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Ensayos de Laboratorio para Mecánica de suelos
II NNGG.. TTAANNII AA ZZAAPPAATTAA CCOOAACCAALLLLAA 1
ENSAYOS DE LABORATORIO PARA
MECÁNICA DE SUELOS
ING. TANIA ZAPATA COACALLA
PUNO – PERU
2009
Ensayos de Laboratorio para Mecánica de suelos
II NNGG.. TTAANNII AA ZZAAPPAATTAA CCOOAACCAALLLLAA 2
ENSAYOS DE LABORATORIO PARA MECÁNICA DE SUELOS
Hecho El Depósito Legal Biblioteca Nacional del Perú
N° 2013-04290
Impreso en computadora
Primera Edición
Tania Zapata Coacalla
Jr. Huascar N° 125
Perú
Puno, Marzo del 2013
Ensayos de Laboratorio para Mecánica de suelos
II NNGG.. TTAANNII AA ZZAAPPAATTAA CCOOAACCAALLLLAA 3
PRESENTACIÓN
Considerando que el suelo es un material de construcción dispuesto en cantidad en la
naturaleza para las obras civiles, y aún más es el material sobre el cual vamos a cimentar, se hace muy
importante el conocimiento tanto de sus características físicas como mecánicas.
El suelo es un material tan complejo, partiendo solamente del hecho de ser anisotrópico y
heterogéneo, que nos incentiva a seguir conociendo su comportamiento apoyados en las demás
ciencias como son las matemáticas, química y física. Aplicando estos conocimientos en el laboratorio,
donde a través de un proceso experimental se podrá obtener resultados y rangos confiables del suelo
sometido a distintas solicitaciones de carga.
El presente libro de ensayos de laboratorio aplicados al curso de Mecánica de Suelos se ha
realizado con la finalidad de apoyar al alumno que cursa esta asignatura, y poder brindar información
sobre los procedimientos a seguir en cada ensayo con sus respectivos ejemplos.
También se ha considerado tablas que nos indican la aplicación de cada ensayo, su
importancia y uso en Obra, con la finalidad de incentivar al alumno a seguir estudiando con mayor
profundidad sobre el tema desarrollado.
Finalmente hago la recomendación de realizar múltiples pruebas de laboratorio por cada
ensayo para obtener un mejor criterio al momento de analizar los resultados obtenidos, para en un
futuro no llegar a cometer errores que generarian gastos económicos o sociales que repercuten en el
desarrollo del país.
La autora
Ensayos de Laboratorio para Mecánica de suelos
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INDICE
PRESENTACION ÍNDICE PRIMERA PARTE
1. ENSAYOS PARA HALLAR LAS RELACIONES VOLUMETRICAS EN LOS SUELOS 1 1.1 Contenido de Humedad 1 1.2 Densidad de la masa. 5 1.3 Peso específico de los sólidos en suelos retenidos en el tamiz Nro. 8 8 1.4 Peso específico de los sólidos en suelos pasantes el tamiz Nro. 8 9 2. ENSAYOS PARA CLASIFICAR EL SUELO 13 2.1 Análisis Granulométrico 13 2.2 Límites de Consistencia 20 A. Límite Líquido 21 B. Límite Plástico 25 3 ENSAYOS PARA DETERMINAR LA CALIDAD DE LOS SUELOS COMPACTADOS 28 3.1. Ensayos de Proctor Modificado 28 3.2. Ensayo de C.B.R. 36 Cálculo de la densidad Seca Cálculo de Expansión
Cálculo de CBR
SEGUNDA PARTE 4. ENSAYOS PARA DETERMINAR LOS PARÁMETROS DE RESISTENCIA DEL SUELO 44 4.1 Ensayo de corte directo 46 4.2 Ensayo de Compresión simple 54 4.3 Ensayo Triaxial no consolidado no drenado 57 4.4 Ensayo Triaxial consolidado no drenado 67 5. ENSAYO PARA MEDIR LA EXPASIÓN EN SUELOS 76
ESQUEMA DE CADA ENSAYO DESARROLLADO
1. Objetivos 2. Equipo 3. Información preliminar 4. Procedimiento Experimental 5. Registro de datos y Resultados 6. Recomendaciones del ensayo
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PRIMERA
PARTE
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CONTENIDO DE HUMEDAD
NORMAS: ASTM D653-90 NTP 339.127
1. OBJETIVOS
• Conocer la dependencia de las propiedades físicas y mecánicas de un suelo ante el
porcentaje de humedad en su estructura.
• Determinación porcentual del contenido de agua en una muestra de suelo.
2. EQUIPO
• Cápsulas (taras) con sus respectiva tapa.
• Horno a temperatura constante de 105 +-5 grados centígrados.
• Balanza de precisión 3escalas o electrónica con precisión de 0.1g.
• Guantes.
• Otros ( espátulas, lona para cuarteo, badilejo)
3. INFORMACIÓN PRELIMINAR
Un suelo natural se considera como un sistema de fases:
La fase líquida no es característica permanente de un suelo, es solo transitorio según
las condiciones del lugar donde se encuentre; pudiendo llegar a saturar el suelo y disminuyendo
sus características de resistencia, o por el contrario si el suelo contiene un porcentaje bajo de
humedad sus características de resistencia subirán.
El contenido de humedad de un suelo, es la suma del agua capilar, libre e higroscópica
presente en la masa del suelo con respecto al peso de los sólidos del mismo.
Gaseoso
Líquido
Sólido
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100*%Ws
Www =
Relación expresada como porcentaje del peso de agua en una masa de suelo, al peso de las
partículas sólidas.
Se determina el peso del agua, secando el suelo húmedo hasta obtener un peso constante del
suelo seco.
4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
• Como mínimo se extraen tres muestras para realizar el ensayo, dependiendo de la
cantidad de la muestra.
• La cantidad de muestra dependerá del tipo de suelo, tal como se muestra en la
siguiente tabla.
Máximo tamaño de partícula (pasa el 100%)
Tamaño de malla Standard Masa mínima recomendada de espécimen de ensayo húmedo para contenidos de humedad reportados a +/- 0.1%
Masa mínima recomendada de espécimen de ensayo húmedo para contenidos de humedad reportados a +/- 1%
2mm. o menos ITINTEC 2.00mm.
(Nro. 10) 20gr 20gr.
4.75mm. ITINTEC 4.75mm.
(Nro. 4) 100gr 20gr
9.5mm. ITINTEC 9.51mm.
( 3/8”) 500gr 50gr
19.0mm. ITINTEC 19.00mm.
( ¾”) 2.5Kg. 250gr
37.5mm. ITINTEC 38.1mm.
( ½”) 10Kg. 1 Kg.
75.0mm. ITINTEC 76.1mm.
(3”) 50Kg. 5 Kg.
• Pesar los recipientes vacíos para el contenido de humedad anotando su identificación..
• Colocar la muestra de suelo natural en las cápsulas y determinar su peso húmedo.
• Colocar las muestras de suelo en el horno por un tiempo de 18 a 24 horas.
• Sacar la muestra y dejar enfriar como mínimo 15 minutos antes de pesar.
• Cuando la muestra al pesarlo demuestra un peso constante se determina el peso seco.
• Se realiza los cálculos de contenido de humedad.
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Observación: Cuando se trabaje con una muestra pequeña (menos de 200gr) que
contiene partículas de grava mayores a 3/4”, no es apropiado incluirlas en las muestras
de ensayo. Sin embargo en el reporte de resultados se mencionará y anotará el
material descartado.
5. REGISTRO DE DATOS Y RESULTADOS
• Muestra extraída de una calicata de profundidad : ______. Ubicada a :______m.y con
una potencia de:_____m.
• Material que presenta partículas finas cuyo tamaño máximo es de:______mm.
• Se procedió a extraer muestras con peso mayores a: _____gr.
• A continuación los cálculos correspondientes:
Por último se saca un promedio de los tres resultados no pudiendo variar estos 3 por
mas de 2% en este caso se elimina el mas lejano de los resultados y se promedia entre los dos
restantes.
Ejemplo Nro. 01 *Tara se llama al envase metálico que se utiliza para realizar el ensayo.
W%= (8.98/73.39) * 100 = 12.24 (Número de tara 11)
W% = (P. De cápsula + Muestra Húmeda)-(P. De cápsula + Muestra Seca) x 100 (P. de cápsula + muestra seca) – (P. De cápsula)
CALICATA N° 1 Nro De Tara * 11 8 18 Peso de Tara 72.8 69.32 78.4
Peso de Tara+ M. Humeda 155.17 167.72 159.63
Peso de Tara + M. Seca 146.19 157.19 151.2
Peso de Agua 8.98 10.53 8.43 Peso Muestra Seca 73.39 87.87 72.8 Contenido de humedad W% 12.24 11.98 11.58
Promedio cont. Humedad W% 11.93
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Ejemplo Nro 02.
Nro De Tara L - 2 D – 3 D – 4 Peso de Tara gr. 14.52 14.85 14.48
Peso de Tara + M. Humeda gr. 94.28 93.21 97.58
Peso de Tara + M. Seca gr. 87.55 84.11 90.61
Peso de Agua gr. 6.73 9.1 6.97 Peso Muestra Seca gr. 73.03 69.26 76.13 Contenido de humedad W% W% 9.22% 13.14% 9.16% Promedio cont. Humedad W% W% 9.19%
En este caso por ejemplo vemos que la muestra 2, presenta un resultado de contenido de
humedad, alejada en mas de 2% de las otras muestras, por lo tanto se hallará el promedio solo de los
resultados mas cercanos:
W% = (9.22% + 9.16%) 2
6. RECOMENDACIONES DEL ENSAYO.
• Se recomienda tener mucho cuidado al realizar el pesado de las muestras, ya que un
error en décimas varía los resultados.
• La cantidad de muestra también es muy importante tener en cuenta ya que ésta debe
ser representativa del estrato a examinar.
• Al extraer la muestra de la calicata se debe tener mucho cuidado de no alterar su
humedad mediante el uso de guantes, y colocar en bolsas de plástico bien cerradas con
su respectiva tarjeta.
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DENSIDAD DE LA MASA
1. OBJETIVOS
• Conocer y entender la relación de los tres elementos que componen una muestra de
suelo con el volumen que ocupan.
• Determinación en gr/cm3 de la masa de suelo.
2. EQUIPO
• Horno a temperatura constante de 105 +-5 grados centígrados.
• Balanza de precisión 3escalas o electrónica con precisión de 0.1g.
• Vaso para sumergir la muestra.
• Guantes y parafina.
• Cocina.
• Otros ( espátulas, cuchillos).
3. INFORMACIÓN PRELIMINAR
Cuando hablamos de la densidad de la masa estamos hablando de la relación que
existe entre el peso de la muestra de suelo y su volumen total, lo cual incluye las 3 fases del
suelo:
VOLUMEN PESO DE LA
DE LA MASA MASA.
La densidad o el peso específico del suelo, no es igual al de sus partículas sólidas,
sino que varía en función a la cantidad de vacíos que posea la masa del suelo; y siempre será
menor que el peso específico de las partículas sólidas, los valores oscilan entre 1.6 a 2 gr/cm3.
Gaseoso
Líquido
Sólido
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4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
• Podemos encontrar la densidad de la masa por dos métodos :
• Si el suelo es uniforme y de consistencia plástica, semi-sólida o sólida, se puede tallar
una muestra dándole una forma geométrica conocida, hallamos su peso y lo dividimos
entre el volumen.
H L A
masa
masam V
ωγ =
• En caso de ser una muestra irregular por tener partículas de diversos tamaños entonces
se deberá extraer una muestra inalterada obteniendo su peso.
• Una vez que se a pesado se cubre la muestra con parafina para poder proteger la
estructura de la masa de suelo. Volvemos a pesar muestra + parafina.
• Sumergimos la muestra y obtenemos su peso en estado sumergido.
•
5. REGISTRO DE DATOS Y RESULTADOS
I.- DATOS M1 M21 318.4 615
2 335.5 649
3 119.5 232
4 17.1 34
5 216 417
6 0.92 0.92
7 18.59 36.96
8 197.41 380.04
1 1.61 1.62
2 PROMEDIO GR/CM3 1.62
VOLUMEN DE LA PARAFINA CC (4/6)
VOLUMEN DE LA MUESTRA CM3.(5-7)
II.- RESULTADOSPESO ESPECIFICO DE MASA: P.E.M.GR/CM3 (1/8)
PESO DE LA MUESTRA SUMERGIDA + PARAFINA GR.
PESO DE LA PARAFINA GR.(2-1)
VOLUMEN TOTAL DE MUESTRA DE SUELO Y PARAFINA CM3.(2-3)
PESO ESPECÍFICO DE LA PARAFINA GR/CM3
PESO ESPECIFICO DE LA MASAó DENSIDAD DE LA MASA
PESO DE LA MUESTRA AL AIRE GR.
PESO DE LA MUESTRA + PARAFINA GR.
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PESO ESPECÍFICO DE LOS SÓLIDOS
1. OBJETIVOS
• Obtener la relación entre el peso de los sólidos sobre el volumen que ocupan.
• Determinación en gr/cm3 de los sólidos de una masa de suelo.
•
2. EQUIPO
• Picnómetro de 100 a 500cc. de capacidad.
• Probeta de 500 a 1000ml.
• Horno a temperatura constante de 105 +-5 grados centígrados.
• Balanza de precisión 3escalas o electrónica con precisión de 0.1g.
• Termómetro graduado de –5 a 150grados centígrados.
• Pipeta.
• Baño de agua María.
• Otros (bandejas, taras, franela, guantes de asbesto).
3. INFORMACIÓN PRELIMINAR
El peso específico de los sólidos es la relación que existe entre el peso de las partículas
sólidas y su volumen que ocupan, que es fundamental para cálculos posteriores de los
asentamientos, y otras relaciones volumétricas de la masa de suelo.
Los valores se sitúan entre 2.6 a 2.8 gr/cm3.
Es expresado por el símbolo = sγ
VOLUMEN PESO DE LOS DE LOS SÓLIDOS SÓLIDOS.
sólidos
sólidosS V
W=γ
Sólido
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4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
• Podemos tener muestras con partículas finas y también mayores al tamiza Nro. 8, en
este caso se debe tamizar la muestra de suelo por dicho tamiz, y realizar por separado
los ensayos de peso específico de los sólidos tal como se detalla a continuación:
• PARA PARTÍCULAS MAYORES AL TAMIZ NRO. 8 – ASTM C 127
• Cantidad de la muestra depende del tamaño máximo que ésta posea, tal como se
muestra en la siguiente tabla:
• Una vez que se obtiene la cantidad de la muestra, para evitar la adherencia del material
fino, se lavará la muestra a través del tamiz Nro. 8, y dejarlo en una cubeta por espacio
de 24 horas para saturar los poros del material grueso.
• Una vez saturado se seca la superficie de la muestra con un paño de franela, para
dejarlo en estado saturado superficialmente seco.
• Colocar agua destilada en la probeta hasta un volumen exacto (anotar la lectura de la
probeta)
Lecturar el volumen.
Agua destilada
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• Introducir la muestra con mucho cuidado y colocar la probeta en una superficie plana,
para leer el volumen total.
Lecturar el volumen final
Partículas sólidas
• Una vez lecturado el volumen colocar la muestra en una bandeja y dejarlo secar al
horno por 24 horas.
• Por último se obtiene el peso de la muestra seca.
