guias ensayos de geotecnia

MANUAL DE PRÁCTICAS DE LABORATORIO DE SUELOS-UPTC.

U N I V E R S I D A D

P E D A G Ó G I C A Y

T E C N O L Ó G I C A D E

C O L O M B I A

F A C U L T A D D E I N G E N I E R Í A .

E S C U E L A D E I N G E N I E R Í A

C I V I L .

A V . N O R T E N ° 3 9 - 1 1 5 .

T u n j a ( B o y a c á ) .

2 6 / 0 1 / 2 0 1 6

Realizado por:

Edwin Albeiro Suarez Reátiga

Documento para la realización de prácticas de

laboratorio de mecánica de suelos y rocas,

creado como guía para estudiantes de las

asignaturas de geotecnia básica y geotecnia

aplicada I. Los procedimientos descritos

cumplen con los requisitos de las normas del

Instituto Nacional de Vías (INVIAS) y la

sociedad americana para la prueba de

materiales (ASTM).

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL

Contenido

1. RECONOCIMIENTO DE EQUIPOS Y MATERIALES DE LABORATORIO ..... 7

1.1 OBJETIVO ..................................................................................................... 7

1.2 PROCEDIMIENTO......................................................................................... 8

1.3 CUESTIONARIO. .......................................................................................... 8

2. RELACIONES DE FASES Y PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS SUELOS. .... 9

2.1 OBJETIVO. .................................................................................................... 9

2.2 MATERIALES. ............................................................................................... 9

2.3 PROCEDIMIENTO......................................................................................... 9

2.4 CÁLCULOS. ................................................................................................ 10

2.5 CUESTIONARIO ......................................................................................... 12

3. LÍMITES DE CONSISTENCIA. ...................................................................... 14

3.1 OBJETIVO. .................................................................................................. 14

3.2 EQUIPOS Y MATERIALES. ........................................................................ 14

3.3 PROCEDIMIENTO....................................................................................... 14

DETERMINACIÓN DEL LÍMITE LÍQUIDO DE LOS SUELOS (LL) .................... 14

DETERMINACIÓN DEL LÍMITE PLÁSTICO DE LOS SUELOS (LP) ................ 17

DETERMINACIÓN DEL LÍMITE DE CONTRACCIÓN DE LOS SUELOS (LC) 18

3.4 CÁLCULOS. ................................................................................................ 19

3.5 CUESTIONARIO. ........................................................................................ 22

4. GRAVEDAD ESPECÍFICA PARA AGREGADOS FINOS. ............................. 25

4.1 OBJETIVO. .................................................................................................. 25


4.3 PROCEDIMIENTO ................................................................................... 27

4.3.1 Para arenas ........................................................................................... 27

4.3.2 Para arcillas .......................................................................................... 27

4.4 CÁLCULOS. ................................................................................................ 28



5. GRAVEDAD ESPECÍFICA PARA GRAVAS O ROCAS. ................................ 31

5.1 OBJETIVO. .................................................................................................. 31

5.3 PREPARACIÓN DE LA MUESTRA. ............................................................ 31

5.4 CÁLCULOS. ................................................................................................ 33

6. DETERMINACIÓN DE LOS TAMAÑOS DE LAS PARTÍCULAS DE LOS

SUELOS POR MEDIO DE TAMIZADO. ................................................................ 36

6.1 OBJETIVO. .................................................................................................. 36


6.3 PROCEDIMIENTO....................................................................................... 37

6.4 CÁLCULOS. ................................................................................................ 38


SUELOS- HIDRÓMETRO. .................................................................................... 41

7.1 OBJETIVO. .................................................................................................. 41

7.2 MATERIALES. ............................................................................................. 41

7.3 PROCEDIMIENTO....................................................................................... 41

7.4 CÁLCULOS. ................................................................................................ 45

7.5 Formato de Cálculos. ................................................................................... 46

8. COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD DE LOS SUELOS.

MÉTODO DE CARGA VARIABLE. ....................................................................... 48

8.1 OBJETIVO ................................................................................................... 48


8.3 PROCEDIMIENTO....................................................................................... 48

8.4 CÁLCULOS. ................................................................................................ 49

9. PERMEABILIDAD DE SUELOS GRANULARES (CABEZA CONSTANTE)

INV E – 130 – 13 ................................................................................................... 51

9.1 OBJETIVO ................................................................................................... 51


9.3 PROCEDIMIENTO....................................................................................... 52

9.4 CÁLCULOS. ................................................................................................ 53

10. COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD DE LOS SUELOS. .......................... 56

(Obtenido en Campo). ........................................................................................... 56



10.1 OBJETIVO. ................................................................................................ 56

10.2 MATERIALES Y EQUIPOS. ...................................................................... 56

10.3 PROCEDIMIENTO..................................................................................... 56

10.4 CÁLCULOS. .............................................................................................. 57

10.5 CUESTIONARIO........................................................................................ 57

11. DENSIDAD Y PESO UNITARIO DEL SUELO EN EL TERRENO POR EL

MÉTODO DEL CONO Y ARENA. ......................................................................... 59

11.1 OBJETIVO ................................................................................................. 59

11.2 EQUIPOS Y MATERIALES. ...................................................................... 59

11.3 DETERMINACIÓN DE LA CONSTANTE DEL CONO ............................... 60

11.4 PROCEDIMIENTO..................................................................................... 62

11.5 CÁLCULOS. .............................................................................................. 64

12. CARGA PUNTUAL Y COMPRESIÓN PARA NÚCLEOS DE ROCA ........... 67

12.1 OBJETIVO. ................................................................................................ 67


12.3 PROCEDIMIENTO..................................................................................... 68

12.4 CÁLCULOS. .............................................................................................. 71

13. CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS INV E – 151 – 13 ..... 73

13.1 OBJETIVO. ................................................................................................ 73


13.1 PREPARACIÓN DE LA MUESTRA. ..................................................... 73

13.4 PROCEDIMIENTO..................................................................................... 74

13.5 CÁLCULOS. .............................................................................................. 74

14. COMPRESIÓN INCONFINADA EN MUESTRAS DE SUELOS. ................. 81

14.1 OBJETIVO. ................................................................................................ 81


14.3 PREPARACIÓN DE LA MUESTRA. .......................................................... 82

14.4 PROCEDIMIENTO..................................................................................... 82

14.5 CÁLCULOS. .............................................................................................. 84

15. COMPRESIÓN SIMPLE EN ROCAS- CON MEDIDA DE DEFORMACIÓN.

87



15.1 OBJETIVO. ................................................................................................ 87

15.2 EQUIPOS Y MATERIALES. .................................................................. 87

15.3 PROCEDIMIENTO. ............................................................................... 87

15.4 CÁLCULOS. .......................................................................................... 88

16 ENSAYO DE CORTE DIRECTO EN SUELOS............................................ 91

16.1 OBJETIVO ............................................................................................ 91

16.2 EQUIPOS Y MATERIALES. .................................................................. 91

16.3 PREPARACIÓN DE LA MUESTRA. ..................................................... 91

16.4 PROCEDIMIENTO. ............................................................................... 91

16.5 CÁLCULOS. .......................................................................................... 94

17. SENSITIVIDAD EN MUESTRAS DE SUELOS. ........................................ 100

17.1 OBJETIVO .......................................................................................... 100

17.2 EQUIPOS Y MATERIALES. ................................................................ 100

17.3 PROCEDIMIENTO. ............................................................................. 101

17.4 CÁLCULOS. ........................................................................................ 103

17.5 CUESTIONARIO. ................................................................................ 104

18. GUÍA DE TRABAJO PARA LA EXPLORACIÓN ...................................... 106

18.1 OBJETIVO. .............................................................................................. 106

GENERALIDADES. ......................................................................................... 106

18.2 MATERIALES. ......................................................................................... 106

18.3 PROCEDIMIENTO RECOMENDADO. ................................................... 107

18.4 CONTENIDO DEL INFORME .................................................................. 109

19. NORMAS TÉCNICAS UTILIZADAS. ......................................................... 114



LISTA DE FIGURAS

FIGURA 1 Diagrama De Fases- Elaboración Propia ........................................................................ 10 FIGURA 2 Ranura Antes y Después de Cerrarse ............................................................................. 16 FIGURA 3 Ejemplo Presentación de Resultados- Ensayo de Límites de Consistencia. .................. 23 FIGURA 4 Masa Recomendada Para Muestra De Ensayo .............................................................. 26 FIGURA 5 Extracción De Aire Atrapado En El Matraz Mediante Bomba De Vacío. . ...................... 27 FIGURA 6 VALORES DE COEFICIENTE K ..................................................................................... 29 FIGURA 7 Cantidades Mínimas para Ensayo. .................................................................................. 32 FIGURA 8 Curva de Gradación. ........................................................................................................ 38 FIGURA 9 Aparato para el ensayo del cono y arena. ....................................................................... 60 FIGURA 10 Excavación del Hueco ................................................................................................... 63 FIGURA 11 Llenado del Hueco con Arena ....................................................................................... 63 FIGURA 12Especificaciones exigidas a la forma de muestras para el ensayo diametral. a) ensayo

axial. b) ensayo de bloque. c) ensayo de fragmento de roca irregular. ............................................ 68 FIGURA 13 Formas Típicas De Falla Para Ensayos Válidos Y No Válidos. .................................... 70 FIGURA 14 Cv Por Medio Del Método de Taylor. ............................................................................ 75 FIGURA 15 Gráfica Presión Contra Relación de Vacíos .................................................................. 78 FIGURA 16 Gráfica- Cálculo de Cr y Cc ........................................................................................... 79 FIGURA 17 Identificación del material de Acuerdo al Tipo de Falla Presentada. ............................ 83 FIGURA 18 Consistencia de la Arcilla de Acuerdo al qu Obtenido. .................................................. 85 FIGURA 19 Imágenes ensayo Compresión Simple en Rocas. ........................................................ 88 FIGURA 20 Caja Para El Ensayo De Corte Directo .......................................................................... 94 FIGURA 21 Formato para Cálculos- Ensayo de Corte Directo ......................................................... 94 FIGURA 22 Esfuerzo Cortante Vs Esfuerzo Normal......................................................................... 96 FIGURA 23 Esfuerzo Cortante Vs Desplazamiento Horizontal ........................................................ 97 FIGURA 24 Clasificación de la sensitividad. ................................................................................... 104



LISTA DE TABLAS

Tabla 1 Equipos Y Materiales Del Laboratorio. ................................................................................... 7 Tabla 2 Formato De Toma De Datos- Relaciones De Fases. ......................................................... 13 TABLA 3 Formato Para Toma De Datos- Límites. ................................................................ 24 Tabla 4 Formato Para Toma De Datos-Gravedad Específica Finos. ............................................... 30 Tabla 5 Formato Para Toma de Datos- Ensayo Gravedad Específica en Gravas. .......................... 35 Tabla 6 Masa Mínima Para el Ensayo .............................................................................................. 37 Tabla 7 Formato de Cálculos- Granulometría ................................................................................... 38 Tabla 8 Formato para Toma de Datos Ensayo Granulométrico ....................................................... 40 Tabla 9 Factores De Corrección Por Temperatura. .......................................................................... 43 Tabla 10 Valores de Profundidad Efectiva ........................................................................................ 44 Tabla 11 Valores de K para el Cálculo del Diámetro de las Partículas. ........................................... 45 Tabla 12 Formato de Datos ensayo de Gradación por Hidrómetro .................................................. 47 Tabla 13 Formato toma de datos-Ensayo de Permeabilidad Carga Variable. ................................ 50 Tabla 14 Relación entre la viscosidad del agua y la temperatura a una presión de 101.325 kPa ... 53 Tabla 15 Formato de Datos Ensayo de- Permeabilidad Carga Constante ....................................... 55 Tabla 16 Clasificación de la Permeabilidad. ..................................................................................... 57 Tabla 17 Formato de Datos- Ensayo de Permeabilidad en Campo. ................................................ 58 Tabla 18 Volúmenes mínimos del hueco de ensayo de acuerdo con el tamaño

máximo de las partículas del suelo a ensayar . ..................................................................... 63 TABLA 19 Formato Toma De Datos- Densidad Cono Y Arena. ...................................................... 66 Tabla 20 Formato de Cálculos ......................................................................................................... 71 Tabla 21 Formato Toma de Datos- Ensayo de Carga Puntual ........................................................ 72 Tabla 22 Formato de Cálculos (1) ..................................................................................................... 76 Tabla 23 Formato de Cálculos (2) ..................................................................................................... 77 Tabla 24 Formato Toma de Datos- Consolidación unidimensional de Suelos. ................................ 80 Tabla 25 Formato de Cálculos- Ensayo de Compresión Simple. ..................................................... 83 Tabla 26 Formato de datos- Ensayo de Compresión Inconfinada en suelos ................................... 86 Tabla 27 Formato de Resultados-Compresión Simple En Rocas. ................................................... 90 Tabla 28 Tiempo por defecto para la alcanzar la falla en el espécimen. .......................................... 93 Tabla 29 Formato Toma de Datos-Ensayo de Corte Directo. ........................................................... 98 Tabla 30 Formato de Datos-Ensayo de Corte Directo. Equipo Rossemberg .................................. 99 Tabla 31 Formato De Cálculos- Ensayo De Sensitividad. .............................................................. 103 Tabla 32 Formato toma de datos- ensayo de sensitividad ............................................................. 105 Tabla 33 Formato de campo- Exploración. ..................................................................................... 112



LABORATORIO N°1

1. RECONOCIMIENTO DE EQUIPOS Y MATERIALES DE LABORATORIO

1.1 OBJETIVO

Conocer los diferentes equipos y materiales disponibles en el laboratorio de

suelos, y entender su uso adecuado para la caracterización física y mecánica de

los suelos.

Tabla 1 Equipos Y Materiales Del

Laboratorio.

Balanza

Beaker

Botiquín

Calibrador pie de rey

Capsula

Cazuela de Casagrande

Deformímetro

Edómetro

Equipo para ensayo del cono y arena

Espátula

Estufa

Extintor

Hidrómetro

Horno

Lastre, balde

Licuadora

Máquina de carga puntual

Máquina de compresión inconfinada

Máquina de corte directo

Maquina universal

Matraz

Papel filtro

Permeámetro

Pipeta

Platón

Probeta

Tamiz

Termómetro

Triaxial

Triturador de muestra



MANUAL DE PRÁCTICAS DE LABORATORIO DE SUELOS. EDWIN A. SUAREZ R.

8

1.2 PROCEDIMIENTO.

Explicación de las normas generales de seguridad, de comportamiento y de

trabajo dentro del laboratorio.

Recorrido por el laboratorio conociendo los diferentes equipos y materiales.

1.3 CUESTIONARIO.

1. Enuncie las normas de seguridad que se deben tener en cuenta al realizar

laboratorios de geotecnia.

2. ¿Cuál es la finalidad de realizar un ensayo de laboratorio?

3. ¿Cuál es la importancia de realizar ensayos de laboratorios en la ingeniería

civil y específicamente en el área de geotecnia?

4. Realice una lista de los equipos vistos en el laboratorio de con su respectiva

foto y descripción (uso principal, precisión, unidades. etc.).

5. Describa otros equipos y materiales empleados para la realización de

ensayos de laboratorio




9

LABORATORIO N° 2

2. RELACIONES DE FASES Y PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS SUELOS.

2.1 OBJETIVO.

Determinar las relaciones volumétricas y gravimétricas de los suelos mediante un

ensayo de laboratorio, para poder determinar sus propiedades físicas.

2.2 MATERIALES.

Muestra de suelo inalterada.

Calibrador.

Balde con agua.

Lastre.

Balanzas de precisión.

Estufa.

Parafina

Horno.

PREPARACIÓN DE LA MUESTRA.

La muestra necesaria para realizar el ensayo debe estar en estado

inalterado, y preferiblemente poseer forma cilíndrica.

Se deben describir las propiedades físicas de la muestra a trabajar (color,

tamaño de partículas, tipo de material, dureza, consistencia, plasticidad,

textura, etc.).

2.3 PROCEDIMIENTO.

Método de inmersión en parafina.

Calentar la parafina en un recipiente sobre la estufa y luego de estar disuelta

sumergir la muestra de tal forma que esta quede cubierta con una película de

parafina.

pesar la muestra recubierta con parafina. (Wmuestra h+ parafina).

Pesar el lastre sumergido en el balde con agua. (W lastre).

Pesar la muestra con parafina y el lastre sumergidos en el balde con agua.

(Wmuestra h+ parafina+ lastre).




10

DETERMINAR HUMEDAD NATURAL DEL SUELO.

Tomar la muestra y retirar la capa de parafina.

Tomar una porción de muestra mayor de 50 gr para determinar la humedad

natural.

Pesar una capsula en la balanza de 0.01gr de precisión.

Depositar la muestra de suelo en la capsula y registrar su peso (Wc + mh).

Llevar la capsula que contiene la muestra al horno durante 24 horas a una

temperatura de ±110°C.

2.4 CÁLCULOS.

Determinación del diagrama de fases.

Constantes necesarias.

Peso específico del agua ɣw= 0,99gr/cm³

Peso específico de la parafina. ɣp=0,92 gr/cm³

Gravedad específica Gs=2,67 (asumido únicamente para el ensayo).

FIGURA 1 Diagrama De Fases- Elaboración Propia




11

→ Volumen de la muestra más parafina: principio de Arquímedes.

