……. => (g/cm3
)
Colocar un disco de papel filtro grueso sobre la base perforada, invertir el molde y fijarlo a
la placa base, con el suelo compactado en contacto con el papel filtro.
Colocar el vástago ajustable y la placa perforada sobre la probeta de suelo compactado y
aplicar las cargas hasta producir una sobrecarga, redondeada en múltiplos de2.27 kg y
mayor o igual a4.54kg.
Si la muestra va a ser sometida a inmersión, colocar el molde con las cargas en agua,
permitiendo el libre acceso del agua a la parte superior e inferior de la probeta. Tomar
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mediciones iniciales para la expansión o asentamiento y dejar la probeta en remojo durante
96 hrs. Mantener la muestra sumergida a un nivel de agua constante durante este periodo.
Al término del periodo de inmersión tomar las mediciones finales de la expansión y
calcularla como un porcentaje de la altura inicial de la probeta.
% expansión = expansión
116.4expansión en mm
Sacar el agua libre dejando drenar la probeta a través de las perforaciones de la placa base
durante 15 min. Cuidar de no alterar la superficie de la probeta mientras se saca el agua
superficial.
Retira las cargas y la placa base perforada, pesar el molde con el suelo. Restar la masa del
molde determinando la masa del suelo compactado después de la inmersión (Mi).
Obtener la densidad correspondiente, dividiendo la masa de suelo compactado por la
capacidad volumétrica del molde (v):
i = MiV
Anotar la carga y penetración máxima si esta se produce para una penetración máxima si
esta se produce para una penetración menor que I2.7 (mm), (0.5 pulgadas).
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RESULTADOS
Curvas de tensión – penetración
Calcular las tensiones de penetración en Mega Pascales (I\8A) o en (Kg/cm2).
Para ello se traza la cura en un gráfico tensión - penetración.
La curva puede tomar, ocasionalmente, la forma cóncava hacia arriba debido a
irregularidades de superficie u otras causas. En dichos casos el punto cero debe corregirse
trazando una recta tangente a la mayor pendiente de la curva y trasladando el origen al
punto en que la tangente corta la abscisa.
Obtener De la curva los valores de las tensiones necesarias para lograr una penetración de
0.1" y 0.2".
Las curvas de tensión - penetración se dibujan en un mismo grafico para los distintos