REGISTRO DE DATOS Y RESULTADOS
I.- DATOS1 814.4
2 819.8
3 300
4 610
5 310
6 2.63
7 23ºC
8 0.9993
9 PESO ESPECIFICO DE LOS SÓLIDOS CORREGIDO: P.E.S. 6*8 GR/CM3 2.6253
10 2.6253
FACTOR DE CORRECCIÓN K (TABLA 1) AL FINAL
GRAVEDAD ESPECÍFICA RELATIVA DE LOS SÓLIDOS:9/ (peso específico del agua=1gr/cm3)
PESO ESPECIFICO DE LOS SÓLIDOS RET. NRO. 8
PESO DE LA MUESTRA SECADA AL HORNO GR.
PESO DE LA MUESTRA SATURADA SUPERFICIALMENTE SECA GR.
VOLUMEN EN LA INICIAL EN LA PROBETA CC
VOLUMEN EN LA FINAL EN LA PROBETA CC.
VOLUMEN DE LA MUESTRA CC. (4-3)
II.- RESULTADOSPESO ESPECIFICO DE LOS SÓLIDOS: P.E.S. 1/(3) GR/CM3
TEMPERATURA DEL AGUA ºC.
oγ
• PARA PARTÍCULAS MENORES AL TAMIZ NRO. 8 – ASTM D 854.
• Se debe obtener una cantidad mínima de muestra dependiendo de la capacidad del
picnómetro tal como se muestra en la tabla:
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• Una vez obtenida la cantidad de muestra, se coloca en una bandeja o tara, y se deja
secar en el horno por 24 horas, hasta obtener un peso constante.
• Colocar la muestra en el picnómetro y llenar con agua destilada hasta la tercera parte
del volumen del picnómetro.
• Extraer el aire atrapado entre las partículas sólidas, pudiendo realizar esta operación
con una bomba de vacíos, o colocando el picnómetro en baño maría o sobre un
mechero o removiendo constantemente.
• Una vez que se han eliminado los vacíos, llenar con una pipeta hasta el volumen
indicado en el picnómetro, y obtener su peso.
REGISTRO DE DATOS Y RESULTADOS
1.- Peso de la muestra seca + peso del picnómetro (gr) 127.972.- Peso de la muestra + peso del picnómetro + agua (gr) 314.23.- Peso del agua =(2-1) (gr) 186.234.- Peso del Picnómetro (gr) 94.465.- Peso de la muestra secada al horno (gr)(1-4) 33.516.- Volumen del picnómetro (cc) 2007.- Volumen de los sólidos = (6-3) (cc) 13.778.- Peso específico de los sólidos =5 /7 2.4335511989.- Temperatura del agua °C 1610.- Valor de K (*1) (tabla1) 1.000711.- Peso específico corregido por Temperatura =8*10 2.43525468412.- Gravedad específica relativa de los sólidos Gs = 11/(peso específico del agua=1gr/cm3)
2.435254684Oγ
*El volumen del picnómetro puede variar de 200cc, 250cc, 500cc. *1Factor de corrección k para diferentes temperaturas
PASO 1 PASO 2 Volumen del Picnómetro=200cc Peso de sólidos+picnómetro=127.97gr.
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PASO 3 Peso de agua + sólidos + picnómetro= 314.20gr.
Para obtener el volumen de los sólidos: el paso 2 – el paso 1 nos dará el peso del agua que
será igual a su volumen, considerando que el peso específico del agua es 1gr/cm3
Entonces si resto el volumen del picnómetro – el volumen ocupado por el agua; entonces nos
dará el volumen de los sólidos.
OBSERVACIÓN:
1. En caso de contar con un suelo con partículas mayores y menores al tamiz Nro. 8 entonces se
deberá hallar la gravedad específica de los sólidos de la muestra con la siguiente expresión:
Gs
Nrotenidoenel
Gs
NroPasantedelG
8.Re%8.%100
+=
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TABLA 1
Temperatura ºC Densidad del agua (gr/ml) Factor de corrección K 16 0.99897 1.0007 16.5 0.99889 1.0007 17 0.99880 1.0006 17.5 0.99871 1.0005 18 0.99862 1.0004 18.5 0.99853 1.0003 19 0.99843 1.0002 19.5 0.99833 1.0001 20 0.99823 1.0000 20.5 0.99812 0.9999 21 0.99802 0.9998 21.5 0.99791 0.9997 22 0.99780 0.9996 22.5 0.99768 0.9995 23 0.99757 0.9993 23.5 0.99745 0.9992 24 0.99732 0.9991 24.5 0.99720 0.9990 25 0.99707 0.9988 25.5 0.99694 0.9987 26 0.99681 0.9986 26.5 0.99668 0.9984 27 0.99654 0.9983 27.5 0.99640 0.9982 28 0.99626 0.9980 28.5 0.99612 0.9979 29 0.99597 0.9977 29.5 0.99582 0.9976 30 0.99567 0.9974
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ENSAYO DE ANÁLISIS GRANULOMETRICO DE UN SUELO POR TAMIZADO
(ASTM D422)
1. OBJETIVOS
• Adquirir criterio para poder tener una clasificación de tipo cualitativo y cuantitativo del
tipo de suelo según sus características volumétricas por tamaños.
• Poder clasificar un suelo según los tamaños de sus partículas, determinar que grupos
comprenden a los suelos gruesos y que grupos a los suelos finos, poder estimar si el
suelo esta mal o bien graduado.
2. EQUIPO Y MATERIALES
• Mallas estándar de: 3” ,21/2”,2”,11/2”, 1”, ¾”,1/2”,3/8”, Nro.4, Nro.8, Nro.10, Nro.20,
Nro.40, Nro.60, Nro.80, Nro.100, Nro.200 y cazolete.
• Balanza de precisión a 0.001gr.
• Horno (de 105 a 110 grados centígrados)
• Bandejas.
• Cepillo y brocha
3. INFORMACIÓN PRELIMINAR.
La clasificación de los suelos siempre era basado en conceptos muy subjetivos tales
como por el color, forma, etc, hasta que se acudió al método granulométrico, es decir obtener
una clasificación por el tamaño de sus partículas tamizadas por una serie de mallas que nos
permitía ver la graduación del suelo.
Este análisis mecánico nos permite determinar los porcentajes de piedra, grava, arena,
limo y arcilla que presenta un suelo. Se aclara que si el suelo tiene un alto porcentaje que pasa
la malla Nro. 200 entonces se deberá recurrir a otros métodos de análisis para poder separar
sus partículas como por ejemplo los métodos de sedimentación.
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Con la distribución de partículas obtenidas por el empleo de tamices, se puede
elaborar una curva granulométrica, representados sobre un papel semilogarítmico, cuyos
porcentajes graficados son acumulativos del material que pasa cada malla.
Con los datos obtenidos mediante cálculos y en gráfico se puede también obtener 2
coeficientes de importancia como son el coeficiente de uniformidad y el coeficiente de curvatura.
Coeficiente de uniformidad.- Es la relación de D60/D10 donde D60 es el diámetro
correspondiente donde el material a pasado el 60% y igual para el D10 aun mas fino.
Teniendo como datos que este coeficiente es mayor de 4 en las gravas y mezclas gravosas y es
mayor de 6 en los suelos arenosos o mezclas areno-gravosas.
Coeficiente de Curvatura.- Es la relación (D30)2/(D10*D60); el coeficiente de curvatura
nos permite ver la graduación de un suelo, es así que si este coeficiente esta entre 1 y 3 es un
suelo bien graduado.
4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
• Secar el material a temperatura constante como mínimo a 105grados y máximo a
110grados centígrados, la cantidad de muestra depende del tipo de suelo, considerando
los siguientes parámetros:
Diámetro nominal de las partículas más Peso mínimo aproximado de la porción Grandes mm (pulg) Gramos, g
9,5 (3/8") 500 19,6 (¾") 1000 25,7 (1") 2000 37,5 (1 ½") 3000 50,0 (2") 4000 75,0 (3") 5000
• Una vez que tenga un valor constante en su peso se registra este dato como peso del
suelo seco antes de lavar.
• Luego se lava el material pasándolo a través del tamiz Nro. 200, hasta que el agua este
totalmente clara.
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• Una vez concluida esta operación se lleva al horno por un tiempo mínimo de 24 horas y
a una temperatura min. De 105 y un máximo de 110 grados centígrados, procediendo
luego a anotar el peso seco después de lavar.
• Por último se tamiza por todo el juego de tamices; pesando el material retenido en cada
uno de ellos teniendo cuidado de sacar el material que quedan incrustados en el tamiz.
• Por último se realizan los cálculos correspondientes, para hallar la curva granulométrica.
5. REGISTRO DE DATOS Y RESULTADOS
EJEMPLO1
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PESOS INICIALES:
1.- PESO DE BANDEJA…………………………………………………………..…:500gr. 2.- PESO DE BANDEJA + MUESTRA SECA ANTES DE LAVAR……..…….: 6655gr.
4.- PESO DEMUESTRA SECA ANTES DE LAVAR.(2-1)…...……………….: 6155gr.
5.- PESO DE BANDEJA + MUESTRA SECA DESPUES DE LAVAR…...…..: 6195gr. 6.- PESO DE MUESTRA SECA DESPUES DE LAVAR(5-4)………………...: 5695gr. 7.- PESO DE MATERIAL QUE HA PASADO LA MALLA NRO. 200 (4-6) = 460GR TAMICES ABERTURA PESO PESO RET. %RETENIDO %RETENIDO % QUE ASTM mm RETENIDO CORREGIDO PARCIAL ACUMULADO PASA 3" 76.200
2 1/2" 63.500 2" 50.600 0.00 0.00 0.00 0.00 100.00
1 1/2" 38.100 197.00 197.00 3.46 3.46 96.54 1" 25.400 594.00 594.00 10.44 13.90 86.10 3/4" 19.050 787.00 787.00 13.83 27.73 72.27 1/2" 12.700 0.00 3/8" 9.525 1006.70 1006.70 17.69 45.42 54.58 1/4" 6.350 569.00 569.00 10.00 55.42 44.58 No4 4.760 389.00 389.00 6.84 62.26 37.74 No8 2.380 No10 2.000 1398.00 1402.5 24.57 86.82 13.18 No16 1.190 No20 0.840 454.00 454.00 7.98 94.80 5.20 No30 0.590 No40 0.420 110.00 110.00 1.93 96.73 3.27 No 50 0.300 No60 0.250 No80 0.180 66.00 66.00 1.16 97.89 2.11 No100 0.149 47.50 47.50 0.83 98.73 1.27 No200 0.074 71.00 71.00 1.25 99.98 0.02
BASE 1.30 461.30 0.02 100.00 0.00 TOTAL 5690.50 6155.00 100.00
% PERDIDA 0.08% .a b c d e .a Cálculo de % Pérdida
Sumamos los pesos retenidos en los tamices =5690.5gr. Pero este peso debe ser igual el Peso
de la muestra seca después de lavar(5695gr.) por lo que existe una cantidad de material que
se ha perdido en el proceso de tamizado; este error es igual a :
.error = 5695-5690.5=4.5gr. Por lo tanto es un error por defecto.
%Pérdida= 4.5gr x 100 = 0.08%
5695gr
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II NNGG.. TTAANNII AA ZZAAPPAATTAA CCOOAACCAALLLLAA 22
Esto quiere decir que se debe compensar este peso sumando en los tamices finos a partir del
tamiz Nro. 4, de mayor retenido.
Por lo tanto por ser una cantidad pequeña se sumará al tamiz Nro.10.(Ver columna de peso
retenido corregido)
*Puede existir error por exceso en caso que los tamices no estén muy limpios, en este caso se
deberá corregir restando el error.
.b Compensación del material que paso por el tamiz Nro.200 en el proceso de lavado
Se debe de compensar la cantidad de material que ha pasado el tamiz Nro. 200 en el proceso
de lavado, ya que esta cantidad es parte de mi muestra total; por lo tanto la suma de mi
muestra total debe ser igual a = 6155 gr.
Entonces sumaremos a la base: 1.30gr + 460gr = 461.30gr.
.c Porcentaje retenido parcial
Una vez corregido los pesos retenidos, se procede a hallar el porcentaje retenido por cada
tamiz :
Ejm. Tamiz 1 ½”
Si 6155gr.--------------100% 197gr -------------- X X = 3.46%
.d Porcentaje retenido acumulado Se procede a sumar los porcentajes retenidos en cada tamiz de la siguiente manera:
Ejm. Tamiz 1 ½” = 0+3.46=3.46%
Tamiz 1” = 0+3.46+10.44= 13.90%
Tamiz 3/4” = 0+3.46+10.44 + 13.83= 27.73% hasta la base.
.e Porcentaje que pasa
Por último se halla el porcentaje que pasa: este valor es muy importante para poder graficar la
curva granulométrica.
Para este paso se resta 100% - los Porcentajes retenidos acumulados.
Ejm. Tamiz 2” : Si ha retenido 0% Entonces ha pasado el 100%
Tamiz 1 ½”: Si ha retenido 3.46% Entonces ha pasado 100 – 3.46%= 96.54%
Tamiz 1” : Si ha retenido 13.90% hasta este tamiz. Entonces ha pasado
100% – 13.90%= 86.10%
Realizar esta operación hasta la base.
Una vez realizado este procedimiento, continuamos con graficar la curva granulométrica.
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En el eje de las abscisas en escala Semilogarítmica se grafican los tamices (sus diámetros). Se
utiliza esta escala por la diversidad de tamaños de las partículas, para poder observar de
manera mas clara la curva granulométrica.
En el eje de las ordenadas en escala natural se grafican los porcentajes que pasan.
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CURVA GRANULOMETRICA
2003"21/2" 2" 11/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" 1/4" N4 8 10 16 20 30 40 50 60 80 100
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
T A M A ÑO D EL GR A N O EN mm
% Q
UE
PA
SA
EN
PE
SO
C UR VA GR A N ULOM ET R IC A
M A LLA S U.S. ST A N D A R D
Ensayos de Mecánica de suelos
ING. TANIA ZAPATA COACALLA 25
ENSAYOS PARA DETERMINAR LOS LIMITES DE CONSISTENCIA
1. OBJETIVOS
• Determinar los límites de consistencia de los suelos finos y entender el grado de
cohesión de las partículas y su resistencia a aquellas fuerzas exteriores que
tienden a deformar o destruir su compacidad.
• Poder observar los diferentes estados del suelo al pasar por distintos contenidos
de humedad.
2. INFORMACIÓN PRELIMINAR
En la mecánica de suelos se tiene la necesidad de poder darle una clasificación
mas acertada a un suelo según sus características, esto no se podía obtener solo con el
ensayo granulométrico, ya que se observaba un comportamiento particular en los suelos
finos, éstos variaban su consistencia en función al contenido de humedad que poseían.
Es por lo que mediante el trabajo de Atterberg y Casagrande se pudo definir los
estados de consistencia de un suelo y los límites de consistencia de los mismos. A
continuación se muestra un diagrama:
ESTADO LÍQUIDO
ESTADO PLÁSTICO
ESTADO SEMISÓLIDO
ESTADO SÓLIDO
Se debe tener en cuenta que el comportamiento de los suelos finos depende de
su estructura, por ejemplo en el caso de arcillas estas presentan un comportamiento
particular como es la plasticidad debido a su estructura laminar y sus propiedades físico-
LÍMITE LÍQUIDO (LL)
LÍMITE PLÁSTICO (LP)
LÍMITE DE CONTRACCIÓN( LC)
HUMEDAD CRECIENTE
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ING. TANIA ZAPATA COACALLA 26
químicas más no así en los limos que al aumentar el porcentaje de humedad rompe la
adherencia entre sus partículas. Según Atterberg un suelo fino puede pasar por los
siguientes estados de consistencia cuando el agua es decreciente entre sus partículas:
• Estado Líquido: Que presenta propiedades y apariencia de una suspensión
• Estado Semilíquido: Presenta propiedades de un fluido viscoso, como lodo.