𝑉𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 ℎ + 𝑝𝑎𝑟𝑎𝑓𝑖𝑛𝑎 =𝑊𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 + 𝑝𝑎𝑟𝑎𝑓𝑖𝑛𝑎 − (𝑊𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 ℎ + 𝑝𝑎𝑟𝑎𝑓𝑖𝑛𝑎 + 𝑙𝑎𝑠𝑡𝑟𝑒 − 𝑊𝑙𝑎𝑠𝑡𝑟𝑒

ɣ𝑤

→ Humedad Natural 𝑊𝑛 =(𝑊𝑐+𝑚ℎ)−(𝑊𝑐+𝑚𝑠)

(𝑊𝑐+𝑚𝑠)−𝑊𝑐

→ Peso del sólido 𝑊𝑠 =𝑊𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎

1+𝑊𝑛

→ Peso del agua 𝑊𝑤 = 𝑊𝑛 ∗ 𝑊𝑠

→ Peso de la parafina 𝑊𝑝 = 𝑊𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 + 𝑝𝑎𝑟𝑎𝑓𝑖𝑛𝑎 − 𝑊𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎

→ Volumen de la parafina 𝑉𝑝 =𝑊𝑝

ɣ𝑝

→ Volumen de los sólidos 𝑉𝑠 =𝑊𝑠

ɣ𝑤∗𝐺𝑠

→ Volumen de agua 𝑉𝑤 =𝑊𝑤

ɣ𝑊

→ Volumen de aire 𝑉𝑎 = 𝑉𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 + 𝑝𝑎𝑟𝑎𝑓𝑖𝑛𝑎 − 𝑉𝑠 − 𝑉𝑤 − 𝑉𝑝

→ Volumen de vacíos 𝑉𝑣 = 𝑉𝑤 + 𝑉𝑎

→ Volumen de muestra 𝑉𝑚 = 𝑉𝑤 + 𝑉𝑎 + 𝑉𝑠

PROPIEDADES FÍSICAS

𝑒 =𝑉𝑣

𝑉𝑠

ɣ =𝑊𝑚

𝑉𝑚

𝑛 =𝑉𝑣

𝑉𝑚∗ 100%

ɣ𝑑 =𝑊𝑠

𝑉𝑚

S=𝑉𝑤

𝑉𝑣∗ 100%

ɣ𝑠 =𝑊𝑠

𝑉𝑠

𝑊𝑛 =𝑊𝑤

𝑊𝑠

ɣ𝑠𝑎𝑡 =𝑊𝑠 + (𝑉𝑣 ∗ ɣ𝑤)

𝑉𝑚




12

2.5 CUESTIONARIO

17. ¿Cuál es la importancia de realizar un ensayo de relaciones de fases al

investigar el suelo?

17. Clasifique la muestra de acuerdo a las características observadas, y los

resultados obtenidos en el ensayo.

17. Dibujar el diagrama de fases del suelo, con los valores obtenidos.

17. Investigar y describir brevemente que otros métodos existen para la

determinación de las propiedades físicas de los suelos además del

realizado en el laboratorio de inmersión en parafina




13

Tabla 2 Formato De Toma De Datos- Relaciones De Fases.

Proyecto Fecha

Localización Sondeo Grupo

DESCRIPCIÓN FÍSICA

DATOS RELACIÓNES DE FASES

Muestra N°

Profundidad

W (muestra)

W (muestra+parafina)

W(Lastre)

W M+Parafina+ Lastre

W (Cápsula)

W(Cap+ mh)

W(Cap+ ms)

DESCRIPCIÓN FÍSICA

DATOS RELACIONES DE FASES

Muestra N°

Profundidad

W (muestra)

W (muestra+parafina)

W(Lastre)

W M+Parafina+ Lastre

W (Cápsula)

W(Cap+ mh)

W(Cap+ ms)

OBSERVACIONES:




14

LABORATORIO N°3

3. LÍMITES DE CONSISTENCIA.

Limite líquido limite, plástico y de contracción.

3.1 OBJETIVO.

Caracterizar el comportamiento de un suelo, basándose en los cuatro estados de

consistencia según la humedad, de acuerdo a su límite líquido, plástico y de

contracción.

3.2 EQUIPOS Y MATERIALES.

Cazuela de Casagrande.

Ranurador.

Horno

Agua destilada o desmineralizada.

Mortero con pistón.

Tamiz #40

Balanza de precisión de 0,01gr.

Calibrador.

Placa de fibra plana o platón.

Muestra de suelo.

Material misceláneo (espátulas, capsulas, bayetilla, brocha, etc.)

3.3 PROCEDIMIENTO.

DETERMINACIÓN DEL LÍMITE LÍQUIDO DE LOS SUELOS (LL)

Límite líquido (LL, wL) – Contenido de humedad del suelo, expresado en porcentaje,

cuando se halla en el límite entre los estados líquido y plástico.

El ensayo se realiza siguiendo el procedimiento de preparación de muestras por vía

seca, y la forma de realización del ensayo se usa el método A o multipunto.

ELABORACIÓN DEL ESPÉCIMEN DE ENSAYO.

Se obtiene una porción representativa de la muestra, suficiente para

suministrar de 150 a 200 g de material que pase el tamiz de 425 μm (No. 40).

masa mezclada. es necesario que previamente al desarrollo del ensayo sea

secado al aire libre.




15

Se pulveriza el material en un mortero empleando una maja forrada en

caucho u otro procedimiento que no cause rotura de las partículas

individuales del suelo. Cuando las partículas gruesas halladas durante el

proceso correspondan a concreciones, conchillas u otros materiales frágiles,

ellas no se deben triturar para obligarlas a pasar por el tamiz de 425 μm (No.

40), sino que se deben remover manualmente.

CALIBRACIÓN DEL EQUIPO.

Ajuste de la altura de caída libre de la cazuela – La altura se debe ajustar de

manera que la parte de la cazuela que golpea la base se eleve a una altura

de 10 ± 2 mm.

Revisar que tanto la leva como, la base, y soporte de la cazuela, no tengan un

desgaste que afecte el funcionamiento, que produzca un juego de más de

3mm, verificar que el desgaste del ranurador no sea muy pronunciado.

MÉTODO DE PREPARACIÓN POR VÍA SECA:

Se separa el material a través del tamiz de 425 μm (No. 40), sacudiendo el

tamiz manualmente para asegurar la separación de la fracción fina.

Mezclar con 15 a 20 ml de agua destilada o desmineralizada la muestra

tamizada sobre el vidrio de tal forma que se obtenga una pasta homogénea.

Se remezcla completamente el espécimen, ajustando su contenido de agua

para que adquiera la consistencia requerida para que sean necesarios entre

25 y 35 golpes de la cazuela para cerrar la ranura que se forma en el suelo.

Se coloca una cantidad adecuada de suelo en la cazuela encima del punto

donde ésta descansa en la base y se comprime y extiende con la espátula

para nivelarla y, a la vez, dejarla con una profundidad de 10 mm en el punto

de su máximo espeso. Se debe usar el menor número posible de pasadas

con la espátula, evitando atrapar burbujas de aire en la masa de suelo. El

suelo excedente se debe devolver al recipiente mezclador, el cual se debe

tapar con el fin de retener la humedad de la muestra. Se debe enrasar

horizontalmente.




16

El suelo colocado sobre la cazuela de bronce se divide con una pasada firme

del ranurador, hundiendo el lado biselado de éste hacia adelante en una línea

que va desde el punto más alto hasta el más bajo del borde de la cazuela.

Se verifica que no haya restos de suelo ni en la base ni en la parte inferior de

la cazuela. Entonces, se levanta y golpea la cazuela girando la manija a una

velocidad de 1.9 a 2.1 revoluciones por segundo, hasta que las dos mitades

de la pasta de suelo se pongan en contacto en el fondo de la ranura a lo largo

de una distancia de cerca de 13 mm. Se registra el número de golpes.

Nota1: Por ningún motivo se deberá sostener la base del equipo con una

mano mientras se gira la manivela.

FIGURA 2 Ranura Antes y Después de Cerrarse- Tomado de I.N.V.E-125-13

Pesar una capsula e introducir el material de la cazuela de Casagrande, pesar

nuevamente para obtener peso capsula+muestra húmeda (Wcap+Mh).

Llevarla al horno durante 24 horas a una temperatura constante de 110°

±5°C. cumplido el tiempo, sacar la muestra y tomar su peso en conjunto.

Repetir el proceso dos veces más adicionando agua o material según sea el

caso.




17

En cada ensayo se procura que el número de golpes esté entre 15-25, 20-30

y 25-35. (a mayor cantidad de agua adicionada menor será el número de

golpes necesarios para cerrar la ranura.).

NOTA2: si luego de varios ensayos con contenidos de agua sucesivamente

mayores, la pasta de suelo se continúa deslizando en la cazuela o si el

número requerido de golpes para cerrar la ranura es siempre menor de 25, se

informa que no es posible determinar el límite líquido y que el suelo es no

plástico (NP), sin que sea necesario realizar el ensayo de límite plástico.

Teniendo los valores de humedad y el número de golpes de cada ensayo,

graficar la curva de fluidez en papel semi-logaritmico (humedad Vs No. De

golpes.)

El contenido de humedad correspondiente a la intersección de la curva de

fluidez con la ordenada de 25 golpes se toma como límite liquido del suelo y

se aproxima este valor al número entero más cercano.

DETERMINACIÓN DEL LÍMITE PLÁSTICO DE LOS SUELOS (LP)

El ensayo del límite plástico se realiza sobre el mismo material preparado para la

determinación del límite líquido.

A los fines de comparar valores medidos o calculados con límites especificados,

el valor medido o calculado se deberá redondear al dígito significativo más

próximo al del límite especificado.

Límite plástico (LP, wP) – Contenido de agua del suelo, expresado en porcentaje,

cuando se halla en el límite entre los estados plástico y semisólido.

Se toma una porción de 20 g, o un poco más, del suelo preparado para el

ensayo del límite líquido, ya sea luego del segundo mezclado antes del

ensayo o del suelo que sobre al terminar la prueba del límite líquido

(norma INV E–125). Se reduce el contenido de agua de esta porción de

suelo hasta que alcance una consistencia que permita enrollarlo sin que se

pegue a las manos.




18

Pesar 2 capsulas y registrar su número.

Hacer cilindros de 3mm de diámetro con la palma de las manos hasta que

se formen pequeñas grietas en ellos, de longitud entre 3 y 4 cm, en un

tiempo no mayor a dos minutos por cilindro.

Depositar estos rollitos en una capsula previamente pesada, hasta tener

aproximadamente 20g (el material debe ser por lo menos 2 veces el peso

de la capsula en la que se va a depositar) y se registra su peso.

Llevarla al horno durante 24 horas a una temperatura de 110 ±5°C.

cumplido el tiempo sacar la muestra del horno y tomar su peso en

conjunto.

DETERMINACIÓN DEL LÍMITE DE CONTRACCIÓN DE LOS SUELOS (LC)

Límite de contracción – Es el contenido máximo de agua, por debajo del cual un

secado adicional no causa una disminución de volumen de la muestra de suelo, pero

por encima de cual un incremento en el contenido de agua sí produce un aumento

en el volumen de la masa de suelo.

Tomar 3 recipientes adecuados para límite de contracción, se determina el

volumen interno de la capsula, tomando el diámetro y la altura con el

calibrador.

Aplicar una película de aceite o vaselina a la capsula para evitar la adhesión

del suelo y pesarla.

Preparar una pasta del material de consistencia blanda de manera que sea

fácilmente manejable en la capsula, evitando la formación de burbujas de aire.

Para suelos friables, la cantidad de agua requerida para llegar a la

consistencia deseada es igual o ligeramente mayor que el límite líquido; y

para suelos plásticos, la cantidad de agua puede exceder en un 10% el límite

líquido.




19

Colocar una cantidad de suelo húmedo igual o cercana a la tercera parte del

volumen de la capsula en el centro de este y se fuerza para que fluya hacia

los bordes golpeándolo suavemente contra una superficie firme.

A continuación se agrega una cantidad de suelo aproximadamente igual a la

primera porción y se golpea el recipiente hasta que el suelo este

completamente compactado y todo el aire haya sido expulsado. Se repite el

procedimiento de agregar muestra una vez más, se enrasa la capsula y se

toma su peso.

La muestra de suelo se deja secar a temperatura ambiente, hasta que el color

de la misma cambie de oscuro a claro, momento en el que la muestra ha

perdido toda su humedad.

Llevar la muestra al horno donde será secada a una temperatura de

110°±5°C, pesarla para obtener W(c+ms).

Finalmente se pesa la capsula más la muestra seca, se le toma a la muestra

el diámetro y la altura.

3.4 CÁLCULOS.

Límite líquido (LL)

→ Se calcula el contenido de agua de cada porción del suelo,

expresándolo como porcentaje de la masa del suelo secado en

el horno, como sigue:

𝐶𝑜𝑛𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 =𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎

𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑎𝑑𝑜 𝑎𝑙 ℎ𝑜𝑟𝑛𝑜∗ 100

Es decir:

𝑊𝑛 =(𝑊𝑐 + 𝑚ℎ) − (𝑊𝑐 + 𝑚𝑠)

(𝑊𝑐 + 𝑚𝑠) − 𝑊𝑐




20

→ Dibujar la curva de fluidez – La "curva de fluidez", que representa la

relación entre el contenido de humedad y el correspondiente número de

golpes de la cazuela de bronce, se dibuja en un gráfico semi-logarítmico,

con el contenido de agua como ordenada en la escala aritmética y el

número de golpes como abscisa en la escala logarítmica. La curva de

fluidez es una línea recta promedio que pasa tan cerca, como sea posible,

de los tres o más puntos dibujados.

→ De la curva de fluidez obtener β equivalente a la pendiente de la curva.

𝐿𝐿 = 𝑊𝑛 ∗ (𝑁

25)

𝑡𝑎𝑛𝛽

→ El valor de limite liquido corresponderá al promedio de los valores obtenidos

→ Opcionalmente el contenido de agua correspondiente a la intersección de la

curva de fluidez con la abscisa de 25 golpes se toma como Límite Líquido del

suelo y se redondea al número entero más cercano.

Límite plástico (LP)

→ Determinar humedad natural para cada una de las capsulas (W1, W2).

→ Determinar el límite plástico.

𝐿𝑃 =𝑊1 + 𝑊2

2




21

Límite de contracción (LC).

→ Determinar humedad natural (Wn) para cada capsula.

Dónde:

ρw: Densidad del agua, aproximadamente igual a 1.0 g/cm3.

V=volumen de la muestra húmeda

V0=volumen de la muestra seca.

M0= peso de la muestra seca.

W= humedad en porcentaje.

𝐿𝐶 =𝛴𝐿𝐶

3

Índice de plasticidad (IP):

Í𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝑑𝑒 𝑝𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 = 𝑙𝑖𝑚𝑖𝑡𝑒 𝑙í𝑞𝑢𝑖𝑑𝑜 − 𝑙𝑖𝑚𝑖𝑡𝑒 𝑝𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑜

Índice de liquidez (IL)

𝐼𝐿 =𝑊𝑛 − 𝐿𝑃

𝐼𝑃

Índice de consistencia (IC).

𝐼𝐶 =𝐿𝐿 − 𝑊𝑛

𝐼𝑃

Wn= promedio de humedades halladas en el límite de contracción.




22

3.5 CUESTIONARIO.

1. Describa cada uno de los límites establecidos por A. Atterbeg.

2. Cuáles son los principales usos de los límites líquido y plástico.

3. Investigar que otro procedimiento normalizado existe para hallar el límite

líquido de un suelo.

4. ¿Qué variables afectan los resultados del ensayo de límite líquido?

5. Teniendo en cuenta los datos obtenidos y los diversos métodos de

clasificación (clasificación unificada de suelos SUCS, método de la AASTHO,

clasificación del MIT, entre otros) caracterice y clasifique el suelo ensayado.

NORMAS DE REFERENCIA.

(1) Instituto Nacional De Vías Normas De Ensayo De Materiales 2013.

I.N.V. E - 125 Determinación Del Límite Líquido De Los Suelos.


I.N.V. E - 126 Límite Plástico E Índice De Plasticidad De Los Suelos.

(3) Instituto Nacional De Vías Normas De Ensayo De Materiales 2013 I.N.V. E -

127 Determinación De Los Factores De Contracción De Los Suelos.

(4) American Society For Testing Materials - ASTM 4318




23

FIGURA 3 Ejemplo Presentación de Resultados- Ensayo de Límites de

Consistencia. Elaboración propia




24

TABLA 3 Formato Para Toma De Datos- Límites.

DETERMINACIÓN DE LIMITE LÍQUIDO Y PLÁSTICO INV E-125

INV E-126

Fecha:

LIMITE LIQUIDO

Número de muestra

W cap 1 (g)

W cap 2 (g)

W cap 3 (g)

W(cap 1+ muestra húmeda. (g)



W(cap 1+ muestra seca. (g)



Número de golpes 1. (g)



LIMITE PLÁSTICO

Numero de muestra

W cap 1. (g)

W cap 2. (g)





LÍMITE DE CONTRACCIÓN INV E-127 fecha:

Número de muestra

Cápsula. 1 2 3 1 2 3

Diámetro. (cm)

Altura. (cm)

Wcap. (g)

Wc+mh. (g)

Wc+ms. (g).

Diám. muestra seca. (cm)

Altura muestra seca. (cm)




25

LABORATORIO N°4

4. GRAVEDAD ESPECÍFICA PARA AGREGADOS FINOS.

4.1 OBJETIVO.

Determinar la gravedad específica de los suelos que pasan el tamiz de 4.75 mm (No.

4) o Tamiz 0,425 mm (No. 40). , empleando un picnómetro o un matraz aforado.


Picnómetro o Matraz de 500 ml.

Beaker.

Termómetro.

Balanza con precisión de 0.1g.

Tamiz 4.75 mm (No. 4).

Tamiz 0,425 mm (No. 40).

100-110g. de suelo.

Batidora.

Pipeta.

Embudo.

Papel absorbente.

Platones.

Horno.

Material misceláneo (espátula, brocha, bayetilla).