• Estado Plástico: El suelo es capaz de soportar deformaciones rápidas, sin
desmoronarse ni agrietarse.
• Estado Semisólido: El suelo aun puede disminuir su volumen, aun cuenta con
porcentaje de humedad bajo.
• Estado Sólido: El volumen del suelo ya no varía, no presenta porcentaje de
humedad.
Y los límites de consistencia que vienen a ser la frontera de humedad entre dos estados
de consistencia
LIMITE LIQUIDO: NORMA : NTP 339.130; ASTM D 423
1. OBJETIVO
Obtener el contenido de humedad expresado en porcentaje %, cuando éste se
halle en el límite entre el estado plástico y el estado semilíquido.
2. INFORMACIÓN PRELIMINAR
La frontera entre el estado semilíquido y plástico se denomina LIMITE LIQUIDO
que se calcula o se obtiene utilizando una copa de casagrande de bronce con
dimensiones especificadas, con un tacón adherido, unidos por un eje el cual al girar hace
que la copa caiga periódicamente golpeando contra la base del dispositivo que es de hule
cuya altura de caída es de 1cm, también especificado. Se coloca el suelo y se procede a
hacerle una ranura trapezoidal. El contenido de humedad con el que se produce el cierre
de la ranura exactamente a los 25 golpes será el límite líquido del suelo. Este contenido
de humedad indica que el suelo presenta una resistencia al corte de 25gr/cm2.
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ING. TANIA ZAPATA COACALLA 27
2mm.
3. EQUIPO Y MATERIALES
• Tamiz Nro. 40
• Cuchara de Casagrande
• Ranurador ASTM
• Balanza de precisión a 0.001gr.
• Comba de goma
• Bandejas y vasija de porcelana.
• Cápsulas para hallar el contenido de humedad
• Horno a temperatura constante(105 a 110grados centígrados)
• Envase de porcelana
• Espátula
4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
• Tamizar nuestra muestra de suelo sobre la bandeja; por el tamiz Nro. 40, previo
secado de este material al aire libre, se usa el material que pasa el tamiz, si
existe presencia de grumos estos se deberán desmenuzar con la comba de
goma, hasta obtener una muestra de 300 gr.
• Se coloca aproximadamente 100gr. De muestra en el envase de porcelana y
huemedecerlo con agua destilada por 24 hrs. Debido a la dificultad de las arcillas
de absorber humedad.
11mm
10mm
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ING. TANIA ZAPATA COACALLA 28
• Se debe realizar la respectiva calibración a la cuchara de Casagrande en su
altura de caída para no incurrir en errores, este ajuste se realiza con la parte
posterior del ranurador. En el ranurador evitar que la ranura sea mayor de 13mm.
• Luego colocar una porción de esta pasta en la cuchara de Casagrande con un
espesor máximo de 1cm, evitando la formación de burbujas en el interior de la
masa.
• Hacer la ranura correspondiente, con velocidad constante; cabe mencionar que el
ranurador se debe mantener en todo el recorrido normal a la superficie interior de
la cuchara.
• Acciónese la copa a razón de 2 golpes por segundo contando el número de
golpes necesario para que la parte inferior del talud de la ranura se una al otro
lado en un ancho de 1/2” pulg. con un número mínimo de 15 golpes y un máximo
de 35.
• Luego coger una muestra de esa unión y colocar en una cápsula para poder
calcular su contenido de humedad, se debe realizar 4 pruebas 2 antes de 25
golpes y 2 después de 25 golpes.
OBSERVACIÓN.- El ensayo se puede alterar por las siguientes razones :
� Excesivo tiempo para realizar el ensayo por punto.
� Contenido de humedad al iniciar la prueba.
� Adicionar suelo seco a la muestra preparada.
� No humedecer la muestra 24hrs. Antes.
5. REGISTRO DE DATOS Y RESULTADOS
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LÍMITE LÍQUIDO
ENSAYO No 1 2 3 4 CÁPSULA No F 1-R L-7 F
CÁPSULA + SUELO HÚMEDO gr. 28.05 25.57 24.82 29.76
CÁPSULA + SUELO SECO gr. 25.7 23.49 22.56 26.4
AGUA gr. 2.35 2.08 2.26 3.36 PESO DE LA CÁPSULA gr. 10.85 10.88 10.92 11.1
PESO DEL SUELO SECO gr. 14.85 12.61 11.64 15.3 CONTENIDO DE HUMEDAD % 15.82% 16.49% 19.42% 21.96% NÚMERO DE GOLPES N 31 27 22 18
1. Graficamos; en el eje de las abscisas en escala semilogarítmica el número de Golpes; y
en el eje de las ordenadas el contenido de humedad a escala natural. Es necesario
recalcar que la escala del contenido de humedad variará en función a los datos
obtenidos, no siempre empezará de 0.
2. Ubicamos los 4 puntos en la gráfica y procedemos a unir los dos puntos antes de los 25
golpes hallando su punto medio de esta recta. Unimos también los dos puntos después
de 25 golpes hallando también su punto medio.
Por último unimos los dos puntos medios.
3. Para obtener el límite líquido, ubicamos N=25 golpes e intersecamos la recta; a partir de
este punto nos vamos hasta el eje de las ordenadas obteniendo así el contenido de
humedad correspondiente a los 25 golpes, tal como se muestra en la gráfica
Por lo tanto el LÍMITE LÍQUIDO ES: 17.9%
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LIMITE PLASTICO; NORMA : ASTM D 424 El límite plástico viene a ser el contenido de humedad más bajo, con el cual el suelo
pasa de un estado plástico a un estado semisólido, sin más posibilidad de poder deformarse.
1. OBJETIVO
Hallar el contenido de humedad expresado en porcentaje cuando éste se halle en el
límite entre el estado plástico y el estado semisólido del suelo.
2. EQUIPO Y MATERIALES
• Tamiz Nro. 40
• Vidrio esmerilado
• Balanza de precisión a 0.001gr.
• Comba de goma
• Bandeja
• Cápsulas para hallar el contenido de humedad
• Horno a temperatura constante(105 a 110grados centígrados)
• Envase de porcelana
• Espátula
3. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
• Se toma una pequeña cantidad de muestra para formar cilindros de 3mm de
espesor, de preferencia utilizar el mismo material ya preparado para el limite
líquido
• Se forma una esfera presionándola contra el vidrio esmerilado haciéndola rotar
con la palma de la mano formando cilindros hasta llegar a un espesor de 3mm.
hasta que falle a una velocidad constante y se note la presencia de fisuras en su
superficie.
• Una vez que llega a este estado se halla el contenido de humedad.
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ING. TANIA ZAPATA COACALLA 31
• Esta operación debe repetirse como mínimo por 3 muestras, para poder obtener
un resultado satisfactorio, promediando los resultados más cercanos.
OBSERVACIÓN.-
Si se ha llegado a obtener los 3mm, y la muestra no ha presentado fisuras ni se ha
desmoronado, se vuelve a juntar la muestra y repetir el proceso.
4. REGISTRO DE DATOS Y RESULTADOS
ENSAYO No 1 2 3 CÁPSULA No 3 2 6
CÁPSULA + SUELO HUMEDO gr. 19.48 23.64 27.56
CÁPSULA + SUELO SECO gr. 19.33 23.45 26.9
AGUA gr. 0.15 0.19 0.66 PESO DE LA CÁPSULA gr. 18.23 21.94 21.95
PESO DEL SUELO SECO gr. 1.1 1.51 4.95 LÍMITE PLÁSTICO
% 13.64% 12.58% 13.33%
Obtenemos el contenido de humedad de cada muestra y en este ensayo debe existir
entre muestras máximo 1% de diferencia, ya que es un dato importante para hallar el
INDICE DE PLASTICIDAD.
En este caso promediamos LL=13.64+12.58+13.33
3
Por lo tanto el límite plástico de la muestra es13.18%.
APLICACIONES DE LOS LÍMITES DE CONSISTENCIA
1.- INDICE DE PLASTICIDAD. = L.L. –L.P.
PLASTICIDAD INDICE PLASTICO RESISTENCIA AL ESTADO
SECO
No 0-3 Muy Baja
Ligeramente 4-15 Ligera Mediana 15-30 Mediana Alta > 30 Alta
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2.- ACTIVIDAD = I.P/(%<0.002MM)
SUELO FINO ACTIVIDAD
Montmorillonita 1-7 Illita 0.5-1
Caolinita 0.5 3.- INDICE DE LIQUIDEZ= (W% - L.P.)/(L.L. – L.P.)
INDICE DE LIQUIDEZ INTERPRETACIÓN
<<1 NO EXISTE PELIGRO DE
INESTABILIDAD
>1 PELIGRO POTENCIAL DE
INESTABILIDAD
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ENSAYO DE PROCTOR MODIFICADO
NORMA ASTM D 1557
1. OBJETIVOS
• Entender el mejoramiento de las propiedades de resistencia, permeabilidad y
estabilidad del suelo al aumentar la compacidad de sus partículas por procesos
mecánicos.
• Determinar la máxima densidad seca de un suelo; comprender el término de
humedad óptima y la dependencia de ambos factores.
2. INFORMACION PRELIMINAR
En toda obra civil se ha buscado mejorar las propiedades de un suelo, llegando a idear
una serie de métodos, tanto mecánicos, químicos y físicos par poder mejorar sus
propiedades tal como se muestra en el siguiente esquema
MÉTODOS DE MEJORAMIENTO DE SUELOS
• FISICOS
• Confinamiento(Suelos Friccionantes)
• Consolidación(Suelos finos)
ESTABILIZACIÓN QUÍMICA
• Uso de cal
• Uso de cemento
• Asfalto
• Aditivos químicos
MECÁNICOS
• Compactación estándar y modificado - Mezcla de suelos(Arcillas con suelos
friccionantes)
• En este caso optamos por la compactación. Lo cual detallamos a continuación:
Ensayos de Mecánica de suelos
ING. TANIA ZAPATA COACALLA 34
COMPACTACIÓN.-
Se denomina compactación de un suelo, al proceso por el cual mediante una
determinada energía de compactación se puede lograr reducir los vacíos que existen
entre las partículas de un suelo, su importancia estriba en su aumento de resistencia,
disminución de capacidad de deformación y permeabilidad, características que debe
mantener durante toda la vida útil de la obra.
METODOS DE COMPACTACIÓN MECÁNICOS EN LABORATORIO
PROCTOR ESTÁNDAR:
La prueba consiste en compactar el suelo en tres capas de un molde de
dimensiones (diámetro 4” o 6” dependiendo del tipo de suelo)y forma especificadas, por
medio de golpes de un pisón tubular cuya altura de caída es de 12”,peso 2.5kg. y area de
contacto de 19.635cm2, el número de golpes por capa es de 25. La energía de
compactación que se genera es de 6Kg/cm/cm3.
PROCTOR MODIFICADO:
La prueba consiste en compactar el suelo en 5 capas y a 56 golpes por capa,
aumenta la energía de compactación a 27Kg/cm/cm3, el molde también dependerá del
tipo de suelo a compactar.
La energía específica de compactación se basa en la siguiente fórmula es:
V
hWnNEe
***=
Donde :
Ee= Energía específica
N= Número de golpes por capa
-n =Número de capas del suelo
W= Peso del pisón
-h= Altura de caída libre del pisón.
Ensayos de Mecánica de suelos
ING. TANIA ZAPATA COACALLA 35
Los tipos de molde, energía específica, numero de golpes por capa dependerá
fundamentalmente del tipo de suelo a compactar asi tenemos 3 categorías:
• Método A. Un molde de diámetro 4” material de suelo que pasa la malla Nro. 4 a
25 golpes/capa
• Método B. Un molde de diámetro 6” material de suelo que pasa la malla Nro. 4 a
56golpes /capa
• Método C. Un molde de diámetro 4” material de suelo que pasa la malla Nro. ¾ a
25 golpes/capa
• Método D. Un molde de diámetro 6” material de suelo que pasa la malla Nro. ¾ a
56 golpes/capa
Factores que mas influyen en la compactación de un suelo
• Naturaleza del suelo.-Se produce siempre una diferencia de comportamiento
entre suelos gruesos y finos o entre suelos arcillosos y friccionantes, para lo cual
también las dimensiones del molde y la energía de compactación varían según el
método.
• Contenido de agua del suelo.- su comportamiento en la compactación del suelo
es muy importante ya que influirá en la estabilidad del mismo. Se observó que al
incrementar agua a un suelo seco y compactarlo este aumentaba su peso
específico seco, pero a su vez se observó que si el contenido de agua subía
demasiado el peso específico volvía a disminuir, esto se explica de la siguiente
manera : el agua ayuda al suelo a reacomodar sus partículas, es decir actúa
como lubricante, en un principio si el agua esta en un porcentaje bajo, este solo
apoya en poca medida al reacomodo, al aumentar en forma progresiva, esta hará
aumentar la lubricación de las partículas, hasta llegar a una humedad óptima y
una densidad máxima del suelo, pero si este porcentaje de humedad se sigue
incrementando entonces el agua llegará a ocupar un espacio entre las partículas,
que al ser compactadas, confinan el agua que existe entre ellas, por lo tanto baja
el peso específico de los sólidos, y se genera el fenómeno de acolchonamiento
es decir existe presión de empuje del agua que reduce la energía de
compactación.
La densidad del suelo seco se hallara con la siguiente fórmula:
Ensayos de Mecánica de suelos
ING. TANIA ZAPATA COACALLA 36
%1 w
hs
+= γγ
Donde:
humedaddeporcentajew
húmedadensidadh
adensidads
−−=−=−=
%
sec
γγ
3. EQUIPO.
• 1 molde de diámetro de 6”
• Pisón especificado de peso 5kg.
• regla recta metálica
• Balanza de precisión 0.1gr.
• Balanza de precisión de 0.001gr.
• Malla Nro. 4
• Horno (105 a 110grados centígrados)
• Bandejas
• Guantes
• Badilejo
• Cápsulas para contenido de humedad
4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
• Secar al aire una muestra de suelo de por lo menos 50 kg, y tamizar por las
mallas: 2”, ¾”, 3/8” y Nro. 4
• Proceder a hallar los porcentajes retenidos en cada malla, e identificar a que
método pertenece. Siempre evaluando desde el método C hasta el métodoa A.
• Preparamos el material para 6000 gr. De peso por muestra; es necesario prepara
4 muestras para este ensayo.
Ensayos de Mecánica de suelos
ING. TANIA ZAPATA COACALLA 37
• Registrar el peso del molde y su placa base y determinar para cada molde su
altura, su diámetro y su respectivo volumen.
• Mezclar la muestra con el agua suficiente para el primer punto. De preferencia
con el 2% del peso del material, esta mezcla se deberá hacer con guantes, para
evitar la perdida de humedad.
• Dividir la muestra en 5 partes iguales y colocar en el molde compactando cada
capa al número de golpes de acuerdo al tipo de ensayo y método empleado,
realizar este procedimiento en forma de espiral.