Gravedad específica de las partículas sólidas del suelo, Gs – Es la relación entre la

masa de un cierto volumen de sólidos a una temperatura dada y la masa del mismo

volumen de agua destilada y libre de gas a igual temperatura. La temperatura

generalmente usada como referencia es 20° C.

MUESTRA PARA ENSAYO

Se debe tener especial cuidado en obtener muestras representativas para la

determinación de la gravedad específica de los sólidos del suelo que pase el tamiz

de 4.75 mm (No. 4). La muestra de suelo se puede ensayar con su humedad natural

o se puede secar al horno.




26

FIGURA 4 Masa Recomendada Para Muestra De Ensayo- Tomado de ASTM

Designation: D 854-10

CALIBRACIÓN DEL PICNÓMETRO

Llenar el picnómetro hasta la línea de aforo con agua destilada de tal manera

que la parte inferior del menisco coincida con la marca de calibración.

Secar el cuello del matraz con el papel absorbente y a la vez en el exterior del

recipiente.

Pesar el matraz aforado con el agua y registrar su temperatura (Wm+Ww).

Por medio de un baño de maría se aumenta la temperatura del agua, y con

ayuda de una pipeta se saca el exceso de agua hasta que se tenga la medida

exacta del matraz (línea de aforo), se seca, se pesa y se toma su

temperatura.

Se repite este procedimiento aumentando cinco grados entre cada ensayo

hasta obtener por lo menos cuatro lecturas.

Se grafica (Wm+Ww) Vs. Temperatura.

Realizar una regresión lineal a esta grafica para determinar el peso del matraz

más agua (Wm+Ww) a la temperatura de trabajo.




27

4.3 PROCEDIMIENTO

4.3.1 Para arenas:

Pasar el material por el tamiz 4.75 mm (No. 4).

4.3.2 Para arcillas:

Pasar el material por el tamiz 0,425 mm (No. 40).

Depositar el material en la batidora, añadiendo una cantidad de agua

suficiente y se pone en marcha durante unos minutos.

El procedimiento siguiente es igual tanto para arenas como para arcillas y limos.

Terminado el proceso de batido se deposita todo el contenido de la mezcla

en un matraz calibrado, eliminando el aire atrapado mediante una bomba

de vacío, o mediante cualquier otra técnica de extracción de aire.

FIGURA 5 Extracción De Aire Atrapado En El Matraz Mediante Bomba De Vacío .

Elaboración propia.

Depositar agua para llenar el matraz hasta la marca de aforo, se eliminan

las partículas flotantes en el agua así como el agua en el cuello del

matraz.

Pesar el matraz con su contenido (Wm+Ww+Ws) y se toma la temperatura

de trabajo.

Se pesa un platón.




28

Vaciar todo el contenido en el platón y llevarlo al horno durante 24 horas a

una temperatura de 110°±5°C.

Después de las 24 horas se pesa el platón más muestra seca W(p+ms)

Con base en la curva de calibración del matraz se determina el peso del

matraz más agua (Wm+Ww) con la temperatura de trabajo del ensayo.

4.4 CÁLCULOS.

Wss=W(p+ms)-Wp

En donde:

Wss: peso de la muestra de suelo.

W(p+ms): Peso del platón más muestra de suelo seca.

Wp: peso del platón.

GRAVEDAD ESPECÍFICA.

Relación entre el peso de los sólidos y el peso de un volumen de agua igual al

volumen de los sólidos.

Parámetro adimensional. Se aproxima el valor a 0.01

𝐺𝑠 =𝑊𝑠𝑠 ∗ 𝐾

(𝑊𝑚𝑎𝑡𝑟𝑎𝑧 + 𝑎𝑔𝑢𝑎) + 𝑊𝑠𝑠 − (𝑊𝑚𝑎𝑡𝑟𝑎𝑧 + 𝑎𝑔𝑢𝑎 + 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜)

Dónde:

Wss: Peso de la muestra de suelo seco.

K: Coeficiente de corrección por temperatura (Tabla 128 - 2).

NORMAS DE REFERENCIA:


I.N.V. E - 128 Determinación De la Gravedad Específica De Las partículas

sólidas de los suelos y del llenante mineral, empleando un picnómetro con

agua.

(2) American Society for Testing Materials. Designation: D 854 – 10 Standard

Test Methods for Specific Gravity of Soil Solids by Water Pycnometer.




29

FIGURA 6 VALORES DE COEFICIENTE K - Tomado De I.N.V E-128




30

Tabla 4 Formato Para Toma De Datos-Gravedad Específica Finos.

Proyecto Fecha

Localización Sondeo

Grupo

CALIBRACION DEL MATRAZ

Matraz N°

Datos T (˚C) W(g) T (˚C) W(g) T (˚C) W(g)

1

2

3

4

5

6

7

GRAVEDAD ESPECÍFICA

Número de Muestra.

W(matraz+agua+sólido). (g)

W(Platón). (g)

W(platón+ms). (g)

W(matraz+agua). (g)

T (°C)

GRAVEDAD ESPECÍFICA

Número de Muestra.

W(matraz+agua+sólido). (g)

W(Platón). (g)

W(platón+ms). (g)

W(matraz+agua). (g)

T (°C)

DESCRIPCIÓN DEL MATERIAL

OBSERVACIONES




31

LABORATORIO N°5

5. GRAVEDAD ESPECÍFICA PARA GRAVAS O ROCAS.

5.1 OBJETIVO.

Determinar el valor de la gravedad especifica en agregados gruesos, como pueden

ser gravas, o bloques de roca.


Balanza con precisión de 0,01g.

Canastillas metálicas.

Tanque o balde con agua.

Dispositivo de suspensión.

Tamiz N° 4

Horno a temperatura de 110°C ±5°C.

Bayetilla.

Muestra.

5.3 PREPARACIÓN DE LA MUESTRA.

La muestra se debe obtener de acuerdo con la norma I.N.V E-201

Por cuarteo se selecciona una muestra representativa con la cantidad

adecuada, se deben eliminar las partículas menores a 4,75 mm.

Posteriormente se sumerge en agua, a temperatura ambiente, durante un

período de 24 ± 4 horas.

Después del período de inmersión, se saca la muestra del agua y se secan

las partículas rodándolas sobre un paño absorbente de gran tamaño, hasta

que se elimine el agua superficial visible, secando individualmente los

fragmentos mayores. Se deben tomar las precauciones necesarias para evitar

cualquier evaporación del agua de los poros durante la operación de secado

de la superficie de las partículas.




32

FIGURA 7 Cantidades Mínimas para Ensayo- Tomado de I.N.V E-223-13,

Tabla 223-1.

A continuación se toma el peso de un platón Wp.

Se deposita el material en el platón y se registra el peso del conjunto

Wp+Wsss, donde Wsss es el peso de los sólidos superficialmente secos.

Pesar la canastilla y el lastre sumergidos en el balde Wc+L.

Se coloca el material en la canastilla, se sumerge en el balde con agua todo el

conjunto, registrando su peso Wc+L+m.

Nota 1: Se debe evitar la inclusión de aire en la muestra antes de determinar

su masa, agitando la canastilla mientras está sumergida.

Nota 2: La diferencia entre las masas de la muestra en el aire y sumergida en agua, es igual a la masa de agua desplazada por la muestra.

Nota 3: La canastilla y la muestra deberán quedar completamente

sumergidas durante la pesada. El hilo de suspensión deberá ser lo más corto

posible, para minimizar los efectos de una profundidad de inmersión variable.




33

Se deposita la muestra en el platón y se lleva al horno durante 24 horas, a

una temperatura oscilante entre los 110°C y los 115°C.

Transcurrido el proceso de secado, se pesa la muestra seca más el platón

Wp+ms.

5.4 CÁLCULOS.

→ 𝑾𝒔 = (𝑾𝒑 + 𝒎𝒔) − 𝑾𝒑 (A).

→ 𝑾𝒔𝒖𝒎𝒆𝒓𝒈𝒊𝒅𝒐 = (𝑾𝒄 + 𝑳 + 𝒎) − (𝑾𝒄 + 𝑳) (C).

→ 𝑽𝒔𝒂𝒑𝒂𝒓𝒆𝒏𝒕𝒆 =𝑾𝒔−𝑾𝒔𝒖𝒎𝒆𝒓𝒈𝒊𝒅𝒐

ɣ𝒘

→ 𝑾𝒔𝒔𝒔 = (𝑾𝒔𝒔𝒔 + 𝑾𝒑) − 𝑾𝒑 (B).

→ 𝑽𝒗𝒑𝒆𝒓𝒎𝒆𝒂𝒃𝒍𝒆𝒔 =𝑾𝒔𝒔𝒔−𝑾𝒔

ɣ𝒘

→ 𝑽𝑻 =𝑾𝒔𝒔𝒔−𝑾𝒔𝒖𝒎𝒆𝒓𝒈𝒊𝒅𝒐

ɣ𝒘

Otra forma de calcularlos.

→ 𝑽𝑻 𝒐 𝑽𝒃𝒖𝒍𝒌 = 𝑽𝒔𝒂𝒑𝒂𝒓𝒆𝒏𝒕𝒆 + 𝑽𝒗𝒑𝒆𝒓𝒎𝒆𝒂𝒃𝒍𝒆

→ 𝑨𝒃𝒔𝒐𝒓𝒄𝒊ó𝒏 =𝑽𝒗𝒑𝒆𝒓𝒎𝒆𝒂𝒃𝒍𝒆∗ɣ𝒘

𝑾𝒔∗ 𝟏𝟎𝟎%

→ 𝑮𝒔𝒂𝒑𝒂𝒓𝒆𝒏𝒕𝒆 =𝑾𝒔

𝑽𝒔𝒂𝒑𝒂𝒓𝒆𝒏𝒕𝒆∗ɣ𝒘

→ 𝑮𝒔𝒃𝒖𝒍𝒌 =𝑾𝒔

𝑽𝒃𝒖𝒍𝒌∗ɣ𝒘 (Gravedad especifica Verdadera).

→ 𝑮𝒔𝒔𝒔𝒔 =𝑾𝒔𝒔𝒔

𝑽𝒃𝒖𝒍𝒌∗ɣ𝒘 (Gravedad especifica saturada y superficialmente

seca).




34

Comparar los valores obtenidos con las siguientes expresiones:

→ %𝑨𝒃𝒔𝒐𝒓𝒄𝒊ó𝒏 =𝑩−𝑨

𝑨∗ 𝟏𝟎𝟎

→ 𝑮𝒔𝒃𝒖𝒍𝒌 =𝑨

𝑩−𝑪

→ 𝑮𝒔𝒂𝒑𝒂𝒓𝒆𝒏𝒕𝒆 =𝑨

𝑨−𝑪

→ 𝑮𝒔𝒔𝒔𝒔 =𝑩

𝑩−𝑪


(1) Instituto Nacional De Vías Normas De Ensayo De Materiales 2013. I.N.V E-

223 -13. Densidad, Densidad Relativa (gravedad Específica) del agregado

Grueso

(2) Norma Técnica Colombiana NTC 176 - Método De Ensayo Para Determinar

La Densidad Y La Absorción Del Agregado Grueso




35

Tabla 5 Formato Para Toma de Datos- Ensayo Gravedad Específica en Gravas.

Proyecto Fecha

Localización Sondeo Grupo

ENSAYO DE GRAVEDAD ESPECÍFICA EN GRAVAS I.N.V E-223-13

muestra N°

Wp (Kg)

Wp+Wsss (Kg).

Wc+L (Kg).

Wc+L+m (Kg).

Wp+ms (Kg).

ɣw (N/m3). 9806

Cantidad necesaria (Kg).


muestra N°

Wp (Kg)

Wp+Wsss (Kg).

Wc+L (Kg).

Wc+L+m (Kg).

Wp+ms (Kg).

ɣw (N/m3). 9806



muestra N°

Wp (Kg)

Wp+Wsss (Kg).

Wc+L (Kg).

Wc+L+m (Kg).

Wp+ms (Kg).

ɣw (N/m3). 9806


OBSERVACIONES:




36

LABORATORIO N°6


SUELOS POR MEDIO DE TAMIZADO.

6.1 OBJETIVO.

Determinar cuantitativamente la distribución de los tamaños de las partículas de un

suelo granular por medio del tamizado.


Dos balanzas – Una con sensibilidad de 0.01 g para pesar material que pasa

el tamiz de 2.0 mm (No. 10) y otra con sensibilidad de 0.1 % de la masa de la

muestra, para pesar los materiales retenidos en el tamiz de 2.0 mm (No. 10).

(Agregado grueso).

Tamices de malla cuadrada – Un juego completo de tamices, que incluye los

siguientes:

Material misceláneo

Muestra de suelo.


Según sean las características de los materiales finos de la muestra, el análisis con tamices se hace, bien con la muestra entera, o bien con parte de ella después de separar los finos por lavado. Si la necesidad del lavado no se puede determinar por examen visual, se seca en el horno una pequeña porción húmeda del material y luego se examina su resistencia en seco rompiéndola entre los dedos. Si se puede romper fácilmente y el material fino se pulveriza bajo la presión de aquellos, entonces el análisis con tamices se puede efectuar sin previo lavado. Se prepara una muestra para el ensayo como se describe en la norma INV E – 106, la cual estará constituida por dos fracciones: Una retenida sobre el tamiz de 2 mm (No.10) y otra que pasa dicho tamiz. Ambas fracciones se ensayarán por separado.




37

Para la porción de muestra retenida en el tamiz de 2 mm (No. 10), la masa dependerá del tamaño máximo de partícula, como se indica a continuación:

Tabla 6 Masa Mínima Para el Ensayo Diámetro nominal de las partículas mayores 9.5 mm (3/8”) 19.0 mm (3/4”) 25.4 mm (1”) 38.1 mm (1 ½”) 50.8 mm (2”) 76.2 mm (3”)

Masa mínima aproximada de la porción, g 500 1000 2000 3000 4000 5000

Tomado de INV E-123-13.

6.3 PROCEDIMIENTO.

Seleccionar una muestra representativa del suelo. (por cuarteo).

Determinar el peso total de la muestra (Wm), antes de iniciar el tamizado.

Disponer las mallas en orden descendente de mayor a menor abertura, ubicando además un fondo.

Ensamblar los tamices en orden decreciente según el tamaño de las aberturas de arriba hacia abajo y se debe colocar la muestra en el tamiz superior.

En la operación de tamizado manual se sacude(n) el tamiz o tamices con un movimiento lateral y vertical acompañado de vibración y recorriendo circunferencias, de forma que la muestra se mantenga en movimiento continuo sobre las mallas. En ningún caso se permite girar o manipular fragmentos de la muestra para que pasen a través de un tamiz. Al desmontar los tamices se debe comprobar que la operación está terminada; esto se sabe cuándo no pasa más del 1 % de la parte retenida al tamizar durante un minuto, operando cada tamiz individualmente. Si quedan partículas atrapadas en la malla, se deben separar con una brocha o cepillo y reunirlas con lo retenido en el tamiz. Cuando se utilice una tamizadora mecánica, el resultado se puede verificar usando el método manual.

Se determina la masa de cada fracción en una balanza con una sensibilidad

de 0.1 %. La suma de las masas de todas las fracciones y la masa inicial de la

muestra no deben diferir en más de 1 %.

con el peso total de la muestra (Wm) y la sumatoria de pesos retenidos en

cada tamiz, determinar si es necesario aplicar correcciones a los pesos

retenidos. De acuerdo a:

Σ peso retenido en cada tamiz-Wm ≤ 1%

Corrección

Diferencia de pesos= Σ peso retenido en cada tamiz-Wm




38

Corrección=± 𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑟𝑒𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑡𝑎𝑚𝑖𝑧 𝑖

𝛴𝑝𝑒𝑠𝑜𝑠 𝑟𝑒𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜𝑠∗ 𝑑𝑖𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑝𝑒𝑠𝑜𝑠

𝑷𝒆𝒔𝒐 𝒓𝒆𝒕𝒆𝒏𝒊𝒅𝒐 𝒄𝒐𝒓𝒓𝒆𝒈𝒊𝒅𝒐 = 𝒑𝒆𝒔𝒐 𝒓𝒆𝒕𝒆𝒏𝒊𝒅𝒐 𝒊 ± 𝒄𝒐𝒓𝒓𝒆𝒄𝒊ó𝒏

Nota: si la suma de los pesos retenidos de los tamices es mayor al peso de la

muestra (Wm), la corrección se resta al peso retenido de cada tamiz, de lo contrario

se sumaría; la corrección se suma o se resta en valor absoluto.

6.4 CÁLCULOS.

→ % 𝒓𝒆𝒕𝒆𝒏𝒊𝒅𝒐 = ±𝒑𝒆𝒔𝒐 𝒓𝒆𝒕𝒆𝒏𝒊𝒅𝒐 𝒄𝒐𝒓𝒓𝒆𝒈𝒊𝒅𝒐

𝑾𝒎∗ 𝟏𝟎𝟎

→ % 𝒓𝒆𝒕𝒆𝒏𝒊𝒅𝒐 𝒂𝒄𝒖𝒎𝒖𝒍𝒂𝒅𝒐 = Σ peso retenido desde i hasta n

→ % 𝒒𝒖𝒆 𝒑𝒂𝒔𝒂 = 𝟏𝟎𝟎 − %𝒓𝒆𝒕𝒆𝒏𝒊𝒅𝒐 𝒂𝒄𝒖𝒎𝒖𝒍𝒂𝒅𝒐.

Formato de Cálculos

Tabla 7 Formato de Cálculos- Granulometría

TAMIZ ABERTURA DEL TAMIZ

PESO RETENIDO

PESO RETENIDO

CORREGIDO %RETENIDO

%RETENIDO ACUMULADO

% QUE PASA

Fuente: Elaboración propia.

Curva granulométrica (%que pasa vs Diámetro de las partículas en mm) en

papel semilogarítmico de mínimo tres ciclos D10, D30, D60

FIGURA 8 Curva de Gradación.

Elaboración Propia




39

Por medio de la curva obtener los coeficientes de concavidad Cc y de

Uniformidad Cu, y determinar si el material ensayado se encuentra bien gradado

o no.

Coeficiente de Uniformidad (Cu)

𝑪𝒖 =𝐃𝟔𝟎

𝐃𝟏𝟎

D60=Diámetro de las partículas que pasan el 60%.

D10= Diámetro de las partículas que pasan el 60%.

COEFICIENTE DE CONCAVIDAD (Cc).

𝑪𝒄 =(D30)²

D10 ∗ D60

D30= Diámetro de las partículas que pasan el 30%.

Cuestionario:

1. Defina coeficiente de concavidad y coeficiente de uniformidad.

2. ¿Qué es un material bien gradado?

3. ¿Cuál es la importancia de tener materiales bien gradados en la ejecución de

obras de ingeniería?

4. Comente 5 usos que tiene la curva granulométrica obtenida del suelo.


(1) INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS Normas De Ensayos De Materiales

2013- INV E-123-13. Determinación De Los Tamaños De Las Partículas

De Los Suelos.




40

Tabla 8 Formato para Toma de Datos Ensayo Granulométrico

Proyecto Fecha

Localización Sondeo Muestra N° Grupo

DATOS DE ENTRADA

Tamiz N° Apertura (mm) Wret %Retenido

Wm

∑Wret

%error

Observaciones:

Muestra N°

DATOS DE ENTRADA

Tamiz N° Apertura (mm) Wret %Retenido

Wm

∑Wret

%error

Observaciones:




41

LABORATORIO N° 7


SUELOS- HIDRÓMETRO.

7.1 OBJETIVO.

Determinar cuantitativamente la distribución de los tamaños de las partículas de un

suelo, menores de 75 μm por un proceso de sedimentación empleando un

hidrómetro.

7.2 MATERIALES.

Hidrómetro Conforme a los requisitos para los hidrómetros 151 H o 152 H de

la norma ASTM E 100,

Termómetro- Con apreciación de 0.5° C (0.9° F).

Dos probetas de 1000cm3

Antifloculante

Muestra de suelo.

Balanza

Tamiz N° 200

Platón.

Cronometro.

7.3 PROCEDIMIENTO.

Tomar una muestra de 50g aproximadamente que pase por el tamiz N° 200.

Preparar una solución con una proporción de 40g de anti-floculante

(hexametafosfato de sodio NaPOȝ) por cada litro de agua.

Preparar un cilindro patrón donde debe permanecer el hidrómetro, con agua

preferiblemente destilada y una cantidad igual de anti-floculante a la anterior

solución, realizar la corrección por menisco.

Verificar la temperatura del agua en los dos cilindros.




42

Verter el material en el cilindro de sedimentación con la solución

anteriormente preparada, agitar durante varios segundos con el objeto de

remover los sedimentos del fondo y lograr una suspensión uniforme.

Al terminar el proceso de agitación, colocar el cilindro sobre la mesa y poner

en marcha el cronómetro.

Introducir el hidrómetro en la suspensión.

Tomar las lecturas del hidrómetro y del termómetro cada 1,2,3,4,5,15,30,60

minutos; 2,4,8, 16, 24, 32, 64 y 96 horas. Inmediatamente después de realizar

cada lectura extraerlo cuidadosamente y colocarlo en el cilindro patrón.

El ensayo puede terminarse antes de las 96 horas; los intervalos sugeridos

para tomar mediciones después de 2 horas de comenzado el ensayo son sólo

aproximados, las lecturas deben permitir una dispersión satisfactoria de los

puntos de la gráfica.

Corrección de las lecturas del hidrómetro.

En la norma Inv E-123-13 no se contempla la corrección por temperatura, ya que se

exige que se cuente con un baño de agua, que mantenga la temperatura constante

durante la realización del ensayo. Si no se cuenta con este dispositivo, se deberá

realizar la corrección por temperatura.

Antes de proceder con los cálculos, las lecturas del hidrómetro, las lecturas del

hidrómetro deberán ser corregidas por menisco, por temperatura (si es necesario),

por defloculante y punto cero.

Corrección por menisco (Cm).

- Hidrómetro 151 H: Cm = 0,6 ∗ 10−3 𝑔/𝑐𝑚³

- Hidrómetro 151 H: Cm = 1,0 𝑔/𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜.




43

Corrección por temperatura (Ct)

Tabla 9 Factores De Corrección Por Temperatura.

Temperatura °C CT

15 -1.10

16 -0.90

17 -0.70

18 -0.50

19 -0.30

20 0.00

21 0.20

22 0.40

23 0.70

24 1.00

25 1.30

26 1.60

27 2.00

28 2.50

29 3.00

30 3.80

Tomado de: Manual De Laboratorios De Suelos En Ingeniería Civil.

Joseph E. Bowles-.

Corrección por defloculante y punto cero (cd).

𝑪𝒅 = 𝝉′ + 𝑪𝒎 ± 𝑪𝑻

Dónde:

𝝉′= lectura del hidrómetro, en agua con defloculante únicamente.

𝑪𝒎=corrección por menisco.

𝑪𝑻=corrección por temperatura, sumada algebraicamente.




44

Tabla 10 Valores de Profundidad Efectiva

Tomado de: INV E-123-13




45

Tabla 11 Valores de K para el Cálculo del Diámetro de las Partículas.

Tomado de: INV E-123-13

7.4 CÁLCULOS.

→ Lectura del hidrómetro corregida (R).

→ R=R’+Cm

Dónde:

R’: lectura del hidrómetro no corregida.

Cm: Corrección por menisco.

→ Diámetro de las partículas (D).

𝐷 = 𝐾 ∗ √𝐿

𝑇 𝐾 = √(

30ℎ

980∗(𝐺𝑠−1)∗𝐺𝑤)

Dónde:

D= Diámetro máximo del grano en mm.

H=coeficiente de viscosidad del medio en suspensión (agua).

L=Profundidad efectiva en mm.

T=tiempo transcurrido en minutos.

Gs=Gravedad especifica de las partículas de suelo.




46

Gw=Gravedad especifica del agente en suspensión.

K=Constante para facilitar el cálculo, la cual depende del valor de la gravedad

especifica del suelo y de la temperatura de la suspensión. Calcularlo por ecuación y

por tabla).

→ Porcentaje más fino.

Para hidrómetro 151H.

%𝑚á𝑠 𝑓𝑖𝑛𝑜 =1606(𝑅𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑔𝑖𝑑𝑎 − 1) ∗ 𝑎

𝑊0∗ 100

𝑅𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑔𝑖𝑑𝑎 = 𝑅 − 𝐶𝑑 ± 𝐶𝑇

Para hidrómetro 152H.

% 𝑚á𝑠 𝑓𝑖𝑛𝑜 =(𝑅𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑔𝑖𝑑𝑎) ∗ 𝑎

𝑊0∗ 100

𝑎 =2.6500 − 1.000

2.6500∗

𝐺𝑠

𝐺𝑠 − 1.000

Dónde:

Gs=Gravedad especifica de los sólidos.

Wο=Peso inicial de la muestra.

𝑎=factor de corrección por gravedad especifica.

→ Realizar una curva de gradación (% más fino Vs Diámetro de las

partículas D).

7.5 Formato de Cálculos.

Hora Tiempo Lectura Temper

atura Lectura Hidrómetro L K

D, mm

Fecha de la transcurr

ido real del ºC

corregida del

% corregido de la L/t de la

lectura min hidrómetr

o Ro

hidrómetro Rc

más fino

por menisco Tabla E2,10,

e

Tabla E2,10,d




47

Tabla 12 Formato de Datos ensayo de Gradación por Hidrómetro

Proyecto Fecha


Muestra N° Gs Ws

FECHA

HORA DE LECTURA

TIEMPO Ro TEMPERATUR

A

1 min

2 min

3 min

4 min

8 min

15 min

30 min

60 min

2horas

5horas

7horas

8 horas

16 horas

24 horas

32 horas

64 horas

OBSERVACIONES:




48

LABORATORIO N°8


MÉTODO DE CARGA VARIABLE.

8.1 OBJETIVO

Determinar el coeficiente de permeabilidad a una muestra inalterada, de suelo fino,

mediante el método de carga variable.


Permeámetro de carga variable.

Cronómetro.

Termómetro.

Papel filtro.

Calibrador.

Agua destilada.

Muestra de suelo.

8.3 PROCEDIMIENTO.

Preparar la muestra inalterada de suelo obtenida de trabajos de

exploración.

Tomar el diámetro de la muestra y determinar su correspondiente área.

(A).

Preparar dos circunferencias de papel filtro con el mismo diámetro interno

de la cámara del permeámetro.

Tomar el diámetro interno del tubo capilar y determinar su correspondiente

área. (a).

Medir la altura de la muestra (L).

Instalar la muestra en la cámara del permeámetro.




49

Llenar el tubo capilar y dejar saturar la muestra por un tiempo

determinado; (es importante saber que esta etapa de saturación debe

durar varias horas, incluso días, pero para efectos de laboratorio se deja

un breve lapso de tiempo).

Después de éste lapso de tiempo tomar la altura inicial (h1) y tomar la

temperatura del agua (T° ensayo).

Abrir la llave y tomar el tiempo (t) en el que se desplaza aproximadamente

10 cm el nivel del tubo capilar y registrar la altura final (h2).

Llenar nuevamente el tubo capilar y repetir el ensayo por lo menos tres

veces.

8.4 CÁLCULOS.

𝐾 =𝑎 ∗ 𝐿

𝐴 ∗ ∆𝑡∗ 𝐿𝑛 (

ℎ1

ℎ2)

Tomado de ASTM D 5084-00

a: Área del tubo capilar.

L: Longitud de la muestra

A: Área de la muestra.

h₁: Altura inicial en t₀

h₂: Altura final del ensayo en tfinal.

t: Tiempo de ensayo.

Determinar el valor de la permeabilidad para cada lectura, realizar el

promedio y aplicar la corrección por temperatura:

𝐾(20°𝐶) =𝜇(𝑇°𝑒𝑛𝑠𝑎𝑦𝑜)

𝜇(𝑇° 20°𝐶)∗ 𝐾




50

Tabla 13 Formato toma de datos-Ensayo de Permeabilidad Carga Variable.

Proyecto Fecha


Grupo

DATOS DE ENTRADA 1 2 3 4

Diámetro de la muestra (cm)



Altura de la muestra (cm)



Diámetro interno del tubo capilar (cm)



Temperatura de ensayo (°C)

N° ENSAYO Tiempo (s) h1(cm) h2 (cm)

1

2

3

4

OBSERVACIONES:




51

LABORATORIO N°9

9. PERMEABILIDAD DE SUELOS GRANULARES (CABEZA CONSTANTE)

INV E – 130 – 13

9.1 OBJETIVO

Determinar el coeficiente de permeabilidad mediante el método de cabeza

constante para el flujo laminar de agua a través de suelos granulares.


Permeámetro.

Tanque de cabeza constante.

Embudos amplios.

Equipo para la compactación del espécimen.

Termómetro.

Cronometro.

CONDICIONES FUNDAMENTALES DEL ENSAYO

Las siguientes condiciones ideales de ensayo son prerrequisitos para el flujo

laminar de agua a través de suelos granulares, bajo condiciones de cabeza

constante:

Continuidad de flujo, sin cambios en el volumen del suelo durante el ensayo.

Flujo con los vacíos del suelo saturados con agua y sin burbujas de aire

dentro de los mismos.

Flujo uniforme sin cambios en el gradiente hidráulico.

Proporcionalidad directa de la velocidad de flujo con gradientes hidráulicos

por debajo de ciertos valores críticos, a partir de los cuales se inicia el flujo

turbulento.

MUESTRA

Se deberá escoger por cuarteo una muestra representativa de suelo

granular secado al aire, que contenga menos del 10 % de pasante por el

tamiz de 75 μm (No. 200), y en cantidad suficiente para satisfacer las

exigencias de los numerales 4.2 y 4.3.




52

Se deberá realizar un análisis granulométrico, de acuerdo con la norma

INV E–123, sobre una muestra representativa de la totalidad del suelo,

antes del ensayo de permeabilidad. Las partículas mayores de 19.0 mm

(3/4") deberán ser separadas por tamizado. Los sobretamaños no deberán

ser empleados para el ensayo de permeabilidad, pero su porcentaje

deberá ser reportado.

9.3 PROCEDIMIENTO.

Pesar el recipiente de material (granular) que será utilizado en el ensayo.

Armar el aparato de permeabilidad hasta donde se necesite para colocar

el suelo para el ensayo.

Determinar el volumen de suelo introducido si no se había hecho antes.

Orientar las tuberías de entrada y de salida convenientemente para la

recolección de agua y la saturación/drenaje iniciales.

Determinar el diámetro interno del permeámetro.

Tomar la lectura manométrica.

Conectar la entrada del agua al recipiente del suministro. A continuación

dejar saturar lentamente la muestra (por observación visual) y estabilizar la

condición de flujo permitiendo que fluya agua por un tiempo y luego cerrar

la válvula de entrada y de salida.

Utilizar un recipiente de 1000 ml para recibir el agua a la salida del

permeámetro.

Registrar el tiempo necesario para almacenar entre 750 y 900 ml de agua

así como la temperatura del agua. Repetir dos o tres mediciones similares

adicionales utilizando un tiempo constante (t=constante).




53

9.4 CÁLCULOS.

Determinar el valor de permeabilidad para cada lectura, realizar el promedio y aplicar

la corrección por temperatura.

𝐾 =𝛥𝑄 ∗ 𝐿

𝐴 ∗ ℎ ∗ 𝛥𝑡

En donde:

K: coeficiente de permeabilidad (cm/s).

ΔQ: Gasto, es decir, la cantidad de agua descargada (cmᶾ)

L: altura de la muestra (cm).

A: Área de la sección transversal del espécimen (cm²).

Δt: Tiempo total de desagüe (t2-t1) (s).

h = pérdida media cabeza a través de las permeámetro / ejemplar ( (H1 +

h2) / 2 ), cm de agua.

h1 = pérdida de carga a través de las permeámetro / espécimen en t1,

(cm) de agua.

h2 = pérdida de carga a través de las permeámetro / espécimen en t2.

(cm) de agua.

Tomado de: Astm D 5084 00.

Determinar el valor de permeabilidad para cada lectura, realizar el promedio y aplicar

la corrección por temperatura:

𝐾(20°𝐶) =𝜇(𝑇°𝑒𝑛𝑠𝑎𝑦𝑜)

𝜇(𝑇° 20°𝐶)∗ 𝐾

𝜇: Viscosidad dinámica del agua.

Tabla 14 Relación entre la viscosidad del agua y la temperatura a una presión de

101.325 kPa




54

Tomado de I.N.V-E 130-13.

CUESTIONARIO

1. Clasifique y caracterice el tipo de suelo ensayado de acuerdo al valor

de la permeabilidad obtenido.

2. Que factores influyen en el coeficiente de permeabilidad del suelo.

3. ¿En qué consiste la ley de Darcy?

4. ¿Cuáles son los principios de los ensayos de permeabilidad?


(1) American Society for Testing Materials. Designation: D 5084 – 00e1Standard

Test Methods for Measurement of Hydraulic Conductivity of Saturated Porous

Materials Using a Flexible Wall Permeameter.




55

Tabla 15 Formato de Datos Ensayo de- Permeabilidad Carga Constante

Proyecto Fecha


Grupo

MUESTRA N° I.N.V-E 130-13

Altura de la Muestra (cm)

Diferencia de Cabezas Hidráulicas (cm)


Diámetro de la Muestra (cm)



Tiempo (s) Volumen ( cmᶾ) T° (°C)

MUESTRA N° I.N.V-E 130-13

Altura de la Muestra (cm)






Tiempo (s) Volumen ( cmᶾ) T° (°C)

OBSERVACIONES:




56

LABORATORIO N°10


(Obtenido en Campo).

10.1 OBJETIVO.

Determinar el coeficiente de permeabilidad (K) “In situ” de un suelo, en condición de

cabeza variable.

10.2 MATERIALES Y EQUIPOS.

BALDE

BARRA.

CRONÓMETRO

FLEXÓMETRO

10.3 PROCEDIMIENTO.

Hacer un hueco con la ayuda de la hoyadora y la barra.

Tomar el diámetro de la perforación.

Medir la profundidad de la perforación.

Nota 1: es importante que éstas mediciones se hagan con gran precisión,

si es necesario se deben realizar varias medidas y hacer un promedio.

Llenar la perforación con agua hasta el nivel del suelo, medir la altura del

agua H₁, iniciar inmediatamente el cronometro (t1=0, H₁).

Después de un lapso de tiempo de aproximadamente 2 minutos, tomar

una lectura de H₂ que representa el tiempo en que se demora el agua en

infiltrarse.

Continuar tomando tiempos y alturas con el flexómetro hasta llegar al final

de la perforación en intervalos que se evidencian en un marcado cambio

de nivel freático.




57

10.4 CÁLCULOS.

𝐾 =𝑛 ∗ 𝐷

11 ∗ (𝑡2 − 𝑡1)∗ 𝐿𝑛 (

𝐻1

𝐻2)

En donde:

H₁: altura inicial, cuando t=0

H₂: altura final.

t₁: tiempo inicial, t=0

t₂: tiempo final.

D: diámetro de la perforación.

El valor de permeabilidad será el promedio de los valores de K obtenidos.

→ Convertir la permeabilidad (K) a cm².

→ 𝐾 𝐷𝑎𝑟𝑐𝑦 = 𝐾 (𝑐𝑚𝑠⁄ ) ∗ 1,035 ∗ 10−3

𝐾 (𝑐𝑚2) ∗ 1,02 ∗ 10−5

10.5 CUESTIONARIO.

1. Clasificar el suelo según el grado de permeabilidad obtenido.

Tabla 16 Clasificación de la Permeabilidad.