• Una vez compactado, se retira el anillo superior , enrasando con la regla metálica
• Se procede a hallar el peso del molde +muestra.
• Luego se procede a sacar muestras de humedad del molde tanto de la parte
superior como inferior y llevar al horno por 24 horas.
• Se repite esta operación hasta obtener puntos donde el suelo vuelva a bajar su
peso como mínimo 4 puntos. Aumentando la cantidad de agua a razón de 2%
por muestra.
Dibujar los resultados en un gráfico que tenga como abcisas los contenidos de humedad
y como ordenadas lo pesos específicos secos de la masa.
ENSAYO DE PROCTOR: ESTANDAR
METODO A B C
Condiciones del material
Nro.4 <=20% 3/8” <=20% Nro.4 > 20%
¾” <=30% 3/8” > 20%
Cantidad de Suelo 3kg 3kg 6Kg. Número de capas 3 3 3 Nro. De golpes 25 25 56 Diámetro del molde 10.16+-0.04 10.16+-0.04 15.25+-0.07 Altura de molde 11.64+-0.05 11.64+-0.05 11.64+-0.05 Altura de caída del pisón
30.48+-0.13 30.48+-0.13 30.48+-0.13
Energía específica 6.054Kg/cm/cm3 6.054Kg/cm/cm3 6.054Kg/cm/cm3
Ensayos de Mecánica de suelos
ING. TANIA ZAPATA COACALLA 38
MODIFICADO
METODO A B C
Condiciones del material.
Nro.4 <=20% 3/8” <=20% Nro.4 > 20%
¾” <=30% 3/8” > 20%
Cantidad de Suelo
3kg 3kg 6kg
Número de capas
5 5 5
Nro. De golpes 25 25 56
Diámetro del molde
10.16+-0.04 10.16+-0.04 15.25+-0.07
Altura de molde
11.64+-0.05 11.64+-0.05 11.64+-0.05
Altura de caída del pisón
45.72+-0.16 45.72+-0.16 45.72+-0.16
Energía específica
27.485Kg.cm/cm3 27.485Kg.cm/cm3 27.485Kg.cm/cm3
5. REGISTRO DE DATOS Y RESULTADOS
CÁLCULO DE LA DENSIDAD HUMEDA Diámetro del Molde: 15.2cm Area : 181.46cm2 H de molde: 11.6cm
MOLDE No 2 VOLUMEN DEL MOLDE 2100 cc
No DE CAPAS 5 GOLPES POR CAPA 56
Peso Suelo Húmedo + Molde Gr. 10500 10779 10785 10806 Peso del Molde Gr. 5902 5902 5902 5902 Peso del Suelo Húmedo gr/cc 4598 4877 4883 4904 Densidad del Suelo Húmedo gr/cc 2.190 2.322 2.325 2.335
Ejemplo: • Peso de suelo húmedo: 10500gr – 5902=4598 • Densidad de suelo Húmedo: Peso/Volumen: 4598gr/2100cc=2.19gr/cm3.
Ensayos de Mecánica de suelos
ING. TANIA ZAPATA COACALLA 39
CÁLCULO DEL CONTENIDO DE HUMEDAD
Capsula No No T61 B 2 8 1 3 T - 16 T - 10 Suelo Humedo + Capsula gr. 110.11 61.29 88.67 48.41 67.34 79.93 160.85 147.86 Peso del Suelo Seco + Capsula gr. 107.47 59.89 85.12 46.75 63.64 75.30 150.99 139.28 Peso del Agua gr. 2.64 1.40 3.55 1.66 3.70 4.63 9.86 8.58 Peso de la Capsula gr. 17.88 13.12 15.50 14.04 12.49 10.56 51.78 51.31 Peso del Suelo Seco gr. 89.59 46.77 69.62 32.71 51.15 64.74 99.21 87.97 % de Humedad % 2.95% 2.99% 5.10% 5.07% 7.23% 7.15% 9.94% 9.75%
Promedio de Humedad % 2.97% 5.09% 7.19% 9.85% CÁLCULO DE LA DENSIDAD SECA
%1 w
hs
+= γγ
Densidad del Suelo Seco % 2.126 2.210 2.169 2.126
)100/%97.1(1
3/19.2
+= cmgr
sγ
CÁLCULO DE LA MÁXIMA DENSIDAD SECA Y DEL ÓPTIMO CONTENIDO DE HUMEDAD
• Graficamos a escala natural en el eje de las abscisas el contenido de humedad y
en el eje de las ordenadas la densidad seca; La escala dependerá de los datos
hallados.
• Ubicamos los puntos que corresponden a cada muestra y procedemos a unir los
puntos con pistolete, para darle la forma de una curva y poder hallar la máxima
densidad seca.
Ensayos de Mecánica de suelos
ING. TANIA ZAPATA COACALLA 40
RELACION HUMEDAD DENSIDAD
2.08
2.10
2.12
2.14
2.16
2.18
2.20
2.22
2.24
2.0% 3.0% 4.0% 5.0% 6.0% 7.0% 8.0% 9.0% 10.0% 11.0% 12.0%
CONTENIDO DE HUMEDAD
DE
NS
IDA
D S
EC
A g
r/cc
.
• Ubicamos gráficamente el óptimo contenido de humedad y la máxima densidad
seca.
o Por lo tanto Máxima densidad seca= 2.21gr/cm3
o Óptimo Contenido de Humedad= 5.15%
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ENSAYO DE CBR
ASTM D1883
1. OBJETIVOS
• Determinar el índice relativo de soporte de un suelo en condiciones de densidad
controlada (compactado) ó un suelo inalterado.
• Conocer el comportamiento de los suelos saturados, y sus propiedades
expansivas.
2. INFORMACIÓN PRELIMINAR
Teniendo conocimiento que los pavimentos flexibles sufren generalmente fallas por
corte, generando deformaciones en la superficie y considerando también que el
pavimento esta sometido a cargas móviles que están en contacto con el suelo un corto
tiempo, es que se desarrolló el método California propuesto por el Ing. Porter en 1929 y
adoptado luego por el departamento de carreteras del estado de California, que
considera relacionar la resistencia del suelo a la penetración de un pistón de carga a
determinadas profundidades con respecto a una muestra patrón de material triturado.
El ensayo de C.B.R. (llamado también Valor Relativo de Soporte), nos permite
hallar un índice relativo de soporte que viene a ser el grado de resistencia que tendrá
nuestro suelo en base a un suelo patrón que es muestra triturada de piedra.
El valor de C.B.R. hallado será = Carga unitaria del ensayo X 100
Carga unitaria patrón
Este ensayo es muy aplicado para evaluar los materiales a usar en las capas de
Base, Sub base, y la subrasante, de un pavimento, o de una aeropista, u otra estructura
que este sometido a cargas móviles.
TABLAS PARA CLASIFICAR LOS SUELOS SEGÚN LOS VALORES DE C.B.R.
C.B.R. Clasificación general
Usos Sistema de clasificación
Unificado AASHTO 0 – 3 Muy pobre Subrasante OH,CH,MH,OL A5,A6,A7 3 – 7 Pobre a regular Subrasante OH,CH,MH,OL A4,A5,A6,A7 7 – 20 Regular Sub-base OL,CL,ML,SC,SP,SM A2.A4,A6.A7 20 – 50 Bueno Base,
sub_base GM,GC,SM,SP,GP A1b,A2-
5,A3,A2-6
> 50 excelente Base GW, GM. A1-a,A2-4,A3
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ING. TANIA ZAPATA COACALLA 42
C.B.R. CLASIFICACION 0 – 5 Subrasante muy mala 5 – 10 Subrasante mala 10 – 20 Subrasante regular a buena 20 – 30 Subrasante muy buena 30 – 50 Sub base buena 50 – 80 Base buena 80 – 100 Base muy buena
C.B.R. Clasificación cualitativa del suelo Uso 2 – 5 Muy mala Sub-rasante 5 – 8 Mala Sub-rasante 8 – 20 Regular a buena Sub-rasante 20 – 30 Excelente Sub-rasante 30 – 60 Buena Sub-base 60 – 80 Buena Base 80 – 100 Excelente Base
3. EQUIPO Y MATERIALES
• Máquina de prueba.- Gato de tornillo con velocidad vertical del pistón
controlada de 1.27cm/min.
• Disco espaciador de 6.14 cm de altura
• Moldes de 6” con un collar de extensión de 2” y una placa de base perforada de
diámetro menor a 1/16”.
• Un pisón de compactar especificado de acuerdo al tipo de ensayo proctor que se
realizó.
• Un vástago ajustable y placa perforada, 1 trípode y micrómetro con aproximación
de 0.001 para medir la expansión del suelo.
• Anillos de 5 o 10 Libras de peso, cuya función es simular la carga de pavimento
que existe sobre el suelo.
• Un pistón de penetración de 1.95” de diámetro y 19.35cm2 de área con 4” de
longitud.
• Bandejas para la preparación de la muestra.
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• Cápsulas para hallar el contenido de humedad.
• Balanza de tres escalas, balanza de 20 kg.
• Horno de (105 a 110 grados centígrados)
• Combo de goma
• Tamices ¾”,3/8”, Nro. 4. se utilizan también según el tipo de proctor utilizado.
• Guantes
• Papel filtro.
4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
• El material tiene que ser secado previamente ya sea al aire libre o en horno a una
temperatura máxima de 60 grados centígrados, luego se tendrá que tamizar por
las mallas que se ha usado en el proctor de acuerdo al método utilizado, pesando
el material en una cantidad de 6 kg. Aproximadamente para un punto.
• A continuación ensamblamos los moldes que vamos a utilizar obteniendo sus
números, sus pesos, su diámetro, su altura y es importante hallar la altura del
disco espaciador.
• Se introduce el disco espaciador y se coloca un papel filtro grueso de 6” de
diámetro.
• Se prepara la muestra con la humedad que indica los resultados del ensayo de
proctor, una vez que se mezcla bien el material se coloca en el molde la quinta
parte del material y se compacta haciendo caer el pisón 56 veces sobre cada
capa, esta compactación es análoga al realizado en el ensayo de proctor.
• Una vez compactada la muestra se coloca el collarín metálico enrasando la parte
superior; se voltea el molde y se quita la base metálica perforada y el disco
espaciador.
• Pesamos el molde con la muestra determinando la densidad y humedad de la
muestra; luego se coloca el papel filtro sobre la superficie enrasada, se coloca
encima de esta superficie el plato metálico perforado y se voltea el molde.
Ensayos de Mecánica de suelos
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• Sobre la superficie libre de la muestra se coloca el otro papel filtro y encima el
vástago graduable para poder lecturar la expansión, encima de este vástago se
colocan los anillos de 5 o 10 libras de acuerdo al espesor de pavimento que se
presuman irán sobre esa muestra, teniendo en cuenta que 5 libras representan
15cm de espesor de pavimento.
• Luego se coloca el molde en un tanque de agua para que se sature, y se monta
el trípode con un extensómetro, se marcan las zonas para volver a colocar el
trípode en el mismo sitio y se realiza la lectura inicial, esta lectura se toma cada
24 horas durante los 3 días.
• Después de saturar por tres días se drena la muestra por 15 minutos.
• Luego el molde con la muestra y la sobrecarga se colocan debajo de la prensa y
se asienta el pistón sobre la muestra.
• Luego se coloca en cero el extensómetro que mide la deformación igual que el
extensómetro del anillo de carga.
• Se inca el pistón controlando la velocidad a 0.05”/minuto, lecturando las cargas
en incrementos de 0.025” hasta llegar a ½” por último se suelta la carga
lentamente.
• Las lecturas tomadas se grafican en un sistema de coordenadas mediante la
curva esfuerzo penetración.
• Para determinar el CBR se toma el material de comparación que es la piedra
triturada, esta muestra patrón tiene una resistencia al punzonamiento de:
• Para 0.1” de penetración – 1.000lb/pulg (70kg/cm2)
• Para 0.2” de penetración – 1.500lb/pulg. (105kg/cm2)
• Para 0.3” de penetración – 1.900lb/pulg. (133kg/cm2)
• Para 0.4” de penetración – 2.300lb/pulg. (161kg/cm2)
• Para 0.5” de penetración – 2.600lb/pulg. (182kg/cm2)
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5. REGISTRO DE DATOS Y RESULTADOS
CÁLCULO DE LA DENSIDAD HUMEDA Diámetro del Molde 1: 15.2cm Area : 181.46cm2 H de molde 1: 17.97cm H del disco espaciador: 5.5cm.
MOLDE No 1 2 3 No DE CAPAS 5 5 5 NUMERO DE GOLPES POR CAPA
12 25 56
CONDICIONES DE LA MUESTRA
SATURADO SATURADO SATURADO
Peso Suelo Humedo + Molde gr. 11880 12660 13250 Peso del Molde gr. 7130 7710 7990 Peso del Suelo Humedo gr. 4750 4950 5260 Volumen del Suelo cc. 2263.00 2296.04 2271.86 Densidad del Suelo Humedo gr/cc. 2.099 2.156 2.315
• Peso de suelo húmedo: 11880gr – 7130=4750
• Densidad de suelo Húmedo: Peso/Volumen: 4750gr/2263cc=2.099gr/cm3.
CÁLCULO DE LA DENSIDAD SECA
Capsula No
No T - 05 B - 02 116 132 56 5
Suelo Humedo + Capsula
gr. 64.37 75.19 96.26 84.90 50.84 46.05
Peso del Suelo Seco + Capsula
gr. 61.80 72.20 93.80 81.50 49.00 44.55
Peso del Agua gr. 2.57 2.99 2.46 3.40 1.84 1.50 Peso de la Capsula gr. 12.46 14.01 10.54 13.03 13.50 14.96 Peso del Suelo Seco gr. 49.34 58.19 47.87 68.47 35.50 29.59 % de Humedad
% 5.21% 5.14% 5.14% 4.97% 5.18% 5.07%
Promedio de Humedad % 5.17% 5.05% 5.13% Densidad del Suelo Seco
gr/cc. 1.996 2.052 2.202
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ING. TANIA ZAPATA COACALLA 46
CÁLCULO DE LOS ESFUERZOS.
Penetración mm
Tiempo Esfuerzo patrón.
MOLDE No 1 MOLDE No 2 MOLDE No 3
Dial Kg Kg/cm2 Correc. Dial Kg Kg/cm2 Correc. Dial Kg Kg/cm2 Correc.
0.63 00:30 19 79.5 4.1 35 154.6 8.0 75 342.3 17.6
1.27 01:00 41 182.8 9.4 95 436.1 22.5 155 716.9 37.0
1.91 01:30 55 248.5 12.8 117 539.1 27.8 230 1067.1 55.0
2.54 02:00 70.31 61 276.7 14.3 20 136 628.0 32.4 295 1369.8 70.6
3.81 03:00 72 328.2 16.9 153 707.5 36.5 360 1671.9 86.2
5.09 04:00 105.00 82 375.1 19.3 18 181 838.4 43.2 421 1954.7 100.8
6.35 05:00 94 431.4 22.2 209 969.1 50.0 471 2186.0 112.7
7.62 06:00 113 520.4 26.8 247 1146.3 59.1 557 2583.0 133.1
8.89 07:00 125 576.5 29.7 282 1309.3 67.5 629 2914.4 150.2
10.16 08:00
• Lecturamos el dial del esfuerzo las profundidades normadas tal como muestra la tabla.
• Obtenemos su equivalente en Kg. Con la siguiente fórmula:
o -9.801640969+4.701071057*Dial-0.000082763*(Dial) 2 (Se debe aclarar que
esta fórmula dependerá de la calibración del anillo, de cada equipo)
o EJM:-9.801640969+4.701071057*19-0.000082763*(19) 2 = 79.5KG.
• Por último obtenemos el esfuerzo que será la división entre la FUERZA(KG)/ÁREA DEL
PISTÓN. El área del pistón es 19.4cm2
o EJM: ESFUERZO Kg/cm2= 79.5Kg/19.4cm2 = 4.1 Kg/cm2
o EJM: ESFUERZO Kg/cm2= 79.5Kg/19.4cm2 = 4.1 Kg/cm2.
• Por último graficamos penetración en mm VS esfuerzo.
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12 GOLP E S
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.0
0
11.0
0
PEN ETR A C ION mm
12 GOLPES
25 GOLP E S
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.0
0
11.0
0
PEN ETR A C ION mm
25 GOLPES
56 GOLP E S
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
0.00 1.002.00 3.00 4.005.00 6.007.00 8.00 9.0010.0
0
11.0
0
PEN ET R A C ION mm
56 GOLPES
CÁLCULO DEL C.B.R.
• Hallamos los valores de CBR, tanto para una penetración del pistón de 2.5mm, como
para una penetración del pistón de 5.0mm. relacionando los esfuerzos obtenidos de
cada muestra con los esfuerzos de la muestra patrón.
EJM. El valor de C.B.R. hallado será = 14.3 X 100=20%
70.31
El valor de C.B.R. hallado será = 19.3 X 100=18% 105
Escogiendo de preferencia el valor hallado a 5mm de penetración del pistón.
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RELACION CBR - DENSIDAD SECA
1.93
1.96
1.98
2.01
2.03
2.06
2.08
2.11
2.13
2.16
2.18
2.21
2.23
16 26 36 46 56 66 76 86 96
C.B.R. (%)
DE
NS
IDA
D S
EC
A g
r/cc
.
CÁLCULO DE EXPANSIÓN.
Fecha Hora Tiempo Dial Expansión
Dial Expansión
Dial Expansión
mm % mm % mm %
18/12/2007 09:30 a.m. (1)14.789 0 0 15.235 0 0 2.497 0 0
19/12/2007 09:30 a.m. (2)14.787 -0.002 -0.002 15.233 -0.002 -0.002 2.5 0.003 0.003
20/12/2007 09:30 a.m. (3)14.785 -0.004 -0.003 15.233 -0.002 -0.002 2.5 0.003 0.003
21/12/2007 09:30 a.m. (4)14.78 -0.009 -0.008 15.233 -0.002 -0.002 2.5 0.003 0.003
La expansión en mm por día es igual al dial(2) – el dial(1), Dial(3) – el dial(1), para cada muestra. El porcentaje de expansión se calcula con la siguiente fórmula: %EXPANSIÓN= Expansión mm
Altura inicial de la muestra %EXPANSIÓN= 0.009mm = 0.008%
124.7mm.
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SEGUNDA PARTE
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ING. TANIA ZAPATA COACALLA 50
AIRE
AGUA
SÓLIDOS
RESISTENCIA AL ESFUERZO CORTANTE
Para entender el ensayo de corte directo, primero debemos tener en cuenta los siguientes
conceptos:
1. El suelo está conformado por 3 fases: Elemento altamente compresible
Elemento incompresible y cero resistencia al esfuerzo cortante. Alta resistencia al esfuerzo cortante
Cada elemento tiene un comportamiento distinto ante una fuerza de corte. Por lo tanto podemos decir que la resistencia el esfuerzo cortante de un suelo, viene a ser la
combinación de la resistencia que nos ofrece cada una de estas fases.
Viene a ser también la resistencia tangencial que existe en el área de contacto entre las
partículas. El origen de esta resistencia reside en las fuerzas atractivas que actúan en los
átomos superficiales de las partículas, en función al número de enlaces que se forman en la
cara de contacto entre 2 partículas.
Por lo tanto la resistencia tangencial total es proporcional a la fuerza normal ejercida entre
ambas partículas, de forma semejante al desplazamiento de un cuerpo con respecto a otro,
planteado por la física.
F T Fig. 01 υ Observando la figura 1 podemos decir por física, para que la fuerza T produzca
desplazamiento en el cuerpo, éste tendría que superar el peso del cuerpo más la fricción que
existe entre ambas superficies, basándose en este fundamento se creó el ensayo de corte
directo de donde podemos decir que en suelos friccionantes la resistencia al esfuerzo
cortante es:
φστ tg= (1)
Ensayos de Mecánica de suelos
ING. TANIA ZAPATA COACALLA 51
Donde:
τ = Esfuerzo cortante
σ = Esfuerzo normal
φ = Angulo de fricción.
Pero Coulomb pudo observar que las arcillas no dependían de un esfuerzo normal para
generar resistencia al corte sino que éstas presentaban una resistencia intrínseca propia, a
la cual llamó Cohesión. Entonces se plantea una segunda Ec. donde el esfuerzo cortante es
igual a la cohesión del suelo.
C=τ (2)
Pero en los suelos que presentan una combinación tanto de suelos granulares y finos, son
llamados suelos mixtos cuya resistencia al esfuerzo cortante es igual a:
Ctg += φστ (3)
Donde:
τ = Esfuerzo cortante
σ = Esfuerzo normal
φ = Angulo de fricción.
C = Cohesión En un primer momento se consideró que los 2 parámetros de resistencia eran constantes de
un material, pero se pudo observar que ambos parámetros a la vez eran dependientes de
otro factor como es el contenido de la humedad:
)()( wCftgu +−= φστ Donde:
τ = Esfuerzo cortante
σ = Esfuerzo normal
.u =Presión intersticial
φ = Angulo de fricción.
Cf(w) = Cohesión en función del contenido de humedad
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ING. TANIA ZAPATA COACALLA 52
ENSAYO DE CORTE DIRECTO
1. INFORMACION PRELIMINAR
El ensayo de corte directo permite que el suelo falle a través de una línea de falla prefijada,
ocasionados por un esfuerzo tangencial y un esfuerzo normal, donde el esfuerzo normal
representa el esfuerzo geostático y el esfuerzo tangencial representa la fuerza que va a
generar la falla al suelo pudiendo ser este una estructura o hasta el propio peso del suelo.
Fuente: Ingeniería Geológica. Pag. 74 Existen 3 formas de realizar el ensayo de corte directo:
a) Ensayo no consolidado no drenado
b) Ensayo consolidado no drenado C.U.
c) Ensayo consolidado drenado C.D.
Dependiendo su uso del tipo de material y de las solicitaciones de obra.
Los gráficos mostrados muestran las relaciones típicas esfuerzo vs. deformación unitaria y
cambio de volumen que se obtiene con arenas sueltas y densas.
Ensayos de Mecánica de suelos
ING. TANIA ZAPATA COACALLA 53
El comportamiento del cambio de volumen en el proceso de corte en arenas sueltas, como
se puede observar en la figura, el volumen disminuye solo inicialmente debido al esfuerzo
normal que reacomoda las partículas, pero al ir incrementando el esfuerzo de corte el
volumen aumenta debido a que sus partículas comienzan a subir unas sobre otras por la
falta de espacios vacios. Por el contrario en el caso de arenas sueltas, durante todo el
proceso de corte las partículas solo se reacomodan por la presencia de mayores vacios.
En caso de realizar el ensayo de corte en arenas se puede decir que se encontrará datos
confiables porque se está realizando el ensayo en un material que drena fácilmente, y los
esfuerzos obtenidos serán los esfuerzos efectivos:
TIPO DE SUELO Ø (GRADOS)
SUELTO DENSO • Limo • Arena limosa • Arena Uniforme • Arena bien graduada • Grava arenosa
27 – 30 27 – 33
28 33 35
30 – 34 30 – 35
34 45 50
El gráfico de la relación Esfuerzo cortante – Deformación y Cambio de volumen –
Deformación unitaria, obtenido en ensayos drenados con arcillas normalmente consolidadas
y pre-consolidadas.
Ensayos de Mecánica de suelos
ING. TANIA ZAPATA COACALLA 54
Las arcillas preconsolidadas presentan una mayor resistencia debido a su consistencia mas
rígida, y después de haber sufrido la falla al corte este valor desciende rápidamente a causa
de la dilatancia sufrida en el plano de falla.
En las arcillas normalmente consolidadas la disminución de su resistencia al corte desde la
resistencia pico hasta la resistencia residual son valores muy cercanos, debido a su
comportamiento ductil.
Tal como observamos el suelo presenta dos resistencias, la resistencia máxima pico, y la
resistencia residual que es la menor resistencia pasando el punto pico con un valor
constante.
En un informe generalmente se presenta, tanto la resistencia máxima como el esfuerzo
residual. Viene a ser la resistencia residual de desplazamiento permanente.
Ensayos de Mecánica de suelos
ING. TANIA ZAPATA COACALLA 55
Este dato se utiliza estabilidad de taludes ya que el talud ya tiene una línea de talla para la
cual se desplaza.
Para hallar la resistencia residual es mejor hallarlo en el anillo de corte, ya que para éste
dato se debe someter el suelo a grandes deformaciones
VENTAJAS DEL ENSAYO DE CORTE DIRECTO 1. Es un ensayo rápido para obtener Ø y C
2. La preparación de la muestra es sencilla
3. Se puede ampliar para medir la resistencia residual en arcillas
4. Es muy confiable en el caso de arenas y limos
DESVENTAJAS 1. Línea de falla es obligada
2. La distribución de los esfuerzos en la superficie de corte no es uniforme
3. No se puede medir la presión de poros.
Ensayos de Mecánica de suelos
ING. TANIA ZAPATA COACALLA 56
ENSAYO DE CORTE DIRECTO
1. OBJETIVO
Determinar los parámetros de resistencia del suelo tales como el ángulo de fricción interna y la
cohesión.
2. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
• Tallar la muestra cuidadosamente con el molde de corte.
• Observando que no tenga partículas mayores 1/6 del diámetro del molde puesto que el
ensayo ya no representaría la realidad de campo.
• Generar el esfuerzo normal a 0.5, 1 y 2kg/cm2 respectivamente, dependiendo del tipo de
ensayo dependerá el tiempo en el que el esfuerzo normal se aplica, inmediatamente
después generamos el esfuerzo de corte, anotando la deformación tangencial y la fuerza
de corte.
3. REGISTROS DE DATOS Y RESULTADOS
Hallamos contenido de humedad después de la realización de cada prueba:
Nro De Tara T-21 D-3 T-31 Peso de Tara 14.03 12.45 14.01
Peso de Tara + M. Húmeda 84.87 90.13 79
Peso de Tara + M. Seca 73.2 77.5 68.63 Peso de Agua 11.67 12.63 10.37 Peso Muestra Seca 59.17 65.05 54.62
Contenido de humedad W% 19.72% 19.42% 18.99%
Promedio Cont. Humedad W% 19.37%
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Muestra Nro. 2 Profundidad de la muestra(m): 2.60 M. Inalterada X
Calicata: C - 2 Clasificacion (SUCS): ML Remoldeada
Veloc. de Ensayo (mm/min) 0.5 Tiempo de Consolidación (hrs) …
Altura (h) (cm)
Diámetro (Ø)
(cm)
Volumen (cm3)
Peso (Gr)
PesoEspecifico de
masa (gr/cm3)
Humedad (w)
(%)
Esfuerzo Normal (kg/cm2)
Deformac. Tangencial
(mm)
*(1)
Dial de Carga*(2)
Fuerza Cortante (Kg)
*(3)
Esfuerzo de Corte
(Kg/cm²)
*(4)
Deformac.
Tangencial
(mm)
Dial de
Carga
Fuerza
Cortante
(Kg)
Esfuerzo de
Corte
(Kg/cm²)
Deformac.
Tangencial
(mm)
Dial de
Carga
Fuerza
Cortante
(Kg)
Esfuerzo de
Corte
(Kg/cm²)
0.00 0.00 0.000 0.000 0.00 0.00 0.000 0.000 0.00 0.00 0.000 0.000
0.10 7.00 0.981 0.050 0.10 6.00 0.841 0.043 0.10 32.00 4.486 0.228
0.20 9.00 1.262 0.064 0.20 10.00 1.402 0.071 0.20 42.00 6.006 0.306
0.30 12.00 1.682 0.086 0.30 14.00 1.963 0.100 0.30 51.00 7.293 0.371
0.40 15.00 2.103 0.107 0.40 17.00 2.383 0.121 0.40 58.00 8.294 0.422
0.60 20.00 2.804 0.143 0.60 23.00 3.225 0.164 0.60 66.00 9.438 0.481
0.80 23.00 3.225 0.164 0.80 28.00 3.926 0.200 0.80 73.00 10.549 0.537
1.00 24.00 3.365 0.171 1.00 33.00 4.627 0.236 1.00 79.00 11.416 0.581
1.25 25.00 3.505 0.179 1.25 38.00 5.434 0.277 1.25 95.00 13.728 0.699
1.50 26.00 3.645 0.186 1.50 40.00 5.720 0.291 1.50 104.00 15.028 0.765
1.75 27.00 3.785 0.193 1.75 43.00 6.149 0.313 1.75 112.00 16.184 0.824
2.00 26.00 3.645 0.186 2.00 45.00 6.435 0.328 2.00 117.00 16.907 0.861
2.25 25.50 3.575 0.182 2.25 48.50 6.936 0.353 2.25 118.00 17.051 0.868
2.50 25.50 3.575 0.182 2.50 50.00 7.150 0.364 2.50 123.00 17.774 0.905
2.75 25.00 3.505 0.179 2.75 51.00 7.293 0.371 2.75 125.00 18.063 0.920
3.00 25.00 3.505 0.179 3.00 51.00 7.293 0.371 3.00 125.00 18.063 0.920
3.50 25.00 3.505 0.179 3.50 47.00 6.721 0.342 3.50 127.00 18.352 0.935
4.00 25.50 3.575 0.182 4.00 46.00 6.578 0.335 4.00 126.00 18.207 0.927
4.50 24.00 3.365 0.171 4.50 44.00 6.292 0.320 4.50 124.00 17.918 0.913
5.00 23.50 3.295 0.168 5.00 44.00 6.292 0.320 5.00 124.00 17.918 0.913
5.50 23.00 3.225 0.164 5.50 43.00 6.149 0.313 5.50 124.00 17.918 0.913
6.00 23.00 3.225 0.164 6.00 42.00 6.006 0.306 6.00 123.00 17.774 0.905
6.50 22.00 3.084 0.157 6.50 40.00 5.720 0.291 6.50 118.00 17.051 0.868
7.00 22.00 3.084 0.157 7.00 38.00 5.434 0.277 7.00 118.00 17.051 0.868
1.971
48.02
18.99%
1.976
5.10
48.0248.02
94.66 94.88
5.10
2.36
Inicial Inicial
2.362.36 2.36 2.36
0.50 1.00
2.011
96.57
2.00
19.72% 19.42%
Datos
5.10
ESPECIMEN 01 ESPECIMEN 02
2.36
FinalInicial
5.10 5.10
Final
Estado del
SueloNatural
5.10
ESPECIMEN 03
Final
ENSAYO DE CORTE DIRECTO
(NORMA ASTM - D3080-98)
*(1).- Es la lectura que se controla en el deformímetro del equipo de corte.