GRADO DE PERMEABILIDAD K (cm/s)

Elevada Superior a 10-1

Media 10-1 - 10-3

Baja 10-3 - 10-5

Muy Baja 10-5 - 10-7

Prácticamente Impermeable Menor de 10-7

2. ¿Qué factores afectan la permeabilidad de un suelo?

3. ¿Qué indica un suelo que tenga bajo grado de permeabilidad?




58

Tabla 17 Formato de Datos- Ensayo de Permeabilidad en Campo.

Proyecto Fecha


Grupo

Diámetro (cm) Diámetro (cm) Diámetro (cm)

profundidad (cm) Longitud (cm) Longitud (cm)

TIEMPO (min) Nivel de agua (cm) H TIEMPO (min) Nivel de agua (cm) H TIEMPO (min) Nivel de agua (cm) H

1 1 1

2 2 2

4 4 4

6 6 6

8 8 8

10 10 10

12 12 12

14 14 14

16 16 16

18 18 18

20 20 20

25 25 25

30 30 30

35 35 35

40 40 40

45 45 45

50 50 50

55 55 55

60 60 60

90 90 90

120 120 120

180 180 180

240 240 240

300 300 300

OBSERVACIONES:




59

LABORATORIO N°11

11. DENSIDAD Y PESO UNITARIO DEL SUELO EN EL TERRENO POR EL

MÉTODO DEL CONO Y ARENA.

11.1 OBJETIVO.

Determinar la densidad y el peso unitario de un terreno específico o de

suelos compactados, con el equipo de cono y arena.


Aparato del cono y arena – El aparato del cono y arena consta de lo siguiente:

Frasco – U otro recipiente que se pueda utilizar para contener arena, con una

capacidad de volumen de, aproximadamente, 4 litros (1 galón).

Cono – Un dispositivo desmontable que consiste en una válvula cilíndrica con

un orificio de 13 mm (½") de diámetro, unida por un lado a un embudo

metálico y al frasco y, por el otro, a un embudo grande de metal, que es el

cono propiamente dicho. Las paredes del cono grande formarán un ángulo de

unos 60° con la base, para que se llene con arena en forma uniforme.

Placa de base – Una placa de metal con un orificio central con una pestaña

moldeada o maquinada, para recibir el embudo grande (cono). El plato de

base puede ser redondo o cuadrado y será, como mínimo, 75 mm (3") más

largo que el embudo grande (cono).

Arena – La arena que se utilice deberá ser limpia, seca, tener densidad y

gradación uniformes, no cementada, durable y que fluya libremente, se

recomienda utilizar arena de OTTAWA.

Balanza – Una balanza de capacidad de 20 kg (44 lb) y sensibilidad mínima

de 5 g (0.01 lb).

Equipo para el secado – Horno u otro equipo para secar muestras.

Equipo misceláneo – Una pica pequeña, cinceles, cucharas para excavar el

hueco de ensayo, puntillas grandes o estacas para asegurar la placa de base,

recipientes con tapa, recipientes adecuados para contener las muestras para

la determinación de la densidad y la humedad, así como para guardar la

arena empleada en el ensayo; pequeña brocha, etc.




60

FIGURA 9 Aparato para el ensayo del cono y arena.

Tomado de INVIAS I.N.V-E 161-13

11.3 DETERMINACIÓN DE LA CONSTANTE DEL CONO

Procedimiento de calibración:

El cono se puede calibrar con uno de los siguientes métodos:

Método A – Determinando la masa de arena calibrada que puede caber en el

conjunto formado por el embudo grande (cono) y la placa de base.

Método B – Determinando el volumen de arena necesaria para llenar el

conjunto de embudo grande (cono) y placa de base y aplicando este volumen

constante siempre que se vayan a calcular nuevas densidades de la arena.

Método A:

Se llena el aparato con arena, la cual se debe encontrar seca al aire y

preparada en las mismas condiciones en las que se espera usarla durante los

ensayos del terreno.

Se determina la masa del aparato lleno con arena, en g.




61

Se coloca la placa de base sobre una superficie limpia, nivelada y plana. Se

invierte el aparato y se coloca sobre el orificio de la placa de base. Se marcan

y se identifican el aparato y la placa de base de tal forma que se pueda usar

la misma pareja en el terreno.

Se abre la válvula hasta que cese el flujo de arena; durante esta actividad, se

debe controlar que el aparato, la placa de base o la superficie plana, no se

muevan ni vibren, antes de que se cierre la válvula.

Se cierra rápidamente la válvula, se retira el aparato y se determina la masa

del aparato y arena restante.

Se calcula la masa de la arena que se usó para llenar el conjunto de embudo

y placa de base, como la diferencia entre la masa inicial y la masa final.

Se repite el procedimiento no menos de tres veces

𝐾 = 𝑤(𝑐𝑜𝑛𝑜 + 𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 + 𝑓𝑟𝑎𝑠𝑐𝑜) − 𝑊(𝑐𝑜𝑛𝑜 + 𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 + 𝑓𝑟𝑎𝑠𝑐𝑜)

Determinación de la densidad bulk de la arena:

Se llena de arena el aparato ensamblado. La arena debe estar seca al aire y

preparada en la misma condición que se espera durante su uso. Se registra la

masa del conjunto.

Se determina y se registra la masa del recipiente de calibración vacío.

Método A (Recomendado):

Cuando el recipiente de calibración tiene el mismo diámetro del

reborde del orificio de la placa de base, se invierten y se centran el

aparato lleno de arena y la placa de base en el recipiente de

calibración.

Se abre totalmente la válvula y se deja que la arena llene el recipiente.

Cuando cese el flujo se cierra la válvula.

Se determina la masa del aparato y la arena restante. Restando este

valor del determinado en el numeral B.3.1, se obtiene la masa de la

arena usada.




62

Se calcula la masa neta de la arena en el recipiente de calibración,

restando la masa de arena que cabe en el cono y la placa de base

(constante del cono) de la masa de arena usada (numeral B.3.3.3). Se

anota el valor obtenido.

𝑊1 = 𝑊𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎+𝑓𝑟𝑎𝑠𝑐𝑜 2 − 𝑊𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎+𝑐𝑜𝑛𝑜 2 − 𝐾

Se calcula la densidad de la arena, de la siguiente manera:

𝜌1 =𝑤1

𝑉1

Dónde: ρ1: Densidad de la arena, g/cm3 (multiplicar por 9.807 para

kN/m3 o por 62.43 para lbf/pie3);

W1: Masa neta de la arena con la que se llena el molde de calibración, g;

V1: Volumen del recipiente de calibración, cm3.

11.4 PROCEDIMIENTO

Se elige un sitio representativo del área a ser ensayada y se determina la densidad

del suelo in- situ, de la siguiente manera:

Se inspecciona el aparato para verificar que no tenga daños, que la válvula

gire libremente y que el plato de base esté bien apoyado. Se llena el aparato

con la arena acondicionada.

Se prepara la superficie del sitio de ensayo para que forme un plano nivelado.

Se puede usar la placa de base como herramienta para nivelar la superficie.

Se coloca la placa de base sobre la superficie plana, verificando que esté en

contacto con la superficie del suelo alrededor del borde de la pestaña del

orificio central de la placa. Se marca el contorno de la placa para controlar su

movimiento durante el ensayo y, si fuera necesario, se asegura la placa con

puntillas enterradas en el perímetro de la placa, o por otro medio, pero sin

perturbar el suelo que se va a ensayar.

El volumen del hueco de ensayo depende del tamaño máximo de las

partículas del suelo que se ensaya y del espesor de la capa compactada.




63

Tabla 18 Volúmenes mínimos del hueco de ensayo de acuerdo con el tamaño máximo de las partículas del suelo a ensayar .

Tomado De I.N.V E 161 2013.

Se excava el hueco de ensayo a través del orificio central de la placa de base,

teniendo cuidado para no alterar o deformar el suelo alrededor del hueco

(Figura 2). Los lados del hueco deberán tener un leve declive hacia adentro y

el fondo deberá ser razonablemente plano o cóncavo.

FIGURA 10 Excavación del Hueco

Tomado De: I.N.V E 161-13.

Se limpia la pestaña del orificio de la placa de base, se invierte el aparato de

cono y arena y se coloca el embudo grande (cono) en el orificio rebordeado,

en la misma posición marcada durante la. Se eliminan o reducen al mínimo

las vibraciones causadas por el personal o los equipos. Se abre la válvula y

se deja que la arena llene el hueco, el cono y la placa de base (Figura 3).

FIGURA 11 Llenado del Hueco con Arena

Tomado De: I.N.V E 161-13.




64

Se determina la masa del aparato con la arena restante, y se calcula la masa

de la arena utilizada.

Se determina y se registra la masa del material húmedo que se retiró del

hueco de ensayo. Cuando sea necesario hacer correcciones por

sobretamaños del material, se determina la masa del material retenido en el

tamiz apropiado y se anota.

Se mezcla completamente el material y se obtiene una muestra representativa

para determinar el contenido de humedad o se usa toda la muestra para ello.

Las muestras para contenido de humedad deben ser suficientemente grandes

y seleccionadas, de manera que representen todo el material extraído del

hueco de ensayo. La masa mínima de las muestras tomadas para la

determinación del contenido de agua debe ser tal, que permita el cálculo de la

humedad con aproximación a 1.0 %.

11.5 CÁLCULOS.

𝑀1 = (𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 + 𝑓𝑟𝑎𝑠𝑐𝑜 + 𝑐𝑜𝑛𝑜) − 𝑊(𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 + 𝑓𝑟𝑎𝑠𝑐𝑜 + 𝑐𝑜𝑛𝑜)

→ Se calcula el volumen del hueco de ensayo, de la siguiente manera:

𝑉 =𝑀1 − 𝑘

𝜌1

Dónde:

V: Volumen del hueco de ensayo, cm3;

M1: Masa de la arena que se utilizó para llenar el hueco, el cono y la placa.

K: constante del cono.

ρ1: Densidad de la arena, g/cm3.

→ Se calcula la masa seca del material removido del hueco de ensayo, de

la siguiente manera:

𝑀4 = 𝑀3

(𝑤 + 100) × 100




65

Donde:

M4: Masa seca del material removido del hueco de ensayo, g;

M3: Masa húmeda del material removido del hueco de ensayo, g;

w: Contenido de agua del material removido del hueco de ensayo, %

→ Se calcula la densidad húmeda in-situ del material ensayado (ρm), con

la fórmula:

𝜌𝑚 = 𝑀3

𝑉

→ Se calcula la densidad seca in-situ del material ensayado (ρd), de la

siguiente forma:

𝜌𝑑 = 𝑀4

𝑉

→ Se calcula el peso unitario seco en el sitio, γd , de la siguiente forma:

𝛾𝑑 (𝑘𝑁/𝑚3) = 𝜌𝑑 × 9.807

Dónde: ρd: Densidad seca en el sitio, g/cm3.

NORMA DE REFERENCIA:

(1) Instituto Nacional de Vías Normas de Ensayo de Materiales para

Carreteras E – 161-13. Densidad Y Peso Unitario En El Terreno Por

Método De Cono Y Arena.




66

TABLA 19 Formato Toma De Datos- Densidad Cono Y Arena.

Proyecto Fecha


Grupo

Constante del cono k (método A)

W (frasco+cono+arena inicial) (g).

W (frasco+cono+arena final) (g).

Calibración (método A)

W (frasco+cono+arena inicial) (g).

W (frasco+cono+arena restante) (g).

Volumen del frasco (g).

Ensayo de cono y arena

Profundidad del hueco (cm).

Diámetro (cm)

Peso del frasco con arena de Ottawa (g).

Peso del frasco con arena restante (g).

Peso del material extraído+ platón (g).

Peso del platón (g).

Humedad natural

W platón (g).

W platón + muestra húmeda (g).

W platón+ muestra seca (g).

Tabla de Resultados

(M1) W(ARENA HUECO)

(K) (CONSTANTE DEL CONO)

(M3) MASA HÚMEDA

(M4) MASA SECA

(ρm) DENSIDAD HÚMEDA IN-SITU

(ρd) DENSIDAD HÚMEDA IN-SITU

(ɣd) PESO UNITARIO SECO

% HUMEDAD

OBSERVACIONES:




67

LABORATORIO N°12

12. CARGA PUNTUAL Y COMPRESIÓN PARA NÚCLEOS DE ROCA.

12.1 OBJETIVO.

Hallar el índice de resistencia de materiales rocosos, mediante una prueba de

compresión uniaxial.


Equipo de carga puntual: provisto de un sistema para aplicar la carga que

comprende un bastidor de carga, una bomba, un embolo y sus respectivas

bases.

Sistema de medición de carga.

Sistema de medición de las distancias.

Núcleo de roca de forma cilíndrica, o en su defecto en forma de bloque.

Equipo Misceláneo.

Horno.


Con las formas a clasificar se forman grupos, cada uno de los cuales se considera

con resistencia uniforme en la inspección preliminar. Se escoge entonces de cada

grupo una muestra de roca que contenga el número de probetas necesario. Se

preferirán muestras de forma cilíndrica cuando existan. Para ensayos de rotura de

las probetas pueden ensayarse en estado saturado.




68

12.3 PROCEDIMIENTO.

FIGURA 12Especificaciones exigidas a la forma de muestras para el ensayo

diametral. a) ensayo axial. b) ensayo de bloque. c) ensayo de fragmento de roca

irregular.

Tomado de: NTL 252/91.

ENSAYO DIAMETRAL.

Las probetas adecuadas para el ensayo serán aquellas con una relación

longitud-diámetro mayor que 1.

Se deben realizar 10 o más ensayos por muestra, según la cantidad

disponible de testigos y según la uniformidad de la muestra.

La probeta se coloca en la máquina de ensayo y se aproximan las bases

hasta que hagan contacto diametral con la probeta., asegurando que la

distancia L entre el punto de contacto y el extremo libre, más cercano sea por

lo menos de 0,5 D, siendo D el diámetro de la probeta. Se toma nota de la

medida de D, con una precisión de ± 2 por 100.




69

se aumenta la carga hasta la rotura de tal forma que se produzca en un

periodo de 10 a 60 seg.

Se anota la carga de rotura y se repite el ensayo con los demás especímenes

de la muestra.

El ensayo se rechaza si la rotura se produce afectando solamente a un punto

de carga.

ENSAYO AXIAL.

Son adecuados para el ensayo axial las probetas con una relación

longitud-diámetro de 0,3-1,0.

Las probetas de la longitud requerida pueden obtenerse a partir de los

ensayos diametrales ya descritos, siempre que antes se marquen

exactamente en la probeta los tramos longitudinales para el ensayo.

Se deben realizar 10 o más ensayos por muestra, según la cantidad

disponible de testigos y según la uniformidad de la muestra.



distancia L entre el punto de contacto y el extremo libre, más cercano sea

por lo menos de 0,5 D, siendo D el diámetro de la probeta. Se toma nota

de la medida de D, con una precisión de ± 2 por 100.



Se anota la carga de rotura y se repite el ensayo con los demás

especímenes de la muestra.

El ensayo se rechaza si la rotura se produce afectando solamente a un

punto de carga.




70

ENSAYO CON BLOQUES O FRAGMENTOS IRREGULARES.

Se escogen bloques o trozos irregulares de roca con una dimensión media de

aproximadamente 50±35mm, y con una relación D7W entre 0,3 y 1

preferiblemente 1.



distancia L entre el punto de contacto y el extremo libre, más cercano sea por

lo menos de 0,5 D, siendo D el diámetro de la probeta. Se toma nota de la

medida de D, con una precisión de ± 2 por 100.



Se rechaza el ensayo si produce una rotura como alguna de las de la figura

N°2d o 2e.

FIGURA 13 Formas Típicas De Falla Para Ensayos Válidos Y No Válidos.

Tomado de: NTL 252/91.




71

12.4 CÁLCULOS.

→ Índice de resistencia a la carga puntual. (Is)

𝐼𝑠 =𝑃

𝐷𝑒2

De= diámetro equivalente.

𝐷𝑒2 = 𝐷2, para ensayos diametrales.

𝐷𝑒2 = 4𝐴/𝜋, para ensayos axiales, ensayos de bloques y de fragmentos.

𝐴 = 𝑊 ∗ 𝐷, mínima área de la sección transversal.

Debe emplearse el 𝐼50 para la clasificación general de la roca y se puede hallar una

serie de ensayos corrigiendo el valor respecto a un diámetro de referencia de 50mm,

mediante una tabla, o mediante la siguiente expresión:

𝐼50 = 𝐹 ∗ 𝐼𝑠

→ F= factor de corrección por tamaño.

𝐹 = (𝐷𝑒

50)

0,45

→ Formato de cálculos.

Tabla 20 Formato de Cálculos

ESPECÍMEN TIPO D(MM) W1 (MM)

W2 (MM)

P (KN) DE2

FACTOR DE CORRECCIO

N POR TAMAÑO (F)

IS (KN/M^2) IS(50) (KN/M^2)

Elaboración propia




72

Tabla 21 Formato Toma de Datos- Ensayo de Carga Puntual

Proyecto Fecha


Grupo

Datos de la Muestra ENSAYO DE CARGA PUNTUAL NTL/91

N° Tipo D(mm) W1 (mm) W2 (mm) P (KN)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

d diametral

a axial

b bloque

i fragmento

T perpendicular

// paralelo

OBSERVACIONES:




73

LABORATORIO N° 13

13. CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS INV E – 151 – 13

13.1 OBJETIVO.

Determinar la magnitud y la velocidad de consolidación de muestras de suelos

mediante una prueba de laboratorio en la cual se permite el drenaje axial de

especímenes confinados lateralmente, mientras se someten a incrementos de carga

con esfuerzo controlado.