*(2).- Es la lectura del dial de carga obtenido para cada lectura de deformación tangencial.
*(3).- La fuerza cortante se halla convirtiendo la lectura del dial de carga en base a las
ecuaciones de calibración del anillo de carga.
En este caso en particular las ecuaciones del anillo de carga son los siguientes:
*(4).- El esfuerzo de corte es igual a la fuerza cortante sobre el área del anillo
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Graficamos Esfuerzo VS Deformación
ESFUERZO vs DEFORMACION
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
1.1
1.2
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
DEFORMACIÓN TANGENCIAL (mm)
ESFU
ERZO DE CORTE (Kg/cm²)
0.5 Kg/cm²1.0 Kg/cm²2.0 Kg/cm²
Graficamos Esfuerzo de Corte vs Esfuerzo Normal
Por ejemplo la primera muestra está representada por el esfuerzo normal de 0.5 Kg/cm2 aplicado
durante todo el proceso del ensayo y el máximo esfuerzo de corte que puede ser observado en
la gráfica Esfuerzo de corte vs. Deformación, que en este caso sería 0.193Kg/cm2.
ESFUERZO DE CORTE vs ESFUERZO NORMAL (CRITERIO DE LA FALLA DE MOHR - COULOMB)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
ESFUERZO NORMAL (Kg/cm²)
ES
FU
ER
ZO
DE
CO
RT
E (
Kg/
cm²)
4. CONCLUSIONES
1. Se realizó el ensayo de corte directo obteniendo los siguientes parámetros de resistencia.
ML
Vel.
φ
C
Estado
0.5 mm/min
19°
0 Kg/cm2
Inalterado
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a) Para calcular los dos parámetros de resistencia se procedió a escoger los dos
primeros puntos por dos razones, la primera considerando el tipo de suelo y la
segunda porque el tercer punto generaría una cohesión negativa, dato que seria
irreal.
b) También podemos observar algunas ventajas de este ensayo, tales como que es
rápido, la muestra se prepara rápidamente y se puede ampliar para medir la
resistencia residual del suelo.
c) Algunas limitaciones del ensayo es que la línea de falla es obligada, la distribución de
tensiones en la superficie de corte no es uniforme, no se puede medir la presión de
poros y también considerar que el área de contacto disminuye al realizar el ensayo.
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ENSAYO DE COMPRESIÓN SIMPLE
1. OBJETIVO
El objetivo de este ensayo es hallar la resistencia del suelo a un esfuerzo a la compresión, en
función solo a su resistencia intrínseca que es la cohesión.
2. INFORMACIÓN PRELIMINAR
Este ensayo nos permite conocer la resistencia a la compresión de un suelo cohesivo; aplicando
sólo un esfuerzo de compresión mas no el esfuerzo de confinamiento; ya que se supone que al
extraerlo del suelo todo el esfuerzo geostático lo ha tomado la muestra por medio de la cohesión.
Este ensayo es también una forma de medir la consistencia de los suelos arcillosos a partir de su
mayor o menor cohesión, entendiendo por cohesión la resistencia proveniente de la presión
capilar del agua intersticial con las partículas del suelo ante una fuerza que intente deformarlo. A
continuación una tabla con los rangos de valores para medir la consistencia de un suelo.
Resistencia a la compresión
simple Consistencia
qc < 0.5 Kg/cm2 Consistencia baja con comportamiento de
fluido viscoso
0.5 < qc < 1.5 Kg/cm2 Consistencia media
1.5 < qc < 4 Kg/cm2 Consistencia rígida
qc > 4 Kg/cm2 Consistencia dura
Este ensayo es aplicado para hallar la resistencia al esfuerzo cortante en problemas de
estabilidad de taludes en suelos arcillosos. Donde la resistencia al esfuerzo cortante es la
cohesión.
C=τ
Aplicado también para analizar la consistencia de un suelo para estudios en vias.
Otra aplicación de este ensayo es el de conocer la sensibilidad del suelo, que es establecido por
la relación entre la resistencia a la compresión simple en una muestra inalterada y una
remoldeada.
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S=qi/qc
Sensibilidad S=qi/qr
Insensible S<2
Moderadamente sensible 2>S<4
Sensible 4>S<8
Muy sensible 8>S<16
Ultra sensible S>16
3. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
� Tallar la muestra cuyas dimensiones sean 2D<h≤ 2.5D para evitar el traslape de las
líneas de falla en el suelo o de lo contrario para evitar el efecto de la columna esbelta.
� Someter la muestra a dos placas superior e inferior y a una fuerza de compresión
controlando las deformaciones y midiendo el esfuerzo hasta que se genere la falla en el
suelo.
4. REGISTROS DE DATOS Y RESULTADOS
EJEMPLO.
Tipo de suelo SUCS: CH
Estado: Remoldeado
Altura (h) (cm) 10.00
Diámetro (φ) (cm) 5.00
Densidad Seca (γd) (g/cm3) 2.03 Contenido de Humedad (ω) (%) 8.91 Velocidad del Ensayo (mm/min) 0.50
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Especímen 1 Deformación Esfuerzo
(%) (Kg/cm2) 0.00 0.00 0.05 0.07 0.10 0.09 0.20 0.30 0.30 0.54 0.40 0.74 0.50 0.90 0.60 1.07 0.70 1.21 0.80 1.33 0.90 1.37 1.00 1.37 1.10 1.31 1.20 1.17 1.30 1.00 1.40 0.70 1.50 0.64
Después de realizar el ensayo graficar la curva esfuerzo de compresión vs. Deformación y
visualizar el máximo esfuerzo soportado por el suelo y obtener también la cohesión.
C= qmax./2
C= 1.37/2 = 0.69 Kg/cm2
5. SUGERENCIAS
� Es un ensayo que se puede realizar en corto tiempo, por lo tanto una de las aplicaciones
sería la aplicación en proyectos que se encuentran en estudios de pre-factibilidad o para
obtener la sensibilidad del suelo y poder conocer sobre su capacidad tixotrópica.
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ENSAYO TRIAXIAL NO CONSOLIDADO NO DRENADO (UU)
ASTM D-2850
1. OBJETIVOS
• Determinar los parámetros de resistencia de un suelo, como son la fricción y la
cohesión, y observar el tipo de falla que se presenta en la muestra
• Observar la relación esfuerzo – deformación, en el suelo en función a la variación de la
presión de cámara y la variación del esfuerzo desviador.
2. INFORMACIÓN PRELIMINAR
Considerando que en los problemas prácticos de rutina el comportamiento del suelo es
muy complejo y no se puede calcular con precisión; en laboratorio se pueden representar en
pequeña escala todos los factores que influyen en la resistencia del suelo, pudiendo predecir así
la estabilidad de los cimientos. Se ha estudiado dos pruebas para hallar los parámetros de
resistencia de los suelos, el ensayo de Corte Directo y el ensayo de Compresión Simple,
concluyendo que en los dos ensayos no se refleja la realidad de los esfuerzos a los que está
sometido una masa de suelo, tal como se puede observar en la figura la muestra de suelo A en
realidad está sometida a una presión lateral geostática, y simultáneamente sometida a una
carga externa que va a generar la falla.
A
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Entonces considerando todas estas condiciones reales vemos que el ensayo que más
se aproxima es el Ensayo de Compresión triaxial, donde los esfuerzos se aplican en las 3
direcciones.
Las pruebas triaxiales pueden clasificarse en dos grandes grupos:
Pruebas de Compresión y pruebas de Extensión, a continuación se presenta un cuadro
resumen.
PRUEBAS TRIAXIALES
DE COMPRESIÓN DE EXTENSIÓN Lo Lf Lo Lf Pc >> Pc Cte Pc >> Pc << Pc Cte. Pc <<
3σ 3σ 3σ 3σ 3σ 3σ 3σ 3σ 3σ 3σ 3σ 3σ
Cte Cte << << << <<< Cte Cte >> >> >> >> 1σ En este caso es el esfuerzo 1σ principal mayor 3σ 3σ 3σ 3σ Esfuerzo Principal Mayor
Por tanto es responsabilidad del ingeniero definir cómo van a actuar los esfuerzos en la
masa de suelo. Una vez definido esto; se debe pensar en como actuarán las fases del suelo
(agua, aire y sólidos) ante una carga externa.
Para lo cual existen 3 tipos de ensayos triaxial:
- Ensayo No consolidado no drenado. UU
- Ensayo Consolidado drenado. CD
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ING. TANIA ZAPATA COACALLA 65
- Ensayo Consolidado no drenado. CU
Comportamiento al corte de masas granulares.- Como sucede en todos los
materiales de ingeniería los suelos también sufren deformaciones ante una presión que lo rodea
completamente y si esta presión aumenta; entonces las partículas empiezan a deslizarse y
decimos que el suelo fallo por corte. La mayor parte de las fallas se producen por esfuerzo
cortante, ya que los suelos soportan muy poco los esfuerzos por tensión.
El comportamiento al aplicarse la carga vertical dependerá mucho de la compacidad o
forma en que se hayan acomodado las partículas del suelo, al seguir aumentando la presión
externa se produce distorsión en la masa de suelo, generando un ángulo de falla que aumenta
también con el incremento de la carga.
Debemos tomar en cuenta que en este tipo de suelos, el contenido de humedad que
posea no cambiará en forma representativa su comportamiento como cuando está seco.
Comportamiento de los suelos finos.- Generalmente los suelos finos contienen una
considerable cantidad de agua hasta llegar a estar saturados, y el conocimiento de la resistencia
al corte de un suelo saturado es de importancia práctica.
En el caso de las arcillas preconsilodadas poseen resistencia significativa al esfuerzo
cortante debido a la compacidad de sus partículas debemos tener muy en cuenta la presión de
poros que viene a ser la presión del agua que se encuentra entre partículas, para este caso se
tiene que recurrir a otro tipo de ensayo triaxial, consolidado drenado.
3. EQUIPO Y MATERIALES
• Bomba de presión para la carga lateral.
• Membrana de hule.
• Cámara triaxial.
• Anillos de jebe
• Piedras porosas.
• Dial de deformación.
• Balanza.
• Guantes
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• Cuchillos.
4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL.
• La muestra que se extrae en campo debe ser parafinada y con dimensiones de
0.30*0.30*0.30m. para evitar que se altere su contenido de humedad y su estructura.
• Se lleva al laboratorio y se empieza con el tallado de las muestras con un diámetro de
7cm por una altura de 14cm. En número de tres; hallando también el contenido de
humedad.
• Estas muestras no deben estar más de 3 días sin ser ensayadas, ya que su contenido
de humedad se alteraría.
• Una vez talladas se toma el peso inicial de la muestra, así como 3 veces el diámetro y
3 veces la alturas, calculando luego un promedio.
• Se coloca la piedra porosa y el papel filtro, colocando la muestra y encima volver a
colocar el papel filtro, una piedra porosa y el cabezal. Todo se cubre con la membrana,
para proteger la muestra.
• Se coloca la cámara triaxial llenándola con agua para la presión lateral. (Presión de
confinamiento o presión de cámara σ3)
• En el primer ensayo la presión lateral es de 1Kg/cm2.
• En el segundo ensayo la presión lateral es de 2Kg/cm2.
• En el tercer ensayo la presión lateral es de 4Kg/cm2.
• Se apoya el pistón de carga vertical. Al aplicar la carga vertical se mide la deformación
vertical de la muestra con un micrómetro,
• La prueba se realiza usualmente, manteniendo constante la presión de confinamiento y
aumentando la presión vertical.
• El agua no ejerce esfuerzos cortantes en la periferia de la muestra, el esfuerzo vertical
sobre planos horizontales es un esfuerzo principal, que se designa por σ 1.
• Donde σ 1 es el esfuerzo principal mayor y σ 3 es el esfuerzo principal menor.
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• El esfuerzo axial se va aumentando después en pequeños incrementos hasta llegar a
un plano de falla donde la carga vertical empiece a bajar.
• Cámara del ensayo triaxial
5. REGISTRO DE DATOS Y RESULTADOS ESPECIMEN 1 CLASIFICACIÓN SUCS: CL
A continuación se muestra una parte de los datos registrados en laboratorio así como los cálculos de
De la deformación en porcentaje, La variación del área por cada incremento de carga (P), y el cálculo
del esfuerzo desviador.
CONTENIDO HUMEDAD 23.27% DENSIDAD HÚMEDA 1.74
ALTURA (cm) 14.19 VELOCIDAD CARGA (mm/min) 1.42
DIÁMETRO (cm) 6.97 PRESION DE CELDA σ3 (Kg/cm2) 1.00
Ensayos de Mecánica de suelos
ING. TANIA ZAPATA COACALLA 68
DIAL DEF.
DEF (εεεε) mm. DEF εεεε%
AREA A'
DIAL CARGA
P(kg) Esf.
Desv. 0 0 0.000 38.16
0.0 0.00 0.000
5 0.05 0.035 38.17
17.0 2.68 0.070 10 0.1 0.070 38.18
27.0 5.88 0.154
15 0.15 0.106 38.20
35.0 8.44 0.221
Donde:
• Este ensayo se realizó lecturando la deformación a cada 5 lineas que representa 0.05 mm.
• El porcentaje de deformación es calculado:
ε=∆ε=∆ε=∆ε=∆H/Ho, por ejemplo para una deformación de 0.1mm
ε=0.1mm/141.9mm =0.0007047
y en porcentaje * 100= 0.07%
ε= Deformación axial
∆H= Diferencial de altura por cada incremento de carga
Ho= Altura inicial del espécimen
• El área de aplicación varía por cada incremento de carga.
Af= Ao/(1-ε) ε) ε) ε)
Af= Área final para cada incremento de carga
Ao= Área inicial
Continuando Af= 38.16/(1-0.0007047) = 38.18cm2
• La carga P(Kg) se halla convirtiendo la lectura del dial de carga en base a las ecuaciones de
calibración del anillo de carga, que depende de cada equipo.
• El Esf. Desv. Es la carga vertical aplicada al especímen dividida por el área corregida para
cada lectura.
Esf. Desv. = P/Af
Siguiendo con el mismo ejemplo anterior el Esf. Desv. = 5.88 Kg/38.18=0.154Kg/cm2
• Como la lista de los datos es muy extensa se resume con los valores obtenidos para cada
0.5% de deformación y en caso de no tener el valor exacto se interpola entre los puntos
superior e inferior mas cercanos al valor requerido. Obteniendo finalmente los siguientes datos:
Ensayos de Mecánica de suelos
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Deform. Esf. Desv. σσσσ1 p q q/p Oblicuidad (%) (Kg/cm2) (Kg/cm2) (Kg/cm2) (Kg/cm2) (σσσσ1/σσσσ3) 0.00 0.00 1.00 1.00 0.00 0.00 1.00 0.05 0.11 1.11 1.05 0.05 0.05 1.11 0.10 0.21 1.21 1.11 0.11 0.10 1.21 0.20 0.39 1.39 1.19 0.19 0.16 1.39 0.35 0.58 1.58 1.29 0.29 0.23 1.58 0.50 0.71 1.71 1.35 0.35 0.26 1.71 0.75 0.83 1.83 1.41 0.41 0.29 1.83 1.00 0.91 1.91 1.46 0.46 0.31 1.91 1.25 1.00 2.00 1.50 0.50 0.33 2.00 1.50 1.07 2.07 1.54 0.54 0.35 2.07 1.75 1.14 2.14 1.57 0.57 0.36 2.14 2.00 1.19 2.19 1.60 0.60 0.37 2.19 2.50 1.28 2.28 1.64 0.64 0.39 2.28 3.00 1.35 2.35 1.68 0.68 0.40 2.35 3.50 1.42 2.42 1.71 0.71 0.41 2.42 4.00 1.49 2.49 1.74 0.74 0.43 2.49 5.00 1.57 2.57 1.78 0.78 0.44 2.57 6.00 1.59 2.59 1.80 0.80 0.44 2.59 7.00 1.63 2.63 1.81 0.81 0.45 2.63 8.00 1.66 2.66 1.83 0.83 0.45 2.66 9.00 1.68 2.68 1.84 0.84 0.46 2.68 10.00 1.68 2.68 1.84 0.84 0.46 2.68 11.00 1.68 2.68 1.84 0.84 0.46 2.68 12.00 1.68 2.68 1.84 0.84 0.46 2.68 13.00 1.69 2.69 1.84 0.84 0.46 2.69 14.00 1.70 2.70 1.85 0.85 0.46 2.70
Donde: σ1= σ3 + Esf. Desv. .p= (σ1+σ3)/2 .q= (σ1-σ3)/2 Seguimos los mismos pasos para los 3 especímenes ESPECIMEN 2 Presión de celda σσσσ3= 2Kg/cm2
Deform. Esf. Desv. σσσσ1 p q q/p Oblicuidad (%) (Kg/cm2) (Kg/cm2) (Kg/cm2) (Kg/cm2) (σσσσ1/σσσσ3) 0.00 0.00 2.00 2.00 0.00 0.00 1.00 0.05 0.00 2.00 2.00 0.00 0.00 1.00 0.10 0.00 2.00 2.00 0.00 0.00 1.00 0.20 0.00 2.00 2.00 0.00 0.00 1.00
0.35 0.09 2.09 2.04 0.04 0.02 1.04 0.50 0.38 2.38 2.19 0.19 0.09 1.19 0.75 0.63 2.63 2.32 0.32 0.14 1.32 1.00 0.82 2.82 2.41 0.41 0.17 1.41 1.25 0.97 2.97 2.49 0.49 0.20 1.49 1.50 1.11 3.11 2.56 0.56 0.22 1.56 1.75 1.23 3.23 2.61 0.61 0.23 1.61 2.00 1.34 3.34 2.67 0.67 0.25 1.67
Ensayos de Mecánica de suelos
ING. TANIA ZAPATA COACALLA 70
2.50 1.52 3.52 2.76 0.76 0.28 1.76 3.00 1.68 3.68 2.84 0.84 0.30 1.84 3.50 1.80 3.80 2.90 0.90 0.31 1.90 4.00 1.95 3.95 2.98 0.98 0.33 1.98 5.00 2.18 4.18 3.09 1.09 0.35 2.09 6.00 2.31 4.31 3.16 1.16 0.37 2.16 7.00 2.41 4.41 3.21 1.21 0.38 2.21 8.00 2.62 4.62 3.31 1.31 0.40 2.31 9.00 2.70 4.70 3.35 1.35 0.40 2.35 10.00 2.73 4.73 3.37 1.37 0.41 2.37 11.00 2.81 4.81 3.41 1.41 0.41 2.41 12.00 2.89 4.89 3.45 1.45 0.42 2.45 13.00 2.88 4.88 3.44 1.44 0.42 2.44 14.00 2.88 4.88 3.44 1.44 0.42 2.44 15.00 2.88 4.88 3.44 1.44 0.42 2.44
ESPECIMEN 3 Presión de celda σσσσ3= 4 Kg/cm2
Deform. Esf. Desv. σσσσ1 p q q/p Oblicuidad
(%) (Kg/cm2) (Kg/cm2) (Kg/cm2) (Kg/cm2) (σσσσ1/σσσσ3) 0.00 0.00 4.00 4.00 0.00 0.00 1.00
0.05 0.10 4.10 4.05 0.05 0.01 1.02
0.10 0.21 4.21 4.10 0.10 0.02 1.05
0.20 0.34 4.34 4.17 0.17 0.04 1.08
0.35 0.47 4.47 4.24 0.24 0.06 1.12
0.50 0.60 4.60 4.30 0.30 0.07 1.15
0.75 0.82 4.82 4.41 0.41 0.09 1.21
1.00 1.02 5.02 4.51 0.51 0.11 1.25
1.25 1.20 5.20 4.60 0.60 0.13 1.30
1.50 1.35 5.35 4.67 0.67 0.14 1.34
1.75 1.48 5.48 4.74 0.74 0.16 1.37
2.00 1.60 5.60 4.80 0.80 0.17 1.40
2.50 1.80 5.80 4.90 0.90 0.18 1.45
3.00 1.99 5.99 5.00 1.00 0.20 1.50
3.50 2.19 6.19 5.10 1.10 0.22 1.55
4.00 2.41 6.41 5.21 1.21 0.23 1.60
5.00 2.76 6.76 5.38 1.38 0.26 1.69
6.00 2.90 6.90 5.45 1.45 0.27 1.73
7.00 3.08 7.08 5.54 1.54 0.28 1.77
8.00 3.25 7.25 5.62 1.62 0.29 1.81
9.00 3.25 7.25 5.63 1.63 0.29 1.81
10.00 3.25 7.25 5.63 1.63 0.29 1.81
11.00 3.33 7.33 5.66 1.66 0.29 1.83
12.00 3.25 7.25 5.63 1.63 0.29 1.81
13.00 3.33 7.33 5.66 1.66 0.29 1.83
14.00 3.33 7.33 5.67 1.67 0.29 1.83
Ensayos de Mecánica de suelos
ING. TANIA ZAPATA COACALLA 71
• Después de los cálculos, graficamos las curvas Esfuerzo Desviador vs. Deformación axial, para
poder extraer el máximo esfuerzo soportado por el suelo.
o Esfuerzo desviador máximo para el primer especímen = 1.70 Kg/cm2
o Esfuerzo desviador máximo para el segundo especímen = 2.89 Kg/cm2
o Esfuerzo desviador máximo para el tercer especímen = 3.33 Kg/cm2
Estos gráficos nos permiten observar también el comportamiento del suelo ante la
aplicación de la carga.
En este caso por ejemplo tiene un comportamiento ductil, ya que no presenta un
rompimiento brusco sino que el esfuerzo disminuye muy poco de punto a punto.
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
6.0
6.5
7.0
7.5
8.0
8.5
9.0
9.5
10.0
10.5
11.0
11.5
12.0
12.5
13.0
13.5
14.0
14.5
15.0
ES
FU
ER
ZO
DE
SV
IAD
OR
Kg
/cm
2
DEFORMACION AXIAL %
DEFORMACI0N AXIAL vs. ESFUERZO DESVIADOR
1,00 Kg/cm2
2,00 Kg/cm2
4,00 Kg/cm2
• Una vez obtenidos estos máximos valores de esfuerzo desviador podemos graficar los círculos
de Mohr para cada especimen.
Como ejemplo para el primer círculo consideramos los dos esfuerzos máximos principales
σ3= 1Kg/cm2
σ1= σ3 + Esf. Desv. Max. = 1 + 1.70 = 2.70 Kg/cm2
Siendo el radio (σ1- σ3)/2
Ensayos de Mecánica de suelos
ING. TANIA ZAPATA COACALLA 72
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
4.00
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0
ES
FU
ER
ZO
DE
CO
RT
E (
Kg/
cm2)
ESFUERZO AXIAL (Kg/cm2)
CIRCULO DE MOHR
Cohesion : C = 0.48 Kg/cm2Angulo de Fricción : φ = 11 º
Trazamos una linea tangente a los 3 Círculos en este caso optamos por los dos círculos
extremos, por algunas observaciones realizadas durante el ensayo y considerando el tipo de
suelo, un suelo CL de consistencia media cuyo ángulo de fricción no podía ser demasiado alto.
Otra observación importante en este caso es que en este tipo de ensayo no deberia existir
ángulo de inclinación por tratarse de un suelo saturado, lo que significaria que este suelo estaba
parcialmente saturado.
Ensayos de Mecánica de suelos
ING. TANIA ZAPATA COACALLA 73
ENSAYO TRIAXIAL – CONSOLIDADO NO DRENADO (CU)
NORMA ASTM – D4767
1. OBJETIVO
Hallar los parámetros de resistencia, la cohesión y el ángulo de fricción interna tanto totales
como efectivos con la correspondiente medición de presión de poros.
2. INFORMACIÓN PRELIMINAR
El ensayo triaxial Consolidado no drenado; nos permite analizar los suelos que en su estado
natural ya han tenido un grado de consolidación o donde la Obra a construir se realice en un
tiempo lo suficientemente extenso para permitir que el suelo obtenga un grado de consolidacón, y
que luego se comportará en un estado no drenado, nos permite conocer tanto los esfuerzos
totales como los esfuerzos efectivos.
Los especímenes son sujetos a una presión de confinamiento de fluido en una celda triaxial,
permitiendo el drenaje del fluido hasta que se disipe la presión de poros y consolide la muestra,
una vez concluida esta fase se cierra la válvula de drenaje y se realiza el ensayo de triaxial
propiamente dicho, durante el proceso del ensayo también se puede medir la presión de poros,
por lo que se puede obtener tanto las tensiones totales como efectivas. La falla a menudo le
corresponde al máximo esfuerzo principal mayor ó al 15% de la deformación axial, generando la
falla el esfuerzo desviador.
En la figura a se muestra el comportamiento de suelos arcillosos, donde sobresale como es el
comportamiento de la variación de la presión de poros durante el ensayo. Para las arcillas
Ensayos de Mecánica de suelos
ING. TANIA ZAPATA COACALLA 74
normalmente consolidadas la variación de poros es mayor por cuanto el volumen se va
disminuyendo en el proceso. No en tanto para las arcillas Preconsolidadas llega un momento en
que se disipa la presión de poros hasta volverse negativa
3. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
� Tallar 3 muestras con dimensiones 2D<h≤ 2.5D.
� Colocar alrededor de la muestra papel filtro calado para poder agilizar el drenaje y colocar
una membrana impermeable.
� Entrar a la primera etapa del ensayo colocando una presión de celda de 0.4 kg/cm2 y una
contrapresión a la muestra de 0.2kg/cm2 para empezar con la saturación de la muestra e ir
incrementando hasta llegar a un grado de saturación del 95 a 100% (Parámetro B). Este
proceso puede durar días dependiendo del tipo de suelo.
� Una vez saturada la muestra empezar con la etapa de consolidación midiendo el drenaje en
una bureta, hasta que esta lectura se estabilice.
� Una vez estabilizada la medida de la bureta se procede a la segunda etapa de la prueba, se
cierra la válvula de drenaje y se empieza a aplicar el esfuerzo desviador hasta generar la falla
o llegar al 15 a 20% de la deformación.
� Esquema de los medidores de presión en la celda triaxial
Ensayos de Mecánica de suelos
ING. TANIA ZAPATA COACALLA 75
4. REGISTRO DE DATOS Y RESULTADOS
Para el primer especímen se realizará paso a paso los cálculos hasta llegar a las tablas resumen
que se presentan para realizar los gráficos.
ESPECIMEN 1
Paso 1: Etapa de Saturación
Tiempo Presión de
celda
Presión de
poros
Contrapresión
(Kg/cm2)
Parámetro
B % Fecha Hora 13/02/04
2:10pm
0.66 0.52 0.52 42.857 0.87 0.61 0.72
16/02/04
9:15am 1.25 1.10 1.10 66.66
1.46 1.24 1.30 17/02/04
7:55am
1.75 1.60 1.60 81 1.97 1.78 1.84
18/02/04
8:30am
2.16 2.02 2.02 94 2.34 2.19 2.20
18/02/04
1:40pm 2.64 2.50 2.50
2.82 2.67 2.71 19/02/04
9:25am 3 2.90 2.90 95.5
3.22 3.11 3.12
En fecha 13 de febrero se inicia la saturación del espécimen, colocando una presión de celda de
0.66Kg/cm2, se coloca primero esta presión para evitar disturbar la muestra, seguidamente se
aplica una contrapresión de 0.52Kg/cm2 siempre menor a la presión de celda, esta presión se
encarga de ingresar el agua a la muestra para saturarla; en ese momento la presión de poros
también será de 0.52Kg/cm2. Dejándolo saturar hasta el día 16 de febrero por tratarse de un
suelo CH, donde procedemos a incrementar la presión de celda y simultáneamente la
contrapresión en 0.20 kg/cm2, inmediatamente cerramos la válvula de contrapresión y medimos la
presión de poros, siendo este valor 0.61Kg/cm2, y evaluamos el parámetro B.
PARÁMETRO B= Diferencia de presión de poros *100= (0.61-0.52) *100= 42.857%
Diferencia de presión de celda (0.87-0.66)
Por lo tanto incrementamos la presión de celda 1.25Kg/cm2 y una contrapresión de 1.10Kg/cm2,
recordando que en ese instante la presión de poros también será de 1.10Kg/cm2. Y siguiendo el
mismo proceso hasta llegar una saturación de 95 a 100%.
Paso 2: Etapa de Consolidación
Una vez que se llegó a saturar la muestra se procede a la etapa de consolidación donde se
conserva la presión de celda última y se mide la lectura inicial de la bureta:
Ensayos de Mecánica de suelos
ING. TANIA ZAPATA COACALLA 76
Tiempo Presión de
celda
Presión de
poros
Lectura de la
bureta (cm3) Fecha Hora 19/02/04
11:20am 3.00 2.90 20 2’ 18.10
7’ 17.90 15’ 17.70
30’ 17.85 1:40 17.80
5:05 17.80 8:15 17.60
Por tanto el volumen final de la etapa de consolidación es la diferencia de 20 – 17.60 = 2.4cm3.
Para comenzar a lecturar se coloca una presión de celda de 3Kg/cm2 y una contrapresión de
2Kg/cm2 para así obtener una presión de celda efectiva de (3-2)=1Kg/cm2, abriendo la válvula de
la presión de poros, y lecturando deformación, Esfuerzo desviador y Presión de poros.