Consolidómetro.

Calibrador.

Dispositivo de carga.

Deformímetros.

Calibrador.

Balanza con precisión de 0.01g.

Horno a 110°C±5°C.

Recipientes para determinar humedad.

Equipo misceláneo (espátulas, cuchillo para preparar la probeta, brocha, etc.)

Muestra de suelo inalterada.


Se deben reducir las posibilidades de alteración del suelo tanto como sea

posible: cambios de humedad, de densidad, etc., así como evitar vibración,

distorsión y compresión.

Se recorta la muestra (tallar o labrar) y se inserta en el anillo de consolidación.

El suelo debe quedar ajustado dentro del anillo, sin vacíos en su perímetro.

Cuando las muestras inalteradas provienen de tubos muestreadores, el

diámetro interno del tubo debe ser, como mínimo, 5 mm (0.25”) mayor que el

diámetro interno del anillo de consolidación.




74

13.4 PROCEDIMIENTO.

Pesar el anillo del edómetro (Wanillo), tomar dimensiones internas (Diámetro

y altura).

Colocar la muestra en el anillo y pesar el conjunto (Wmh inicial+anillo)

Montar el anillo con la muestra en el edómetro, colocar papel filtro sobre la

muestra y piedras porosas respectivamente.

Saturar la muestra montada con agua destilada, aplicar la primera carga de

0,1 Kg/cm² y tomar lecturas de deformación (asentamiento a intervalos

adecuados de tiempo de: 6, 15, 30 segundos, 1, 2, 4, 8, 15, 30 minutos, 1, 2,

4, 8, y 24 horas.

Pasadas las 24 horas se aplica la siguiente carga de 0,2Kg/cm² tomando

lecturas en los mismos intervalos que la anterior, se repite el proceso de

carga con las siguientes cargas: 0.2, 0.4, 0.8, 1.6, 3.2 y 6.4 Kg/cm².

Terminando con la última carga se procede a descargar en forma escalonada,

primero se quita peso de tal forma que quede un peso de 1.6 Kg/cm², luego

se deja a 0.4 Kg/cm² y 0.1 Kg/cm² en este proceso de descarga también se

registran los datos de deformación al comienzo y al final de la descarga.

Se desmonta el anillo con la muestra y se pesa (Wmh final+anillo).

Se lleva la muestra al horno durante 24 horas.

Pasadas las 24 horas se pesa el anillo con la muestra seca (Wms+anillo).

13.5 CÁLCULOS.

Características de la muestra.

Hinicial=altura del anillo.

Diámetro= Diámetro del anillo.

W solidos= Wms

𝑊𝑛𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 =(𝑊𝑚ℎ𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 + 𝑎𝑛𝑖𝑙𝑙𝑜) − (𝑊𝑚𝑠 + 𝑎𝑛𝑖𝑙𝑙𝑜)

𝑊𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠

𝐻𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠 =𝑊𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠

𝐺𝑠∗Á𝑟𝑒𝑎∗𝛾𝑤 , 𝛾𝑤 = 0,99𝑔/𝑐𝑚³

𝐻𝑣𝑖 = 𝐻𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 − 𝐻𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠

𝑒𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 =𝐻𝑣𝑖

𝐻𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠




75

→ Determinación del Cv (método de la raíz del tiempo o método de Taylor)

Se grafica Asentamiento (𝑚𝑚 ∗ 10−3) Vs. Raíz del tiempo (min) (únicamente con los

datos de carga), de cada gráfica se deben obtener:

S90%=asentamiento al 90%

S0%=asentamiento al 0%

T90%= tiempo al 90% de asentamiento.

FIGURA 14 Cv Por Medio Del Método de Taylor.

Elaboración Propia.

Para trazar y leer S90, t0 y T90, se debe:

1. Trazar una tangente entre el segundo y el quinto punto de la gráfica.

2. Prolongar la Tangente hasta la abscisa y la ordenada.

3. Leer el valor del eje y correspondiente al asentamiento en el tiempo 0, S0.

4. Corregir el valor obtenido en el eje X, multiplicándolo por un factor de 1.15.

5. Trazar una línea que va desde S= hasta el valor corregido del paso anterior

6. Donde se intersecte la curva con la línea corregida se lee el valor de S90 y

T90.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

ASE

NTA

MIE

NTO

(m

m^

-3)

RAÍZ DE TIEMPO

BRAZO 0.25 Kg




76

𝑃𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 =𝐵𝑟𝑎𝑧𝑜

Á𝑟𝑒𝑎 𝑎𝑛𝑖𝑙𝑙𝑜

T=Factor tiempo, con T=0,848 para Cv

Hd= Hanillo-Asentamiento n máx.

Donde el asentamiento máx. Es la máxima deformación obtenida para cada

brazo.

𝐶𝑣 =𝑇 ∗ 𝐻𝑑2

𝑇90%, 𝐷𝑜𝑛𝑑𝑒 𝐶𝑣 = 𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑣𝑒𝑟𝑡𝑖𝑐𝑎𝑙.

FORMATO DE CÁLCULOS.

Tabla 22 Formato de Cálculos (1)

PRESION (Kgf/ cm^2) H(mm) T(90%)min S(90%)mm Cv

(cm^2/seg)

(Carga*Gravedad)/área T*Hd²/T90%

0 Hanillo 0 Gráfica 0

0,12 Hanillo-Asentamiento 1

máx. Gráfica Gráfica T*Hd²/T90%

0,25 Hanillo-Asentamiento 2

máx. Gráfica Gráfica

… … … … …

7,90 … … … …


Nota 1: el S90 se trabaja en mm, recordando que para las gráficas por

comodidad se deja en 𝑚𝑚 ∗ 10−3.




77

Tabla 23 Formato de Cálculos (2)

CARGA

presión (Kg/cm^2)

Asentamiento

ΔH1(mm) H(mm) Hv(mm) e Δe

0,12 0,00 H anillo Hv=h-

Hsólido e=Hv/Hsólido

Δe= ΔH1/Hsólido

0,25 Asentamiento 1 máx. (carga)

Hanillo-Asentamiento 1

máx. (carga) … … …

.. .. Hanillo-

Asentamiento 2 máx. (carga)

… … …

7,90 Asentamiento n máx. (carga)

Hanillo-Asentamiento n

máx. (carga) … … …

DESCARGA

1,97 Asentamiento 1 máx. (carga)

Hanillo-Asentamiento 1 máx. (descarga)

… … …

0,25 … … #¡DIV/0!

0,12 Asentamiento

n máx. (descarga)

Hanillo-Asentamiento n máx. (descarga)

… … …


Con los datos obtenidos de las tablas anteriores graficar la curva de

compresibilidad en papel semi-logaritmico (Relación de vacíos Vs. Presión). El

eje de la presión se grafica en escala logarítmica.

Determinar a partir de la curva de compresibilidad el esfuerzo de

preconsolidación (σ´p), el coeficiente de compresión (Cc) y el coeficiente de

recompresión (Cr).

A continuación se explica cómo obtener el esfuerzo de preconsolidación (σ´p) de

acuerdo al método de Casagrande.




78

FIGURA 15 Gráfica Presión Contra Relación de Vacíos


1. Buscar el punto de mayor curvatura en la gráfica (A).

2. Trazar una horizontal por el punto (A). (B).

3. Trazar una recta tangente al punto A. (C).

4. Trazar la bisectriz al ángulo formado por AB y AC. (AD).

5. Proyectar la recta de la curva virgen o normalmente consolidada. (E).

6. La abscisa correspondiente al punto de corte entre E y D corresponde al

esfuerzo de pre-consolidación (σ´p)




79

FIGURA 16 Gráfica- Cálculo de Cr y Cc


Cc= Correspondiente a la pendiente en el tramo virgen.

Cr=Correspondiente a hallar la pendiente en el tramo de recompresión.


(1) INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS. Normas de ensayo de materiales 2013

INV E – 151 – 13 Consolidación Unidimensional De Suelos.

(2) ASTM Designation: D 2435 – 03 Standard Test Methods for One-Dimensional

Consolidation Properties of Soils Using Incremental Loading.

0,565

0,567

0,569

0,571

0,573

0,575

0,577

0 1 10

Rel

acio

n d

e V

acio

s

Presion [N/cm^2]

Carga

Descarga

CÁLCULO del Cr y Cc

e3

e1

e2

Cc=

Cr =

e3 = e2=

e1=




80

Tabla 24 Formato Toma de Datos- Consolidación unidimensional de Suelos.

Proyecto Fecha


Grupo

CARACTERISTCAS DE LA MUESTRA Altura Inicial (mm) Peso del suelo húmedo al final + anillo (g) Diámetro del Anillo (cm) Peso del suelo seco (g) Peso del Anillo (g) Gravedad específica de los sólidos, Gs Peso del suelo húmedo al Inicio + anillo (g) Profundidad (m)

CARGA

P Brazo (Kg)

Tiempo (min) DEFORMACION *10^-4 PULGADAS

PROCESO DE DESCARGA

P Brazo (Kg)

Tiempo Min




81

LABORATORIO N° 14

14. COMPRESIÓN INCONFINADA EN MUESTRAS DE SUELOS.

14.1 OBJETIVO.

Determinar la resistencia a la compresión no confinada de suelos cohesivos,

mediante la aplicación de una carga axial con control de deformación.


Máquina de compresión inconfinada.

Micrómetro indicador de deformaciones, (deformímetro de caratula).

Balanzas

Equipo misceláneo (cuchillo, espátula, brocha, aparato para moldear la

muestra, etc.).

Resistencia a la compresión inconfinada (qu) – Mínimo esfuerzo compresivo al

cual falla una muestra no confinada de suelo, de forma cilíndrica, en condiciones

normalizadas. En este método, la resistencia a la compresión inconfinada se toma

como la máxima carga por unidad de área alcanzada durante el ensayo, o la carga

por unidad de área cuando se alcanza el 15 % de deformación axial, lo que ocurra

primero, durante la ejecución del ensayo.

IMPORTANTE.

Este método de ensayo es aplicable sólo a materiales cohesivos que no expulsan

agua durante la etapa de carga del ensayo y que mantienen su resistencia

intrínseca después de remover las presiones de confinamiento, como las arcillas o

los suelos cementados. Los suelos secos y friables, los materiales fisurados o

estratificados, algunos tipos de limos, las turbas y las arenas no se pueden

analizar por este método para obtener valores válidos de la resistencia a la

compresión inconfinada.




82


La muestra debe ser de tipo inalterado, producto de una exploración en campo,

recuperada y transportada de acuerdo a la normatividad.

Tamaño de las muestras - Los especímenes deben tener un diámetro mínimo de

30 mm (1.3") y la mayor partícula contenida en ellos debe ser menor que 1/10 del

diámetro del espécimen. Para muestras que tengan un diámetro de 72 mm (2.8") o

mayores, el tamaño máximo de partícula debe ser menor que 1/6 del diámetro del

espécimen.

La relación de altura/diámetro se debe encontrar entre 2 y 2.5.

14.4 PROCEDIMIENTO.

Perfilar la muestra de manera que tenga una relación altura-diámetro de 2 a

2.5.

Medir mínimo tres alturas de la probeta, y tres diámetros.

Determinar la masa de la muestra (Wm).

Se coloca el espécimen en el aparato de carga de tal manera que quede

centrado sobre la platina inferior. A continuación, se ajusta el instrumento

de carga cuidadosamente, de modo que la platina superior apenas haga

contacto con el espécimen y se lleva a cero el indicador de deformación. El

ensayo se puede realizar controlando deformación o controlando carga.

Nota 1: Se aplica la carga para que se produzca una deformación axial a una velocidad

de ½ a 2.5 % por minuto. Se registran los valores de carga, deformación y tiempo a intervalos suficientes para definir la curva esfuerzo-deformación (normalmente son suficientes 10 a 15 puntos). La velocidad de deformación se debe escoger de manera que el tiempo necesario para la falla no exceda de 15 minutos. Los materiales blandos que presentan grandes deformaciones en la falla, se deben ensayar con una mayor velocidad de deformación. Por el contrario, los materiales rígidos o frágiles que presentan deformaciones pequeñas en el momento de la falla se deben ensayar con una velocidad de deformación menor.

Se continúa aplicando carga hasta que los valores de carga decrezcan al

aumentar la deformación, o hasta que se alcance una deformación igual a 15 %. Se anota la velocidad de deformación en el informe de los datos de ensayo.




83

Se termina el ensayo hasta que la falle por alguna de las siguientes formas:

La lectura del dial decrece.

Se produzca más del 15% de deformación en el espécimen.

Se repitan tres lecturas en el dial de carga. Terminado el ensayo, se determina el contenido de agua de la muestra de

ensayo utilizando todo el espécimen, a menos que se hayan obtenido recortes representativos para este fin, como en el caso de las muestras inalteradas. Se menciona en el informe de ensayo si la muestra para determinar el contenido de humedad se tomó antes o después del ensayo de compresión.

Se hace un esquema o se toma una fotografía de la muestra en las condiciones de falla, mostrando el ángulo de inclinación de la superficie de rotura, si dicho ángulo es medible.

FIGURA 17 Identificación del material de Acuerdo al Tipo de Fall a

Presentada.

1. Falla oblicua (arcillas duras) 2. Falla por abombamiento (arcillas blandas) 3. Falla por grietas verticales (materiales limosos) 4. Falla por desprendimiento (material arenoso)


Tabla 25 Formato de Cálculos- Ensayo de Compresión Simple.

DEFORMACIÓN (0,001 in)

DEFORMACIÓN (2,54cm)

LECTURA DIAL DE CARGA

AREA INICIAL

(A0)(cm2) ξ

AREA CORREGIDA

(cm2)

ESFUERZO (Kg/cm2)

(A) (B) ( C) (D) ( E) (F) (G)

…

…

…

Falla





84

14.5 CÁLCULOS.

A= registro de datos de deformación controlada multiplicados por 0.001 para tener

unidades de pulgada.

B= A*2.54

C= lecturas obtenidas del dial de carga.

D= 𝐴𝑜 =𝐴𝑠+2∗𝐴𝑚+𝐴𝑖

4

Dónde:

Ao= área inicial promedio del espécimen.

As= Área superior del Espécimen.

Am= área en la parte media.

Ai= área en la parte inferior.

E= Deformación unitaria, ξ= B/Altura promedio.

𝐹 =(𝐷)

1 − (𝐸)

𝐺 =(𝐶)

(𝐹)

Mediante la masa y la humedad de la probeta se calcula la masa unitaria.



𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑈𝑛𝑖𝑡𝑎𝑟𝑖𝑎 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 (𝑔

𝑐𝑚3) =

𝑊𝑚

𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛

𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑈𝑛𝑖𝑡𝑎𝑟𝑖𝑎 𝑆𝑒𝑐𝑎 (𝑔

𝑐𝑚3) =

𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑈𝑛𝑖𝑡𝑎𝑟𝑖𝑎 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙

(1 +𝑊𝑛100)




85

GRÁFICAS.

Esfuerzo Vs deformación unitaria. (el valor mayor de la carga unitaria o el

que corresponda al 20% de deformación, se toma como resistencia a la

compresión inconfinada 𝑞𝑢).

Envolvente de falla- circulo de Mohr.

CUESTIONARIO.

1. Describa que otros procedimientos o ensayos existen para determinar 𝑞𝑢 y

cohesión, y cuáles son sus ventajas frente a la compresión simple.

2. Clasifique el material de acuerdo al tipo de falla observado.

3. Establezca de acuerdo a los resultados obtenidos la consistencia del

material ensayado.

FIGURA 18 Consistencia de la Arcilla de Acuerdo al qu Obtenido.

4. Determine el valor de la cohesión del material, sabiendo que 𝐶 =𝑞𝑢

2

5. ¿cuál es la importancia de emplear el ensayo de compresión inconfinada

para la determinación de la resistencia de un suelo?


(1) INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS. Normas De Ensayo De Materiales

2013 - I.N.V. E – 152 Compresión Inconfinada En Muestras De Suelos.




86

Tabla 26 Formato de datos- Ensayo de Compresión Inconfinada en suelos

COMPRESIÓN INCONFINADA EN MUESTRAS DE SUELOS. I.N.V. E – 152

SONDEO

MUESTRA

PROFUNDIDAD (M)

Peso de la muestra (g)

Diámetro superior (cm)

Diámetro medio (cm)

Diámetro inferior (cm)

Altura 1 (cm)

Altura 2 (cm)

Altura 3 (cm)

Hum

ed

ad

Wc (g) Wc+mh (g)

Wc+ms (g)

De

form

ació

n *

10˄

(-3

) in

0

Ca

rga

(K

g)

10

20

30

40

50

60

70

80

100

120

140

160

180

200

250

300

350

400

500

600

700

800

1000




87

LABORATORIO N° 15

15. COMPRESIÓN SIMPLE EN ROCAS- CON MEDIDA DE DEFORMACIÓN.

15.1 OBJETIVO.

Hallar el módulo de elasticidad y la relación de poisson en núcleos de roca, por

medio de la falla a compresión no confinada.


Máquina universal.

Galgas extensométricas- Strain gages (2 por cada núcleo a fallar.

Sistema Weastone e interfaz para adquisición de datos.

Calibrador pie de rey.

Horno.

15.3 PROCEDIMIENTO.

Se perfila el núcleo cilíndrico de roca de manera tal que conserve una

relación altura/diámetro entre 2 y 2.5.

Se pule y limpia la superficie del testigo, garantizando una superficie lisa y

libre de irregularidades.

Se prepara la resina y el pegante para adherir las strain-gages.

Se pegan las galgas una longitudinal o axial y la otra de manera

transversal o diametral, se recomienda utilizar cinta para ayudar a ubicar

primero la galga antes de adherirla al núcleo.

Se realizan las conexiones de las galgas a la interfaz del puente weastone,

se verifica que la galga 1 sea la longitudinal, y la galga 2 la diametral.

Se instala el testigo en la máquina universal, y se empieza a aplicar la

carga compresiva, la velocidad debe ser lo suficientemente baja para que la

falla se presente entre 5 y 10 minutos, después de haber empezado la

aplicación de la carga.




88

Al finalizar la falla, se calcula la humedad de la muestra.

extraen los datos en formato .txt y se realizan los correspondientes

cálculos.

FIGURA 19 Imágenes ensayo Compresión Simple en Rocas.


15.4 CÁLCULOS.

Módulo De Elasticidad

𝐸 = 𝜎/ 𝜀𝑎

E = σ/ εa

E = módulo de elasticidad (kg/cm2)

σ = esfuerzo aplicado (kg/cm2)

εa = deformación unitaria axial (mm/mm)




89

En un sentido mecánico, el módulo de elasticidad representa la rigidez del material. El valor de E permite clasificar a las rocas de la siguiente manera:

Roca cuasi-elástica: Para valores de E entre 6 y 10 x 104 MPa, son por lo general de grano fino, masivo y compacto.

Roca semi-elástica: Para valores de E entre 2 y 7 x 104 MPa, se caracterizan por ser de grano grueso en las rocas ígneas y de grano fino, porosidad baja y cohesión media en las rocas sedimentarias

Roca no elástica o plástica: Para valores de E menores que 2 x 104 MPa, presentan gran cantidad de espacios vacíos o porosos, por lo que tienden a mostrar características variables de esfuerzo-deformación. 1

Relación de Poisson.

𝜈 = 𝜀𝑑/ 𝜀𝑎

ν =relación de Poisson εd= deformación unitaria en la dirección perpendicular a la carga aplicada. εa= deformación unitaria en la dirección a la carga aplicada.

Los valores promedio de E y V de la roca, se calculan generalmente por métodos

de tipo geométrico, entre los cuales están, el módulo secante, módulo promedio y

el módulo tangente.

En éste caso se recomienda la utilización del módulo secante cuya definición es:

Módulo secante (Es): Es generalmente medido desde el esfuerzo inicial cero hasta un valor de esfuerzo prefijado, el que representa un porcentaje de la resistencia de la roca a la compresión. Se acostumbra tomar el 50% de R2

1 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA- Mecánica de Rocas- Diana Calderón Cahuana-

2014. 2 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA- Mecánica de Rocas- Diana Calderón Cahuana-

2014.




90

Tabla 27 Formato de Resultados-Compresión Simple En Rocas.

Proyecto Fecha Localización

Sondeo

Laboratorista

ENSAYO DE COMPRESIÓN SIMPLE EN ROCAS CON MEDIDA DE DEFORMACIÓN

Diámetro (mm)

Strain Gages

Altura (mm)

Factor galga

Área (mm²)

Largo (mm)

Volumen (mm³)

Marca

Peso (g)

resistencia Ω

humedad (%)

Carga de rotura total (KN)

Ɛ máx. diametral. (%)

Ɛ máx. axial. (%)

Resistencia a compresión (Mpa)

Módulo de elasticidad (MPa)

Coeficiente de Poisson (v)

Figura 1- Fotografía probeta ensayada

Figura 2-Gráfica esfuerzo-deformación unitaria

Observaciones:




91

LABORATORIO N°16

16 ENSAYO DE CORTE DIRECTO EN SUELOS

16.1 OBJETIVO

Determinar la resistencia al corte de una muestra de suelo en condición

consolidada y drenada, empleando el método de corte directo.


Aparato de corte directo.

Caja de corte – Circular o cuadrada, de acero inoxidable, bronce o aluminio.

Piedras porosas

Mecanismo para aplicar y medir la fuerza normal, de corte.

Indicadores de deformación

Mecanismo para cizallar la muestra.

Anillo para desbastar las muestras.

Equipo misceláneo (cronómetro, espátulas, cuchillos, regla, etc.


Los especímenes se deben preparar a partir de muestras grandes inalteradas, se

deben manejar con cuidado para minimizar la alteración, los cambios en la sección

transversal o la pérdida de humedad.

La muestra utilizada en la preparación del espécimen debe ser suficientemente

grande, de manera que se puedan preparar, por lo menos, tres especímenes

similares.

16.4 PROCEDIMIENTO.

Tallar los especímenes a las medidas del dispositivo de corte directo,

evitando perdidas de humedad.

Tomar el peso inicial de la muestra, tres lecturas de diámetro y altura.

Colocar papel filtro y piedras porosas en las caras de la muestra.




92

Introducir la muestra dentro de la caja de corte y se ajustan los dispositivos

de carga.

Nota 1: La carga normal aplicada se debe escoger de acuerdo a que en el

primer ensayo sea menor, en el segundo aproximadamente igual, y en el

tercer ensayo debe ser mayor al esfuerzo geo-estático que tenía la muestra

in-situ.

Se consolida la muestra bajo una fuerza normal adecuada y previamente

escogida. Una vez el medidor de carga presente desplazamiento se inicia

las lecturas de deformación vertical, deformación horizontal y lectura del

anillo de carga de corte.

Nota 2: La saturación del espécimen elimina las presiones de poros

negativas causadas por tensión superficial y previene el secado por

evaporación durante el ensayo.

Nota 3: La decisión de saturar las piedras porosas o de usar piedras secas,

depende de las características del problema que se esté estudiando.

Normalmente, las piedras porosas son saturadas cuando se analizan

muestras inalteradas obtenidas por debajo del nivel freático.

Nota 4: Para cada nivel intermedio de esfuerzo, la carga se debe aplicar tan

rápido como resulte práctico. Cada nivel de carga se debe mantener hasta

completar esencialmente la consolidación primaria, lo que se determina ya

sea: (1) por interpretación de la relación tiempo-deformación normal

(vertical); (2) por experiencia con el material, o (3) un valor por defecto a las

24 h. Se anota la deformación normal (vertical) al final de cada incremento,

así como el lapso para alcanzarla.

Se determina la velocidad de corte – El espécimen se debe someter a

corte a una velocidad relativamente reducida, para que el exceso de

presión de poros sea insignificante en la falla. La determinación de la

velocidad apropiada de desplazamiento requiere una estimación del tiempo

requerido para la disipación de la presión de poros y del monto de la

deformación requerida para alcanzar la falla. Estos dos factores dependen

del tipo de material y de la historia de esfuerzos.




93

Cuando los datos para el máximo incremento de consolidación producen

una curva deformación normal–logaritmo del tiempo bien definida que se

extiende dentro de la compresión secundaria,

tf = 50 × t50.

Cuando los datos para el máximo incremento de consolidación no

satisfacen el requerimiento anterior, pero dan lugar a una curva

“deformación normal-raíz cuadrada del tiempo” bien definida:

tf = 11.6 × t90

Dónde: t90: Tiempo requerido para que el espécimen alcance el 90% de

consolidación bajo el máximo incremento de esfuerzo normal, min.

Cuando los datos para el máximo incremento de consolidación no

satisfacen los requerimientos anteriores, se deberán computar valores

por defecto del tiempo para alcanzar la falla, a partir de un coeficiente de

consolidación del suelo normalmente consolidado

Tabla 28 Tiempo por defecto para la alcanzar la falla en el espécimen.

Tomado de Invías- I.N.V E 154-13.

Se estima el desplazamiento lateral relativo, normalmente se usa:

df = 10 mm (0.5") si el material es un suelo fino normalmente consolidado o

ligeramente pre-consolidado; en los demás casos, se usa df = 5 mm (0.2").

Se determina la velocidad de desplazamiento máximo apropiada, con la

ecuación: Rd = df/tf .

Se pone en funcionamiento el aparato y se inicia el proceso de corte.




94

Se detiene el proceso de corte cuando la carga cortante se vuelva

constante o hasta que se logre una deformación horizontal del 10% del

diámetro inicial o de la longitud original de la muestra.

Se desmonta la muestra y se lleva al horno durante 24 horas, registrar el

peso de la muestra seca y obtener Wsólidos y humedad natural Wn.

Repetir el procedimiento para las dos muestras restantes variando la carga

normal.

FIGURA 20 Caja Para El Ensayo De Corte Directo

Tomado de: ASTM D-3080-03

16.5 CÁLCULOS.

FIGURA 21 Formato para Cálculos- Ensayo de Corte Directo

CARGA NORMAL (KN)

DEFH

DEFV (cm)

CARGA HORIZONTAL

FUERZA CORTANTE h v

ÁREA CORREGIDA n T

0 0 0 KN cm cm cm² (KN/cm²) (KN/cm²)

… … … … … … … … .…





95

DEFH: Lectura de deformación horizontal, se multiplica por 0,0001 para dejarlo en

cm.

DEFV: Lectura de deformación vertical en cm. El dato que se lee del dial se

multiplica por 0,0002 para dejarlo en cm.

CARGA HORIZONTAL: Valor registrado en el dial de carga.

FUERZA CORTANTE: Éste valor se deduce de la ecuación del equipo de corte

directo.

𝐹𝐶 = 6 ∗ 10−8𝑥2 + 0.0031𝑥

Dónde:

X=carga horizontal.

h: Diámetro de la muestra- DEFH.

v: Altura de la muestra- DEFV.

ÁREA CORREGIDA.

Graficar en AutoCAD el área del anillo y realizar una circunferencia

del mismo diámetro desplazándola al equivalente del valor de

deformación horizontal de 0.005 cm.

Determinar el área de la intersección de las dos circunferencias.

Repetir el procedimiento para valores de deformación horizontal de

0.16 cm y 0.3 cm.

Con las tres áreas de intersección y las tres deformaciones graficar

en Excel Área Vs Deformación.

Realizar una regresión al grado que se ajuste mejor a la curva

obtenida. (𝑓(𝑥) = 𝑎𝑥 + 𝑏𝑥 + 𝑐, 𝑓(𝑥) = 𝑎𝑥2 + 𝑏𝑥 + 𝑐, … ), para obtener

la ecuación del área corregida.




96

→ 𝜎𝑛 =𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑛𝑜𝑟𝑚𝑎𝑙

á𝑟𝑒𝑎 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑔𝑖𝑑𝑎 (

𝐾𝑁

𝑐𝑚2) (3 dígitos significativos).

→ 𝜏 =𝐹𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎 𝑐𝑜𝑟𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒

Á𝑟𝑒𝑎 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑔𝑖𝑑𝑎 (

𝐾𝑁

𝑐𝑚2) (3 dígitos significativos).

16.5.1 Gráficas.

→ Graficar 𝛕 Vs σn con los puntos máximos de cada muestra y trazar la

envolvente de falla. Obtener el intercepto de Cohesión ( C ), (si existe) con

el eje ordenado y medir la pendiente del alineamiento para obtener el

ángulo de fricción interna (Φ).

𝑌 = 𝐴 + 𝐵𝑥

𝜏 = 𝑐 + 𝜎𝑛 tan (𝛷)

𝐷𝑜𝑛𝑑𝑒: 𝐴 = 𝐶 , 𝐵𝑥 = tan (𝛷)

FIGURA 22 Esfuerzo Cortante Vs Esfuerzo Normal


y = 0,5021x + 0,0015 R² = 0,989

00,0010,0020,0030,0040,0050,0060,0070,0080,009

0,01

0 0,005 0,01 0,015 0,02Esfu

erzo

co

rtan

te (

KN

/cm

²)

Esfuerzo normal (KN/cm²)

vs n




97

→ Realizar grafica de esfuerzo cortante Vs desplazamiento horizontal con las

tres probetas, definir y analizar los valores máximos de esfuerzo cortante en

relación del desplazamiento.

FIGURA 23 Esfuerzo Cortante Vs Desplazamiento Horizontal



(1) INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS - Normas De Ensayo De Materiales 2013

Sección 100-Suelos - I.N.V. E – 154 Ensayo De Corte Directo En Condición

Consolidada Y Drenada (CD). (2013).

(2) American Society for Testing Materials Designation: D 3080 – 03 Standard

Test Method for Direct Shear Test of Soils Under Consolidated Drained

Conditions. (2004).

0

0,005

0,01

0,015

0,02

0 0,01 0,02 0,03 0,04

Esfu

erz

o C

ort

ante

(K

N/c

m^2

)

Desplazamiento Horizontal (cm)

Esfuerzo Cortante vs Despalzamiento Horizontal

Probeta 1

Probeta 2

Probeta 3




98

Tabla 29 Formato Toma de Datos-Ensayo de Corte Directo.


Sondeo

Laboratorista

DIMENSIONES DE LAS PROBETAS

N probeta 1 2 3

Diámetro (cm)

Altura (cm)

Peso (g)

Hu

me

dad

Wc

Wc+mh

Wc+ms

CORTE DIRECTO (CD) I.N.V E-154 2013

PROBETA 1 PROBETA 2 PROBETA 3

CARGA NORMAL

CARGA NORMAL

CARGA NORMAL

DEFH DEFV Carga horizontal DEFH DEFV Carga horizontal DEFH DEFV Carga horizontal

0 0 0

5 5 5

10 10 10

15 15 15

20 20 20

25 25 25

30 30 30

40 40 40

50 50 50

60 60 60

70 70 70

80 80 80

90 90 90

100 100 100

120 120 120

140 140 140

160 160 160

180 180 180

200 200 200

250 250 250

300 300 300

350 350 350

400 400 400




99

Tabla 30 Formato de Datos-Ensayo de Corte Directo. Equipo Rossemberg


Sondeo

Laboratorista

DIMENSIONES DE LAS PROBETAS

N probeta 1 2 3

Diámetro (cm)

Altura (cm)

Peso (g)

Hu

me

dad

Wc

Wc+mh

Wc+ms CORTE DIRECTO (CD) I.N.V E-154 2013

PROBETA 1 PROBETA 2 PROBETA 3

CARGA NORMAL CARGA NORMAL CARGA NORMAL

DEFH (mm)

DEFV (mm)

Carga horizontal (N)

DEFH (mm)

DEFV (mm)


DEFH (mm)

DEFV (mm)


0,05 0,05 0,05

0,1 0,1 0,1

0,15 0,15 0,15

0,2 0,2 0,2

0,25 0,25 0,25

0,3 0,3 0,3

0,4 0,4 0,4

0,5 0,5 0,5

0,6 0,6 0,6

0,7 0,7 0,7

0,8 0,8 0,8

0,9 0,9 0,9

1 1 1

1,2 1,2 1,2

1,4 1,4 1,4

1,6 1,6 1,6

1,8 1,8 1,8

2 2 2

3 3 3

4 4 4

5 5 5

6 6 6

7 7 7

8 8 8

9 9 9

10 10 10

15 15 15

20 20 20




100

LABORATORIO N°17

17. SENSITIVIDAD EN MUESTRAS DE SUELOS.

17.1 OBJETIVO.

Hallar el grado de sensitividad de suelos cohesivos, mediante la aplicación de una

carga axial con control de deformación de una muestra inalterada y remoldeada.


Máquina de compresión inconfinada.

Micrómetro indicador de deformaciones, (deformímetro de caratula).

Balanzas

Equipo misceláneo (cuchillo, espátula, brocha, aparato para moldear la

muestra, etc.).

Resistencia a la compresión inconfinada (qu) – Mínimo esfuerzo compresivo al

cual falla una muestra no confinada de suelo, de forma cilíndrica, en condiciones

normalizadas. En este método, la resistencia a la compresión inconfinada se toma

como la máxima carga por unidad de área alcanzada durante el ensayo, o la carga

por unidad de área cuando se alcanza el 15 % de deformación axial, lo que ocurra

primero, durante la ejecución del ensayo.

IMPORTANTE.

Este método de ensayo es aplicable solo a materiales cohesivos que no expulsan

agua durante la etapa de carga del ensayo y que mantienen su resistencia

intrínseca después de remover las presiones de confinamiento, como las arcillas o

los suelos cementados. Los suelos secos y friables, los materiales fisurados o

estratificados, algunos tipos de limos, las turbas y las arenas no se pueden

analizar por este método para obtener valores válidos de la resistencia a la

compresión inconfinada.




101


La muestra debe ser de tipo inalterado, producto de una exploración en campo,

recuperada y transportada de acuerdo a la normatividad.

Tamaño de las muestras - Los especímenes deben tener un diámetro mínimo de

30 mm (1.3") y la mayor partícula contenida en ellos debe ser menor que 1/10 del

diámetro del espécimen. Para muestras que tengan un diámetro de 72 mm (2.8") o

mayores, el tamaño máximo de partícula debe ser menor que 1/6 del diámetro del

espécimen.

La relación de altura/diámetro se debe encontrar entre 2 y 2.5.

17.3 PROCEDIMIENTO.

Perfilar la muestra de manera que tenga una relación altura-diámetro de 2 a

2.5.

Medir mínimo tres alturas de la probeta, y tres diámetros.

Determinar la masa de la muestra (Wm).

Se coloca el espécimen en el aparato de carga de tal manera que quede

centrado sobre la platina inferior. A continuación, se ajusta el instrumento

de carga cuidadosamente, de modo que la platina superior apenas haga

contacto con el espécimen y se lleva a cero el indicador de deformación. El

ensayo se puede realizar controlando deformación o controlando carga.

Nota 1: Se aplica la carga para que se produzca una deformación axial a una velocidad de ½ a 2.5 % por minuto. Se registran los valores de carga, deformación y tiempo a intervalos suficientes para definir la curva esfuerzo-deformación (normalmente son suficientes 10 a 15 puntos). La velocidad de deformación se debe escoger de manera que el tiempo necesario para la falla no exceda de 15 minutos. Los materiales blandos que presentan grandes deformaciones en la falla, se deben ensayar con una mayor velocidad de deformación. Por el contrario, los materiales rígidos o frágiles que presentan deformaciones pequeñas en el momento de la falla se deben ensayar con una velocidad de deformación menor.