Deform. Esf. Desv. PRESIÓN (%) (Kg/cm2) POROS
(Kg/cm2)
0.00 0.00 0.00
0.05 0.31 2.10
0.10 0.41 2.14
0.20 0.66 2.23
0.35 0.77 2.27
0.50 0.92 2.31
0.75 1.07 2.37
1.00 1.12 2.40
1.25 1.17 2.43
1.50 1.17 2.44
1.75 1.17 2.46
2.00 1.17 2.46
2.50 1.17 2.47
3.00 1.17 2.49
3.50 1.22 2.49
4.00 1.22 2.49
5.00 1.22 2.50
6.00 1.22 2.50
7.00 1.28 2.50
8.00 1.33 2.50
9.00 1.33 2.50
10.00 1.38 2.49
11.00 1.38 2.49
12.00 1.43 2.48
13.00 1.48 2.47
14.00 1.48 2.49
Ensayos de Mecánica de suelos
ING. TANIA ZAPATA COACALLA 77
Altura (cm) Densidad húmeda (g/cm3)Diametro (cm) Velocidad de carga (mm/min)Humedad (%) Presion de celda σσσσ3 (Kg/cm2)Parámetro B Contrapresión (Kg/cm2)
Presión de celda efectivo σσσσ3' (Kg/cm2)*1 *2 *3 *4 *5
PRESIÓN σσσσ3' OblicuidadPOROS (Kg/cm2)(Kg/cm2)
0.00 1.00
0.10 0.90
0.14 0.86
0.23 0.77
0.27 0.73
0.31 0.69
0.37 0.63
0.40 0.60
0.43 0.57
0.44 0.56
0.46 0.54
0.46 0.54
0.47 0.53
0.49 0.51
0.49 0.51
0.49 0.51
0.50 0.50
0.50 0.50
0.50 0.50
0.50 0.50
0.50 0.50
0.49 0.51
0.49 0.51
0.48 0.52
0.47 0.53
0.49 0.51
0.69 0.58 3.7111.00 1.38 1.89 1.20
3.66
10.00 1.38 1.89 1.20 0.69 0.58 3.71
8.00 1.33 1.83 1.17
0.61 0.551.72 1.11
0.67 0.57
3.44
7.00 1.28 1.78 1.14 0.64 0.56 3.56
6.00 1.22
0.59 0.53 3.29
5.00 1.22 1.72 1.11 0.61 0.55 3.44
0.61 0.54 3.39
1.15
0.52
0.52 3.170.59
0.61 0.54
1.17
1.13
1.13
1.71
1.71
1.17
2.00
1.17
9.98
4.99
30.50%
0.66
σσσσ1'
96%
(Kg/cm2)
0.59 0.51
1.50
1.25 1.17 1.16
1.00 1.12
1.75
3.05
0.51 3.09
3.170.59
1.16
0.59
0.75 1.07
1.82
0.20
0.40
3.00
2.70
1.86
0.15 1.34
1.17 0.54
0.56 2.870.48
0.46
0.46
2.050.35 0.77 1.12
1.15 2.331.610.50 0.92
0.00 0.00 1.00 1.00 0.00 0.00
(Kg/cm2)Q
(Kg/cm2)Q/P
0.16
1.48
σσσσ1'/σσσσ3'
1.00
0.30
0.39 0.35
0.21
0.33
0.19
(%)Esf. Desv.(Kg/cm2)
0.20 1.10
0.05
0.10 0.41 1.07
P
4.00 1.22 1.73 1.12
1.68 1.10
9.00 1.33 1.83 1.17 0.67 0.57 3.66
2.50 1.17 1.70 1.12 0.59 0.52 3.21
3.00 1.17
3.393.50 1.22 1.73 1.12
2.00
1.00
0.31 1.06
Deform.
3.79
12.00 1.43 1.95 1.24 0.72 0.58
13.00 1.48 2.01 1.27 0.74 0.58
14.00 1.48 1.99 1.25 0.74 0.59 3.90
1.70
1.72
1.74
1.21
1.27
1.43
1.50
3.75
1.73
*1 Será igual al valor registrado de presión de poros en el ensayo menos la Contrapresión es
decir para todos los valores restar para este especímen 2Kg/cm2.
*2 σ3’= Presión de celda – Presión de poros (σ3-u)
*3 σ1’ = Esfuerzo desviador + Presión de celda efectivo (Esf. Desv. + σ3’)
*4 P= (σ1’+σ3’)/2 *5 Q= (σ1’-σ3’)/2
El mismo proceso para los tres especímenes.
Ensayos de Mecánica de suelos
ING. TANIA ZAPATA COACALLA 78
ESPECIMEN 2
Altura (cm) Densidad húmeda (g/cm3)Diametro (cm) Velocidad de carga (mm/min)Humedad (%) Presión de celda σσσσ3 (Kg/cm2)Parámetro B Contrapresión (Kg/cm2)
Presión de celda efectivo σσσσ3' (Kg/cm2)
PRESIÓN σσσσ3' OblicuidadPOROS (Kg/cm2)(Kg/cm2)
0.00 2.00
0.14 1.86
0.20 1.80
0.40 1.60
0.50 1.50
0.61 1.39
0.75 1.25
0.84 1.16
0.89 1.11
0.95 1.05
0.98 1.02
1.01 0.99
1.05 0.95
1.07 0.93
1.09 0.91
1.10 0.90
1.11 0.89
1.12 0.88
1.11 0.89
1.10 0.90
1.09 0.91
1.08 0.92
1.07 0.93
1.07 0.93
1.06 0.94
1.06 0.94 0.54 3.33
3.00
3.07
0.531.051.96
3.01 0.53
0.54
14.00 2.19 3.13 2.04
2.04 1.10
1.10
3.33
2.00 1.07 0.54 3.30
3.27
11.00 2.14 2.00 1.07 0.54 3.30
2.09 1.97 1.05
3.27
9.00 2.09 3.30
0.532.048.00 2.94 1.92 1.02
3.26
7.00 2.04 2.93 1.91 1.02 0.53 3.29
1.99 1.88
3.10
5.00 1.94 2.83 1.86 0.97 0.52 3.18
1.85 0.51
2.98
3.50 1.89 2.80 1.86 0.95 0.51 3.08
0.501.85
2.81
2.50 1.79 2.74 1.85 0.90 0.49 2.88
0.471.89
2.60
1.75 1.73 2.75 1.89 0.87 0.46 2.70
1.50 1.68
2.36
1.25 1.63 2.74 1.93 0.82 0.42 2.47
0.411.58
1.88
0.75 1.43 2.68 1.97 0.72 0.36 2.14
2.001.22
1.58
0.35 1.02 2.52 2.01 0.51 0.25 1.68
0.220.46
1.25
0.10 0.56 2.36 2.08 0.28 0.13 1.31
0.46 2.09
σσσσ1'/σσσσ3'
1.00
(Kg/cm2) (Kg/cm2) (Kg/cm2)
0.00 0.00 2.00 2.00 0.00 0.00
(Kg/cm2)
2.00
Deform. Esf. Desv. σσσσ1' P Q Q/P
30.50% 4.00
91% 2.00
9.97 1.81
4.98 0.20
10.00
0.92
1.79
1.84
1.89
13.00
12.00 2.14
3.00
6.00
3.07
2.19 3.13
0.20
0.50
1.00
2.61
2.52
2.73
2.00
0.532.87
1.00
0.05
(%)
0.23
1.95 0.792.74
2.32 0.11
2.06
0.61 0.31
0.84 0.441.89
4.00
2.78
2.77
2.79
0.90
0.92
0.95
Ensayos de Mecánica de suelos
ING. TANIA ZAPATA COACALLA 79
ESPECIMEN 3
Altura (cm) Densidad húmeda (g/cm3)Diametro (cm) Velocidad de carga (mm/min)Humedad (%) Presion de celda σσσσ3 Kg/cm2)Parámetro B Contrapresión Kg/cm2)
Presión de celda efectivo σσσσ3' (Kg/cm2)
PRESIÓN σσσσ3' OblicuidadPOROS (Kg/cm2)(Kg/cm2)
0.00 4.00
0.26 3.74
0.38 3.62
0.71 3.29
0.94 3.06
1.13 2.87
1.42 2.58
1.68 2.32
1.78 2.22
1.90 2.10
1.95 2.05
2.04 1.96
2.13 1.87
2.19 1.81
2.21 1.79
2.23 1.77
2.24 1.76
2.23 1.77
2.22 1.78
2.20 1.80
2.20 1.80
2.18 1.82
2.17 1.83
2.15 1.85
2.15 1.85
2.14 1.86
0.522.07
6.00 3.91 2.09 0.53
0.54
0.55
6.00 3.90
2.023.986.00
0.54
4.20 6.00 3.90
4.19 3.916.00
14.00 4.14 6.00
0.54
10.00 4.18
9.00
2.07
2.08
2.083.93
0.53
13.00 4.15 0.53
0.53
0.481.50
1.84
12.00 4.15
3.93
6.00 3.93
6.00
6.003.13
0.44
1.25 3.78 6.00 4.11 1.89 0.46
4.16
0.75 3.42 6.00 4.29 1.71 0.40
4.44 1.57
4.50 0.27
0.35 2.94 6.00 4.53 1.47
0.35
0.32
0.20 2.41 1.21
0.49 0.12
5.70
0.05 0.61
0.10 0.97 4.59 4.11
0.00 0.00
0.314.35 4.05 0.08
0.00 0.00 4.00 4.00
Esf. Desv. P Q/PQ
1.954.056.00
0.50
1.00 3.68
3.90
6.00
1.75
2.00
2.50
3.95
4.04
3.00
4.13
4.036.00 0.491.98
2.11 0.54
3.946.00
2.10
0.51
3.50 4.21
5.00 4.24 6.00
3.906.00
3.88
4.00 4.23
2.10
6.00 4.23 6.00 3.89
4.22 6.00
96% 2.00
2.12
2.12
3.89 2.11 0.54
6.00 3.89 2.12
9.98 1.82
4.98 0.20
27.32% 6.00
4.00
(%) (Kg/cm2) (Kg/cm2) (Kg/cm2) (Kg/cm2) σσσσ1'/σσσσ3'σσσσ1'Deform.
1.00
1.16
1.27
1.73
1.96
2.09
2.33
2.59
2.70
2.86
2.93
3.06
3.21
3.31
3.35
3.39
2.09 0.53 3.28
3.41
3.39
3.37
0.54
2.10
11.00 4.17 6.00 3.92
0.54
7.00
8.00 4.20
3.24
3.24
3.23
3.33
3.30
3.33
Una vez procesado todos los datos, podemos graficar las curvas deformación axial versus
esfuerzo desviador y deformación axial versus presión de poros.
Ensayos de Mecánica de suelos
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El gráfico Q vs.P nos permite visualizar la trayectoria de esfuerzos para cada especímem y poder
trazar una tangente a las tres trayectorias, así poder hallar “a’” que es la distancia del origen y la
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recta tangente, y α que es el ángulo de inclinación de la tangente. Con estos valores se pueden
hallar los parámetros de resistencia efectivos:
Sen φ’= Tan α; C=a’/Cosφ’
Por último trazamos los círculos de Mohr, con los esfuerzos totales, para obtener los parámetros
de cohesión “C” y fricción φ
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
ESFUERZO DE CORTE (Kg/cm2)
ESFUERZO AXIAL (Kg/cm2)
CIRCULO DE MOHR
Cohesión C = 0.22Kg/cm2Angulo de Frición � = 17 º
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ENSAYO DE EXPANSION LIBRE
ASTM D 4829
1. OBJETIVO
Hallar el porcentaje de expansión de la muestra de suelo sin la aplicación de cargas externas,
solo expuestos a saturación.
2. INFORMACIÓN PRELIMINAR
Los tipos de minerales presentes en los suelos influyen en el comportamiento del suelo ante la
presencia del agua entre sus partículas produciendo un aumento de volumen del suelo, a causa
de las presiones intersticiales negativas.
Generalmente estos suelos presentan un alto porcentaje de contracción líneal, y baja resistencia
al corte al entrar en proceso de expansión.
Se determina el potencial de expansión en función la siguiente tabla:
Índice de expansión EI Potencial de expansión
0 – 20
21– 50
51– 90
91– 130
>130
Muy bajo
Bajo
Medio
Alto
Muy alto
3. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
• Tallar la muestra en el molde del ensayo de consolidación, pudiendo ser también remoldeada,
hallando el contenido de humedad natural del suelo.
• Colocar el anillo en la celda de consolidación con su respectivo dial de deformación, tomando
las lecturas a los 8”, 15”, 30”, 1´, 2´, 4´, 8´, 15´aumentando progresivamente el tiempo al doble
hasta que el dial de deformación registre las mismas lecturas en 3 lecturas progresivas.
• Realizar los cálculos y hallar el % de expansión en función a la altura inicial.
Indice de expansión (IE)= ∆H * 1000
Ho
Donde :
∆H= Variación de altura
Ho = Altura inicial del especímen.
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4. DATOS REGISTRADOS
Muestra: Mina Yanacocha Cajamarca
Clasificación SUCS : CH
Estado: Inalterado
Tiempo Variación Altura del Relación Densidad Expansión Transcurrido de altura especímen de vacios Seca %
(min) (cm) (cm) (e) (g/cm3) 0.00 0.000 1.92 0.45 1.64 0.00
0.13 0.030 1.95 0.47 1.61 1.56
0.25 0.047 1.97 0.49 1.60 2.45
0.50 0.082 2.00 0.51 1.57 4.27
1.00 0.132 2.05 0.55 1.53 6.88
2.00 0.230 2.15 0.63 1.46 11.98
4.00 0.301 2.22 0.68 1.42 15.68
8.00 0.503 2.42 0.83 1.30 26.20
15.00 0.542 2.46 0.86 1.28 28.23
30.00 0.572 2.49 0.88 1.26 29.78
60.00 0.608 2.53 0.91 1.25 31.67
120.00 0.629 2.55 0.93 1.23 32.76
240.00 0.649 2.57 0.94 1.23 33.80
370.00 0.655 2.57 0.95 1.22 34.09
1440.00 0.687 2.61 0.97 1.21 35.78
2880.00 0.698 2.62 0.98 1.20 36.36
4285.00 0.705 2.62 0.98 1.20 36.69
8495.00 0.724 2.64 1.00 1.19 37.68
9905.00 0.730 2.65 1.00 1.19 38.02
12800.00 0.738 2.66 1.01 1.18 38.43
14400.00 0.741 2.66 1.01 1.18 38.59
18720.00 0.748 2.67 1.02 1.18 38.96
23040.00 0.760 2.68 1.03 1.17 39.57
23040.00 0.765 2.68 1.03 1.17 39.84
Ensayos de Mecánica de suelos
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0.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
14.00
16.00
18.00
20.00
22.00
24.00
26.00
28.00
30.00
32.00
34.00
36.00
38.00
40.00
42.00
0.10 1.00 10.00 100.00 1000.00 10000.00 100000.00
EXPANSION EN %
CURVA DE EXPANSION
TIEMPO EN MINUTOS
RESULTADOExpansión=38.9%
5. CONCLUSIONES DEL ENSAYO
• Se realizó este ensayo con un suelo CH en estado inalterado, obteniendo una expansión de
38.9%, en un lapso de tiempo de 16 días, obteniendo un índice de expansión de 395.8
llegando a determinar que su potencial de expansión es muy alto. Por lo tanto muy peligroso
como suelo de cimentación o para presas de tierra.
Ensayos de Mecánica de suelos
ING. TANIA ZAPATA COACALLA 85
BIBLIOGRAFIA
� Joseph E. Bowles – MANUAL DE LABORATORIO DE SUELOS EN LA
INGENIERIA CIVIL –McGRAW-HILL 1982 � Clasificación y manual de laboratorio de suelos – UNI � Alfonso Rico y Hermilio Del Castillo – LA INGENIERIA DE SUELOS EN VIAS
TERRESTRES tomo I y II – ED. LIMUSA 1996 � Carlos Crespo Villalaz.- MECANICA DE SUELOS Y CIMENTACIONES – ED.
LIMUSA 1995 � Juárez Badillo MECANICA DE SUELOS – Tomo I – Editorial Limusa. � Raul Valle Rodas – CARRETERAS CALLES Y AEROPISTAS- Editorial “EL
ATENEO”. � Louis Berger Internacional- MANUAL DE PROCEDIMIENTOS DE ENSAYOS DE
LABORATORIO.
� Memorias del seminario taller – MECANICA DE SUELOS Y EXPLORACION GEOTECNICA. UNI. 2002