102

Se continúa aplicando carga hasta que los valores de carga decrezcan al aumentar la deformación, o hasta que se alcance una deformación igual a 15 %. Se anota la velocidad de deformación en el informe de los datos de ensayo.

Se termina el ensayo hasta que la falle por alguna de las siguientes formas:

La lectura del dial decrece.

Se produzca más del 15% de deformación en el espécimen.

Se repitan tres lecturas en el dial de carga. Terminado el ensayo, se determina el contenido de agua de la muestra de ensayo

utilizando todo el espécimen, a menos que se hayan obtenido recortes representativos para este fin, como en el caso de las muestras inalteradas. Se menciona en el informe de ensayo si la muestra para determinar el contenido de humedad se tomó antes o después del ensayo de compresión.

Se hace un esquema o se toma una fotografía de la muestra en las condiciones de falla, mostrando el ángulo de inclinación de la superficie de rotura, si dicho ángulo es medible.

Se falla la probeta inalterada y luego la remoldeada.

1. Falla oblicua (arcillas duras) 2. Falla por abombamiento (arcillas blandas) 3. Falla por grietas verticales (materiales limosos) 4. Falla por desprendimiento (material arenoso)




103


Tabla 31 Formato De Cálculos- Ensayo De Sensitividad.

DEFORMACIÓN (0,001 in)

DEFORMACIÓN (2,54cm)

LECTURA DIAL DE CARGA

AREA INICIAL

(A0)(cm2) ξ

AREA CORREGIDA

(cm2)

ESFUERZO (Kg/cm2)

(A) (B) ( C) (D) ( E) (F) (G)

…

…

…

Falla


17.4 CÁLCULOS.

A= registro de datos de deformación controlada multiplicados por 0.001 para tener

unidades de pulgada.

B= A*2.54

C= lecturas obtenidas del dial de carga.

D= 𝐴𝑜 =𝐴𝑠+2∗𝐴𝑚+𝐴𝑖

4

Dónde:

Ao= área inicial promedio del espécimen.

As= Área superior del Espécimen.

Am= área en la parte media.

Ai= área en la parte inferior.

E= Deformación unitaria, ξ= B/Altura promedio.

𝐹 =(𝐷)

1 − (𝐸)

𝐺 =(𝐶)

(𝐹)




104

Mediante la masa y la humedad de la probeta se calcula la masa unitaria.



𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑈𝑛𝑖𝑡𝑎𝑟𝑖𝑎 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 (𝑔

𝑐𝑚3) =

𝑊𝑚

𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛

𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑈𝑛𝑖𝑡𝑎𝑟𝑖𝑎 𝑆𝑒𝑐𝑎 (𝑔

𝑐𝑚3) =

𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑈𝑛𝑖𝑡𝑎𝑟𝑖𝑎 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙

(1 +𝑊𝑛100)

GRÁFICAS.

Esfuerzo Vs deformación unitaria. (el valor mayor de la carga unitaria o el

que corresponda al 20% de deformación, se toma como resistencia a la

compresión inconfinada 𝑞𝑢).

Envolvente de falla- circulo de Mohr. (INALTERADO Y REMOLDEADO).

17.5 CUESTIONARIO.

17 Clasifique el material de acuerdo al tipo de falla observado.

18 Establezca de acuerdo a los resultados obtenidos la consistencia

del material ensayado.

19 Clasifique el suelo de acuerdo a su grado de sensitividad.

FIGURA 24 Clasificación de la sensitividad.

NORMA DE REFERENCIA.

(1) INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS Normas De Ensayo De Materiales





105

Tabla 32 Formato toma de datos- ensayo de sensitividad

COMPRESIÓN INCONFINADA EN MUESTRAS DE SUELOS. I.N.V. E – 152

sondeo

muestra INALTERADA REMOLDEADA

Profundidad (m)

Peso de la muestra (g)

Diámetro superior (cm)

Diámetro medio (cm)

Diámetro inferior (cm)

Altura 1 (cm)

Altura 2 (cm)

Altura 3 (cm)

Hu

med

ad

Wc (g)

Wc+mh (g)

Wc+ms (g)

Def

orm

ació

n *

10

˄(-

3)

in

0

Car

ga (

Kg)

10

20

30

40

50

60

70

80

100

120

140

160

180

200

250

300

350

400

500

600

700

800

1000




106

18. GUÍA DE TRABAJO PARA LA EXPLORACIÓN

18.1 OBJETIVO.

Realizar un sondeo mediante barreno manual, con el fin de extraer muestras

alteradas e inalteradas, para conocer las características, parámetros físicos y

mecánicos que presenta el subsuelo de un terreno determinado.

GENERALIDADES.

Trabajo de campo realizado en la semana 3, consiste en un sondeo de una profundidad de 4.5 m Los sondeos serán realizados mediante un equipo manual compuesto por barreno helicoidal y tubos de pared delgada shelby para extraer muestras inalteradas. Para la recuperación de muestras, se recomiendan: 1. Muestreo alterado cada cambio de estrato o en su defecto cada 50 cm.

2. Muestro inalterado cada cambio de estrato con tubo shelby o cada 1.5 m.

3. Los ensayos de humedad natural cada 50 cm; se deberán realizar inmediatamente después de sustraída la muestra o en su defecto seguidamente después de haber terminado la perforación.

4. Los ensayos de resistencia de suelos con las muestras inalteradas se deben hacer lo más pronto posible después de haber realizado la perforación con el fin de no alterarlas. 18.2 MATERIALES.

1 Barreno Helicoidal 6 metros de tubería

(extensiones) 1 Barra 1 Hoyadora 2 Llaves de tubo de 24” 1 Pesa, cabezote y base 1 Barra guía Tubos de pared delgada

(Shelby) Bolsas plásticas pequeñas.

1 Rollo de papel aluminio 1 rollo de papel vinipel. Cinta de enmascarar Marcador Aceite vegetal (± ½ litro) Flexómetro. Cámara fotográfica. Elementos de protección

personal (Guantes de cuero, curas, gorra, etc.).

Formato de registro de campo




107

18.3 PROCEDIMIENTO RECOMENDADO.

Realizar reconocimiento y descripción del lugar en el cual se tiene programado el sondeo.

Utilizar la barra para retirar la capa orgánica de la zona a perforar

Hacer un hueco de 50 cm de profundidad y aproximadamente 30 cm de diámetro con ayuda de la barra y la hoyadora.

Introducir el barreno helicoidal para continuar con la perforación, cuando sea necesario se utiliza la extensión, hasta extraer el material a las profundidades adecuadas (cada 50 cm).

Con ayuda de las llaves de tubos hacer girar el helicoidal hasta penetrar lo necesario (máximo 30 cm para no tener inconvenientes con la extracción del mismo).

Haciendo palanca con la barra y haciendo fuerza hacia arriba con las llaves de tubos extraer el barreno helicoidal teniendo cuidado de no perder la muestra de suelo. Para la extracción del barreno, recordar los métodos de pesas invertidas o de palancas.

Tomar aproximadamente 200 o 300 gramos de muestra cada 50 cm y cada cambio de estrato y envolverlas en papel aluminio para determinar la humedad natural del estrato correspondiente.

Tomar aproximadamente 2 Kg de muestra cada 1 metro para realizar los diferentes ensayos de caracterización física del suelo (Limites de consistencia, gravedad específica, relaciones de fases, granulometría, entre otros).

Referenciar adecuadamente cada muestra extraída con una etiqueta que tenga datos de localización, profundidad y N° de muestra.

Seleccionar y separar las muestras para cada ensayo específico a realizar.

Cuando se vaya a extraer una muestra con tubo de pared delgada o shelby, se reemplaza el barreno helicoidal por el tubo, previamente aceitado. Se introduce en el orificio, ejerciendo una presión utilizando la pesa con el fin de tomar una muestra aproximadamente de 15 a 20 cm, teniendo cuidado de no alterarla. Este procedimiento se realiza a 1.5, 3.0 y 4.5 metros de profundidad y cada cambio de estrato.




108

El tubo shelby se extrae de la misma manera que el helicoidal. Caracterizar la muestra obtenida por descripción visual en los formatos de campo (Perfil litológico del suelo).

Luego de extraído, se toma el tubo shelby y se envuelve en papel aluminio para no alterar las propiedades de la muestra.

Se repite el procedimiento hasta alcanzar una profundidad de 5 metros.

Terminado el proceso de perforación rellenar el hueco y nivelar a una profundidad de 40 cm aproximadamente, para realizar el ensayo de permeabilidad en campo. Una vez terminado este ensayo sellar el hueco de la perforación.

Tomar datos de humedad natural y descripción visual de las muestras obtenidas en el laboratorio.

RECOMENDACIONES: En caso de encontrar el nivel freático antes de alcanzar la profundidad indicada, registrar a qué profundidad se encontró y continuar con la perforación hasta alcanzar los 4.0 metros de profundidad. Cuando se observa que el material posee las mismas características que el estrato inmediatamente anterior, no se toman muestras. El sondeo se debe realizar en días donde no haya presencia de lluvia con el fin de

no alterar la humedad de las muestras. Las muestras extraídas seleccionadas

para el ensayo de humedad natural, consolidación y compresión inconfinada

deben permanecer en un cuarto oscuro y seco. Aquellas seleccionadas para

ensayos de límites y gravedad específica deben dejarse expuestas a temperatura

ambiente.

IMPORTANTE.

Aceitar suficientemente el tubo shelby para no tener inconvenientes al momento

de extraer la muestra.

Durante todo el sondeo revisar la verticalidad de la perforación, para evitar daños

en los equipos y complicaciones en la recuperación de muestras.

Recuperar entre 3 y 4 tubos Shelby, para que la muestra sea suficiente para todos

los ensayos.

Al terminar la perforación volver a tapar el hueco resultante de la misma, esto para

evitar accidentes a personas que puedan circular por la zona.




109

18.4 CONTENIDO DEL INFORME

PORTADA

1. INTRODUCCIÓN

2. OBJETIVOS: general y específicos (como mínimo 4 objetivos específicos).

3. MARCO TEÓRICO: Máximo 5 hojas.

4. GENERALIDADES: Se debe incluir la localización del sitio de exploración (en un plano pequeño), así como sus respectivas coordenadas, cota, clima y uso del suelo.

5. DESCRIPCIÓN DE LA GEOLOGÍA REGIONAL.

6. PROCEDIMIENTO: Describir cómo se llevó a cabo la exploración, equipos

utilizados y a su vez las características más importantes de la misma. Es necesario especificar la profundidad de la perforación.

7. PERFIL ESTRATIGRÁFICO: El encontrado con la exploración en

comparación con el extraído con la carta geológica de Boyacá. Se debe incluir la información complementaria con respecto a las muestras analizadas y observaciones sobre las mismas (Descripción de las muestras).

8. BLOQUE DIAGRAMA: construido a partir de la información aportada por

todos los sondeos realizados en el mismo lote.

9. DEFINIR LAS CARACTERÍSTICAS SÍSMICAS DEL PERFIL SEGÚN

NSR-10. (espectro de aceleraciones).

10. PERFIL DE HUMEDAD NATURAL VS. PROFUNDIDAD: Analizar el

comportamiento del suelo.

11. RESUMEN DE RESULTADOS: Desarrollo de los ensayos realizados a las muestras, estos deben incluir solamente los datos obtenidos y resultados (no incluir procedimientos de ensayo).

12. PERFILES DE PROFUNDIDAD VS LÍMITES DE PLASTICIDAD E

ÍNDICES DE CONSISTENCIA:




110

Un gráfico de Profundidad Vs Límites (Ll, Lp, Lc) Un gráfico de Profundidad VS Índices (Ip, IL, Ic))

13. RESULTADOS DE ENSAYO SPT.

14. CLASIFICACIÓN DEL SUELO EXPLORADO Caracterización del suelo

explorado (cada estrato por el cual esté compuesto el suelo explorado deberá ser clasificado de acuerdo a su conocimiento en áreas anteriormente vistas: Geología, Mecánica de Suelos, etc.). Se recomiendan la Clasificación según la Carta de Plasticidad del SUCS y según la AASHTO.

15. ANÁLISIS DE RESULTADOS.

16. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.

17. BIBLIOGRAFÍA Y/O INFOGRAFÍA. (Citar fuentes en cada apartado).

18. ANEXOS OBLIGATORIO (Registro de campo, Fotos, Formato de toma de datos en laboratorio, etc.)

ENSAYOS RECOMENDADOS.

De Clasificación Y De Propiedades Índices.

Humedad Natural (para todas las muestras) Gravedad específica (mínimo a 3 muestras) Relaciones de Fase (Para las mismas muestras a las cuales se les

determinó la gravedad específica) Límites a las muestras alteradas (mínimo a 3 de las muestras) Permeabilidad: Para arcillas es el ensayo de carga variable, para

materiales granulares ensayo de carga constante. Permeabilidad en campo Granulometría (Tamices o Hidrómetro)

Mecánicos

Corte Directo (a una muestra de Shelby) Compresión Inconfinada (a una o dos muestras de shelby)

De Compresibilidad

Consolidación (a la muestra más profunda inalterada).




111

ESPECIFICACIONES TRABAJO DE EXPLORACIÓN

ENSAYO DE HUMEDAD NATURAL Se realizan los cálculos paso a paso para las profundidades de 0.5 m, 1 m, 1.5 m, 2 m, 2.5 m, 3 m, 3.5 m, 4 m, 4.5 m y 5 m.

ENSAYO DE GRAVEDADES ESPECÍFICAS Se realizan los cálculos paso a paso para las profundidades 1.5 m, 3 m y 4.5 m.

ENSAYO DE DIAGRAMA DE FASES Y PROPIEDADES FÍSICAS Se realiza a mano los cálculos paso a paso con el respectivo diagrama de fases para las profundidades de 1.5 m, 3 m y 4.5 m. (presentar los respectivos diagramas). Para sus cálculos es necesario que se ensayen las muestras a las que se les determinó gravedad específica.

ENSAYO DE LÍMITES DE CONSISTENCIA Se realizan los cálculos paso a paso para las profundidades 1.5 m, 3 m y 4.5 m.

ENSAYO DE COMPRESIÓN INCONFINADA Realizar cálculos y presentar ejemplo de cálculos para una de las profundidades (1.5 m, 3.0 m, 4.5 m).

ENSAYO DE CORTE DIRECTO Realizar cálculos y presentar ejemplo de cálculos para una de las profundidades (3.0 m, 4.5 m).

ENSAYO DE CONSOLIDACIÓN Realizar cálculos y presentar ejemplo de cálculos para una de las profundidades (3.0 m, 4.5 m). NOTA: Se debe anexar al informe un CD con el informe y las hojas de cálculo de los ensayos de laboratorio realizados, así como todas las evidencias que soporten el informe presentado.




112

Tabla 33 Formato de campo- Exploración.

FORMATO DE CAMPO. Proyecto: fecha:

Tipo de exploración:

Localización: Hora de inicio:

Condiciones climáticas: Hora de finalización:

Realizado por:

Observaciones:

Profundidad Litología Descripción N° de muestra

Tipo de muestra

N° de golpes

Color:__________________________ Olor:___________________________ Sabor:_________________________ Textura:________________________ Plasticidad:_____________________ Tamaño Máximo:________________ Consistencia:_____________________ Presencia de nivel Freático:_______

Color:__________________________ Olor:___________________________ Sabor:_________________________ Textura:________________________ Plasticidad:_____________________ Tamaño Máximo:________________ Consistencia:_____________________ Presencia de nivel Freático:________





113

Profundidad Litología Descripción N° de muestra

Tipo de muestra

N° de golpes

Color:__________________________ Olor:___________________________ Sabor:_________________________ Textura:________________________ Plasticidad:_____________________ Tamaño Máximo:________________ Consistencia:_____________________ Presencia de nivel Freático:_______







114

19. NORMAS TÉCNICAS UTILIZADAS.


I.N.V. E - 125 Determinación Del Límite Líquido De Los Suelos.


I.N.V. E - 126 Límite Plástico E Índice De Plasticidad De Los Suelos.

(3) Instituto Nacional De Vías Normas De Ensayo De Materiales 2013 I.N.V. E -

127 Determinación De Los Factores De Contracción De Los Suelos.

(3) Instituto Nacional De Vías Normas De Ensayo De Materiales 2013. I.N.V E-

223 -13. Densidad, Densidad Relativa (gravedad Específica) del agregado

Grueso

(4) Norma Técnica Colombiana NTC 176 - Método De Ensayo Para Determinar

La Densidad Y La Absorción Del Agregado Grueso.

(5) INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS Normas De Ensayos De Materiales 2013-

INV E-123-13. Determinación De Los Tamaños De Las Partículas De Los

Suelos.

(6) American Society for Testing Materials. Designation: D 5084 –

00e1Standard Test Methods for Measurement of Hydraulic Conductivity of

Saturated Porous Materials Using a Flexible Wall Permeameter.

(7) Instituto Nacional de Vías Normas de Ensayo de Materiales para Carreteras

E – 161-13. Densidad Y Peso Unitario En El Terreno Por Método De Cono

Y Arena.

(8) INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS. Normas de ensayo de materiales 2013

INV E – 151 – 13 Consolidación Unidimensional De Suelos.

(9) ASTM Designation: D 2435 – 03 Standard Test Methods for One-

Dimensional Consolidation Properties of Soils Using Incremental Loading.

(10) INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS. Normas De Ensayo De Materiales





115

(11) INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS - Normas De Ensayo De Materiales

2013 Sección 100-Suelos - I.N.V. E – 154 Ensayo De Corte Directo En

Condición Consolidada Y Drenada (CD). (2013).

(12) American Society for Testing Materials Designation: D 3080 – 03

Standard Test Method for Direct Shear Test of Soils Under Consolidated

Drained Conditions. (2004).

guias ensayos de geotecnia

Data & Analytics